自锁紧式缝合线结构与性能初探

何丽伟，王 璐，Martin W King

（1.西南大学 纺织服装学院，四川 重庆4000175；2.东华大学 纺织学院，上海200051；3.纺织面料技术教育部重点实验室，上海200051；4.North Carolina State University）

自锁紧式缝合线由于其自身的特殊结构，对组织有一定锚定能力，在缝合伤口也不需要打结，且医生操作方便［1］。自锁紧式缝合线也称倒钩缝合线，是将外科手术中使用的普通缝合线，经切割改良制成许多小刺状凸起，从而形成三度空间的缝合线。自锁紧式缝合线倒钩配置能够将缝合组织锚定，防止组织在其倒钩的相反方向移动，并提供足够的组织支持，来维持伤口愈合前所需的强力，从而使伤口在最小残余张力和压力下愈合［2］。因此这种无结设计，避免了由结点引起的重大异体排斥反应，除了在美容领域中的成功应用，也在减少创伤组织中有重大潜力［3，4］。

要求自锁紧式缝合线能有效的锚定组织，并在力学性能方面表现与其一致（例如：由于肌腱的模量高于皮肤组织，肌腱的修复就需要更具刚度的倒钩来锚定肌腱的周围组织［5］）。而缝合线倒钩的几何结构，是影响其生物机械性能的主要因素。本文通过对单齿自锁紧式缝合线的外观观察和握持力测试实验对自锁紧式缝合线的结构与其锚定性能做了一个初探。

1 实验部分

1.1 自锁紧式缝合线的倒钩结构

1.1.1 自锁紧式缝合线材料选择

本实验中以“0”号蓝色聚丙烯单丝制备自锁紧式缝合线，其直径为：0.400±0.001mm，沿长度方向有单倒钩。（单倒钩自锁紧式缝合线由美国北卡大学提供）。

1.1.2 自锁紧式PP医用缝合线结构

本课题我们研究倒钩的几何形态的变化对其性能的影响，单倒钩在剪切角度和剪切深度这两个变量的影响下的性能变化。单向倒钩缝合线样品的剪切原型是用北卡州立大学生物纺织实验室研发的剪切理论如图1所示［5］。

图1 倒钩的剪切原型

由直角三角原理，知道角度和一边长，可以求得另两边长。即知道剪切角度和剪切深度，我们可以推算得倒钩的长度。

1.1.3 自锁紧式缝合线倒钩的几何形态

本课题探究包含了三种不同程度的剪切深度（0.07mm，0.12mm，0.18mm）和三种不同程度的剪切角度（150°，160°，170°）的 PP缝合线试样。完整的九格设计如表1所示。并用显微镜观察。

表1 倒钩缝合线不同几何形态的实验设计

1.2 自锁紧式缝合线在组织中的锚定测定测试

本课题选用成份为木浆纤维、聚酯的①号织物纵向和成份为聚酯的②号织物横向模拟组织。为了研究不同形态的倒钩对组织的锚定效果，设计组织／缝合线拉出实验。组织规格：长度30mm，宽度10mm，厚度1.5～2.0mm。

本实验在YG（B）026H拉伸仪上对不同织物进行单轴拉伸测试。用金属平夹头对织物进行握持，轴向拉伸，拉伸速度：50mm／min，预加张力：0cN，起拉力值：0cN，隔距50mm。

图2 模拟组织＼缝合线拉伸模型［5］

2 实验结果与讨论

2.1 自锁紧式缝合线结构显微镜观察结果

用生物体视显微镜观察验证倒钩缝合线的外观形态如图3所示。所用放大倍数为10X

图3 不同剪切深度，剪切角度的单倒钩缝合线

由生物体视显微镜所拍摄的图片，如图3可明显观察到倒钩随着剪切角度和剪切深度的变化而变化（同时发生外扩现象）：在剪切角度不变剪切深度增加时，倒钩变得粗大；而剪切深度不变剪切角度增加时，倒钩薄而长。显然，倒钩的几何形态不同其倒钩本身的刚度，柔韧性等机械性能都将不同。

2.2 缝合线在组织中的锚定测定与评价

2.2.1 模拟生物组织／自锁紧式缝合线拉出实验

由表2可以看出，自锁紧式缝合线对①号织物的锚定力随着倒钩剪切深度的加深而力值增大。而当剪切深度不变时，倒钩的锚定力并没有随着角度的增加而增加，但160°和170°倒钩的力值明显大于150°倒钩的力值。由此推测150°到160°之间力值随剪切角度增加发生明显变化增加，但160°以后随剪切角度增加，力值变化不明显，甚至有略微下降。

