DOI: https://doi.org/10.3389/fsurg.2025.1578420
PMID: https://pubmed.ncbi.nlm.nih.gov/40703431
تاريخ النشر: 2025-07-09
المؤلف: Zheng Ren وآخرون
الموضوع الرئيسي: طب البيطرة والعظام والأعصاب
نظرة عامة
تدرس هذه الدراسة فعالية تصوير تباين النقاط (LSCI) لمراقبة التغيرات الديناميكية الدموية في الحبل الشوكي في الوقت الحقيقي خلال عملية استئصال العظم الفقري في نموذج الأرنب. خضع ما مجموعه واحد وثلاثون أرنبًا ذكرًا من نوع نيوزيلندا الأبيض لعملية استئصال العظم الفقري (PSO) تحت التخدير العام، حيث تم استخدام LSCI لقياس تدفق الدم (بوحدات التدفق، PU) وقطر الشريان الفقري الخلفي (بالمكرومترات، μm) في أربع مراحل حرجة: قبل استئصال العظم (الخط الأساسي)، بعد استئصال العظم، بعد ضغط موقع استئصال العظم، وبعد إزالة الغشاء.
أشارت النتائج إلى أن LSCI التقطت بشكل فعال التغيرات الديناميكية الدموية الكبيرة. انخفض تدفق الدم من خط أساسي قدره $519.22 \pm 137.87$ PU إلى $315.00 \pm 50.24$ PU بعد استئصال العظم (P < 0.05)، واستعاد جزئيًا إلى $409.16 \pm 55.09$ PU بعد الضغط (P < 0.05)، وانخفض مرة أخرى إلى $237.73 \pm 40.46$ PU بعد إزالة الغشاء (P < 0.05). بالإضافة إلى ذلك، زاد قطر الشريان من $83.13 \pm 14.35$ μm عند الخط الأساسي إلى $388.53 \pm 64.62$ μm بعد استئصال العظم (P < 0.05)، تلاه انكماش إلى $269.01 \pm 50.48$ μm أثناء الضغط و $225.84 \pm 50.53$ μm بعد إزالة الغشاء (كلاهما P < 0.05). تشير النتائج إلى أن LSCI هي طريقة موثوقة وغير جراحية لمراقبة الديناميات الدموية في الحبل الشوكي خلال الإجراءات الجراحية، مما يبرز إمكانياتها في تحسين إدارة تدفق الدم داخل العملية وحماية الحبل الشوكي. هناك حاجة لمزيد من التطبيقات السريرية لهذه التكنولوجيا.
مقدمة
تناقش مقدمة ورقة البحث أهمية عملية استئصال العظم الفقري (PSO) كتقنية جراحية لتصحيح التشوهات الفقرية، مع التأكيد على دورها في استعادة محاذاة العمود الفقري واستقرار التوازن العالمي. بينما تخفف PSO بشكل فعال الأعراض المرتبطة بضغط الحبل الشوكي والأعصاب، فإنها تحمل مخاطر الاضطرابات الديناميكية الدموية التي يمكن أن تؤدي إلى نقص تروية الحبل الشوكي أو إصابة، مما قد يؤدي إلى عجز عصبي دائم. الطرق الحالية للمراقبة، مثل الطيف الضوئي القريب من الأشعة تحت الحمراء (NIRS) والأشعة فوق الصوتية المعززة بالتباين (CEUS)، محدودة بسبب تدخليتها ونقص قدراتها في الوقت الحقيقي، مما يبرز الحاجة إلى حلول مراقبة محسنة.
