陳環(huán)，王越，董鼎輝，朱皓陽，馬濤，吳榮謙，呂毅

1. 西安交通大學第一附屬醫(yī)院肝膽外科，陜西 西安 710061；2. 西安交通大學第一附屬醫(yī)院精準外科與再生醫(yī)學國家地方聯(lián)合工程研究中心，陜西 西安 710061

引言

作為微創(chuàng)外科的重要組成部分，傳統(tǒng)腹腔鏡技術已基本成熟并廣泛普及。但傳統(tǒng)的腹腔鏡技術需要在腹壁上切3個及以上的切口用以通過攝像照明、牽拉暴露及電凝切割等器械，因此減少切口數(shù)量是目前腹腔鏡技術發(fā)展的一個重要趨勢?；趯p戳卡追求，單孔腹腔鏡技術（Laparo-Endoscopic Single site Surgery，LESS）成為當前微創(chuàng)外科發(fā)展的重要方向[1]。然而，單孔腹腔鏡技術在操作性與微創(chuàng)性兩個方面均存在不足：① 操作方面，所有的操作器械經(jīng)單孔進入腹部，相互干擾，無法形成操作三角[2-3]；② 微創(chuàng)方面，由于多個器械需同時經(jīng)一個戳卡進入腹腔，戳卡的直徑增大，可達30 mm左右，而傳統(tǒng)腔鏡僅5～10 mm。

近年來，基于磁體間無須接觸即可產(chǎn)生相互作用力的非接觸性特點的磁外科（Magnetic Surgery，MS）技術得到迅速發(fā)展。磁錨定技術（Magnetic Anchoring Technique，MAT）是磁外科臨床應用核心技術之一[4-5]，該技術利用磁體與磁體（或磁體與鐵磁性物質(zhì)）之間的磁力，實現(xiàn)錨定磁體（外磁體）對靶磁體（內(nèi)磁體）進行空間定位[6]。將磁錨定技術應用于腔鏡手術中，在腹壁外磁體（錨定磁體）的作用下，腹壁內(nèi)磁體（靶磁體）可對其所連接器械進行腹腔內(nèi)的定位，包括磁錨定牽拉器械[7-11]、磁錨定燒灼器械[12]以及磁錨定視頻器械[13-14]，其中磁錨定牽拉器械應用最為成熟。

然而，以往所研究的磁錨定牽拉器械的靶磁體存在橫截面過小、牽拉力不足及高度過大等缺點，限制了其臨床應用與推廣[15-17]，究其根本原因在于經(jīng)戳卡置入與錨定牽拉兩種狀態(tài)之間的矛盾。為此，我們提出了形狀可變的傘形靶磁鐵的設計方案。

1 設計思路

針對當前磁錨定牽拉器械牽拉力和形狀方面的不足，可變形傘形磁錨定牽拉器械的設計目標為：① 經(jīng)戳卡置入狀態(tài)（斂攏狀態(tài)）下，直徑<10 mm，可通過10 mm傳統(tǒng)腔鏡戳卡；② 錨定工作狀態(tài)（舒展狀態(tài)）下，橫截面大，可以與外磁鐵產(chǎn)生足夠大的磁力，同時對腹壁產(chǎn)生較小的壓強；③ 錨定工作狀態(tài)下，高度小，可以適用于狹小空間的組織牽拉暴露；④ 不干擾其他腔鏡器械。為實現(xiàn)上述目標，在可變形傘形磁錨定牽拉器械的設計過程中進行了針對性處理：① 形態(tài)方面，采用可變形設計，靶磁鐵可在斂攏狀態(tài)和舒展狀態(tài)之間轉(zhuǎn)換，斂攏狀態(tài)橫截面?。ㄖ睆?0 mm）能夠順利經(jīng)戳卡置入腹腔內(nèi)，而舒展狀態(tài)橫截面大（828.5 mm2），根據(jù)磁通量計算公式 ：Φ=∫(B·dS)〗（Φ為磁通量，B為磁通量密度，S為面積），能夠為組織牽拉暴露提供更大的牽拉力；② 大小方面，舒展狀態(tài)靶磁鐵高度可低至4 mm，以滿足狹小空間的應用；③ 材料方面，采用鐵磁性材料，在無外加磁場狀態(tài)下對外不具有磁性，不干擾其他腔鏡器械。

