利用近紅外-吲哚菁綠成像系統(tǒng)判斷急性腸缺血模型缺血腸段的實(shí)驗(yàn)研究

潘力迦 吳曄明 王 奕 侯光輝

兒童急性腸套疊、腸扭轉(zhuǎn)均可引起腸管缺血，若不能通過(guò)保守治療復(fù)位，則需急診手術(shù)治療。 傳統(tǒng)上對(duì)缺血腸段的判斷主要依靠術(shù)中觀察腸壁色澤、腸管收縮力等，如術(shù)者經(jīng)驗(yàn)不足極易導(dǎo)致誤判。近年來(lái)，腹腔鏡剖腹探查術(shù)因創(chuàng)傷小等優(yōu)點(diǎn)而受到歡迎，但手術(shù)過(guò)程中術(shù)者缺乏觸覺(jué)反饋，僅依靠視覺(jué)信息作出判斷，存在一定的主觀性。 近紅外-吲哚菁綠（near infrared-indocyanine green，NIR-ICG）熒光成像技術(shù)顯示出較大優(yōu)勢(shì)。 1954 年，吲哚菁綠（indocyanine green，ICG）首次被美國(guó)食品和藥物管理局批準(zhǔn)應(yīng)用于臨床，可用于心輸出量檢測(cè)和肝功能評(píng)估［1］。 與蛋白結(jié)合的ICG 在近紅外光照射下發(fā)出的熒光峰值約在840 nm，幾乎不會(huì)被周圍組織吸收，因此可以穿透組織而被檢測(cè)到［2］。 由于這一特性，NIR-ICG 成像系統(tǒng)被廣泛應(yīng)用于外科手術(shù)，極大地提高了手術(shù)的安全性和準(zhǔn)確性［3］。 但是，NIRICG 在小兒外科領(lǐng)域的應(yīng)用尚未推廣，本研究利用犬模型模擬急性腸道血液循環(huán)障礙，旨在評(píng)估NIRICG 成像系統(tǒng)用于術(shù)中檢測(cè)缺血腸段的價(jià)值。

材料與方法

一、實(shí)驗(yàn)藥物及動(dòng)物模型

靜脈麻醉藥物舒泰50（法國(guó)維克有限公司，250 mg/盒），注射用滅菌水稀釋為50 mg/mL；ICG（丹東醫(yī)創(chuàng)藥業(yè)有限公司，25 mg/支），注射用滅菌水稀釋為0.25 mg/mL。

實(shí)驗(yàn)動(dòng)物為雄性10 月齡比格犬，體重10 kg。動(dòng)物來(lái)源于上海交通大學(xué)農(nóng)學(xué)院教學(xué)實(shí)驗(yàn)實(shí)習(xí)廠，于上海交通大學(xué)醫(yī)學(xué)院附屬新華醫(yī)院動(dòng)物實(shí)驗(yàn)部手術(shù)室進(jìn)行本實(shí)驗(yàn)。 由于犬的體型與幼兒相似，麻醉用藥及手術(shù)操作更加接近臨床實(shí)際情況，因此選擇犬構(gòu)建動(dòng)物模型開(kāi)展本項(xiàng)目研究。 動(dòng)物模型構(gòu)建方法如下：

1. 急性腸缺血模型：暴露、游離犬的一段空腸或回腸，無(wú)損夾閉此腸段上的系膜5 min，阻斷其間分布的所有空腸動(dòng)靜脈與回腸動(dòng)靜脈分支，外周靜脈注射ICG 1 mg/kg 一次，等待1 min、3 min 后分別對(duì)腸段進(jìn)行成像拍攝，并將此缺血腸段的熒光強(qiáng)度與周圍正常腸段的熒光強(qiáng)度進(jìn)行對(duì)比。

