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外科手術(shù)中傷口縫合的打結(jié)是項(xiàng)精細(xì)活。結(jié)打松了，難以有效止血；結(jié)打緊了，容易斷線或損壞器官組織。中國(guó)科學(xué)院院士、浙江大學(xué)航空航天學(xué)院交叉力學(xué)中心主任楊衛(wèi)團(tuán)隊(duì)和中國(guó)科學(xué)院院士、浙江大學(xué)醫(yī)學(xué)院附屬邵逸夫醫(yī)院院長(zhǎng)蔡秀軍團(tuán)隊(duì)，歷時(shí)三年開(kāi)展交叉研究，闡明了“基于活結(jié)的力學(xué)傳導(dǎo)機(jī)制”，并創(chuàng)新性研發(fā)出“Sliputure（活結(jié)智能縫線）”，成功將其應(yīng)用于外科縫合，解決了機(jī)器人手術(shù)“力盲”缺陷。此項(xiàng)研究于北京時(shí)間11月27日以封面文章的形式登上國(guó)際學(xué)術(shù)期刊《自然》。

外科手術(shù)中閉合組織時(shí)需要縫合打結(jié)，即“外科結(jié)”。“外科結(jié)”普遍是死結(jié)，一旦打牢很難調(diào)整。因此，“外科結(jié)”非常依賴醫(yī)生的精巧施力。

如今，中國(guó)外科手術(shù)逐步從大開(kāi)大合向精準(zhǔn)微創(chuàng)迭代。“技術(shù)在進(jìn)步，但外科醫(yī)生的打結(jié)手感卻在不斷消失。”文章通訊作者、浙江大學(xué)醫(yī)學(xué)院附屬邵逸夫醫(yī)院陳鳴宇醫(yī)師介紹，在傳統(tǒng)開(kāi)放手術(shù)中，醫(yī)生的雙手能直接感知組織軟硬，精準(zhǔn)掌控縫合力度，但代價(jià)是患者創(chuàng)傷大、恢復(fù)慢；而機(jī)器人微創(chuàng)手術(shù)能獲得高清視野和強(qiáng)穩(wěn)定性的優(yōu)勢(shì)同時(shí)，醫(yī)生直接的力反饋大大減弱，在手術(shù)臺(tái)上陷入“力盲”困境。

在此前兩個(gè)團(tuán)隊(duì)的頭腦風(fēng)暴中，陳鳴宇提出手術(shù)感知力反饋缺失的痛點(diǎn)。“那就在旁邊先打個(gè)活結(jié)，以活結(jié)控死結(jié)。”文章通訊作者、浙江大學(xué)航空航天學(xué)院交叉力學(xué)中心研究員楊栩旭靈光一現(xiàn)，脫口而出一個(gè)既傳統(tǒng)又科學(xué)的想法。

“想象一下，當(dāng)醫(yī)生拉緊縫線時(shí)，活結(jié)的結(jié)點(diǎn)被解開(kāi)瞬間所產(chǎn)生的、一個(gè)預(yù)設(shè)好的精準(zhǔn)峰值力，會(huì)通過(guò)這根縫線實(shí)時(shí)傳送給另一頭的死結(jié)。活結(jié)打開(kāi)的這一刻就是告訴醫(yī)生：‘力度已到位，死結(jié)請(qǐng)鎖定！’”楊栩旭說(shuō)道。

天馬行空般“以活結(jié)控死結(jié)”的靈感，能否成為手術(shù)臺(tái)上穩(wěn)定可靠的應(yīng)用，技術(shù)難題在于：如何確保每一個(gè)活結(jié)都能穩(wěn)定在預(yù)設(shè)的、唯一的、精準(zhǔn)的力度下打開(kāi)。

團(tuán)隊(duì)通過(guò)高速攝像和Micro-CT捕捉活結(jié)細(xì)微的滑動(dòng)軌跡，通過(guò)力學(xué)建模、有限元仿真等手段發(fā)現(xiàn)了活結(jié)蘊(yùn)藏的有序規(guī)律：其打開(kāi)力與縫線編活結(jié)時(shí)拉緊結(jié)點(diǎn)的預(yù)緊力、結(jié)環(huán)數(shù)量、直徑等因素相關(guān)。

實(shí)驗(yàn)顯示，針對(duì)特定的活結(jié)，解開(kāi)它們最后那一瞬間的峰值力高度一致。

歷經(jīng)上千次設(shè)計(jì)迭代，團(tuán)隊(duì)完成了“基于活結(jié)的力學(xué)傳導(dǎo)機(jī)制”的程序，并最終成功將這一力學(xué)“密碼”穩(wěn)定地“編織”進(jìn)外科縫線中，研發(fā)出Sliputure。

文章通訊作者、浙江大學(xué)航空航天學(xué)院交叉力學(xué)中心教授李鐵風(fēng)介紹，Sliputure將力學(xué)智能融入外科縫線，其核心在于：給活結(jié)預(yù)設(shè)的打開(kāi)力，剛好等于縫合某一組織時(shí)適宜打死結(jié)的力。

在動(dòng)物腸道修復(fù)手術(shù)實(shí)驗(yàn)中，Sliputure的打結(jié)力度被精準(zhǔn)控制，恰好保持腸道閉合不滲漏的同時(shí)，又不發(fā)生撕裂。從開(kāi)放大鼠腸道修復(fù)，到腹腔鏡下活體豬腸道修復(fù)，再到機(jī)器人下活體豬腸道修復(fù)等實(shí)驗(yàn)結(jié)果顯示，Sliputure均讓術(shù)后臟器血供與組織的愈合程度得到改善。

“這意味著，Sliputure不僅能在開(kāi)放手術(shù)中使用，也能適配腹腔鏡手術(shù)和機(jī)器人手術(shù)。”李鐵風(fēng)表示，機(jī)械臂搭載的自動(dòng)識(shí)別與反饋系統(tǒng)檢測(cè)到活結(jié)打開(kāi)信號(hào)，立即停止“外科結(jié)”動(dòng)作，實(shí)現(xiàn)“感知—反饋—制動(dòng)”的閉環(huán)控制，將外科操作的力推進(jìn)到“可量化”和“可感知”新紀(jì)元。