2 基本結構

面向LESS手術應用的可變形傘形磁錨定牽拉暴露器械由傘帽、傘骨和組織夾構成。傘帽主體為直徑10 mm、厚度可調(diào)（根據(jù)牽拉力的需求有不同規(guī)格，如：1.5 mm與10 mm兩個規(guī)格）的圓柱體。傘帽底部正中與固定環(huán)相連，其正中有圓形孔洞。固定環(huán)外徑3 mm，內(nèi)徑2 mm，厚1 mm，用途為：① 通過絲線與組織夾相連；② 傘形磁錨定牽拉器置入腹腔后，通過腹腔鏡器械夾取，對該牽拉器械進行移動、調(diào)整等操作。傘帽底部邊緣有三對轉(zhuǎn)軸底座，轉(zhuǎn)軸底座以120°陣列排布，每對轉(zhuǎn)軸底座高2.5 mm，中心均有直徑1 mm的軸環(huán)。傘骨主體為長50 mm、寬5 mm、厚2 mm的長方體。傘骨一端兩側有一對對稱的軸芯，其與轉(zhuǎn)軸底座形成轉(zhuǎn)軸。組織夾由防磁材料制成，以防止在外磁鐵作用下，其和磁化的傘帽或傘骨相互干擾。

完整的傘形磁錨定牽拉器械由1個傘帽、3個傘骨和1個組織夾裝配而成。通過軸芯與轉(zhuǎn)軸底座組合成轉(zhuǎn)軸，將3個傘骨固定于傘帽的底部。每個傘骨均可通過轉(zhuǎn)軸旋轉(zhuǎn)90°，實現(xiàn)斂攏狀態(tài)和舒展狀態(tài)之間的轉(zhuǎn)換（圖1）。

圖1 可變形傘形磁錨定牽拉暴露器械設計圖

由于靶磁鐵橫截面積較大，傳統(tǒng)磁錨定的錨定磁鐵已不能滿足其需求，為實現(xiàn)傘形磁錨定牽拉器械的功能，還設計相應的錨定磁鐵。較傳統(tǒng)的錨定磁鐵不同，本文中的錨定磁鐵直徑增大至8 cm。

3 工作過程

3.1 斂攏狀態(tài)

斂攏狀態(tài)下，三個傘骨長軸均與傘帽底部平面垂直，整個裝置呈現(xiàn)出直徑10 mm的圓柱形，可以通過10 mm戳卡置入腹腔或盆腔（圖2）。

圖2 可變形傘形磁錨定牽拉暴露器械斂攏狀態(tài)實物圖

3.2 舒展狀態(tài)

在舒展狀態(tài)下，整個裝置呈現(xiàn)出“三叉星”狀，其底面積可達828.5 mm2，從而增加了錨定力和牽拉力，其高度最低可降至4 mm，從而可適用于狹小空間的組織牽拉暴露（圖 3）。

圖3 可變形傘形磁錨定牽拉暴露器械舒展狀態(tài)實物圖

3.3 實施過程

具體實施過程如下：① 將組織夾通過絲線固定于固定環(huán)，絲線長度由不同臨床應用場景決定；② 將裝置的三葉斂攏，經(jīng)戳卡將裝置引入腹腔（或盆腔等）；③ 通過腔鏡器械用組織夾抓取待暴露組織；④ 通過腔鏡器械將裝置的三葉舒展；⑤ 用腔鏡器械抓取裝置固定環(huán)，通過腔鏡器械將舒展狀態(tài)的裝置貼于腹壁目標位置；⑥ 調(diào)整外磁鐵位置使得其與傘形磁錨定牽拉器械通過磁力固定。

