血管閉合器械研究現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢

吳飛，李桂香，陳軍，黃德群，唐元梁，顧珩

1. 廣東省科學(xué)院健康醫(yī)學(xué)研究所（國家醫(yī)療保健器具工程技術(shù)研究中心，廣東省醫(yī)用電子儀器及高分子材料制品重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室），廣東 廣州 510500；2. 廣東工業(yè)大學(xué) 機(jī)電工程學(xué)院，廣東 廣州 510006

引言

在現(xiàn)代外科手術(shù)中，如何高效閉合血管止血一直是外科醫(yī)生面臨的難題之一，快速止血也一直是制約外科手術(shù)發(fā)展的瓶頸。2019年，我國醫(yī)療器械市場規(guī)模高達(dá)6380億元，其中血管閉合器械為479億元，約占7.5%[1]。隨著人民生活水平的提高，人們對心血管疾病的治療效果及微創(chuàng)手術(shù)的要求日益增長。血管閉合類器械的發(fā)展代表著一個(gè)國家的醫(yī)療器械在高值醫(yī)用耗材方面的水平。用于動(dòng)脈穿刺點(diǎn)止血、經(jīng)皮血管穿刺以及血管吻合止血的傳統(tǒng)醫(yī)療器械很多，如以Angio-SealTM、StarClose SETM、SyvekPatchTM等為代表的穿刺點(diǎn)止血器械，以Ligasure血管閉合系統(tǒng)、超聲刀、熱能刀為代表的載能類血管閉合器械。這些血管閉合器械各有優(yōu)勢，但在普適性方面都有著各自的局限性。目前市面上一種血管閉合器基本對應(yīng)一種相應(yīng)的血管閉合類型，而常規(guī)一場手術(shù)可能要用到好幾種器械。頻繁更換器械的煩瑣操作無疑增加了醫(yī)生的工作量，所以迫切需要開發(fā)一種高普適性的血管閉合器械以較好實(shí)現(xiàn)任意范圍的血管閉合。因此，本文結(jié)合國內(nèi)外研究進(jìn)展，根據(jù)血管閉合器械的能量方式進(jìn)行歸納分類，簡要介紹其研究及應(yīng)用現(xiàn)狀，重點(diǎn)闡述分析載能類與非載能類血管閉合器存在的問題和血管閉合器械的未來發(fā)展趨勢，以期為血管閉合器械的研發(fā)提供借鑒和指導(dǎo)。

1 血管閉合器械研究現(xiàn)狀

血管閉合器械是外科手術(shù)中經(jīng)常用到的止血工具，也是醫(yī)療器械廠家們熱衷研發(fā)的器械之一。目前已研發(fā)的血管閉合器械，型號、種類繁雜。市面上采用的血管閉合器械主要包括非載能類血管閉合器械和載能類血管閉合器械。近年來載能類血管閉合器械得到了較迅速發(fā)展。

1.1 非載能類血管閉合器

非載能類血管閉合器是經(jīng)皮血管穿刺手術(shù)中經(jīng)常用到的一類穿刺點(diǎn)止血醫(yī)療器械。這類穿刺點(diǎn)大多在血管的內(nèi)壁上，創(chuàng)口面很小。在一些微創(chuàng)手術(shù)中，難以用組織焊接的方法進(jìn)行血管閉合。目前市面上用于這類穿刺點(diǎn)止血的器械有很多，其止血方式和產(chǎn)品各不相同，常用的動(dòng)脈穿刺點(diǎn)血管閉合器主要分為被動(dòng)型血管閉合器和主動(dòng)型血管閉合器兩大類[2]。

1.1.1 被動(dòng)型血管閉合器

國外多數(shù)醫(yī)療器械公司依據(jù)在血管穿刺點(diǎn)外表面釋放膠原等促凝材料加速周圍形成血栓封閉穿刺點(diǎn)的原理，開發(fā)了諸如Angio sealTM、VascadeTM、ExoSealTM、MynxTM等經(jīng)典使用促凝材料的被動(dòng)型血管閉合器[3]。李小波等[4]分別利用Angio-seal血管閉合裝置與手工壓迫進(jìn)行股動(dòng)脈穿刺點(diǎn)止血并對患者舒適性及短期局部并發(fā)癥情況進(jìn)行了比較。Angio-seal 血管閉合裝置可以顯著提高患者術(shù)后舒適性，但其術(shù)后短期局部并發(fā)癥皮下淤斑發(fā)生率顯著提高（達(dá)25%）。陳鈾研究發(fā)現(xiàn)冠狀動(dòng)脈造影（Coronary Angiography，CAG）和經(jīng)皮冠狀動(dòng)脈介入（Percutanenous Coronary Intervention，PCI）術(shù)后止血中皮下淤斑發(fā)生率為2.06%，但屬于高成本低效益方式，人均直接止血成本達(dá)3823.1元[5]。Hmoud等[6]回顧性分析了Vascade血管閉合器的特點(diǎn)，其通過在引入鞘形成的組織束中放置一個(gè)生物可吸收膠原塞實(shí)現(xiàn)快速止血，完成后不會(huì)滯留腔內(nèi)組件，減少了異物導(dǎo)致的皮下淤斑，30天內(nèi)無并發(fā)癥發(fā)生。姜國攀等[7]的研究表明在正確操作ExoSeal Cordis 血管閉合裝置的情況下，ExoSeal與手動(dòng)止血的效果一樣，但是ExoSeal所需的時(shí)間更短，術(shù)后并發(fā)癥發(fā)生率為6.98%。Scott等[8]使用Mynx血管閉合裝置進(jìn)行動(dòng)脈腔內(nèi)手術(shù)止血，術(shù)后出血并發(fā)癥發(fā)生率低（僅3.4%），止血迅速，減少了患者的住院時(shí)間。

