花瓣?duì)畲盼呛涎b置的設(shè)計(jì)與實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證

陳 環(huán)，單麗宇，馬 濤，王 越，呂 毅*

（1.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)合工程中心，西安 710061；2.西安交通大學(xué)第一附屬醫(yī)院肝膽外科，西安 710061）

0 引言

吻合口狹窄（anastomotic stricture，AS）是消化道重建術(shù)后的常見并發(fā)癥，盡管各種重建技術(shù)已標(biāo)準(zhǔn)化，改善血運(yùn)[1-2]、減少異物[3-4]和優(yōu)化吻合方式[5]等措施也越來越受到重視，但術(shù)后AS仍難以避免，其發(fā)生率從3.2%到40%不等[6-9]。內(nèi)鏡下球囊擴(kuò)張[10-11]和支架置入[12-13]是外科切除之外的重要再通手段，雖然創(chuàng)傷小、見效快，但是潰瘍、出血和穿孔等并發(fā)癥難以避免，且再通率低、再狹窄率高，嚴(yán)重影響患者的生活質(zhì)量。

磁吻合（magnetic compression anastomosis，MCA）通過磁場(chǎng)介導(dǎo)的磁體間引力對(duì)靶組織產(chǎn)生壓力，致其缺血—壞死—脫落，已被證明可實(shí)現(xiàn)多種管道重建[14-20]。磁力的非接觸性決定了MCA不依賴貫穿組織的針線，規(guī)避了異物刺激和針眼滲漏，對(duì)解決AS具有潛在價(jià)值。前期研究發(fā)現(xiàn)，圓形磁吻合裝置（magnetic compression device，MCD）的外徑達(dá)到腸道內(nèi)徑的1.2倍時(shí)，可實(shí)現(xiàn)吻合口的長(zhǎng)期通暢[21]。然而，過大的MCD尺寸增加了手術(shù)難度，不利于微創(chuàng)操作，因此，以更小尺寸MCD實(shí)現(xiàn)吻合口的長(zhǎng)期通暢至關(guān)重要。

鑒于二維平面上等面積封閉曲線中圓的周長(zhǎng)最短，本研究對(duì)傳統(tǒng)的圓形MCD進(jìn)行分型迭代，設(shè)計(jì)花瓣?duì)頜CD，在外徑不變的條件下增加MCD周長(zhǎng)，從而實(shí)現(xiàn)“小吻合器，大吻合口”，保障吻合口的長(zhǎng)期通暢。

1 設(shè)計(jì)思路

如圖1所示，花瓣?duì)頜CD由母環(huán)和子環(huán)組成，且母環(huán)與子環(huán)結(jié)構(gòu)一致，主體為花瓣?duì)罟饷魳渲鈿?，是?個(gè)等尺寸圓環(huán)單元兩兩相切構(gòu)成。為使吻合線平滑，各圓環(huán)單元相切處的外側(cè)緣采用倒角設(shè)計(jì)。圓環(huán)單元內(nèi)鑲嵌磁極方向一致的N54釹鐵硼磁柱，以提供吻合力，該設(shè)計(jì)可避免MCD繞軸向發(fā)生旋轉(zhuǎn)錯(cuò)位。MCD中央的孔洞可形成臨時(shí)腸內(nèi)旁路，利于腸內(nèi)營(yíng)養(yǎng)管或腸液通過。

圖1 花瓣?duì)頜CD的設(shè)計(jì)與制造

相較于等外徑的傳統(tǒng)圓形MCD，花瓣結(jié)構(gòu)將MCD周長(zhǎng)增大了20%，因此，使用時(shí)根據(jù)消化道內(nèi)徑選擇等尺寸的花瓣?duì)頜CD，可實(shí)現(xiàn)吻合口的長(zhǎng)期通暢。

2 有限元分析

以應(yīng)用于新西蘭兔為例，對(duì)花瓣?duì)頜CD的物理參數(shù)和熱力學(xué)穩(wěn)態(tài)進(jìn)行計(jì)算和仿真分析。根據(jù)實(shí)驗(yàn)兔腸道內(nèi)徑，圓環(huán)單元外徑定為2.5 mm，單個(gè)磁柱外徑定為1.8 mm、高為2.0 mm。此時(shí)，MCD最大外徑為7.5 mm，最小外徑為6.9 mm，周長(zhǎng)為27.6 mm，是外徑7.5 mm和6.9 mm的傳統(tǒng)圓形MCD周長(zhǎng)的1.17倍和1.27倍。

