張苗苗，張涵芷，牟星宜，徐庶欽，雷鳳萍，李恒，常凱曦，呂毅，史愛(ài)華，嚴(yán)小鵬△

(1.西安交通大學(xué)第一附屬醫(yī)院肝膽外科,西安 710061；2.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)合工程研究中心,西安 710061；3. 西安交通大學(xué)啟德書(shū)院,西安 710061；4. 西安交通大學(xué)宗濂書(shū)院,西安 710061)

1 引 言

內(nèi)鏡黏膜下剝離術(shù)(endoscopic submucosal dissection, ESD)治療消化道早癌因創(chuàng)傷小、治療效果確切，已成為消化道早癌的首選治療方案[1]。雖然ESD治療消化道早癌優(yōu)勢(shì)明顯，但對(duì)操作者的技術(shù)水平要求高，學(xué)習(xí)曲線長(zhǎng)，術(shù)中、術(shù)后可能會(huì)出現(xiàn)穿孔、出血、食管狹窄等并發(fā)癥，因此在基層醫(yī)院難以推廣[2]。常規(guī)ESD操作時(shí)，通過(guò)在黏膜下注射腎上腺素生理鹽水混合液、甘油果糖、水凝膠、玻璃酸鈉等液體來(lái)抬高病灶，并在黏膜下層與深層組織之間形成一個(gè)間隙，以利于鏡下操作[3]。目前，臨床常規(guī)使用的消化內(nèi)窺鏡一般只有一個(gè)鉗道，在ESD操作時(shí)，常常缺乏“第三只手”幫助牽拉病變黏膜，顯露剝離面術(shù)野，這也是造成穿孔、出血等并發(fā)癥的重要原因之一。為改善ESD下操作術(shù)野的顯露，并為剝離操作提供一定的組織張力，一些消化內(nèi)鏡醫(yī)生提出了諸如S-O夾牽引法[4]、橡皮筋牽引法[5]、組織夾輔助牽拉法[6]、經(jīng)皮穿刺牽引法[7]等輔助牽拉方法，一定程度上改善了術(shù)者的ESD操作體驗(yàn)。

磁錨定技術(shù)(magnetic anchor technique, MAT)是利用磁體與磁體，或磁體與順磁性物質(zhì)之間的磁場(chǎng)吸引力，使錨定磁體對(duì)靶磁體進(jìn)行非接觸性空間錨定的技術(shù)[8-9]。MAT可用于腔鏡手術(shù)中組織牽拉，如胸腔鏡肺葉切除[10-11]、肺結(jié)節(jié)定位[12]、腹腔鏡膽囊切除[13-15]、腹腔鏡闌尾切除[16]、腹腔鏡子宮切除[17]、腹腔鏡附件切除[18]、腹腔鏡結(jié)直腸切除[19]等，以減少戳孔數(shù)量。MAT也可用于內(nèi)鏡下消化道黏膜剝離[20-21]和膀胱黏膜剝離術(shù)[22]。在上述MAT中，靶磁體均采用了固態(tài)磁體的設(shè)計(jì)方案。而磁流體作為新型磁性材料，同時(shí)具備液體和磁體特性，已有將其用于磁導(dǎo)航空腸營(yíng)養(yǎng)管設(shè)計(jì)的報(bào)道[23]。本研究利用微米級(jí)Fe3O4顆粒與海藻酸鈉和鈣劑制備磁性水凝膠，并在離體的動(dòng)物食管和胃黏膜上進(jìn)行了模擬ESD操作。

2 設(shè)計(jì)原理

磁性水凝膠輔助ESD與之前研究報(bào)道的磁錨定技術(shù)輔助ESD均是基于磁錨定技術(shù)的基本原理，其區(qū)別在于用磁性水凝膠作為靶磁體替代了原來(lái)的圓柱狀磁體。操作上采用直接注射磁性水凝膠，免除靶磁體與病變黏膜鉗夾固定的過(guò)程?；臼中g(shù)過(guò)程見(jiàn)圖1。

圖1 基于MAT的磁性水凝膠輔助ESD術(shù)[2]

3 磁性水凝膠及錨定磁體

3.1 磁性水凝膠

磁性水凝膠由磁溶液和鈣劑混合后發(fā)生凝膠化反應(yīng)后形成。磁溶液由粒徑范圍5～20 μm的Fe3O4顆粒(CAS：1317-61-9上海阿拉丁生化科技股份有限公司)與2.5%的海藻酸鈉溶液(CAS：9005-38-3上海阿拉丁生化科技股份有限公司)按質(zhì)量體積比為1 g:1 mL均勻組成，使用前振蕩混勻。用1%的葡萄糖酸鈣注射液作為鈣離子的提供者。磁溶液與鈣劑接觸后迅速發(fā)生化學(xué)反應(yīng)形成凝膠狀態(tài)，因此,在使用時(shí)采用同軸雙通道注射裝置同時(shí)勻速注射磁溶液與鈣劑。圖2為磁溶液添加鈣劑前后的狀態(tài)對(duì)比情況，圖2(a)左側(cè)為磁溶液，右側(cè)為添加鈣劑后的磁溶液，由圖2(b)可知，傾斜塑料板后左側(cè)磁溶液仍為流體狀態(tài)，右側(cè)添加鈣劑的磁溶液已成為磁性水凝膠，呈非流體狀態(tài)。所形成磁性水凝膠的最大吸水量為2.79 g，吸水前后狀態(tài)見(jiàn)圖3。另外，同樣體積的磁溶液與不同量的葡萄糖酸鈣反應(yīng)所形成的水凝膠的狀態(tài)不同，在1 mL的磁溶液中分別加入0.5、1、1.5、2 mL的葡萄糖酸鈣后，磁性水凝膠的狀態(tài)見(jiàn)圖4，可見(jiàn)加入1 mL葡萄糖酸鈣溶液時(shí)，磁溶液與葡萄糖酸鈣已完全反應(yīng)形成磁性水凝膠。

