Draadloos Laser Speckle Contrast Imaging Apparaat voor de visualisatie van de microcirculatie tijdens DIEP flap borstreconstructie.

1 Borstkanker en borstreconstructies
Borstkanker is verantwoordelijk voor 26% van alle maligniteiten in Nederland en
is daarmee de meest gediagnosticeerde maligniteit bij Nederlandse vrouwen.
Omdat de 10-jaarsoverleving de afgelopen decennia aanzienlijk is toegenomen
door verbeterde behandelingen, zijn chirurgische beslissingen met betrekking
tot de verbetering van de kwaliteit van leven belangrijker geworden. Eén van de
behandelingen die verband houdt met een goede kwaliteit van leven is
huidsparende borstamputatie gevolgd door borstreconstructie.
Borstreconstructies kunnen worden uitgevoerd met autoloog weefsel of met
borstimplantaten. Autologe borstreconstructies hebben de voorkeur boven
implantaten wat betreft het esthetische resultaat, de tevredenheid op de lange
termijn en de kwaliteit van leven. Bovendien worden autologe
borstreconstructies aanbevolen als het resterende borstweefsel van slechte
kwaliteit is door bijvoorbeeld radiotherapie. De standaard autologe
borstreconstructie is de Deep Inferior Epigastric Perforator (DIEP)
flapreconstructie, verwijzend naar de voedende arterie. Tijdens deze
reconstructie worden buikvet en huid, die gevoed worden door de eerder genoemde
perforator, weggenomen. Vervolgens wordt de DIEP-flap opnieuw verbonden met de
interne borstslagader.
Gelukkig hebben de meeste patiënten een postoperatief herstel zonder ernstige
complicaties. Perfusiegerelateerde complicaties, zoals trage wondgenezing of
necrose, komen echter voor bij 7%-35% van de patiënten. Necrose kan ontstaan **
in de huidenvelop, in het vetweefsel of in de huid van de getransplanteerde
flap. Perfusiegerelateerde complicaties kunnen optreden als de
getransplanteerde flap te groot is of als gevolg van trombose in de flap of de
pedikel. Het is belangrijk om deze complicaties tot een absoluut minimum te
beperken, aangezien deze complicaties de tevredenheid en kwaliteit van leven
van de patiënt verminderen. Bovendien leiden noodzakelijke revisie-operaties
tot hogere kosten, hogere ziekenhuisopnames en kunnen ze leiden tot ernstige
stress voor de chirurg.

2 Huidige beoordeling van de microcirculatie tijdens DIEP-flap
borstreconstructie
Momenteel wordt de microcirculatie intraoperatief beoordeeld door de chirurg
door evaluatie van de kleur en temperatuur van de huid, capillary refill time
en dermale randbloeding. Deze methoden zijn echter afhankelijk van de ervaring
van de chirurg en de subjectieve opinie. Voor een objectievere beoordeling kan
indocyanine groen (ICG) angiografie worden toegepast voor de additionele
evaluatie van de perfusie van de DIEP flap. ICG wordt gebruikt voor de realtime
voorspelling van de perfusie van weefsel dat getransplanteerd gaat worden en om
de perfusie van de nieuw gereconstrueerde borst te beoordelen. De beoordeling
van de perfusie met het gebruik van ICG is gebaseerd op het gebied dat groen
wordt op het angiogram en het intensiteitsniveau ervan. Het intensiteitsniveau
komt overeen met de hoeveelheid ICG en dus met de hoeveelheid bloed die het
weefsel doorlaat. De toepassing van ICG heeft geleid tot een afname van
perfusiegerelateerde complicaties. Daarom bestaat tegenwoordig in
Ziekenhuisgroep Twente (ZGT) de huidige beoordeling van de microcirculatie uit
de combinatie van de toepassing van ICG en de subjectieve beoordeling van de
chirurg.
Toch heeft ICG enkele nadelen. Ten eerste is de toediening van een
contrastmiddel vereist. Vanwege de wash-out van 20 minuten en een
halfwaardetijd van 150 tot 180 seconden, duurt het enkele minuten na instroom
om de uitstroom van ICG uit het arteriële en veneuze systeem te visualiseren.
Dit betekent dat het intensiteitssignaal na ICG-toediening na verloop van tijd
geleidelijk afneemt. Veranderingen in perfusie na de instroom van ICG als
gevolg van bijvoorbeeld vasospasme of trombose kunnen echter nauwelijks worden
gevisualiseerd omdat de ICG al aanwezig is in het vasculaire systeem. Het is
dus moeilijk om een **occlusie te detecteren die wordt veroorzaakt door
vasospasmen of trombose net na de instroom van ICG. Een ander nadeel is dat de
beoordeling van de fluorescentie-intensiteit (nog) geen afkapwaarde heeft voor
ondergeperfuseerd weefsel, wat de beoordeling subjectief maakt. Ten slotte,
aangezien ICG een contrastmiddel is dat tijdens de operatie vaak meerdere keren
moet worden toegediend, kunnen er bijwerkingen optreden. Deze zijn echter
zeldzaam en ontstaan **naar verluidt bij 0,2% van de blootgestelde patiënten.

