腹腔镜肝移植术的免气腹装置实验研究

2022-03-04冯哲余家薇汤博王善佩王越王荣峰陈环单丽宇吴荣谦吕毅

中国医疗设备 2022年2期

冯哲，余家薇，汤博，王善佩，王越，王荣峰，陈环，单丽宇，吴荣谦，吕毅

1. 西安交通大学第一附属医院 a. 肝胆外科；b. 精准外科与再生医学国家地方联合工程研究中心，陕西西安 710061；2. 西安交通大学宗濂书院，陕西西安 710061

引言

肝移植是终末期肝病的唯一有效治疗手段。目前肝移植的手术方式包括经典原位肝移植术、背驮式肝移植，均采用开腹直视下手术，切口取“倒L”型或“奔驰”切口[1]。但是移植患者因手术切口范围大、术中切口暴露时间长、术中大量输血、术后使用免疫抑制剂等因素，切口并发症居高不下。微创技术的应用能改善术后切口并发症的发生[2-3]。目前，腹腔镜技术在肝胆外科的领域应用十分成熟，如腹腔镜胆囊切除已经成为了胆囊炎的标准手术方式[4]，腹腔镜胰十二指肠也已经证明其安全性和可行性[5-6]。并且腹腔镜技术在移植领域也应用广泛，如腹腔镜活体供肝切除，腹腔镜肾移植，机器人辅助肾移植术等[7-9]。但是目前还没有腹腔镜肝移植手术的相关动物实验报道。

传统腹腔镜手术通常利用使用CO2建立气腹环境，形成腔镜下的操作空间。虽然腹内压的形成对术野的暴露有一定的优势。但是，二氧化碳气腹装置会引发一系列并发症，例如皮下气肿、肩部疼痛、腹内压增高、高碳酸血症、影响血流动力学等，另外还会引起氧合和通气功能受损、肩部酸痛、腹腔脏器缺血甚至肿瘤迁移[10-12]。免气腹腹壁悬吊装置目前在已经在妇产科、肝胆科、肾移植等相关领域得到广泛应用[13-15]。甚至和达芬奇手术机器人联合进行手术[16]。但是在腹壁提升的便捷性方面不适用于腹腔镜肝移植手术。

因此，本团队本设计免气腹腹壁悬吊装置，利用此装置代替气腹装置建立操作空间，并加以实验进行可行性验证。

1 设计思路

为了在免气腹的情况下，使腹部时刻保持隆起状态，为后续病肝离体、供肝植入和供肝血管与胆管吻合操作提供持久、充分的操作空间，本团队设计出一种适用于该手术的免气腹悬吊牵拉装置，该装置由固定支架、绞盘、伞形牵拉器构成。该装置设计目标为：① 体外支架足够稳固，可承受手术床边固定、腹壁牵拉多方向载荷下保持稳固，不易形变；② 伞形牵拉器打开时，横截面大，能够最大限度模拟气腹的腹腔空间，提供足够的腹腔镜器械操作空间；③ 不干扰腔镜器械操作；④ 提升过程操作简单。为实现上述目标，对牵拉装置进行针对性设计：① 变形方面，腹壁牵拉器可呈展开及收缩两种状态，收拢状态下直径能通过小切口置入腹腔，撑开状态能够为腹壁牵拉提供足够张力与较低压强；② 尺寸方面，牵拉器在不增加腹部切口长度的条件下尽可能大，保证腹壁牵拉效果满意，对腹部侧向有一定的支撑作用；③ 操作方面，腹壁提升使用成熟的绞盘结构，牵开器与支架通过绞盘连接，能够快速方便的提升和降低伏笔高度；④ 材料方面，采用具有足够强度医用不锈钢，可承担足够牵引力，不易形变。

