辅助胸腔镜手术的磁锚定组织抓钳及夹持器的设计

宋伟伦，马锋,1b，周振宇，汤博，刘科，严小鹏，史爱华,1b，陈雯雯，雷凤萍，杨程，付军科，王浩华,，吕毅,，张勇1b,

1. 西安交通大学第一附属医院 a. 陕西省再生医学与外科工程研究中心；b. 精准外科与再生医学国家地方联合工程研究中心；c. 肝胆外科；d. 胸外科，陕西 西安 710061；2. 西安迈格纳特医疗科技有限公司，陕西 西安 710038；3. 西安交通大学 启德书院，陕西 西安 710061

引言

2011年，Gonzalez-Rivas等[1]首次报道单孔胸腔镜下肺叶切除术，由于单孔胸腔镜手术创口更小、疼痛感更低，与微创理念更加契合[2]，于是其得到了胸外科医生的广泛认可并开始快速发展。但是，单孔操作对手术技术的要求较高，主要表现在置于同一操作口中的器械之间相互碰撞干扰及手术野暴露难度增加[3-4]。

磁锚定技术（Magnetic Anchor Technique，MAT）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[5-6]。MAT已经应用在腹腔镜胆囊切除术[7]、经脐LESS卵巢囊肿切除术[8]、腹腔镜摄像系统[9]等方面。但在胸腔镜手术方面应用较少[2]，在前期设计辅助腹腔镜磁锚定装置的基础上，本研究拟设计一种辅助胸腔镜手术的磁锚定装置，目的是减少胸腔镜手术中器械之间的相互干扰，改善手术野的显露。

1 设计思路

MAT在辅助腹腔镜手术方面，利用体外的锚定磁体调整体内的靶磁体可以有效减少腹腔镜器械的数量，戳卡的直径及器械之间的干扰，同时可以充分地暴露术野[9-11]。通过查找文献资料[12-13]，对比MAT在腹腔镜中的应用，结合临床经验进行了大量的动物实验，设计了适合于辅助胸腔镜手术的磁锚定装置，可以良好暴露术野，并减少器械的相互碰撞干扰。

2 基本结构

辅助胸腔镜手术的磁锚定装置结构如图1所示，由锚定磁体、靶磁体及组织抓钳、组织抓钳夹持器三部分构成。锚定磁体和靶磁体沿用团队腹腔镜磁锚定装置，对组织抓钳和组织抓钳夹持器进行重新设计。

图1 辅助胸腔镜手术的磁锚定装置

2.1 组织抓钳

组织抓钳如图2所示，采用医用不锈钢或钛合金材料，其头部采用T型结构，能够增强夹钳整体刚度，可增大与组织夹持的面积，增大夹持力[14-16]。高波钳头界面不容易与组织发生滑脱，且安全系数较高，不易对组织产生损伤[14-15,17-21]。为了方便夹持器钳夹，组织抓钳尾部对称开两个圆形通孔，组织抓钳夹持器夹持端两侧轴突与其配合，可以将组织抓钳张开[22-23]。

图2 组织抓钳

2.2 组织抓钳夹持器

组织抓钳夹持器如图3所示，可采用医用不锈钢或钛合金材料，整体采用双关节结构，夹持端和把手均为短杆结构，方便在胸腔镜下操作[24]。另外，组织抓钳夹持器夹持端两侧对称位置带有轴突定位，其手持端带有锯齿型锁扣，可定位锁止夹持器。

