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      面向LESS手術(shù)應(yīng)用的可變形傘形磁錨定牽拉暴露器械

      2021-03-01 04:16:16陳環(huán)王越董鼎輝朱皓陽馬濤吳榮謙呂毅
      中國醫(yī)療設(shè)備 2021年2期
      關(guān)鍵詞:傘形錨定舒展

      陳環(huán),王越,董鼎輝,朱皓陽,馬濤,吳榮謙,呂毅

      1. 西安交通大學(xué)第一附屬醫(yī)院肝膽外科,陜西 西安 710061;2. 西安交通大學(xué)第一附屬醫(yī)院精準(zhǔn)外科與再生醫(yī)學(xué)國家地方聯(lián)合工程研究中心,陜西 西安 710061

      引言

      作為微創(chuàng)外科的重要組成部分,傳統(tǒng)腹腔鏡技術(shù)已基本成熟并廣泛普及。但傳統(tǒng)的腹腔鏡技術(shù)需要在腹壁上切3個(gè)及以上的切口用以通過攝像照明、牽拉暴露及電凝切割等器械,因此減少切口數(shù)量是目前腹腔鏡技術(shù)發(fā)展的一個(gè)重要趨勢?;趯p戳卡追求,單孔腹腔鏡技術(shù)(Laparo-Endoscopic Single site Surgery,LESS)成為當(dāng)前微創(chuàng)外科發(fā)展的重要方向[1]。然而,單孔腹腔鏡技術(shù)在操作性與微創(chuàng)性兩個(gè)方面均存在不足:① 操作方面,所有的操作器械經(jīng)單孔進(jìn)入腹部,相互干擾,無法形成操作三角[2-3];② 微創(chuàng)方面,由于多個(gè)器械需同時(shí)經(jīng)一個(gè)戳卡進(jìn)入腹腔,戳卡的直徑增大,可達(dá)30 mm左右,而傳統(tǒng)腔鏡僅5~10 mm。

      近年來,基于磁體間無須接觸即可產(chǎn)生相互作用力的非接觸性特點(diǎn)的磁外科(Magnetic Surgery,MS)技術(shù)得到迅速發(fā)展。磁錨定技術(shù)(Magnetic Anchoring Technique,MAT)是磁外科臨床應(yīng)用核心技術(shù)之一[4-5],該技術(shù)利用磁體與磁體(或磁體與鐵磁性物質(zhì))之間的磁力,實(shí)現(xiàn)錨定磁體(外磁體)對靶磁體(內(nèi)磁體)進(jìn)行空間定位[6]。將磁錨定技術(shù)應(yīng)用于腔鏡手術(shù)中,在腹壁外磁體(錨定磁體)的作用下,腹壁內(nèi)磁體(靶磁體)可對其所連接器械進(jìn)行腹腔內(nèi)的定位,包括磁錨定牽拉器械[7-11]、磁錨定燒灼器械[12]以及磁錨定視頻器械[13-14],其中磁錨定牽拉器械應(yīng)用最為成熟。

      然而,以往所研究的磁錨定牽拉器械的靶磁體存在橫截面過小、牽拉力不足及高度過大等缺點(diǎn),限制了其臨床應(yīng)用與推廣[15-17],究其根本原因在于經(jīng)戳卡置入與錨定牽拉兩種狀態(tài)之間的矛盾。為此,我們提出了形狀可變的傘形靶磁鐵的設(shè)計(jì)方案。

      1 設(shè)計(jì)思路

      針對當(dāng)前磁錨定牽拉器械牽拉力和形狀方面的不足,可變形傘形磁錨定牽拉器械的設(shè)計(jì)目標(biāo)為:① 經(jīng)戳卡置入狀態(tài)(斂攏狀態(tài))下,直徑<10 mm,可通過10 mm傳統(tǒng)腔鏡戳卡;② 錨定工作狀態(tài)(舒展?fàn)顟B(tài))下,橫截面大,可以與外磁鐵產(chǎn)生足夠大的磁力,同時(shí)對腹壁產(chǎn)生較小的壓強(qiáng);③ 錨定工作狀態(tài)下,高度小,可以適用于狹小空間的組織牽拉暴露;④ 不干擾其他腔鏡器械。為實(shí)現(xiàn)上述目標(biāo),在可變形傘形磁錨定牽拉器械的設(shè)計(jì)過程中進(jìn)行了針對性處理:① 形態(tài)方面,采用可變形設(shè)計(jì),靶磁鐵可在斂攏狀態(tài)和舒展?fàn)顟B(tài)之間轉(zhuǎn)換,斂攏狀態(tài)橫截面?。ㄖ睆?0 mm)能夠順利經(jīng)戳卡置入腹腔內(nèi),而舒展?fàn)顟B(tài)橫截面大(828.5 mm2),根據(jù)磁通量計(jì)算公式 :Φ=∫(B·dS)〗(Φ為磁通量,B為磁通量密度,S為面積),能夠?yàn)榻M織牽拉暴露提供更大的牽拉力;② 大小方面,舒展?fàn)顟B(tài)靶磁鐵高度可低至4 mm,以滿足狹小空間的應(yīng)用;③ 材料方面,采用鐵磁性材料,在無外加磁場狀態(tài)下對外不具有磁性,不干擾其他腔鏡器械。

