紅外熱成像技術在皮瓣移植圍術期檢測中的應用

熊哲禎 許律廷 劉凱

皮瓣移植術前檢測血管的方法有多種，包括彩色多普勒超聲、計算機斷層掃描血管造影（CTA）、磁共振血管造影 （MRA）、數字減影血管造影技術（DSA）等，但以上方法簡便性仍顯不足。彩色多普勒超聲靈敏度有限，且圖像是由皮膚至深層縱切面的，顯示不直觀，操作及讀圖尋找血管位置相對技術要求更高。CTA、MRA及DSA需要向血管內注射造影劑，可能造成相關并發癥，且耗時較長，價格較高。此外，對術后皮瓣活性的監測缺乏行之有效的輔助手段，只能通過觀察皮瓣大體顏色判斷。動態紅外線熱成像技術（DIRT）是一種簡便易行的體表溫度檢測手段，已逐漸得到關注與應用。

根據自然界中任何溫度高于絕對零度（-273℃）的物體都向外散發熱輻射的原理，紅外熱成像裝置通過接收輻射的紅外線，并按其能量高低轉換為展示溫度分布的熱像圖，直觀呈現出人體表面溫度。血管密集、血流豐富處體表溫度較高，炎癥、壞死、腫瘤增殖等病理過程均會引起微循環變化而導致體表溫度改變，DIRT作為一種非侵襲性的測量體表溫度的醫學手段，在整復外科中具有廣泛的應用價值[1]，包括穿支皮瓣血管情況檢測、燒傷深度判斷、腕管綜合征輔助診斷等[2]，在國外較多應用于腹壁下動脈穿支皮瓣（DIEP）的穿支血管位置檢測[3]。本研究旨在探索小型紅外熱像設備在皮瓣移植圍術期的各種用途，具體報道如下。

1 材料與方法

1.1 材料

FLIR ONE pro是一款便攜式紅外熱像裝置，尺寸為 68 mm×34 mm×14 mm（圖 1），重量僅為 36.5 g。

圖1 便攜式紅外熱像儀FLIR ONE proFig.1 Portable thermal imager FLIR ONE pro

該裝置有光學攝像頭及紅外攝像頭各1個，通過連接手機USB接口，并使用配套手機軟件FLIR進行拍攝，拍攝模式包括可見光相機、普通熱像圖及具有動態增強功能（MSX）的熱像圖，可拍攝靜態圖像、視頻，并可以進行延時拍攝。其可見光分辨率可達1 440×1 080 dpi，熱分辨率為 160×120 dpi，測溫范圍為-20℃～400℃，溫度分辨率為0.1℃，支持在屏幕上同時顯示最多3個點測溫及6個區域測溫。有研究將其應用于燒傷后創面溫度測定，通過計算溫度變化進行愈合時間評估[4]，其熱分辨率較高，可滿足人體精確測溫要求。

1.2 方法

選取16例皮瓣移植患者，分別于術前、術中、術后即刻、術后1 d、術后2 d和術后3 d，使用紅外熱像儀FLIR ONE pro拍攝皮瓣及周圍區域熱像圖，熱像圖中人體根據其表面溫度的高低不同而呈現漸變式的顏色。拍攝前使用冷水紗布冷敷拍攝區域1 min以降溫，之后血供良好區域迅速回溫，而其余部分則回溫較慢，可使得圖像呈現出更高的對比度。拍攝時注意對焦以保證圖像呈現出最清晰的顏色分布，拍攝的熱像圖通過電腦軟件FLIR Tools進行溫度測量與圖像分析。術前用彩色多普勒超聲定位穿支血管位置并標注，與紅外熱像圖中的血管定位進行比較。

