恒壓恒量微創(chuàng)顆粒脂肪注射移植裝置的研制

宋 玫， 劉 毅， 汪 諍， 張鮮英， 劉 萍， 王 剛

論 著

恒壓恒量微創(chuàng)顆粒脂肪注射移植裝置的研制

宋 玫， 劉 毅， 汪 諍， 張鮮英， 劉 萍， 王 剛

目的研制一種恒壓恒量微創(chuàng)脂肪注射移植裝置，以提高顆粒脂肪移植的成功率。方法采用電動原理，設(shè)計適用于脂肪移植的助推裝置，該裝置設(shè)有速度調(diào)節(jié)和壓力保護(hù)，從而可以精確地控制脂肪移植的推力與注射量。結(jié)果該裝置可有效地完成脂肪助推，容量可以精確到0.020～0.033 ml，顆粒均勻，脂肪組織無明顯損傷。結(jié)論該裝置經(jīng)濟(jì)實用，操作簡便，值得在臨床上推廣應(yīng)用。

脂肪顆粒； 脂肪移植； 微創(chuàng)技術(shù)； 裝置

自體脂肪組織移植已有上百年的歷史，與其他各種人工合成材料、異種或異體脂肪相比，由于其具有來源豐富、取材容易、操作簡單、填充后外形好、組織相容性好、無排異反應(yīng)、無過敏反應(yīng)等優(yōu)點，在臨床上得到了廣泛應(yīng)用，但移植后的脂肪組織容易被吸收，遠(yuǎn)期成活率低，仍然是脂肪移植中的一大缺憾。自2012年12月至2013年8月，本組著眼于脂肪移植的操作過程，通過改善操作技術(shù)，減輕移植過程中對脂肪組織的損傷，從而提高脂肪移植的成活率，研制了恒壓恒量微創(chuàng)顆粒脂肪注射移植裝置。

1 設(shè)計原理

1.1 裝置的組成 該裝置主要包括控制器和電機(jī)部分?？刂破靼ㄒ粋€完整的機(jī)箱和腳踏板，內(nèi)含電機(jī)驅(qū)動器和壓力傳感器，負(fù)責(zé)將控制器脈沖信號提供給電機(jī)并確保其正常工作，同時可以采集注射過程的實時壓力，防止注射壓力過大；腳踏板開關(guān)便于術(shù)中操作。機(jī)箱設(shè)有觸摸顯示屏，可對注射量、注射速度、注射推力進(jìn)行手工設(shè)置，并將其實時顯示在觸摸顯示屏上。電機(jī)部分為一個手持注射器，可以裝入各種型號(1.0、2.5、5.0、10.0和20.0 ml)的注射器，分為不可拆卸部分和可拆卸部分(圖1)。

不可拆卸部分由步進(jìn)電機(jī)、絲杠、壓力傳感器、限位開關(guān)構(gòu)成，并固定在一個機(jī)座內(nèi)(圖2)?？刹鹦恫糠职ㄍ聘缀凸潭?，推缸是一個空心的兩端帶有螺紋不銹鋼管，用來連接機(jī)座和固定卡；固定卡總共有5個，可以分別裝入不同類型的醫(yī)用注射器。推缸由殼體、隔離腔、推注腔和密封活塞組成，殼體為圓筒狀，內(nèi)設(shè)密封活塞，將腔體分割為隔離腔和推注腔；推注腔前端設(shè)注射器固定扣，用于連接注射器；隔離腔后端設(shè)后蓋，開啟后用于放置機(jī)動助推裝置(圖3)。使用時先將機(jī)動助推裝置置入隔離腔擰緊后蓋隔離，再移至手術(shù)臺通過注射器固定扣將注射器安裝于推注腔內(nèi)。此時，作為可能污染源的機(jī)動助推裝置完全隔離在無菌罩隔離腔內(nèi)，開啟機(jī)動助推裝置，即可推動密封活塞向推注腔移動，進(jìn)而推注注射器完成無菌自動注射。

