腹腔鏡肝移植術的免氣腹裝置實驗研究

馮哲，余家薇，湯博，王善佩，王越，王榮峰，陳環，單麗宇，吳榮謙，呂毅

1. 西安交通大學第一附屬醫院 a. 肝膽外科；b. 精準外科與再生醫學國家地方聯合工程研究中心，陜西 西安 710061；2. 西安交通大學 宗濂書院， 陜西 西安 710061

引言

肝移植是終末期肝病的唯一有效治療手段。目前肝移植的手術方式包括經典原位肝移植術、背馱式肝移植，均采用開腹直視下手術，切口取“倒L”型或“奔馳”切口[1]。但是移植患者因手術切口范圍大、術中切口暴露時間長、術中大量輸血、術后使用免疫抑制劑等因素，切口并發癥居高不下。微創技術的應用能改善術后切口并發癥的發生[2-3]。目前，腹腔鏡技術在肝膽外科的領域應用十分成熟，如腹腔鏡膽囊切除已經成為了膽囊炎的標準手術方式[4]，腹腔鏡胰十二指腸也已經證明其安全性和可行性[5-6]。并且腹腔鏡技術在移植領域也應用廣泛，如腹腔鏡活體供肝切除，腹腔鏡腎移植，機器人輔助腎移植術等[7-9]。但是目前還沒有腹腔鏡肝移植手術的相關動物實驗報道。

傳統腹腔鏡手術通常利用使用CO2建立氣腹環境，形成腔鏡下的操作空間。雖然腹內壓的形成對術野的暴露有一定的優勢。但是，二氧化碳氣腹裝置會引發一系列并發癥，例如皮下氣腫、肩部疼痛、腹內壓增高、高碳酸血癥、影響血流動力學等，另外還會引起氧合和通氣功能受損、肩部酸痛、腹腔臟器缺血甚至腫瘤遷移[10-12]。免氣腹腹壁懸吊裝置目前在已經在婦產科、肝膽科、腎移植等相關領域得到廣泛應用[13-15]。甚至和達芬奇手術機器人聯合進行手術[16]。但是在腹壁提升的便捷性方面不適用于腹腔鏡肝移植手術。

因此，本團隊本設計免氣腹腹壁懸吊裝置，利用此裝置代替氣腹裝置建立操作空間，并加以實驗進行可行性驗證。

1 設計思路

為了在免氣腹的情況下，使腹部時刻保持隆起狀態，為后續病肝離體、供肝植入和供肝血管與膽管吻合操作提供持久、充分的操作空間，本團隊設計出一種適用于該手術的免氣腹懸吊牽拉裝置，該裝置由固定支架、絞盤、傘形牽拉器構成。該裝置設計目標為：① 體外支架足夠穩固，可承受手術床邊固定、腹壁牽拉多方向載荷下保持穩固，不易形變；② 傘形牽拉器打開時，橫截面大，能夠最大限度模擬氣腹的腹腔空間，提供足夠的腹腔鏡器械操作空間；③ 不干擾腔鏡器械操作；④ 提升過程操作簡單。為實現上述目標，對牽拉裝置進行針對性設計：① 變形方面，腹壁牽拉器可呈展開及收縮兩種狀態，收攏狀態下直徑能通過小切口置入腹腔，撐開狀態能夠為腹壁牽拉提供足夠張力與較低壓強；② 尺寸方面，牽拉器在不增加腹部切口長度的條件下盡可能大，保證腹壁牽拉效果滿意，對腹部側向有一定的支撐作用；③ 操作方面，腹壁提升使用成熟的絞盤結構，牽開器與支架通過絞盤連接，能夠快速方便的提升和降低伏筆高度；④ 材料方面，采用具有足夠強度醫用不銹鋼，可承擔足夠牽引力，不易形變。

