耿化龍 周宇 涂良勇 凌宇秀 丁紅雪

摘? 要：本文基于自制的射頻能量平臺(tái)，開發(fā)了一種管腔組織快速閉合算法，可以達(dá)到對(duì)管腔組織快速閉合的目的，探究不同功率對(duì)閉合效果的影響。在實(shí)驗(yàn)中，選取豬小腸作為實(shí)驗(yàn)對(duì)象，實(shí)驗(yàn)過程中改變不同的功率，實(shí)驗(yàn)完成后通過爆破壓和熱損傷測(cè)試，來評(píng)估快速閉合算法下不同功率對(duì)豬小腸的閉合效果影響。結(jié)果表明：當(dāng)功率設(shè)置分別為50W、100W、150W時(shí)，焊接口的閉合強(qiáng)度兩兩之間有顯著性差異，并且在100W功率下的閉合強(qiáng)度較大，爆破壓最大能達(dá)到（86.280±17.264）mmHg，熱損傷為（0.327±0.032）cm;當(dāng)射頻輸出功率大小為50W時(shí)熱損傷范圍最小，為（0.2674±0.03727）cm。本文研究表明，在對(duì)管腔組織閉合的時(shí)候，應(yīng)該選擇適中的射頻輸出功率，才能在保證管腔組織吻合口具有較大的爆破壓同時(shí)，又能將熱損傷保持在較小范圍內(nèi)。

關(guān)鍵詞：消化道重建;射頻能量;組織焊接;自適應(yīng);電外科

中圖分類號(hào)：TP273+.2? ? ?文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A

Abstract：Based on the self-made RF energy platform，this paper develops a fast closure algorithm for lumen tissue，which can achieve the purpose of rapid closure of the lumen tissue and explore the effects of different powers on the closure effects.In the experiment，the small intestine of a pig is selected as the experimental object，and different powers applied during the experiment.After the experiment is completed，the effects of different powers on the closure of the small intestine of the pig are evaluated by means of the burst pressure and thermal damage test.The results show that when the powers are set at 50W，100W and 150W respectively，there is a significant difference between the closing strength of the welded joints，in which the closing strength at 100W is the largest with the bursting pressure of up to （86.280±17.264） mmHg and the thermal damage of （0.327±0.032） cm; when the RF output power is 50W，the thermal damage range is the smallest，which is （0.2674±0.03727） cm.The research in this paper shows that when the lumen tissue is closed，the moderate RF output power should be selected to ensure that the anastomosis of the lumen tissue has a large burst pressure while keeping the thermal damage within a small range.

Keywords：digestive tract reconstruction;RF power;tissue welding;adaptive;electrosurgery

1? ?引言（Introduction）

消化道重建是胃腸道手術(shù)最重要的步驟之一，無論是開放手術(shù)還是腹腔鏡手術(shù)，規(guī)范的消化道重建對(duì)于提高手術(shù)成功率、降低手術(shù)并發(fā)癥發(fā)生率、促進(jìn)病人術(shù)后康復(fù)等具有重要意義。傳統(tǒng)的吻合方法基本分為手工吻合和機(jī)械吻合兩類，但是兩種方法都伴有異物殘留，且不適合用于水腫、易碎或者非常厚的組織[1]。隨著外科技術(shù)的不斷提高，新型的吻合方法研究陸續(xù)展開，例如生物可分解吻合環(huán)（BAR）、壓縮吻合夾（CAC）[2，3]或者磁加壓吻合法（MCA）[4]，但在吻合夾或者吻合環(huán)未脫離及排除體外，重建后可能出現(xiàn)相關(guān)手術(shù)并發(fā)癥，如吻合口漏、吻合口出血、吻合口狹窄和腹內(nèi)疝等[5]。因此，如何提高消化道重建的安全性是醫(yī)生需要思考的重要問題。