使用促凝材料的閉合器可以加快血管閉合，縮短止血時(shí)間。但是，這些促凝材料滯留在體內(nèi)容易導(dǎo)致炎癥，甚至出現(xiàn)皮下淤斑，所以促凝材料的選擇及研制至關(guān)重要。如何加速促凝材料的吸收，減少并發(fā)癥的發(fā)生是此類血管閉合器發(fā)展的重點(diǎn)。

1.1.2 主動(dòng)型血管閉合器

主動(dòng)型血管閉合器通過鈦夾或者縫線將穿刺點(diǎn)周圍的組織聚攏閉鎖起來達(dá)到封堵血管的效果。以StarClose為代表的環(huán)夾血管閉合器，閉合力強(qiáng)，適用于5～6 F穿刺點(diǎn)，實(shí)際使用中對于7～8 F的穿刺點(diǎn)也是安全有效的[9]。Spiliopoulos等[10]研究了StarClose在外周血管止血中的效果，這種血管閉合器在肥胖患者中的使用技術(shù)難度增加，在高血壓患者中使用可能會(huì)出現(xiàn)滲血現(xiàn)象。Kim等[11]的研究發(fā)現(xiàn)，使用StarClose的術(shù)后并發(fā)癥發(fā)生率為8%。盡管存在以上問題，StarClose用于股淺動(dòng)脈穿刺止血是安全有效的。即使在股骨頭下緣2～7 cm處也能實(shí)現(xiàn)簡單止血。李岳云[12]研究PCI術(shù)中止血時(shí)發(fā)現(xiàn)，使用Perclose ProGlide血管縫合器的系統(tǒng)止血成功率為88%～97%，并發(fā)癥發(fā)生率為5.3%，但止血成本高達(dá)3441.4元。

血管情況良好的患者，使用釘夾類的血管閉合器可快速止血，效果可靠。其獨(dú)特的腔外止血機(jī)制，使內(nèi)皮細(xì)胞不會(huì)接觸外來異物，降低了炎癥的風(fēng)險(xiǎn)[13]，但是鈦夾會(huì)一直留在體內(nèi)，部分患者會(huì)有不適感。肥胖及高血壓患者，操作的技術(shù)難度增加且有再次滲血風(fēng)險(xiǎn)。此外，使用這種裝置進(jìn)行血管牢固閉合操作時(shí)也要求醫(yī)生有一定的操作技巧。

1.2 載能類血管閉合器械

隨著科學(xué)技術(shù)的不斷進(jìn)步，諸如激光焊接、超聲焊接、熱焊接、高頻電流焊接等技術(shù)成功運(yùn)用到血管閉合操作上。這些載能類血管閉合器械種類繁雜，對于不同類型的血管焊接有著各自的擅長點(diǎn)。目前，市面上最新和最常用的載能類血管閉合器械大致分為激光焊接、超聲刀、結(jié)扎速血管閉合系統(tǒng)三大類。

1.2.1 激光焊接

激光焊接作為一種非接觸式焊接方式，具有精準(zhǔn)性好、對周圍生物組織擾動(dòng)小的優(yōu)點(diǎn)。它利用光熱分解原理，通過控制光的波長、激光的功率、光斑大小、脈沖持續(xù)時(shí)間等參數(shù)，將激光能量選擇性作用在目標(biāo)組織內(nèi)，進(jìn)行凝固、汽化或切割操作[14]。曾海山團(tuán)隊(duì)成功利用基于多光子吸收的光熱解法選擇性閉合了組織內(nèi)的單個(gè)血管，且不需要外源性藥物的輔助[15]。治療過程由活體反射共聚焦顯微鏡實(shí)時(shí)監(jiān)測，可以閉合從毛細(xì)血管到小靜脈直徑范圍的血管。血管精準(zhǔn)閉合減少了對周圍組織的干擾，完整保護(hù)了組織的正常功能。雖然激光焊接閉合小血管具有一定優(yōu)勢，但王飛等研究發(fā)現(xiàn)激光焊接也存在許多不良反應(yīng)，如皮下瘀斑（24%～49%）、隱神經(jīng)損傷后的皮膚麻木（6.7%）等[16]。

