磁性壓迫腹部大血管血流阻斷系統(tǒng)的研制

嚴(yán)小鵬，呂 毅，馬 鋒，馬 佳，王浩華，王善佩，李滌塵，劉亞雄，賈申利，史宗謙，駱瑞雪

1 西安交通大學(xué)醫(yī)學(xué)院第一附屬醫(yī)院肝膽外科，西安市，710061

2 西安交通大學(xué)先進(jìn)外科技術(shù)與工程研究所，西安市，710061

3 西安交通大學(xué)機(jī)械制造系統(tǒng)工程國家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，西安市，710049

4 西安交通大學(xué)電力設(shè)備電氣絕緣國家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，西安市，710049

5 西北有色金屬研究院，西安市，710016

磁性壓迫腹部大血管血流阻斷系統(tǒng)的研制

【作 者】嚴(yán)小鵬1,2，呂 毅1,2，馬 鋒2，馬 佳1,2，王浩華1,2，王善佩1,2，李滌塵3，劉亞雄3，賈申利4，史宗謙4，駱瑞雪5

1 西安交通大學(xué)醫(yī)學(xué)院第一附屬醫(yī)院肝膽外科，西安市，710061

2 西安交通大學(xué)先進(jìn)外科技術(shù)與工程研究所，西安市，710061

3 西安交通大學(xué)機(jī)械制造系統(tǒng)工程國家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，西安市，710049

4 西安交通大學(xué)電力設(shè)備電氣絕緣國家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，西安市，710049

5 西北有色金屬研究院，西安市，710016

磁性壓迫腹部大血管血流阻斷系統(tǒng)由體內(nèi)磁阻斷單元、體外電磁單元、非順磁性手術(shù)器械組成。該系統(tǒng)在特制的手術(shù)床上預(yù)置體外電磁單元，當(dāng)術(shù)中需要阻斷腹主動(dòng)脈或下腔靜脈時(shí)，可將體內(nèi)磁阻斷單元直接置于擬阻斷大血管的腹側(cè)，此時(shí)體內(nèi)外磁單元相吸可迅速、直接壓迫擬阻斷血管，關(guān)閉腹腔出血總“閥門”。該系統(tǒng)利用磁性材料非接觸性吸力的特點(diǎn)，借助生物醫(yī)學(xué)工程技術(shù)，能夠?qū)崿F(xiàn)腹部手術(shù)術(shù)中迅速控血，該方法直接壓迫擬阻斷血管，無需分離就能達(dá)到血管阻斷目的。

磁壓迫技術(shù)；出血；控血；腹部

現(xiàn)代外科技術(shù)隨著其他學(xué)科的不斷發(fā)展已經(jīng)取得了長足的進(jìn)步。但是，即便如此，控血技術(shù)仍然是現(xiàn)代外科技術(shù)誕生以來始終困擾外科醫(yī)生的一大難題，尤其是在車禍、地震等突發(fā)事件中，外傷造成的腹腔臟器或大血管破裂出血；腹部外科手術(shù)中損傷大血管所致的急性大出血；肝臟部分切除術(shù)中肝臟斷面的大量滲血；異位妊娠破裂出血等，常常因?yàn)榧毙源罅渴а獙?dǎo)致患者迅速休克甚至死亡。腹腔大出血時(shí)，來勢洶涌，如無有效的控血措施，短短幾分鐘內(nèi)患者即可出血幾千毫升，導(dǎo)致失血性休克和死亡。在這種緊急情況下，外科醫(yī)生常常難以及時(shí)準(zhǔn)確地暴露、分離并阻斷受損血管，所以死亡率相當(dāng)高，成為籠罩在外科醫(yī)生頭上的“魔咒”。有研究表明[1]，大失血在創(chuàng)傷死亡原因中高達(dá)38.38%。因此能否在第一時(shí)間快速、準(zhǔn)確止血對于挽救患者生命就顯得極為重要。

