一种用于体外血管重建的训练与测试系统

摘要

本文介绍了一种培训与评估系统，学员可利用磁锚定技术在体外独立完成手动血管重建操作。该系统还可用于评估重建的质量。

摘要

对于初学者外科医生而言，手动血管重建训练至关重要。然而，目前尚未建立一种理想的体外血管重建训练系统。在本研究中，我们介绍了一种基于磁性锚定技术的体外训练与测试系统，学员可借助该系统独立进行手动血管重建练习。此外，该系统还可用于评估重建质量。所述系统包括血管重建训练装置、磁性牵引器和磁性缝线牵拉器。本文详细描述了使用猪左右髂静脉进行端对端静脉吻合的操作过程。为评估磁性缝线牵拉器对缝线可能造成的损伤，我们设立了三组实验，每组包含六段4-0聚丙烯缝线：对照组不对聚丙烯缝线进行任何干预；手动牵拉组使用无菌手套手动牵拉聚丙烯缝线20次；磁性牵拉组使用磁性牵拉器牵拉聚丙烯缝线20次。通过光学显微镜观察和断裂强度测试对各组进行检测，并评估其重建影响。光学显微镜检测结果显示，对照组缝线更不易受损（p < 0.05），而手动牵拉组与磁性牵拉组的损伤点数量相似（p > 0.05）。各组间的断裂强度测试结果比较显示，差异无统计学意义（p > 0.05）。利用该训练系统成功完成了猪髂静脉的端对端吻合，重建后的静脉可耐受2.0 kPa的灌注压力。通过该训练与测试系统，学员可在磁性牵引器和磁性缝线牵拉器的辅助下，独立进行体外手动血管重建练习，并可对重建质量进行评估。

引言

血管重建是外科医生所需掌握的一项基本技能。尽管Obora¹和Holt²发明了多种机械重建方法以简化小血管（直径<10 mm）的重建，但这些方法并未广泛应用于大血管吻合术中。目前，手工血管吻合术仍广泛应用于包括血管外科³、急诊外科⁴和实体器官移植⁵在内的多种手术中。因此，外科医生必须进行手工血管吻合的训练。然而，目前尚缺乏理想的体外血管重建培训系统，初学者往往需要在大型动物体内接受大量训练⁶才能掌握该技术。由于初期训练中失败难以避免，许多动物可能因血管并发症而死亡，这引发了动物福利方面的担忧。此外，在端对端血管重建过程中，为避免缝合位置错误或缝线松脱，外科医生至少需要一名助手协助暴露血管后壁并牵拉缝线。因此，血管重建通常无法由外科医生独立完成，其操作效率往往受限于助手的技术熟练程度。

近年来，磁性锚定手术已成为一个备受关注的研究领域^7,8,9,10,11。Rivas 等人开展的临床试验⁷表明，利用其磁性外科器械并基于磁性锚定原理，外科医生可实施减少穿刺孔数量的腹腔镜胆囊切除术。该器械的应用还可减少开放手术中助手的参与程度。通过磁场作用，磁性装置可吸附于体内某一锚定点，作为机械臂使用，实现对组织或器官的抓持与牵拉，暴露手术视野，从而简化手术操作。基于这一原理，我们研发了用于牵拉血管壁和缝线的磁性牵引器，以及用于牵拉聚丙烯缝线的磁性缝线牵引装置。

使用血管重建训练装置是本研究的另一个重要里程碑。该装置由操作台和控制面板组成：血管被固定在操作台上，供受训者进行练习。完成吻合后，受训者可在控制面板上设定灌注参数，以检测吻合的质量。与以往的血管吻合训练系统^6,12,13,14相比，该系统具有两个主要优势：第一，可使用磁性器械暴露手术视野，使受训者能够独立操作练习；第二，受训者可通过灌注测试评估吻合效果。

在本研究中，我们介绍了一种培训与测试系统，学员可利用磁性锚定技术在体外独立完成人工血管重建，且该系统的重建质量亦可进行检测。由于操作台上的进水口和出水口在设计和尺寸上存在限制，该培训系统仅能对管径为 >5 mm 直径