图3 组织抓钳夹持器

3 操作过程

西安交通大学第一附属医院伦理委员会对此项目审批[2019伦审医字第（W03）号]通过后，进行了临床验证，术中操作过程如下所述（图4）：① 靶磁体及组织抓钳置入胸腔：在胸腔镜直视下利用组织抓钳夹持器将靶磁体及组织抓钳通过戳卡或操作孔置入胸腔；② 夹持组织：利用夹持器将组织抓钳打开，夹持靶器官（肺或食管）组织；③ 锚定：利用夹持器将靶磁体置于胸壁内侧，同时将外磁体移动至体外胸壁相应位置，实现内外磁单元的相互吸引；④ 调整暴露：移动外磁体，通过改变组织抓钳的位置和方向，牵拉靶器官以暴露术野；⑤ 靶磁体及组织抓钳取出：术毕，利用夹持器将靶磁体及组织抓钳通过戳卡或操作孔取出。

图4 术中操作过程

胸腔镜下肺切除手术，原本需要3～4个操作孔，在MAT辅助下，操作孔可以减少至2个或者1个（图4 a）；同样，在胸腔镜下食管切除手术中，原本需要4个操作孔，在MAT辅助下，可以将操作孔减少至3个或者1个（图4 b），而且由于进出主操作孔的器械数量减少，使得手术操作更加流畅。

4 讨论

传统开胸手术需要经侧胸壁切开15～20 cm大小不等的切口，术后患者疼痛等不适症状明显，而且影响美观。胸腔镜手术的应用不仅减轻了患者疼痛，而且增加了美容效果。传统的胸腔镜手术需要在侧胸壁建立2～3个1 cm左右的小孔，1个3～5 cm的操作孔，即3孔或4孔胸腔镜手术。之后，2孔（1个操作孔+1个镜孔）胸腔镜手术逐渐增多，随着手术技术的进步及手术器械的更新换代，人们意识到镜孔也是可以省略的，胸腔镜及操作器械均经操作孔进出也可以完成手术，即现在的单孔胸腔镜手术。在单孔胸腔镜手术中[25]，器械之间的相互干扰是难以避免的，为了缓解器械之间的相互碰撞，改善术野显露，将磁锚定装置引入到胸腔镜手术中。

现有的磁锚定装置，大多部分是根据腹腔解剖结构设计[11,26]：① 腹腔镜手术均需要建立气腹，因此所用磁锚定装置需要经腹腔镜戳卡置入，直径必须小于腹腔镜戳卡的直径（一般为1 cm左右）[27]；② 腹壁为一肌性结构，有一定可塑性，因此腹腔空间对磁力衰减的影响较小；③ 腹壁器官表面均有浆膜层覆盖，因此对组织夹钳口的设计要求较低。相对于腹壁结构，胸腔结构的不同之处在于：① 胸腔镜手术大部分不需要建立人工气胸，而且大部分胸腔镜手术需要一个3～5 cm相对较大的切口，因此所用磁锚定装置直径可以适当增加；② 胸壁为一骨性结构，无法根据手术需要进行塑型，因此胸腔空间对磁力衰减的影响较大；③ 食管手术在胸部手术中占有相当大的比例，但是食管表面缺乏浆膜层，因此对组织夹钳口的设计要求较高，更要注重对组织的保护。

根据以上所述胸腔和腹腔的解剖差异以及手术需求不同，设计了适合胸腔镜手术的磁锚定装置，本设计的优势在于以下几点：① 组织抓钳头部采用T型结构增强了结构整体刚度，增加了组织抓钳夹持力；② 组织抓钳高波钳头界面既可以保证组织不宜脱落，同时也避免了组织受到损伤；③ 组织抓钳夹持器采用双关节结构方便置入戳卡内进行操作，从而方便在胸腔镜下操作；④ 组织抓钳夹持器夹持端的轴突定位很好地控制了组织抓钳的开合；⑤ 组织抓钳夹持器手持端锯齿型锁扣可定位锁止组织抓钳夹持器夹持端的开口大小，从而控制组织抓钳开口大小。

本装置是在团队研发的腹腔镜磁锚定装置的基础上，针对胸腔镜手术的特点，进行的创新拓展设计，有效地缓解了胸腔镜手术的中器械之间的相互干扰，改善了术野显露，具有一定的临床推广应用价值。