Сapabilities of Dynamic Infrared Thermography for Planning and Monitoring of Perforating Flaps

Cover Page

Cite item

Full Text

Abstract

Background. Free perforating flaps are the most optimal for reconstruction of both upper and lower extremities. However, along with the obvious advantages of these flaps, there are also a number of difficulties associated with their more complex vascular anatomy and, as a consequence, more time-consuming dissection. This determines the need for a more thorough preoperative planning, including the mapping of perforating vessels and development of flap design. At the same time, the problems with intraoperative assessment of perfusion of perforating flaps and their monitoring in the postoperative period have not been solved. For these purposes, several instrumental methods of examination such as MRI and CT angiography, Doppler sonography, ICG and dynamic infrared thermography are used.

Aim of the study — to evaluate the capabilities of dynamic infrared thermography (DIT) for mapping of perforating vessels when planning the design of perforating flaps, as well as for assessing their intra- and postoperative perfusion.

Methods. We have analyzed the results of using DIT along with CT-angiography and Doppler sonography for preliminary mapping of perforating vessels in the design of 18 perforating flaps (ALT flap — 10, SCIP flap — 8) transplanted in 15 patients from 01.01.2022 to 30.07.2022. DIT was also used in all cases for intraoperative instrumental confirmation of flap perfusion and for its monitoring in the postoperative period.

Results. A total of 39 perforating vessels were detected by CT angiography at the point of origin from the main arteries. DIT was used to detect the distal portions of 37 perforating vessels in 15 patients at the marking of 18 flaps. On average, 2.5 per ALT flap and 1.4 per SCIP flap. Thermographic examination time was approximately 10 minutes. Localization of all perforating vessels detected by DIT were first confirmed by Doppler sonography and then visualized intraoperatively during flap dissection. Intraoperatively, perfusion of all transplanted flaps was clearly confirmed by DIT. In the postoperative period, perfusion problems were clinically detected in 3 (16%) flaps and confirmed by DIT: venous stasis — 2 cases, arterial insufficiency — 1 case. In two patients (13%) with a body mass index of more than 35 (corresponding to class 2–3 obesity), the location of perforating vessels could not be determined by thermography and Doppler sonography. Also, in these patients DIT was ineffective for confirmation of flap perfusion intraoperatively and in the postoperative period.

Conclusion. This study confirms that CT angiography, Doppler sonography and infrared thermography are complementary methods that allow to detect and visualize perforating arteries from their origin from a main artery to the site of their passage through the deep fascia (CT-angiography), as well as to determine their more accurate projection on the skin surface (DIT and Doppler sonography). DIT is also an auxiliary method for flap monitoring in the intraoperative and postoperative periods, which allows to engage nursing staff in postoperative monitoring.

About the authors

Viktor S. Melnikov

Moscow City Clinical Hospital named after S.S. Yudin; I.M. Sechenov First Moscow State Medical University (Sechenov University)

Author for correspondence.
Email: melnikovmd@mail.ru
ORCID iD: 0000-0003-4873-775X

Cand. Sci. (Med.)

Russian Federation, Moscow; Moscow

Vadim E. Dubrov

Lomonosov Moscow State University

Email: vduort@gmail.com
ORCID iD: 0000-0001-5407-0432

Dr. Sci. (Med.), Professor

Russian Federation, Moscow

Aleksandr S. Zelyanin

Moscow City Clinical Hospital named after S.S. Yudin; Lomonosov Moscow State University

Email: microsurgery@inbox.ru
ORCID iD: 0000-0003-0969-9594

Dr. Sci. (Med.), Professor

Russian Federation, Moscow; Moscow

Julia V. Babaeva

I.M. Sechenov First Moscow State Medical University (Sechenov University)

Email: juliybelova@yandex.ru
ORCID iD: 0000-0003-2170-7286

Cand. Sci. (Med.)

Russian Federation, Moscow

Anna A. Pashkovskaya

Moscow City Clinical Hospital named after S.S. Yudin

Email: pashkovskaya.an@yandex.ru
ORCID iD: 0000-0001-6441-100X
Russian Federation, Moscow

Ilyas S. Zhalyalov

Moscow City Clinical Hospital named after S.S. Yudin; Lomonosov Moscow State University

Email: bratil8@gmail.com
ORCID iD: 0000-0002-3253-0765
Russian Federation, Moscow; Moscow