方案

该实验方案遵循《实验动物护理和使用指南》，并经中国陕西省西安市西安交通大学实验动物伦理委员会批准。

1. 培训前的准备工作

注意：血管重建训练装置如图1所示，由控制面板和操作台面组成。

1. 点击控制面板上的 清洁 按钮，以清除操作台面上的残留液体并排空。
2. 点击控制面板上的 添加液体 按钮，从操作台面将0.9%生理盐水加入机器中，直至控制面板上出现提示 "测试液体充足"。
3. 准备磁力牵引器，其由一个直径为20 mm、厚度为1 mm的圆形永磁体、丙烯腈-丁二烯-苯乙烯（ABS）塑料外壳、螺旋弹簧、一根30 cm长的尼龙牵引线，以及带塑料套管的不锈钢夹或血管夹组成。
   1. 使用丙烯酸酯胶将圆形磁体与塑料外壳粘合在一起。牵引力将随着牵引线长度的增加而增大。使用万能试验机测试牵引线长度与牵引力之间的关系（图2）。
   2. 将夹具固定在万能试验机的上夹持器上，塑料外壳固定在下夹持器上。逐渐提升上夹持器，使牵引线在两个夹持器之间被拉伸。在拉伸过程中测试牵引线的强度。
      注：磁性缝合牵引器和磁性血管牵引器如 图3 所示。
4. 准备磁性缝线牵拉器。
   1. 使用一块厚度为2 mm、长轴直径为10 cm、短轴直径为2 cm的准椭圆形聚乳酸板，以及三个直径为5 mm的磁性小球和三个直径为5 mm、高度为5 mm的磁性圆柱体。
   2. 在聚乳酸板上钻出三个直径为3 mm、深度为0.5 mm的孔，使磁性小球可通过板下方磁性圆柱体产生的磁吸引力吸附在板上。
      注：磁性缝线牵拉器如 图4 所示。
5. 完成一针缝合后，将缝线固定在磁性小球下方。该装置起到缝线牵拉器的作用，防止先前的缝线松脱。以约0.3 N的力沿与聚乳酸板接近平行的方向拉出带缝针的一端，继续进行下一针缝合。
6. 使用3-0丝线结扎所有静脉分支，以避免吻合后发生渗漏。使用组织剪修剪静脉末端，并清除静脉壁上的多余组织，使静脉表面光滑。
   注：本研究中使用的血管包括从体重50–60 kg的巴马猪获取的左右髂静脉（直径约10 mm）。为简化重建过程，仅选取了少数几条髂静脉分支，且两条静脉大小相近。血管保存于-20 °C环境中。训练前将其浸入室温下的0.9%生理盐水中。

2. 在手术区域固定静脉

1. 使用2-0丝线将训练装置的进水口和出水口处的两条静脉进行结扎。
   注：本研究采用两点血管吻合技术⁵。
2. 调整训练装置出水口的长度，确保两条静脉断端在平行方向上无张力。
3. 将静脉拉直，并在6点钟和12点钟位置放置两条4-0聚丙烯牵引缝线。
4. 将牵引缝线的针从一条静脉外侧穿入，再从另一条静脉内侧穿出。
5. 将外科手套和缝线润湿，以避免损伤缝线；轻柔打结，至少打五个结，防止撕裂静脉壁。
6. 使用磁性缝线牵引器的两个不锈钢夹钳夹住牵引缝线，并将磁性缝线牵引器的环形磁铁吸附至铁磁性不锈钢操作台面；调整磁吸位置，确保两条静脉断端在垂直方向上被拉伸。
7. 使用磁性血管牵引器的两个血管夹钳夹住静脉前壁，并将磁性血管牵引器的环形磁铁吸附至操作台面；调整吸附位置，确保静脉前壁被牵开，后壁清晰暴露。

3. 吻合后壁

1. 使用磁性缝线牵引器的两个不锈钢夹钳夹住牵引缝线，并将其圆形磁铁吸附在铁磁性不锈钢手术台面上。将聚丙烯缝线的尾段留在12点钟位置作为牵引缝线，使用带针的一段进行连续缝合。
2. 确保两条静脉的内膜与内膜之间紧密接触。
3. 从静脉外侧进针，穿至内侧。
4. 后续缝合时，针从一条静脉的内侧穿出后，再从另一条静脉的外侧进针。
5. 检查缝线是否松动。
6. 完成一针缝合后，确保聚丙烯缝线挂在磁性缝线牵拉器上，并轻轻牵拉聚丙烯缝线，直至磁珠压紧缝线。
7. 以约0.3 N的力沿聚乳酸板表面平行方向拉出带针端的缝线，并进行下一针缝合。
   注：采用此技术可使聚丙烯缝线尾端保持足够张力。随着缝合进行，聚丙烯缝线将逐渐缩短。根据缝线长度选择三个磁珠中最合适的一个，并手动将缝线压于其下。
8. 最后一针从静脉内侧穿至外侧，以确保两条静脉的内膜与内膜之间紧密接触。
9. 通过两种方式避免吻合后发生狭窄：缝合时保持一致且适当的缝合边距和针距，并在打结时保留"生长因子"¹⁵。
   注："生长因子"是指在吻合完成后打第一个结时，于血管壁外预留一定空间，以保证血管仍具有弹性，避免发生狭窄。
   1. 保持一致的缝合边距和针距。
      注：本研究中使用直径约为10 mm的髂静脉，因此缝合边距和针距约为1 mm。
   2. 打结时保留"生长因子"¹⁵。后壁吻合完成后，将缝线末端与6点钟位置的尾段在远离静脉壁的位置打结，以防止缝线导致狭窄。采用标准方法打结。

4. 前壁吻合

1. 吻合后壁后，移除磁性血管牵引器，将尾线留作牵引缝线，并使用位于6点钟位置带针的线段进行前壁吻合。
2. 从静脉外侧进针，然后从另一条静脉内侧穿出。
   注意：前壁吻合过程中，采用与后壁吻合相同的方法，以确保两条静脉内膜对内膜的紧密接触（缝线松紧适中，避免吻合后发生狭窄）^5,15。
3. 前壁吻合完成后，使用缝合剪剪断两根牵引缝线。

