远红外线热成像图在观察随意皮瓣活性中的应用研究

张旭东　缪建良　姚卫华等

[摘要]目的：探讨远红外线热成像技术（IRT）在观察随意皮瓣活性中的应用价值。方法：10只SD鼠均刮除背部鼠毛，设计一个8cm×2.5cm蒂在尾部的随意皮瓣。切取后原位缝合，随后于术后0.5h、6h、24h、3天和7天应用远红外线热成像仪拍照，拍摄的热图通过热红外成像系统v5.3.2H进行分析。观察不同部位温度随时间变化的趋势，并将热图与大体标本对比。结果：在热图上，0.5h时整个皮瓣温度均较低，6h后近段皮温开始上升，并逐渐恢复至正常水平，而中、远段皮温仍较低。24h后，中段皮温开始升高，并在7天后达到正常水平。而远段皮温一直维持在较低水平。大体标本上，3天时可见皮瓣远端开始部分坏死，7天后边界清楚，平均坏死面积占皮瓣总面积32.17%。通过对比热图低温区和皮瓣坏死区，发现二者相似性很强。结论：应用IRT可以预测皮瓣的活性，在6h后皮温下降的区域，部分皮瓣将发生坏死，而在24h后皮温没有开始回升者，其皮瓣坏死的可能性很大。因此，应用IRT在术后6h后通过连续观察，可以推测皮瓣血运和后期坏死概率。

[关键词]远红外线热成像；随意皮瓣；皮瓣血运

[中图分类号]R62 [文献标识码]A [文章编号]1008-6455（2014）18-1526-05

Abstract： Objective To assess the effect of infra-red thermography（IRT） system in minotoring the viability of random-pattern skin flaps. Methods 10 SD rats were used in the study，A dorsal random-pattern skin flap measuring 8cm×2.5cm was raised severally，the depicle of flap was deviced on the rump.The temperature of flap were measured in 0.5h、was 6h、24h、3d and 7d individually.Analying the temperature change of flap by the software IRT system v5.3.2H，To deduce the viability of flap combining with general sample. Results Analying the map of flap temperature， whole flap temperature keep falling in 0.5h；the temperature began recovery at the proximal portion while it were lower at middle and distal portions in 6h.The temperature at middle portion began increasing in 24h，and recovery in 7d. however，it was keep lower at distal portion.Observating general sample of the falp， the necrosis proportion of the flap was 32.17%，that was similar to the lower proportion of temepatature map. Conclusion We could predict random-pattern skin flaps viability by analying the temepatature map of IRT.The lower tempreture region of flap would befall part necrosis if it can began increasing in 24h.

Key word：random-pattern skin flaps； infra-red thermography；ischae-mia

远红外线热成像技术（infra-red thermography，IRT）是一种非侵袭性的技术，在国外已经广泛作为测量皮肤温度的医学手段。该技术在很多疾病如肿瘤、心血管疾病等诊断和内脏功能检测中展示了广阔的应用前景[1-3]，在修复外科吻合血管的游离移植中也显示了其优越性[4-5]。本研究拟通过远红外线热成像技术拍摄的热图与大体标本对比，来观察随意皮瓣在切取后的血运变化趋势，以便能通过IRT早期探查到发生血运障碍的皮瓣，尽早采取措施，减少皮瓣的坏死率和坏死面积。

1 资料和方法

1.1实验动物和皮瓣模型的设计：本实验采用10只雄性清洁级SD大鼠 （由浙江大学第一附属医院实验动物中心提供），体重200～250g。SD大鼠在氯胺酮麻醉（30mg/kg，腹腔注射）下，刮除背部鼠毛，而后设计一个8cm×2.5cm的背部任意皮瓣。蒂部位于双侧髂棘连线上，皮瓣解剖在背部肌膜的浅面进行，结扎创面较活跃的出血点。当设计以背部中线为对称轴的背部皮瓣时，一般不会包含旋髂深动脉的皮穿支等知名血管。假如掀起的皮瓣内包含此血管，予以结扎，以确保此皮瓣为一随意型皮瓣。而后皮瓣原位缝合（见图1）。

1.2远红外线热成像系统拍照：应用翰锐医疗生产的以法国UNIS公司的非制冷多晶硅焦平面探测器为核心的远红外线热成像仪进行拍摄，其工作波段8～14μm，成像速度30帧/s，最小温度分辨率≤0.1℃，测温准确度δ≤0.4℃。本实验工作室温度保持在26℃。测量时，实验动物在26℃室温中最少保持20min以上，以减少外界环境变化的影响；测量距离为0.5m，红外热像仪镜头正对鼠背部皮瓣在术后0.5h、6h、24h、3天和7天采集热图。

