生物软组织压榨转变机理及磁融合器结构与生物力学研究

The connection and reconstruction of soft tissue, particularly the tube tissue，usually need manual operation by suturing.However，due to the fester of tissue,patients often suffer form pain of stuturing failure. Magnetic compression anastomosis (MCA) can effectively connect a variety of soft tissues, as a very unique medical device. But due to the lack of detailed investigation on relevant mechanisms, its reliability was limited, causing a serious impact on the clinical application of MCA. This project, aimed at biliary-enteric anastomosis and enteric-enteric anastomosis applications, would explore the mechanism of tissue anastomosis under the integration of multiple outfields, and would study the structural design, analysis, as well as other common methods of MCA. First, studies shall be done for investigating inherent transformation mechanism under collective impacts from "magnetic field, compression force, and structure", to solve the trade-off between necrosis and growth on different tissue spots. On this basis, there would be optimization of MCA devices structure and parameters. Subsequent animal experiments shall verify and further correct the structure. The study is expected to promote MCA to the actual clinical application, and to explore new research methods and applications of medical device technologies.

生物软组织-特别是管道类生物软组织-的连接重建，通常采用手工缝合方法。但因组织病变溃烂，常造成缝合失效。磁融合器能有效连接各种生物软组织，是一项非常独特的医疗器械，但由于目前对磁压榨融合机理缺乏详尽研究，制约了磁融合的可靠性，严重影响了磁压榨融合器的临床应用。本课题以胆肠融合和肠肠融合为应用对象，探索软组织在外场压力和磁场共同作用下的融合机理，并研究磁融合器的结构参数优化和生物力学分析等共性问题。即首先研究磁压榨融合器的'磁场、压榨力和结构'三重因素作用下组织转变内在机理，解决磁压榨融合器对不同部位组织要求坏死脱落与生长融合的矛盾，在此基础上，对磁压榨融合器的结构参数进行研究，完成结构设计与分析，通过后续动物实验验证，进一步修正磁压榨融合器的结构。研究结果有望推动我国医用磁压榨融合器走向实际临床应用，探索生物医疗器械技术新的研究方法和应用领域。

空腔脏器的吻合(融合)重建技术是手术治疗消化道疾病中的一项基本操作。磁性压榨无缝线的吻合（融合）方式因其易操作、浆膜对合良好和吻合口相关并发症少等优点得到广泛关注。但目前磁压榨吻合中缺乏详尽的压榨力与组织坏死愈合的生物力学研究，磁吻合（融合）器的设计主要靠医师的经验估测。针对以上问题，本课题进行了与磁吻合（融合）器相关的磁力学研究；探索组织磁压榨吻合过程中压榨力与组织坏死和吻合口愈合关系并确定最佳的吻合压榨力范围，据此建立有限元力学模型与分析方法，运用该模型分析得出人体肠道组织的临界压榨应力区间；设计并改进磁性吻合（融合）器的主要结构。.磁体结构参数能够影响磁力大小,圆柱形磁体半径/厚度或者圆环形磁体宽度/厚度约为1时（体积一定）磁力最大；平-凸型磁体相较于凸-凸型磁体更适合磁吻合器的设计，且不宜采用曲率半径过小的结构形状。磁体嵌套金属屏蔽外层后能够有效防止磁体的磁场泄漏造成多对吻合器的相互作用，底部厚度为1.5mm、壁厚为1mm的结构屏蔽效果最佳。.进行磁压榨过程中组织转变内在机理的研究。通过不同磁力磁体压榨肠道组织和胆肠组织形成肠肠吻合以及胆肠吻合，从HE染色观察结果和强度测试结果表明：磁体压榨力越高，被压榨组织坏死速度越快，同时吻合口周围组织愈合速度也越快，但压榨吻合后期，压榨力大小对吻合口周围组织愈合的影响逐步减弱；肠肠磁压榨形成的吻合口的合适压力为15N-30N，胆肠磁压榨形成的吻合口的合适应力范围为0.2MPa-0.3MPa，合适的压力为4N-8N。.设计磁吻合（融合）器结构并分析磁吻合器的主要结构参数。为解决磁吻合（融合）器不易排出体外的难题，根据人体回盲瓣解剖尺寸和仿生结构分析，进行椭圆环磁吻合（融合)器的设计与分析以及由磁柱、“法兰”状填充物和降解外壳组成的组合式体积可缩变磁吻合（融合）器的探索研究。通过数字化设计分析和3D打印制造了个性化、定制型聚醚醚酮（PEEK）、钛合金和树脂吻合器外壳，以适应不同患者内腔形态。.通过有限元分析建立力学模型及分析方法，根据该模型及人体肠道组织参数，进一步得出人体临界压榨应力区间。建立动物肠道组织血管模型，通过固体力学模型对组织和血管变形进行分析；根据动物组织临界应力区间对模型中力学参数进行调整；根据人体肠道组织参数，建立人体肠道组织血管模型并进行分析，得出人体肠道组织临界应力区间为0.06 - 0.11MPa.