引用本文: 段家章, 何曉清, 徐永清, 范新宇, 羅浩天, 王騰, 董凱旋, 余開富. 數字化技術在股前外側皮瓣修復手足創面中的應用. 中國修復重建外科雜志, 2015, 29(7): 807-811. doi: 10.7507/1002-1892.20150175 復制
股前外側皮瓣已廣泛用于修復手足部創面[1-2]。但旋股外側動脈降支及其穿支的變異性大[3-4],使術前皮瓣的精確化和個體化設計受到限制,并存在不可預知的手術風險。為達到個體化精確設計皮瓣及降低手術風險,我們提出采用CT血管造影(CT angiography,CTA)結合Mimics15.0軟件(Materialise公司,比利時)的數字化技術進行術前個體化設計股前外側皮瓣;并于2013年9月-2014年9月將該技術應用于16例手足創面患者,獲得滿意結果。報告如下。
1 臨床資料
1.1 一般資料
本組男10 例,女 6 例;年齡 20~52 歲,平均31 歲。致傷原因:交通事故傷8例,機器壓軋傷6例,燙傷1例,動物咬傷后皮膚軟組織壞死1例。缺損部位:足背5例,踝周4 例,足底1例,前臂及手部6 例。傷后至入院時間2 h~45 d,平均14.3 d。其中急診入院9例,所有創面污染嚴重并肌腱、骨外露;其余7例由外院轉入,5例創面嚴重感染,2例創面感染較輕,均合并肌腱及骨外露。創面缺損范圍 9.0 cm× 4.0 cm ~ 29.0 cm×8.5 cm。
1.2 術前設計
1.2.1 CTA檢查
患者取平臥位,經肘正中靜脈注射碘海醇注射液(35 g∶100 mL;揚子江藥業集團有限公司)。采用 64 排螺旋 CT(GE公司,美國)行腹主動脈下段至雙側脛前后動脈、腓動脈連續掃描,重點觀察雙側髂前上棘致雙側髕骨平面,根據張元智等[5]的研究并結合臨床經驗設置 CT 掃描參數:140 kV、525 mA、層厚0.625 mm。
1.2.2 數字化設計
① 對CTA原始橫切面圖像進行分析和測量,重點記錄穿支穿出深筋膜的層面并測量穿支管徑,注意觀察肌間隔穿支。結合受區需要,選擇含有合適穿支的肢體作為皮瓣供區。本組選擇對側供區肢體11例,患側5例。② 將CTA數據以Dicom格式導入Mimics15.0軟件工作站。首先在軸位視窗選擇剖面線(Profile line)對骨骼進行閾值分割(Thresholding);用Crop Mask工具將感興趣區域限制在根據CTA原始圖像選定的一側供區(髂嵴至同側髕骨下緣),以減少數據分割工作量。然后利用軟件中的區域增長(Region Growing)、多層編輯工具(Multiple slice edit)、3D編輯功能(Edit mask in 3D)等工具,重建供區三維可視化模型[6];重點對旋股外側動脈各分支、主要穿支、骨骼及皮膚進行重建。③ 利用軟件測量工具測量旋股外側動脈降支的起始位置(與髂前上棘的垂直距離)、起始部血管管徑、血管蒂最大可切取長度。觀察穿支來源血管走行并標定穿支穿深筋膜的位置(在三維重建圖像上測量穿支至髂前上棘的距離,自髂前上棘至髕骨外緣作連線,再測量穿支點到此線的距離)。根據受區創面大小、形狀設計游離股前外側皮瓣,并在Mimics15.0軟件中模擬切取皮瓣。
1.3 手術方法
急診患者入院后行清創、骨折外固定及封閉式負壓引流;感染創面患者入院后采取抗感染、換藥處理。本組入院后7~10 d待創面肉芽組織生長良好,完善CTA檢查并用Mimics軟件完成皮瓣設計后再行股前外側皮瓣移植修復術。
