何麗偉，王 璐，Martin W King

（1.西南大學(xué) 紡織服裝學(xué)院，四川 重慶4000175；2.東華大學(xué) 紡織學(xué)院，上海200051；3.紡織面料技術(shù)教育部重點實驗室，上海200051；4.North Carolina State University）

自鎖緊式縫合線由于其自身的特殊結(jié)構(gòu)，對組織有一定錨定能力，在縫合傷口也不需要打結(jié)，且醫(yī)生操作方便［1］。自鎖緊式縫合線也稱倒鉤縫合線，是將外科手術(shù)中使用的普通縫合線，經(jīng)切割改良制成許多小刺狀凸起，從而形成三度空間的縫合線。自鎖緊式縫合線倒鉤配置能夠?qū)⒖p合組織錨定，防止組織在其倒鉤的相反方向移動，并提供足夠的組織支持，來維持傷口愈合前所需的強(qiáng)力，從而使傷口在最小殘余張力和壓力下愈合［2］。因此這種無結(jié)設(shè)計，避免了由結(jié)點引起的重大異體排斥反應(yīng)，除了在美容領(lǐng)域中的成功應(yīng)用，也在減少創(chuàng)傷組織中有重大潛力［3，4］。

要求自鎖緊式縫合線能有效的錨定組織，并在力學(xué)性能方面表現(xiàn)與其一致（例如：由于肌腱的模量高于皮膚組織，肌腱的修復(fù)就需要更具剛度的倒鉤來錨定肌腱的周圍組織［5］）。而縫合線倒鉤的幾何結(jié)構(gòu)，是影響其生物機(jī)械性能的主要因素。本文通過對單齒自鎖緊式縫合線的外觀觀察和握持力測試實驗對自鎖緊式縫合線的結(jié)構(gòu)與其錨定性能做了一個初探。

1 實驗部分

1.1 自鎖緊式縫合線的倒鉤結(jié)構(gòu)

1.1.1 自鎖緊式縫合線材料選擇

本實驗中以“0”號藍(lán)色聚丙烯單絲制備自鎖緊式縫合線，其直徑為：0.400±0.001mm，沿長度方向有單倒鉤。（單倒鉤自鎖緊式縫合線由美國北卡大學(xué)提供）。

1.1.2 自鎖緊式PP醫(yī)用縫合線結(jié)構(gòu)

本課題我們研究倒鉤的幾何形態(tài)的變化對其性能的影響，單倒鉤在剪切角度和剪切深度這兩個變量的影響下的性能變化。單向倒鉤縫合線樣品的剪切原型是用北卡州立大學(xué)生物紡織實驗室研發(fā)的剪切理論如圖1所示［5］。

圖1 倒鉤的剪切原型

由直角三角原理，知道角度和一邊長，可以求得另兩邊長。即知道剪切角度和剪切深度，我們可以推算得倒鉤的長度。

1.1.3 自鎖緊式縫合線倒鉤的幾何形態(tài)

本課題探究包含了三種不同程度的剪切深度（0.07mm，0.12mm，0.18mm）和三種不同程度的剪切角度（150°，160°，170°）的 PP縫合線試樣。完整的九格設(shè)計如表1所示。并用顯微鏡觀察。

表1 倒鉤縫合線不同幾何形態(tài)的實驗設(shè)計

1.2 自鎖緊式縫合線在組織中的錨定測定測試

本課題選用成份為木漿纖維、聚酯的①號織物縱向和成份為聚酯的②號織物橫向模擬組織。為了研究不同形態(tài)的倒鉤對組織的錨定效果，設(shè)計組織／縫合線拉出實驗。組織規(guī)格：長度30mm，寬度10mm，厚度1.5～2.0mm。

本實驗在YG（B）026H拉伸儀上對不同織物進(jìn)行單軸拉伸測試。用金屬平夾頭對織物進(jìn)行握持，軸向拉伸，拉伸速度：50mm／min，預(yù)加張力：0cN，起拉力值：0cN，隔距50mm。