3 Laser Speckle Contrast Imaging
Een veelbelovende techniek die de bovengenoemde nadelen van ICG zou kunnen
overwinnen, is Laser Speckle Contrast Imaging (LSCI). LSCI is een realtime en
contactloze beeldvormingstechniek voor perfusiemetingen. Het heeft geen
contrastmiddel nodig, de metingen kunnen op elk geschikt moment plaatsvinden en
de metingen nemen slechts enkele seconden in beslag. Het principe van LSCI is
dat het terugverstrooid licht van weefsel dat wordt verlicht met coherent
laserlicht gebruikt wordt om een **willekeurig interferentiepatroon te creëren.
Dit wordt ook wel het specklepatroon genoemd. Bewegende deeltjes in weefsel,
bijvoorbeeld rode bloedcellen, veroorzaken fluctuaties in dit specklepatroon,
waardoor speckles vervagen. De mate van vervaging kan worden gecorreleerd met
de bloedstroom, en dus met perfusie. Met behulp van deze techniek kan perfusie
op een diepte van ongeveer 300 µm worden gevisualiseerd. In de huid komt dit
overeen met de dermale microcirculatie.

4 Resultaten van eerdere LSCI-onderzoeken
In verschillende onderzoeken wordt LSCI al beschouwd als een veelbelovende
techniek voor perioperatieve beoordeling van de microcirculatie bij colorectale
chirurgie, cerebrovasculaire chirurgie en reconstructieve chirurgie. De
resultaten in reconstructieve chirurgie zijn van bijzonder belang voor deze
studie. Zotterman et al. voerde meerdere onderzoeken uit naar de beoordeling
van perfusie bij reconstructieve chirurgie, waarbij een afkapwaarde onvoldoende
doorbloed weefsel ontbrak. Ten eerste was hun doel om te onderzoeken of LSCI
perioperatief kan worden toegepast om gebieden met een gecompromitteerde
bloedsomloop te identificeren en om vervolgens gebieden te voorspellen met een
hoog risico op het ontwikkelen van postoperatieve necrose. Ze concludeerden dat
perfusie van minder dan 25 perfusie-eenheden (PU, arbitraire eenheid) een
voorspeller was voor weefselmorbiditeit binnen 72 uur na de operatie in
varkenslapmodellen. Er is vervolgonderzoek gestart naar de perfusiedistributie
en perfusiegerelateerde postoperatieve complicaties tijdens een DIEP-flap
borstreconstructie. Die studie toonde ook een afkapwaarde voor
weefselmorbiditeit, maar dit was een afkapwaarde van 30 PU voor postoperatieve
flapnecrose.
Een beperking van deze onderzoeken was het gebruik van gemonteerde
LSCI-apparaten. Vanwege de inflexibiliteit van deze apparaten is het
ingewikkeld om ze in de operatiekamer te gebruiken. Daarom ontwikkelt de groep
Biomedical Photonic Imaging van de Universiteit Twente een handheld en
draadloos systeem. De vorige versie van dit LSCI-systeem, bekend als handheld
perfusion imager (HAPI), werd toegepast in het onderzoek naar psoriasislaesies
(NL69174.091.19) en hieruit bleek dat handheld-metingen vergelijkbare visuele
resultaten geven in vergelijking met gemonteerde metingen. Hoewel er een
statistisch significant verschil werd gevonden tussen gemonteerde metingen en
handheld metingen vanwege bewegingsartefacten bij handheld metingen, is het
handheld apparaat van extra klinische waarde in termen van comfort en
flexibiliteit voor medisch personeel en patiënten. Het HAPI-systeem had echter
nog enkele nadelen op het gebied van handmatige nabewerking om
bewegingsartefacten te corrigeren, wat tijdrovend was.