1.3观察指标

1.3.1一般情况：全程观察切口创缘有无感染及皮瓣坏死过程。并在术后0.5h、6h、24h、3天和7天应用普通相机（佳能powershot sx240 hs）对大体标本拍照，拍摄距离距皮瓣30cm。拍摄的图片备用，以便与不同时间拍摄的热图进行比较分析。在7天时，皮瓣坏死的分界线清楚，此时应用Chung[6]的方法计算皮瓣坏死面积。计算方法：对7天时普通相机拍摄的大体标本应用ImageJ软件（National Institutes of Health image）对图像进行分析，计算坏死区域占总体皮瓣面积的百分比。

1.3.2热图分析：不同时间拍摄的热图通过热红外成像系统v5.3.2H软件进行分析。采用椭圆形测温的方式，在皮瓣正中线上，分别测量距离皮瓣蒂部1、3、5、7cm这四个区域的平均温度。测量区域的直径为0.5cm（如图2）。

拍照后，由3个从事远红外线热成像的放射专家分别测量完成，而后求其平均值，作为某区域某时间的温度值。

1.4统计学方法：对不同区域不同时间温度变化情况应用重复测量的方差进行分析，检验水准设为а=0.05。统计软件为SPSS10.0。

2 结果

2.1一般情况：本组动物在实验过程中未发现感染病例。皮瓣在24h后远端逐渐出现肿胀、淤紫；3天逐渐发黑，但与周围组织分界不明显。7天后可见皮瓣远端发生干性坏疽，与周围组织界限清楚。整个皮瓣轻度收缩，以坏死部分为明显（如图3）。

10只鼠背皮瓣坏死的起始位置在中线距离蒂部平均为5.79cm处（SD：0.62），平均坏死面积占皮瓣总面积比例为32.17%（SD：0.017）。

2.2远红外线热成像图谱：由于不同区域表面温度不同，在图谱上表现为不同颜色。从热图中可以明显看出，术后6h，与近段相比，中、远段的皮瓣温度均较低（见图4A），24h后，中段皮温略升高，而远段皮温仍较低（见图4B）；术后3天，中段皮温与近段相似，而远段皮温仍明显低于近端段（见图4C）。与大体标本对照，结合术后皮瓣远端坏死的过程，可见应用热图探测低温区可以反映皮瓣各区域的活性情况，早期预测可能坏死的部分。

2.3热图分析：10只鼠背皮瓣，对术后0.5h、6h、24h、3天和7天的热图分别在离蒂部1、3、5、7cm的区域测温，采集的数据进行统计分析，各点各时间测量的平均皮温如统计表1。而后对10只鼠背皮瓣不同区域不同时间温度变化经重复测量的方差分析后统计数据见表2。

由表2可以看出，皮瓣的不同部位在不同的时间温度变化的差异性具有统计学意义。组间比较，不同的区域温度也有差异性，组内比较，不同测量时间温度也具有差异性，也就是鼠背皮瓣在不同区域同时间的血运具有一定的差异性，同一区域不同时间也有差异性。表1的平均值绘制成统计图（如图5），由图上可以清楚的看出，在皮瓣切取后半小时，各个区域的皮温均较低，6h后1、3cm区域的皮温开始上升，并维持在正常水平，而5、7cm区域皮温仍较低。24h后，5cm区域的皮温开始升高，并在7天后达到正常水平。而7cm区域皮温一直维持在较低水平。结合大体标本，可以看出，在6h后，如果皮温的变化趋势是升高，存活的几率大，相反皮温的变化趋势是下降，其坏死的几率大。

3 讨论

术后血运障碍是导致皮瓣手术失败的主要原因之一，如能通过观察某些参数值的变化预测到可能出现的血运障碍，及早采取相应的措施，从而可达到起死回生的效果。目前，定时定位测量皮肤温度是皮瓣移植术后局部观察的一项重要指标。皮瓣表面温度的测定和皮温的变化已被广泛证明是判断移植或再植物血循情况的最为敏感和有效的方法[7]。测量皮肤温度目前常用的是皮温计。皮温计测量方法受人为干扰因素较多，如测量点、压力等[8]。在鉴别诊断时，需要皮瓣温度低于健侧相对应部位皮肤温度1℃以上，才能提示血液循环障碍，而且受室温的影响较大，敏感性不高。近年来，远红外线热成像系统，由于其方法简单、快速、可以30帧/s成像速度进行动态采集，无创伤，表达结果形象，在医学领域多个科室的诊断中已逐渐成为一项重要的手段。其通过扫描，可直观地显示人体热辐射分布，当机体组织代谢、血液循环等发生改变时，热图也发生相应的变化，形成异常热分布图。因此可以通过测定图谱温度变化来推测局部组织的血液循环情况。对于皮瓣来说，通过局部温度的变化，即可推测皮瓣局部血运状况。与皮温计相比，它反映的的是测量组织体表热辐射的全貌，即可看出表达皮瓣整体血运变化，其受人为干扰较少，精确度高，δ≤0.4℃。

