Determining the precise level of lower limb amputation using photoluminescence spectroscopy

Cover Page

Cite item

Full Text

Open Access Open Access
Restricted Access Access granted
Restricted Access Subscription Access

Abstract

BACKGROUND: The development of new and more precise methods for determining the boundary between necrotic and viable tissue is essential for accurately determining the level of amputation.

AIM: The study aimed to evaluate the first results of ultraviolet photoluminescence spectroscopy in determining the level of the proposed amputation of the lower limb.

METHODS: This prospective, open-label, and non-randomized study included 20 patients with critical lower limb ischemia and suspected toe gangrene who underwent percutaneous transluminal balloon angioplasty. The patients were divided into two groups. Group 1 (n = 10) included patients who did not require major limb amputation during follow-up, whereas group 2 (n = 10) included patients who underwent above-knee amputation during follow-up. The groups were comparable in age (62.5 [53.25; 74.5] years in group 1; 65.5 [60.5; 76] years in group 2; p = 0.352). All patients underwent clinical monitoring and serial photoluminescence measurements of the affected limb using a device composed of a laser radiation source (diode laser) as the excitation signal and a mini-spectrometer for signal detection. Measurements were performed during hospitalization and at re-admission. The luminescence amplitude was correlated with the clinical manifestations of critical limb ischemia during inpatient treatment and at follow-up hospitalization. A one-month post-discharge telephone follow-up was conducted to monitor patient status. In cases of recurrent critical ischemia and gangrene progression, patients were re-hospitalized for above-knee re-amputation. The results are presented as mean values, standard deviations, or medians with the 25th and 75th percentiles.

RESULTS: Following vascular reconstruction of the affected limb, a statistically significant decrease in luminescence amplitude was observed at 400 and 420 nm (nicotinamide adenine dinucleotide peak) and 450 nm (negative hemoglobin peak) in group 1 compared with preoperative levels in the critical ischemia zone (98.5 [52.9; 508.6] × 10⁵ photons before surgery; 81.5 [42.9; 117.4] × 10⁵ photons after surgery; p = 0.001]). No significant amplitude changes were observed in group 2 before and after surgery (p = 0.245). In the gangrene zone, all amplitude values at 400–600 nm exhibited minimal intensity values. Near the visible boundary between necrotic and healthy tissue, a sharp increase in photoluminescence amplitude was detected, with a difference of 81.2 (42.9; 120.4) × 10⁵ photons at 450 nm.

CONCLUSION: Laser-induced ultraviolet photoluminescence spectroscopy may serve as a potential method for determining the precise level of amputation in cases of dry gangrene of the lower limb.

About the authors

Alexey G. Vaganov

City Clinical Hospital No. 29 named after N.E. Bauman

Author for correspondence.
Email: aleksejvaganov4@gmail.com
ORCID iD: 0000-0001-8191-2551
SPIN-code: 2202-0746

MD, Cand. Sci. (Med.), surgeon

Russian Federation, 2 Hospital Square, 105094 Moscow

Maxim R. Kuznetsov

The First Sechenov Moscow State Medical University

Email: mrkuznetsov@mail.com
ORCID iD: 0000-0001-6926-6809
SPIN-code: 7146-1348

Institute of Cluster Oncology named after L.L. Levshin; MD, Dr. Sci. (Med.), Prof., Deputy Director

