Evaluation der Perfusion von Lappenplastiken mittels Laserfluoreszenz von Indocyaningrün

Zusammenfassung

Bei kritisch durchbluteten Lappenplastiken ist die Vorhersage der tatsächlich zu erwartenden Lappennekrose schwierig und selten exakt möglich. Daher wird in vielen Fällen später nekrotisches Gewebe nicht primär reseziert und die Behandlung dadurch verzögert. Die durch Laserlicht induzierte Fluoreszenz von Indocyaningrün (ICG) erlaubt eine topographische Darstellung der Perfusion in semiquantitativer Weise. Ziel der vorliegenden Arbeit ist es, die Vorhersagemöglichkeiten von Nekrosearealen mit dieser Methode unter definierten Versuchsbedingungen zu evaluieren und die Ergebnisse anschließend im klinischen Einsatz auf ihre Gültigkeit hin zu überprüfen. An 20 Sprague-Dawley-Ratten mit einem durchschnittlichen Gewicht von 365 g wurden überdimensionierte Lappenplastiken vom „Random-pattern“-Typ mit einem Länge-zu-Breite-Verhältnis von 4 : 1 (8 × 2 cm) auf der Bauchhaut gehoben und wieder eingenäht. Die Fluoreszenzmessung wurde direkt im Anschluss an die Operation durchgeführt. Nach sieben Tagen wurden Nekrose und überlebende Fläche der Lappen vermessen und die initiale Perfusion der später nekrotischen Lappenanteile ausgewertet. Zusätzlich wurden 41 Lappenplastiken an 39 Patienten untersucht (18 Hautlappen, 13 Muskellappen, 8 Replantationen). Der Perfusionsindex im überlebenden Teil der Lappenplastiken betrug durchschnittlich 62 % des Perfusionsindex der lokalen Bauchhaut als Referenz. In der späteren Nekrosezone des Lappens konnte in der postoperativen Messung ein Perfusionsindex von durchschnittlich nur 19 % festgestellt werden. Die Unterschiede waren statistisch hoch signifikant (p < 0,001). In der klinischen Untersuchung wiesen 13 Lappenplastiken einen Perfusionsindex von weniger als 25 % im kritischen Areal auf. Elf davon entwickelten eine Teilnekrose, ein Lappen eine Totalnekrose. Die ICG-Fluoreszenz-Angiographie ermöglicht eine detaillierte topographische Analyse der Durchblutung von Lappenplastiken und eine Vorhersage der zu erwartenden Nekrose. Experimentell konnte ein Schwellenwert des Perfusionsindexes von 25 % ermittelt werden. Die klinischen Untersuchungen bestätigen diesen Schwellenwert.

Abstract

Prediction of necrosis in critically perfused skin flaps is difficult and rarely precise. An early detection of insufficiently perfused skin is highly desirable since it may lead to surgical decisions such as operative flap revision or early resection. The application of laser-induced indocyanine green (ICG) fluoroscopy allows an objective quantification of skin perfusion and a high topographical resolution. Aim of the present study is to determine a threshold value for flap perfusion under well-defined experimental conditions and test the validity of the results in the clinical application. Twenty overdimensioned random pattern flaps with a length to width ratio of 4 : 1 (8 × 2 cm) were dissected at the anterior abdominal wall of 20 male Sprague-Dawley rats weighing 365 g on average. ICG fluorescence was performed at the end of the operation by intravenous injection of 1 g ICG/kg bodyweight into a tail vein and digital recording. On the seventh postoperative day, both the necrotic and surviving areas of the flaps were measured and the ICG-fluorescence was analysed in the areas that had undergone necrosis. 41 flaps with areas of critical perfusion (18 skin flaps, 13 muscle flaps, 8 replantations) were analysed in 39 patients. The surviving part of the flap had a mean perfusion index of 62 % compared to reference skin. The distal parts of the flap that necrotized during the experiment showed an average perfusion index of 19 % postoperatively. Differences were statistically significant (p < 0.001). In clinical application, a number of 13 flaps were found to have a perfusion index less than 25 % in a region of critical perfusion. Eleven of these developed a partial necrosis in that region, one flap underwent total necrosis. Indocyanine green fluoroscopy allows a detailed topographical analysis of flap perfusion and the prediction of necrosis. Experimental findings presented a threshold value for the perfusion index of 25 % which could be confirmed in clinical application.

Schlüsselwörter

Komplikation Lappenplastik - Monitoring Lappenplastik - ICG-Angiographie

Key words

Flap monitoring - indocyanine green fluoroscopy - flap necrosis - random pattern flap