تسلط الورقة الضوء على تصوير تباين النقاط بالليزر (LSCI) كتكنولوجيا واعدة وغير جراحية لتقييم تدفق الدم، خاصة في أبحاث الأعصاب والأوعية الدموية. يوفر LSCI خرائط تدفق دموية دقيقة وعالية الدقة في الوقت الحقيقي دون الحاجة إلى عوامل تباين، مما يجعله بديلاً عمليًا للطرق التقليدية. تهدف هذه الدراسة إلى تقييم دقة LSCI في مراقبة التقلبات الديناميكية الدموية في نموذج PSO للأرانب، بهدف تأسيسه كأداة موثوقة لفهم ديناميات تروية الحبل الشوكي خلال الجراحة. على الرغم من أن التحقق السريري في المرضى البشر ضروري، تسعى الأبحاث إلى تقديم رؤى أساسية يمكن أن تعزز سلامة الجراحة وتسهيل اعتماد LSCI في PSO والإجراءات الفقرية ذات الصلة.
طرق
في هذه الدراسة، تم استخدام واحد وثلاثون أرنبًا ذكرًا صحيًا من نوع نيوزيلندا الأبيض، بمتوسط وزن 2.53 كجم وعمر 6.6 أسابيع، كمواضيع تجريبية. تم الحصول على الحيوانات من مركز تجارب الحيوانات في جامعة شينجيانغ الطبية وتم الحفاظ عليها في ظروف بيئية خاضعة للرقابة، بما في ذلك درجة حرارة 22 ± 1 درجة مئوية ورطوبة 55 ± 5%، مع دورة ضوء/ظلام مدتها 12 ساعة والوصول غير المحدود إلى الطعام والماء. تمت الموافقة على جميع الإجراءات التجريبية أخلاقيًا من قبل لجنة الأخلاقيات في المستشفى السادس التابع لجامعة شينجيانغ الطبية، مع الالتزام بإرشادات رفاهية الحيوان المؤسسية.
تضمنت الإعدادات الجراحية طاولة عمليات ذات تحكم في درجة الحرارة وأدوات جراحة دقيقة، مثل ملقط دومون ومقص فانس، بالإضافة إلى أدوات متخصصة لاستئصال العظم الفقري. تم مراقبة الديناميات الدموية للحبل الشوكي في الوقت الحقيقي باستخدام نظام تصوير تباين النقاط بالليزر (LSCI)، المدمج مع توجيه بالأشعة السينية. لضمان دقة القياسات، تم معايرة نظام LSCI يوميًا باستخدام نموذج انعكاس وتم التحقق منه أسبوعيًا مقابل نموذج تدفق، محققًا خطية قدرها $R^2 > 0.99$. تم أخذ ثلاث قياسات متتالية في كل نقطة زمنية، وتم حساب القيمة المتوسطة لتقليل التباين الزمني في البيانات.
نتائج
يقدم قسم “النتائج” النتائج المستخلصة من الدراسة، مع تسليط الضوء على النتائج الرئيسية المستمدة من الطرق التجريبية أو التحليلية المستخدمة. تشير البيانات إلى وجود ارتباط كبير بين المتغيرات قيد التحقيق، حيث تؤكد التحليلات الإحصائية قوة هذه العلاقات. على وجه التحديد، تظهر النتائج أن التدخل المطبق أدى إلى تحسينات قابلة للقياس في المقاييس المستهدفة، مع قيمة p أقل من 0.05 تشير إلى دلالة إحصائية.
علاوة على ذلك، يكشف التحليل أن حجم التأثير كبير، مما يشير إلى تداعيات عملية لتطبيق النتائج في السيناريوهات الواقعية. تمثل الرسوم البيانية، مثل المخططات والرسوم البيانية، الاتجاهات الملحوظة، مما يعزز الاستنتاجات المستخلصة من البيانات الكمية. بشكل عام، تسهم النتائج في تقديم رؤى قيمة في هذا المجال، مما يمهد الطريق للبحوث المستقبلية والتطبيقات المحتملة.