全麻下,患者取平臥位手術。首先徹底清創,在創面與受區血管之間作S形切口,顯露待吻合的血管束,注意保留切口周圍皮下靜脈。然后切取皮瓣,結合術前皮瓣設計及穿支標定點,一般以髂前上棘和髕骨上緣中點連線為切口線,從皮瓣內側切開皮膚、皮下組織,并切開深筋膜。在切口中下段將切口向兩端牽開,暴露股外側肌和股直肌間隙,可見旋股外側動脈降支在此間隙之間走行,顯露術前標定穿支的起始部,加以保護;分離該肌間隙致暴露旋股外側動脈降支起始處,注意保護降支的其他穿支。術中對術前相關測量指標進行再次測量。分離出降支及重要穿支,切取股前外側皮瓣。本組皮瓣切取范圍 11 cm×5 cm~31 cm×10 cm。5例皮瓣明顯較厚,行皮瓣一期削薄處理;然后將皮瓣轉移至受區,先簡單固定皮瓣邊緣后,顯微鏡下吻合血管。當受區遠端肢體血供豐富且擬吻合的受區血管束遠端缺損時,將降支(橫支或斜支[7])及兩伴行靜脈與受區血管束作端端吻合;若受區血管束中的伴行靜脈和降支伴行靜脈不匹配,可將降支伴行靜脈和創面周圍皮下靜脈吻合。當受區遠端肢體僅有1束可靠血管供血或受區血管束遠端未受損傷時,行橋接血管[8]吻合。本組5例行橋接血管吻合,其余行端端吻合。血管吻合完畢檢查皮瓣血供良好后縫合皮瓣及創面邊緣,放置橡皮引流片或引流管。本組5例患者創面感染嚴重,長期不愈并骨外露,為加強抗感染及防治骨髓炎,術中在皮瓣下避開血管蒂放置萬古霉素骨水泥棒1~2根[9]。
本組14例供區缺損寬度<9.5 cm,可直接拉攏縫合;2例供區最寬處達10 cm,難以直接縫合,先縫合可直接縫合區域,不能完全縫合區域采用對側大腿刃厚游離皮片植皮修復。
1.4 術后處理
術后囑患者絕對臥床5~7 d,嚴密觀察皮瓣顏色、皮溫情況,烤燈保暖,常規給予止痛治療2~5 d,必要時鎮靜處理;依據術前創面細菌培養結果使用敏感抗生素抗感染,每天更換無菌敷料,保持創面清潔干燥。術中留置萬古霉素骨水泥棒者,術后1個月后換藥時直接床旁拔除,拔除骨水泥棒后的創口給予換藥至愈合。
2 結果
2.1 術前設計結果
術前CTA原始圖像檢查發現本組皮瓣供區管徑>0.8 mm及>1.0 mm的肌間隔穿支及肌皮穿支分別為37支及23支,術中實際發現管徑>0.8 mm及>1.0 mm者分別為38支及23支,準確率分別為97.4%及100%。術前發現管徑>0.8 mm的肌間隔穿支共6支,術中實際亦發現6支,準確率為100%;其占所有管徑>0.8 mm穿支的15.8%。
術前經Mimics軟件重建后明確的旋股外側動脈及其降支的起始位置、起始部血管管徑、穿支來源血管走行、血管蒂最大可切取長度,與術中實際觀測均一致,本組均順利完成皮瓣切取及修復。
2.2 臨床療效
術后1例皮瓣發生血管危象,經積極手術探查,給予抗凝、解禁、按摩處理后成活;其余皮瓣均順利成活,創面Ⅰ期愈合。供區切口Ⅰ期愈合,植皮均成活。術后患者均獲隨訪,隨訪時間 6~17個月,平均 9 個月。15例皮瓣外形良好;1例踝周并足背創面皮瓣臃腫,術后10個月行二期修薄術后外形滿意。15例術后4個月開始恢復保護性痛、溫覺。末次隨訪時,6例手部創面患者手部功能按關節總活動度(TAM)評分[10],獲優3例,良2例,可1例;10例足踝部創面患者足踝部功能根據美國矯形足踝協會(AOFAS)評分,獲優5例,良3例,可2例;本組患者功能總優良率為81.25%。
3 典型病例
