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把伤口用焊接技术“焊”起来 65000人已实践

作者:admin来源:广州日报 日期:2018-7-6 9:11:40 人气: 标签:

  拥有80多年历史的乌克兰巴顿焊接研究所在世界焊接科技领域享有盛誉,其中,有一项奇特的技术你可能闻所未闻——人体软组织焊接术。2011年,“中国-乌克兰巴顿焊接研究院”在广州成立,我们的专业人员也开始研究这项技术。

  近日,“公开课”全媒体团队走进广东省科学院-广东省医疗器械研究所,观摩了高频电流焊接猪小肠的全过程,研究所的高级工程师黄德群老师为我们仔细讲解了这项令人脑洞大开的人体软组织焊接术。

  敲 黑 板

  乌克兰焊接术世界闻名。“中国-乌克兰巴顿焊接研究院”于2011年初成立,由中国科技部、乌克兰国家科学院指导,由广东省科学院、乌克兰巴顿焊接研究所、广东省科技厅、广州市人民政府四方共建,旗下包括多个实验室及工程中心,广东省医疗器械研究所就是其中一个。此次上课的老师就来自广东省医疗器械研究所。

  以往,一提到焊接,人们总是同工业联系到一起,但今天我们讲解的焊接术应用于生物医疗领域。乌克兰国家科学院巴顿焊接研究所从1992年就开始研究活体软组织高频焊接技术,并将其应用于临床,成为外科手术缝合的一种选择。

  我们的课程从手术“缝合”史开始切入,仔细讲解人体焊接术的来龙去脉。来到中国,来到广州,这项还处于探索阶段、让人脑洞大开的焊接技术又是如何?来来来,上课啦。

  非洲人这样缝

  伤口怎么缝?有些非洲人是这么干的。

  在非洲有一种行军蚁,被认为是“疗伤神器”,当地居民将这种行军蚁放到伤口处,行军蚁闻到血腥味后用力下去,当地人再扭掉蚂蚁身体,只留下咬住伤口的头部。这种“活体线”能够保留数天,就像医院缝针处理一样。

  4000年来,老祖宗这样缝

  4000年前,人类已开始用针线缝合,老祖宗们主要通过骨针和亚麻线来处理伤口。此后数千年中,针线材料大致保持不变:针是由骨或金属制成。线是由植物材料(亚麻、大麻和棉花)或动物材料(头发、肌腱、动脉、肌肉条或丝绸、羊肠线)制成。

  外科医生这样缝

  1906年,第一条经过碘处理的无菌羊肠线诞生。此后,缝合器械缝合技术不断进步不断变革,但其基本原理都是一样——止血和固定组织。缝合线包括吸收和不可吸收两大类,需要临床医生根据不同的组织及手术需求选择。

  30多年前, 一个叫巴顿的老头摔了一跤……

  鲍里斯·巴顿是乌克兰巴顿焊接研究所所长。有一次巴顿老头摔倒了,治疗了很久时间都没康复,他于是胡思乱想:既然焊接技术可以用于各种物件的“拼接”,能不能把自己的伤口组织“焊”起来呢。

  头儿有了创意,团队开始研究。从1992年开始,巴顿焊接研究所开始脑洞大开,琢磨怎么用高频电流把活体软组织“焊”起来……

  10年后……

  乌克兰巴顿焊接研究所通过与国际焊接组织及美国企业的共同合作,大约10年后,人体软组织焊接术在乌克兰应用于临床。迄今为止,在乌克兰,这项技术在130多种人体手术上共实施了超过65000例,在俄罗斯、美国及欧洲也有应用。老巴顿的奇思妙想变成了现实。

  做个实验先

  通过高频电流实现人体组织焊接,这一“耸人听闻”的技术,具体的操作过程是怎样的呢?在广东省医疗器械研究所,记者目睹了猪小肠离体焊接实验过程。

  让我们先说说原理:人体组织高频焊接,主要通过调节和控制高频电流产生温度,首先使细胞膜破坏,释出蛋白质,然后再进一步调节电流,并施加压力,使细胞间的蛋白质受热变性,发生缠绕凝集,从而实现伤口结合界面的连接。

  温度要准

  在焊接过程中,除了高频电流、吻合压力的特殊作用外,焊接温度是其中的关键因素,最佳的温度是控制在蛋白的可逆热变性范围内(例如50~60摄氏度),但目前对活体软组织的高频电流精确加热仍存在挑战,这是我们继续开展研究的目的,也是促进焊接技术在各专业外科日常应用的基础。这里所说的“高频”,指的是440KHZ(千赫兹),而家用电流的频率一般为50HZ(赫兹)。

  仪器要稳

  “人体软组织高频焊接设备”与打印机一般大小,连接着各种精细的焊接工具。设备有切割、凝血、焊接模式,每个模式有10个档位,每个档位输出的波形不一样,针对不同的软组织进行动物实验,最后模拟出可以适用于人体软组织的焊接算法。

  意外1:温度太高啦

  整个“焊接”过程需要精确调制高频电流,控制作用时间和加热温度,以保证组织活性。如果温度过高,组织就会发生碳化,变成“烤肉”。

  意外2:突然断电啦

  如果机器不稳定,比如手术中突然断电,就可能喷血渗漏,或造成组织不可修复的损伤。

  蛋白凝结

  通过高频电流转换产生热量,软组织中的蛋白质就会融化,进而粘合凝固在一起,就如“煎鸡蛋”。通过针线进行缝合,皮肤容易留下疤痕,还可能发生免疫反应;但通过自身的蛋白质进行“缝合”,当场就能弥合,形成的疤痕也更浅。

  用于切割止血

  在手术中,高频电流通过软组织,会引起瞬时的热损毁,从而达到切割的目的。而蛋白溢出粘合可同时实现止血。

  用于封闭连接

  在蛋白质的溢出、粘合的过程中,实现伤口的封闭和结合界面的连接。如两截断肠就可以如此接到一处。

  用于血管

  目前,在乌克兰以及部分欧美国家,这项技术用得最多的领域是手术中的各种粗细血管的闭合。

  用于组织器官

  可以用于肝脏的无血切割分离,眼部组织焊接,肺组织中肺泡、血管、支气管焊接闭合,胃肠组织吻合等不同类型的手术中。

  用于皮肤

  皮肤角质层多,组织结构及电气性能与一般软组织有较大差异,焊接难度大,目前研究团队正在开展技术攻关。

  要想应用于临床,我们还需要做什么

  老师告诉我们,这项技术目前在我国还处在动物实验阶段,要真正地用在人身上,还需要克服以下问题:

  一是设备的可靠性。在焊接的过程中,一定要保证温度的精确和平稳,控制在蛋白的可逆热变性范围内,以上必须通过机器不断地自动调节电流大小来实现。而机器要实现智能化调节,需要大量的实验数据及调制策略,形成焊接算法,这是目前研发团队正在进行的工作。

  二是由于不同组织的蛋白特性有差异,焊接的温度、方式都需要更精准。比如焊接血管和焊接器官,温度就有所不同。在焊接过程中,要尽量保持细胞活性,这样组织才能较快地进行自我修复。

  三是一些特殊部位,比如皮肤,由于角质层比较多,与内脏有比较大的差别,焊接难度比较大。但目前已经可以在尸体上实现了皮肤焊接,并且保持了较大的强度,通过进一步研究,有望取得更大的进展,最终实现皮肤的无疤痕吻合。

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