磁锚定技术辅助经尿道膀胱肿瘤内镜下黏膜剥离术的实验研究

高慧敏，马逸远，李露新，苗 蕾，周艳琳，马 锋，吕 毅1，，白纪刚1，*，严小鹏1，*

（1.西安交通大学第一附属医院肝胆外科，西安710061；2.西安交通大学第一附属医院精准外科与再生医学国家地方联合工程研究中心，西安710061；3.西安交通大学启德书院，西安710061；4.西安交通大学宗廉书院，西安710061）

0 引言

膀胱癌是泌尿系统常见恶性肿瘤，文献显示2014 年我国膀胱癌新发病例约7.81 万例，发病率为5.71/10 万，占全部恶性肿瘤新发病例的2.05%，位居全部恶性肿瘤新发病例的第13 位；2014 年全国膀胱癌死亡病例3.21 万例，占全部恶性肿瘤死亡病例的1.40%，位居全部恶性肿瘤死亡病例的第12 位[1]。膀胱癌分为非肌层浸润性膀胱癌（non-muscle invaive bladder cancer，NMIBC）和肌层浸润性膀胱癌（muscle invasive bladder cancer，MIBC），70%以上患者初诊断时为NMIBC[2]。经尿道膀胱肿瘤切除术（transurethral resection of bladder tumor，TURBT）是NMIBC 的首选治疗方法，适用于低分化、直径＜2 cm 的Ta 期与T1期肿瘤[3]。但是，TRUBT 也有着术中肿瘤碎块化不符合无瘤原则、肿瘤残余率高等诸多问题，因此，近些年以“en-bloc resection of bladder tumor”（膀胱肿瘤整块切除）为主的整块切除方案得到普遍认可和快速发展，有取代TURBT 成为治疗NMIBC 的新标准的趋势[4-6]。

整块切除符合“Halsted 原则”，在消化道早癌的治疗中，内镜下黏膜剥离术（endoscopic submucosal dissection，ESD）被广泛用于消化道早癌的治疗，可获得与外科手术相似的治疗效果[7]。NMIBC 的膀胱镜下治疗与消化道早癌的ESD 手术有相似之处，因此有学者提出了经尿道膀胱肿瘤内镜下黏膜剥离术（bladder tumor endoscopic submucosal dissection，BTESD），并进行了动物实验和临床研究，取得了较好的效果[8-10]。膀胱肿瘤整块切除可显著提高疗效，但是也增加了手术操作难度，尤其是当肿瘤面积较大时，黏膜剥离面无法充分显露，成为BT-ESD 操作的瓶颈。为此，本研究提出将磁锚定技术（magnetic anchor technique，MAT）用于辅助BT-ESD 操作，设计相应磁体，通过离体膀胱验证其可行性。

1 材料与方法

1.1 材料

电子胃镜系统（西安西川医疗器械有限公司）、软组织夹（南京微创医疗器械有限公司）。离体猪膀胱4 个。该实验符合实验动物伦理要求，经西安交通大学动物实验伦理委员会批准（批准号No.XJTULAC 2019-1005）。

1.2 磁锚定装置设计

用于BT-ESD 的磁锚定装置包括两部分：靶磁体和锚定磁体。锚定磁体和靶磁体采用N45 烧结钕铁硼永磁材料，委托陕西金山电气有限责任公司加工。靶磁体包括圆柱体磁核和不锈钢壳两部分，不锈钢壳为U 形，壁厚0.5 mm，壳一端带有尾挂结构，圆柱体磁核可紧配装入U 形不锈钢壳内。靶磁体外径4.5 mm、高5.5 mm，磁核及不锈钢壳均采用真空溅射氮化钛镀层，磁体轴向饱和充磁，表面场强3 200 Gs（1 Gs=10-4T），质量0.621 g。锚定磁体为直径50 mm、长140 mm 的圆柱形磁体，表面电镀镍，轴向饱和充磁，表面场强6 500 Gs，磁体外套有U 形塑料壳，塑料壳厚度为5 mm。锚定磁体及靶磁体如图1 所示。

图1 磁锚定装置

1.3 实验方法

检查膀胱完整性，丝线结扎2 个输尿管口，经尿道进胃镜并注入气体适度膨胀膀胱，观察膀胱黏膜情况，设定病变部位后退出胃镜。经胃镜活检孔送入软组织夹，使其头端自胃镜前端伸出，用丝线将靶磁体妥善固定于软组织夹头端，借助胃镜及软组织夹将靶磁体经尿道送入膀胱内，经胃镜注入气体，使膀胱适度膨胀，张开软组织夹，钳夹于拟剥离的膀胱黏膜边缘，释放软组织夹头端，退出软组织夹控制部分，此时靶磁体和软组织夹被留置在膀胱病变黏膜上。在膀胱外放置锚定磁体，锚定磁体即可吸引靶磁体，从而牵拉夹持部位的膀胱黏膜。调整锚定磁体的位置，可改变锚定磁体对靶磁体的牵拉方向和牵拉力。具体操作步骤如图2、3 所示。