References

  1. Taylor G.I., Palmer J.H. The vascular territories (angiosomes) of the body. Br J Plast Surg. 1987;40:113141.
  2. Koshima I., Soeda S. Inferior epigastric artery skin flap without rectus abdominis muscle. Br J Plast Surg. 1989;42:645.
  3. Hyakusoku H., Yamamoto T., Fumiiri M. The propeller flap method. Br J Plast Surg. 1991;44(1):53-54. doi: 10.1016/0007-1226(91)90179-n.
  4. Ring E.F.J. The discovery of infrared radiation in 1800. Imaging Sci J. 2000;48:1-8. doi: 10.1080/13682199.2000.11784339.
  5. Ring E.F. The historical development of thermal imaging in medicine. Rheumatology (Oxford). 2004;43(6):800-802. doi: 10.1093/rheumatology/keg009.
  6. Theuvenet W.J., Koeyers G.F., Borghouts M.H. Thermographic assessment of perforating arteries. A preoperative screening method for fasciocutaneous and musculocutaneous flaps. Scand J Plast Reconstr Surg. 1986;20(1):25-29. doi: 10.3109/02844318609006287.
  7. Hardwicke J.T., Osmani O., Skillman J.M. Detection of Perforators Using Smartphone Thermal Imaging. Plast Reconstr Surg. 2016;137(1):39-41. doi: 10.1097/PRS.0000000000001849.
  8. Muntean M.V., Achimas-Cadariu P.A. Detection of Perforators for Free Flap Planning Using Smartphone Thermal Imaging: A Concordance Study with Computed Tomographic Angiography in 120 Perforators. Plast Reconstr Surg. 2018;142(4):604e. doi: 10.1097/PRS.0000000000004751.
  9. Hallock G.G. Dynamic infrared thermography and smartphone thermal imaging as an adjunct for preoperative, intraoperative, and postoperative perforator free flap monitoring. Plast Aesthet Res. 2019;6:29. Available from: http://dx.doi.org/10.20517/2347-9264.2019.029.
  10. Kirimtat A., Krejcar O., Selamat A., Herrera-Viedma E. FLIR vs SEEK thermal cameras in biomedicine: comparative diagnosis through infrared thermography. BMC Bioinformatics. 2020;21 (Suppl 2)88. Available from: https://doi.org/10.1186/s12859-020-3355-7.
  11. Theuvenet W.J., Koeyers G.F., Borghouts M.H. Thermographic assessment of perforating arteries. A preoperative screening method for fasciocutaneous and musculocutaneous flaps. Scand J Plast Reconstr Surg. 1986;20(1):25-29. doi: 10.3109/02844318609006287.
  12. Zetterman E., Salmi A., Suominen S., Karonen A., Asko-Seljavaara S. Effect of cooling and warming on thermographic imaging of the perforating vessels of the abdomen. Eur J Plast Surg. 1999;22:58-61.
  13. Tenorio X., Mahajan A.L., Wettstein R., Harder Y., Pawlovski M., Pittet B. Early detection of flap failure using a new thermographic device. J Surg Res. 2009;151(1): 15-21. doi: 10.1016/j.jss.2008.03.001.
  14. Chubb D.P., Taylor G.I., Ashton M.W. True and ‘choke’ anastomoses between perforator angiosomes: part II. dynamic thermographic identification. Plast Reconstr Surg. 2013;132(6):1457-1464. doi: 10.1097/01.prs.0000434407.73390.82.
  15. Weum S., Mercer J.B., de Weerd L. Evaluation of dynamic infrared thermography as an alternative to CT angiography for perforator mapping in breast reconstruction: A clinical study. BMC Med Imaging. 2016;16:43 .
  16. Boyd J.B., Jones N. Operative Microsurgery. USA: McGraw-Hill Education; 2015. 976 р.
  17. Pereira N., Valenzuela D., Mangelsdorff G., Kufeke M., Roa R. Detection of Perforators for Free Flap Planning Using Smartphone Thermal Imaging: A Concordance Study with Computed Tomographic Angiography in 120 Perforators. Plast Reconstr Surg. 2018;141(3):787-792. doi: 10.1097/PRS.0000000000004126.
  18. Masia J., Kosutic D., Clavero J.A., Larranaga J., Vives L., Pons G. Preoperative computed tomographic angiogram for deep inferior epigastric artery perforator flap breast reconstruction. J Reconstr Microsurg. 2010;26(1):21-28. doi: 10.1055/s-0029-1223854.
  19. Masia J., Kosutic D., Cervelli D., Clavero J.A., Monill J.M., Pons G. In search of the ideal method in perforator mapping: noncontrast magnetic resonance imaging. J Reconstr Microsurg. 2010;26(1):29-35. doi: 10.1055/s-0029-1238222.
  20. Hallock G.G. Doppler sonography and color duplex imaging for planning a perforator flap. Clin Plast Surg. 2003;30(3):347-357. doi: 10.1016/s0094-1298(03)00036-1.
  21. Chae M.P., Rozen W.M., Whitaker I.S., Chubb D., Grinsell D., Ashton M.W. et al. Current evidence for postoperative monitoring of microvascular free flaps: a systematic review. Ann Plast Surg. 2015;74(5):621-632. doi: 10.1097/SAP.0b013e3181f8cb32.
  22. Hardwicke J.T., Osmani O., Skillman J.M. Detection of perforators using smartphone thermal imaging. Plast Reconstr Surg. 2016;137:39-41.
  23. Hennessy O., Potter S.M. Use of infrared thermography for the assessment of free flap perforators in autologous breast reconstruction: A systematic review. JPRAS Open. 2019;23:60-70. doi: 10.1016/j.jpra.2019.11.006.

