磁性压迫腹部大血管血流阻断系统的研制

严小鹏，吕 毅，马 锋，马 佳，王浩华，王善佩，李涤尘，刘亚雄，贾申利，史宗谦，骆瑞雪

1 西安交通大学医学院第一附属医院肝胆外科，西安市，710061

2 西安交通大学先进外科技术与工程研究所，西安市，710061

3 西安交通大学机械制造系统工程国家重点实验室，西安市，710049

4 西安交通大学电力设备电气绝缘国家重点实验室，西安市，710049

5 西北有色金属研究院，西安市，710016

磁性压迫腹部大血管血流阻断系统的研制

【作 者】严小鹏1,2，吕 毅1,2，马 锋2，马 佳1,2，王浩华1,2，王善佩1,2，李涤尘3，刘亚雄3，贾申利4，史宗谦4，骆瑞雪5

1 西安交通大学医学院第一附属医院肝胆外科，西安市，710061

2 西安交通大学先进外科技术与工程研究所，西安市，710061

3 西安交通大学机械制造系统工程国家重点实验室，西安市，710049

4 西安交通大学电力设备电气绝缘国家重点实验室，西安市，710049

5 西北有色金属研究院，西安市，710016

磁性压迫腹部大血管血流阻断系统由体内磁阻断单元、体外电磁单元、非顺磁性手术器械组成。该系统在特制的手术床上预置体外电磁单元，当术中需要阻断腹主动脉或下腔静脉时，可将体内磁阻断单元直接置于拟阻断大血管的腹侧，此时体内外磁单元相吸可迅速、直接压迫拟阻断血管，关闭腹腔出血总“阀门”。该系统利用磁性材料非接触性吸力的特点，借助生物医学工程技术，能够实现腹部手术术中迅速控血，该方法直接压迫拟阻断血管，无需分离就能达到血管阻断目的。

磁压迫技术；出血；控血；腹部

现代外科技术随着其他学科的不断发展已经取得了长足的进步。但是，即便如此，控血技术仍然是现代外科技术诞生以来始终困扰外科医生的一大难题，尤其是在车祸、地震等突发事件中，外伤造成的腹腔脏器或大血管破裂出血；腹部外科手术中损伤大血管所致的急性大出血；肝脏部分切除术中肝脏断面的大量渗血；异位妊娠破裂出血等，常常因为急性大量失血导致患者迅速休克甚至死亡。腹腔大出血时，来势汹涌，如无有效的控血措施，短短几分钟内患者即可出血几千毫升，导致失血性休克和死亡。在这种紧急情况下，外科医生常常难以及时准确地暴露、分离并阻断受损血管，所以死亡率相当高，成为笼罩在外科医生头上的“魔咒”。有研究表明[1]，大失血在创伤死亡原因中高达38.38%。因此能否在第一时间快速、准确止血对于挽救患者生命就显得极为重要。

现有控制腹腔大出血的方法根据病因不同大致归为三类：手术切除、结扎或缝合止血、压迫填塞[2]。这三种方法归根结底仍然涉及到传统的暴露、分离、阻断“三部曲”，这种传统的止血方式需要开阔的手术操作空间及视野并且要清晰地暴露出血部位，然而这在急性腹腔大出血发生时是难以实现的。传统处理时常常因难以找到出血点和缺乏清晰的手术视野，而耗费大量的时间，最终导致患者因失血过多死亡。在腹腔镜手术中误伤腹部大血管时，常常需要紧急中转开腹手术，而在开腹期间，瞬间出血量就可达几千毫升，从而导致失血性休克甚至死亡。之前也曾有学者提出通过术中腹主动脉阻断技术来减少腹部、盆部手术时的出血量[3-6]，但由于增加了手术操作，而且在分离腹主动脉时极易损伤背侧分支而人为造成致命性大出血，因此在临床中使用并不广泛。因此，寻求一种更加快捷、精准的腹腔控血技术就显得极为迫切。目前，国内外有关腹腔大出血的处理理念仍是围绕传统的解剖、分离、阻断等外科基本止血技术而展开的，尚无卓有成效的技术或医疗设备。