在設(shè)計(jì)磁環(huán)過程中，為使子母環(huán)的六瓣良好對(duì)合而不繞軸向發(fā)生旋轉(zhuǎn)錯(cuò)位[如圖2（a）所示]，采用鑲嵌柱形磁體來提供磁力，而非采用一整塊磁體。為驗(yàn)證其有效性，通過COMSOL軟件對(duì)花瓣?duì)頜CD在配對(duì)吻合過程中的熱力學(xué)穩(wěn)態(tài)進(jìn)行仿真分析。圖2（b）～（h）為子環(huán)旋轉(zhuǎn)0°～60°時(shí)的不同對(duì)位狀態(tài)，可見每旋轉(zhuǎn)60°，子母環(huán)恢復(fù)良好對(duì)位，因此僅分析錯(cuò)位0°～60°時(shí)系統(tǒng)的能量變化。分析結(jié)果如圖3所示。可見，子環(huán)順時(shí)針旋轉(zhuǎn)0°～30°過程中，系統(tǒng)總能量逐漸從14.96 mJ增加至15.38 mJ；子環(huán)順時(shí)針旋轉(zhuǎn)30°～60°過程中，系統(tǒng)總能量從15.38 mJ降至14.96 mJ。由熱力學(xué)第二定律可知，子母環(huán)良好對(duì)位是唯一的穩(wěn)態(tài)。

圖2 不同旋轉(zhuǎn)角度下子母環(huán)對(duì)位情況

圖3 不同對(duì)位狀態(tài)下系統(tǒng)能量隨錯(cuò)位角度變化趨勢(shì)

3 實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證

以新西蘭兔十二指腸側(cè)側(cè)吻合為研究場(chǎng)景，驗(yàn)證等外徑下花瓣?duì)頜CD所形成的吻合口在長(zhǎng)期通暢性方面是否優(yōu)于傳統(tǒng)圓形MCD。

3.1 實(shí)驗(yàn)動(dòng)物

選取正常成年新西蘭大白兔24只，體質(zhì)量控制在2.5～3.0 kg。所有實(shí)驗(yàn)兔均由西安交通大學(xué)實(shí)驗(yàn)動(dòng)物中心提供，在普通動(dòng)物環(huán)境中飼養(yǎng)管理。本實(shí)驗(yàn)由西安交通大學(xué)動(dòng)物倫理委員會(huì)批準(zhǔn)。

3.2 實(shí)驗(yàn)分組

將24只實(shí)驗(yàn)兔隨機(jī)均勻分配至實(shí)驗(yàn)組（采用花瓣?duì)頜CD進(jìn)行吻合，最大外徑7.5 mm）和對(duì)照組（采用傳統(tǒng)圓形MCD進(jìn)行吻合，外徑7.5 mm）。根據(jù)標(biāo)本獲取時(shí)間（術(shù)后30 d和180 d），各組又分別分為2個(gè)亞組，每個(gè)亞組6只動(dòng)物。

3.3 動(dòng)物麻醉與手術(shù)

將3%戊巴比妥鈉（1.0 mL/kg）經(jīng)耳緣靜脈推注麻醉實(shí)驗(yàn)兔后，呈仰臥位固定。正中切口行開腹術(shù)，腹部探查無異常后，采用腸鉗夾閉十二指腸近端，將十二指腸內(nèi)腸液輕柔地排入空腸，而后用腸鉗夾閉十二指腸遠(yuǎn)端。在十二指腸中段處對(duì)系膜緣做7.5 mm切口，從切口置入子母環(huán)，分別送至切口近端和遠(yuǎn)端5 cm左右。子母環(huán)配對(duì)后，實(shí)現(xiàn)十二指腸對(duì)系膜緣的側(cè)側(cè)磁吻合，如圖4（a）、（b）所示。用6-0縫線橫向縫合十二指腸縱切口，并逐層關(guān)腹。術(shù)后立即行X射線腹部檢查，確認(rèn)子母環(huán)是否準(zhǔn)確耦合。

3.4 術(shù)后護(hù)理與標(biāo)本獲取

術(shù)后應(yīng)用青霉素鈉（40萬單位）抗感染，連續(xù)使用5 d。術(shù)后30 d和180 d，過量麻醉分別處死各組中一個(gè)亞組實(shí)驗(yàn)兔。獲取吻合口標(biāo)本，采用ImageJ_v 1.8.0（National Institutes of Health）測(cè)量吻合口大小，并以周長(zhǎng)表示。采用4%多聚甲醛固定并保存標(biāo)本，石蠟包埋、切片后，采用HE和Masson染色。

