引用本文: 段家章, 何晓清, 徐永清, 范新宇, 罗浩天, 王腾, 董凯旋, 余开富. 数字化技术在股前外侧皮瓣修复手足创面中的应用. 中国修复重建外科杂志, 2015, 29(7): 807-811. doi: 10.7507/1002-1892.20150175 复制
股前外侧皮瓣已广泛用于修复手足部创面[1-2]。但旋股外侧动脉降支及其穿支的变异性大[3-4],使术前皮瓣的精确化和个体化设计受到限制,并存在不可预知的手术风险。为达到个体化精确设计皮瓣及降低手术风险,我们提出采用CT血管造影(CT angiography,CTA)结合Mimics15.0软件(Materialise公司,比利时)的数字化技术进行术前个体化设计股前外侧皮瓣;并于2013年9月-2014年9月将该技术应用于16例手足创面患者,获得满意结果。报告如下。
1 临床资料
1.1 一般资料
本组男10 例,女 6 例;年龄 20~52 岁,平均31 岁。致伤原因:交通事故伤8例,机器压轧伤6例,烫伤1例,动物咬伤后皮肤软组织坏死1例。缺损部位:足背5例,踝周4 例,足底1例,前臂及手部6 例。伤后至入院时间2 h~45 d,平均14.3 d。其中急诊入院9例,所有创面污染严重并肌腱、骨外露;其余7例由外院转入,5例创面严重感染,2例创面感染较轻,均合并肌腱及骨外露。创面缺损范围 9.0 cm× 4.0 cm ~ 29.0 cm×8.5 cm。
1.2 术前设计
1.2.1 CTA检查
患者取平卧位,经肘正中静脉注射碘海醇注射液(35 g∶100 mL;扬子江药业集团有限公司)。采用 64 排螺旋 CT(GE公司,美国)行腹主动脉下段至双侧胫前后动脉、腓动脉连续扫描,重点观察双侧髂前上棘致双侧髌骨平面,根据张元智等[5]的研究并结合临床经验设置 CT 扫描参数:140 kV、525 mA、层厚0.625 mm。
1.2.2 数字化设计
① 对CTA原始横切面图像进行分析和测量,重点记录穿支穿出深筋膜的层面并测量穿支管径,注意观察肌间隔穿支。结合受区需要,选择含有合适穿支的肢体作为皮瓣供区。本组选择对侧供区肢体11例,患侧5例。② 将CTA数据以Dicom格式导入Mimics15.0软件工作站。首先在轴位视窗选择剖面线(Profile line)对骨骼进行阈值分割(Thresholding);用Crop Mask工具将感兴趣区域限制在根据CTA原始图像选定的一侧供区(髂嵴至同侧髌骨下缘),以减少数据分割工作量。然后利用软件中的区域增长(Region Growing)、多层编辑工具(Multiple slice edit)、3D编辑功能(Edit mask in 3D)等工具,重建供区三维可视化模型[6];重点对旋股外侧动脉各分支、主要穿支、骨骼及皮肤进行重建。③ 利用软件测量工具测量旋股外侧动脉降支的起始位置(与髂前上棘的垂直距离)、起始部血管管径、血管蒂最大可切取长度。观察穿支来源血管走行并标定穿支穿深筋膜的位置(在三维重建图像上测量穿支至髂前上棘的距离,自髂前上棘至髌骨外缘作连线,再测量穿支点到此线的距离)。根据受区创面大小、形状设计游离股前外侧皮瓣,并在Mimics15.0软件中模拟切取皮瓣。
1.3 手术方法
急诊患者入院后行清创、骨折外固定及封闭式负压引流;感染创面患者入院后采取抗感染、换药处理。本组入院后7~10 d待创面肉芽组织生长良好,完善CTA检查并用Mimics软件完成皮瓣设计后再行股前外侧皮瓣移植修复术。