患者男,43歲。交通事故傷致左手背部皮膚軟組織缺損2 d入院。入院檢查:左手背部及前臂遠端背部皮膚軟組織缺損并骨外露,缺損面積12 cm×6 cm。術前CTA檢查:從CTA原始橫截面圖像中發現右側股前外側有1支管徑約1.0 mm穿支;將CTA數據導入Mimics15.0軟件進行三維重建,在三維模型上定位穿支點并設計個體化股前外側皮瓣。利用測量數據定位穿支點,在右側大腿標記皮瓣設計。全麻下,徹底清創后,依據術前設計切取大小為12.5 cm×7.0 cm的股前外側皮瓣修復創面,將血管蒂以橋接血流方式與尺動、靜脈吻合。供區直接拉攏縫合。術后皮瓣成活良好,供區切口Ⅰ 期愈合。術后隨訪6個月,皮瓣外形良好,皮瓣恢復保護性痛、溫覺,手部功能按TAM系統評分為可。見圖 1。

4 討論
自1984年徐達傳等報道股前外側皮瓣以來,該皮瓣已廣泛應用于各種創面的修復,但血管變異仍是阻礙皮瓣設計及降低手術風險的最大障礙。皮瓣穿支變異主要表現在以下三方面:穿支分布位置的變異[11-13]、穿支血管來源與走行的變異[4]以及穿支血管穿出方式的變異[13-14]。此外,旋股外側動脈各分支血管也存在很大變異,主要表現為降支來源與走行、降支長度及管徑的變異[15]。股前外側皮瓣修復術中我們常需切取降支(橫支或斜支)為血管蒂主干,將其與受區血管吻合。因此,術前明確穿支及穿支源動脈的解剖情況,對個體化設計皮瓣及規避手術風險具有重要意義。
學者們對術前股前外側皮瓣穿支定位進行了大量研究,從最初的手持式超聲、彩色多普勒超聲到高頻彩色多普勒超聲,再發展到CTA技術[16]。手持式超聲和彩色多普勒超聲定位存在較高的假陽性率[17-18],高頻彩色多普勒超聲難以對穿支源動脈進行探測及評估[19],而CTA三維重建較粗糙,精確化和個體化程度較低[20]。Mimics軟件在皮瓣領域中的應用[5-6, 21],使股前外側皮瓣的三維可視化研究成為可能,為術前個體化設計股前外側皮瓣提供了更好的方法。
本組術前應用CTA結合Mimics15.0軟件清晰重建了旋股外側動脈及其分支、主要穿支、周圍骨骼及皮膚,獲得了股前外側皮瓣的三維可視化模型;對穿支進行了體表定位,并完成了皮瓣的個體化設計,為精確手術奠定了基礎,降低了因皮瓣血管變異帶來的手術風險。對比既往彩色多普勒超聲定位及單純CTA三維重建效果,CTA結合Mimics軟件完成的三維重建主要有以下優點:① 能更清晰完整地顯示血管與周圍肌肉、骨骼的層次關系,真實反映了血管的分布和走行;② 可以層次分明地重建主要穿支,顯示穿支和皮瓣的關系;③ 通過CTA原始圖像明確供區肢體后再行Mimics軟件三維重建,明顯減少了重建工作量;④ 通過對不同組織進行顏色的添加或調整,使重建圖像更立體化和可視化;⑤ 能夠在術前精確化及個體化設計術中所需皮瓣,使手術醫師術前就能形象直觀地觀察所切取皮瓣的形態和特點,并可用軟件模擬手術過程,且具有可重復性。
但CTA及Mimics軟件作為術前導航技術也存在以下不足:① CTA檢查費用高且存在腎毒性、輻射損傷問題,并延長了住院時間;② Mimics軟件三維重建效果受到CTA原始圖像成像效果的影響;③ 操作復雜費時,且Mimics軟件對顯影欠佳的穿支分辨率不高,需結合CTA原始圖片進行半手動提取。
綜上述,通過CTA結合Mimics軟件的數字化技術可術前精準化和個體化設計皮瓣,有效降低手術風險。但CTA的成像效果、副作用、價格昂貴等方面不足仍需進一步改進;Mimics三維重建操作比較復雜,也有待改善和提高;此外本組觀察病例少,觀測指標不夠全面,有待擴大樣本量進一步研究明確。