2. 再灌注損傷模型：暴露、游離犬的一段空腸或回腸，先外周靜脈注射ICG 1 mg/kg 一次，等待約1 min 達(dá)到全身平衡后對(duì)腸段進(jìn)行成像拍攝。 以上述方法無(wú)損夾閉腸系膜10 min 后松開(kāi)，等待120 min 后再次拍攝，并對(duì)比缺血腸段的熒光強(qiáng)度。

三、圖像采集和半定量方法

術(shù)中使用NIR-ICG 熒光成像腹腔鏡系統(tǒng)（歐譜曼迪科技有限公司），光源類型為激光，波長(zhǎng)805 nm，感光波長(zhǎng)820 ～880 nm。 以機(jī)械臂固定成像攝像頭，置于腸管斜上方約1 m 高度，調(diào)整適當(dāng)焦距。本實(shí)驗(yàn)使用了3 種成像方式，包括白光模式、熒光模式和對(duì)比模式（整合模式），所有模式皆可自由切換。 在熒光模式下，拍攝所得圖像熒光強(qiáng)度可利用系統(tǒng)自帶軟件進(jìn)行實(shí)時(shí)半定量分析：由操作者在熒幕上勾畫出1 cm×1 cm 的閉合區(qū)域作為測(cè)量框，系統(tǒng)將自動(dòng)對(duì)所選區(qū)域的熒光強(qiáng)度進(jìn)行分析。 在急性腸缺血模型中，待周圍正常腸段顯影后，于正常腸段熒光顯影明顯處勾畫一個(gè)測(cè)量框進(jìn)行測(cè)量，將此區(qū)域的熒光強(qiáng)度定義為100%，然后將測(cè)量框復(fù)制到缺血腸段處進(jìn)行測(cè)量，測(cè)得缺血腸段處的數(shù)值（即為相對(duì)熒光強(qiáng)度）。 在再灌注損傷模型中，腸段先顯影后再進(jìn)行缺血處理，此時(shí)勾畫出1 cm ×1 cm閉合區(qū)域作為測(cè)量框，測(cè)得缺血腸段的熒光強(qiáng)度均為100%，待血供再灌注120 min 后再次測(cè)量此處的熒光強(qiáng)度及周圍正常腸段的熒光強(qiáng)度并進(jìn)行對(duì)比。

結(jié) 果

一、ICG 在缺血腸段顯影受阻

無(wú)損夾閉局部腸段的系膜，并結(jié)扎靠近該腸段的動(dòng)脈弓（圖1A 箭頭所指處為靠近腸段的動(dòng)脈弓），使得局部腸段缺血5 min，白光模式下可見(jiàn)缺血腸段相對(duì)正常腸段的色澤開(kāi)始變深（圖1A）。 此時(shí)經(jīng)外周靜脈注射ICG 1 mg/kg 等待1 min，在熒光模式下可見(jiàn)正常腸段顯影，而缺血腸段顯影受阻，正常腸段與缺血腸段邊界清晰可見(jiàn)，定義此時(shí)的正常腸段熒光強(qiáng)度為100%，則缺血腸段的熒光強(qiáng)度為0%（圖1B）。 3 min 后再次測(cè)量缺血腸段的熒光強(qiáng)度仍為0%（圖1C）。

圖1 ICG 在缺血腸段顯影受阻 A：缺血5 min 后，白光模式下缺血腸段和正常腸段的色澤差異； B：缺血5 min 后，熒光模式下缺血腸段和正常腸段的顯影差異； C：缺血8 min 后，熒光模式下缺血腸段和正常腸段的顯影差異Fig.1 Failed ICG imaging in ischemic intestine