1 设计思路

磁力作为一种特殊形式的场力，其最大的特点是磁体间无需直接接触便可产生相互作用力。目前，磁性材料因其特殊性能而被国外部分医生应用于临床外科器官吻合重建中。将子母两块磁体分别置于器官两侧，形成“三明治”样结构，依靠子母磁体间的磁性吸引力而对组织产生持续稳定的压迫力，进而完成器官吻合重建。我们团队在这方面也做了大量研究，我们进行过磁性血管吻合[7]、磁性肠肠吻合[8]、磁性胆肠吻合[9]等一系列研究，并在临床上成功进行了磁压榨胆道疏通术，取得了良好的治疗效果。

面对困扰腹部外科医生的腹腔急性大出血的控血技术，结合前期对磁性材料的研究，我们率先提出了磁性压迫血流阻断的理念。通过设计体外电磁单元和体内磁阻断单元两个核心部分，将体外电磁体单元置于患者背部，体内磁阻断单元置于腹腔大血管腹侧，通过改变体外电磁体单元的电流来调节磁力大小，使两个磁体单元相互吸引，压迫并阻断损伤血管的出血，从而达到控血的目的，其原理如图1所示。这样的设计，无需开阔的手术空间、无需清晰的手术视野，更省去了游离损伤血管的步骤，可直接对受损的出血血管施压，实现快速、精准阻断腹腔内大血管，对挽救患者生命极其重要。

图1 磁性压迫腹腔大血管血流阻断系统原理图Fig.1 Principle diagram of the system of blood fl ow block by using magnetic compression abdominal large vascular

2 基本结构

该系统包括体内磁阻断单元、体外电磁单元和非顺磁性手术器械三大部分，以下结合图2进行说明。

图2 基本结构图Fig.2 Diagram of the fundamental structure

2.1 体内磁阻断单元

材料选择 为使体内磁阻断单元在有限的体积下能与体外电磁单元获得最大的磁性吸引力，我们选用N52钕铁硼加工而成。钕铁硼作为第三代永磁材料以其磁能积高、价格适宜、材料来源广、组织相容性好等诸多优点而被用于医学中，N系列钕铁硼较其他系列有较高的磁能积，N52型钕铁硼[10]磁能积（BH）可达到408 kJ/m3、矫顽力（Hcb）可达1 148 kA/m，是该系统中加工磁阻断单元的理想材料。形状设计 根据腹腔大血管的解剖特点，体内磁阻断单元1可设计为长方体形，为避免使用过程中磁体滑动移位，磁体表面设计为浅凹凸锯齿面。表面改性 尽管钕铁硼有很好的组织相容性，但耐腐蚀能力差，故磁体表面采用氮化钛涂层技术进行处理。

2.2 体外电磁单元

体外电磁单元的主体结构为由铁芯2和线圈3构成的电磁铁，其他结构包括电源5，开关4，可调节电阻6，纯铁铁壳7。为使体外电磁单元体积尽量小，就必须努力提高体外电磁单元的性能。铁镍软磁合金的剩磁、矫顽力和磁滞回线面积比较小，以此做体外电磁单元的铁芯能够产生相对较大的磁场强度。当体外电磁单元工作后会产生较大的电磁场，这会干扰其他磁场敏感医疗设备的正常运行。对此，我们用顺磁性材料为体外电磁单元设计了磁场屏蔽壳，通过外加顺磁性材料屏蔽壳可引导磁力线集中于吸合面，减少非吸合面的磁力线泄漏，避免干扰周围设备。另外，由于人体差异，不同人腹部大血管和背部平面的距离不同，导致体内外磁单元压迫血管时的距离不同，这样对体外电磁单元的磁力要求就不同，因此通过设置可调节电阻6来调节体外电磁单元的电流，进而调控体外电磁单元的磁力。

2.3 非顺磁性辅助手术器械

非顺磁性辅助手术器械主要包括非顺磁性金属材料手术床8和钛合金手术器械组成。其中体外电磁单元嵌合于非顺磁性金属材料手术床8的下面。当该系统工作时磁场会对钢制手术器械产生吸引，干扰手术操作，甚至会造成意外损伤，因此与该系统配合使用的手术器械必须为非顺磁性材料。钛合金器械密度小、强度高、耐高温、无磁性、组织相容性好，因此是该系统理想的配套手术器械。