現(xiàn)有控制腹腔大出血的方法根據(jù)病因不同大致歸為三類：手術(shù)切除、結(jié)扎或縫合止血、壓迫填塞[2]。這三種方法歸根結(jié)底仍然涉及到傳統(tǒng)的暴露、分離、阻斷“三部曲”，這種傳統(tǒng)的止血方式需要開闊的手術(shù)操作空間及視野并且要清晰地暴露出血部位，然而這在急性腹腔大出血發(fā)生時(shí)是難以實(shí)現(xiàn)的。傳統(tǒng)處理時(shí)常常因難以找到出血點(diǎn)和缺乏清晰的手術(shù)視野，而耗費(fèi)大量的時(shí)間，最終導(dǎo)致患者因失血過多死亡。在腹腔鏡手術(shù)中誤傷腹部大血管時(shí)，常常需要緊急中轉(zhuǎn)開腹手術(shù)，而在開腹期間，瞬間出血量就可達(dá)幾千毫升，從而導(dǎo)致失血性休克甚至死亡。之前也曾有學(xué)者提出通過術(shù)中腹主動(dòng)脈阻斷技術(shù)來減少腹部、盆部手術(shù)時(shí)的出血量[3-6]，但由于增加了手術(shù)操作，而且在分離腹主動(dòng)脈時(shí)極易損傷背側(cè)分支而人為造成致命性大出血，因此在臨床中使用并不廣泛。因此，尋求一種更加快捷、精準(zhǔn)的腹腔控血技術(shù)就顯得極為迫切。目前，國內(nèi)外有關(guān)腹腔大出血的處理理念仍是圍繞傳統(tǒng)的解剖、分離、阻斷等外科基本止血技術(shù)而展開的，尚無卓有成效的技術(shù)或醫(yī)療設(shè)備。

1 設(shè)計(jì)思路

磁力作為一種特殊形式的場力，其最大的特點(diǎn)是磁體間無需直接接觸便可產(chǎn)生相互作用力。目前，磁性材料因其特殊性能而被國外部分醫(yī)生應(yīng)用于臨床外科器官吻合重建中。將子母兩塊磁體分別置于器官兩側(cè)，形成“三明治”樣結(jié)構(gòu)，依靠子母磁體間的磁性吸引力而對組織產(chǎn)生持續(xù)穩(wěn)定的壓迫力，進(jìn)而完成器官吻合重建。我們團(tuán)隊(duì)在這方面也做了大量研究，我們進(jìn)行過磁性血管吻合[7]、磁性腸腸吻合[8]、磁性膽腸吻合[9]等一系列研究，并在臨床上成功進(jìn)行了磁壓榨膽道疏通術(shù)，取得了良好的治療效果。

面對困擾腹部外科醫(yī)生的腹腔急性大出血的控血技術(shù)，結(jié)合前期對磁性材料的研究，我們率先提出了磁性壓迫血流阻斷的理念。通過設(shè)計(jì)體外電磁單元和體內(nèi)磁阻斷單元兩個(gè)核心部分，將體外電磁體單元置于患者背部，體內(nèi)磁阻斷單元置于腹腔大血管腹側(cè)，通過改變體外電磁體單元的電流來調(diào)節(jié)磁力大小，使兩個(gè)磁體單元相互吸引，壓迫并阻斷損傷血管的出血，從而達(dá)到控血的目的，其原理如圖1所示。這樣的設(shè)計(jì)，無需開闊的手術(shù)空間、無需清晰的手術(shù)視野，更省去了游離損傷血管的步驟，可直接對受損的出血血管施壓，實(shí)現(xiàn)快速、精準(zhǔn)阻斷腹腔內(nèi)大血管，對挽救患者生命極其重要。

圖1 磁性壓迫腹腔大血管血流阻斷系統(tǒng)原理圖Fig.1 Principle diagram of the system of blood fl ow block by using magnetic compression abdominal large vascular