針對毛細(xì)血管及小靜脈這一類微細(xì)血管，傳統(tǒng)縫合方法無能為力，且對于周圍正常血管的損傷較大，而激光焊接技術(shù)可以很方便地針對這些血管進(jìn)行閉合。然而，激光作用點(diǎn)較小，作用深度較淺，難以牢固閉合直徑較大的血管[17]。如何改進(jìn)現(xiàn)有激光閉合血管的技術(shù)以適應(yīng)更大范圍的血管閉合要求，這是未來激光閉合技術(shù)的研究重點(diǎn)。

1.2.2 超聲刀

超聲刀手術(shù)刀作為一種新型的機(jī)械能手術(shù)刀，區(qū)別于傳統(tǒng)手術(shù)刀通過銳利刃口劃開組織，超聲刀是以超聲振動(dòng)作用于目標(biāo)組織，不會(huì)通入電流，對肌肉神經(jīng)不產(chǎn)生刺激，不會(huì)對裝有心臟起搏器的患者產(chǎn)生干擾[18]。它通過發(fā)生器產(chǎn)生頻率55.5 kHz、振幅0.1～0.3 mm的高頻諧波振動(dòng)，通過特殊的刀頭傳遞到生物組織，使組織內(nèi)水分流動(dòng)、汽化，打開或游離組織層面[19]。同時(shí)，高頻振動(dòng)會(huì)使蛋白質(zhì)變性凝固，促使血管閉合，達(dá)到治療的效果。張立慶等[20]隨訪了患者消融、超聲刀手術(shù)和常規(guī)扁桃體切除術(shù)后2年的療效，通過自制的調(diào)查問卷發(fā)現(xiàn)在扁桃體殘留極點(diǎn)上，超聲組得分優(yōu)于消融組和常規(guī)組，曠雨等[21]的研究也發(fā)現(xiàn)患者超聲刀手術(shù)后并發(fā)癥發(fā)生率低，僅為3.3%。

然而，目前國產(chǎn)超聲刀性能還不成熟，依賴進(jìn)口；超聲刀刀頭容易損壞且價(jià)格昂貴；閉合血管難以保證足夠的組織連接強(qiáng)度；手術(shù)過程中，經(jīng)常會(huì)出現(xiàn)霧化現(xiàn)象，干擾手術(shù)視野，這些都是醫(yī)用超聲刀未來發(fā)展中需要重點(diǎn)解決的問題。

1.2.3 結(jié)扎速血管閉合系統(tǒng)

在微創(chuàng)腹腔鏡手術(shù)中，醫(yī)生們經(jīng)常使用LigaSure血管閉合系統(tǒng)。這個(gè)系統(tǒng)是在傳統(tǒng)雙極電刀基礎(chǔ)上改進(jìn)而來的。它利用生物阻抗、電流、電壓變化等信息進(jìn)行輸出功率實(shí)時(shí)負(fù)反饋調(diào)節(jié)，減少了手術(shù)過程中過高的熱量對周圍正常組織的損傷，達(dá)到精確治療的目的[22]。曠雨等[21]比較了采用LigaSure能量器械和傳統(tǒng)縫合技術(shù)在經(jīng)腹宮頸癌切除術(shù)中的治療效果，發(fā)現(xiàn)能量器械組在平均手術(shù)時(shí)間、切除的淋巴結(jié)數(shù)目和術(shù)中失血量方面均優(yōu)于傳統(tǒng)縫合組。能量器械可以顯著提高手術(shù)刀的安全性和有效性，具有較高的臨床應(yīng)用價(jià)值。張陽等[23]的研究發(fā)現(xiàn)LigaSure能量器械術(shù)后并發(fā)癥發(fā)生率僅為2%。結(jié)扎速血管閉合系統(tǒng)雖然比傳統(tǒng)雙極電凝系統(tǒng)智能許多，但是這個(gè)系統(tǒng)目前只能安全閉合理論直徑7 mm以內(nèi)的血管[24]，對于更粗一點(diǎn)的血管仍需要手動(dòng)縫合，對于更細(xì)的靜脈血管也力不從心。因此，結(jié)扎速血管閉合系統(tǒng)未來還需要升級優(yōu)化以適應(yīng)更大范圍的血管焊接。