圖2 模擬組織＼縫合線拉伸模型［5］

2 實驗結(jié)果與討論

2.1 自鎖緊式縫合線結(jié)構(gòu)顯微鏡觀察結(jié)果

用生物體視顯微鏡觀察驗證倒鉤縫合線的外觀形態(tài)如圖3所示。所用放大倍數(shù)為10X

圖3 不同剪切深度，剪切角度的單倒鉤縫合線

由生物體視顯微鏡所拍攝的圖片，如圖3可明顯觀察到倒鉤隨著剪切角度和剪切深度的變化而變化（同時發(fā)生外擴(kuò)現(xiàn)象）：在剪切角度不變剪切深度增加時，倒鉤變得粗大；而剪切深度不變剪切角度增加時，倒鉤薄而長。顯然，倒鉤的幾何形態(tài)不同其倒鉤本身的剛度，柔韌性等機(jī)械性能都將不同。

2.2 縫合線在組織中的錨定測定與評價

2.2.1 模擬生物組織／自鎖緊式縫合線拉出實驗

由表2可以看出，自鎖緊式縫合線對①號織物的錨定力隨著倒鉤剪切深度的加深而力值增大。而當(dāng)剪切深度不變時，倒鉤的錨定力并沒有隨著角度的增加而增加，但160°和170°倒鉤的力值明顯大于150°倒鉤的力值。由此推測150°到160°之間力值隨剪切角度增加發(fā)生明顯變化增加，但160°以后隨剪切角度增加，力值變化不明顯，甚至有略微下降。

表2 ①號織物縱向組織／縫合線拉出實驗平均強(qiáng)力值（cN）

由表3可以看出，自鎖緊式縫合線對②號織物的錨定力值也是隨著倒鉤剪切深度的加深而力值增大。而當(dāng)剪切深度不變時，150°到160°之間力值隨剪切角度增加發(fā)生明顯變化增加，而160°到170°之間倒鉤的力值變化不明顯。

表3 ②號織物組織／縫合線拉出實驗平均強(qiáng)力值（cN）

由于①號織物縱向比②號織物模量高，對于①號織物縱向當(dāng)?shù)广^剪切角度為160°，剪切深度為0.18mm時錨定力值最高。而對于②號織物當(dāng)?shù)广^剪切角度為：170°，剪切深度為0.18mm時錨定力值最高。由以上兩組實驗可以發(fā)現(xiàn)，倒鉤的剪切深度直接影響縫合線對組織的錨定效果，而剪切角度150°到160°之間錨定效果變化明顯，之后隨剪切角度變化不明顯。

總觀兩組實驗力值，②號織物的所有幾何形態(tài)下的平均強(qiáng)力值比①號織物高，主要因為②號織物比①織物組織結(jié)構(gòu)更緊密，所以倒鉤對②號織物組織的握持更好，錨定效果更佳。

2.2.2 模擬組織／普通縫合線拉出實驗

表4中是兩種直徑的普通縫合線從組織中拉出的實驗，明顯可以看出普通縫合線對組織的錨定力值遠(yuǎn)遠(yuǎn)低于自鎖緊式縫合線，力值的產(chǎn)生主要依靠縫合線與組織的摩擦作用。當(dāng)縫合線直徑增大時，接觸的表面積增加，摩擦增大，力值也就增加了。又由于普通縫合線外表面平滑，在其拉出的過程中不像自鎖緊式縫合線產(chǎn)生明顯的峰值（如圖4）。自鎖緊式縫合線拉出曲線圖的峰值都是由于倒鉤握持住組織產(chǎn)生的。

表4 非倒鉤縫合線不同直徑下的組織／縫合線拉出實驗

圖4 非倒鉤縫合線不同直徑下的組織＼縫合線拉出曲線

2.3 自鎖緊式縫合線對組織錨定性能的分析及倒鉤的結(jié)構(gòu)變化

從模擬組織實驗中我們可以看到，倒鉤的剪切深度對組織的錨定效果的規(guī)律十分明顯，隨著深度增加，錨定效果越好，但剪切角度變化不明顯。對照生物體組織＼縫合線拉出實驗，在同一剪切深度下，組織的模量不同，不同角度的倒鉤對其錨定的效果也不同。但也可能新鮮生物體材料實驗重現(xiàn)性較差，因而錨定效果有所差異。

