利用近紅外-吲哚菁綠成像系統判斷急性腸缺血模型缺血腸段的實驗研究

潘力迦 吳曄明 王 奕 侯光輝

兒童急性腸套疊、腸扭轉均可引起腸管缺血，若不能通過保守治療復位，則需急診手術治療。 傳統上對缺血腸段的判斷主要依靠術中觀察腸壁色澤、腸管收縮力等，如術者經驗不足極易導致誤判。近年來，腹腔鏡剖腹探查術因創傷小等優點而受到歡迎，但手術過程中術者缺乏觸覺反饋，僅依靠視覺信息作出判斷，存在一定的主觀性。 近紅外-吲哚菁綠（near infrared-indocyanine green，NIR-ICG）熒光成像技術顯示出較大優勢。 1954 年，吲哚菁綠（indocyanine green，ICG）首次被美國食品和藥物管理局批準應用于臨床，可用于心輸出量檢測和肝功能評估［1］。 與蛋白結合的ICG 在近紅外光照射下發出的熒光峰值約在840 nm，幾乎不會被周圍組織吸收，因此可以穿透組織而被檢測到［2］。 由于這一特性，NIR-ICG 成像系統被廣泛應用于外科手術，極大地提高了手術的安全性和準確性［3］。 但是，NIRICG 在小兒外科領域的應用尚未推廣，本研究利用犬模型模擬急性腸道血液循環障礙，旨在評估NIRICG 成像系統用于術中檢測缺血腸段的價值。

材料與方法

一、實驗藥物及動物模型

靜脈麻醉藥物舒泰50（法國維克有限公司，250 mg/盒），注射用滅菌水稀釋為50 mg/mL；ICG（丹東醫創藥業有限公司，25 mg/支），注射用滅菌水稀釋為0.25 mg/mL。

實驗動物為雄性10 月齡比格犬，體重10 kg。動物來源于上海交通大學農學院教學實驗實習廠，于上海交通大學醫學院附屬新華醫院動物實驗部手術室進行本實驗。 由于犬的體型與幼兒相似，麻醉用藥及手術操作更加接近臨床實際情況，因此選擇犬構建動物模型開展本項目研究。 動物模型構建方法如下：

1. 急性腸缺血模型：暴露、游離犬的一段空腸或回腸，無損夾閉此腸段上的系膜5 min，阻斷其間分布的所有空腸動靜脈與回腸動靜脈分支，外周靜脈注射ICG 1 mg/kg 一次，等待1 min、3 min 后分別對腸段進行成像拍攝，并將此缺血腸段的熒光強度與周圍正常腸段的熒光強度進行對比。

2. 再灌注損傷模型：暴露、游離犬的一段空腸或回腸，先外周靜脈注射ICG 1 mg/kg 一次，等待約1 min 達到全身平衡后對腸段進行成像拍攝。 以上述方法無損夾閉腸系膜10 min 后松開，等待120 min 后再次拍攝，并對比缺血腸段的熒光強度。

三、圖像采集和半定量方法

術中使用NIR-ICG 熒光成像腹腔鏡系統（歐譜曼迪科技有限公司），光源類型為激光，波長805 nm，感光波長820 ～880 nm。 以機械臂固定成像攝像頭，置于腸管斜上方約1 m 高度，調整適當焦距。本實驗使用了3 種成像方式，包括白光模式、熒光模式和對比模式（整合模式），所有模式皆可自由切換。 在熒光模式下，拍攝所得圖像熒光強度可利用系統自帶軟件進行實時半定量分析：由操作者在熒幕上勾畫出1 cm×1 cm 的閉合區域作為測量框，系統將自動對所選區域的熒光強度進行分析。 在急性腸缺血模型中，待周圍正常腸段顯影后，于正常腸段熒光顯影明顯處勾畫一個測量框進行測量，將此區域的熒光強度定義為100%，然后將測量框復制到缺血腸段處進行測量，測得缺血腸段處的數值（即為相對熒光強度）。 在再灌注損傷模型中，腸段先顯影后再進行缺血處理，此時勾畫出1 cm ×1 cm閉合區域作為測量框，測得缺血腸段的熒光強度均為100%，待血供再灌注120 min 后再次測量此處的熒光強度及周圍正常腸段的熒光強度并進行對比。

結 果

一、ICG 在缺血腸段顯影受阻

無損夾閉局部腸段的系膜，并結扎靠近該腸段的動脈弓（圖1A 箭頭所指處為靠近腸段的動脈弓），使得局部腸段缺血5 min，白光模式下可見缺血腸段相對正常腸段的色澤開始變深（圖1A）。 此時經外周靜脈注射ICG 1 mg/kg 等待1 min，在熒光模式下可見正常腸段顯影，而缺血腸段顯影受阻，正常腸段與缺血腸段邊界清晰可見，定義此時的正常腸段熒光強度為100%，則缺血腸段的熒光強度為0%（圖1B）。 3 min 后再次測量缺血腸段的熒光強度仍為0%（圖1C）。

圖1 ICG 在缺血腸段顯影受阻 A：缺血5 min 后，白光模式下缺血腸段和正常腸段的色澤差異； B：缺血5 min 后，熒光模式下缺血腸段和正常腸段的顯影差異； C：缺血8 min 后，熒光模式下缺血腸段和正常腸段的顯影差異Fig.1 Failed ICG imaging in ischemic intestine