2 基本結(jié)構(gòu)

該系統(tǒng)包括體內(nèi)磁阻斷單元、體外電磁單元和非順磁性手術(shù)器械三大部分，以下結(jié)合圖2進(jìn)行說明。

圖2 基本結(jié)構(gòu)圖Fig.2 Diagram of the fundamental structure

2.1 體內(nèi)磁阻斷單元

材料選擇 為使體內(nèi)磁阻斷單元在有限的體積下能與體外電磁單元獲得最大的磁性吸引力，我們選用N52釹鐵硼加工而成。釹鐵硼作為第三代永磁材料以其磁能積高、價(jià)格適宜、材料來源廣、組織相容性好等諸多優(yōu)點(diǎn)而被用于醫(yī)學(xué)中，N系列釹鐵硼較其他系列有較高的磁能積，N52型釹鐵硼[10]磁能積（BH）可達(dá)到408 kJ/m3、矯頑力（Hcb）可達(dá)1 148 kA/m，是該系統(tǒng)中加工磁阻斷單元的理想材料。形狀設(shè)計(jì) 根據(jù)腹腔大血管的解剖特點(diǎn)，體內(nèi)磁阻斷單元1可設(shè)計(jì)為長方體形，為避免使用過程中磁體滑動(dòng)移位，磁體表面設(shè)計(jì)為淺凹凸鋸齒面。表面改性 盡管釹鐵硼有很好的組織相容性，但耐腐蝕能力差，故磁體表面采用氮化鈦涂層技術(shù)進(jìn)行處理。

2.2 體外電磁單元

體外電磁單元的主體結(jié)構(gòu)為由鐵芯2和線圈3構(gòu)成的電磁鐵，其他結(jié)構(gòu)包括電源5，開關(guān)4，可調(diào)節(jié)電阻6，純鐵鐵殼7。為使體外電磁單元體積盡量小，就必須努力提高體外電磁單元的性能。鐵鎳軟磁合金的剩磁、矯頑力和磁滯回線面積比較小，以此做體外電磁單元的鐵芯能夠產(chǎn)生相對較大的磁場強(qiáng)度。當(dāng)體外電磁單元工作后會(huì)產(chǎn)生較大的電磁場，這會(huì)干擾其他磁場敏感醫(yī)療設(shè)備的正常運(yùn)行。對此，我們用順磁性材料為體外電磁單元設(shè)計(jì)了磁場屏蔽殼，通過外加順磁性材料屏蔽殼可引導(dǎo)磁力線集中于吸合面，減少非吸合面的磁力線泄漏，避免干擾周圍設(shè)備。另外，由于人體差異，不同人腹部大血管和背部平面的距離不同，導(dǎo)致體內(nèi)外磁單元壓迫血管時(shí)的距離不同，這樣對體外電磁單元的磁力要求就不同，因此通過設(shè)置可調(diào)節(jié)電阻6來調(diào)節(jié)體外電磁單元的電流，進(jìn)而調(diào)控體外電磁單元的磁力。

2.3 非順磁性輔助手術(shù)器械

非順磁性輔助手術(shù)器械主要包括非順磁性金屬材料手術(shù)床8和鈦合金手術(shù)器械組成。其中體外電磁單元嵌合于非順磁性金屬材料手術(shù)床8的下面。當(dāng)該系統(tǒng)工作時(shí)磁場會(huì)對鋼制手術(shù)器械產(chǎn)生吸引，干擾手術(shù)操作，甚至?xí)斐梢馔鈸p傷，因此與該系統(tǒng)配合使用的手術(shù)器械必須為非順磁性材料。鈦合金器械密度小、強(qiáng)度高、耐高溫、無磁性、組織相容性好，因此是該系統(tǒng)理想的配套手術(shù)器械。

