Dead or alive — use of indocyanine green angiography for intraoperative assessment of bone vitality in nonunion fractures: a controlled case series of four patients

Cover Page

Cite item

Full Text

Abstract

Background. Indocyanine green (ICG) fluorescence imaging is a surgical tool with increasing applications in various surgical disciplines. During nonunion resection, the assessment of bone vascularization is currently based only on the surgeon’s experience. We introduced the use of indocyanine green (ICG) angiography in orthopedics.

The aims of the study: 1) to use ICG fluorescence angiography to evaluate the bone perfusion in patients with atrophic nonunion, where poor or absent ICG flow reveals avascular tissue associated with bone necrosis requiring surgical resections; 2) to describe our case series of patients operated with this technique.

Methods. We used ICG angiography in patients operated for tibial nonunion resection. We administered 0.5 mg/kg of ICG powder dissolved in sterile saline at 2.5 mg/ml concentration. The time from the injection to the beginning of appreciation of the green dye was measured. Non-viable bone was resected accordingly. Patient underwent routine follow-up. We enrolled all the suitable patients operated from April 2019 to June 2021 and matched three control patients for each of them. We reviewed their medical records and noted any relevant data.

Results. We enrolled 4 cases and 12 controls, all male. The mean age was 30.8±6.9 years. The mean duration from trauma to surgery was 10.5 (0.7-25.0) months. The mean duration of surgery was 190.8±40.3 min. The defect size was 4.89±2.03 cm. ICG allowed rapid visualization of bone vascularization after 25-45 sec. No adverse events were observed. The mean external fixation time was 11.8±5.0 months. The mean external fixation index was 2.69±1.10. Seven patients needed a surgical revision during treatment. Three patients underwent reintervention after frame removal. There are no statistically significant differences between cases and controls.

Conclusions. The research findings of this study are limited by the small number of observations. However, this technique is safe, easy, and rapid and may contribute to intraoperative decision of how much to resect. Using ICG could objectively demonstrate bone perfusion to help surgeons to avoid massive bone defects.

About the authors

Emiliano Malagoli

Humanitas Clinical and Research Center – IRCCS; Humanitas University

Email: emiliano.malagoli@gmail.com
ORCID iD: 0000-0003-0239-080X

Department of Biomedical Sciences

Italy, Rozzano (MI); Pieve Emanuele (MI)

Filippo Vandenbulcke

Humanitas University

Author for correspondence.
Email: filippo.vandenbulcke@humanitas.it
ORCID iD: 0000-0002-4603-659X

Department of Biomedical Sciences

Italy, Pieve Emanuele (MI)

Mosheer Ziadi

King Abdullah Medical City

Email: science66@gmail.com
ORCID iD: 0000-0002-9720-862X
Saudi Arabia, Makkah

Giovanni Lucchesi

Ortopediatria Center for Education, Research and Patient Care in Paediatric Orthopedics

Email: lucchesigiovanni@gmail.com
ORCID iD: 0000-0002-5262-8073
Italy, Bologna (BO)

Stefania Zini

Policlinico San Pietro

Email: stefaniazini@hotmail.it
Italy, Ponte San Pietro (BG)

Alexander Kirienko

Humanitas Clinical and Research Center – IRCCS; Humanitas University, Department of Biomedical Sciences

Email: alexander@kirienko.com
ORCID iD: 0000-0003-0107-3423
Italy, Rozzano (MI); Pieve Emanuele (MI)