Deze studie heeft als doel om aan te tonen dat de nieuwe generatie van de HAPI,
de Wireless Perfusion Imager (WIPI), in staat is om de microcirculatie van de
buikflap en de nieuw gereconstrueerde borst te visualiseren tijdens DIEP-flap
borstreconstructie. De hypothese is dat de WIPI slechte doorbloeding van de
huid kan detecteren en dat de WIPI vasospasmen en trombose kan aantonen tijdens
operaties, die met het gebruik van ICG gemist zouden kunnen worden. Als de
hypothese klopt, zou de WIPI kunnen dienen als een niet-invasieve, realtime
techniek om slechte huidperfusie en vasospasmen of trombose te identificeren
wat de huidige methode niet kan. Dit maakt vroege detectie van een slechte
doorbloeding van de huid tijdens de operatie mogelijk, wat zou kunnen hebben
geleid tot postoperatieve necrose. Aangezien dit een proof of concept studie
is, zal deze studie zich beperken tot het visualiseren van de microcirculatie
en de eventuele correlatie tussen de perfusie en de perfusie-gerelateerde
complicaties.
Samenvattend is onze visie dat de WIPI in de toekomst zou kunnen worden
gebruikt als een niet-invasieve techniek om slechte huidperfusie te
visualiseren en daardoor perfusie-gerelateerde complicaties op een objectieve
manier te minimaliseren. De compactheid en het handheld karakter van deze
techniek zijn van bijzonder belang met betrekking tot de toepassing in de
operatiekamer.

Onderzoeksopzet: Dit is een prospectieve case-series studie en een
proof-of-concept studie binnen het multidisciplinaire borstkanker
behandelcentrum in het ZGT. Het doel is om te bepalen of er eventuele
verschillen in gemiddelde perfusie van de nieuw gereconstrueerde borst zijn
tussen patiënten die perfusie-gerelateerde complicaties ontwikkelen en
patiënten waarbij deze complicaties niet optreden. De chirurg bepaalt
postoperatief of perfusie-gerelateerde klachten zijn opgetreden en in welke
mate. We zullen 40 patiënten includeren. We includeren patiënten die zowel een
unilaterale als een bilaterale DIEP flap borstreconstructie ondergaan. Een
bilaterale DIEP flap borstreconstructie zullen we beschrijven als twee aparte
cases. We nemen aan dat de perfusie bij beide flappen dermate van elkaar
verschillen dat we twee aparte cases kunnen maken. De gekozen vene en arterie
verschillen namelijk in lengte en diameter. Daarbij zullen de flappen niet
exact dezelfde grootte en hetzelfde gewicht hebben.

Duur van het onderzoek: Patiënten die aan dit onderzoek deelnemen, zijn in
totaal twee maanden en twee dagen geïncludeerd. De metingen vinden plaats
tijdens de DIEP-flap borstreconstructie op dag 1 en de dag na de operatie op
dag 2 van de inclusieperiode. Nadien wordt tot twee maanden na de operatie uit
het patiëntendossier informatie verzameld in relatie tot het optreden van
complicaties. Alvorens deel te nemen aan deze studie, moeten patiënten voldoen
aan de inclusiecriteria en bereid zijn om schriftelijke geïnformeerde
toestemming te geven. Er zijn geen vooraf vastgestelde exclusiescriteria om
deel te nemen aan dit onderzoek.

Instellingen: Voorafgaand aan elke meting worden realtime perfusieafbeeldingen
(bestaande uit specklebeelden) en kleurenbeelden op het scherm van de WIPI
bekeken door tijdens de operatie op een knop te drukken. Een technisch
geneeskundige (in opleiding) zal de metingen met de WIPI uitvoeren. De previews
maken het makkelijker voor de technisch geneeskundige om te controleren welk
huidoppervlak er in de huidige positie wordt gescand en of dit volgens plan is.
Om er zeker van te zijn dat de chirurg niet beïnvloed wordt door de
perfusieafbeeldingen, worden de perfusieafbeeldingen alleen laten zien op het
scherm van de WIPI en een laptop in de hoek van de OK. De perfusieafbeeldingen
worden niet laten zien op één van de monitoren op de OK. De chirurg mag niet
naar de perfusieafbeeldingen op de WIPI en op de laptop kijken tijdens de
operatie.
Na een preview kan de eigenlijke meting beginnen. Sommige metingen bestaan uit
tien scanmomenten. Tijdens elk scanmoment worden meerdere kleurenbeelden en
specklebeelden verkregen. De voorkant van de WIPI wordt op een afstand van 30
cm van de huid gehouden, aangezien dit de focusafstand van de kleurencamera is.
Elk scanmoment duurt tien tot vijftien seconden, waarna de gegevens worden
opgeslagen en naar een laptop worden gestuurd om de perfusiebeelden te
visualiseren. De resultaten van elke meting voor verdere evaluatie zijn een
kleurenbeeld en een gemiddelde en uitgelijnde perfusiekaart. Het meetprotocol
wordt bij elke patiënt toegepast en bestaat uit de volgende vijf metingen:

1. Nulmeting: Na de anesthesie, maar voor de eerste incisie, wordt de nulmeting
uitgevoerd om een **idee te krijgen van de perfusieverdeling van de gehele
flap. Aangezien de field of view van de WIPI een diameter heeft van ongeveer
10.5 cm, zullen er tien metingen worden uitgevoerd om de volledige DIEP-flap te
kunnen meten.