      2 基本結(jié)構(gòu)

      面向LESS手術(shù)應(yīng)用的可變形傘形磁錨定牽拉暴露器械由傘帽、傘骨和組織夾構(gòu)成。傘帽主體為直徑10 mm、厚度可調(diào)(根據(jù)牽拉力的需求有不同規(guī)格,如:1.5 mm與10 mm兩個(gè)規(guī)格)的圓柱體。傘帽底部正中與固定環(huán)相連,其正中有圓形孔洞。固定環(huán)外徑3 mm,內(nèi)徑2 mm,厚1 mm,用途為:① 通過絲線與組織夾相連;② 傘形磁錨定牽拉器置入腹腔后,通過腹腔鏡器械夾取,對該牽拉器械進(jìn)行移動、調(diào)整等操作。傘帽底部邊緣有三對轉(zhuǎn)軸底座,轉(zhuǎn)軸底座以120°陣列排布,每對轉(zhuǎn)軸底座高2.5 mm,中心均有直徑1 mm的軸環(huán)。傘骨主體為長50 mm、寬5 mm、厚2 mm的長方體。傘骨一端兩側(cè)有一對對稱的軸芯,其與轉(zhuǎn)軸底座形成轉(zhuǎn)軸。組織夾由防磁材料制成,以防止在外磁鐵作用下,其和磁化的傘帽或傘骨相互干擾。

      完整的傘形磁錨定牽拉器械由1個(gè)傘帽、3個(gè)傘骨和1個(gè)組織夾裝配而成。通過軸芯與轉(zhuǎn)軸底座組合成轉(zhuǎn)軸,將3個(gè)傘骨固定于傘帽的底部。每個(gè)傘骨均可通過轉(zhuǎn)軸旋轉(zhuǎn)90°,實(shí)現(xiàn)斂攏狀態(tài)和舒展?fàn)顟B(tài)之間的轉(zhuǎn)換(圖1)。

      圖1 可變形傘形磁錨定牽拉暴露器械設(shè)計(jì)圖

      由于靶磁鐵橫截面積較大,傳統(tǒng)磁錨定的錨定磁鐵已不能滿足其需求,為實(shí)現(xiàn)傘形磁錨定牽拉器械的功能,還設(shè)計(jì)相應(yīng)的錨定磁鐵。較傳統(tǒng)的錨定磁鐵不同,本文中的錨定磁鐵直徑增大至8 cm。

      3 工作過程

      3.1 斂攏狀態(tài)

      斂攏狀態(tài)下,三個(gè)傘骨長軸均與傘帽底部平面垂直,整個(gè)裝置呈現(xiàn)出直徑10 mm的圓柱形,可以通過10 mm戳卡置入腹腔或盆腔(圖2)。

      圖2 可變形傘形磁錨定牽拉暴露器械斂攏狀態(tài)實(shí)物圖

      3.2 舒展?fàn)顟B(tài)

      在舒展?fàn)顟B(tài)下,整個(gè)裝置呈現(xiàn)出“三叉星”狀,其底面積可達(dá)828.5 mm2,從而增加了錨定力和牽拉力,其高度最低可降至4 mm,從而可適用于狹小空間的組織牽拉暴露(圖 3)。

      圖3 可變形傘形磁錨定牽拉暴露器械舒展?fàn)顟B(tài)實(shí)物圖

      3.3 實(shí)施過程

      具體實(shí)施過程如下:① 將組織夾通過絲線固定于固定環(huán),絲線長度由不同臨床應(yīng)用場景決定;② 將裝置的三葉斂攏,經(jīng)戳卡將裝置引入腹腔(或盆腔等);③ 通過腔鏡器械用組織夾抓取待暴露組織;④ 通過腔鏡器械將裝置的三葉舒展;⑤ 用腔鏡器械抓取裝置固定環(huán),通過腔鏡器械將舒展?fàn)顟B(tài)的裝置貼于腹壁目標(biāo)位置;⑥ 調(diào)整外磁鐵位置使得其與傘形磁錨定牽拉器械通過磁力固定。