Literatur

• 1 Bardach J, Panje W R. Fluorescein test in the prediction of viability of skin flaps on pigs.  Head Neck Surg. 1980;  2 366-368
• 2 Bardach J, Voots R J, McCabe B F, Hsu M M. Photoplethysmography in the prediction of experimental flap survival.  Ann Otol Rhinol Laryngol. 1979;  88 637-641
• 3 Biller H F. Pedicled flaps - An experimental and clinical study.  Laryngoscope. 1972;  82 1831-1852
• 4 Buncke H J. Microsurgery: Transplantation - Replantation. Philadelphia, London; Lea & Febiger 1991
• 5 Daniel R K, Kerrigan C L. The omnipotential pig buttock flap.  Plast Reconstr Surg. 1982;  70 11-15
• 6 Flower R W. Injection technique for indocyanine green and sodium fluorescein dye angiography for the eye.  Invest Ophthalmol. 1973;  12 881-895
• 7 Giunta R, Geisweid A, Feller A-M. Complications of free flap perfusion - A clinical classification.  J Rec Microsurg. 2001;  17 341-345
• 8 Giunta R E, Holzbach T, Taskov C, Holm P S, Brill T, Busch R, Gänsbacher B, Biemer E. Prediction of flap necrosis with laser induced indocyanine green fluorescence in a rat model.  Br J Plast Surg. 2005;  58 695-701
• 9 Giunta R E, Holzbach T, Taskov C, Holm P S, Konerding M A, Schams D, Biemer E, Gänsbacher B. AdVEGF165 gene transfer increases survival in overdimensioned skin flaps.  J Gene Med. 2005;  7 297-306
• 10 Heden P, Jurell G, Arnander C. Prediction of skin flap necrosis - A comparative study between laser Doppler flowmetry and fluorescein test in a rat model.  Ann Plast Surg. 1986;  17 485-488
• 11 Hirigoyen M B, Blackwell K E, Zhang W X, Silver C, Weinberg H, Urken M L. Continuous tissue oxygen tension measurement as a monitor of free-flap viability.  Plast Reconstr Surg. 1997;  99 763-773
• 12 Holm C, Mayr M, Hofter E, Becker A, Pfeiffer U J, Muhlbauer W. Intraoperative evaluation of skin-flap viability using laser-induced fluorescence of indocyanine green.  Br J Plast Surg. 2002;  55 635-644
• 13 Holm C, Tegeler J, Mayr M, Becker A, Pfeiffer U J, Muhlbauer W. Monitoring free flaps using laser-induced fluorescence of indocyanine green: A preliminary experience.  Microsurgery. 2002;  22 278-287
• 14 Iijima T, Aoyagi T, Iwao Y, Masuda J, Fuse M, Kobayashi N, Sankawa H. Cardiac output and circulating blood volume analysis by pulse dye-densitometry.  J Clin Monit. 1997;  13 81-89
• 15 Jones B M. Monitors for the cutaneous microcirculation.  Plast Reconstr Surg. 1984;  73 843-850
• 16 Kamolz L P, Giovanoli P, Haslik W, Koller R, Frey M. Continuous free-flap monitoring with tissue-oxygen measurements: Three-year experience.  J Reconstr Microsurg. 2002;  18 487-491
• 17 Kamolz L P, Schrogendorfer K F, Giovanoli P, Koller R, Frey M. Postoperatives Lappen-Monitoring mittels Messung des Sauerstoffpartialdruckes im Lappengewebe: Erfahrungen der letzten Jahre.  Handchir Mikrochir Plast Chir. 2002;  34 195-200
• 18 Khouri R K, Shaw W W. Monitoring of free flaps with surface recordings: Is it reliable?.  Plast Reconstr Surg. 1992;  89 495-502
• 19 Krishnan K G, Schackert G, Steinmeier R. The role of near-infrared angiography in the assessment of post-operative venous congestion in random pattern, pedicled island and free flaps.  Br J Plast Surg. 2005;  58 330-338
• 20 May J W, Chait L A, O'Brien B M, Hurley J V. The no-reflow phenomenon in experimental free flaps.  Plast Reconstr Surg. 1978;  61 256-267
• 21 Muckle T J. Plasma proteins binding of indocyanine green.  Biochem Med. 1976;  15 17-21
• 22 Okochi O, Kaneko T, Sugimoto H, Inoue S, Takeda S, Nakao A. ICG pulse spectrophotometry for perioperative liver function in hepatectomy.  J Surg Res. 2002;  103 109-113
• 23 Pang C Y, Neligan P, Nakatsuka T, Sasaki G H. Assessment of the fluorescein dye test for prediction of skin flap viability in pigs.  J Surg Research. 1986;  41 173-181
• 24 Rojdmark J, Heden P, Ungerstedt U. Prediction of border necrosis in skin flaps of pigs with microdialysis.  J Reconstr Microsurg. 2000;  16 129-134
• 25 Sasaki G H, Pang C Y. Hemodynamics and viability of acute neurovascular island skin flaps in rats.  Plast Reconstr Surg. 1980;  65 152-158
• 26 Silverman D G, LaRossa D D, Barlow C H, Bering T G, Popky L M, Smith T C. Quantification of tissue fluorescein delivery and prediction of flap viability with the fiberoptic dermofluorometer.  Plast Reconstr Surg. 1980;  66 545-553
• 27 Singer R, Lewis C M, Franklin J D, Lynch J B. Fluorescein test for prediction of flap viability during breast reconstructions.  Plast Reconstr Surg. 1978;  61 371-375
• 28 Strauß J M, Neukam F W, Krohn S, Schmelzeisen R, Borchard F. Postoperative Überwachung mikrovaskulärer Lappenplastiken mit der Pulsoxymetrie - Erste Erfahrungen.  Handchir Mikrochir Plast Chir. 1994;  26 80-83
• 29 Svenson H, Holmberg J, Svedman P. Interpreting laser Doppler recordings from free flaps.  Scand J Plast Reconstr Hand Surg. 1993;  27 81-87
• 30 Thomson J G, Kerrigan C L. Dermofluorometry: Thresholds for predicting flap survival.  Plast Reconstr Surg. 1989;  83 859-864
• 31 Thorniley M S, Sinclair J S, Barnett N J, Shurey C B, Green C J. The use of near-infrared spectroscopy for assessing flap viability during reconstructive surgery.  Br J Plast Surg. 1998;  51 218-226