4 應用效果

傘形磁錨定牽拉器械試驗樣件，在體外真肝模擬人進行了相關實驗驗證[18]。體外實驗表明：斂攏狀態(tài)下傘形磁錨定牽拉器械可通過10 mm傳統(tǒng)腹腔鏡戳卡進入腹腔內(nèi)。舒展狀態(tài)下在腔鏡器械的操作下，可用傘形磁錨定牽拉器械的組織夾順利夾取目標組織，隨后將舒展狀態(tài)的裝置貼于腹壁目標位置，并用錨定磁鐵定位于腹壁上。到達目標位置后，傘形磁錨定牽拉器械可實現(xiàn)目標組織的穩(wěn)固牽拉，從而實現(xiàn)術野的充分暴露。此時，用腔鏡器械牽拉目標組織提供傘形磁錨定牽拉器械的對抗牽拉力，傘形磁錨定牽拉器械不會脫落。操作結束后，撤去體外錨定磁鐵，將傘形磁錨定牽拉器械的三葉斂攏，可用腔鏡器械經(jīng)戳卡將其取出體外。體外試用結果表明傘形磁錨定牽拉器械能滿足臨床操作（圖4）。

圖4 可變形傘形磁錨定牽拉暴露器械體外應用效果

5 討論

自Park[19]團隊首次對磁錨定腔鏡器械進行探索后，磁錨定技術已應用于多種術式，包括膽囊切除術、腎切除術、胃黏膜切除、減肥手術及婦科手術等[20]?；诖佩^定手術器械在不占用戳卡的條件下即可實現(xiàn)腹腔內(nèi)自由定位的優(yōu)勢，磁錨定技的應用可有效優(yōu)化LESS手術操作[21]。當前LESS手術涉及的三種主要器械：牽拉器械[7-11]、燒灼器械[12]以及視頻器械[13-14]均可通過磁錨定的方式進行腹腔定位。其中，磁錨定牽拉器械的研究最為成熟。

雖然當前的磁錨定牽拉器械能實現(xiàn)組織的抓取、牽拉、暴露，但此類磁錨定牽拉器械尚存在以下不足：① 內(nèi)磁體需經(jīng)戳卡送入腹腔內(nèi)，其大小及形狀均受限（通常直徑為10 mm，形狀為圓柱形），這勢必影響磁路的設計，導致內(nèi)外磁體間磁力不足，內(nèi)磁體可能發(fā)生脫落，影響手術操作的流暢性甚至引起醫(yī)療事故[16-17]；② 由于內(nèi)磁體與腹壁接觸的橫截面小（通常為78.5 mm2）[11,22]，當組織對內(nèi)磁體作用力較小時，剩余的磁力將作用于腹壁，內(nèi)磁體對腹壁產(chǎn)生較大的壓強，造成腹壁損傷；③ 由于內(nèi)磁鐵大小及形狀均受限，為達到較大牽引力，只能通過增加內(nèi)磁體的高度，使得其在狹小的空間內(nèi)（如肝部分切除術肝葉的牽拉）無法對組織進行有效的牽拉。

本研究設計了一種面向LESS手術應用的水平式微型磁錨定腹腔鏡，其具體優(yōu)勢在于：① 傘形磁錨定牽拉器械具有兩種狀態(tài)：斂攏狀態(tài)和舒展狀態(tài)，斂攏狀態(tài)橫截面小能順利通過戳卡置入腹腔，舒展狀態(tài)橫截面大能為組織牽拉暴露提供足夠的牽拉力且不發(fā)生脫落；② 傘形磁錨定牽拉器械舒展狀態(tài)橫截面大，對腹壁壓強小，減少了對腹壁的損傷；③ 傘形磁錨定牽拉器械舒展狀態(tài)高度小，可用于狹小空間內(nèi)的組織牽拉暴露；④ 傘形磁錨定牽拉器械由鐵磁性材料制成，不干擾其他器械的正常工作。該裝置的推廣應用對提高當前LESS手術的微創(chuàng)性及操作性有重要意義。