圖1 整體原理圖2 電機(jī)整體圖3 可拆卸部分結(jié)構(gòu)示意(1.殼體；2.隔離腔；3.推注腔；4.密封活塞；5.后蓋；6.注射器固定扣；7.動助推裝置；8.注射器)

Fig1 Integrated principle.Fig2 Integrated motor.Fig3 Structure schematic diagram of detachable parts (1. cage; 2. isolation cavity; 3. push cavity; 4. Sealing piston; 5. back cover; 6. syringe fixing buckle; 7. booster device; 8. syringe).

1.2 運行原理 該裝置以步進(jìn)電機(jī)為動力源，經(jīng)PLC控制推進(jìn)操作系統(tǒng)做直線運動。工作時，控制器發(fā)出控制脈沖，通過電機(jī)驅(qū)動部分使步進(jìn)電機(jī)旋轉(zhuǎn)，步進(jìn)電機(jī)帶動絲桿，將旋轉(zhuǎn)運動轉(zhuǎn)換為直線運動，推動注射器的針?biāo)ㄟM(jìn)行注射，推進(jìn)速度可以通過觸摸屏自行設(shè)定、調(diào)節(jié)，從而調(diào)整單位時間內(nèi)擬注射的量。同時還可通過觸摸屏顯示的實時數(shù)據(jù)來保障在速率調(diào)節(jié)范圍內(nèi)的輸入、注射精度及可靠性(圖4)。

2 裝置的體外應(yīng)用

采用20 ml和1 ml注射器，設(shè)定速度為0.1 ml/s，推力分別為60 N和20 N，脂肪顆粒推注流暢，顆粒細(xì)致均勻(圖5)。脂肪體積可精確控制到1/30～1/50 ml。采用肌酸激酶法對推注前后的脂肪顆粒行活力測定，壓力為20 N時，注射前活力為(72.20±1.18)%，注射后活力為(71.63±1.23)%；壓力為60 N時，注射前活力為(73.06±1.34)%，注射后活力為(73.40±1.47)%。結(jié)果顯示，脂肪組織活力差異無統(tǒng)計學(xué)意義(P>0.05)。

圖4 整體實物 a.控制器觸摸屏及腳踏開關(guān) b.助推器及不同型號的注射器固定扣圖5 體外脂肪顆粒推注流暢均勻

Fig4 Integrated physical map of device. a. touch screen and foot switch of control device. b. booster and fixing button of different types syringe.Fig5 Smooth and even injection of fat granule in vitro.

3 病理學(xué)檢查

分別取推注前后的脂肪顆粒5 ml，經(jīng)10%中性甲醛固定48 h，脫水、浸透、石蠟包埋，HE染色，光鏡下見推注前后脂肪細(xì)胞形態(tài)正常，細(xì)胞壁完整，呈大片的蜂窩狀結(jié)構(gòu)(圖6)。

圖6 推注前后脂肪顆粒形態(tài) a.推注前 b.推注后

Fig6 Normal morphology of the fat granule before and after injections. a. before injection. b. after injection.

