磁為醫用，開啟外科修復重建新模式
——記西安交通大學第一附屬醫院磁外科團隊

文/喬占衛

磁外科團隊

消化道病種多、占比大，外科是主要治療手段，核心為切除和重建，包括重建消化管和受累血管。

縫合是外科重建的基本操作，1902年Carrel三點式血管吻合開辟了腫瘤根治、斷肢再植、器官移植時代。“三點式”點石成金，影響深遠，1912年折桂諾貝爾醫學獎。但是，縫線及釘合的針眼“微流孔”效應不容忽視，誘發消化道漏或者瘢痕狹窄，常使醫生望“眼”興嘆。探索粘合、夾合、扣合技術曾經很熱，代表性技術之一是“Murphy’s扣”，利用彈簧原理，缺點是體積大、壓不實、脫不掉。轉而研究可降解支架，仍未獲突破。

上世紀70年代，磁壓榨吻合技術（MCA）興起。磁內賦能量、誘導釋放、隔空發力、自動對位等技術展現出光明的前景。但當時所用的磁體為四氧化三鐵，磁力不強。80年代，第三代稀土永磁釹鐵硼材料問世。90年代，我國自主生產高標號釹鐵硼永磁材料，在高科技軍工領域廣泛使用。

西安交通大學第一附屬醫院呂毅課題組經過多年思辨，設想若將“磁”為醫學巧用，必化劍為犁，護佑健康。2002年呂毅團隊將釹鐵硼引入醫學領域，得到政府和業界大力支持。期間，他與志同道合的理工科專家共同組建“醫工結合腹部外科若干關鍵技術創新研究”教育部創新團隊，在國家自然科學基金重點、科學儀器專項、衛生部重點學科建設項目等支持下，聚焦磁外科技術創新研究。

16年間，他們系統探明了稀土金屬釹鐵硼永磁材料醫學可利用的三大關鍵科學問題。

首先，解除了生物安全“隱憂”：腐蝕碎裂磁屑的磁力糾纏機械損傷；析出金屬離子的生物毒性危害。為此，查明梳理釹鐵硼植入各類間隙的生物、物理和化學特性。依據理化環境最終確立了最先進的等離子增強化學氣相沉積氮化鈦鍍層方案，被國際同行推崇采納。血管重建永久植入時利用鈦合金TC4 做微米級超薄殼封裝技術，滿足永久植入密封性和耐用性要求。

其次，闡明局部強磁場安全性問題。檢測顯示，當動物體內植入磁體后，除外磁體之間夾持的組織接受約300mT磁場之外，離開磁體10mm場強銳減至接近地磁場。進一步研究顯示，即便在較強磁場下持續暴露，對正常組織、細胞、整體沒有不良影響。研究還同時發現局部強磁場對多種消化道腫瘤細胞有不同程度的抑制作用。

再次，挑戰消化外科更難部位吻合，需探索膽、胰磁力壓榨時壞死與愈合之間的平衡。當壞死早于愈合時可出現漏，當愈合快于壞死時可出現磁體脫落困難或吻合口疤痕狹窄。而理想的壞死和愈合的速度可以通過磁場強度和組織應力變化來加以控制。為此，該團隊專門建立了異形釹鐵硼磁體磁力分析方法，系統研究了膽腸、胰腸及血管磁壓榨組織愈合的最適壓強，利用磁力、應力耦合場有限元分析方法，探索出磁性裝置最佳設計參數。

16年間，他們建立了利用磁性裝置創新外科技術的標準化方法，提出磁外科學概念。

消化道病變切除以后，需根據不同部位的空腔臟器病理解剖特點和吻合要求，設計不同形狀和規格的磁吻合器件。針對膽管等管腔狹窄、閉塞或阻隔狀態，團隊規劃設計出適用于再通或另辟蹊徑開通的磁體器件。器件可經手術、內鏡甚至吞咽進入預設部位。因血管端端吻合需滿足內膜外翻的要求，且磁環需要永久留置，團隊還設計了針環結構磁吻合裝置，并嚴密封裝于超薄層鈦殼內。