股前外側皮瓣已廣泛用于修復手足部創面[1-2]。但旋股外側動脈降支及其穿支的變異性大[3-4],使術前皮瓣的精確化和個體化設計受到限制,并存在不可預知的手術風險。為達到個體化精確設計皮瓣及降低手術風險,我們提出采用CT血管造影(CT angiography,CTA)結合Mimics15.0軟件(Materialise公司,比利時)的數字化技術進行術前個體化設計股前外側皮瓣;并于2013年9月-2014年9月將該技術應用于16例手足創面患者,獲得滿意結果。報告如下。
1 臨床資料
1.1 一般資料
本組男10 例,女 6 例;年齡 20~52 歲,平均31 歲。致傷原因:交通事故傷8例,機器壓軋傷6例,燙傷1例,動物咬傷后皮膚軟組織壞死1例。缺損部位:足背5例,踝周4 例,足底1例,前臂及手部6 例。傷后至入院時間2 h~45 d,平均14.3 d。其中急診入院9例,所有創面污染嚴重并肌腱、骨外露;其余7例由外院轉入,5例創面嚴重感染,2例創面感染較輕,均合并肌腱及骨外露。創面缺損范圍 9.0 cm× 4.0 cm ~ 29.0 cm×8.5 cm。
1.2 術前設計
1.2.1 CTA檢查
患者取平臥位,經肘正中靜脈注射碘海醇注射液(35 g∶100 mL;揚子江藥業集團有限公司)。采用 64 排螺旋 CT(GE公司,美國)行腹主動脈下段至雙側脛前后動脈、腓動脈連續掃描,重點觀察雙側髂前上棘致雙側髕骨平面,根據張元智等[5]的研究并結合臨床經驗設置 CT 掃描參數:140 kV、525 mA、層厚0.625 mm。
1.2.2 數字化設計
① 對CTA原始橫切面圖像進行分析和測量,重點記錄穿支穿出深筋膜的層面并測量穿支管徑,注意觀察肌間隔穿支。結合受區需要,選擇含有合適穿支的肢體作為皮瓣供區。本組選擇對側供區肢體11例,患側5例。② 將CTA數據以Dicom格式導入Mimics15.0軟件工作站。首先在軸位視窗選擇剖面線(Profile line)對骨骼進行閾值分割(Thresholding);用Crop Mask工具將感興趣區域限制在根據CTA原始圖像選定的一側供區(髂嵴至同側髕骨下緣),以減少數據分割工作量。然后利用軟件中的區域增長(Region Growing)、多層編輯工具(Multiple slice edit)、3D編輯功能(Edit mask in 3D)等工具,重建供區三維可視化模型[6];重點對旋股外側動脈各分支、主要穿支、骨骼及皮膚進行重建。③ 利用軟件測量工具測量旋股外側動脈降支的起始位置(與髂前上棘的垂直距離)、起始部血管管徑、血管蒂最大可切取長度。觀察穿支來源血管走行并標定穿支穿深筋膜的位置(在三維重建圖像上測量穿支至髂前上棘的距離,自髂前上棘至髕骨外緣作連線,再測量穿支點到此線的距離)。根據受區創面大小、形狀設計游離股前外側皮瓣,并在Mimics15.0軟件中模擬切取皮瓣。
1.3 手術方法
急診患者入院后行清創、骨折外固定及封閉式負壓引流;感染創面患者入院后采取抗感染、換藥處理。本組入院后7~10 d待創面肉芽組織生長良好,完善CTA檢查并用Mimics軟件完成皮瓣設計后再行股前外側皮瓣移植修復術。