迄今為止，基于射頻能量的血管閉合已經(jīng)廣泛在臨床上應(yīng)用，例如Valleylab LigaSure、ERBE Enseal等產(chǎn)品[6]，該技術(shù)通過控制高頻電流作用于血管，在高頻電場(chǎng)下血管組織產(chǎn)生熱效應(yīng)，同時(shí)結(jié)合閉合器械給血管施加一定的壓力，使變性后的蛋白質(zhì)連接在一起形成透明的膠狀帶，達(dá)到血管閉合的目的[7-9]。但尚沒有成熟的基于射頻能量的產(chǎn)品用于臨床消化道組織的吻合。由于消化道組織也含有一定的膠原蛋白，所以有學(xué)者猜想可以通過射頻能量來實(shí)現(xiàn)消化道組織焊接[10]。一旦該產(chǎn)品成功應(yīng)用，其相比于傳統(tǒng)吻合具有無需縫合材料、無針創(chuàng)、不留殘余縫隙[11]、弱炎癥反應(yīng)、操作簡(jiǎn)單等特點(diǎn)，使其在臨床中顯示出巨大的發(fā)展?jié)摿Α?/p>

在焊接組織時(shí)產(chǎn)生的意外燒傷、組織結(jié)痂、碳化、組織粘連等一直是需要解決的問題，而這些問題和電外科設(shè)備的輸出參數(shù)有著直接的聯(lián)系，因此對(duì)電外科設(shè)備的輸出控制以及手術(shù)過程中組織狀態(tài)檢測(cè)顯得尤為重要。目前國內(nèi)對(duì)于消化道組織的焊接算法研究較少，且大多都是利用國外的能量發(fā)生平臺(tái)，本研究利用自制的自適應(yīng)算法輸出射頻能量的設(shè)備，探究不同功率參數(shù)對(duì)于小腸組織的焊接效果的影響，為電外科設(shè)備的參數(shù)選擇提供必要的基礎(chǔ)性數(shù)據(jù)。

2? ?材料和方法（Materials and method）

用自制的射頻能量發(fā)生平臺(tái)和LigaSure閉合器械，對(duì)新鮮的豬小腸進(jìn)行分組實(shí)驗(yàn)。

2.1? ?實(shí)驗(yàn)材料

在實(shí)驗(yàn)中，選取豬小腸作為實(shí)驗(yàn)材料。在屠宰場(chǎng)從剛剛處死的豬體內(nèi)獲取新鮮的小腸，保存在0—4℃的保溫箱中帶回實(shí)驗(yàn)室。處理過程中，先用生理鹽水沖洗豬小腸，然后將其剪成5cm左右若干段，隨機(jī)分成3組，每組10個(gè)實(shí)驗(yàn)樣本;實(shí)驗(yàn)過程中改變射頻輸出功率（50W、100W、150W），對(duì)豬小腸進(jìn)行焊接實(shí)驗(yàn)。

2.2? ?實(shí)驗(yàn)平臺(tái)

射頻能量焊接平臺(tái)實(shí)驗(yàn)自制的焊接平臺(tái)共有幾個(gè)模塊：開關(guān)電源模塊、射頻功率放大器模塊、主控模塊、反饋制模塊、人機(jī)交互界面，實(shí)物圖如圖1所示。

射頻功率放大器模塊接收開關(guān)電源輸出的幅值可控的直流電壓，結(jié)合內(nèi)部電路最終將射頻能量輸出給生物組織;操作者通過人機(jī)交互界面設(shè)定一些初始參數(shù)，人機(jī)界面將這些值傳給主控板;主控板根據(jù)人機(jī)界面?zhèn)鬟f的參數(shù)值，以及檢測(cè)到的生物組織阻抗值、溫度值等參數(shù)，結(jié)合內(nèi)部控制算法確定輸出射頻能量的功率、輸出占空比、輸出時(shí)間等參數(shù)。如圖2所示，反饋控制模塊、開關(guān)電源模塊及射頻功率放大器模塊之間構(gòu)成一個(gè)閉合回路。

為了減少手術(shù)時(shí)間，臨床應(yīng)用時(shí)一般需要設(shè)計(jì)相應(yīng)的快速閉合算法。實(shí)驗(yàn)前生物組織內(nèi)含大量組織液，造成組織電阻抗較小，需要通過射頻能量焊接平臺(tái)對(duì)組織施加較大功率的射頻能量，可以使組織可以快速升溫，蛋白質(zhì)變性，但如果持續(xù)施加大功率能量，周圍組織的燒傷范圍會(huì)加大?？紤]到以上情況，快速閉合算法里，保證射頻能量持續(xù)輸出，設(shè)定閉合時(shí)間為4s，且每秒射頻能量衰減系數(shù)為80%，同時(shí)設(shè)備輸出能量的過程中，系統(tǒng)實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)被測(cè)樣本的生物組織狀態(tài)，繼而不斷調(diào)節(jié)備的輸出參數(shù)，防止一直對(duì)生物組織輸出高額的能量，使樣本組織過度失水，導(dǎo)致組織產(chǎn)生碳化或者黏連，影響吻合口強(qiáng)度。這樣既可以達(dá)到閉合的效果，時(shí)間也不會(huì)很長。

