用于消化内镜下组织夹闭的磁吻合系统的设计

【作 者】张苗苗 ，吉琳 ，蓝婷, ，刘培楠,，张涵芷,，牟星宜,，史爱华，马锋，吕毅，严小鹏

1 西安交通大学第一附属医院 肝胆外科，西安市，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，西安市，710061

3 西安交通大学 启德书院，西安市，710061

4 西安交通大学 宗濂书院，西安市，710061

0 引言

消化道出血、穿孔是消化内科常见病，既往以外科手术治疗为主。随着消化内镜技术的不断发展和新型内镜下吻合夹的研发，内镜下治疗消化道出血、穿孔及瘘已被临床广泛应用，并取得了良好的治疗效果。目前消化内镜下使用比较广泛的吻合夹主要有传统的TTSC夹（through-the-scope clip）和OTSC 吻合夹（over-the-scope-clip）[1]。由于TTSC夹属于单齿夹且咬合力较小，因此用于消化道穿孔时，容易出现夹闭不全及夹子脱落，而OTSC属于多齿夹，具有较大咬合力，同时借助专门配套的钳式双臂抓取器或内镜锚可实现全层关闭，闭合效果确切[2-3]。OTSC能有效闭合长径3 cm以下的穿孔，并可闭合消化道全层[4]，而当穿孔较大时或穿孔部位处于炎症水肿状态下时难以实现一期闭合，再者OTSC夹闭组织后会滞留体内，这是其缺点。

磁压榨技术（magnetic compression technique,MCT）是利用2个或2个以上磁体（或数个磁体与数个顺磁性材料）之间的磁性吸引力，通过开腹（胸）手术、腔镜手术、内镜操作、介入操作等来实现脏器的连接再通、组织的压榨闭合、管腔内容物的限流等，从而对临床疾病进行诊断和治疗的目的[5]。磁吻合（magnamosis）是MCT的重要应用方向之一，磁吻合以其独特的吻合模式被称为继手工缝线吻合及机械钉式吻合之后的第三种吻合模式，同时又由于磁吻合在微创化和复杂部位吻合中具有其他吻合方法不可替代的优势，所以又被称为“智慧吻合”[6]。磁吻合可用于消化道吻合重建[7-8]、血管吻合[9-10]、直肠阴道瘘闭合修补[11-12]、气管食管瘘闭合修补[13]等。基于磁吻合技术可设计消化道吻合器及血管吻合装置[14-15]。而磁吻合与消化内镜技术相结合可实现消化外科手术的内镜化途径[16]。该设计首次将磁吻合技术用于内镜下消化道出血、消化道穿孔的组织闭合修补。

1 设计思路

磁吻合在消化系统重建、血管吻合方面已有大量基础研究和临床应用报道。内镜下胃肠道端端吻合、端侧吻合或侧侧吻合重建比较容易实现。而消化道瘘的闭合修补与之差异较大，目前尚未见内窥镜下利用磁吻合实现消化道瘘闭合修补的研究报道。

消化内镜下组织夹闭磁吻合系统设计最关键的是实现内吻合磁体状态的改变。为此，我们提出了半环状吻合磁体、带有滑动槽的阶梯状透明帽以及固定于抓钳上的可拆卸推杆的设计方案。其中半环状吻合磁体可嵌套在透明帽头端，可拆卸推杆可固定在内镜组织抓钳的杆体上，并嵌于透明帽的滑动槽内，当内镜下抓钳钳夹住瘘口组织后，向后拉动抓钳，推杆在滑动槽内激发半环状吻合磁体状态发生改变，磁体的弧形部分即可夹闭瘘口部位。当瘘口愈合后磁体自动脱落并经消化道排出体外。

2 基本结构

消化内镜下组织夹闭磁吻合系统主要包括：吻合磁体、透明帽和推杆三部分，依靠的现有设备是消化内窥镜和内镜下组织抓钳。

2.1 吻合磁体

吻合磁体为两个呈半环状的磁体，磁体置入时端端相吸组成环状可套在透明帽上。吻合时磁体受激发，有环状相吸变成弧形部分相吸，并将瘘口部位组织夹闭。吻合磁体的结构及置入状态和吻合状态，见图1所示。