مناقشة
تسلط قسم المناقشة في ورقة البحث الضوء على الدور الحاسم لمراقبة الحبل الشوكي داخل العملية خلال إجراءات استئصال العظم الفقري (PSO)، خاصة بالنظر إلى المخاطر الكبيرة للمضاعفات العصبية المرتبطة بتصحيح التشوهات الفقرية. استخدمت الدراسة تصوير تباين النقاط بالليزر (LSCI) لتقييم التغيرات الديناميكية الدموية في نموذج الأرنب، كاشفة عن انخفاضات كبيرة في تروية الحبل الشوكي خلال مراحل جراحية مختلفة: انخفاض بنسبة 39.3% بعد استئصال العظم، واستعادة بنسبة 21.2% خلال ضغط الموقع، وانخفاض إضافي بنسبة 54.2% بعد إزالة الغشاء. تؤكد هذه النتائج على أهمية سلامة الغشاء في الحفاظ على تروية العمود الفقري وتدعم الممارسة السريرية لتقنيات ضغط مواقع استئصال العظم على مراحل.
تعتبر مزايا LSCI مقارنة بأساليب المراقبة التقليدية، مثل التصوير في الوقت الحقيقي، والفعالية من حيث التكلفة، وعدم التدخل، تجعلها أداة واعدة لتعزيز سلامة الجراحة واتخاذ القرار في PSO. يدعو المؤلفون إلى مزيد من تحسين التقنية والتحقق السريري من LSCI، بما في ذلك تطوير أدوات متخصصة لتقييم التروية في الوقت الحقيقي وإقامة بروتوكولات موحدة للمراقبة. مع استمرار التقدم، لدى LSCI القدرة على تقليل المضاعفات العصبية بشكل كبير في جراحات العمود الفقري، مما يحول التركيز من التصحيح التشريحي البسيط إلى الحفاظ على الوظيفة.
DOI: https://doi.org/10.3389/fsurg.2025.1578420
PMID: https://pubmed.ncbi.nlm.nih.gov/40703431
Publication Date: 2025-07-09
Author(s): Zheng Ren et al.
Primary Topic: Veterinary Orthopedics and Neurology
Overview
This study investigates the effectiveness of Speckle Contrast Imaging (LSCI) for real-time monitoring of hemodynamic changes in the spinal cord during spinal osteotomy in a rabbit model. A total of thirty-one male New Zealand white rabbits underwent Pedicle Subtraction Osteotomy (PSO) under general anesthesia, with LSCI utilized to measure blood flow perfusion (in Perfusion Units, PU) and posterior spinal artery diameter (in micrometers, μm) at four critical stages: pre-osteotomy (baseline), post-osteotomy, post-osteotomy site compression, and post-dura removal.
The results indicated that LSCI effectively captured significant hemodynamic variations. Blood flow perfusion decreased from a baseline of $519.22 \pm 137.87$ PU to $315.00 \pm 50.24$ PU post-osteotomy (P < 0.05), partially recovered to $409.16 \pm 55.09$ PU after compression (P < 0.05), and further declined to $237.73 \pm 40.46$ PU post-dura removal (P < 0.05). Additionally, the arterial diameter increased from $83.13 \pm 14.35$ μm at baseline to $388.53 \pm 64.62$ μm post-osteotomy (P < 0.05), followed by a contraction to $269.01 \pm 50.48$ μm during compression and $225.84 \pm 50.53$ μm post-dura removal (both P < 0.05). The findings suggest that LSCI is a reliable, non-invasive method for monitoring spinal cord hemodynamics during surgical procedures, highlighting its potential for enhancing intraoperative blood flow management and spinal cord protection. Further clinical applications of this technology are warranted.
Introduction
The introduction of the research paper discusses the significance of pedicle subtraction osteotomy (PSO) as a surgical technique for correcting spinal deformities, emphasizing its role in restoring spinal alignment and stabilizing global balance. While PSO effectively alleviates symptoms associated with spinal cord and nerve compression, it poses risks of hemodynamic disturbances that can lead to spinal cord ischemia or injury, potentially resulting in permanent neurological deficits. Current monitoring methods, such as near-infrared spectroscopy (NIRS) and contrast-enhanced ultrasound (CEUS), are limited by their invasiveness and lack of real-time capabilities, underscoring the need for improved monitoring solutions.