2 基本结构

适用于该手术的免气腹悬吊牵拉装置，由体外支架、绞盘、腹壁牵拉器构成。

2.1 体外支架及绞盘

体外支架由床旁固定器、固定臂、牵拉臂组成（图1）。床旁固定器宽60 mm，长30 mm，高41 mm。卡槽活动范围25～55 mm，通过卡槽固定于手术床旁。固定臂直径25 mm，长600 mm，可以通过与床旁固定器的支架固定孔调节固定臂的高度。牵拉臂长450 mm，直径25 mm，加载于固定臂的固定孔内，可通过固定臂的固定孔调节两臂的相对位置。绞盘由把手、锁扣、升降杆组成，升降杆可调节高度为150 mm。

图1 免气腹装置体外支架及绞盘

2.2 腹壁牵拉器

体内撑开器由1个穿刺针以及3个扇叶装配而成（图2）。穿刺针直径4 mm，长80 mm，扇叶长180 mm，宽20 mm。穿刺针底部有螺纹结构，用螺母将3个扇叶固定于穿刺针底部上，扇叶可收拢或舒展，舒展状态下可形成稳固六边结构，提供腹壁支撑。

图2 免气腹装置腹壁牵拉器

3 工作过程

在腹腔镜下肝移植手术中，受体的首要步骤分为病肝游离和供肝植入两个阶段。可以使用面气腹装置完成两个阶段的手术，也可以在气腹下实现供肝游离，在免气腹条件下实现病肝植入。在此介绍免气腹装置的使用过程。

将床旁固定器置于术者对侧床旁滑竿，调整至合适位置后，通过固定器上的螺栓固定。将体外支架的固定臂穿过床旁固定器插孔，通过螺栓固定。将牵拉臂通过螺栓固定于固定臂插孔，绞盘固定于牵拉臂上。将绞盘降至最低点。将腹壁牵拉器三叶重合，从切口置入腹腔，使用穿刺针穿出腹壁外，使用牵拉钢丝及卡扣将穿刺针和绞盘末端连接，上调固定臂的高度使腹壁轻微受力后固定。此时打开牵拉器三叶，使用绞盘提升腹壁牵拉器高度，牵拉腹壁形成免气腹的操作空间。

4 应用效果

4.1 有限元法仿真分析

利用workbench软件分析悬吊系统结构其实际使用环境中的工况，建立对应的有限元模型，添加系统可能承受作用力下的位移及应变结果，并进行计算分析。为对受到不同载荷的支架进行全方面刚强度校核，需要对其进行不同工况下的受力分析。进入workbench界面，新建静力分析流程，添加材料，设置材料属性。将建立的支架模型导入到workbench。使用六面体法对支架主体进行网格划分，将网格尺寸设置为5 mm。添加固定约束、作用面、添加重力加速度及载荷。插入位移以及应变结果，提交计算。在最大载荷为1000 N可以看出，在当前载荷下的最大等效应力1733.62 MPa，从整体位移图中可看出，支架最大总位移为0.41052 mm，模型刚强度符合要求，见图3。

图3 仿真分析图

4.2 动物实验验证

将免气腹悬吊装置在猪腹腔镜肝移植实验中进行实验验证。受体猪使用陆眠宁4～6 mL肌肉注射，腹腔注射3%戊巴比妥10～20 mL，待猪静卧时，予以酒精及纱布清洗耳缘静脉皮肤。耳缘静脉缓慢推注5～10 mL。猪取仰卧位，固定四肢。行气管插管，使用恩氟烷/异氟烷1%～2%浓度维持麻醉，氧气流量2 L/min。颈部消毒铺巾，分别于颈动脉及颈内静脉置管，用于术中动脉血压检测及补液。静脉滴注头孢唑林钠2 g。腹部消毒铺巾，下腹部取15 cm横切口，将收拢状态下牵拉器可通过下腹部横切口送入腹腔内，通过手辅助将穿刺针穿透腹壁，用牵拉钢丝将穿刺针与绞盘升降杆连接，将扇叶打开，提升高度，此时体外支架提供稳固的牵拉，从而实现术野的充分暴露（图4）。实验中使用测力计记录，在腹壁牵拉力可以提供30 N的力可基本满足手术需求，在提供大于40 N的力时，术野暴露良好。受体肝脏可在腹腔镜下完成，利用腔镜器械完成肝周韧带离断、肝门解剖，以及供肝植入后的血管吻合等步骤。腔镜及腹腔镜操作器械不受撑开器影响。必要时术者可通过切口以手进行辅助，并作为术中突发事件的紧急处理预备通道。手术结束后，解除悬吊系统内外连接，将牵拉器三叶合拢，原位撤出体外。动物实验表明，免气腹悬吊装置能提供充足的腹腔镜暴露空间，保证腹腔镜下的术野暴露、肝脏解剖游离顺利完成。

