還在臨床實(shí)驗(yàn)的醫(yī)療，人體軟組織焊接術(shù)

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(lǐng)域享有盛譽(yù)，其中，有一項(xiàng)奇特的技術(shù)你可能聞所未聞——人體軟組織焊接術(shù)。2011年，“中國-烏克蘭巴頓焊接研究院”在廣州成立，我們的專業(yè)人員也開始研究這項(xiàng)技術(shù)。

近日，“公開課”全媒體團(tuán)隊(duì)走進(jìn)廣東省科學(xué)院-廣東省醫(yī)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(jí)工程師黃德群老師為我們仔細(xì)講解了這項(xiàng)令人腦洞大開的人體軟組織焊接術(shù)。

敲 黑 板

烏克蘭焊接術(shù)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(xué)院指導(dǎo)，由廣東省科學(xué)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(gè)實(shí)驗(yàn)室及工程中心，廣東省醫(yī)療器械研究所就是其中一個(gè)。此次上課的老師就來自廣東省醫(yī)療器械研究所。

以往，一提到焊接，人們總是同工業(yè)聯(lián)系到一起，但今天我們講解的焊接術(shù)應(yīng)用于生物醫(yī)療領(lǐng)域。烏克蘭國家科學(xué)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(shù)，并將其應(yīng)用于臨床，成為外科手術(shù)縫合的一種選擇。

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

非洲人這樣縫

傷口怎么縫？有些非洲人是這么干的。

在非洲有一種行軍蟻，被認(rèn)為是“療傷神器”，當(dāng)?shù)鼐用駥⑦@種行軍蟻放到傷口處，行軍蟻聞到血腥味后用力下去，當(dāng)?shù)厝嗽倥さ粑浵伾眢w，只留下咬住傷口的頭部。這種“活體線”能夠保留數(shù)天，就像醫(yī)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。此后數(shù)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(dòng)物材料（頭發(fā)、肌腱、動(dòng)脈、肌肉條或絲綢、羊腸線）制成。

外科醫(yī)生這樣縫

1906年，第一條經(jīng)過碘處理的無菌羊腸線誕生。此后，縫合器械縫合技術(shù)不斷進(jìn)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(yī)生根據(jù)不同的組織及手術(shù)需求選擇。

30多年前， 一個(gè)叫巴頓的老頭摔了一跤……

鮑里斯·巴頓是烏克蘭巴頓焊接研究所所長(zhǎng)。有一次巴頓老頭摔倒了，治療了很久時(shí)間都沒康復(fù)，他于是胡思亂想：既然焊接技術(shù)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(chuàng)意，團(tuán)隊(duì)開始研究。從1992年開始，巴頓焊接研究所開始腦洞大開，琢磨怎么用高頻電流把活體軟組織“焊”起來……

10年后……

烏克蘭巴頓焊接研究所通過與國際焊接組織及美國企業(yè)的共同合作，大約10年后，人體軟組織焊接術(shù)在烏克蘭應(yīng)用于臨床。迄今為止，在烏克蘭，這項(xiàng)技術(shù)在130多種人體手術(shù)上共實(shí)施了超過65000例，在俄羅斯、美國及歐洲也有應(yīng)用。老巴頓的奇思妙想變成了現(xiàn)實(shí)。

做個(gè)實(shí)驗(yàn)先

通過高頻電流實(shí)現(xiàn)人體組織焊接，這一“聳人聽聞”的技術(shù)，具體的操作過程是怎樣的呢？在廣東省醫(yī)療器械研究所，記者目睹了豬小腸離體焊接實(shí)驗(yàn)過程。

讓我們先說說原理：人體組織高頻焊接，主要通過調(diào)節(jié)和控制高頻電流產(chǎn)生溫度，首先使細(xì)胞膜破壞，釋出蛋白質(zhì)，然后再進(jìn)一步調(diào)節(jié)電流，并施加壓力，使細(xì)胞間的蛋白質(zhì)受熱變性，發(fā)生纏繞凝集，從而實(shí)現(xiàn)傷口結(jié)合界面的連接。

