面向LESS手術(shù)應(yīng)用的可變形傘形磁錨定牽拉暴露器械

陳環(huán)，王越，董鼎輝，朱皓陽(yáng)，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(guó)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(guò)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(shì)。基于對(duì)減戳卡追求，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(wú)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(lái)，基于磁體間無(wú)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(duì)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(duì)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(guò)小、牽拉力不足及高度過(guò)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(duì)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(guò)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(duì)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(guò)程中進(jìn)行了針對(duì)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)橫截面小（直徑10 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(wú)外加磁場(chǎng)狀態(tài)下對(duì)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(guò)絲線與組織夾相連；② 傘形磁錨定牽拉器置入腹腔后，通過(guò)腹腔鏡器械夾取，對(duì)該牽拉器械進(jìn)行移動(dòng)、調(diào)整等操作。傘帽底部邊緣有三對(duì)轉(zhuǎn)軸底座，轉(zhuǎn)軸底座以120°陣列排布，每對(duì)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(zhǎng)50 mm、寬5 mm、厚2 mm的長(zhǎng)方體。傘骨一端兩側(cè)有一對(duì)對(duì)稱(chēng)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(guò)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(guò)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(guò)程

3.1 斂攏狀態(tài)

斂攏狀態(tài)下，三個(gè)傘骨長(zhǎng)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(guò)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(guò)程

具體實(shí)施過(guò)程如下：① 將組織夾通過(guò)絲線固定于固定環(huán)，絲線長(zhǎng)度由不同臨床應(yīng)用場(chǎng)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(guò)腔鏡器械用組織夾抓取待暴露組織；④ 通過(guò)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(guò)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(guò)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(guò)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(duì)抗?fàn)坷Γ瑐阈未佩^定牽拉器械不會(huì)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(duì)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(shì)，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(guò)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(lèi)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(shì)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小（通常為78.5 mm2）[11,22]，當(dāng)組織對(duì)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(duì)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(guò)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(wú)法對(duì)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(shì)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(guò)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(duì)腹壁壓強(qiáng)小，減少了對(duì)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(duì)提高當(dāng)前LESS手術(shù)的微創(chuàng)性及操作性有重要意義。