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Perfusionsüberwachung in mikrovaskulären Hautlappen
Fluoreszenz-Imaging als eine Methode zur Erkennung von Gefäßthrombosen
J. K. Meier1, M. Gosau1, S. Müller1, A. Moralis1, G. Liebsch2, und L. Prantl3
1Institut für Mund-, Kiefer-, und Gesichtschirurgie, Universitätsklinikum Regensburg, Deutschland 2PreSens GmbH, Regensburg, Deutschland
3Abteilung für Plastische, Hand- und Wiederherstellungschirurgie, Universitätsklinikum Regensburg, Deutschland
Gewebetransfer hat in der Kopf- und Halsrekonstruktion eine hohe Erfolgsrate. Dennoch treten in bis zu 10 % aller Fälle ernsthafte Komplikationen auf. Das Hautlappen-Monitoring mit technischen Geräten soll helfen, vaskuläre Probleme frühzeitig zu erkennen, so dass rechtzeitig eingegriffen werden kann. In dieser Studie wurde Fluoreszenz-Imaging auf seine Eignung getestet, einen Perfusions-abhängigen Parameter zu messen, um Gefäßthrombosen in freien Lappen zu erkennen. Ein Prototyp des VisiSens™ Systems von PreSens wurde verwendet, um den Sauerstofffluss in die Haut von 10 mikrovaskulären Transplantaten vor der Explantation, nach erfolgreicher Anastomose und 1 Tag nach der Operation zu messen. Es war möglich, schlecht durchblutete Lappen 1 Tag nach der Operation mit dieser Methode eindeutig zu identifizieren.
Der mikrovaskuläre freie Gewebetransfer wird häufig zur Rekonstruktion von Defekten in der Mund-, Kiefer-, und Gesichtsregion verwendet und zeigt eine Erfolgsrate von 91 bis 99 %. In einigen Fällen kann jedoch ein Gefäßverschluss schwerwiegende Komplikationen verursachen und zu einem Lappenversagen führen. Oft ist das allmähliche Aussetzen der Mikrozirkulation das Hauptproblem, ein langsamer Prozess, der schwer zu erkennen ist. Obwohl Überwachungsmethoden für Hautlappentransplantationen zur Verfügung stehen, wurde bisher kein zuverlässiges, genaues und einfach anzuwendendes Verfahren etabliert. In dieser Studie wurde die Überwachung freier Hautlappen durch Messung eines perfusionsabhängigen Parameters geteste, um festzustellen ob sich dieses Verfahren zur Erkennung von Komplikationen in anastomosiertem Gewebe eignet. Die Gewebeperfusion wurde mittels Fluoreszenzbildgebung bestimmt, die mit einem Prototyp des VisiSens™ Systems von PreSens durchgeführt wurde. Ein Handmikroskop wurde verwendet, um die Reaktion einer fluoreszierenden Sensorfolie, die auf die Hautoberfläche aufgelegt wurde, auszulesen.
Fluoreszenz-Imaging von Hautlappen
Fluoreszenz-Imaging des Hautgewebes der Lappen wurde vor der Explantation, nach erfolgreicher Anastomose und 1 Tag nach der Operation durchgeführt. Die Sensorfolie wurde mit ihrer Sensorseite direkt auf die Hautoberfläche gelegt und ihre Antwort mit einem Hand-Fluoreszenzmikroskop nicht-invasiv ausgelesen. Jede Messung wurde in Bildern dokumentiert, um die Perfusion des Hautlappens zu beurteilen. Die Sauerstoffversorgung des Gewebes hängt von der Sauerstoffversorgung der Blutgefäße und dem Sauerstoffverbrauch der Gewebezellen ab. Der Sauerstoffpartialdruck (pO2) ist ein idealer Parameter zur Überwachung der Gewebeoxygenierung, da er proportional zur Konzentration von physikalisch gelöstem Sauerstoff ist. In den Experimenten wurde die Fluoreszenzsensorfolie mit Sauerstoff aus der Umgebungsluft beladen und auf die Hautoberfläche aufgebracht. Je nach Bedarf des Gewebes wurde das Sauerstoffreservoir freigesetzt. Das Reservoir wurde während der Messungen nicht wieder aufgeladen, da der transparente Polyesterträger des Sensors undurchlässig ist. Die Sauerstofffreisetzung, die durch den Sauerstofffluss angetrieben wurde, konnte aufgezeichnet werden, indem die Sensorreaktion über die Zeit gemessen wurde. Die Messungen wurden unmittelbar nach dem Aufsetzen des Sensors auf die Hautoberfläche und nur während der Äquilibrierungszeit der Partialdrücke des Sensors und des Gewebes durchgeführt, in einer Zeitserie von 10 Bildern alle 10 Sekunden (100 Sekunden Aufnahmezeit). Nachdem eine bestimmte Region von Interesse (ROI) auf den Bildern festgelegt worden war, konnte die Sensorreaktion auf Sauerstoff über die Zeit aufgetragen werden. Der perfusionsabhängige Parameter, der durch die Sauerstoffspannung des Gewebes gesteuert wurde, konnte aus der Steigung dieser Graphen berechnet werden.