全麻下,患者取平卧位手术。首先彻底清创,在创面与受区血管之间作S形切口,显露待吻合的血管束,注意保留切口周围皮下静脉。然后切取皮瓣,结合术前皮瓣设计及穿支标定点,一般以髂前上棘和髌骨上缘中点连线为切口线,从皮瓣内侧切开皮肤、皮下组织,并切开深筋膜。在切口中下段将切口向两端牵开,暴露股外侧肌和股直肌间隙,可见旋股外侧动脉降支在此间隙之间走行,显露术前标定穿支的起始部,加以保护;分离该肌间隙致暴露旋股外侧动脉降支起始处,注意保护降支的其他穿支。术中对术前相关测量指标进行再次测量。分离出降支及重要穿支,切取股前外侧皮瓣。本组皮瓣切取范围 11 cm×5 cm~31 cm×10 cm。5例皮瓣明显较厚,行皮瓣一期削薄处理;然后将皮瓣转移至受区,先简单固定皮瓣边缘后,显微镜下吻合血管。当受区远端肢体血供丰富且拟吻合的受区血管束远端缺损时,将降支(横支或斜支[7])及两伴行静脉与受区血管束作端端吻合;若受区血管束中的伴行静脉和降支伴行静脉不匹配,可将降支伴行静脉和创面周围皮下静脉吻合。当受区远端肢体仅有1束可靠血管供血或受区血管束远端未受损伤时,行桥接血管[8]吻合。本组5例行桥接血管吻合,其余行端端吻合。血管吻合完毕检查皮瓣血供良好后缝合皮瓣及创面边缘,放置橡皮引流片或引流管。本组5例患者创面感染严重,长期不愈并骨外露,为加强抗感染及防治骨髓炎,术中在皮瓣下避开血管蒂放置万古霉素骨水泥棒1~2根[9]。
本组14例供区缺损宽度<9.5 cm,可直接拉拢缝合;2例供区最宽处达10 cm,难以直接缝合,先缝合可直接缝合区域,不能完全缝合区域采用对侧大腿刃厚游离皮片植皮修复。
1.4 术后处理
术后嘱患者绝对卧床5~7 d,严密观察皮瓣颜色、皮温情况,烤灯保暖,常规给予止痛治疗2~5 d,必要时镇静处理;依据术前创面细菌培养结果使用敏感抗生素抗感染,每天更换无菌敷料,保持创面清洁干燥。术中留置万古霉素骨水泥棒者,术后1个月后换药时直接床旁拔除,拔除骨水泥棒后的创口给予换药至愈合。
2 结果
2.1 术前设计结果
术前CTA原始图像检查发现本组皮瓣供区管径>0.8 mm及>1.0 mm的肌间隔穿支及肌皮穿支分别为37支及23支,术中实际发现管径>0.8 mm及>1.0 mm者分别为38支及23支,准确率分别为97.4%及100%。术前发现管径>0.8 mm的肌间隔穿支共6支,术中实际亦发现6支,准确率为100%;其占所有管径>0.8 mm穿支的15.8%。
术前经Mimics软件重建后明确的旋股外侧动脉及其降支的起始位置、起始部血管管径、穿支来源血管走行、血管蒂最大可切取长度,与术中实际观测均一致,本组均顺利完成皮瓣切取及修复。
2.2 临床疗效
术后1例皮瓣发生血管危象,经积极手术探查,给予抗凝、解禁、按摩处理后成活;其余皮瓣均顺利成活,创面Ⅰ期愈合。供区切口Ⅰ期愈合,植皮均成活。术后患者均获随访,随访时间 6~17个月,平均 9 个月。15例皮瓣外形良好;1例踝周并足背创面皮瓣臃肿,术后10个月行二期修薄术后外形满意。15例术后4个月开始恢复保护性痛、温觉。末次随访时,6例手部创面患者手部功能按关节总活动度(TAM)评分[10],获优3例,良2例,可1例;10例足踝部创面患者足踝部功能根据美国矫形足踝协会(AOFAS)评分,获优5例,良3例,可2例;本组患者功能总优良率为81.25%。
3 典型病例