References

  1. Mumford J.E., Simpson A.H.R.W. Management of Bone Defects. A Review of Available Techniques. Iowa Orthopc J. 1992;12:42-49.
  2. Nauth A., McKee M.D., Einhorn T.A., Watson J.T., Li R., Schemitsch E.H. Managing Bone Defects. J Orthop Trauma. 2011;25(8):462-466. doi: 10.1097/BOT.0b013e318224caf0.
  3. Mauffrey C., Barlow B.T., Smith W. Management of Segmental Bone Defects. J Am Acad Orthop Surg. 2015;23(3):143-153. doi: 10.5435/ JAAOS-D-14-00018.
  4. El-Rosasy M., Mahmoud A., El-Gebaly O., Lashin A., Rodriguez-Collazo E. Debridement technique and dead space management for infected non-union of the tibia. Int J Orthoplast Surg. 2019;2(1):29-36. doi: 10.29337/IJOPS.34.
  5. Chaudhary M.M. Infected nonunion of tibia. Indian J Orthop. 2017;51(3):256-268. doi: 10.4103/ortho.IJOrtho_199_16.
  6. Ghareeb P.A., Neustein T.M., Fang R.C., Payne D.E. Indocyanine Green Angiography: A Helpful Tool for Intraoperative Assessment of Upper Extremity Perfusion. Tech Hand Up Extrem Surg. 2017;21(3):101-106. doi: 10.1097/BTH.0000000000000162.
  7. Mothes H., Dönicke T., Friedel R., Simon M., Markgraf E., Bach O. Indocyanine-Green Fluorescence Video Angiography Used Clinically to Evaluate Tissue Perfusion in Microsurgery. J Trauma. 2004;57(5):1018-1024. doi: 10.1097/01.TA.0000123041.47008.70.
  8. Hannan C.M., Attinger C.E. Special Considerations in the Management of Osteomyelitis Defects (Diabetes, the Ischemic or Dysvascular Bed, and Irradiation). Semin Plast Surg. 2009;23(2):132-140. doi: 10.1055/s-0029-1214165.
  9. Parsons B., Strauss E. Surgical management of chronic osteomyelitis. Am J Surg. 2004;188(1A Suppl): 57S-66S. doi: 10.1016/S0002-9610(03)00292-7.
  10. Cierny G. 3rd, Mader J.T., Penninck J.J. A Clinical Staging System for Adult Osteomyelitis. Clin Orthop Relat Res. 2003;414:7-24. doi: 10.1097/01.blo.0000088564.81746.62.
  11. Tetsworth K., Cierny G. 3rd. Osteomyelitis Debridement Techniques. Clin Orthop Relat Res. 1999;(360):87-96. doi: 10.1097/00003086-199903000-00011.
  12. Doi N., Izaki T., Miyake S., Shibata T., Ishimatsu T., Shibata Y. et al. Intraoperative evaluation of blood flow for soft tissues in orthopaedic surgery using indocyanine green fluorescence angiography: A pilot study. Bone Joint Res. 2019;8(3):118-125. doi: 10.1302/2046-3758.83.BJR-2018-0151.R1.
  13. Alander J.T., Kaartinen I., Laakso A., Pätilä T., Spillmann T., Tuchin V.V. et al. A Review of Indocyanine Green Fluorescent Imaging in Surgery. Int J Biomed Imaging. 2012;2012: 940585. doi: 10.1155/2012/940585.
  14. Keller D.S., Ishizawa T., Cohen R., Chand M. Indocyanine green fluorescence imaging in colorectal surgery: overview, applications, and future directions. Lancet Gastroenterol Hepatol. 2017;2(10):757-766. doi: 10.1016/S2468-1253(17)30216-9.
  15. Capozzi V.A., Monfardini L., Sozzi G., Armano G., Rosati A., Gueli Alletti S. et al. Subcutaneous Vulvar Flap Viability Evaluation With Near-Infrared Probe and Indocyanine Green for Vulvar Cancer Reconstructive Surgery : A Feasible Technique. Front Surg. 2021;8:1-5. doi: 10.3389/fsurg.2021.721770.
  16. Capozzi V.A., Ceni V., Sozzi G., Cianciolo A., Gambino G., Pugliese M. et al. Endoscopic near infrared and indocyanine green to verify the viability of the subcutaneous flap for vulvar cancer. Gynecol Oncol. 2019;154(3):653-654. doi: 10.1016/j.ygyno.2019.06.018.
