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把傷口用焊接技術“焊”起來 65000人已實踐
2018-07-03 08:45:31 來源: 廣州日報
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  授課老師: 廣東省醫療器械研究所科研部副主任、高級工程師 黃德群

  擁有80多年歷史的烏克蘭巴頓焊接研究所在世界焊接科技領域享有盛譽,其中,有一項奇特的技術你可能聞所未聞——人體軟組織焊接術。2011年,“中國-烏克蘭巴頓焊接研究院”在廣州成立,我們的專業人員也開始研究這項技術。

  近日,“公開課”全媒體團隊走進廣東省科學院-廣東省醫療器械研究所,觀摩了高頻電流焊接豬小腸的全過程,研究所的高級工程師黃德群老師為我們仔細講解了這項令人腦洞大開的人體軟組織焊接術。

  敲 黑 板

  烏克蘭焊接術世界聞名。“中國-烏克蘭巴頓焊接研究院”于2011年初成立,由中國科技部、烏克蘭國家科學院指導,由廣東省科學院、烏克蘭巴頓焊接研究所、廣東省科技廳、廣州市人民政府四方共建,旗下包括多個實驗室及工程中心,廣東省醫療器械研究所就是其中一個。此次上課的老師就來自廣東省醫療器械研究所。

  以往,一提到焊接,人們總是同工業聯係到一起,但今天我們講解的焊接術應用于生物醫療領域。烏克蘭國家科學院巴頓焊接研究所從1992年就開始研究活體軟組織高頻焊接技術,並將其應用于臨床,成為外科手術縫合的一種選擇。

  我們的課程從手術“縫合”史開始切入,仔細講解人體焊接術的來龍去脈。來到中國,來到廣州,這項還處于探索階段、讓人腦洞大開的焊接技術又是如何?來來來,上課啦。

  非洲人這樣縫

  傷口怎麼縫?有些非洲人是這麼幹的。

  在非洲有一種行軍蟻,被認為是“療傷神器”,當地居民將這種行軍蟻放到傷口處,行軍蟻聞到血腥味後用力下去,當地人再扭掉螞蟻身體,只留下咬住傷口的頭部。這種“活體線”能夠保留數天,就像醫院縫針處理一樣。

  4000年來,老祖宗這樣縫

  4000年前,人類已開始用針線縫合,老祖宗們主要通過骨針和亞麻線來處理傷口。此後數千年中,針線材料大致保持不變:針是由骨或金屬制成。線是由植物材料(亞麻、大麻和棉花)或動物材料(頭發、肌腱、動脈、肌肉條或絲綢、羊腸線)制成。

  外科醫生這樣縫

  1906年,第一條經過碘處理的無菌羊腸線誕生。此後,縫合器械縫合技術不斷進步不斷變革,但其基本原理都是一樣——止血和固定組織。縫合線包括吸收和不可吸收兩大類,需要臨床醫生根據不同的組織及手術需求選擇。

  30多年前, 一個叫巴頓的老頭摔了一跤……

  鮑裏斯·巴頓是烏克蘭巴頓焊接研究所所長。有一次巴頓老頭摔倒了,治療了很久時間都沒康復,他于是胡思亂想:既然焊接技術可以用于各種物件的“拼接”,能不能把自己的傷口組織“焊”起來呢。

  頭兒有了創意,團隊開始研究。從1992年開始,巴頓焊接研究所開始腦洞大開,琢磨怎麼用高頻電流把活體軟組織“焊”起來……

  10年後……

  烏克蘭巴頓焊接研究所通過與國際焊接組織及美國企業的共同合作,大約10年後,人體軟組織焊接術在烏克蘭應用于臨床。迄今為止,在烏克蘭,這項技術在130多種人體手術上共實施了超過65000例,在俄羅斯、美國及歐洲也有應用。老巴頓的奇思妙想變成了現實。