4 討論

自體顆粒脂肪移植作為一種微創(chuàng)的自體組織填充技術(shù)，在面部美容填充以及隆乳方面已經(jīng)引起人們極大關(guān)注。而能證明其安全性、有效性的確鑿證據(jù)仍然是該項技術(shù)是否能夠更為廣泛應(yīng)用的前提條件和瓶頸問題[1]。移植的層次和解剖部位與組織成活率關(guān)系密切，在考慮到移植部位的立體支架結(jié)構(gòu)后，還必須從脂肪移植的精細(xì)技術(shù)方法、精細(xì)移植工具等方面作出科學(xué)地比較。目前，臨床上普遍采用的是多層次、多隧道式注射[2-3]。這種方法的缺點是注射過程中較易發(fā)生“卡殼”現(xiàn)象，克服這種現(xiàn)象的唯一措施是增加注射的力量，而高壓注射極易造成脂肪細(xì)胞的損傷，進(jìn)而影響移植脂肪的存活率[4]。此外，高壓注射也可造成脂肪組織分布不均勻或使針頭與針管之間的卡口突然分離，注射針管內(nèi)的脂肪顆?；鞈乙菏芨邏和茢D而噴溢，影響脂肪移植的供量。隨著精微自體脂肪移植觀念的提出[5-7],脂肪移植的器械不斷革新[8-12]。Fulton和Parastouk[13]將注射器連接在帶有刻度的脂肪移植槍上，每扣動一次扳機(jī)注射器就往前推一格，每一格是0.1 cc，雖然準(zhǔn)確，但注射量還是太多；Yoshimura等[14]將注射器與注射針分離，由1位醫(yī)師專門負(fù)責(zé)推注射器，而另1位醫(yī)師控制注射針的移動，這樣就可以達(dá)到恒力、恒壓推注的目的。韓國的Lipokit是脂肪離心與注射的一體機(jī)，采用專用注射器通過活塞手動助推。Hetherington和Block[15]發(fā)明脂肪注射控制裝置，通過電機(jī)帶動系列變速齒輪，從而精確控制注射速度和注射量。在此基礎(chǔ)上，我們研制了恒壓恒量微創(chuàng)脂肪移植裝置，該裝置采用電動驅(qū)動，具有多個型號注射器的配置，可以兼顧微量及大量的脂肪注射之需，同時可以達(dá)到恒壓、恒量控制。

恒壓控制：注射壓力借助測力傳感器測定，直接顯示在顯示屏上。注射前在觸摸顯示屏中輸入設(shè)定壓力，注射過程中當(dāng)壓力大于設(shè)定壓力值時，設(shè)備會停止運行并報警，從而達(dá)到壓力控制。

容量控制：在臨床實際操作中應(yīng)用的容量單位為ml，顯示屏輸入的速度單位為ml/s，而在PLC內(nèi)部由脈沖數(shù)計算速度，所以需要將輸入的速度值轉(zhuǎn)換為脈沖數(shù)輸入到PLC程序中。根據(jù)電機(jī)每轉(zhuǎn)所需脈沖數(shù)與絲杠的導(dǎo)程可以在理論上計算出完成擬定移植量所需的脈沖數(shù)，從而可以計算出移植1 ml所需的脈沖數(shù)，最后將其轉(zhuǎn)換為顯示屏中的輸入速度。PLC抗干擾能力很強(qiáng)，能夠保持程序的穩(wěn)定運行，從而在速度設(shè)定的情況下能夠保持恒量注射。

裝置的優(yōu)點：注射壓力和注射容量可控；對組織損傷輕微；兼顧各種容量的注射器，可滿足面部精細(xì)移植和胸部大量移植；設(shè)備簡便，可獨立完成。

我們研制的脂肪注射移植裝置，能提升手術(shù)效果，減少手術(shù)創(chuàng)傷，但還需要在進(jìn)一步的臨床實際應(yīng)用中不斷改良創(chuàng)新，以實現(xiàn)更好更完美的終極目標(biāo)。

[1] Rubin JP. Discussion: Breast augmentation using preexpansion and autologous fat transplantation: a clinical radiographic study[J]. Plast Reconstr Surg, 2011,127(6):2451-2452.

[2] 戚可名. 女性整形美容外科學(xué)[M]. 北京:人民軍醫(yī)出版社, 2001:673-687.

[3] 鄭宗梅, 歸 來, 張智勇, 等. 多隧道、多層次自體脂肪顆粒移植在矯治額顳部凹陷中的作用[J]. 中國臨床康復(fù), 2005,9(42):46-47.

[4] 劉志芳, 李華瑩, 毛 陽. 新視角-自體顆粒脂肪注射移植的進(jìn)展[J]. 中國全科醫(yī)學(xué), 2004,7(11)838-840.