图4 免气腹悬吊装置动物实验图

5 讨论

肝移植患者均为无法保守治疗的终末期肝病。已有的动物实验表明，免气腹技术比气腹在14 mmHg时引起的血清学肝功能的改变要小[17-18]。因此，对于肝功能失代偿的患者，使用免气腹腹腔镜技术进行手术可能对患者更加有力。免气腹装置的使用可以避免皮下气肿、高碳酸血症等并发症。同时气腹环境下，对术中因使用能量器械产生的烟雾而长时间吸引会造成气腹压的减小，导致术野缩小。而在免气腹条件下，持续吸引并不会对术野造成影响。此外，对存在病肝离体及供肝植入的腹腔镜肝移植手术，均需要额外的切口作为肝脏进出的通道，此切口作为免气腹装置和肝脏进入体内的入路，并不会额外增加患者的手术切口。并且，在术中出现大出血等紧急情况，术者可以通过此切口直接进入腹腔内进行手辅助止血等操作。另外必要时也可应通过切口进行直视下的判断或操作，节省了腔镜下困难操作的反复尝试时间，所以免气腹手术也被称为最接近开放手术的微创手术。此外，在手术难度较低的受体，术者可以采用气腹下游离，如果此时术者选择在下肝和上肝后继续采用气腹下操作，需要对切口进行封闭处理，这势必会造成手术时间过长，同时在确实视野的情况下无法保证肝脏保持充分的降温处理，会对术后肝功能的恢复造成一定影响。而术者在下肝前直接转为免气腹装置，则能避免这一问题。

目前在动物实验和临床应用中有多种免气腹装置，根据实现的方式分为腹壁牵拉式、腔内充气式；根据牵拉的方式可以分为穿刺牵拉式和小切口提拉式；根据牵拉装置的形状可以分为伞形或扇叶形牵拉装置，另外还有J型、圈型等形状[14,19-21]。Hu等[14]设计的免气腹充气装置智能暴露胆囊三角充气装置会遮挡肝门。王海彪等[22]虽然使用的免气腹装置能暴露肝门进行右半肝切除，但是需要进行多点位穿刺提拉，并且提升腹壁方式较困难。针对以上特点，本团队研发一种适用于腹腔镜肝移植手术的免气腹悬吊牵拉装置。其优势在于：① 体内撑开器收敛状态可通过微创切口置入腹腔，舒展状态可提供较大的横截面，为腹壁提供足够的牵拉与较小的压强，减少对腹壁的损伤；② 不干扰术者以及其他腔镜器械的正常操作；③ 采用稳固的钢材，系统结构设计合理，载荷足够大的作用力下也仅有较小位移，不易形变，保证手术过程中的稳固。

有限元力学分析以及动物实验提示，本装置能良好代替气腹装置，为术者提供可供操作空间与视野，且降低气腹所带来的隐患。联合下腹部横切口可实现病肝离体以及供肝的植入，并提供直视下操作辅助，有助于实现经典原位肝移植手术的微创化并降低手术难度，对促进腹腔镜下肝移植手术的实现具有重要辅助价值。所以免气腹技术适用于此类创新性的外科手术或带有大病灶切除的复杂微创手术。