Überwachungsergebnisse
Niedrige Perfusionsraten führten zu niedrigen Sauerstoffspannungen im Gewebe und damit zu hohen Steigungen, während hohe Perfusionsraten zu hohen Sauerstoffspannungen führten und geringe Steigungen zeigten. Die 10 untersuchten Transplantate hatten vor der Explantation einen mittleren Steigungswert von 0,14 (Standardabweichung ± 0,12). Nach erfolgreicher Anastomose betrug der mittlere Anstiegswert 0,25 (Standardabweichung ± 0,14). Ein Tag nach der Operation zeigten gut durchblutete Transplantate (n = 6) Steigungswerte zwischen 0,07 - 0,27 (durchschnittlicher Steigungswert 0,18 ± 0,07), die nahezu den präoperativen Werten entsprachen. Schlecht durchblutete Transplantate (n = 4) hatten dagegen stark perfüsionsabhängige Steigungen mit Werten im Bereich von 0,35 - 0,75 (mittlerer Steigungswert 0,52 ± 0,19) und konnten somit eindeutig identifiziert werden. Es war möglich, drei der Lappen erfolgreich chirurgisch zu korrigieren. In diesen Tests konnte ein Schwellenanstiegswert von 0,3 bestimmt werden, wobei Werte unter 0,3 eine gute Hautlappenperfusion anzeigten. Die hohen Standardabweichungswerte ergaben sich aus den anormal hohen Steigungswerten in Probe 3 - einem stark beeinträchtigten Lappen, der bereits in einem frühen Stadium der Studie nicht mehr zu retten war.
Zusammenfassung
Obwohl die Messungen in diesem Versuch von der Erfahrung des Prüfers und dem mit dem Untersuchungsinstrument ausgeübten Druck abhängig waren, konnten gute Ergebnisse erzielt werden. Wir schlagen vor, dass Messungen mit dem VisiSens™ System in zukünftigen Studien vom selben Prüfer durchgeführt werden, um eine bessere Datenqualität zu erhalten. Die Bildgebung mit fluoreszierender Sensorfolie auf mikrovaskulären Transplantaten erlaubte eine zweidimensionale und nicht-invasive Beurteilung der Sauerstoffversorgung des Gewebes. Natürlich muss es mit einer größeren Anzahl von Proben getestet und bewertet werden, aber es könnte ein mögliches Messinstrument für die Überwachung freier Hautlappen sein. Darüber hinaus muss der in dieser Studie ermittelte Schwellenwert von 0,3 in einer größeren Studie bestätigt werden. Die Möglichkeit, mit der Sauerstoffbildgebung einen kompletten Hautlappen zu überwachen, stellt einen wichtigen Vorteil dar, da es dem auswertenden Chirurgen bei der Untersuchung des Lappens hilft und klar das Ausmaß der Lappenperfusion anzeigt.
Applikationsbericht nach
J. K. Meier (2012), Simple, Fast and Reliable Perfusion Monitoring of Microvascular Flaps, Clinc. Hemorh. Microcirc., 5 (1-2), pp. 13 - 24