恒压恒量微创颗粒脂肪注射移植装置的研制

宋 玫， 刘 毅， 汪 诤， 张鲜英， 刘 萍， 王 刚

论 著

恒压恒量微创颗粒脂肪注射移植装置的研制

宋 玫， 刘 毅， 汪 诤， 张鲜英， 刘 萍， 王 刚

目的研制一种恒压恒量微创脂肪注射移植装置，以提高颗粒脂肪移植的成功率。方法采用电动原理，设计适用于脂肪移植的助推装置，该装置设有速度调节和压力保护，从而可以精确地控制脂肪移植的推力与注射量。结果该装置可有效地完成脂肪助推，容量可以精确到0.020～0.033 ml，颗粒均匀，脂肪组织无明显损伤。结论该装置经济实用，操作简便，值得在临床上推广应用。

脂肪颗粒； 脂肪移植； 微创技术； 装置

自体脂肪组织移植已有上百年的历史，与其他各种人工合成材料、异种或异体脂肪相比，由于其具有来源丰富、取材容易、操作简单、填充后外形好、组织相容性好、无排异反应、无过敏反应等优点，在临床上得到了广泛应用，但移植后的脂肪组织容易被吸收，远期成活率低，仍然是脂肪移植中的一大缺憾。自2012年12月至2013年8月，本组着眼于脂肪移植的操作过程，通过改善操作技术，减轻移植过程中对脂肪组织的损伤，从而提高脂肪移植的成活率，研制了恒压恒量微创颗粒脂肪注射移植装置。

1 设计原理

1.1 装置的组成 该装置主要包括控制器和电机部分。控制器包括一个完整的机箱和脚踏板，内含电机驱动器和压力传感器，负责将控制器脉冲信号提供给电机并确保其正常工作，同时可以采集注射过程的实时压力，防止注射压力过大；脚踏板开关便于术中操作。机箱设有触摸显示屏，可对注射量、注射速度、注射推力进行手工设置，并将其实时显示在触摸显示屏上。电机部分为一个手持注射器，可以装入各种型号(1.0、2.5、5.0、10.0和20.0 ml)的注射器，分为不可拆卸部分和可拆卸部分(图1)。

不可拆卸部分由步进电机、丝杠、压力传感器、限位开关构成，并固定在一个机座内(图2)。可拆卸部分包括推缸和固定卡，推缸是一个空心的两端带有螺纹不锈钢管，用来连接机座和固定卡；固定卡总共有5个，可以分别装入不同类型的医用注射器。推缸由壳体、隔离腔、推注腔和密封活塞组成，壳体为圆筒状，内设密封活塞，将腔体分割为隔离腔和推注腔；推注腔前端设注射器固定扣，用于连接注射器；隔离腔后端设后盖，开启后用于放置机动助推装置(图3)。使用时先将机动助推装置置入隔离腔拧紧后盖隔离，再移至手术台通过注射器固定扣将注射器安装于推注腔内。此时，作为可能污染源的机动助推装置完全隔离在无菌罩隔离腔内，开启机动助推装置，即可推动密封活塞向推注腔移动，进而推注注射器完成无菌自动注射。

图1 整体原理图2 电机整体图3 可拆卸部分结构示意(1.壳体；2.隔离腔；3.推注腔；4.密封活塞；5.后盖；6.注射器固定扣；7.动助推装置；8.注射器)

Fig1 Integrated principle.Fig2 Integrated motor.Fig3 Structure schematic diagram of detachable parts (1. cage; 2. isolation cavity; 3. push cavity; 4. Sealing piston; 5. back cover; 6. syringe fixing buckle; 7. booster device; 8. syringe).

1.2 运行原理 该装置以步进电机为动力源，经PLC控制推进操作系统做直线运动。工作时，控制器发出控制脉冲，通过电机驱动部分使步进电机旋转，步进电机带动丝杆，将旋转运动转换为直线运动，推动注射器的针栓进行注射，推进速度可以通过触摸屏自行设定、调节，从而调整单位时间内拟注射的量。同时还可通过触摸屏显示的实时数据来保障在速率调节范围内的输入、注射精度及可靠性(图4)。

2 装置的体外应用

采用20 ml和1 ml注射器，设定速度为0.1 ml/s，推力分别为60 N和20 N，脂肪颗粒推注流畅，颗粒细致均匀(图5)。脂肪体积可精确控制到1/30～1/50 ml。采用肌酸激酶法对推注前后的脂肪颗粒行活力测定，压力为20 N时，注射前活力为(72.20±1.18)%，注射后活力为(71.63±1.23)%；压力为60 N时，注射前活力为(73.06±1.34)%，注射后活力为(73.40±1.47)%。结果显示，脂肪组织活力差异无统计学意义(P>0.05)。

图4 整体实物 a.控制器触摸屏及脚踏开关 b.助推器及不同型号的注射器固定扣图5 体外脂肪颗粒推注流畅均匀

Fig4 Integrated physical map of device. a. touch screen and foot switch of control device. b. booster and fixing button of different types syringe.Fig5 Smooth and even injection of fat granule in vitro.