3.5 統(tǒng)計(jì)學(xué)方法

使用SPSS 23.0軟件（IBM Corporation，Armonk，NY，USA）進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析。滿足正態(tài)分布的連續(xù)變量使用均值±標(biāo)準(zhǔn)差（xˉ±s）表示，統(tǒng)計(jì)檢驗(yàn)選擇Student-t檢驗(yàn)，P＜0.05表示差異具有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義。

3.6 實(shí)驗(yàn)結(jié)果

如圖4（c）所示，2組手術(shù)均順利進(jìn)行，實(shí)驗(yàn)兔術(shù)中出血少，術(shù)后MCD對(duì)位良好。對(duì)照組實(shí)驗(yàn)兔死亡1只，死亡原因不明。

圖4 花瓣?duì)頜CD吻合過程及子母環(huán)配對(duì)情況

各組吻合口大體及鏡下觀如圖5所示，吻合口周長(zhǎng)如圖6所示。術(shù)后30 d和180 d，實(shí)驗(yàn)組吻合口周長(zhǎng)均大于對(duì)照組[30 d：（21.53±1.75）mm vs（16.76±2.63）mm，P=0.001；180 d：（20.87±1.87）mm vs（11.00±1.99）mm，P＜0.001]。對(duì)照組吻合口周長(zhǎng)隨時(shí)間的推移而減??；實(shí)驗(yàn)組吻合口周長(zhǎng)在各時(shí)間點(diǎn)無統(tǒng)計(jì)學(xué)差異，具備長(zhǎng)期穩(wěn)定性。

圖5 吻合口大體及鏡下觀

圖6 術(shù)后30 d和180 d 2組吻合口周長(zhǎng)對(duì)比

4 討論

MCA憑借其原理獨(dú)特的優(yōu)點(diǎn)，術(shù)后吻合口并發(fā)癥的發(fā)生率較傳統(tǒng)術(shù)式有所下降[22-23]。然而，MCA術(shù)后吻合口的長(zhǎng)期通暢性仍難以得到保證，Yamanouchi等[24]、Kamada等[14]和Jang等[25]研究顯示MCA術(shù)后吻合口狹窄發(fā)生率在4.5%～20%之間。

增加MCD尺寸可有效預(yù)防吻合口狹窄，但可導(dǎo)致以下弊端：過大尺寸影響MCD的置入，增加手術(shù)難度，不利于微創(chuàng)操作；較大的MCD可能難以通過消化道狹窄處，導(dǎo)致梗阻。因此，如何利用更小的MCD實(shí)現(xiàn)MCA并保障術(shù)后吻合口長(zhǎng)期通暢至關(guān)重要。本研究將MCD從傳統(tǒng)的圓形[26]改為花瓣?duì)?，在等外徑下將MCD周長(zhǎng)增加了20%。

為避免花瓣?duì)頜CD的子母環(huán)在吻合過程中發(fā)生軸向旋轉(zhuǎn)錯(cuò)位，通過在3D打印的光敏樹脂外殼內(nèi)鑲嵌多個(gè)磁柱提供吻合力。壓榨吻合過程中，6對(duì)磁柱兩兩配對(duì)耦合，實(shí)現(xiàn)了軸向旋轉(zhuǎn)的制動(dòng)。這在有限元分析中得到了論證，當(dāng)子母環(huán)發(fā)生旋轉(zhuǎn)錯(cuò)位時(shí)，每個(gè)磁柱均受軸向力矩，促使MCD自動(dòng)對(duì)位。

與等尺寸傳統(tǒng)圓形MCD的對(duì)照研究結(jié)果顯示，花瓣?duì)頜CD壓榨形成的吻合口周長(zhǎng)較大且長(zhǎng)期穩(wěn)定，并未發(fā)生狹窄。因此，花瓣?duì)頜CD可在一定程度上實(shí)現(xiàn)“小吻合器，大吻合口”，保證縮小MCD尺寸的同時(shí)吻合口長(zhǎng)期通暢，具有很大的臨床應(yīng)用潛力。

本研究的不足在于雖然采用新西蘭大白兔對(duì)花瓣?duì)頜CD實(shí)現(xiàn)吻合口長(zhǎng)期通暢的有效性進(jìn)行了驗(yàn)證，但是應(yīng)用場(chǎng)景單一且缺乏大動(dòng)物驗(yàn)證，后期還需開展相關(guān)臨床研究。