图1 吻合磁体结构示意图Fig.1 Schematic diagram of the anastomosis magnet structure

2.2 透明帽

该设计的透明帽在现有临床上使用的透明帽的结构基础上增加了台阶和滑动槽的设计方案，如图2所示。具体来讲透明帽前端的台阶与置入时的磁体状态相适配，磁体可套入透明帽的台阶部分，如图3所示。

图2 透明帽的结构示意图Fig.2 Structure diagram of transparent cap

图3 磁体与透明帽组合的状态示意图Fig.3 Schematic diagram of the combination of magnet and transparent cap

2.3 推杆

推杆是激发磁体发生状态改变的关键，属于可拆卸结构，由两个推杆及两个固定帽组装而成。其中推杆为中间有半圆形缺口的长方体，固定帽为中间掏空的长方体。两个推杆的弧形缺口可紧密卡在组织抓钳的杆体上。

2.4 配套操作器械

配套操作器械包括消化内窥镜和内镜下组织抓钳，均为现有成熟器械，无需特殊加工和改进，与透明帽和推杆配合使用即可。

3 工作原理及使用过程

以图4为例说明消化内镜下组织夹闭磁吻合系统的工作原理及使用过程。

（1）磁体端端相吸形成环状结构，磁体套在透明帽的前端的台阶部，然后将透明帽装配于胃镜头端（图4a）；

（2）经胃镜活检孔插入内镜下组织抓钳，组织抓钳伸出透明帽前端适当长度（图4b）；

（3）将推杆加载于组织抓钳杆体前段合适位置上，推杆卡在透明帽的活动槽内，两端的固定帽位于活动槽外，这样可以确保推杆在滑动槽内不会脱出（图4c）；当组织抓钳钳夹住需要闭合的组织后，从胃镜活检孔向外拉动组织抓钳（黑色实线箭头所示），推杆作用于两个半环磁体端端相吸处，激发磁体沿虚线箭头所示轨迹运动，当推杆拉到滑动槽尽头后，磁体完全脱离透明帽并将组织抓钳钳夹的组织压榨闭合（图4d）。然后退出胃镜，操作即完成。

图4 消化内镜下组织夹闭磁吻合系统的工作原理示意图Fig.4 Schematic diagram of the working principle of magnamosis system for endoscopic tissue clamping

（4）当瘘口组织夹闭愈合后，磁体自行脱落，最终经消化自行排出体外。

4 结语

磁外科技术可优化临床手术操作，磁锚定技术与腹腔镜技术结合可实现减戳孔腹腔镜胆囊切除术[17]，磁锚定技术与内镜技术结合可优化内镜黏膜下剥离术[18]，本研究在前期磁外科研究基础上提出了消化内镜下组织夹闭磁吻合系统，充分将磁吻合的优势和内镜技术相结合，本系统的设计充分遵循磁外科磁体设计的“西安原则”[19]。动物实验结果表明，本系统操作方便，磁体夹闭牢固，瘘口关闭效果良好，瘘口愈合后磁体均脱落，经消化道自行排出体外。实验显示磁体排出时间7～21 d左右，具体排出时间取决于瘘口大小及磁体夹闭组织的多少，术后均未出现磁体滞留及肠道梗阻等并发症。其优点体现在以下几方面：①半环状的结构设计充分发挥了磁体的磁学特性，为磁体吸合状态的改变提供了可能性，置入时环状磁体端端相吸构成圆环状便于置入，吻合时通过激发使两个半环磁体旋转90°，变成环面相吸；②通过在组织抓钳前段的杆体部分加载推杆结构作为磁体状态改变的激发装置，操作简单易行；③透明帽前端的台阶结构方便磁体的加载，滑动槽可确保推杆沿既定轨迹滑动，准确作用于环状磁体端端相吸部位；④充分发挥磁吻合的优势，确保组织闭合严密，组织愈合后磁体自动脱落并可经消化道排出体外，使体内不留置异物；⑤本系统安全性高，在操作中如出现磁体脱落，可在内镜下将其取出，不会对机体造成意外损害；⑥初步动物实验显示本系统具有良好的操作效果，但仍需进一步通过临床试验来评估其安全性、有效性。