2. Vrijgepreprareerde flap: Nadat de chirurg de flap heeft vrij geprepareerd en
de vooraf gedefinieerde perforators heeft gevonden, neemt hij/zij de beslissing
welke perforator wordt getransplanteerd op basis van ICG-angiografie en
zijn/haar eigen evaluatie. Alle andere perforatoren worden geklemd of
doorgesneden. Daarna kan de tweede LSCI-meting plaatsvinden, die eveneens in
tien scanmomenten wordt opgedeeld. Deze LSCI-meting vormt de referentie voor de
LSCI-meting na borstreconstructie. Het laat zien welk weefselgebied de gekozen
perforator perfundeert en wat het ongeveer zou moeten zijn na reconstructie.

3. Ischemie: Nadat de tweede LSCI-meting is uitgevoerd, kan de bloedstroom door
de gekozen perforator worden afgeklemd met behulp van een verwijderbare
vasculaire clip, wat resulteert in ischemie. Vasculaire clips worden vaker
gebruikt bij verschillende soorten operaties voor het tijdelijk stoppen van de
bloedflow. Door de clip te verwijderen, wordt de bloedflow hersteld zonder
enige complicaties. Na één minuut ischemie wordt de derde LSCI-meting
uitgevoerd, wederom opgedeeld in tien scanmomenten. Deze meting simuleert een
slechte perfusie van de DIEP-flap. De resultaten van deze metingen kunnen in de
komende metingen worden gebruikt als referentie voor slechte perfusie. Wanneer
deze derde meting is voltooid, kan de vasculaire clip worden verwijderd en
wordt de perfusie hersteld. Vervolgens kan de perforator worden doorgesneden om
de operatie voort te zetten. Op deze manier verlengt deze meting de
ischemietijd niet.

4. Anastomose: Wanneer de anastomose is voltooid, valideert de chirurg of de
perfusie goed genoeg is met behulp van ICG-angiografie en op basis van
capillary refill time etc. Na validatie kan de vierde LSCI-meting worden
uitgevoerd. Deze meting wordt uitgevoerd om de gemiddelde perfusie van de nieuw
gereconstrueerde borst (in PU) te correleren aan de uitkomst van de operatie.
De uitkomst is het wel of niet optreden van perfusie-gerelateerde complicaties.
Er zijn maximaal tien scanmomenten nodig om de gehele borst goed in beeld te
brengen. Echter, omdat het totale in beeld te brengen huidoppervlak nu kleiner
is, kan het zijn dat er minder scanmomenten nodig zijn. Indien de perfusie
tijdens deze LSCI-meting voldoende was, maar de chirurg er na deze meting
plotseling geen vertrouwen meer in heeft, kan de chirurg aanvullende operatieve
handelingen verrichten om de perfusie te herstellen. Er wordt dan een extra set
van tien scanmomenten uitgevoerd.

5. Postoperatief: Een dag na de operatie wordt de laatste LSCI-meting met
maximaal tien scanmomenten gedaan op de borst. Deze meting zal worden
uitgevoerd om te kijken of de perfusie in PU verschilt van de perfusie in PU
tijdens de operatie of dat de perfusie in PU juist hetzelfde is gebleven.

Tot op heden is er weinig bekend over de veranderingen in de microcirculatie
tijdens DIEP-flap borstreconstructie, waaronder de effecten van trombose en
vasospasmen op de microcirculatie die kunnen leiden tot perfusiegerelateerde
complicaties. Met de WIPI hopen we nieuwe inzichten te verschaffen in dit
apparaat als beeldvormende techniek voor de visualisatie van de microcirculatie
en veranderingen binnen de microcirculatie. We willen de voorspellende waarde
voor het ontstaan **van perfusiegerelateerde complicaties definiëren en een
afkapwaarde in perfusie vinden voor perfusiegerelateerde complicaties om deze
complicaties in de toekomst hopelijk te verminderen.
De geïncludeerde patiënten zullen de standaardbehandeling ondergaan, waarbij de
perfusie tweemaal (vrijgeprepareerde flap en na anastomose) wordt geverifieerd
door ICG-angiografie. De opzet van dit onderzoek is om de voorspellende waarde
van LSCI voor het ontstaan **van perfusiegerelateerde complicaties te bepalen,
deze te vergelijken met de voorspellende waarde van ICG en de beoordeling van
de chirurg en om te bepalen of LSCI mogelijk ICG-angiografie kan vervangen. Dat
zou van grote waarde zijn, gezien het niet-invasieve en eenvoudig toe te passen
karakter van het apparaat.
Gezien de mogelijke voordelen van de WIPI tijdens DIEP-flap borstreconstructie
in de toekomst, zijn wij van mening dat deelname aan deze studie met slechts
één postoperatieve meting en de toepassing van de niet-invasieve beeldvormende
techniek legitiem is. Het scannen van de huid met behulp van de WIPI is
pijnloos en zonder enig ongemak.