自鎖緊式縫合線結(jié)構(gòu)與性能初探

何麗偉，王 璐，Martin W King

（1.西南大學(xué) 紡織服裝學(xué)院，四川 重慶4000175；2.東華大學(xué) 紡織學(xué)院，上海200051；3.紡織面料技術(shù)教育部重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，上海200051；4.North Carolina State University）

自鎖緊式縫合線由于其自身的特殊結(jié)構(gòu)，對(duì)組織有一定錨定能力，在縫合傷口也不需要打結(jié)，且醫(yī)生操作方便［1］。自鎖緊式縫合線也稱倒鉤縫合線，是將外科手術(shù)中使用的普通縫合線，經(jīng)切割改良制成許多小刺狀凸起，從而形成三度空間的縫合線。自鎖緊式縫合線倒鉤配置能夠?qū)⒖p合組織錨定，防止組織在其倒鉤的相反方向移動(dòng)，并提供足夠的組織支持，來維持傷口愈合前所需的強(qiáng)力，從而使傷口在最小殘余張力和壓力下愈合［2］。因此這種無結(jié)設(shè)計(jì)，避免了由結(jié)點(diǎn)引起的重大異體排斥反應(yīng)，除了在美容領(lǐng)域中的成功應(yīng)用，也在減少創(chuàng)傷組織中有重大潛力［3，4］。

要求自鎖緊式縫合線能有效的錨定組織，并在力學(xué)性能方面表現(xiàn)與其一致（例如：由于肌腱的模量高于皮膚組織，肌腱的修復(fù)就需要更具剛度的倒鉤來錨定肌腱的周圍組織［5］）。而縫合線倒鉤的幾何結(jié)構(gòu)，是影響其生物機(jī)械性能的主要因素。本文通過對(duì)單齒自鎖緊式縫合線的外觀觀察和握持力測(cè)試實(shí)驗(yàn)對(duì)自鎖緊式縫合線的結(jié)構(gòu)與其錨定性能做了一個(gè)初探。

1 實(shí)驗(yàn)部分

1.1 自鎖緊式縫合線的倒鉤結(jié)構(gòu)

1.1.1 自鎖緊式縫合線材料選擇

本實(shí)驗(yàn)中以“0”號(hào)藍(lán)色聚丙烯單絲制備自鎖緊式縫合線，其直徑為：0.400±0.001mm，沿長(zhǎng)度方向有單倒鉤。（單倒鉤自鎖緊式縫合線由美國(guó)北卡大學(xué)提供）。

1.1.2 自鎖緊式PP醫(yī)用縫合線結(jié)構(gòu)

本課題我們研究倒鉤的幾何形態(tài)的變化對(duì)其性能的影響，單倒鉤在剪切角度和剪切深度這兩個(gè)變量的影響下的性能變化。單向倒鉤縫合線樣品的剪切原型是用北卡州立大學(xué)生物紡織實(shí)驗(yàn)室研發(fā)的剪切理論如圖1所示［5］。

圖1 倒鉤的剪切原型

由直角三角原理，知道角度和一邊長(zhǎng)，可以求得另兩邊長(zhǎng)。即知道剪切角度和剪切深度，我們可以推算得倒鉤的長(zhǎng)度。

1.1.3 自鎖緊式縫合線倒鉤的幾何形態(tài)

本課題探究包含了三種不同程度的剪切深度（0.07mm，0.12mm，0.18mm）和三種不同程度的剪切角度（150°，160°，170°）的 PP縫合線試樣。完整的九格設(shè)計(jì)如表1所示。并用顯微鏡觀察。

表1 倒鉤縫合線不同幾何形態(tài)的實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)

1.2 自鎖緊式縫合線在組織中的錨定測(cè)定測(cè)試

本課題選用成份為木漿纖維、聚酯的①號(hào)織物縱向和成份為聚酯的②號(hào)織物橫向模擬組織。為了研究不同形態(tài)的倒鉤對(duì)組織的錨定效果，設(shè)計(jì)組織／縫合線拉出實(shí)驗(yàn)。組織規(guī)格：長(zhǎng)度30mm，寬度10mm，厚度1.5～2.0mm。

本實(shí)驗(yàn)在YG（B）026H拉伸儀上對(duì)不同織物進(jìn)行單軸拉伸測(cè)試。用金屬平夾頭對(duì)織物進(jìn)行握持，軸向拉伸，拉伸速度：50mm／min，預(yù)加張力：0cN，起拉力值：0cN，隔距50mm。