2 血管閉合器械未來發(fā)展趨勢

市面上的血管閉合器械，種類繁多。這些器械適用范圍不同，實(shí)際使用時(shí)，面對具體血管閉合要求需要針對性選擇合適的閉合器械，這極大地依賴醫(yī)生的經(jīng)驗(yàn)，頻繁更換器械也增加了醫(yī)生的工作量，不利于提高手術(shù)效率。一些血管閉合器械的執(zhí)行末端活動(dòng)自由度小，對于非游離狀態(tài)的血管抓取困難。Sánchez-Margallo等[25]的研究發(fā)現(xiàn)符合人機(jī)工程學(xué)的腹腔鏡器械可以顯著降低醫(yī)生手眼協(xié)調(diào)任務(wù)的完成時(shí)間，改善外科醫(yī)生在腹腔鏡手術(shù)中的表現(xiàn)。因此，開發(fā)一種適用范圍廣、操作簡便、易上手的血管閉合器械至關(guān)重要。

以Angio-seal為代表的被動(dòng)型經(jīng)皮血管穿刺手術(shù)止血器械，主要通過在血管創(chuàng)口處放置促凝材料加速傷口溢出的血液形成血栓達(dá)到封堵止血效果，但是這些促凝材料作用時(shí)會(huì)在皮下膨脹極易造成皮下瘀斑，較大的鞘導(dǎo)入器又會(huì)增加出血性并發(fā)癥的概率[26]。以StarClose為代表的主動(dòng)型經(jīng)皮血管穿刺手術(shù)止血器械，通過鈦夾或者縫線物理閉合創(chuàng)口進(jìn)行止血，簡單快速，但是實(shí)際使用過程中，鈦夾容易發(fā)生滑移造成傷口閉合不牢固而發(fā)生二次滲血，或縫線不易降解使術(shù)后發(fā)生傷口感染等并發(fā)癥[27]。經(jīng)皮血管穿刺手術(shù)止血器械有兩種發(fā)展趨勢：① 優(yōu)化器械結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，朝著多自由度、可靠閉合的方向發(fā)展；② 選用可降解且生物相容性好的材料，這兩點(diǎn)是實(shí)現(xiàn)經(jīng)皮血管穿刺點(diǎn)簡單可靠止血的重要方向。

激光焊接對于毛細(xì)血管及靜脈小血管的閉合具有無可比擬的精準(zhǔn)治療優(yōu)勢，但其焊接功率低，對于稍粗的血管閉合就力不從心。超聲刀在實(shí)際使用過程中依然面臨組織液霧化干擾術(shù)野的問題，此外，國產(chǎn)超聲刀頭技術(shù)不過硬，實(shí)際臨床使用的超聲刀頭主要依靠進(jìn)口，且易損壞、不耐用、價(jià)格昂貴[28]。Ligasure是在雙極電凝的基礎(chǔ)上升級而來的，其焊接閉合血管過程中一直根據(jù)鉗間反饋信號不斷調(diào)節(jié)，故可以減少組織熱損傷和煙霧的產(chǎn)生，達(dá)到精確治療的目的[29]。但是Ligasure目前只能安全閉合理論直徑7 mm以內(nèi)的血管，對于更粗一些的血管仍需要手動(dòng)縫合，對于更細(xì)的靜脈血管也力不從心。載能類血管閉合器械發(fā)展趨勢：① 研發(fā)成熟精準(zhǔn)的能量控制系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)精準(zhǔn)閉合血管，提高組織焊接質(zhì)量，減少對正常組織的熱損傷；② 優(yōu)化刀頭設(shè)計(jì)，延長刀頭使用壽命，實(shí)現(xiàn)更大尺寸范圍的夾持。

3 結(jié)論

外科手術(shù)的發(fā)展離不開血管閉合技術(shù)的進(jìn)步。隨著生活水平的提高，患者們對手術(shù)過程中止血的耗時(shí)、損害、安全性和可靠性提出了更高的要求，這些需求極大地促進(jìn)了血管閉合器械的發(fā)展。各種血管閉合器械都有自己的局限性，需要根據(jù)實(shí)際情況合理選用。而種類繁多的血管閉合器械的選擇和使用無疑增加了醫(yī)生的負(fù)擔(dān)。此外，器械操作不當(dāng)又會(huì)加劇血管閉合后感染和并發(fā)癥的發(fā)生。高效、好用的血管閉合器械將會(huì)是未來的發(fā)展方向。非載能類血管閉合器械的發(fā)展趨向于操作便捷、安全可靠、適用范圍廣；載能類血管閉合器械的能量控制系統(tǒng)正向著智能化、精準(zhǔn)化方向發(fā)展；能多自由度抓取、剪切并有閉合功能的執(zhí)行末端是操作非游離類血管閉合的重要組成部分，符合人機(jī)工程學(xué)的執(zhí)行末端將會(huì)極大提高醫(yī)生操作的舒適性，亦是提高外科止血效率的關(guān)鍵。