中国院士团队登《自然》封面，破解外科打结难题

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用“活结”巧解外科“死结”，中国院士团队最新科研成果登上《自然》杂志封面。

该研究由第四届“泰山奖”医疗创新奖获得者蔡秀军院士与其团队，联合杨卫院士团队共同完成，破解了微创手术“打结力度”精准拿捏的难题。

整理 | 凌骏

针对外科手术中的“死结”难题，中国专家取得重大突破。

北京时间11月27日，浙江大学交叉力学中心杨卫院士团队，联合浙江大学医学院附属邵逸夫医院蔡秀军院士团队，共同在国际顶级期刊《自然》发表论文，创新性地提出了“Sliputure”——活结智能缝线，并成功将其应用于外科缝合。

在外科手术中，缝合伤口所打的“外科结”是一个死结，用于闭合组织。这种结一旦打牢，便很难调整。

通常而言，结打得过松，伤口可能会开裂，影响组织愈合；结打得太紧，则可能造成局部血供受阻，极易导致组织缺血坏死。

长期以来，这种“松紧程度”很大程度上依赖于主刀医生的手术经验，但由于力度缺乏量化标准，存在多个不确定性。一方面，年轻医生的操作可能不稳定，另一方面，对于使用手术机器人的手术，机械臂下手也“不太有轻重”。

为此，杨卫院士、蔡秀军院士团队提出了一个令人意想不到的解决思路——利用“滑结”（slipknot）来编码与传递力。

通俗来说，这一方法是在死结旁边预先打个活结，当在打死结、拉紧缝合线，导致活结解开的同时，就预示着死结打结完毕。

要实现这一过程，浙江大学航空航天学院交叉力学中心教授李铁风阐述原理称，首先，做活结过程中要把精准的峰值力信息存在结中；其次，解开活结过程，可将力的信息传递给串联的系统中；最后，力学模型刻画信息和力的传递，一并接入机器人或人的操纵系统，完成死结。

其中最大的技术难点之一在于，由于打死结的力是由活结解开瞬间的力决定，因此活结必须稳定可控且保持力的一致性。也就是说，要确保每一个活结都能在预设的、唯一的、精准的力度下打开。

为此，联合团队开展了一系列技术攻关，由多名来自力学、医学、数学、材料、机械、控制等多个不同学科的老师和同学进行了跨学科交叉合作。

团队通过高速摄像机和Micro-CT，捕捉到活结细微的滑动轨迹。随后通过力学建模、有限元仿真等手段发现了活结蕴藏的有序规律——解开活结的力，与编紧活结时拉紧结点的力（预紧力）、结环数量、直径、摩擦系数、模量相关。

因此仅需要改变上述参数，即可获得对应打开力的活结。实验显示，针对特定的活结，解开它们最后那一瞬间的力（峰值力）是高度一致的。

此后，研究团队反复改进，历经大量设计迭代，通过测试、采集不同年资外科医生的打结数据以及不同材料、式样活结的力学指标，并利用计算机建模，预制了大量的活结，最终完成了一套“基于活结的力学传导机制”程序。

团队制造出来几百根特制缝线——它们各自带有一个不同结法的活结，解开它们的力也各不相同，实现了不同手术场景下“活结”对“死结”的准确调控。

研究显示，在动物肠道修复手术实验中，该系统使得吻合肠道既不渗漏，又不撕裂。从开放大鼠肠道修复，到腹腔镜下活体猪肠道修复，再到机器人的操作，都获得了很好效果。

目前，应用这项技术的内镜和手术机器人，可以使相对缺乏经验的外科医生在缝合打结力的精确度上提升121%，接近甚至媲美经验丰富的外科医生。同时，它还能赋能手术机器人，在无力传感器的情况下实现实时、可靠的力控制。

蔡秀军院士是我国微创外科与智能医学领域的开拓者之一，曾获第四届医学界价值医疗泰山奖—医疗创新奖。他亲身见证并推动着外科手术从大开大合到精准微创的迭代，也深刻感受到当前外科医生在手术台上陷入的“力盲”困境。

“技术在进步，但外科医生的手感却在不断消失。”蔡秀军院士表示，传统开放手术中，医生的双手能直接感知组织软硬，精准掌控缝合力度，但代价是患者创伤大、恢复慢；而在微创手术中，这种直接的力反馈大大减弱，又使得打结力度的控制非常依赖医生的个人经验。

此次研发的“活结力学传导机制”，虽然提供的解决方案原理看似原始，但却是研究者们对其结构蕴含本质规律的泛化应用，不需要通过传感等电子设备才能做即时判断，避免了手术操作或机器人在缺电或者断网环境中，无法精准工作的问题。

展望未来，除了运用于临床，这种不依赖复杂电子器件构建操作的方法原理，还能满足常规手术中的深腔环境，并有望在其他极端条件（深海、深空、深地等特种作业）和极限尺寸研究（极微观系统构造或调控）中展现应用前景。

而这也正是浙江大学“医工交叉、临床驱动”创新生态的生动缩影。“Sliputure”的成功，验证了交叉力学研究中的“数智力学”和“Mechano-Intelligence”范式。

据了解，目前，研究团队正在构建针对不同组织的力值数据库，致力于开发适用于各类机器人手术及消化道、心血管、神经外科等高精度缝合领域的系列产品。

参考文献：

1.“活结”巧解外科“死结”！蔡秀军院士团队最新科研成果登上《自然》杂志封面，https://mp.weixin.qq.com/s/Zr4yivnfW73QFPBc9P53-w

2.《自然》|用活结的方案，解决一个死结问题，https://www.sohu.com/a/958897255_121627717

（封面图、首图与本文无关，图源锐景）

本文转载自医学界

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