圖2 模擬組織＼縫合線拉伸模型［5］

2 實(shí)驗(yàn)結(jié)果與討論

2.1 自鎖緊式縫合線結(jié)構(gòu)顯微鏡觀察結(jié)果

用生物體視顯微鏡觀察驗(yàn)證倒鉤縫合線的外觀形態(tài)如圖3所示。所用放大倍數(shù)為10X

圖3 不同剪切深度，剪切角度的單倒鉤縫合線

由生物體視顯微鏡所拍攝的圖片，如圖3可明顯觀察到倒鉤隨著剪切角度和剪切深度的變化而變化（同時(shí)發(fā)生外擴(kuò)現(xiàn)象）：在剪切角度不變剪切深度增加時(shí)，倒鉤變得粗大；而剪切深度不變剪切角度增加時(shí)，倒鉤薄而長(zhǎng)。顯然，倒鉤的幾何形態(tài)不同其倒鉤本身的剛度，柔韌性等機(jī)械性能都將不同。

2.2 縫合線在組織中的錨定測(cè)定與評(píng)價(jià)

2.2.1 模擬生物組織／自鎖緊式縫合線拉出實(shí)驗(yàn)

由表2可以看出，自鎖緊式縫合線對(duì)①號(hào)織物的錨定力隨著倒鉤剪切深度的加深而力值增大。而當(dāng)剪切深度不變時(shí)，倒鉤的錨定力并沒有隨著角度的增加而增加，但160°和170°倒鉤的力值明顯大于150°倒鉤的力值。由此推測(cè)150°到160°之間力值隨剪切角度增加發(fā)生明顯變化增加，但160°以后隨剪切角度增加，力值變化不明顯，甚至有略微下降。

表2 ①號(hào)織物縱向組織／縫合線拉出實(shí)驗(yàn)平均強(qiáng)力值（cN）

由表3可以看出，自鎖緊式縫合線對(duì)②號(hào)織物的錨定力值也是隨著倒鉤剪切深度的加深而力值增大。而當(dāng)剪切深度不變時(shí)，150°到160°之間力值隨剪切角度增加發(fā)生明顯變化增加，而160°到170°之間倒鉤的力值變化不明顯。

表3 ②號(hào)織物組織／縫合線拉出實(shí)驗(yàn)平均強(qiáng)力值（cN）

由于①號(hào)織物縱向比②號(hào)織物模量高，對(duì)于①號(hào)織物縱向當(dāng)?shù)广^剪切角度為160°，剪切深度為0.18mm時(shí)錨定力值最高。而對(duì)于②號(hào)織物當(dāng)?shù)广^剪切角度為：170°，剪切深度為0.18mm時(shí)錨定力值最高。由以上兩組實(shí)驗(yàn)可以發(fā)現(xiàn)，倒鉤的剪切深度直接影響縫合線對(duì)組織的錨定效果，而剪切角度150°到160°之間錨定效果變化明顯，之后隨剪切角度變化不明顯。

總觀兩組實(shí)驗(yàn)力值，②號(hào)織物的所有幾何形態(tài)下的平均強(qiáng)力值比①號(hào)織物高，主要因?yàn)棰谔?hào)織物比①織物組織結(jié)構(gòu)更緊密，所以倒鉤對(duì)②號(hào)織物組織的握持更好，錨定效果更佳。

2.2.2 模擬組織／普通縫合線拉出實(shí)驗(yàn)

表4中是兩種直徑的普通縫合線從組織中拉出的實(shí)驗(yàn)，明顯可以看出普通縫合線對(duì)組織的錨定力值遠(yuǎn)遠(yuǎn)低于自鎖緊式縫合線，力值的產(chǎn)生主要依靠縫合線與組織的摩擦作用。當(dāng)縫合線直徑增大時(shí)，接觸的表面積增加，摩擦增大，力值也就增加了。又由于普通縫合線外表面平滑，在其拉出的過程中不像自鎖緊式縫合線產(chǎn)生明顯的峰值（如圖4）。自鎖緊式縫合線拉出曲線圖的峰值都是由于倒鉤握持住組織產(chǎn)生的。

表4 非倒鉤縫合線不同直徑下的組織／縫合線拉出實(shí)驗(yàn)