3 工作过程

患者手术开始前先接通体外电磁单元的电源，将顺磁性金属材料置于手术床8上面，调节可调节电阻6，感受体外磁体单元的吸力变化，以检查系统是否运行正常。然后患者仰卧位于手术床后按常规进行手术操作。术中根据需要，可随时方便地直接置入体内磁阻断单元于拟阻断血管的腹侧，同时开启体外电磁单元即可实现血管阻断。

本系统阻断腹腔大血管主要实现以下目标：

(1) 外伤导致腹腔大出血的病人，开腹后无需暴露和分离便可在腹主动脉起始部位放置腹腔内磁阻断单元，开启体外电磁单元后，磁体相吸压迫腹主动脉起始部位，如图3所示，即可关闭腹腔供血总“阀门”，实现快速、精准止血，减少患者出血，并能提供无血视野，为进一步手术探查和手术操作创造条件；

(2) 腹腔镜手术前预防性地事先在手术床中嵌入体外电磁单元，如果术中误伤腹腔内大血管时，可通过腹壁戳卡迅速置入腹腔内磁阻断单元于腹主动脉就可立即实现止血，为中转开腹抢得宝贵时间。对于高出血风险腹部大手术前，也可通过预置体外电磁阻断元件，当术中损伤重要器官脏器造成大出血时，迅速放置腹腔内磁阻断单元压迫腹主动脉而快速控制出血；

(3) 肝脏部分切除术时，使用该系统将腹腔内磁阻断单元直接置于肝下下腔静脉，如图4所示，阻断下腔静脉回心血量，降低中心静脉压，减少切肝过程中肝脏断面渗血。

4 结语

控制腹腔大出血关键在于迅速找出受损血管，然后进行分流、阻断、结扎或修补，然而缺乏清晰的手术视野、没有良好的暴露是影响血管阻断的最主要因素。我们通过设计体内外磁性单元来压迫血管即使在没有清晰的术野和良好的暴露状态下仍能准确地阻断腹主动脉起始部，最重要的是通过磁性压迫无需分离血管而直接施压阻断腹腔血供来源，然后为进一步处理出血赢得宝贵时间和清晰的术野。总之，该系统的临床使用有望提高腹部创伤大出血患者的救治成功率、为高出血风险的腹部手术提供更安全的控血保障、在肝脏部分切除术中更能简便的能降低中心静脉压减少肝脏创面渗血。

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The Development of the System of Blood Flow Block by Using Magnetic Compression Abdominal Large Vascular

【 Writers 】Yan Xiaopeng1,2, Lv Yi1,2, Ma Feng2, Ma Jia1,2, Wang Haohua1,2, Wang Shanpei1,2, Li Dichen3, Liu Yaxiong3, Jia
Shenli4, Shi Zongqian4, Luo Ruixue5
1 Department of Hepatobiliary Surgery, First Af fi liated Hospital, College of Medicine, Xi’an Jiaotong University, Xi’an, 710061
2 Research Institute of Advanced Surgical Technology and Engineering, Xi’an Jiaotong University, Xi’an, 710061
3 State Key Laboratory of Mechanical System Engineering, Xi’an Jiaotong University, Xi’an, 710049
4 State Key Laboratory of Electrical Insulation and Power Equipment, Xi’an Jiaotong University, Xi’an, 710049
5 Northwest Institute For Non-ferrous Metal Research, Xi’an, 710016

magnetic compression technique, bleeding, hemostasis, abdomen

R454

A

10.3969/j.issn.1671-7104.2014.02.007

1671-7104(2014)02-0107-03

2013-09-17

中央高校基本科研业务费专项资金资助(XKJC2013003)；卫生部部属(管)医院临床学科重点项目资助(2010105)；国家自然科学基金科学仪器专项资助（81127005）

吕毅，E-mail: luyi169@126.com

【 Abstract 】A new system of blood flow block for control of bleeding in abdominal operation is composed of an abdominal magnetic blocking unit, an abdominal external electromagnet unit and other non-magnetic operation instrument. The abdominal external electromagnetic unit is placed in advance in the operation bed. The abdominal magnetic blocking unit can be placed directly on the ventral of the large vessels when need to blocking the abdominal large vessels during the operation. According to the non-contact suction characteristics of magnetic materials, the two magnetic units will attract each other and compression the vessels. Using this system for vascular occlusion does not need clear exposure and without separating vessel. There is the advantage of rapid, accurate and reliable for the system.