患者男,43岁。交通事故伤致左手背部皮肤软组织缺损2 d入院。入院检查:左手背部及前臂远端背部皮肤软组织缺损并骨外露,缺损面积12 cm×6 cm。术前CTA检查:从CTA原始横截面图像中发现右侧股前外侧有1支管径约1.0 mm穿支;将CTA数据导入Mimics15.0软件进行三维重建,在三维模型上定位穿支点并设计个体化股前外侧皮瓣。利用测量数据定位穿支点,在右侧大腿标记皮瓣设计。全麻下,彻底清创后,依据术前设计切取大小为12.5 cm×7.0 cm的股前外侧皮瓣修复创面,将血管蒂以桥接血流方式与尺动、静脉吻合。供区直接拉拢缝合。术后皮瓣成活良好,供区切口Ⅰ 期愈合。术后随访6个月,皮瓣外形良好,皮瓣恢复保护性痛、温觉,手部功能按TAM系统评分为可。见图 1。

4 讨论
自1984年徐达传等报道股前外侧皮瓣以来,该皮瓣已广泛应用于各种创面的修复,但血管变异仍是阻碍皮瓣设计及降低手术风险的最大障碍。皮瓣穿支变异主要表现在以下三方面:穿支分布位置的变异[11-13]、穿支血管来源与走行的变异[4]以及穿支血管穿出方式的变异[13-14]。此外,旋股外侧动脉各分支血管也存在很大变异,主要表现为降支来源与走行、降支长度及管径的变异[15]。股前外侧皮瓣修复术中我们常需切取降支(横支或斜支)为血管蒂主干,将其与受区血管吻合。因此,术前明确穿支及穿支源动脉的解剖情况,对个体化设计皮瓣及规避手术风险具有重要意义。
学者们对术前股前外侧皮瓣穿支定位进行了大量研究,从最初的手持式超声、彩色多普勒超声到高频彩色多普勒超声,再发展到CTA技术[16]。手持式超声和彩色多普勒超声定位存在较高的假阳性率[17-18],高频彩色多普勒超声难以对穿支源动脉进行探测及评估[19],而CTA三维重建较粗糙,精确化和个体化程度较低[20]。Mimics软件在皮瓣领域中的应用[5-6, 21],使股前外侧皮瓣的三维可视化研究成为可能,为术前个体化设计股前外侧皮瓣提供了更好的方法。
本组术前应用CTA结合Mimics15.0软件清晰重建了旋股外侧动脉及其分支、主要穿支、周围骨骼及皮肤,获得了股前外侧皮瓣的三维可视化模型;对穿支进行了体表定位,并完成了皮瓣的个体化设计,为精确手术奠定了基础,降低了因皮瓣血管变异带来的手术风险。对比既往彩色多普勒超声定位及单纯CTA三维重建效果,CTA结合Mimics软件完成的三维重建主要有以下优点:① 能更清晰完整地显示血管与周围肌肉、骨骼的层次关系,真实反映了血管的分布和走行;② 可以层次分明地重建主要穿支,显示穿支和皮瓣的关系;③ 通过CTA原始图像明确供区肢体后再行Mimics软件三维重建,明显减少了重建工作量;④ 通过对不同组织进行颜色的添加或调整,使重建图像更立体化和可视化;⑤ 能够在术前精确化及个体化设计术中所需皮瓣,使手术医师术前就能形象直观地观察所切取皮瓣的形态和特点,并可用软件模拟手术过程,且具有可重复性。
但CTA及Mimics软件作为术前导航技术也存在以下不足:① CTA检查费用高且存在肾毒性、辐射损伤问题,并延长了住院时间;② Mimics软件三维重建效果受到CTA原始图像成像效果的影响;③ 操作复杂费时,且Mimics软件对显影欠佳的穿支分辨率不高,需结合CTA原始图片进行半手动提取。
综上述,通过CTA结合Mimics软件的数字化技术可术前精准化和个体化设计皮瓣,有效降低手术风险。但CTA的成像效果、副作用、价格昂贵等方面不足仍需进一步改进;Mimics三维重建操作比较复杂,也有待改善和提高;此外本组观察病例少,观测指标不够全面,有待扩大样本量进一步研究明确。
