磁為醫(yī)用，開啟外科修復(fù)重建新模式
——記西安交通大學(xué)第一附屬醫(yī)院磁外科團(tuán)隊(duì)

文/喬占衛(wèi)

磁外科團(tuán)隊(duì)

消化道病種多、占比大，外科是主要治療手段，核心為切除和重建，包括重建消化管和受累血管。

縫合是外科重建的基本操作，1902年Carrel三點(diǎn)式血管吻合開辟了腫瘤根治、斷肢再植、器官移植時代?！叭c(diǎn)式”點(diǎn)石成金，影響深遠(yuǎn)，1912年折桂諾貝爾醫(yī)學(xué)獎。但是，縫線及釘合的針眼“微流孔”效應(yīng)不容忽視，誘發(fā)消化道漏或者瘢痕狹窄，常使醫(yī)生望“眼”興嘆。探索粘合、夾合、扣合技術(shù)曾經(jīng)很熱，代表性技術(shù)之一是“Murphy’s扣”，利用彈簧原理，缺點(diǎn)是體積大、壓不實(shí)、脫不掉。轉(zhuǎn)而研究可降解支架，仍未獲突破。

上世紀(jì)70年代，磁壓榨吻合技術(shù)（MCA）興起。磁內(nèi)賦能量、誘導(dǎo)釋放、隔空發(fā)力、自動對位等技術(shù)展現(xiàn)出光明的前景。但當(dāng)時所用的磁體為四氧化三鐵，磁力不強(qiáng)。80年代，第三代稀土永磁釹鐵硼材料問世。90年代，我國自主生產(chǎn)高標(biāo)號釹鐵硼永磁材料，在高科技軍工領(lǐng)域廣泛使用。

西安交通大學(xué)第一附屬醫(yī)院呂毅課題組經(jīng)過多年思辨，設(shè)想若將“磁”為醫(yī)學(xué)巧用，必化劍為犁，護(hù)佑健康。2002年呂毅團(tuán)隊(duì)將釹鐵硼引入醫(yī)學(xué)領(lǐng)域，得到政府和業(yè)界大力支持。期間，他與志同道合的理工科專家共同組建“醫(yī)工結(jié)合腹部外科若干關(guān)鍵技術(shù)創(chuàng)新研究”教育部創(chuàng)新團(tuán)隊(duì)，在國家自然科學(xué)基金重點(diǎn)、科學(xué)儀器專項(xiàng)、衛(wèi)生部重點(diǎn)學(xué)科建設(shè)項(xiàng)目等支持下，聚焦磁外科技術(shù)創(chuàng)新研究。

16年間，他們系統(tǒng)探明了稀土金屬釹鐵硼永磁材料醫(yī)學(xué)可利用的三大關(guān)鍵科學(xué)問題。

首先，解除了生物安全“隱憂”：腐蝕碎裂磁屑的磁力糾纏機(jī)械損傷；析出金屬離子的生物毒性危害。為此，查明梳理釹鐵硼植入各類間隙的生物、物理和化學(xué)特性。依據(jù)理化環(huán)境最終確立了最先進(jìn)的等離子增強(qiáng)化學(xué)氣相沉積氮化鈦鍍層方案，被國際同行推崇采納。血管重建永久植入時利用鈦合金TC4 做微米級超薄殼封裝技術(shù)，滿足永久植入密封性和耐用性要求。

其次，闡明局部強(qiáng)磁場安全性問題。檢測顯示，當(dāng)動物體內(nèi)植入磁體后，除外磁體之間夾持的組織接受約300mT磁場之外，離開磁體10mm場強(qiáng)銳減至接近地磁場。進(jìn)一步研究顯示，即便在較強(qiáng)磁場下持續(xù)暴露，對正常組織、細(xì)胞、整體沒有不良影響。研究還同時發(fā)現(xiàn)局部強(qiáng)磁場對多種消化道腫瘤細(xì)胞有不同程度的抑制作用。

再次，挑戰(zhàn)消化外科更難部位吻合，需探索膽、胰磁力壓榨時壞死與愈合之間的平衡。當(dāng)壞死早于愈合時可出現(xiàn)漏，當(dāng)愈合快于壞死時可出現(xiàn)磁體脫落困難或吻合口疤痕狹窄。而理想的壞死和愈合的速度可以通過磁場強(qiáng)度和組織應(yīng)力變化來加以控制。為此，該團(tuán)隊(duì)專門建立了異形釹鐵硼磁體磁力分析方法，系統(tǒng)研究了膽腸、胰腸及血管磁壓榨組織愈合的最適壓強(qiáng)，利用磁力、應(yīng)力耦合場有限元分析方法，探索出磁性裝置最佳設(shè)計(jì)參數(shù)。

16年間，他們建立了利用磁性裝置創(chuàng)新外科技術(shù)的標(biāo)準(zhǔn)化方法，提出磁外科學(xué)概念。

消化道病變切除以后，需根據(jù)不同部位的空腔臟器病理解剖特點(diǎn)和吻合要求，設(shè)計(jì)不同形狀和規(guī)格的磁吻合器件。針對膽管等管腔狹窄、閉塞或阻隔狀態(tài)，團(tuán)隊(duì)規(guī)劃設(shè)計(jì)出適用于再通或另辟蹊徑開通的磁體器件。器件可經(jīng)手術(shù)、內(nèi)鏡甚至吞咽進(jìn)入預(yù)設(shè)部位。因血管端端吻合需滿足內(nèi)膜外翻的要求，且磁環(huán)需要永久留置，團(tuán)隊(duì)還設(shè)計(jì)了針環(huán)結(jié)構(gòu)磁吻合裝置，并嚴(yán)密封裝于超薄層鈦殼內(nèi)。

