基于磁錨定技術(shù)的減戳孔腔鏡手術(shù)內(nèi)置抓鉗的設(shè)計

史愛華 ，馬思捷 , ，付珊 , ，張勇 , ，白紀剛 , ，張欣，馬鋒 ，呂毅 , ，嚴小鵬 , 1 西安交通大學(xué) 第一附屬醫(yī)院 精準外科與再生醫(yī)學(xué)國家地方聯(lián)合工程研究中心，西安市，71001 陜西省再生醫(yī)學(xué)與外科工程研究中心，西安市，71001 西安交通大學(xué) 啟德書院，西安市，71001 西安交通大學(xué) 第一附屬醫(yī)院 胸外科，西安市，71001 西安交通大學(xué) 第一附屬醫(yī)院 肝膽外科，西安市，71001 中國科學(xué)院 合肥物質(zhì)科學(xué)研究院 強磁場科學(xué)中心，合肥市，001

0 引言

損傷控制是外科手術(shù)的基本原則之一。腔鏡技術(shù)的出現(xiàn)引發(fā)了現(xiàn)代外科的巨大變革，也為損傷控制理念找到了新的臨床實踐途徑。減戳孔是腔鏡手術(shù)再微創(chuàng)化的有效方法[1-2]。單孔腔鏡手術(shù)借助特殊的設(shè)備使腔鏡操作器械通過一個戳卡通道即可進行操作，可進一步減少手術(shù)切口創(chuàng)傷，但其弊端也很明顯：腔鏡操作器械平行而入，相互干擾，難以形成操作三角，影響術(shù)野顯露和操作[3]?？傊捎趩慰浊荤R技術(shù)本身的局限性、專用器械研發(fā)的滯后性和昂貴的手術(shù)器械費用等因素，單孔腔鏡手術(shù)在臨床上并未廣泛開展。

磁外科（Magnetic Surgery，MS）在經(jīng)歷了實驗驗證階段、自由探索階段后，目前已進入學(xué)科建設(shè)階段，并初步形成了以磁壓榨技術(shù)（Magnetic Compression Technique，MCT）、磁錨定技術(shù)（Magnetic Anchor Technique，MAT）、磁導(dǎo)航技術(shù)（Magnetic Navigation Technique，MNT）、磁懸浮技術(shù)（Magnetic Levitation Technique，MLT）、磁示蹤技術(shù)（Magnetic Tracer Technique，MTT）為核心的臨床應(yīng)用體系[4]。磁外科相關(guān)技術(shù)已用于胃腸道吻合[5-7]、血管吻合[8-9]、膽道狹窄疏通[10]、直腸陰道瘺修補[11-13]、消化道瘺動物模型制備[14-15]、輔助內(nèi)鏡下黏膜切除術(shù)[16]，顯示出巨大的臨床應(yīng)用潛力。磁錨定技術(shù)（MAT）作為磁外科重要的臨床應(yīng)用方向之一，尤其是減戳孔腔鏡手術(shù)在再微創(chuàng)化手術(shù)中發(fā)揮重要作用。磁錨定減戳孔腔鏡手術(shù)在膽囊切除[17]、闌尾切除[18]、結(jié)直腸切除[19]中已有報道，這些均屬于外錨定的范疇，即利用體外錨定磁體對腹腔內(nèi)靶磁體進行錨定牽引，以達到充分顯露術(shù)野的目的。國內(nèi)基于磁錨定的減戳孔腔鏡手術(shù)報道較少，且沒有相關(guān)醫(yī)療器械產(chǎn)品。本文基于團隊多年來在磁外科方面研究的基礎(chǔ)上提出了一種磁錨定減戳孔腔鏡手術(shù)內(nèi)置抓鉗的設(shè)計方案，現(xiàn)介紹如下。

1 設(shè)計思路

該內(nèi)置抓鉗采用三組件設(shè)計，針對體內(nèi)靶磁體采用磁屏蔽技術(shù)，以求在尺寸和磁力間獲得最佳性能的平衡，且能避免腹腔內(nèi)各操作器械受靶磁體的磁力干擾。由螺帽和螺桿構(gòu)成的連接組件能夠調(diào)節(jié)內(nèi)置抓鉗的長度，以滿足腹腔和胸腔不同環(huán)境下的使用需求。組織抓鉗采用特殊的曲臂保護結(jié)構(gòu)可避免抓鉗臂造成的副損傷，方便置入和取出。

2 基本結(jié)構(gòu)

基于磁錨定技術(shù)的減戳孔腔鏡手術(shù)內(nèi)置抓鉗的基本結(jié)構(gòu)包括三部分：靶磁體、連接組件、組織抓鉗。

2.1 靶磁體

靶磁體的結(jié)構(gòu)如圖1所示，由內(nèi)部磁核加外部磁屏蔽殼組裝而成。為獲取更大的磁力，內(nèi)部的磁核采用高性能釹鐵硼永磁材料精加工而成，磁核表面氮化鈦鍍層。磁核基本形狀為圓柱體，磁體直徑8～10 mm，磁核的高度可為其直徑的1.5～2倍。外部磁屏蔽殼采用高導(dǎo)磁率的金屬如電工純鐵、坡莫合金等加工而成，為頭端開口、底端為半球形的類圓柱狀金屬殼，金屬殼側(cè)壁厚度為1 mm，在半球形磁屏蔽殼底端正中有螺孔，用于和連接組件組合，整個殼體氮化鈦鍍層處理。