股前外侧皮瓣已广泛用于修复手足部创面[1-2]。但旋股外侧动脉降支及其穿支的变异性大[3-4],使术前皮瓣的精确化和个体化设计受到限制,并存在不可预知的手术风险。为达到个体化精确设计皮瓣及降低手术风险,我们提出采用CT血管造影(CT angiography,CTA)结合Mimics15.0软件(Materialise公司,比利时)的数字化技术进行术前个体化设计股前外侧皮瓣;并于2013年9月-2014年9月将该技术应用于16例手足创面患者,获得满意结果。报告如下。
1 临床资料
1.1 一般资料
本组男10 例,女 6 例;年龄 20~52 岁,平均31 岁。致伤原因:交通事故伤8例,机器压轧伤6例,烫伤1例,动物咬伤后皮肤软组织坏死1例。缺损部位:足背5例,踝周4 例,足底1例,前臂及手部6 例。伤后至入院时间2 h~45 d,平均14.3 d。其中急诊入院9例,所有创面污染严重并肌腱、骨外露;其余7例由外院转入,5例创面严重感染,2例创面感染较轻,均合并肌腱及骨外露。创面缺损范围 9.0 cm× 4.0 cm ~ 29.0 cm×8.5 cm。
1.2 术前设计
1.2.1 CTA检查
患者取平卧位,经肘正中静脉注射碘海醇注射液(35 g∶100 mL;扬子江药业集团有限公司)。采用 64 排螺旋 CT(GE公司,美国)行腹主动脉下段至双侧胫前后动脉、腓动脉连续扫描,重点观察双侧髂前上棘致双侧髌骨平面,根据张元智等[5]的研究并结合临床经验设置 CT 扫描参数:140 kV、525 mA、层厚0.625 mm。
1.2.2 数字化设计
① 对CTA原始横切面图像进行分析和测量,重点记录穿支穿出深筋膜的层面并测量穿支管径,注意观察肌间隔穿支。结合受区需要,选择含有合适穿支的肢体作为皮瓣供区。本组选择对侧供区肢体11例,患侧5例。② 将CTA数据以Dicom格式导入Mimics15.0软件工作站。首先在轴位视窗选择剖面线(Profile line)对骨骼进行阈值分割(Thresholding);用Crop Mask工具将感兴趣区域限制在根据CTA原始图像选定的一侧供区(髂嵴至同侧髌骨下缘),以减少数据分割工作量。然后利用软件中的区域增长(Region Growing)、多层编辑工具(Multiple slice edit)、3D编辑功能(Edit mask in 3D)等工具,重建供区三维可视化模型[6];重点对旋股外侧动脉各分支、主要穿支、骨骼及皮肤进行重建。③ 利用软件测量工具测量旋股外侧动脉降支的起始位置(与髂前上棘的垂直距离)、起始部血管管径、血管蒂最大可切取长度。观察穿支来源血管走行并标定穿支穿深筋膜的位置(在三维重建图像上测量穿支至髂前上棘的距离,自髂前上棘至髌骨外缘作连线,再测量穿支点到此线的距离)。根据受区创面大小、形状设计游离股前外侧皮瓣,并在Mimics15.0软件中模拟切取皮瓣。
1.3 手术方法
急诊患者入院后行清创、骨折外固定及封闭式负压引流;感染创面患者入院后采取抗感染、换药处理。本组入院后7~10 d待创面肉芽组织生长良好,完善CTA检查并用Mimics软件完成皮瓣设计后再行股前外侧皮瓣移植修复术。