全麻下,患者取平臥位手術。首先徹底清創,在創面與受區血管之間作S形切口,顯露待吻合的血管束,注意保留切口周圍皮下靜脈。然后切取皮瓣,結合術前皮瓣設計及穿支標定點,一般以髂前上棘和髕骨上緣中點連線為切口線,從皮瓣內側切開皮膚、皮下組織,并切開深筋膜。在切口中下段將切口向兩端牽開,暴露股外側肌和股直肌間隙,可見旋股外側動脈降支在此間隙之間走行,顯露術前標定穿支的起始部,加以保護;分離該肌間隙致暴露旋股外側動脈降支起始處,注意保護降支的其他穿支。術中對術前相關測量指標進行再次測量。分離出降支及重要穿支,切取股前外側皮瓣。本組皮瓣切取范圍 11 cm×5 cm~31 cm×10 cm。5例皮瓣明顯較厚,行皮瓣一期削薄處理;然后將皮瓣轉移至受區,先簡單固定皮瓣邊緣后,顯微鏡下吻合血管。當受區遠端肢體血供豐富且擬吻合的受區血管束遠端缺損時,將降支(橫支或斜支[7])及兩伴行靜脈與受區血管束作端端吻合;若受區血管束中的伴行靜脈和降支伴行靜脈不匹配,可將降支伴行靜脈和創面周圍皮下靜脈吻合。當受區遠端肢體僅有1束可靠血管供血或受區血管束遠端未受損傷時,行橋接血管[8]吻合。本組5例行橋接血管吻合,其余行端端吻合。血管吻合完畢檢查皮瓣血供良好后縫合皮瓣及創面邊緣,放置橡皮引流片或引流管。本組5例患者創面感染嚴重,長期不愈并骨外露,為加強抗感染及防治骨髓炎,術中在皮瓣下避開血管蒂放置萬古霉素骨水泥棒1~2根[9]。
本組14例供區缺損寬度<9.5 cm,可直接拉攏縫合;2例供區最寬處達10 cm,難以直接縫合,先縫合可直接縫合區域,不能完全縫合區域采用對側大腿刃厚游離皮片植皮修復。
1.4 術后處理
術后囑患者絕對臥床5~7 d,嚴密觀察皮瓣顏色、皮溫情況,烤燈保暖,常規給予止痛治療2~5 d,必要時鎮靜處理;依據術前創面細菌培養結果使用敏感抗生素抗感染,每天更換無菌敷料,保持創面清潔干燥。術中留置萬古霉素骨水泥棒者,術后1個月后換藥時直接床旁拔除,拔除骨水泥棒后的創口給予換藥至愈合。
2 結果
2.1 術前設計結果
術前CTA原始圖像檢查發現本組皮瓣供區管徑>0.8 mm及>1.0 mm的肌間隔穿支及肌皮穿支分別為37支及23支,術中實際發現管徑>0.8 mm及>1.0 mm者分別為38支及23支,準確率分別為97.4%及100%。術前發現管徑>0.8 mm的肌間隔穿支共6支,術中實際亦發現6支,準確率為100%;其占所有管徑>0.8 mm穿支的15.8%。
術前經Mimics軟件重建后明確的旋股外側動脈及其降支的起始位置、起始部血管管徑、穿支來源血管走行、血管蒂最大可切取長度,與術中實際觀測均一致,本組均順利完成皮瓣切取及修復。
2.2 臨床療效
術后1例皮瓣發生血管危象,經積極手術探查,給予抗凝、解禁、按摩處理后成活;其余皮瓣均順利成活,創面Ⅰ期愈合。供區切口Ⅰ期愈合,植皮均成活。術后患者均獲隨訪,隨訪時間 6~17個月,平均 9 個月。15例皮瓣外形良好;1例踝周并足背創面皮瓣臃腫,術后10個月行二期修薄術后外形滿意。15例術后4個月開始恢復保護性痛、溫覺。末次隨訪時,6例手部創面患者手部功能按關節總活動度(TAM)評分[10],獲優3例,良2例,可1例;10例足踝部創面患者足踝部功能根據美國矯形足踝協會(AOFAS)評分,獲優5例,良3例,可2例;本組患者功能總優良率為81.25%。
3 典型病例