圖1 靶磁體結(jié)構(gòu)示意圖Fig. 1 Structure diagram of the target magnet

2.2 連接組件

連接組件的主要功能是一方面對靶磁體和組織抓鉗起連接作用，另一方面可根據(jù)需要調(diào)節(jié)整個內(nèi)置抓鉗的長度，以滿足腹腔、胸腔等不同環(huán)境以及因個體因素造成的手術(shù)操作空間大小不同的差異性需求。連接組件由螺孔和螺桿兩部分組成，如圖2所示。連接組件頭端的螺桿與磁屏蔽殼底端正中的螺孔相匹配。連接組件尾端的螺孔用于和組織抓鉗相互連接。整個連接組件由非順磁性金屬材料如鈦合金、鋁合金、銅、高分子材料等加工而成。

圖2 連接組件結(jié)構(gòu)示意圖Fig. 2 Structure diagram of the connection component

2.3 組織抓鉗

組織抓鉗的結(jié)構(gòu)如圖3所示。組織抓鉗由扭轉(zhuǎn)彈簧提供彈性張力，頭端為上下相互嚙合的無損傷齒紋結(jié)構(gòu)，尾端有曲臂結(jié)構(gòu)。曲臂的功能在于防止組織抓鉗鉗臂對體內(nèi)的組織器官造成副損傷。曲臂結(jié)構(gòu)正中有螺桿，可以與連接組件尾端的螺孔相互耦合連接。與曲臂結(jié)構(gòu)一體的是固定鉗臂，與固定鉗臂對應(yīng)的是活動鉗臂，在固定鉗臂和活動鉗臂上開有凹形鉗夾口，用于方便手術(shù)時抓持?；顒鱼Q臂和固定鉗臂依靠錨定連接一體，活動鉗臂遠端的活動鉗口和固定鉗臂遠端的固定鉗口有無損傷齒圖紋結(jié)構(gòu)。圖3為組織抓鉗鉗口閉合狀態(tài)的結(jié)構(gòu)示意圖，圖4為組織抓鉗鉗口張開狀態(tài)的結(jié)構(gòu)示意圖。圖5為內(nèi)置（組織）抓鉗組裝后示意圖。組織抓鉗由非順磁性金屬材料加工。

3 使用過程

（1） 腹壁或胸壁戳孔建立后，探查腹腔或胸腔，預(yù)判手術(shù)中可能需要的內(nèi)置抓鉗的長度，通過改變加載的連接組件的數(shù)量可調(diào)整整個內(nèi)置抓鉗處于合適的長度。將靶磁體、連接組件和組織抓鉗組裝起來，如圖5所示，經(jīng)戳卡置入內(nèi)置抓鉗。

圖3 組織抓鉗閉合狀態(tài)示意圖Fig.3 Schematic diagram of closed state of tissue grasper

圖4 組織抓鉗張開狀態(tài)示意圖Fig.4 Schematic diagram of opened state of tissue grasper

圖5 內(nèi)置抓鉗組裝完成后的示意圖Fig.5 Schematic diagram of complete assembly of the internal grasper

（2）腔鏡抓鉗抓持組織抓鉗的鉗夾口，使組織抓鉗頭端張開，鉗夾于需要錨定牽拉的組織上，腹部或胸壁外放置錨定磁體，錨定磁體與靶磁體相吸，改變體外錨定磁體的位置可調(diào)節(jié)體內(nèi)內(nèi)置抓鉗的牽拉方向和牽拉力度。

（3）術(shù)中根據(jù)需要可更換組織抓鉗的鉗夾部位。

（4）手術(shù)完畢，移除體外錨定磁體，腔鏡抓鉗置于靶磁體工作面，依靠磁性吸力腔鏡抓鉗可引導(dǎo)整個內(nèi)置抓鉗經(jīng)戳卡取出體外。

4 結(jié)語

磁錨定減戳孔腔鏡手術(shù)臨床推進的關(guān)鍵在于合適的內(nèi)置抓鉗。合理的內(nèi)置抓鉗設(shè)計在性能上應(yīng)滿足以下幾點：第一，內(nèi)置抓鉗的軸向尺寸略小于戳卡內(nèi)徑，以方便置入和取出；第二，長度可調(diào)，以滿足不同腔鏡手術(shù)和患者個體差異的需要；第三，方便腹腔鏡對器官夾持部位的切換和調(diào)整。本文介紹的磁錨定內(nèi)置抓鉗通過結(jié)構(gòu)上的優(yōu)化設(shè)計巧妙解決了上述問題。①靶磁體屏蔽技術(shù)既解決了因軸向尺寸限制而導(dǎo)致的磁力不足，又能夠?qū)Π写朋w非工作面磁場進行屏蔽，減少腹腔內(nèi)器械之間的磁力干擾；②連接組件采用螺孔螺桿結(jié)構(gòu)設(shè)計，能夠?qū)φ麄€內(nèi)置抓鉗的長度進行調(diào)節(jié)，可滿足不同部位的應(yīng)用需求；③組織抓鉗末端的弧形曲臂可避免組織抓鉗鉗臂對腹腔組織造成的副損傷，抓鉗臂上的凹形鉗夾口可有效防止鉗夾組織抓鉗時出現(xiàn)滑脫現(xiàn)象，有利于調(diào)整組織抓鉗的鉗夾位置。該內(nèi)置抓鉗目前尚處于設(shè)計研發(fā)階段，在經(jīng)過一系列磁力學(xué)性能測試、結(jié)構(gòu)參數(shù)優(yōu)化后將進行動物實驗驗證和臨床初步試用。