3 工作過程

患者手術(shù)開始前先接通體外電磁單元的電源，將順磁性金屬材料置于手術(shù)床8上面，調(diào)節(jié)可調(diào)節(jié)電阻6，感受體外磁體單元的吸力變化，以檢查系統(tǒng)是否運(yùn)行正常。然后患者仰臥位于手術(shù)床后按常規(guī)進(jìn)行手術(shù)操作。術(shù)中根據(jù)需要，可隨時(shí)方便地直接置入體內(nèi)磁阻斷單元于擬阻斷血管的腹側(cè)，同時(shí)開啟體外電磁單元即可實(shí)現(xiàn)血管阻斷。

本系統(tǒng)阻斷腹腔大血管主要實(shí)現(xiàn)以下目標(biāo)：

(1) 外傷導(dǎo)致腹腔大出血的病人，開腹后無需暴露和分離便可在腹主動(dòng)脈起始部位放置腹腔內(nèi)磁阻斷單元，開啟體外電磁單元后，磁體相吸壓迫腹主動(dòng)脈起始部位，如圖3所示，即可關(guān)閉腹腔供血總“閥門”，實(shí)現(xiàn)快速、精準(zhǔn)止血，減少患者出血，并能提供無血視野，為進(jìn)一步手術(shù)探查和手術(shù)操作創(chuàng)造條件；

(2) 腹腔鏡手術(shù)前預(yù)防性地事先在手術(shù)床中嵌入體外電磁單元，如果術(shù)中誤傷腹腔內(nèi)大血管時(shí)，可通過腹壁戳卡迅速置入腹腔內(nèi)磁阻斷單元于腹主動(dòng)脈就可立即實(shí)現(xiàn)止血，為中轉(zhuǎn)開腹搶得寶貴時(shí)間。對于高出血風(fēng)險(xiǎn)腹部大手術(shù)前，也可通過預(yù)置體外電磁阻斷元件，當(dāng)術(shù)中損傷重要器官臟器造成大出血時(shí)，迅速放置腹腔內(nèi)磁阻斷單元壓迫腹主動(dòng)脈而快速控制出血；

(3) 肝臟部分切除術(shù)時(shí)，使用該系統(tǒng)將腹腔內(nèi)磁阻斷單元直接置于肝下下腔靜脈，如圖4所示，阻斷下腔靜脈回心血量，降低中心靜脈壓，減少切肝過程中肝臟斷面滲血。

4 結(jié)語

控制腹腔大出血關(guān)鍵在于迅速找出受損血管，然后進(jìn)行分流、阻斷、結(jié)扎或修補(bǔ)，然而缺乏清晰的手術(shù)視野、沒有良好的暴露是影響血管阻斷的最主要因素。我們通過設(shè)計(jì)體內(nèi)外磁性單元來壓迫血管即使在沒有清晰的術(shù)野和良好的暴露狀態(tài)下仍能準(zhǔn)確地阻斷腹主動(dòng)脈起始部，最重要的是通過磁性壓迫無需分離血管而直接施壓阻斷腹腔血供來源，然后為進(jìn)一步處理出血贏得寶貴時(shí)間和清晰的術(shù)野?？傊撓到y(tǒng)的臨床使用有望提高腹部創(chuàng)傷大出血患者的救治成功率、為高出血風(fēng)險(xiǎn)的腹部手術(shù)提供更安全的控血保障、在肝臟部分切除術(shù)中更能簡便的能降低中心靜脈壓減少肝臟創(chuàng)面滲血。

[1] 田利華, 胡耑, 劉開俊. 創(chuàng)傷性死亡危險(xiǎn)因素與評價(jià)[J]. 創(chuàng)傷外科雜志, 2005, 7(2): 102-105.

[2] 段學(xué)寧, 黃莚庭. 腹腔出血的處理原則[J]. 中國實(shí)用外科雜志, 1997, 17(7): 399-400.

[3] 張永飛, 張士中, 孫睿. 腹主動(dòng)脈阻斷術(shù)在腰骶部腫瘤手術(shù)中的應(yīng)用[J]. 中國脊柱脊髓雜志, 2000, 10(3): 192.