圖4 非倒鉤縫合線不同直徑下的組織＼縫合線拉出曲線

2.3 自鎖緊式縫合線對(duì)組織錨定性能的分析及倒鉤的結(jié)構(gòu)變化

從模擬組織實(shí)驗(yàn)中我們可以看到，倒鉤的剪切深度對(duì)組織的錨定效果的規(guī)律十分明顯，隨著深度增加，錨定效果越好，但剪切角度變化不明顯。對(duì)照生物體組織＼縫合線拉出實(shí)驗(yàn)，在同一剪切深度下，組織的模量不同，不同角度的倒鉤對(duì)其錨定的效果也不同。但也可能新鮮生物體材料實(shí)驗(yàn)重現(xiàn)性較差，因而錨定效果有所差異。

圖5為經(jīng)過組織＼縫合線拉出實(shí)驗(yàn)后，9組自鎖緊式縫合線倒鉤的變形情況。由圖中可以看出當(dāng)剪切角度較小時(shí)，倒鉤容易發(fā)生彎曲而不能握持住組織，隨著縫合線的抽離而脫離組織。但當(dāng)剪切角度增大時(shí)，倒鉤容易發(fā)生撕裂，撕裂沿著剪切線，并平行于單絲軸線與拉出方向相反形成撕裂，知道最后整個(gè)倒鉤被剝落，而縫合線失去倒鉤也將從組織中抽拔出去。而倒鉤發(fā)生彎曲或者撕裂都是受倒鉤剛度的影響，倒鉤剛度大易發(fā)生撕裂，而剛度小時(shí)，易發(fā)生彎曲。

圖5 經(jīng)過拉伸后的倒鉤形態(tài)

由于對(duì)縫合線的切割作用，倒鉤會(huì)不再緊貼著縫合線而發(fā)生外擴(kuò)現(xiàn)象如圖6，外擴(kuò)角為θ，而a點(diǎn)會(huì)隨著外擴(kuò)而移動(dòng)到b點(diǎn)。因剪切深度和剪切角度影響倒鉤的外擴(kuò)成程度，θ角越大外擴(kuò)越厲害，而倒鉤能握持的范圍增加。正因?yàn)橥鈹U(kuò)程度的不同，倒鉤握持組織時(shí)的受力點(diǎn)也將不同，導(dǎo)致握持的力不同，錨定效果發(fā)生差異。而針對(duì)不同的組織，倒鉤握持的組織不同，能握持到的組織多少不同，所受阻力也就不同。當(dāng)然我們也可以很直觀的發(fā)現(xiàn)，當(dāng)剪切深度增加時(shí)，倒鉤長(zhǎng)度增加，能握持到的周圍組織也變多。

圖6 倒鉤的外擴(kuò)現(xiàn)象

由以上實(shí)驗(yàn)我們可以猜測(cè)，影響倒鉤對(duì)周圍組織握持能力的主要因素為倒鉤的剛度和倒鉤的外擴(kuò)程度。

3 結(jié)論

從模擬組織／自鎖緊式縫合線拉出實(shí)驗(yàn)中，對(duì)于同一種組織，當(dāng)?shù)广^的剪切角度不變，剪切深度加深時(shí)，倒鉤對(duì)組織的錨定力值增加，握持能力更好。而剪切角度對(duì)其組織錨定效果和握持能力影響規(guī)律不明顯。實(shí)驗(yàn)還發(fā)現(xiàn)倒鉤的組織錨定和握持能力是與周圍組織的結(jié)構(gòu)和機(jī)械性能相關(guān)。當(dāng)周圍組織結(jié)構(gòu)緊密，倒鉤的握持效果比周圍組織結(jié)構(gòu)稀疏的要好。當(dāng)周圍組織模量不同時(shí)，對(duì)應(yīng)能產(chǎn)生最大錨定力值的倒鉤幾何形態(tài)也不同，換句話說就是，不同幾何形態(tài)的倒鉤適用于不同的組織結(jié)構(gòu)。

［1］ 秦冬雨，王文祖.醫(yī)用縫合線的結(jié)構(gòu)與性能［J］.產(chǎn)業(yè)用紡織品，2001，19（10）：16-19.

［2］ Eric L.Smith，Steven T.DiSegna，Pinak Y et al.Barbed Versus Traditional Sutures：Closure Time，Cost，and Wound Related Outcomes in Total Joint Arthroplasty［J］.Arthroplasty，2014，29（2）：283-287.

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［5］ N.P.Ingle，M.W.King.Optimizing the tissue anchoring performance of barbed sutures in skin and tendon tissues［J］.Journal of Biomechanics.2009，43（2）：302-309.