患者男,43歲。交通事故傷致左手背部皮膚軟組織缺損2 d入院。入院檢查:左手背部及前臂遠端背部皮膚軟組織缺損并骨外露,缺損面積12 cm×6 cm。術前CTA檢查:從CTA原始橫截面圖像中發現右側股前外側有1支管徑約1.0 mm穿支;將CTA數據導入Mimics15.0軟件進行三維重建,在三維模型上定位穿支點并設計個體化股前外側皮瓣。利用測量數據定位穿支點,在右側大腿標記皮瓣設計。全麻下,徹底清創后,依據術前設計切取大小為12.5 cm×7.0 cm的股前外側皮瓣修復創面,將血管蒂以橋接血流方式與尺動、靜脈吻合。供區直接拉攏縫合。術后皮瓣成活良好,供區切口Ⅰ 期愈合。術后隨訪6個月,皮瓣外形良好,皮瓣恢復保護性痛、溫覺,手部功能按TAM系統評分為可。見圖 1。

4 討論
自1984年徐達傳等報道股前外側皮瓣以來,該皮瓣已廣泛應用于各種創面的修復,但血管變異仍是阻礙皮瓣設計及降低手術風險的最大障礙。皮瓣穿支變異主要表現在以下三方面:穿支分布位置的變異[11-13]、穿支血管來源與走行的變異[4]以及穿支血管穿出方式的變異[13-14]。此外,旋股外側動脈各分支血管也存在很大變異,主要表現為降支來源與走行、降支長度及管徑的變異[15]。股前外側皮瓣修復術中我們常需切取降支(橫支或斜支)為血管蒂主干,將其與受區血管吻合。因此,術前明確穿支及穿支源動脈的解剖情況,對個體化設計皮瓣及規避手術風險具有重要意義。
學者們對術前股前外側皮瓣穿支定位進行了大量研究,從最初的手持式超聲、彩色多普勒超聲到高頻彩色多普勒超聲,再發展到CTA技術[16]。手持式超聲和彩色多普勒超聲定位存在較高的假陽性率[17-18],高頻彩色多普勒超聲難以對穿支源動脈進行探測及評估[19],而CTA三維重建較粗糙,精確化和個體化程度較低[20]。Mimics軟件在皮瓣領域中的應用[5-6, 21],使股前外側皮瓣的三維可視化研究成為可能,為術前個體化設計股前外側皮瓣提供了更好的方法。
本組術前應用CTA結合Mimics15.0軟件清晰重建了旋股外側動脈及其分支、主要穿支、周圍骨骼及皮膚,獲得了股前外側皮瓣的三維可視化模型;對穿支進行了體表定位,并完成了皮瓣的個體化設計,為精確手術奠定了基礎,降低了因皮瓣血管變異帶來的手術風險。對比既往彩色多普勒超聲定位及單純CTA三維重建效果,CTA結合Mimics軟件完成的三維重建主要有以下優點:① 能更清晰完整地顯示血管與周圍肌肉、骨骼的層次關系,真實反映了血管的分布和走行;② 可以層次分明地重建主要穿支,顯示穿支和皮瓣的關系;③ 通過CTA原始圖像明確供區肢體后再行Mimics軟件三維重建,明顯減少了重建工作量;④ 通過對不同組織進行顏色的添加或調整,使重建圖像更立體化和可視化;⑤ 能夠在術前精確化及個體化設計術中所需皮瓣,使手術醫師術前就能形象直觀地觀察所切取皮瓣的形態和特點,并可用軟件模擬手術過程,且具有可重復性。
但CTA及Mimics軟件作為術前導航技術也存在以下不足:① CTA檢查費用高且存在腎毒性、輻射損傷問題,并延長了住院時間;② Mimics軟件三維重建效果受到CTA原始圖像成像效果的影響;③ 操作復雜費時,且Mimics軟件對顯影欠佳的穿支分辨率不高,需結合CTA原始圖片進行半手動提取。
綜上述,通過CTA結合Mimics軟件的數字化技術可術前精準化和個體化設計皮瓣,有效降低手術風險。但CTA的成像效果、副作用、價格昂貴等方面不足仍需進一步改進;Mimics三維重建操作比較復雜,也有待改善和提高;此外本組觀察病例少,觀測指標不夠全面,有待擴大樣本量進一步研究明確。