[4] 張永飛. 腹主動(dòng)脈阻斷術(shù)的臨床應(yīng)用研究[J]. 中華創(chuàng)傷雜志, 2002, 18(8): 464-466.

[5] 唐順, 董森, 郭衛(wèi), 等. 腹主動(dòng)脈球囊阻斷控制骶骨腫瘤切除術(shù)中出血的效果[J]. 中國脊柱脊髓雜志, 2009, 19(2): 85-89.

[6] 曲度. 單一腹主動(dòng)脈阻斷式無血肝切除術(shù)與Pringle式及Heaney式的對照實(shí)驗(yàn)研究[J]. 黑龍江醫(yī)學(xué), 2009, 33(6): 401-411.

[7] Shi Y, Lv Y, Wang B, et al. Novel magnetic rings for rapid vascular reconstruction in canine liver transplantation model[J]. Transplantat Proc, 2006, 38: 3070-3074.

[8] Fan C, Ma J, Zhang HK, et al. Sutureless intestinal anastomosis with a novel device of magnetic compression anastomosis[J]. Chin Med Sci J, 2011, 26(3): 182-189.

[9] Fan C, Yan XP, Liu SQ, et al. Roux-en-Y choledochojejunostomy using novel magnetic compressive anastomats in canine model of obstructive jaundice[J]. Hepatobiliary Pancreat Dis Int, 2012, 11(1): 81-88.

[10] 孫艷, 白崗, 劉濤, 等. 粉末流動(dòng)性和添加潤滑劑對燒結(jié)釹鐵硼磁體取向度和磁性能的影響[J]. 金屬材料研究, 2005, 31(3): 1-5.

The Development of the System of Blood Flow Block by Using Magnetic Compression Abdominal Large Vascular

【 Writers 】Yan Xiaopeng1,2, Lv Yi1,2, Ma Feng2, Ma Jia1,2, Wang Haohua1,2, Wang Shanpei1,2, Li Dichen3, Liu Yaxiong3, Jia
Shenli4, Shi Zongqian4, Luo Ruixue5
1 Department of Hepatobiliary Surgery, First Af fi liated Hospital, College of Medicine, Xi’an Jiaotong University, Xi’an, 710061
2 Research Institute of Advanced Surgical Technology and Engineering, Xi’an Jiaotong University, Xi’an, 710061
3 State Key Laboratory of Mechanical System Engineering, Xi’an Jiaotong University, Xi’an, 710049
4 State Key Laboratory of Electrical Insulation and Power Equipment, Xi’an Jiaotong University, Xi’an, 710049
5 Northwest Institute For Non-ferrous Metal Research, Xi’an, 710016

magnetic compression technique, bleeding, hemostasis, abdomen

R454

A

10.3969/j.issn.1671-7104.2014.02.007

1671-7104(2014)02-0107-03

2013-09-17

中央高校基本科研業(yè)務(wù)費(fèi)專項(xiàng)資金資助(XKJC2013003)；衛(wèi)生部部屬(管)醫(yī)院臨床學(xué)科重點(diǎn)項(xiàng)目資助(2010105)；國家自然科學(xué)基金科學(xué)儀器專項(xiàng)資助（81127005）

呂毅，E-mail: luyi169@126.com

【 Abstract 】A new system of blood flow block for control of bleeding in abdominal operation is composed of an abdominal magnetic blocking unit, an abdominal external electromagnet unit and other non-magnetic operation instrument. The abdominal external electromagnetic unit is placed in advance in the operation bed. The abdominal magnetic blocking unit can be placed directly on the ventral of the large vessels when need to blocking the abdominal large vessels during the operation. According to the non-contact suction characteristics of magnetic materials, the two magnetic units will attract each other and compression the vessels. Using this system for vascular occlusion does not need clear exposure and without separating vessel. There is the advantage of rapid, accurate and reliable for the system.