全麻下,患者取平卧位手术。首先彻底清创,在创面与受区血管之间作S形切口,显露待吻合的血管束,注意保留切口周围皮下静脉。然后切取皮瓣,结合术前皮瓣设计及穿支标定点,一般以髂前上棘和髌骨上缘中点连线为切口线,从皮瓣内侧切开皮肤、皮下组织,并切开深筋膜。在切口中下段将切口向两端牵开,暴露股外侧肌和股直肌间隙,可见旋股外侧动脉降支在此间隙之间走行,显露术前标定穿支的起始部,加以保护;分离该肌间隙致暴露旋股外侧动脉降支起始处,注意保护降支的其他穿支。术中对术前相关测量指标进行再次测量。分离出降支及重要穿支,切取股前外侧皮瓣。本组皮瓣切取范围 11 cm×5 cm~31 cm×10 cm。5例皮瓣明显较厚,行皮瓣一期削薄处理;然后将皮瓣转移至受区,先简单固定皮瓣边缘后,显微镜下吻合血管。当受区远端肢体血供丰富且拟吻合的受区血管束远端缺损时,将降支(横支或斜支[7])及两伴行静脉与受区血管束作端端吻合;若受区血管束中的伴行静脉和降支伴行静脉不匹配,可将降支伴行静脉和创面周围皮下静脉吻合。当受区远端肢体仅有1束可靠血管供血或受区血管束远端未受损伤时,行桥接血管[8]吻合。本组5例行桥接血管吻合,其余行端端吻合。血管吻合完毕检查皮瓣血供良好后缝合皮瓣及创面边缘,放置橡皮引流片或引流管。本组5例患者创面感染严重,长期不愈并骨外露,为加强抗感染及防治骨髓炎,术中在皮瓣下避开血管蒂放置万古霉素骨水泥棒1~2根[9]。
本组14例供区缺损宽度<9.5 cm,可直接拉拢缝合;2例供区最宽处达10 cm,难以直接缝合,先缝合可直接缝合区域,不能完全缝合区域采用对侧大腿刃厚游离皮片植皮修复。
1.4 术后处理
术后嘱患者绝对卧床5~7 d,严密观察皮瓣颜色、皮温情况,烤灯保暖,常规给予止痛治疗2~5 d,必要时镇静处理;依据术前创面细菌培养结果使用敏感抗生素抗感染,每天更换无菌敷料,保持创面清洁干燥。术中留置万古霉素骨水泥棒者,术后1个月后换药时直接床旁拔除,拔除骨水泥棒后的创口给予换药至愈合。
2 结果
2.1 术前设计结果
术前CTA原始图像检查发现本组皮瓣供区管径>0.8 mm及>1.0 mm的肌间隔穿支及肌皮穿支分别为37支及23支,术中实际发现管径>0.8 mm及>1.0 mm者分别为38支及23支,准确率分别为97.4%及100%。术前发现管径>0.8 mm的肌间隔穿支共6支,术中实际亦发现6支,准确率为100%;其占所有管径>0.8 mm穿支的15.8%。
术前经Mimics软件重建后明确的旋股外侧动脉及其降支的起始位置、起始部血管管径、穿支来源血管走行、血管蒂最大可切取长度,与术中实际观测均一致,本组均顺利完成皮瓣切取及修复。
2.2 临床疗效
术后1例皮瓣发生血管危象,经积极手术探查,给予抗凝、解禁、按摩处理后成活;其余皮瓣均顺利成活,创面Ⅰ期愈合。供区切口Ⅰ期愈合,植皮均成活。术后患者均获随访,随访时间 6~17个月,平均 9 个月。15例皮瓣外形良好;1例踝周并足背创面皮瓣臃肿,术后10个月行二期修薄术后外形满意。15例术后4个月开始恢复保护性痛、温觉。末次随访时,6例手部创面患者手部功能按关节总活动度(TAM)评分[10],获优3例,良2例,可1例;10例足踝部创面患者足踝部功能根据美国矫形足踝协会(AOFAS)评分,获优5例,良3例,可2例;本组患者功能总优良率为81.25%。
3 典型病例