3 病理学检查

分别取推注前后的脂肪颗粒5 ml，经10%中性甲醛固定48 h，脱水、浸透、石蜡包埋，HE染色，光镜下见推注前后脂肪细胞形态正常，细胞壁完整，呈大片的蜂窝状结构(图6)。

图6 推注前后脂肪颗粒形态 a.推注前 b.推注后

Fig6 Normal morphology of the fat granule before and after injections. a. before injection. b. after injection.

4 讨论

自体颗粒脂肪移植作为一种微创的自体组织填充技术，在面部美容填充以及隆乳方面已经引起人们极大关注。而能证明其安全性、有效性的确凿证据仍然是该项技术是否能够更为广泛应用的前提条件和瓶颈问题[1]。移植的层次和解剖部位与组织成活率关系密切，在考虑到移植部位的立体支架结构后，还必须从脂肪移植的精细技术方法、精细移植工具等方面作出科学地比较。目前，临床上普遍采用的是多层次、多隧道式注射[2-3]。这种方法的缺点是注射过程中较易发生“卡壳”现象，克服这种现象的唯一措施是增加注射的力量，而高压注射极易造成脂肪细胞的损伤，进而影响移植脂肪的存活率[4]。此外，高压注射也可造成脂肪组织分布不均匀或使针头与针管之间的卡口突然分离，注射针管内的脂肪颗粒混悬液受高压推挤而喷溢，影响脂肪移植的供量。随着精微自体脂肪移植观念的提出[5-7],脂肪移植的器械不断革新[8-12]。Fulton和Parastouk[13]将注射器连接在带有刻度的脂肪移植枪上，每扣动一次扳机注射器就往前推一格，每一格是0.1 cc，虽然准确，但注射量还是太多；Yoshimura等[14]将注射器与注射针分离，由1位医师专门负责推注射器，而另1位医师控制注射针的移动，这样就可以达到恒力、恒压推注的目的。韩国的Lipokit是脂肪离心与注射的一体机，采用专用注射器通过活塞手动助推。Hetherington和Block[15]发明脂肪注射控制装置，通过电机带动系列变速齿轮，从而精确控制注射速度和注射量。在此基础上，我们研制了恒压恒量微创脂肪移植装置，该装置采用电动驱动，具有多个型号注射器的配置，可以兼顾微量及大量的脂肪注射之需，同时可以达到恒压、恒量控制。

恒压控制：注射压力借助测力传感器测定，直接显示在显示屏上。注射前在触摸显示屏中输入设定压力，注射过程中当压力大于设定压力值时，设备会停止运行并报警，从而达到压力控制。

容量控制：在临床实际操作中应用的容量单位为ml，显示屏输入的速度单位为ml/s，而在PLC内部由脉冲数计算速度，所以需要将输入的速度值转换为脉冲数输入到PLC程序中。根据电机每转所需脉冲数与丝杠的导程可以在理论上计算出完成拟定移植量所需的脉冲数，从而可以计算出移植1 ml所需的脉冲数，最后将其转换为显示屏中的输入速度。PLC抗干扰能力很强，能够保持程序的稳定运行，从而在速度设定的情况下能够保持恒量注射。

装置的优点：注射压力和注射容量可控；对组织损伤轻微；兼顾各种容量的注射器，可满足面部精细移植和胸部大量移植；设备简便，可独立完成。

我们研制的脂肪注射移植装置，能提升手术效果，减少手术创伤，但还需要在进一步的临床实际应用中不断改良创新，以实现更好更完美的终极目标。

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Developmentofthedeviceofmini-invasivefatgranulesinjectionunderconstantpressureandquantity

SONGMei,LIUYi,WANGZheng,etal.

(DepartmentofBurnsandPlasticSurgery,LanzhouGeneralHospital,LanzhouCommandofPLA,Lanzhou730050,China)

ObjectiveTo develop a device of mini-invasive fat granules injection under constant pressure and quantity in order to improve the success rate of fat granules transplantation.MethodsThe dynamoelectric principle was adopted to design a booster device which was suitable for fat transplantation and the device was equipped with speed regulation and pressure protection to accurately control the amount of fat granules and the injection pressure.ResultsThe device can effectively work as a fat booster. The injection volume can accurate to 0.020-0.033 ml with uniform fat granules and without obvious injure of adipose tissue.ConclusionThe device is economical, practical and easy to operate and it is worthy of popularizing in clinical.

Fat granules; Fat graft; Mini-invasive technique; Device

全军十二五重点课题资助项目(BWS11C061)

730050 甘肃 兰州，兰州军区兰州总医院 全军烧伤整形外科中心(宋 玫，刘 毅，张鲜英，刘 萍，王 刚)；兰州理工大学(汪 诤)

宋 玫(1974-)，女，湖北武汉人，副主任医师，博士.

刘 毅，730050，兰州军区兰州总医院 全军烧伤整形外科中心，电子信箱：1iuyi196402@163.com

10.3969/j.issn.1673-7040.2014.07.008

R622.9

A

1673-7040(2014)07-0405-03

2014-03-11)