Supplementary files

Supplementary Files
Action
1. JATS XML
Download
2. Fig. 1. The foot view after a gunshot injury with tissue defect (a, b); ALT flap donor site on the anterolateral surface of the thigh (c, d): A — ALT flap; B — free-style flap; “a”, “b” and “c” — perforating vessels detected by DIT and confirmed by Doppler sonography

Download (1MB)
Indexing metadata
3. Fig. 2. The flaps and thermogram after dissection before cutting off pedicles: A — ALT flap; B — free-style flap

Download (753KB)
Indexing metadata
4. Fig. 3. View of the foot after defect closure with ALT (a) and SCIP flaps (b)

Download (1MB)
Indexing metadata
5. Fig. 4. А postburn contracture of the right hand (a, b); ALT flap marking (c, d); blue stars — projection of perforating vessels according to the anatomical markings, red (corresponding to markings “a” and “в”) — perforating vessels detected by DIT and Doppler sonography; postoperative view of the hand and the transplanted ALT flap (e); flap thermogram (f)

Download (1MB)
Indexing metadata
6. Fig. 5. General view and thermography of the flaps in the postoperative period: a, b — hand view and flap thermogram 3 days postoperatively; c, d — hand view and flap thermogram 10 days after surgery, before discharge

Download (1001KB)
Indexing metadata

Copyright (c) 2024 Eco-Vector

Creative Commons License
This work is licensed under a Creative Commons Attribution-NonCommercial-NoDerivatives 4.0 International License.

Согласие на обработку персональных данных с помощью сервиса «Яндекс.Метрика»

1. Я (далее – «Пользователь» или «Субъект персональных данных»), осуществляя использование сайта https://journals.rcsi.science/ (далее – «Сайт»), подтверждая свою полную дееспособность даю согласие на обработку персональных данных с использованием средств автоматизации Оператору - федеральному государственному бюджетному учреждению «Российский центр научной информации» (РЦНИ), далее – «Оператор», расположенному по адресу: 119991, г. Москва, Ленинский просп., д.32А, со следующими условиями.

2. Категории обрабатываемых данных: файлы «cookies» (куки-файлы). Файлы «cookie» – это небольшой текстовый файл, который веб-сервер может хранить в браузере Пользователя. Данные файлы веб-сервер загружает на устройство Пользователя при посещении им Сайта. При каждом следующем посещении Пользователем Сайта «cookie» файлы отправляются на Сайт Оператора. Данные файлы позволяют Сайту распознавать устройство Пользователя. Содержимое такого файла может как относиться, так и не относиться к персональным данным, в зависимости от того, содержит ли такой файл персональные данные или содержит обезличенные технические данные.

3. Цель обработки персональных данных: анализ пользовательской активности с помощью сервиса «Яндекс.Метрика».

4. Категории субъектов персональных данных: все Пользователи Сайта, которые дали согласие на обработку файлов «cookie».

5. Способы обработки: сбор, запись, систематизация, накопление, хранение, уточнение (обновление, изменение), извлечение, использование, передача (доступ, предоставление), блокирование, удаление, уничтожение персональных данных.

6. Срок обработки и хранения: до получения от Субъекта персональных данных требования о прекращении обработки/отзыва согласия.

7. Способ отзыва: заявление об отзыве в письменном виде путём его направления на адрес электронной почты Оператора: info@rcsi.science или путем письменного обращения по юридическому адресу: 119991, г. Москва, Ленинский просп., д.32А

8. Субъект персональных данных вправе запретить своему оборудованию прием этих данных или ограничить прием этих данных. При отказе от получения таких данных или при ограничении приема данных некоторые функции Сайта могут работать некорректно. Субъект персональных данных обязуется сам настроить свое оборудование таким способом, чтобы оно обеспечивало адекватный его желаниям режим работы и уровень защиты данных файлов «cookie», Оператор не предоставляет технологических и правовых консультаций на темы подобного характера.

9. Порядок уничтожения персональных данных при достижении цели их обработки или при наступлении иных законных оснований определяется Оператором в соответствии с законодательством Российской Федерации.

10. Я согласен/согласна квалифицировать в качестве своей простой электронной подписи под настоящим Согласием и под Политикой обработки персональных данных выполнение мною следующего действия на сайте: https://journals.rcsi.science/ нажатие мною на интерфейсе с текстом: «Сайт использует сервис «Яндекс.Метрика» (который использует файлы «cookie») на элемент с текстом «Принять и продолжить».