2 结果

整个操作过程顺利，未出现靶磁体脱落等意外事件。锚定磁体逐步靠近膀胱，可见靶磁体被吸起，克服重力并牵拉膀胱黏膜，调整锚定磁体位置可改变靶磁体对膀胱黏膜的牵拉方向。整个操作过程中靶磁体留置顺利，未出现滑脱、意外相吸等现象，在锚定牵拉过程中无黏膜撕伤，软组织夹钳夹牢靠，未出现滑脱意外。在4 个离体膀胱上均成功整块切除了病灶处膀胱黏膜，如图4 所示。

图2 膀胱内留置靶磁体过程

图3 磁锚定技术辅助内镜下膀胱黏膜牵拉状态

3 讨论

磁外科（magnetic surgery，MS）是利用磁性材料间特殊的“非接触性”磁场力，通过专门设计的磁性装置来完成医学诊疗过程中的吻合、牵引、导航、驱动、扩张、示踪功能的新兴交叉学科。磁外科始于20 世纪70 年代末，经历了实验验证阶段、自由探索阶段后，现已进入学科建设阶段[11]。磁外科作为一门交叉学科，以临床医学问题为核心，涵盖材料学、磁学、生物力学、机械工程等诸多学科。经过40 多年的发展，磁外科已形成了以磁压榨技术、磁锚定技术、磁导航技术、磁示踪技术、磁悬浮技术、磁驱动技术为核心的临床应用体系[11]。

图4 整块切除的膀胱黏膜

磁锚定技术作为磁外科核心技术之一，是利用磁体与磁体或磁体与顺磁性物质之间的磁场吸引力，使锚定磁体对靶磁体进行非接触性空间锚定的技术[11]。磁锚定技术中直接与组织、器官相接触的磁体称为靶磁体，靶磁体为被动受力的磁体；而主动发力的磁体被称为锚定磁体[11]，锚定磁体一般位于体外。磁锚定技术用于临床医学的研究始于2004 年，日本学者Kobayashi 等[12]设计了用于胃内镜下黏膜切除术中辅助黏膜牵拉显露的磁锚定装置，动物实验证明了可行性和有效性。之后有关磁锚定技术辅助ESD 的研究大量报道[13-17]，技术的可行性和有效性得到了验证。

膀胱壁的组织学层次与消化道颇为相似，因此受ESD 的操作启发，可将ESD 的操作理念用于NMIBC[18]。与消化道ESD 类似，在膀胱病变黏膜下注射一定量的生理盐水，使盐水填充在黏膜层与肌层之间，然后沿黏膜层与肌层之间的“水垫”完整剥离病变黏膜[19-20]。与消化道早癌的治疗一样，ESD 用于NMIBC 同样存在着一定的难度，尤其是当肿瘤面积较大时，由于缺乏牵拉显露，对整块切除提出了严峻的挑战。磁锚定技术辅助消化道早癌ESD 已经成熟。本研究首次提出将磁锚定技术用于BT-ESD。

磁锚定技术用于BT-ESD 是一种全新的牵引方式，与其他牵引方式相比，其具有潜在的优势，它通过为操作者创造一个看不见的手来提供与膀胱镜无关的牵引力。此技术可通过调整牵引方向和牵引力大小使黏膜下层清晰可见。磁锚定技术辅助BT-ESD应用原理是通过靶磁体连接微组织夹固定于膀胱肿瘤上，同时体外的锚磁体可以吸引靶磁体，并向不同方向牵拉，从而清晰暴露手术切除部位，大大降低手术操作难度并完善肿瘤整块化切除。

通过体外模拟实验，本研究认为磁锚定技术用于BT-ESD 具备可行性。根据模拟实验结果，本研究认为磁锚定技术用于BT-ESD 需注意以下几点：（1）术中应掌握好膀胱的充盈程度，过度充盈和充盈欠佳均会影响黏膜剥离面的显露，本实验中采用的是离体膀胱，因此无法得出最佳的膀胱充盈的量化数值，需进一步进行在体实验来确定；（2）受尿道及膀胱解剖空间限制，靶磁体在满足磁力需要的条件下尺寸应尽可能小，以减小靶磁体对ESD 操作的影响；（3）本实验中锚定磁体采用永磁体设计方案，其优点是设计加工简单、操作灵活，但对于特殊部位的肿瘤如膀胱顶和膀胱侧壁，永磁体难以提供有效的牵拉，此时由电磁体提供一定强度和一定矢量方向的磁场可能会提高操作的灵活性。

本实验首次提出将磁锚定技术用于BT-ESD，体外实验结果已初步证实该方法的可行性。通过进一步优化磁锚定装置，磁锚定技术可用于临床BTESD 中。