2 結果

2.1 用于定位穿支血管位置

術前的紅外熱像圖可準確定位血管位置，血管走行區域皮溫高于周圍，在熱像圖上顏色較淺，亮度較高，呈明顯的“亮點”或“亮線”[5-6]。對于走行近似垂直于皮膚表面的穿支血管，如腹壁下動脈穿支血管，在臍周呈現出數目較多的“亮點”（圖2），而走行平行于皮膚表面的穿支血管，則在熱像圖上呈現長條狀的“亮線”。對16例皮瓣移植患者血管走行區域及周圍皮膚溫度測定，顯示血管走行處溫度普遍比周圍皮溫高1℃以上。使用彩色多普勒超聲對16例患者進行術前血管超聲并標注血管位置，其結果與紅外熱像圖基本一致。1例頭頂部擴張皮瓣修復面部瘢痕的患者，用兩種方法測得的血管蒂部位置相差小于2 mm（圖3）。此外，在彩色多普勒超聲中顯示為管徑較粗、血流速度較快的血管，因其供養皮膚區域較大，在熱像圖中呈現更大的“亮點”或更粗的“亮線”。

圖2 紅外熱像圖中的臍周穿支血管Fig.2 Paraumbilical perforators in thermal image

圖3 紅外熱像圖中的皮瓣血管位置（左）與彩色多普勒超聲測得的血管位置（右）Fig.3 Vascular position of the flap detected by infrared thermography(left)and color Doppler ultrasound(right)

2.2 用于監測皮瓣血運

術中切取皮瓣之后，即刻拍攝紅外熱像圖，對于血運良好的皮瓣，可觀察到蒂部明顯的血管“亮線”，皮瓣遠端溫度與皮瓣整體溫度接近（圖4）。

圖4 帶蒂皮瓣移植術中切取皮瓣后紅外熱像圖Fig.4 Intraoperative thermal image of pedicle flap transplantation after the flap was incised

術后通過拍攝紅外熱像圖，比較皮瓣與周圍正常皮膚溫度和皮瓣溫度變化，有助于發現早期皮瓣血運障礙。血運良好的皮瓣整體溫度均勻，且與周圍正常皮膚溫度差較小，通常在2℃之內（圖5）。發生血運障礙的皮瓣遠端區域則在熱像圖上呈現出較明顯的暗區，與皮瓣近端血運正常區域溫差可達2℃以上，與周圍正常皮膚溫差更可達4℃以上。

圖5 游離皮瓣移植術后2 d紅外熱像圖（左）及大體觀（右）Fig.5 Thermal image(left)and general view(right)of free flap,2 days after transplantation

3 討論

通過上述臨床應用發現，DIRT在皮瓣移植圍術期各階段均有積極的輔助作用，是一種有效且操作簡單的無創檢測方法。

Muntean等[7]通過對豬腹部血管穿支進行DIRT檢測，并以彩色超聲多普勒超聲以及大體解剖進行驗證，證實DIRT對于血管定位準確。Whitaker等[8]和de Weerd等[9]分別在乳房重建術前使用DIRT及CTA檢測腹壁下動脈穿支皮瓣（DIEP）的穿支血管，證實了DIRT結果的準確性。在隨意皮瓣轉移術中，明確穿支血管位置是皮瓣設計的重要前提，通過設計時保留血管蒂，轉移后為皮瓣提供充足血運，提高皮瓣的存活率。應用熱像儀拍攝皮瓣區域可發現由深處穿出并水平走行至皮瓣遠端的穿支血管。與彩色多普勒超聲相比，DIRT具有同樣的準確度，且更為直觀地呈現出血管走行，操作簡單省時，且無需接觸皮膚，在術中也可便捷地隨時觀察血管情況，保證皮瓣切取的準確性。