二、ICG 在缺血再灌注損傷后的腸段中滯留

待ICG 從腸段中代謝完畢后，再次經外周靜脈注射ICG（1 mg/kg），等待1 min，選擇一段正常腸段，在熒光模式下可見顯影良好（圖2A）。 無損夾閉此腸段的系膜并結扎靠近該腸段的動脈弓，使局部腸段缺血10 min，白光模式下可見缺血腸段色澤明顯變深，熒光模式下缺血腸段和正常腸段顯影無顯著區別，定義此時缺血腸段的熒光強度為100%。松開系膜使血液再灌注腸段120 min，白光模式下再灌注損傷的腸段與周圍正常腸段無顯著區別，但熒光模式下可見缺血再灌注損傷后的腸道中有ICG滯留，其熒光強度為20.3%，而周圍正常腸段熒光強度下降為0%（圖2B）。

圖2 ICG 在缺血再灌注損傷后的腸段中滯留 A：靜脈注射ICG 并等待1 min 后，正常腸段的白光模式下色澤及對應的熒光模式下顯影； B：令此腸段缺血10 min，在白光模式，熒光模式及對比模式下拍攝；再灌注血液120 min 后再次在白光模式，熒光模式及對比模式下拍攝Fig.2 ICG retention in reperfusion injured intestinal segment

討 論

ICG 通過靜脈注射方式進入人體后可立即與血漿蛋白結合，并迅速分布于血液循環系統和淋巴回流系統。 近紅外光（波長700 ～900 nm）的組織穿透性大，而其組織本底熒光強度小，因此可以得到最佳對比度，在影像學定位和診斷中具有廣泛的應用前景［4］。 ICG 在前哨淋巴結定位、血管造影、膽管造影等方面，較傳統影像學技術具有更加精準、容易辨識的優點［5-8］。 在外科手術中，NIR-ICG 成像系統讓以三維可視化為代表的數字醫學成為可能，基于ICG 成像的多模式影像技術實現了精準外科手術操作，預示了真正意義上的虛擬現實醫學的到來［9］。 目前，NIR-ICG 成像系統已經廣泛應用在腫瘤精準切除、 乳房重建、 肝葉切除等外科手術中［10-13］。

在兒外科領域，姚偉等［14］利用ICG 對8 例肝母細胞瘤患者的腫瘤部位和切除范圍進行精準評估，全部實現了RO 切除，顯示出ICG 熒光顯影技術在確定腫瘤邊界和完整切除中的重要價值。 此外，利用三維CT 重建聯合ICG 熒光顯影技術，能夠在腹腔鏡手術中清晰顯示病變膽管擴張位置和毗鄰動靜脈及分支情況，有效避免因術中副損傷而導致的并發癥［15］。 顯然，術中合理應用ICG 顯影技術能有效提高手術質量，減少手術時間，提高手術的安全性，符合精準醫療的未來趨勢。

ICG 進入血液后分布迅速，且由于不參與腸肝循環，進入腸管的ICG 不再吸收入血，是術中判斷腸管微灌注的新型技術。 腸管血供情況將直接影響吻合口的愈合，因此，這一技術目前已被應用于手術中評估結直腸吻合口的微灌注情況，可在兒童先天性巨結腸重建手術中起指導作用［16］。 有系統性評價研究認為術中評估腸道吻合口的灌注情況十分重要，在方法學上已經從單純基本的機械通暢性測試向內窺鏡可視化技術過渡，NIR-ICG 成像是未來發展的方向［17］。 然而，腸管吻合術是否成功主要依賴術者的手術技術，NIR-ICG 成像雖然可作為一種補救措施，相對于傳統肉眼判斷在敏感性上有很大優勢，但不夠經濟實用，尚不能大規模應用。利用ICG 判斷急性缺血腸段，相對而言更有臨床應用前景。 ICG 在血管造影中速度很快，這使它成為一種簡便快捷的術中診斷工具，在急診手術中可以快速定位缺血腸段。

本研究結果證實ICG 在靜脈注射1 min 后即可在正常腸管中快速顯影，而缺血腸段顯影受阻，且二者邊界清晰，可以作為切除缺血腸段范圍的確切依據。 相對于注射1%普魯卡因后觀察腸管是否恢復活性的傳統方法，ICG 顯影具有靈敏、高效的特點，術者無需額外時間等待。 更重要的是，ICG 顯影為術中判斷缺血再灌注損傷腸段提供了一種便捷的方法，術中部分缺血腸段雖然重新得到了血供，但可能已經出現了不可逆損傷。 本研究中，缺血后再灌注的腸管能夠恢復正常色澤，但真實血供已經不如周圍正常腸段，因此ICG 滯留在這些可能受損的腸段中。 顯然，缺血再灌注損傷模型直接顯示了血供不良的腸管，這是術者憑借肉眼和經驗無法判斷的。 滯留在腸段中的ICG 顯影強度或許預示了腸段受損的嚴重程度，但還需要進一步研究來確定顯影強度、缺血與再灌注損傷時間之間的關系。 總之，利用ICG 顯影或將在判斷可能存在腸管缺血的急診手術中發揮巨大作用。

ICG 導致的不良反應少見，其在臨床使用多年而不良反應發生率低于0.01%，且其分布迅速，是術中理想的診斷用染料藥物［18］。 利用NIR-ICG 成像系統判斷腸管缺血，特別是對熒光強度的實時分析，可以得到一個半定量的熒光數值，為術中判斷腸管缺血程度提供了客觀的指標。 在本研究中，實驗犬正常腸管的熒光強度在120 min 之后與缺血再灌注損傷腸管的熒光強度會產生肉眼可見的分界線，或許可以根據再灌注損傷腸管和周圍正常腸管之間熒光強度的差異來區分判斷分界線。 總之，作為一種前沿的術中成像診斷技術，NIR-ICG 成像系統有望成為兒外科醫師的“第六感”，提高精準外科手術的成功率。