鑒于磁性器件具備多用途和普適性的特點(diǎn)，突破了單純壓榨吻合的范疇，團(tuán)隊(duì)于2010年，在國際上最先提出并研究磁外科概念及體系，系統(tǒng)研究了磁壓榨、磁錨定、磁導(dǎo)航、磁懸浮、磁示蹤等技術(shù)原理，并借鑒顯微鏡外科使用到顯微外科發(fā)展的思路界定磁外科概念及體系，為磁在醫(yī)學(xué)上的拓展使用奠定了基礎(chǔ)。

在上述研究基礎(chǔ)上，團(tuán)隊(duì)以磁外科概念為先導(dǎo)，創(chuàng)新5大類17項(xiàng)技術(shù)，對復(fù)雜、微創(chuàng)、極端環(huán)境的外科情形產(chǎn)生變革性影響。

團(tuán)隊(duì)在國際首創(chuàng)了磁壓榨膽腸、胰腸吻合技術(shù)，首次全面實(shí)現(xiàn)了胰十二指腸切除無縫線化消化道重建。多支肝管空腸磁壓榨吻合可機(jī)械化組裝，化繁為簡，方便操作。該技術(shù)顛覆了傳統(tǒng)重建模式，實(shí)現(xiàn)76例膽腸、胰腸吻合，沒有吻合口漏發(fā)生。

腹腔鏡下縫合操作復(fù)雜，完成吻合需要時間長、技術(shù)要求高、漏的發(fā)生率也較高。團(tuán)隊(duì)利用磁性吻合原理，發(fā)明腹腔鏡磁性膽腸吻合槍，可大大減少腹腔鏡下精細(xì)操作，降低吻合難度，提高吻合速度，將有助于腹腔鏡下消化外科切除重建技術(shù)更廣泛的開展。

團(tuán)隊(duì)創(chuàng)建針對醫(yī)源性膽管截?cái)嗟拇艍赫ピ偻夹g(shù)，使目前ERCP微創(chuàng)技術(shù)得以施展，避免了傳統(tǒng)理念下必須的再次手術(shù)。

在上述技術(shù)積淀之下，磁外科屢次挑戰(zhàn)“不可能”：一位腹部重傷患者已歷時2年未有效解決膽道閉鎖的難題，后經(jīng)磁壓榨技術(shù)治療，僅用25天開通截?cái)嗄懝埽瑒?chuàng)造奇跡；創(chuàng)傷性胰腺炎致早期胰腺壞死伴巨大囊腫，磁外科用穿刺引流配合定制化半膠囊磁體吞服，實(shí)現(xiàn)了超極限微創(chuàng)下的胰腺假性囊腫胃吻合；團(tuán)隊(duì)還發(fā)明了磁壓榨吻合技術(shù)打通狹窄或閉鎖的食管，將原本可能需要胸腹聯(lián)合大手術(shù)變成了內(nèi)鏡下微創(chuàng)操作。

肝移植公認(rèn)是難度極大的手術(shù)，團(tuán)隊(duì)利用磁吻合重建肝臟附屬血管，初步實(shí)現(xiàn)了快速肝臟植入。發(fā)明了鈦磁-人工血管轉(zhuǎn)流裝置，應(yīng)用于肝癌離體切除，與手工縫合人工血管、暫時性下半身和門靜脈血液轉(zhuǎn)流技術(shù)相比，可大幅縮短血流阻斷時間。

團(tuán)隊(duì)手術(shù)中

快速肝移植技術(shù)—磁吻合肝上下腔靜脈重建動物實(shí)驗(yàn)

除此之外，團(tuán)隊(duì)還把磁外科技術(shù)拓展應(yīng)用于磁壓榨直腸陰道瘺修補(bǔ)、磁蜘蛛人輔助供肝修整、磁牽引懸吊乳腺癌皮瓣游離，以及系列磁錨定輔助腹（胸）腔鏡下切除，包括肺葉/肺楔形切除、膽囊切除、肝癌切除、胰體尾+脾臟切除和雙側(cè)附件切除，減少戳卡，減輕創(chuàng)傷。磁懸浮頸椎間隙擴(kuò)張、程控吞磁消化道旁路治療肥胖糖尿病實(shí)驗(yàn)研究也在進(jìn)行之中。

目前團(tuán)隊(duì)獲授權(quán)發(fā)明專利36項(xiàng)，發(fā)表SCI論文281篇。主參編（譯）專著12部。獲中華醫(yī)學(xué)科技獎一等獎、教育部技術(shù)發(fā)明獎一等獎等科技獎勵6項(xiàng)。呂毅教授受邀在在第620次香山科學(xué)會議上作報告，引起與會專家高度關(guān)注，會議充分肯定磁外科創(chuàng)新技術(shù)，建議成立磁外科專門分會，并擬于2019年10月再以磁外科為主題舉辦專題研討會。受國際磁外科同行推舉，團(tuán)隊(duì)于2018年6月舉辦了首屆國際磁外科大會，主持達(dá)成磁外科發(fā)展“2018西安共識”，正牽頭組織國際同行編撰“磁外科學(xué)”專著。2019年4月13日-14日，第二屆國際磁外科大會在西安如期舉行。

西安交通大學(xué)第一附屬醫(yī)院磁外科團(tuán)隊(duì)歷時16年，跨學(xué)科協(xié)同攻關(guān)，建立了磁外科學(xué)基本體系，原創(chuàng)性研發(fā)了系列磁外科手術(shù)器械，創(chuàng)建了多項(xiàng)顛覆性吻合重建技術(shù)、開創(chuàng)了外科復(fù)雜病癥微創(chuàng)治療的新模式，將對外科修復(fù)重建的發(fā)展帶來深遠(yuǎn)影響。