表2 ①号织物纵向组织／缝合线拉出实验平均强力值（cN）

由表3可以看出，自锁紧式缝合线对②号织物的锚定力值也是随着倒钩剪切深度的加深而力值增大。而当剪切深度不变时，150°到160°之间力值随剪切角度增加发生明显变化增加，而160°到170°之间倒钩的力值变化不明显。

表3 ②号织物组织／缝合线拉出实验平均强力值（cN）

由于①号织物纵向比②号织物模量高，对于①号织物纵向当倒钩剪切角度为160°，剪切深度为0.18mm时锚定力值最高。而对于②号织物当倒钩剪切角度为：170°，剪切深度为0.18mm时锚定力值最高。由以上两组实验可以发现，倒钩的剪切深度直接影响缝合线对组织的锚定效果，而剪切角度150°到160°之间锚定效果变化明显，之后随剪切角度变化不明显。

总观两组实验力值，②号织物的所有几何形态下的平均强力值比①号织物高，主要因为②号织物比①织物组织结构更紧密，所以倒钩对②号织物组织的握持更好，锚定效果更佳。

2.2.2 模拟组织／普通缝合线拉出实验

表4中是两种直径的普通缝合线从组织中拉出的实验，明显可以看出普通缝合线对组织的锚定力值远远低于自锁紧式缝合线，力值的产生主要依靠缝合线与组织的摩擦作用。当缝合线直径增大时，接触的表面积增加，摩擦增大，力值也就增加了。又由于普通缝合线外表面平滑，在其拉出的过程中不像自锁紧式缝合线产生明显的峰值（如图4）。自锁紧式缝合线拉出曲线图的峰值都是由于倒钩握持住组织产生的。

表4 非倒钩缝合线不同直径下的组织／缝合线拉出实验

图4 非倒钩缝合线不同直径下的组织＼缝合线拉出曲线

2.3 自锁紧式缝合线对组织锚定性能的分析及倒钩的结构变化

从模拟组织实验中我们可以看到，倒钩的剪切深度对组织的锚定效果的规律十分明显，随着深度增加，锚定效果越好，但剪切角度变化不明显。对照生物体组织＼缝合线拉出实验，在同一剪切深度下，组织的模量不同，不同角度的倒钩对其锚定的效果也不同。但也可能新鲜生物体材料实验重现性较差，因而锚定效果有所差异。

图5为经过组织＼缝合线拉出实验后，9组自锁紧式缝合线倒钩的变形情况。由图中可以看出当剪切角度较小时，倒钩容易发生弯曲而不能握持住组织，随着缝合线的抽离而脱离组织。但当剪切角度增大时，倒钩容易发生撕裂，撕裂沿着剪切线，并平行于单丝轴线与拉出方向相反形成撕裂，知道最后整个倒钩被剥落，而缝合线失去倒钩也将从组织中抽拔出去。而倒钩发生弯曲或者撕裂都是受倒钩刚度的影响，倒钩刚度大易发生撕裂，而刚度小时，易发生弯曲。

图5 经过拉伸后的倒钩形态

由于对缝合线的切割作用，倒钩会不再紧贴着缝合线而发生外扩现象如图6，外扩角为θ，而a点会随着外扩而移动到b点。因剪切深度和剪切角度影响倒钩的外扩成程度，θ角越大外扩越厉害，而倒钩能握持的范围增加。正因为外扩程度的不同，倒钩握持组织时的受力点也将不同，导致握持的力不同，锚定效果发生差异。而针对不同的组织，倒钩握持的组织不同，能握持到的组织多少不同，所受阻力也就不同。当然我们也可以很直观的发现，当剪切深度增加时，倒钩长度增加，能握持到的周围组织也变多。

图6 倒钩的外扩现象

由以上实验我们可以猜测，影响倒钩对周围组织握持能力的主要因素为倒钩的刚度和倒钩的外扩程度。

3 结论

从模拟组织／自锁紧式缝合线拉出实验中，对于同一种组织，当倒钩的剪切角度不变，剪切深度加深时，倒钩对组织的锚定力值增加，握持能力更好。而剪切角度对其组织锚定效果和握持能力影响规律不明显。实验还发现倒钩的组织锚定和握持能力是与周围组织的结构和机械性能相关。当周围组织结构紧密，倒钩的握持效果比周围组织结构稀疏的要好。当周围组织模量不同时，对应能产生最大锚定力值的倒钩几何形态也不同，换句话说就是，不同几何形态的倒钩适用于不同的组织结构。

［1］ 秦冬雨，王文祖.医用缝合线的结构与性能［J］.产业用纺织品，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.