在閉合過程中算法需要根據(jù)組織阻抗的變化自適應(yīng)地控制輸出在恒流、恒壓和恒功率階段。反饋模塊采集生物體組織上的電流和電壓信號(hào)，然后根據(jù)這些參數(shù)判斷輸出模式;之后進(jìn)入相應(yīng)的PID控制算法，調(diào)節(jié)輸出使其趨于相應(yīng)模式下的設(shè)定值;如此循環(huán)，最終實(shí)現(xiàn)自適應(yīng)功率控制。算法流程圖如圖3所示。

爆破壓是衡量組織閉合強(qiáng)度的重要參數(shù)。如圖4所示，爆破壓測(cè)量設(shè)備設(shè)備由壓力計(jì)、恒流泵、三通管、注射器針頭、數(shù)據(jù)采集器和計(jì)算機(jī)六個(gè)部分組成。

Labview程序?qū)崟r(shí)顯示注入0.9%的生理鹽水后生物組織內(nèi)壓力的變化，測(cè)量的壓力值變化由曲線圖呈現(xiàn)，觀察到隨著壓力越來越大，壓力曲線會(huì)逐漸呈遞增趨勢(shì)，當(dāng)達(dá)到生物組織閉合口壓力最大值，閉合口會(huì)產(chǎn)生破裂漏水，壓力曲線會(huì)瞬間下降，此時(shí)顯示的壓力即為生物組織閉合口的爆破壓。實(shí)驗(yàn)時(shí)，以射頻系統(tǒng)焊接閉合的豬小腸為實(shí)驗(yàn)對(duì)象，用手術(shù)止血鉗將豬小腸另一端未閉合的部位緊閉，注射器針頭插入豬小腸閉合口附近1cm—2cm處，用恒流泵注入0.9%的生理鹽水，泵速為16rpm/min，壓力計(jì)將電壓值傳輸?shù)綌?shù)據(jù)采集卡，在計(jì)算機(jī)上的Labview程序中把采集到的電壓信號(hào)通過相應(yīng)的公式計(jì)算出實(shí)際的壓力值，以mmHg單位存儲(chǔ)。

熱損傷測(cè)量是評(píng)估手術(shù)過程中對(duì)周圍組織的燒傷程度。由熱感成像儀（FLIRA325sc）、閉合器械、夾具臺(tái)和計(jì)算機(jī)這四個(gè)部分組成。閉合器械鉗口含有熱電偶用于熱損傷測(cè)量，保持熱感成像儀在夾具臺(tái)正上方，記錄下器械鉗口在閉合豬小腸過程中的溫度變化，傳輸給計(jì)算機(jī)相關(guān)程序儲(chǔ)存。

熱成像儀如圖5所示，組織焊接過程中的熱損傷區(qū)域圖，溫度大于45℃的區(qū)域認(rèn)為是組織熱損傷區(qū)域。吻合器械夾持被測(cè)小腸組織，經(jīng)測(cè)量夾持器械寬度為5.0mm，器械兩端高亮部分為組織在器械兩側(cè)的熱損傷區(qū)域，本實(shí)驗(yàn)計(jì)算的為單側(cè)熱損傷區(qū)域。

2.3? ?實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)

實(shí)驗(yàn)開始時(shí)，先保持熱感成像儀在夾具臺(tái)正上方，然后在射頻能量發(fā)生平臺(tái)的人機(jī)界面上設(shè)置好相關(guān)參數(shù)，用閉合器械鉗口夾住待焊接的豬小腸組織段，操作者踩下射頻能量焊接設(shè)備的腳踏板，啟動(dòng)設(shè)備。當(dāng)設(shè)備檢測(cè)到焊接成功時(shí)，通過設(shè)備的閉合反饋系統(tǒng)停止輸出射頻能量，設(shè)備發(fā)出警示音后，操作者結(jié)束踩腳踏板，熱成像儀此時(shí)也完成了閉合過程中溫度的錄制。然后取下被焊接的組織段，進(jìn)行爆破壓的測(cè)試。