      4 應(yīng)用效果

      傘形磁錨定牽拉器械試驗(yàn)樣件,在體外真肝模擬人進(jìn)行了相關(guān)實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證[18]。體外實(shí)驗(yàn)表明:斂攏狀態(tài)下傘形磁錨定牽拉器械可通過10 mm傳統(tǒng)腹腔鏡戳卡進(jìn)入腹腔內(nèi)。舒展?fàn)顟B(tài)下在腔鏡器械的操作下,可用傘形磁錨定牽拉器械的組織夾順利夾取目標(biāo)組織,隨后將舒展?fàn)顟B(tài)的裝置貼于腹壁目標(biāo)位置,并用錨定磁鐵定位于腹壁上。到達(dá)目標(biāo)位置后,傘形磁錨定牽拉器械可實(shí)現(xiàn)目標(biāo)組織的穩(wěn)固牽拉,從而實(shí)現(xiàn)術(shù)野的充分暴露。此時(shí),用腔鏡器械牽拉目標(biāo)組織提供傘形磁錨定牽拉器械的對抗?fàn)坷Γ瑐阈未佩^定牽拉器械不會脫落。操作結(jié)束后,撤去體外錨定磁鐵,將傘形磁錨定牽拉器械的三葉斂攏,可用腔鏡器械經(jīng)戳卡將其取出體外。體外試用結(jié)果表明傘形磁錨定牽拉器械能滿足臨床操作(圖4)。

      圖4 可變形傘形磁錨定牽拉暴露器械體外應(yīng)用效果

      5 討論

      自Park[19]團(tuán)隊(duì)首次對磁錨定腔鏡器械進(jìn)行探索后,磁錨定技術(shù)已應(yīng)用于多種術(shù)式,包括膽囊切除術(shù)、腎切除術(shù)、胃黏膜切除、減肥手術(shù)及婦科手術(shù)等[20]。基于磁錨定手術(shù)器械在不占用戳卡的條件下即可實(shí)現(xiàn)腹腔內(nèi)自由定位的優(yōu)勢,磁錨定技的應(yīng)用可有效優(yōu)化LESS手術(shù)操作[21]。當(dāng)前LESS手術(shù)涉及的三種主要器械:牽拉器械[7-11]、燒灼器械[12]以及視頻器械[13-14]均可通過磁錨定的方式進(jìn)行腹腔定位。其中,磁錨定牽拉器械的研究最為成熟。

      雖然當(dāng)前的磁錨定牽拉器械能實(shí)現(xiàn)組織的抓取、牽拉、暴露,但此類磁錨定牽拉器械尚存在以下不足:① 內(nèi)磁體需經(jīng)戳卡送入腹腔內(nèi),其大小及形狀均受限(通常直徑為10 mm,形狀為圓柱形),這勢必影響磁路的設(shè)計(jì),導(dǎo)致內(nèi)外磁體間磁力不足,內(nèi)磁體可能發(fā)生脫落,影響手術(shù)操作的流暢性甚至引起醫(yī)療事故[16-17];② 由于內(nèi)磁體與腹壁接觸的橫截面?。ㄍǔ?8.5 mm2)[11,22],當(dāng)組織對內(nèi)磁體作用力較小時(shí),剩余的磁力將作用于腹壁,內(nèi)磁體對腹壁產(chǎn)生較大的壓強(qiáng),造成腹壁損傷;③ 由于內(nèi)磁鐵大小及形狀均受限,為達(dá)到較大牽引力,只能通過增加內(nèi)磁體的高度,使得其在狹小的空間內(nèi)(如肝部分切除術(shù)肝葉的牽拉)無法對組織進(jìn)行有效的牽拉。

      本研究設(shè)計(jì)了一種面向LESS手術(shù)應(yīng)用的水平式微型磁錨定腹腔鏡,其具體優(yōu)勢在于:① 傘形磁錨定牽拉器械具有兩種狀態(tài):斂攏狀態(tài)和舒展?fàn)顟B(tài),斂攏狀態(tài)橫截面小能順利通過戳卡置入腹腔,舒展?fàn)顟B(tài)橫截面大能為組織牽拉暴露提供足夠的牽拉力且不發(fā)生脫落;② 傘形磁錨定牽拉器械舒展?fàn)顟B(tài)橫截面大,對腹壁壓強(qiáng)小,減少了對腹壁的損傷;③ 傘形磁錨定牽拉器械舒展?fàn)顟B(tài)高度小,可用于狹小空間內(nèi)的組織牽拉暴露;④ 傘形磁錨定牽拉器械由鐵磁性材料制成,不干擾其他器械的正常工作。該裝置的推廣應(yīng)用對提高當(dāng)前LESS手術(shù)的微創(chuàng)性及操作性有重要意義。

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