鑒于磁性器件具備多用途和普適性的特點，突破了單純壓榨吻合的范疇，團隊于2010年，在國際上最先提出并研究磁外科概念及體系，系統研究了磁壓榨、磁錨定、磁導航、磁懸浮、磁示蹤等技術原理，并借鑒顯微鏡外科使用到顯微外科發展的思路界定磁外科概念及體系，為磁在醫學上的拓展使用奠定了基礎。

在上述研究基礎上，團隊以磁外科概念為先導，創新5大類17項技術，對復雜、微創、極端環境的外科情形產生變革性影響。

團隊在國際首創了磁壓榨膽腸、胰腸吻合技術，首次全面實現了胰十二指腸切除無縫線化消化道重建。多支肝管空腸磁壓榨吻合可機械化組裝，化繁為簡，方便操作。該技術顛覆了傳統重建模式，實現76例膽腸、胰腸吻合，沒有吻合口漏發生。

腹腔鏡下縫合操作復雜，完成吻合需要時間長、技術要求高、漏的發生率也較高。團隊利用磁性吻合原理，發明腹腔鏡磁性膽腸吻合槍，可大大減少腹腔鏡下精細操作，降低吻合難度，提高吻合速度，將有助于腹腔鏡下消化外科切除重建技術更廣泛的開展。

團隊創建針對醫源性膽管截斷的磁壓榨再通技術，使目前ERCP微創技術得以施展，避免了傳統理念下必須的再次手術。

在上述技術積淀之下，磁外科屢次挑戰“不可能”：一位腹部重傷患者已歷時2年未有效解決膽道閉鎖的難題，后經磁壓榨技術治療，僅用25天開通截斷膽管，創造奇跡；創傷性胰腺炎致早期胰腺壞死伴巨大囊腫，磁外科用穿刺引流配合定制化半膠囊磁體吞服，實現了超極限微創下的胰腺假性囊腫胃吻合；團隊還發明了磁壓榨吻合技術打通狹窄或閉鎖的食管，將原本可能需要胸腹聯合大手術變成了內鏡下微創操作。

肝移植公認是難度極大的手術，團隊利用磁吻合重建肝臟附屬血管，初步實現了快速肝臟植入。發明了鈦磁-人工血管轉流裝置，應用于肝癌離體切除，與手工縫合人工血管、暫時性下半身和門靜脈血液轉流技術相比，可大幅縮短血流阻斷時間。

團隊手術中

快速肝移植技術—磁吻合肝上下腔靜脈重建動物實驗

除此之外，團隊還把磁外科技術拓展應用于磁壓榨直腸陰道瘺修補、磁蜘蛛人輔助供肝修整、磁牽引懸吊乳腺癌皮瓣游離，以及系列磁錨定輔助腹（胸）腔鏡下切除，包括肺葉/肺楔形切除、膽囊切除、肝癌切除、胰體尾+脾臟切除和雙側附件切除，減少戳卡，減輕創傷。磁懸浮頸椎間隙擴張、程控吞磁消化道旁路治療肥胖糖尿病實驗研究也在進行之中。

目前團隊獲授權發明專利36項，發表SCI論文281篇。主參編（譯）專著12部。獲中華醫學科技獎一等獎、教育部技術發明獎一等獎等科技獎勵6項。呂毅教授受邀在在第620次香山科學會議上作報告，引起與會專家高度關注，會議充分肯定磁外科創新技術，建議成立磁外科專門分會，并擬于2019年10月再以磁外科為主題舉辦專題研討會。受國際磁外科同行推舉，團隊于2018年6月舉辦了首屆國際磁外科大會，主持達成磁外科發展“2018西安共識”，正牽頭組織國際同行編撰“磁外科學”專著。2019年4月13日-14日，第二屆國際磁外科大會在西安如期舉行。

西安交通大學第一附屬醫院磁外科團隊歷時16年，跨學科協同攻關，建立了磁外科學基本體系，原創性研發了系列磁外科手術器械，創建了多項顛覆性吻合重建技術、開創了外科復雜病癥微創治療的新模式，將對外科修復重建的發展帶來深遠影響。