二、ICG 在缺血再灌注損傷后的腸段中滯留

待ICG 從腸段中代謝完畢后，再次經(jīng)外周靜脈注射ICG（1 mg/kg），等待1 min，選擇一段正常腸段，在熒光模式下可見(jiàn)顯影良好（圖2A）。 無(wú)損夾閉此腸段的系膜并結(jié)扎靠近該腸段的動(dòng)脈弓，使局部腸段缺血10 min，白光模式下可見(jiàn)缺血腸段色澤明顯變深，熒光模式下缺血腸段和正常腸段顯影無(wú)顯著區(qū)別，定義此時(shí)缺血腸段的熒光強(qiáng)度為100%。松開(kāi)系膜使血液再灌注腸段120 min，白光模式下再灌注損傷的腸段與周圍正常腸段無(wú)顯著區(qū)別，但熒光模式下可見(jiàn)缺血再灌注損傷后的腸道中有ICG滯留，其熒光強(qiáng)度為20.3%，而周圍正常腸段熒光強(qiáng)度下降為0%（圖2B）。

圖2 ICG 在缺血再灌注損傷后的腸段中滯留 A：靜脈注射ICG 并等待1 min 后，正常腸段的白光模式下色澤及對(duì)應(yīng)的熒光模式下顯影； B：令此腸段缺血10 min，在白光模式，熒光模式及對(duì)比模式下拍攝；再灌注血液120 min 后再次在白光模式，熒光模式及對(duì)比模式下拍攝Fig.2 ICG retention in reperfusion injured intestinal segment

討 論

ICG 通過(guò)靜脈注射方式進(jìn)入人體后可立即與血漿蛋白結(jié)合，并迅速分布于血液循環(huán)系統(tǒng)和淋巴回流系統(tǒng)。 近紅外光（波長(zhǎng)700 ～900 nm）的組織穿透性大，而其組織本底熒光強(qiáng)度小，因此可以得到最佳對(duì)比度，在影像學(xué)定位和診斷中具有廣泛的應(yīng)用前景［4］。 ICG 在前哨淋巴結(jié)定位、血管造影、膽管造影等方面，較傳統(tǒng)影像學(xué)技術(shù)具有更加精準(zhǔn)、容易辨識(shí)的優(yōu)點(diǎn)［5-8］。 在外科手術(shù)中，NIR-ICG 成像系統(tǒng)讓以三維可視化為代表的數(shù)字醫(yī)學(xué)成為可能，基于ICG 成像的多模式影像技術(shù)實(shí)現(xiàn)了精準(zhǔn)外科手術(shù)操作，預(yù)示了真正意義上的虛擬現(xiàn)實(shí)醫(yī)學(xué)的到來(lái)［9］。 目前，NIR-ICG 成像系統(tǒng)已經(jīng)廣泛應(yīng)用在腫瘤精準(zhǔn)切除、 乳房重建、 肝葉切除等外科手術(shù)中［10-13］。

在兒外科領(lǐng)域，姚偉等［14］利用ICG 對(duì)8 例肝母細(xì)胞瘤患者的腫瘤部位和切除范圍進(jìn)行精準(zhǔn)評(píng)估，全部實(shí)現(xiàn)了RO 切除，顯示出ICG 熒光顯影技術(shù)在確定腫瘤邊界和完整切除中的重要價(jià)值。 此外，利用三維CT 重建聯(lián)合ICG 熒光顯影技術(shù)，能夠在腹腔鏡手術(shù)中清晰顯示病變膽管擴(kuò)張位置和毗鄰動(dòng)靜脈及分支情況，有效避免因術(shù)中副損傷而導(dǎo)致的并發(fā)癥［15］。 顯然，術(shù)中合理應(yīng)用ICG 顯影技術(shù)能有效提高手術(shù)質(zhì)量，減少手術(shù)時(shí)間，提高手術(shù)的安全性，符合精準(zhǔn)醫(yī)療的未來(lái)趨勢(shì)。