溫度要準(zhǔn)

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(guān)鍵因素，最佳的溫度是控制在蛋白的可逆熱變性范圍內(nèi)(例如50~60攝氏度)，但目前對(duì)活體軟組織的高頻電流精確加熱仍存在挑戰(zhàn)，這是我們繼續(xù)開展研究的目的，也是促進(jìn)焊接技術(shù)在各專業(yè)外科日常應(yīng)用的基礎(chǔ)。這里所說的“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(wěn)

“人體軟組織高頻焊接設(shè)備”與打印機(jī)一般大小，連接著各種精細(xì)的焊接工具。設(shè)備有切割、凝血、焊接模式，每個(gè)模式有10個(gè)檔位，每個(gè)檔位輸出的波形不一樣，針對(duì)不同的軟組織進(jìn)行動(dòng)物實(shí)驗(yàn)，最后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(gè)“焊接”過程需要精確調(diào)制高頻電流，控制作用時(shí)間和加熱溫度，以保證組織活性。如果溫度過高，組織就會(huì)發(fā)生碳化，變成“烤肉”。

意外2：突然斷電啦

如果機(jī)器不穩(wěn)定，比如手術(shù)中突然斷電，就可能噴血滲漏，或造成組織不可修復(fù)的損傷。

蛋白凝結(jié)

通過高頻電流轉(zhuǎn)換產(chǎn)生熱量，軟組織中的蛋白質(zhì)就會(huì)融化，進(jìn)而粘合凝固在一起，就如“煎雞蛋”。通過針線進(jìn)行縫合，皮膚容易留下疤痕，還可能發(fā)生免疫反應(yīng)；但通過自身的蛋白質(zhì)進(jìn)行“縫合”，當(dāng)場(chǎng)就能彌合，形成的疤痕也更淺。

用于切割止血

在手術(shù)中，高頻電流通過軟組織，會(huì)引起瞬時(shí)的熱損毀，從而達(dá)到切割的目的。而蛋白溢出粘合可同時(shí)實(shí)現(xiàn)止血。

用于封閉連接

在蛋白質(zhì)的溢出、粘合的過程中，實(shí)現(xiàn)傷口的封閉和結(jié)合界面的連接。如兩截?cái)嗄c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(xiàng)技術(shù)用得最多的領(lǐng)域是手術(shù)中的各種粗細(xì)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(shù)中。

用于皮膚

皮膚角質(zhì)層多，組織結(jié)構(gòu)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(tuán)隊(duì)正在開展技術(shù)攻關(guān)。

要想應(yīng)用于臨床，我們還需要做什么

老師告訴我們，這項(xiàng)技術(shù)目前在我國還處在動(dòng)物實(shí)驗(yàn)階段，要真正地用在人身上，還需要克服以下問題：

一是設(shè)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(wěn)，控制在蛋白的可逆熱變性范圍內(nèi)，以上必須通過機(jī)器不斷地自動(dòng)調(diào)節(jié)電流大小來實(shí)現(xiàn)。而機(jī)器要實(shí)現(xiàn)智能化調(diào)節(jié)，需要大量的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)及調(diào)制策略，形成焊接算法，這是目前研發(fā)團(tuán)隊(duì)正在進(jìn)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(zhǔn)。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(xì)胞活性，這樣組織才能較快地進(jìn)行自我修復(fù)。

三是一些特殊部位，比如皮膚，由于角質(zhì)層比較多，與內(nèi)臟有比較大的差別，焊接難度比較大。但目前已經(jīng)可以在尸體上實(shí)現(xiàn)了皮膚焊接，并且保持了較大的強(qiáng)度，通過進(jìn)一步研究，有望取得更大的進(jìn)展，最終實(shí)現(xiàn)皮膚的無疤痕吻合