  17. 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. doi: 10.1002/micr.10052.
  18. Duprée A., Rieß H., Detter C., Debus E.S., Wipper S.H. Utilization of indocynanine green fluorescent imaging (ICG-FI) for the assessment of microperfusion in vascular medicine. Innov Surg Sci. 2018;3(3):193-201. doi: 10.1515/iss-2018-0014.
  19. Miwa M., Shikayama T. ICG fluorescence imaging and its medical applications. In: 2008 International Conference on Optical Instruments and Technology: Optoelectronic Measurement Technology and Applications. 2009;7160:1-9. doi: 10.1117/12.817856.
  20. Kim S.H., Cho W.S., Joung H.Y., Choi Y.E., Jung M. Perfusion of the Rotator Cuff Tendon According to the Repair Configuration Using an Indocyanine Green Fluorescence Arthroscope. A Preliminary Report. Am J Sports Med. 2016;45(3):659-665. doi: 10.1177/0363546516669778.
  21. Streeter S.S., Hebert K.A., Bateman L.M., Ray G.S., Dean R.E., Geffken K.T. et al. Current and Future Applications of Fluorescence Guidance in Orthopaedic Surgery. Mol Imaging Biol. 2023;25(1):46-57. doi: 10.1007/s11307-022-01789-z.
  22. Jiang S., Elliott J.T., Gunn J.R., Xu C., Ruiz A.J., Henderson E.R. et al. Endosteal and periosteal blood flow quantified with dynamic contrast-enhanced fluorescence to guide open orthopaedic surgery. Proc SPIE Int Soc Opt Eng. 2020;11222:112220F. doi: 10.1117/12.2546173.
  23. Gitajn I.L., Elliott J.T., Gunn J.R., Ruiz A.J., Henderson E.R., Pogue B.W. et al. Evaluation of bone perfusion during open orthopedic surgery using quantitative dynamic contrast-enhanced fluorescence imaging. Biomed Opt Express. 2020;11(11):6458-6469. doi: 10.1364/BOE.399587.
  24. Tang Y., Sin J.M., Gitajn I.L., Cao X., Han X., Elliott J.T., et al. Dynamic contrast-enhanced fluorescence imaging compared with MR imaging in evaluating bone perfusion during open orthopedic surgery. Proc SPIE Int Soc Opt Eng. 2022;11943:119430C. doi: 10.1117/12.2608382.
  25. Tang Y., Gitajn I.L., Cao X., Han X., Elliott J.T., Yu X. et al. Automated motion artifact correction for dynamic contrast-enhanced fluorescence imaging during open orthopedic surgery. Proc SPIE Int Soc Opt Eng. 2023;12361:1236104. doi: 10.1117/12.2650028.
  26. Mulica M., Horch R., Arkudas A., Cai A., Müller-Seubert W., Hauck T. et al. Does indocyanine green fluorescence angiography impact the intraoperative choice of procedure in free vascularized medial femoral condyle grafting for scaphoid nonunions? Front Surg. 2022;9:962450. doi: 10.3389/fsurg.2022.962450.

Supplementary files

Supplementary Files
Action
1. JATS XML
Download
2. Fig. 1. Nonunion before (а) and after (b) acute compression during surgery

Download (132KB)
Indexing metadata
3. Fig. 2. Nonunion site before bone resection. Pictures show the normal view (a), lights off (b), and monitor view with lights off and the infrared lamp on (c, d)

Download (69KB)
Indexing metadata
4. Fig. 3. Nonunion site after bone resection. Pictures show the normal view (a), lights off (b), and monitor view with lights off with the infrared lamp on (c, d)

Download (72KB)
Indexing metadata
5. Video 1: Non-union site before and after resection of necrotic bone. The video shows the normal view (on the right), lights off (top left), monitor view with lights off (left center), and with the infrared lamp on (lower left)
Download (77MB)
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».