患者男,43岁。交通事故伤致左手背部皮肤软组织缺损2 d入院。入院检查:左手背部及前臂远端背部皮肤软组织缺损并骨外露,缺损面积12 cm×6 cm。术前CTA检查:从CTA原始横截面图像中发现右侧股前外侧有1支管径约1.0 mm穿支;将CTA数据导入Mimics15.0软件进行三维重建,在三维模型上定位穿支点并设计个体化股前外侧皮瓣。利用测量数据定位穿支点,在右侧大腿标记皮瓣设计。全麻下,彻底清创后,依据术前设计切取大小为12.5 cm×7.0 cm的股前外侧皮瓣修复创面,将血管蒂以桥接血流方式与尺动、静脉吻合。供区直接拉拢缝合。术后皮瓣成活良好,供区切口Ⅰ 期愈合。术后随访6个月,皮瓣外形良好,皮瓣恢复保护性痛、温觉,手部功能按TAM系统评分为可。见图 1。

4 讨论
自1984年徐达传等报道股前外侧皮瓣以来,该皮瓣已广泛应用于各种创面的修复,但血管变异仍是阻碍皮瓣设计及降低手术风险的最大障碍。皮瓣穿支变异主要表现在以下三方面:穿支分布位置的变异[11-13]、穿支血管来源与走行的变异[4]以及穿支血管穿出方式的变异[13-14]。此外,旋股外侧动脉各分支血管也存在很大变异,主要表现为降支来源与走行、降支长度及管径的变异[15]。股前外侧皮瓣修复术中我们常需切取降支(横支或斜支)为血管蒂主干,将其与受区血管吻合。因此,术前明确穿支及穿支源动脉的解剖情况,对个体化设计皮瓣及规避手术风险具有重要意义。
学者们对术前股前外侧皮瓣穿支定位进行了大量研究,从最初的手持式超声、彩色多普勒超声到高频彩色多普勒超声,再发展到CTA技术[16]。手持式超声和彩色多普勒超声定位存在较高的假阳性率[17-18],高频彩色多普勒超声难以对穿支源动脉进行探测及评估[19],而CTA三维重建较粗糙,精确化和个体化程度较低[20]。Mimics软件在皮瓣领域中的应用[5-6, 21],使股前外侧皮瓣的三维可视化研究成为可能,为术前个体化设计股前外侧皮瓣提供了更好的方法。
本组术前应用CTA结合Mimics15.0软件清晰重建了旋股外侧动脉及其分支、主要穿支、周围骨骼及皮肤,获得了股前外侧皮瓣的三维可视化模型;对穿支进行了体表定位,并完成了皮瓣的个体化设计,为精确手术奠定了基础,降低了因皮瓣血管变异带来的手术风险。对比既往彩色多普勒超声定位及单纯CTA三维重建效果,CTA结合Mimics软件完成的三维重建主要有以下优点:① 能更清晰完整地显示血管与周围肌肉、骨骼的层次关系,真实反映了血管的分布和走行;② 可以层次分明地重建主要穿支,显示穿支和皮瓣的关系;③ 通过CTA原始图像明确供区肢体后再行Mimics软件三维重建,明显减少了重建工作量;④ 通过对不同组织进行颜色的添加或调整,使重建图像更立体化和可视化;⑤ 能够在术前精确化及个体化设计术中所需皮瓣,使手术医师术前就能形象直观地观察所切取皮瓣的形态和特点,并可用软件模拟手术过程,且具有可重复性。
但CTA及Mimics软件作为术前导航技术也存在以下不足:① CTA检查费用高且存在肾毒性、辐射损伤问题,并延长了住院时间;② Mimics软件三维重建效果受到CTA原始图像成像效果的影响;③ 操作复杂费时,且Mimics软件对显影欠佳的穿支分辨率不高,需结合CTA原始图片进行半手动提取。
综上述,通过CTA结合Mimics软件的数字化技术可术前精准化和个体化设计皮瓣,有效降低手术风险。但CTA的成像效果、副作用、价格昂贵等方面不足仍需进一步改进;Mimics三维重建操作比较复杂,也有待改善和提高;此外本组观察病例少,观测指标不够全面,有待扩大样本量进一步研究明确。