  做個實驗先

  通過高頻電流實現人體組織焊接,這一“聳人聽聞”的技術,具體的操作過程是怎樣的呢?在廣東省醫療器械研究所,記者目睹了豬小腸離體焊接實驗過程。

  讓我們先説説原理:人體組織高頻焊接,主要通過調節和控制高頻電流産生溫度,首先使細胞膜破壞,釋出蛋白質,然後再進一步調節電流,並施加壓力,使細胞間的蛋白質受熱變性,發生纏繞凝集,從而實現傷口結合界面的連接。

  溫度要準

  在焊接過程中,除了高頻電流、吻合壓力的特殊作用外,焊接溫度是其中的關鍵因素,最佳的溫度是控制在蛋白的可逆熱變性范圍內(例如50~60攝氏度),但目前對活體軟組織的高頻電流精確加熱仍存在挑戰,這是我們繼續開展研究的目的,也是促進焊接技術在各專業外科日常應用的基礎。這裏所説的“高頻”,指的是440KHZ(千赫茲),而家用電流的頻率一般為50HZ(赫茲)。

  儀器要穩

  “人體軟組織高頻焊接設備”與打印機一般大小,連接著各種精細的焊接工具。設備有切割、凝血、焊接模式,每個模式有10個檔位,每個檔位輸出的波形不一樣,針對不同的軟組織進行動物實驗,最後模擬出可以適用于人體軟組織的焊接算法。

  意外1:溫度太高啦

  整個“焊接”過程需要精確調制高頻電流,控制作用時間和加熱溫度,以保證組織活性。如果溫度過高,組織就會發生碳化,變成“烤肉”。

  意外2:突然斷電啦

  如果機器不穩定,比如手術中突然斷電,就可能噴血滲漏,或造成組織不可修復的損傷。

  蛋白凝結

  通過高頻電流轉換産生熱量,軟組織中的蛋白質就會融化,進而粘合凝固在一起,就如“煎雞蛋”。通過針線進行縫合,皮膚容易留下疤痕,還可能發生免疫反應;但通過自身的蛋白質進行“縫合”,當場就能彌合,形成的疤痕也更淺。

  用于切割止血

  在手術中,高頻電流通過軟組織,會引起瞬時的熱損毀,從而達到切割的目的。而蛋白溢出粘合可同時實現止血。

  用于封閉連接

  在蛋白質的溢出、粘合的過程中,實現傷口的封閉和結合界面的連接。如兩截斷腸就可以如此接到一處。

  用于血管

  目前,在烏克蘭以及部分歐美國家,這項技術用得最多的領域是手術中的各種粗細血管的閉合。

  用于組織器官

  可以用于肝臟的無血切割分離,眼部組織焊接,肺組織中肺泡、血管、支氣管焊接閉合,胃腸組織吻合等不同類型的手術中。

  用于皮膚

  皮膚角質層多,組織結構及電氣性能與一般軟組織有較大差異,焊接難度大,目前研究團隊正在開展技術攻關。

  要想應用于臨床,我們還需要做什麼

  老師告訴我們,這項技術目前在我國還處在動物實驗階段,要真正地用在人身上,還需要克服以下問題:

  一是設備的可靠性。在焊接的過程中,一定要保證溫度的精確和平穩,控制在蛋白的可逆熱變性范圍內,以上必須通過機器不斷地自動調節電流大小來實現。而機器要實現智能化調節,需要大量的實驗數據及調制策略,形成焊接算法,這是目前研發團隊正在進行的工作。

  二是由于不同組織的蛋白特性有差異,焊接的溫度、方式都需要更精準。比如焊接血管和焊接器官,溫度就有所不同。在焊接過程中,要盡量保持細胞活性,這樣組織才能較快地進行自我修復。

  三是一些特殊部位,比如皮膚,由于角質層比較多,與內臟有比較大的差別,焊接難度比較大。但目前已經可以在屍體上實現了皮膚焊接,並且保持了較大的強度,通過進一步研究,有望取得更大的進展,最終實現皮膚的無疤痕吻合。(採寫/記者羅樺琳 手繪/記者黃思勤 統籌/記者王曉雲)

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【糾錯】 責任編輯: 邱麗芳
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