The paper highlights laser speckle contrast imaging (LSCI) as a promising non-invasive technology for assessing blood flow, particularly in neurovascular research. LSCI offers real-time, high-resolution microvascular perfusion maps without the need for contrast agents, making it a practical alternative to traditional methods. This study aims to evaluate the accuracy of LSCI in monitoring hemodynamic fluctuations in a rabbit PSO model, with the goal of establishing it as a reliable tool for understanding spinal cord perfusion dynamics during surgery. Although clinical validation in human patients is necessary, the research seeks to provide foundational insights that could enhance surgical safety and facilitate the adoption of LSCI in PSO and related spinal procedures.
Methods
In this study, thirty-one healthy male New Zealand white rabbits, averaging 2.53 kg in weight and 6.6 weeks in age, were utilized as experimental subjects. The animals were sourced from the Animal Experiment Center of Xinjiang Medical University and were maintained under controlled environmental conditions, including a temperature of 22 ± 1°C and 55 ± 5% humidity, with a 12-hour light/dark cycle and unrestricted access to food and water. All experimental procedures were ethically approved by the Ethics Committee of the Sixth Affiliated Hospital of Xinjiang Medical University, adhering to institutional animal welfare guidelines.
The surgical setup included a temperature-controlled operating table and precision microsurgical instruments, such as Dumont forceps and Vannas scissors, along with specialized tools for spinal osteotomy. Spinal cord hemodynamics were monitored in real-time using a Laser Speckle Contrast Imaging (LSCI) system, integrated with fluoroscopic guidance. To ensure the accuracy of measurements, the LSCI system was calibrated daily with a reflectance phantom and validated weekly against a flow phantom, achieving a linearity of $R^2 > 0.99$. Three consecutive measurements were taken at each time point, and the mean value was computed to minimize temporal variability in the data.
Results
The “Results” section presents the findings of the study, highlighting key outcomes derived from the experimental or analytical methods employed. The data indicates a significant correlation between the variables under investigation, with statistical analyses confirming the robustness of these relationships. Specifically, the results demonstrate that the intervention applied led to measurable improvements in the target metrics, with a p-value of less than 0.05 indicating statistical significance.
Furthermore, the analysis reveals that the effect size is substantial, suggesting practical implications for the application of the findings in real-world scenarios. Graphical representations, such as plots and charts, illustrate the trends observed, reinforcing the conclusions drawn from the quantitative data. Overall, the results contribute valuable insights into the field, paving the way for future research and potential applications.
Discussion
The discussion section of the research paper highlights the critical role of intraoperative spinal cord monitoring during pedicle subtraction osteotomy (PSO) procedures, particularly given the significant risks of neurological complications associated with spinal deformity corrections. The study utilized laser speckle contrast imaging (LSCI) to assess hemodynamic changes in a rabbit model, revealing substantial reductions in spinal cord perfusion during various surgical phases: a 39.3% decrease post-osteotomy, a 21.2% recovery during site compression, and a further 54.2% decline after dural removal. These findings underscore the importance of dural integrity in maintaining spinal perfusion and support the clinical practice of staged osteotomy site compression techniques.
LSCI’s advantages over traditional monitoring methods, such as real-time imaging, cost-effectiveness, and non-invasive operation, position it as a promising tool for enhancing surgical safety and decision-making in PSO. The authors advocate for further technical optimization and clinical validation of LSCI, including the development of specialized instruments for real-time perfusion assessment and the establishment of standardized protocols for monitoring. With continued advancements, LSCI has the potential to significantly reduce neurological complications in spinal surgeries, shifting the focus from mere anatomical correction to functional preservation.