[5] Roberts TL, Weinfeld AB, Bruner TW, et al. “Universal” and ethnic ideals of beautiful buttocks are best obtained by autologous micro fat grafting and liposuction[J]. Clin Plast Surg, 2006,33(3):371-394.

[6] Hardy TG, Joshi N, Kelly MH. Orbital volume augmentation with autologous micro-fat grafts[J]. Ophthal Plast Reconstr Surg, 2007,23(6):445-449.

[7] Nguyen PS, Desouches C, Gay AM, et al. Development of micro-injection as an innovative autologous fat graft technique: The use of adipose tissue as dermal filler[J]. J Plast Reconstr Aesthet Surg, 2012,65(12):1692-1699.

[8] Pu LL. Towards more rationalized approach to autologous fat grafting[J]. J Plast Reconstr Aesthet Surg, 2012,65(4):413-419.

[9] Morán MJ, Navarro I, Sánchez R, et al. Use of a three-way stopcock in grafting of autologous fat: technical note[J]. Br J Oral Maxillofac Surg, 2012,50(5):474-475.

[10] Zeltzer AA, Tonnard PL, Verpaele AM. Sharp-needle intradermal fat grafting (SNIF)[J]. Aesthet Surg J, 2012,32(5):554-561.

[11] Nguyen PS, Desouches C, Gay AM, et al. Development of micro-injection as an innovative autologous fat graft technique: The use of adipose tissue as dermal filler[J]. J Plast Reconstr Aesthet Surg, 2012,65(12):1692-1699.

[12] Green J. History and development of suction-irrigation-reaming[J]. Injury, 2010,41 Suppl 2:S24-S31.

[13] Fulton JE, Parastouk N. Fat grafting[J]. Dermatol Clin, 2001,19(3):523-530.

[14] Yoshimura K, Sato K, Aoi N, et al. Cell-assisted lipotransfer for cosmetic breast augmentation: supportive use of adipose-derived stem/stromal cells[J]. Aesthetic Plast Surg, 2008,32(1):48-55.

[15] Hetherington HE, Block JE. Facial fat grafting with a prototype injection control device[J]. Clin Cosmet Investig Dermatol, 2013,6:201-209.

Developmentofthedeviceofmini-invasivefatgranulesinjectionunderconstantpressureandquantity

SONGMei,LIUYi,WANGZheng,etal.

(DepartmentofBurnsandPlasticSurgery,LanzhouGeneralHospital,LanzhouCommandofPLA,Lanzhou730050,China)

ObjectiveTo develop a device of mini-invasive fat granules injection under constant pressure and quantity in order to improve the success rate of fat granules transplantation.MethodsThe dynamoelectric principle was adopted to design a booster device which was suitable for fat transplantation and the device was equipped with speed regulation and pressure protection to accurately control the amount of fat granules and the injection pressure.ResultsThe device can effectively work as a fat booster. The injection volume can accurate to 0.020-0.033 ml with uniform fat granules and without obvious injure of adipose tissue.ConclusionThe device is economical, practical and easy to operate and it is worthy of popularizing in clinical.

Fat granules; Fat graft; Mini-invasive technique; Device

全軍十二五重點課題資助項目(BWS11C061)

730050 甘肅 蘭州，蘭州軍區(qū)蘭州總醫(yī)院 全軍燒傷整形外科中心(宋 玫，劉 毅，張鮮英，劉 萍，王 剛)；蘭州理工大學(xué)(汪 諍)

宋 玫(1974-)，女，湖北武漢人，副主任醫(yī)師，博士.

劉 毅，730050，蘭州軍區(qū)蘭州總醫(yī)院 全軍燒傷整形外科中心，電子信箱：1iuyi196402@163.com

10.3969/j.issn.1673-7040.2014.07.008

R622.9

A

1673-7040(2014)07-0405-03

2014-03-11)