2 基本結構

適用于該手術的免氣腹懸吊牽拉裝置，由體外支架、絞盤、腹壁牽拉器構成。

2.1 體外支架及絞盤

體外支架由床旁固定器、固定臂、牽拉臂組成（圖1）。床旁固定器寬60 mm，長30 mm，高41 mm。卡槽活動范圍25～55 mm，通過卡槽固定于手術床旁。固定臂直徑25 mm，長600 mm，可以通過與床旁固定器的支架固定孔調節固定臂的高度。牽拉臂長450 mm，直徑25 mm，加載于固定臂的固定孔內，可通過固定臂的固定孔調節兩臂的相對位置。絞盤由把手、鎖扣、升降桿組成，升降桿可調節高度為150 mm。

圖1 免氣腹裝置體外支架及絞盤

2.2 腹壁牽拉器

體內撐開器由1個穿刺針以及3個扇葉裝配而成（圖2）。穿刺針直徑4 mm，長80 mm，扇葉長180 mm，寬20 mm。穿刺針底部有螺紋結構，用螺母將3個扇葉固定于穿刺針底部上，扇葉可收攏或舒展，舒展狀態下可形成穩固六邊結構，提供腹壁支撐。

圖2 免氣腹裝置腹壁牽拉器

3 工作過程

在腹腔鏡下肝移植手術中，受體的首要步驟分為病肝游離和供肝植入兩個階段。可以使用面氣腹裝置完成兩個階段的手術，也可以在氣腹下實現供肝游離，在免氣腹條件下實現病肝植入。在此介紹免氣腹裝置的使用過程。

將床旁固定器置于術者對側床旁滑竿，調整至合適位置后，通過固定器上的螺栓固定。將體外支架的固定臂穿過床旁固定器插孔，通過螺栓固定。將牽拉臂通過螺栓固定于固定臂插孔，絞盤固定于牽拉臂上。將絞盤降至最低點。將腹壁牽拉器三葉重合，從切口置入腹腔，使用穿刺針穿出腹壁外，使用牽拉鋼絲及卡扣將穿刺針和絞盤末端連接，上調固定臂的高度使腹壁輕微受力后固定。此時打開牽拉器三葉，使用絞盤提升腹壁牽拉器高度，牽拉腹壁形成免氣腹的操作空間。

4 應用效果

4.1 有限元法仿真分析

利用workbench軟件分析懸吊系統結構其實際使用環境中的工況，建立對應的有限元模型，添加系統可能承受作用力下的位移及應變結果，并進行計算分析。為對受到不同載荷的支架進行全方面剛強度校核，需要對其進行不同工況下的受力分析。進入workbench界面，新建靜力分析流程，添加材料，設置材料屬性。將建立的支架模型導入到workbench。使用六面體法對支架主體進行網格劃分，將網格尺寸設置為5 mm。添加固定約束、作用面、添加重力加速度及載荷。插入位移以及應變結果，提交計算。在最大載荷為1000 N可以看出，在當前載荷下的最大等效應力1733.62 MPa，從整體位移圖中可看出，支架最大總位移為0.41052 mm，模型剛強度符合要求，見圖3。

圖3 仿真分析圖

4.2 動物實驗驗證

將免氣腹懸吊裝置在豬腹腔鏡肝移植實驗中進行實驗驗證。受體豬使用陸眠寧4～6 mL肌肉注射，腹腔注射3%戊巴比妥10～20 mL，待豬靜臥時，予以酒精及紗布清洗耳緣靜脈皮膚。耳緣靜脈緩慢推注5～10 mL。豬取仰臥位，固定四肢。行氣管插管，使用恩氟烷/異氟烷1%～2%濃度維持麻醉，氧氣流量2 L/min。頸部消毒鋪巾，分別于頸動脈及頸內靜脈置管，用于術中動脈血壓檢測及補液。靜脈滴注頭孢唑林鈉2 g。腹部消毒鋪巾，下腹部取15 cm橫切口，將收攏狀態下牽拉器可通過下腹部橫切口送入腹腔內，通過手輔助將穿刺針穿透腹壁，用牽拉鋼絲將穿刺針與絞盤升降桿連接，將扇葉打開，提升高度，此時體外支架提供穩固的牽拉，從而實現術野的充分暴露（圖4）。實驗中使用測力計記錄，在腹壁牽拉力可以提供30 N的力可基本滿足手術需求，在提供大于40 N的力時，術野暴露良好。受體肝臟可在腹腔鏡下完成，利用腔鏡器械完成肝周韌帶離斷、肝門解剖，以及供肝植入后的血管吻合等步驟。腔鏡及腹腔鏡操作器械不受撐開器影響。必要時術者可通過切口以手進行輔助，并作為術中突發事件的緊急處理預備通道。手術結束后，解除懸吊系統內外連接，將牽拉器三葉合攏，原位撤出體外。動物實驗表明，免氣腹懸吊裝置能提供充足的腹腔鏡暴露空間，保證腹腔鏡下的術野暴露、肝臟解剖游離順利完成。

