Flap management strategies: real-time laser speckle based blood flow monitoring and polydeoxyribonucleotide injection

Abstract

This study proposes a dual strategy for the early diagnosis of vascular abnormalities using real-time laser speckle imaging and protection of flaps from ischemic necrosis using the administration of PDRN which promotes neovascularization in the flaps. In the murine bipedicled skin flap model, vessel ligation groups and normal groups were established. Flap necrosis severity was assessed through visual inspection and compared with laser speckle imaging findings. When setting the cutoff value for the blood flow index at 12.5 in ROC curves, laser speckle imaging demonstrated a diagnostic performance for flap necrosis prediction with a sensitivity of 96% and specificity of 98.8%. In the murine random skin flap model, the extent of flap necrosis was compared between PDRN injection groups and PBS injection group. The surviving flap area ratio was significantly higher in the PDRN group than in the PBS group. Additionally, the PDRN group exhibited statistically lower expression of IL-1β and significantly higher expression of VEGFα compared to the PBS group. The results of this study indicate that subcutaneous injection of PDRN in animal skin flap models is effective in enhancing flap survival during flap necrosis development. Furthermore, the study provides fundamental data suggesting that the laser speckle imaging system can be a valuable imaging tool for early diagnosis of flap perfusion abnormalities. 본 연구는 피판 수술 후 실시간으로 레이져 스펙클 영상 장비를 활용하여 피판의 혈류 모니터링을 통해 혈류 이상을 조기에 진단하고, 피판의 신생혈관형성을 돕는 PDRN 약물을 피판에 주입하여 피판을 허혈성 괴사로부터 보호할 수 있는 이중 전략을 제시하고자 한다. 양측 유경 피부 피판 동물 모델에서 혈관 결찰군과 정상 피판군을 구축한 뒤 육안 소견과 레이져 스펙클 영상을 비교하여 피판 괴사 정도와 레이져 스펙클 영상 소견의 연관성을 확인하였다. ROC 곡선에서 blood flow index 를 12.5로 cut off value를 설정하였을 떄 피판 괴사 진단률이 민감도 96%, 특이도 98.8% 로 피판 괴사 예측을 위한 레이져 스펙클 영상의 진단 성능을 보여주었다. 임의 피부 피판 동물 모델에서는 PDRN 약물을 주입한 군과 PBS를 주입한 군의 피판 괴사 정도를 비교하였다. 생존한 피판의 면적 비율은 PDRN 군이 PBS군 보다 통계학적으로 유의하게 높았다. 또한, PDRN군은 PBS군에 비해 IL-1β 발현이 통계학적으로 유의하게 낮았고, VEGFα의 발현이 통계학적으로 유의하게 높았다. 본 연구 결과는 동물의 피부 피판 모델에서 피하 주사된 PDRN이 피판의 괴사가 일어나는 동안 피판 생존을 향상시키는 데 효과적임을 시사하며, 레이져 스페클 영상 시스템이 피판 관류의 이상을 조기에 진단할 수 있는 영상장비로서 유용하게 사용될 수 있는 기초 자료를 제공하였다.