在帶知名血管蒂的皮瓣轉移中，蒂部血管位置較為恒定，其血管直徑、長度及血流速度是決定皮瓣血供情況與皮瓣存活的關鍵。全鼻缺損患者常伴隨有眉間及額部外傷史，可能伴有滑車上動脈損傷。我們對收治的2例額部皮瓣全鼻再造患者，術前拍攝額部熱像圖，觀察并比較雙側滑車上血管顯影長度及亮度，發現2例患者的雙側滑車上血管均保持完整，但其中一側在熱像圖上呈現更為清晰的“亮線”，經彩色多普勒超聲驗證其管徑較粗，更適合作為額部皮瓣血管蒂。DIRT用于具有多根軸型血管供血的皮瓣蒂部血管選擇，雖無法直接測定血管參數，但仍因其直觀性，而具有一定的輔助作用。

皮瓣術中常用的監測皮瓣血運的方法有彩色多普勒超聲、吲哚菁綠血管造影（ICG）等[10]。彩色多普勒超聲多用于探測蒂部血管，對于皮瓣遠端微循環情況則難以測定；ICG需血管內注射吲哚菁綠造影劑，操作繁瑣耗時，且造影設備體積龐大，無法攜帶，使用不便。術中使用紅外熱像儀可在不接觸術區的情況下，隨時監測皮瓣血供，在熱像圖中可整體觀察皮瓣血運情況[11]。通過皮瓣蒂部在圖像上的溫度，可判斷蒂部血管是否通暢，若蒂部受壓扭轉則在熱像圖上溫度降低，顏色變深，無法看到明顯血管亮區；通過比較皮瓣遠端與近端溫度，可預估皮瓣遠端術后是否會出現血運障礙。

皮瓣血運障礙是皮瓣術后發生率較高的并發癥，可導致皮瓣壞死。通常僅憑肉眼觀察，在皮瓣顏色轉為蒼白或紫黑時可判斷皮瓣存在血運障礙，但術后數小時內早期血運障礙發生時，大體觀下皮瓣顏色變化不明顯，不易發現。使用單點測溫儀測定游離皮瓣中央及邊緣數個定點的術后溫度變化[12]，并與周圍皮膚溫度進行比較，可判斷皮瓣血運情況，但該方法難以觀察皮瓣整體血運情況。使用DIRT可對皮瓣活性進行監測，當皮瓣出現血運障礙的早期，即可觀察到皮瓣整體溫度呈持續性下降[13]。在紅外熱像圖中，正常情況下皮瓣切取6 h后近端皮溫即開始上升，若之后皮瓣溫度不升或仍持續下降，則皮瓣壞死可能性大[14]。在存活良好的DIEP皮瓣和腹壁淺動脈（SIEA）皮瓣中，可觀察到術后一周中隨時間推移新“亮點”在皮瓣上逐漸出現[15]，反映了皮瓣移植術后血管重建過程。相比其他測溫手段，紅外熱成像技術可整體呈現區域內皮膚溫度，更能直觀反映局部微循環情況，通過皮瓣移植術后溫度變化趨勢，早期發現皮瓣血運障礙，從而可及時采取干預措施，減少皮瓣壞死率。

盡管當前的紅外熱像技術具有諸多優點，但還存在不足之處：①由于深部血管對表皮溫度影響不明顯，故紅外熱像技術只適用于觀察較表淺的血管，對于深部血管仍需借助彩色多普勒超聲或CTA進行測定；②無法測定血流速度、血管直徑及判斷動靜脈類型；③體表溫度受室溫影響較大，亦受到自身代謝影響，若測量環境不同，多次測量結果之間的比較可能并不準確。

4 結論

DIRT是一種無創的輔助檢測手段，操作簡便且經濟。皮瓣移植術前可通過DIRT準確、直觀地定位血管，從而進行皮瓣血管蒂選擇，輔助皮瓣設計。術中和術后應用DIRT，可較為靈敏地反映皮瓣溫度變化，有助于連續監測皮瓣血運，及時發現早期血運障礙。在皮瓣移植圍術期，DIRT可部分替代其他檢查方法，簡化術前檢查步驟，縮短手術時間，提高術后監測效率，在整復外科中具有廣闊的應用前景。