[发明专利]定位和分析用于整形和重建手术的穿支皮瓣

说明书

相关申请的交叉引用

本申请要求2008年4月14日提交的、序列号为61/044,779的美国临时申请的优先权，通过引用将其整体并入本文。

背景技术

整形重建手术常常需要对皮肤和皮下组织的皮瓣的定位和临床评估，该皮瓣由孤立的穿支血管供给并且其潜在地适于移植到身体的另一部分中。穿支(perforator)从它们的源血管经过深处的肌肉组织或者在深处的肌肉组织之间通到皮肤表面。血管分布良好的皮瓣(flap)是用于移植的优质候选。

例如，腹部的供区皮瓣从18世纪80年代以来已变成用于自体乳房重建的标准。在腹部内，游离脂肪选择分布在从完整的横行腹直肌(TRAM)皮瓣到诸如深腹壁下动脉(DIEA)穿支皮瓣的孤立的穿支皮瓣的范围内。穿支皮瓣还以最小的供区发病率允许患者自身的皮肤和脂肪以可靠的方式在组织重建的其他区域中的移植。依赖于随机模式血液供给的皮瓣很快被能可靠地移植大量组织的带蒂轴型皮瓣取代。游离组织移植的出现允许适当地匹配供区和受区的还要更大的可能性范围。穿支皮瓣的越来越多的使用使对个体的DIEA及其穿支的具体解剖学特征的术前熟悉的需求迅速增加，尤其已知到腹壁的血管供给的解剖模型(anatomy)中有显著变化。

穿支的定位和评估是费力且费时的过程。常常执行术前计算断层照相血管造影(CTA)成像来进行定位。这样的方法需要相当可观的费用并且具有外科医生必须在心里将来自先前采集的3D模态(modality)的图像与此时躺在手术台上的患者的当前的2D视图联系起来的额外复杂度。因此，对更有利的成像模式的探索在继续，最近所感兴趣的是对吲哚青绿(ICG)荧光成像的使用，其中基于荧光信号来评估经过皮肤的血液循环。ICG中具有大约830nm发射峰的荧光作为通过近红外谱范围中的辐射的激发的结果而出现。例如可由二极管激光器、发光二极管(LED)或诸如具有合适的带通滤波器的弧光灯、卤钨灯的其他常规照明源产生具有大约800nm波长的激发光。皮肤对于这个波长是可穿透的。

ICG与血液蛋白有力地结合，并且先前已被用于心脏输出测量、肝功能评估以及眼血管造影，而几乎无不良反应。ICG荧光信号的评估可以被用于定位穿支。由于在穿支附近的皮肤表面通常比周围的组织积聚更多的血液并且以更快的速率积聚，所以一旦注入ICG，穿支就趋于比周围的组织更亮且更快地发出荧光。这种迅速的、高强度的荧光允许对穿支的视觉定位。然而，外科医生常常不仅对定位感兴趣，而且还对支持作出良好临床决策的评估和比较感兴趣。外科医生需要确定若干穿支中的哪些是最好的移植候选。在此，在荧光迅速地积聚和消散的同时的简单视觉观察是不够的。例如，来自连续注入的残余ICG积聚在组织中并且随每次注入逐渐提高背景亮度的倾向进一步使最佳候选穿支简易的视觉辨别混淆。另外，ICG有时在若干分钟里极度缓慢地移动，使得这样的动态分析非常有挑战性和主观性。外科医生将通过提出以下问题来进行评估：

1)在组织中有多少结合ICG的血液？

2)结合ICG的血液在组织中停留多久？

3)结合ICG的血液多快地移动经过组织？

4)在推注之后，解剖区域以怎样的次序发亮？

这些问题难以在主观基础上回答。因此，存在对更先进的图像处理和显示方法的需求，以将客观标准应用于定位和评估穿支。

发明内容

根据本发明的一个方面，公开了利用ICG荧光血管造影成像对用于整形和/或重建手术的穿支血管进行术前识别的方法，其包括用于突出穿支位置并且允许通过各种计算得到的度量在候选穿支之中进行视觉辨别的时间分辨图象处理。外科医生能够根据以下处理动作中的至少一个来选择和比较用于分析时间序列并输出度量的算法的结果：在逐像素的基础上确定时间积分的荧光。

通过将时间积分的荧光除以消逝时间来计算平均荧光。

确定荧光中的增加/洗脱(wash-out)速率。

确定消逝时间以获得峰值荧光。

各种图像处理步骤独立地处理图像像素，并且为跨整个采集时间或选定的时间子范围所观察到的输入序列中的每个像素计算唯一的数值量度。因此，每个图像输出是具有与输入图像序列中的帧相同的维度(即像素的数量和布置)的数值阵列。因此，经处理的图像可以例如被显示成跨被成像的区域计算得到的像素值的三维表示，例如等高线图，或者被显示成颜色编码的二维图像或地势图。在穿支位置处于皮肤之下的这种情况中，这样的图像表示有助于图像特征的迅速理解和图像上的区域之间的比较。

本发明的这些及其他的特征和优点将通过本发明以下的详细说明而变得更容易理解。

附图说明