圖4 免氣腹懸吊裝置動物實驗圖

5 討論

肝移植患者均為無法保守治療的終末期肝病。已有的動物實驗表明，免氣腹技術比氣腹在14 mmHg時引起的血清學肝功能的改變要小[17-18]。因此，對于肝功能失代償的患者，使用免氣腹腹腔鏡技術進行手術可能對患者更加有力。免氣腹裝置的使用可以避免皮下氣腫、高碳酸血癥等并發癥。同時氣腹環境下，對術中因使用能量器械產生的煙霧而長時間吸引會造成氣腹壓的減小，導致術野縮小。而在免氣腹條件下，持續吸引并不會對術野造成影響。此外，對存在病肝離體及供肝植入的腹腔鏡肝移植手術，均需要額外的切口作為肝臟進出的通道，此切口作為免氣腹裝置和肝臟進入體內的入路，并不會額外增加患者的手術切口。并且，在術中出現大出血等緊急情況，術者可以通過此切口直接進入腹腔內進行手輔助止血等操作。另外必要時也可應通過切口進行直視下的判斷或操作，節省了腔鏡下困難操作的反復嘗試時間，所以免氣腹手術也被稱為最接近開放手術的微創手術。此外，在手術難度較低的受體，術者可以采用氣腹下游離，如果此時術者選擇在下肝和上肝后繼續采用氣腹下操作，需要對切口進行封閉處理，這勢必會造成手術時間過長，同時在確實視野的情況下無法保證肝臟保持充分的降溫處理，會對術后肝功能的恢復造成一定影響。而術者在下肝前直接轉為免氣腹裝置，則能避免這一問題。

目前在動物實驗和臨床應用中有多種免氣腹裝置，根據實現的方式分為腹壁牽拉式、腔內充氣式；根據牽拉的方式可以分為穿刺牽拉式和小切口提拉式；根據牽拉裝置的形狀可以分為傘形或扇葉形牽拉裝置，另外還有J型、圈型等形狀[14,19-21]。Hu等[14]設計的免氣腹充氣裝置智能暴露膽囊三角充氣裝置會遮擋肝門。王海彪等[22]雖然使用的免氣腹裝置能暴露肝門進行右半肝切除，但是需要進行多點位穿刺提拉，并且提升腹壁方式較困難。針對以上特點，本團隊研發一種適用于腹腔鏡肝移植手術的免氣腹懸吊牽拉裝置。其優勢在于：① 體內撐開器收斂狀態可通過微創切口置入腹腔，舒展狀態可提供較大的橫截面，為腹壁提供足夠的牽拉與較小的壓強，減少對腹壁的損傷；② 不干擾術者以及其他腔鏡器械的正常操作；③ 采用穩固的鋼材，系統結構設計合理，載荷足夠大的作用力下也僅有較小位移，不易形變，保證手術過程中的穩固。

有限元力學分析以及動物實驗提示，本裝置能良好代替氣腹裝置，為術者提供可供操作空間與視野，且降低氣腹所帶來的隱患。聯合下腹部橫切口可實現病肝離體以及供肝的植入，并提供直視下操作輔助，有助于實現經典原位肝移植手術的微創化并降低手術難度，對促進腹腔鏡下肝移植手術的實現具有重要輔助價值。所以免氣腹技術適用于此類創新性的外科手術或帶有大病灶切除的復雜微創手術。

6 結論

本團隊研發的免氣腹裝置，能夠為病肝游離、供肝植入等過程提供穩定、足夠的腹腔鏡操作空間，提供充足的視野，保證手術的順利進行。