多普勒也是目前临床观察皮瓣血运的重要手段，IRT与多普勒相比较，在判断皮瓣血运信息方面，二者相关性很强[9]，特别是游离皮瓣移植中，IRT通过游离皮瓣复温的变化和模式的动态变化，可以确定是栓塞还是扭曲及外在压力的原因[5]。除此之外，远红外线热成像系统在预测皮瓣血运障碍中，还有很多独到的优越性。多普勒不能确定局部血运的增多，是否与灌注有关，而IRT必须是血运增加并导致了组织灌注，才能看到热点[10-12]。这一点特别有利于穿支皮瓣穿支的定位和设计，热成像系统可以精确地确定穿支和他们的灌注区域，而多普勒仅能定位穿支的水平位置，而不能提供灌注信息[13-15]。多普勒不能提供灌注信息，也是一些研究雷诺氏病的文章显示IRT与多普勒二者相关性矛盾的原因[ 16-17]。由于在受寒冷刺激，复温过程中，有很多动静脉交通支开放，而对局部微循环的有效供血改善并没有明显增加，因此多普勒显示局部血运强，而IRT热图上却看不出热点。Schlager等[18]也认为，二者对寒冷复温后检查结果的差异，主要是由于复温后动脉高灌注，但有效供血并没有及时增加的结果。因此在我们看来，IRT更能反映局部微循环的有效供血情况。

本研究通过动物实验，进一步看出，应用红外线成像图谱，可以很好地的反应和预测随意皮瓣各区域的活性情况。皮瓣切取后30min内，各个区域的皮温均较低，说明皮瓣切取后，局部血流降低，这也是血流方向重新分布的过程，6h后近段皮温开始上升，并逐渐恢复到正常水平，而中远段区域皮温仍较低。24h后，中段皮温开始升高，由于血管不断扩张和增生，1周后逐渐达到正常水平。远段区域皮温一直维持在较低水平，而此区域正好是皮瓣发生血运障碍，逐渐发生坏死的区域。结合大体标本可以看出，在6h后，如果皮温的变化趋势是升高，存活的几率大，而皮温的变化趋势是下降，其坏死的几率大。通过本实验资料，笔者认为，在6h后发现局部皮温较低，应积极给予相应处理，改善局部血流，以提高皮瓣的成活率和成活面积。本实验的通过IRT观察到的随意皮瓣血运障碍发生过程和以往的相关实验一致性很高。范飞等[19]通过多普勒等探测随意型皮瓣的血运障碍发生过程，发现皮瓣血流在掀起皮瓣后lh均降低，大部分皮瓣（包括蒂部和近蒂部）血流值在术后1～2h 左右降至最低， 然后开始回升，存活皮瓣的血流值逐日稳定上升，1周左右恢复术前水平。而绝大多数最终坏死的皮瓣血流值术后持续降低。这进一步说明IRT观察皮瓣血运障碍的发生是一个良好的无创、直观的工具。

虽然，IRT在观察皮瓣各区域的活性是一个不错的测量工具，但是也要认识到其一些影响因素。IRT测量的是物体发射的红外线，其测量结果除受生物体表面的发射率组成、表面状态、辐射的波长等因素密切相关外，还与背景温度、体内温度等一些复杂的状况有关，因此其测量的结果会每时每刻随其内部与外部条件变化而发生变化[20]。另外，在测量皮瓣时，同一微循环状况，可能因皮瓣受周围组织热传导的影响而不同，其本身的厚度、尺寸也会影响结果，这也是目前人们一直在探讨的问题，即如何建立生物体表面的辐射发射率的计算模型以对其进行精确的修正[21]。因此在测量时要稳定周围环境，保持测量机体的稳态，并尽量作对比观察和动态观察，以确保数据的科学性。

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[收稿日期]2014-06-24 [修回日期]2014-07-28

编辑/何志斌