3? ?實(shí)驗(yàn)結(jié)果和分析（Results and analysis）

當(dāng)射頻輸出功率為50W、100W和150W時(shí)，將測(cè)得數(shù)據(jù)導(dǎo)入GraphPad，求出爆破壓和熱損傷的平均值±標(biāo)準(zhǔn)差。實(shí)驗(yàn)結(jié)果如圖6所示，豬小腸吻合口的爆破壓分別為（10.987±2.974）mmHg、（86.280±17.264）mmHg、（55.748±11.258）mmHg;熱損傷的結(jié)果分別是熱（0.267±0.105）cm、（0.327±0.032）cm和（0.332±0.030）cm。

對(duì)實(shí)驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行統(tǒng)計(jì)學(xué)分析，采用t檢驗(yàn)，P<0.05為差異有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義。分組之后計(jì)算的P值如表1所示。三組功率下，爆破壓的差異具有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義;而熱損傷差異均不具有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義。

4? ?結(jié)論（Conclusion）

運(yùn)用射頻能量平臺(tái)焊接組織，完成消化道重建的這種全新的方式，不僅用時(shí)短、效率高，重要的是在一定程度上減少了像手工縫合和器械訂合在術(shù)中的異物殘留或者吻合口漏[12]，所以本文對(duì)管腔組織快速閉合算法的設(shè)計(jì)，在臨床上具有研究的意義。

射頻輸出功率的大小是影響生物組織焊接口吻合度質(zhì)量的一個(gè)重要因素，結(jié)果表明，當(dāng)功率設(shè)置分別為50W、100W、150W時(shí)，焊接口的閉合強(qiáng)度兩兩之間有顯著性差異，并且在100W功率下的閉合強(qiáng)度最好，爆破壓最大能達(dá)到（86.280±17.264）mmHg，而人體小腸組織的最大爆破壓是15.4mmHg[9]。熱損傷為（0.327±0.032）cm，但不同功率下的熱損傷不具有顯著性差異。造成這種差異性結(jié)果可能是輸出功率過小會(huì)使輸出能量不足以完成吻合口的閉合，導(dǎo)致吻合口不牢固，甚至吻合失敗;輸出功率過大會(huì)使生物組織過度失水而導(dǎo)致熱損傷更嚴(yán)重。Santini等[13]利用LigaSure閉合系統(tǒng)及直線切割閉合器閉合豬小腸，測(cè)得閉合端的爆破壓分別為（74.1±5.5）mmHg和（75.8±5.9）mmHg;Campbell等[14]采用同種測(cè)量方法，LigaSure產(chǎn)生的熱損傷范圍平均值為0.44cm，通過對(duì)比上述學(xué)者實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)，本研究得出的爆破壓和熱損傷數(shù)據(jù)具有一定的優(yōu)勢(shì)。

本研究通過探索管腔組織快速閉合算法中的射頻輸出功率大小對(duì)爆破壓以及熱損傷的影響，得出最優(yōu)的參數(shù)，也為消化道焊接參數(shù)的優(yōu)化選擇提供了有用的依據(jù)。本實(shí)驗(yàn)的不足之處在于實(shí)驗(yàn)對(duì)象均為離體動(dòng)物組織，與人的組織存在一定差異，且缺乏術(shù)后情況的跟蹤觀察，未來可以開展活體動(dòng)物實(shí)驗(yàn)，為以后進(jìn)一步的研究射頻能量焊接組織打下較好的基礎(chǔ)。

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作者簡(jiǎn)介：

耿化龍（1995-），男，碩士生.研究領(lǐng)域：開關(guān)電源，醫(yī)用電子.

周? 宇（1980-），男，博士，講師.研究領(lǐng)域：醫(yī)用電子，超聲刀.

涂良勇（1994-），男，博士生.研究領(lǐng)域：嵌入式，手術(shù)機(jī)器人.

凌宇秀（1998-），女，本科生.研究領(lǐng)域：醫(yī)用電子，嵌入式.

丁紅雪（1973-），女，本科，工程師.研究領(lǐng)域：電外科設(shè)備，高頻電刀.