5. 测试吻合术的效果

1. 设置测试参数。
   1. 在控制面板上将灌注压力设置为 2.0 kPa。
      注意：正常静脉压力不会超过 2.0 kPa。
   2. 在控制面板上将峰值压力持续时间设置为 5 秒。
   3. 在控制面板上将温度设置为 25 °C。
   4. 在控制面板上将压力偏差设置为 0.1 kPa。
2. 点击 测试 按钮，观察控制面板上的时间和压力，以及重建静脉是否发生泄漏。
   注意：如果在峰值压力期间静脉未发生泄漏，则吻合成功。如果发现泄漏，应定位泄漏位置并进行缝合，然后重新进行测试。本视频中测试结果如 图5 所示。

6. 检查磁性缝合牵引器的安全性

注意：为了检测磁性缝线牵引器是否对聚丙烯缝线造成损伤，需进行断裂强度测试和光学显微镜检查。本实验共测试三组，每组包含六段4-0聚丙烯缝线：对照组不对聚丙烯缝线进行任何干预；手动组使用无菌手套手动牵拉聚丙烯缝线20次；磁性牵引器组使用磁性牵引器牵拉聚丙烯缝线20次。

1. 使用万能试验机测试聚丙烯缝合线的断裂强度。将聚丙烯缝合线的两端分别固定在万能试验机的上夹持器和下夹持器上。逐渐提升上夹持器，在拉伸过程中测试聚丙烯缝合线的强度。以缝合线断裂时的张力作为其断裂强度。比较三组之间的断裂强度，并进行两两比较。
2. 在光学显微镜下观察聚丙烯缝合线的损伤情况。将损伤点数量定义为在200倍放大下可见的纤维状或粗糙断裂点的数量。比较三组之间的损伤点数量，并进行两两比较。

结果

血管重建训练装置如图1所示，包含两个主要部分：操作台和控制面板。操作台由进水口、出水口和储水槽组成。将血管的两端分别结扎固定于进水口和出水口，以检测吻合效果。出水口的长度可调节，我们通过控制面板设置参数（如灌注压力、峰值压力持续时间、温度和压力偏差）。此外，在测试血管时，可在控制面板上观察压力变化曲线。

磁性缝合牵引器和磁性血管牵引器如图3所示。牵引丝的长度为30 cm，牵引力随牵引丝长度的增加而增大（图2）。磁性牵引器的牵引力范围为0–1.8 N，覆盖了缝合和血管牵引所需的牵引力范围。

磁性缝线牵引器的照片如图4A,B所示。三个磁性小球的直径为5 mm，磁性圆柱体的直径为5 mm，高度为5 mm。这些部件可用更小或更大的替代品替换，缝线牵引力将相应改变。<...

讨论

在磁力牵引器和磁力缝线拉钩的帮助下，学员可以独立且精确地完成静脉吻合。磁力牵引器可牵拉阻碍吻合视野的组织，并在垂直方向上对静脉施加适当张力，从而实现静脉吻合术中清晰的术野暴露。在传统的手工吻合中，至少需要一名助手协助暴露手术视野。使用磁力牵引器可达到所需的暴露效果，从而替代助手。此外，磁力牵引器的牵引力取决于牵引丝的长度，因此我们可通过调整磁力牵引器吸附的位置来改变牵引丝的长度，从而获得合适的牵引力。与传统的手工吻合相比，本研究中的牵引力可通过牵引丝的长度进行量化，这有助于避免因牵引力过大或过小所导致的问题，如血管撕裂或术野暴露不清。

磁性缝线牵拉器是本研究中的另一项创新发明。它取代了以往需要助手牵拉缝线以防止先前缝合处松动、从而导致吻合口漏的需求。由于该装置会压迫聚丙烯缝线，我们检测了磁性缝线牵拉器所造成的损伤程度，并与未处理组及手动牵拉组进行了比较。尽管磁性牵拉器组的损伤点数量多于对照组（完整聚丙烯缝线），但与临床上广泛应用的手动牵拉所致损伤相似。此外，断裂强度测试结果显示三组之间的断裂强度无显著差异。通过显微镜观察，我们发现磁性牵拉器引起的变化极其微小，不足以损害聚丙烯缝线的...

材料

本文使用的材料清单

姓名	公司	目录编号	评论
环形永磁体	杭州永磁集团有限公司	20*1mm	磁性牵引器
磁性小球	杭州永磁集团有限公司	5mm	磁性缝线牵引器
磁性圆柱体	杭州永磁集团有限公司	5*5mm	磁性缝线牵引器
聚丙烯缝线	强生公司	PROLENE 4-0	用于吻合
丝线缝线	SILK	2-0?3-0	用于血管固定与结扎
外科手术器械	金钟上海	JZ-2018	缝线剪、组织剪、镊子、缝针及持针器
万能试验机	Zwick GmbH&Co	Z010	用于测试牵引线长度与牵引力之间的关系