ICG 進(jìn)入血液后分布迅速，且由于不參與腸肝循環(huán)，進(jìn)入腸管的ICG 不再吸收入血，是術(shù)中判斷腸管微灌注的新型技術(shù)。 腸管血供情況將直接影響吻合口的愈合，因此，這一技術(shù)目前已被應(yīng)用于手術(shù)中評(píng)估結(jié)直腸吻合口的微灌注情況，可在兒童先天性巨結(jié)腸重建手術(shù)中起指導(dǎo)作用［16］。 有系統(tǒng)性評(píng)價(jià)研究認(rèn)為術(shù)中評(píng)估腸道吻合口的灌注情況十分重要，在方法學(xué)上已經(jīng)從單純基本的機(jī)械通暢性測(cè)試向內(nèi)窺鏡可視化技術(shù)過(guò)渡，NIR-ICG 成像是未來(lái)發(fā)展的方向［17］。 然而，腸管吻合術(shù)是否成功主要依賴術(shù)者的手術(shù)技術(shù)，NIR-ICG 成像雖然可作為一種補(bǔ)救措施，相對(duì)于傳統(tǒng)肉眼判斷在敏感性上有很大優(yōu)勢(shì)，但不夠經(jīng)濟(jì)實(shí)用，尚不能大規(guī)模應(yīng)用。利用ICG 判斷急性缺血腸段，相對(duì)而言更有臨床應(yīng)用前景。 ICG 在血管造影中速度很快，這使它成為一種簡(jiǎn)便快捷的術(shù)中診斷工具，在急診手術(shù)中可以快速定位缺血腸段。

本研究結(jié)果證實(shí)ICG 在靜脈注射1 min 后即可在正常腸管中快速顯影，而缺血腸段顯影受阻，且二者邊界清晰，可以作為切除缺血腸段范圍的確切依據(jù)。 相對(duì)于注射1%普魯卡因后觀察腸管是否恢復(fù)活性的傳統(tǒng)方法，ICG 顯影具有靈敏、高效的特點(diǎn)，術(shù)者無(wú)需額外時(shí)間等待。 更重要的是，ICG 顯影為術(shù)中判斷缺血再灌注損傷腸段提供了一種便捷的方法，術(shù)中部分缺血腸段雖然重新得到了血供，但可能已經(jīng)出現(xiàn)了不可逆損傷。 本研究中，缺血后再灌注的腸管能夠恢復(fù)正常色澤，但真實(shí)血供已經(jīng)不如周圍正常腸段，因此ICG 滯留在這些可能受損的腸段中。 顯然，缺血再灌注損傷模型直接顯示了血供不良的腸管，這是術(shù)者憑借肉眼和經(jīng)驗(yàn)無(wú)法判斷的。 滯留在腸段中的ICG 顯影強(qiáng)度或許預(yù)示了腸段受損的嚴(yán)重程度，但還需要進(jìn)一步研究來(lái)確定顯影強(qiáng)度、缺血與再灌注損傷時(shí)間之間的關(guān)系。 總之，利用ICG 顯影或?qū)⒃谂袛嗫赡艽嬖谀c管缺血的急診手術(shù)中發(fā)揮巨大作用。

ICG 導(dǎo)致的不良反應(yīng)少見(jiàn)，其在臨床使用多年而不良反應(yīng)發(fā)生率低于0.01%，且其分布迅速，是術(shù)中理想的診斷用染料藥物［18］。 利用NIR-ICG 成像系統(tǒng)判斷腸管缺血，特別是對(duì)熒光強(qiáng)度的實(shí)時(shí)分析，可以得到一個(gè)半定量的熒光數(shù)值，為術(shù)中判斷腸管缺血程度提供了客觀的指標(biāo)。 在本研究中，實(shí)驗(yàn)犬正常腸管的熒光強(qiáng)度在120 min 之后與缺血再灌注損傷腸管的熒光強(qiáng)度會(huì)產(chǎn)生肉眼可見(jiàn)的分界線，或許可以根據(jù)再灌注損傷腸管和周圍正常腸管之間熒光強(qiáng)度的差異來(lái)區(qū)分判斷分界線。 總之，作為一種前沿的術(shù)中成像診斷技術(shù)，NIR-ICG 成像系統(tǒng)有望成為兒外科醫(yī)師的“第六感”，提高精準(zhǔn)外科手術(shù)的成功率。