圖5為經(jīng)過組織＼縫合線拉出實驗后，9組自鎖緊式縫合線倒鉤的變形情況。由圖中可以看出當(dāng)剪切角度較小時，倒鉤容易發(fā)生彎曲而不能握持住組織，隨著縫合線的抽離而脫離組織。但當(dāng)剪切角度增大時，倒鉤容易發(fā)生撕裂，撕裂沿著剪切線，并平行于單絲軸線與拉出方向相反形成撕裂，知道最后整個倒鉤被剝落，而縫合線失去倒鉤也將從組織中抽拔出去。而倒鉤發(fā)生彎曲或者撕裂都是受倒鉤剛度的影響，倒鉤剛度大易發(fā)生撕裂，而剛度小時，易發(fā)生彎曲。

圖5 經(jīng)過拉伸后的倒鉤形態(tài)

由于對縫合線的切割作用，倒鉤會不再緊貼著縫合線而發(fā)生外擴(kuò)現(xiàn)象如圖6，外擴(kuò)角為θ，而a點會隨著外擴(kuò)而移動到b點。因剪切深度和剪切角度影響倒鉤的外擴(kuò)成程度，θ角越大外擴(kuò)越厲害，而倒鉤能握持的范圍增加。正因為外擴(kuò)程度的不同，倒鉤握持組織時的受力點也將不同，導(dǎo)致握持的力不同，錨定效果發(fā)生差異。而針對不同的組織，倒鉤握持的組織不同，能握持到的組織多少不同，所受阻力也就不同。當(dāng)然我們也可以很直觀的發(fā)現(xiàn)，當(dāng)剪切深度增加時，倒鉤長度增加，能握持到的周圍組織也變多。

圖6 倒鉤的外擴(kuò)現(xiàn)象

由以上實驗我們可以猜測，影響倒鉤對周圍組織握持能力的主要因素為倒鉤的剛度和倒鉤的外擴(kuò)程度。

3 結(jié)論

從模擬組織／自鎖緊式縫合線拉出實驗中，對于同一種組織，當(dāng)?shù)广^的剪切角度不變，剪切深度加深時，倒鉤對組織的錨定力值增加，握持能力更好。而剪切角度對其組織錨定效果和握持能力影響規(guī)律不明顯。實驗還發(fā)現(xiàn)倒鉤的組織錨定和握持能力是與周圍組織的結(jié)構(gòu)和機(jī)械性能相關(guān)。當(dāng)周圍組織結(jié)構(gòu)緊密，倒鉤的握持效果比周圍組織結(jié)構(gòu)稀疏的要好。當(dāng)周圍組織模量不同時，對應(yīng)能產(chǎn)生最大錨定力值的倒鉤幾何形態(tài)也不同，換句話說就是，不同幾何形態(tài)的倒鉤適用于不同的組織結(jié)構(gòu)。

［1］ 秦冬雨，王文祖.醫(yī)用縫合線的結(jié)構(gòu)與性能［J］.產(chǎn)業(yè)用紡織品，2001，19（10）：16-19.

［2］ Eric L.Smith，Steven T.DiSegna，Pinak Y et al.Barbed Versus Traditional Sutures：Closure Time，Cost，and Wound Related Outcomes in Total Joint Arthroplasty［J］.Arthroplasty，2014，29（2）：283-287.

［3］ Gregory Ruff.Technique and Uses for Absorbable Barbed Sutures［J］.Aesrhetic Surgery Jounal，2006，26（5）：620-628..

［4］ Sebastian V Demyttenaere，Peter Nau，Matthew Henn，Catherine Beck，et al.Barbed Suture for Gastrointestinal Closure：A Randomized Control Trial［J］.Surg Innov 2009，16（3）：237-242.

［5］ N.P.Ingle，M.W.King.Optimizing the tissue anchoring performance of barbed sutures in skin and tendon tissues［J］.Journal of Biomechanics.2009，43（2）：302-309.