Russian Federation, Moscow

Azat B. Artykov

Medical center ALLORO

Email: artykov.azat@yandex.ru
ORCID iD: 0009-0005-6154-0531

surgeon

Russian Federation, Fryazino

Alexandra V. Anisimova

The First Sechenov Moscow State Medical University

Email: sasha.anisimova.98@bk.ru
ORCID iD: 0009-0006-2940-5118

Institute of Clinical Medicine named after. N.V. Sklifosovsky; Clinical Resident

Russian Federation, Moscow

Ashrafulla O. Nasritdinkhodjaev

The First Sechenov Moscow State Medical University

Email: zoratustra87@ya.ru
ORCID iD: 0009-0000-4035-2543

Institute of Clinical Medicine named after. N.V. Sklifosovsky; Clinical Resident

Russian Federation, Moscow

References

  1. Kwah LK, Webb MT, Goh L, Harvey LA. Rigid dressings versus soft dressings for transtibial amputations. Cochrane Database Syst Rev. 2019;6(6):CD012427. doi: 10.1002/14651858.CD012427.pub2
  2. Fard B, Persoon S, Jutte PC, et al. Amputation and prosthetics of the lower extremity: The 2020 Dutch evidence-based multidisciplinary guideline. Prosthet Orthot Int. 2023;47(1):69–80. doi: 10.1097/PXR.0000000000000170
  3. Vachev AN, Mikhailov MS, Sukhorukov VV, et al. Surgical treatment of patients with a combination of critical ischemia of the lower extremities with lesions of the aorto-iliac segment and ischemic heart disease. Pathology of blood circulation and cardiac surgery. 2013;(1):73–78. EDN: PXERAP
  4. Jaff M, White C, Hiatt W. An Update on Methods for Revascularization and Expansion of the TASC Lesion Classification to Include Below-the-Knee Arteries: A Supplement to the Inter-Society Consensus for the Management of Peripheral Arterial Disease (TASC II). Vasc Med. 2015;2(5):465–478. doi: 10.1177/1358863X15597877
  5. Ahn J, Raspovic KM, Liu GT, et al. Lower Extremity Necrotizing Fasciitis in Diabetic and Nondiabetic Patients: Mortality and Amputation. Int J Low Extreme Wounds 2019;18(2):114–121. doi: 10.1177/1534734619836464
  6. Penn-Barwell JG. Outcomes in lower limb amputation following trauma: a systematic review and meta-analysis. Injury. 2011;42(12):1474–9. doi: 10.1016/j.injury.2011.07.005
  7. Zambetti BR, Stiles ZE, Gupta PK, et al. Analysis of Early Lower Extremity Re-amputation. Ann Vasc Surg. 2022;(81):351–357. doi: 10.1016/j.avsg.2021.10.030
  8. Kosenkov AN, Vinokurov IA, Kiseleva AK. Treatment of critical ischemia of the lower extremities with ulcerative necrotic lesions. Cardiology and cardiovascular surgery. 2019;12(4):302–307. doi: 10.17116/kardio201912041302
  9. Papoyan SA, Shchegolev AA, Gromov DG. Angioplasty with balloon catheters with drug coating in diseases of the arteries of the lower extremities. Breast cancer. Medical review. 2022;6(4):177–181. doi: 10.32364/2587-6821-2022-6-4-177-181
  10. Iida O, Nakamura M. Reply: 3-year outcome of the OLIVE Registry, a prospective multicenter study of patients with critical limb ischemia. JACC. Cardiovasc. Interv. 2016;8(11):1493–1502. doi: 10.1016/j.jcin.2015.07.005
  11. Belov YuV, Vinokurov IA. The concept of an approach to surgical treatment of critical ischemia of the lower extremities. Cardiology and cardiovascular surgery. 2015;8(5):9–13. (In Russ.) doi: 10.17116/kardio2015859-13 EDN: VHSPAD
  12. Malakhov YuS, Batrashov Va, Ferenets MV, et al. Prognostic significance of percutaneous external oxygen pressure after revascularization in patients with ulcerative necrotic lesions of the lower extremities. Bulletin of the National Medical and Surgical Center named after N. I. Pirogov, 2015;10(3):32–35. EDN: WICENF
  13. Malikov VN, Shmykova PA, Fadeev DA, et al. The study of impedance dispersion of biological tissues. Proceedings of Tula State University. Technical sciences. 2015;(8):245–249. doi: 10.24412/2071-6168-2023-8-245-246
  14. Voloshin VN, Kletskin AE, Korzina LN. Possibilities of radiothermometry when choosing the level of amputation of the lower limb and the method of its implementation in patients with obliterating vascular diseases. Amur Medical Journal. 2018;3(23):86–87. doi: 10.22448/AMJ.2018.3.86-87 EDN: YPSWIP
  15. Gavrilenko AV, Sandrikov VA, Svirshchevsky EB, Omarzhanov OA. The choice of the method of surgical treatment of patients with critical ischemia of the lower extremities using the technique of radioisotope scintigraphy. Angiology and vascular surgery. 2009;(3):43–48. EDN: MBVKBT
  16. Bunkin NF, Gorelik VS, Kozlov VA, et al. Investigation of phase states of water near the surface of a polymer membrane. Experiments on phase microscopy and luminescent spectroscopy. Journal of Experimental and Theoretical Physics. 2014;146(5):1051–1061. (In Russ.) EDN: THHEYN
  17. Babkina AS. Laser-induced fluorescence spectroscopy in the diagnosis of tissue hypoxia. General resuscitation. 2019;15(6):50–61. doi: 10.15360/1813-9779-2019-6-50-619
  18. Vladimirova E, Salmin V. Fluorescence diagnostics of human lens status in vivo. Journal of Applied Spectroscopy. 2012;79(1):135–139. doi: 10.1007/s10812-012-9573-7
  19. Moskalenko IV, Prilutsky VI. Method for determining the boundaries of molecular cellular changes using the method of laser spectroscopy. Aktivirovannaya voda. 2000;8(1):37–41. (In Russ.)
  20. Gunko VI, Popov SN, Alexandrov MT. Improving the effectiveness of diagnosis and treatment of patients with purulent-inflammatory diseases based on the use of laser-fluorescent diagnostics. Bulletin of the Peoples’ Friendship University of Russia. Series: Medicine. 2012;(1):93–97. EDN: OPPLBD
  21. Sergeev SV. Amputations of the lower extremities and prosthetics. Practical medicine. 2021;19(3):126–128. doi: 10.32000/2072-1757-2021-3-126-128 EDN: MCXIVG

Supplementary files

Supplementary Files
Action
1. JATS XML
Download
2. Fig. 1. Spectral characteristics of the luminescent signal in various anatomical zones: the blue line is the amplitude of photoluminescence, the red line is the regression line or the average values of nonlinear indicators: a, the lower third of the thigh before vascular reconstruction; b, the lower third of the thigh after vascular reconstruction; c, the gangrene zone of the phalanx of the first finger, d is the middle third of the shin after balloon angioplasty.

Download (677KB)
Indexing metadata

© 2025 Eco-Vector

License URL: https://eco-vector.com/for_authors.php#07


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».