圖2 磁溶液添加鈣劑后的狀態(tài)變化

圖3 磁性水凝膠的吸水量測(cè)試

圖4 不同體積的葡萄糖酸鈣溶液與1mL磁溶液形成磁性水凝膠的情況

3.2 錨定磁體

錨定磁體為圓柱體結(jié)構(gòu)，采用N45燒結(jié)型釹鐵硼材料加工而成，磁體直徑50 mm，高140 mm，表面電鍍鎳，軸向飽和充磁，磁體外套薄厚5 mm的U形塑料外殼。錨定磁體表面場(chǎng)強(qiáng)6 500 GS。

4 磁力學(xué)性能測(cè)試

在5 mL離心管中分別裝入1、2、3 mL的磁溶液，將其水平固定于電子萬(wàn)能試驗(yàn)機(jī)(UTM6202，深圳三思縱橫科技股份有限公司)的上方夾具上。將錨定磁體固定于下方夾具上，分別測(cè)量三種體積的磁溶液在0～10 cm距離之間的磁力曲線。以F磁力(N)為縱坐標(biāo)，以位移l(mm)為橫坐標(biāo)，可分別繪制三條磁力-位移曲線，見(jiàn)圖5。

圖5 磁力學(xué)性能測(cè)試

5 離體模擬實(shí)驗(yàn)

切取一片離體新鮮豬胃壁標(biāo)本，利用同軸雙通注射裝置向擬切除的胃黏膜注射適量自行制備的磁溶液及鈣劑，然后將錨定磁體靠近標(biāo)本，可見(jiàn)胃黏膜中的磁性水凝膠被錨定磁體吸起，剝離一側(cè)黏膜可見(jiàn)在錨定磁體的吸引下，黏膜剝離面顯露清晰并維持足夠的張力，見(jiàn)圖6(a)—(c)。胃黏膜剝離在磁性水凝膠和錨定磁體的配合下順利完成，見(jiàn)圖6(d)—(e)。

圖6 離體模擬磁性水凝膠輔助下ESD過(guò)程

6 討論

對(duì)病變黏膜進(jìn)行靈活牽拉是改善ESD操作體驗(yàn)的核心，也是降低出血、穿孔等并發(fā)癥的關(guān)鍵?，F(xiàn)有技術(shù)從不同程度上改善了ESD操作的靈活性，但大部分方法較為繁瑣，并且需要特殊的牽拉輔助裝置，而這些牽拉輔助裝置大多為研究者自行設(shè)計(jì)制作，還未形成產(chǎn)品化，難以大范圍推廣應(yīng)用。另一些專門為ESD操作設(shè)計(jì)研發(fā)的內(nèi)窺鏡操作設(shè)備，如MASTER系統(tǒng)[24]、靈活內(nèi)鏡手術(shù)平臺(tái)[25]、雙通道內(nèi)鏡系統(tǒng)[26]等尚處于研發(fā)試用階段。

該研究基于磁錨定技術(shù)原理，通過(guò)在黏膜下注射磁性水凝膠，實(shí)現(xiàn)ESD操作時(shí)對(duì)黏膜的牽拉，具有以下優(yōu)點(diǎn)：借助海藻酸鈉和鈣劑之間的快速化學(xué)反應(yīng)實(shí)現(xiàn)磁溶液的凝膠化，通過(guò)同軸雙通道注射裝置同時(shí)注射磁溶液和鈣劑，可避免在注射磁溶液后磁溶液在組織間隙，甚至微血管內(nèi)彌散；磁性水凝膠與錨定磁體之間的磁場(chǎng)力可為待剝離的黏膜提供足夠的牽拉力和手術(shù)視野；磁性水凝膠制備工藝簡(jiǎn)單，海藻酸鈉組織相容性好；操作簡(jiǎn)單，黏膜下注射磁性水凝膠后，只需體外放置錨定磁體即可通過(guò)調(diào)整錨定磁體的位置靈活改變黏膜的牽拉方向。

基于磁錨定技術(shù)的磁性水凝膠輔助ESD操作簡(jiǎn)單，黏膜牽拉效果良好，剝離面術(shù)野暴露充分，且能夠提供一定的組織張力，可極大地改善ESD操作體驗(yàn)。通過(guò)進(jìn)一步優(yōu)化磁性水凝膠的制備工藝和組份配比，在活體動(dòng)物進(jìn)行安全性驗(yàn)證后，該技術(shù)有望在臨床推廣。