我國科學(xué)家破解機(jī)器人手術(shù)縫合力盲缺陷 創(chuàng)新活結(jié)智能縫線。外科手術(shù)中傷口縫合的打結(jié)是一項(xiàng)精細(xì)活。如果結(jié)打得過松，難以有效止血；如果結(jié)打得過緊，則容易斷線或損壞器官組織。中國科學(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)與中國科學(xué)院院士、浙江大學(xué)醫(yī)學(xué)院附屬邵逸夫醫(yī)院院長蔡秀軍團(tuán)隊(duì)合作，歷時(shí)三年開展研究，闡明了“基于活結(jié)的力學(xué)傳導(dǎo)機(jī)制”，并研發(fā)出“Sliputure（活結(jié)智能縫線）”。這項(xiàng)技術(shù)成功應(yīng)用于外科縫合，解決了機(jī)器人手術(shù)中的“力盲”缺陷。該研究成果于北京時(shí)間11月27日以封面文章的形式發(fā)表在國際學(xué)術(shù)期刊《自然》上。

外科手術(shù)中閉合組織時(shí)需要縫合打結(jié)，即“外科結(jié)”。這種結(jié)通常是死結(jié)，一旦打牢很難調(diào)整，因此非常依賴醫(yī)生的精巧施力。隨著中國外科手術(shù)從大開大合向精準(zhǔn)微創(chuàng)轉(zhuǎn)變，雖然技術(shù)進(jìn)步帶來了高清視野和強(qiáng)穩(wěn)定性，但醫(yī)生直接的力反饋大大減弱，導(dǎo)致他們在手術(shù)臺上陷入“力盲”困境。在一次頭腦風(fēng)暴中，陳鳴宇提出手術(shù)感知力反饋缺失的問題。楊栩旭提出了一個(gè)既傳統(tǒng)又科學(xué)的想法：先打個(gè)活結(jié)，通過活結(jié)控制死結(jié)。

當(dāng)醫(yī)生拉緊縫線時(shí)，活結(jié)的結(jié)點(diǎn)被解開瞬間會產(chǎn)生一個(gè)預(yù)設(shè)好的精準(zhǔn)峰值力，這個(gè)力會通過縫線實(shí)時(shí)傳送給另一頭的死結(jié)?；罱Y(jié)打開的那一刻就是告訴醫(yī)生：“力度已到位，死結(jié)請鎖定！”

為了確保每一個(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，團(tuán)隊(duì)通過高速攝像和Micro-CT捕捉活結(jié)細(xì)微的滑動軌跡，并通過力學(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。實(shí)驗(yàn)顯示，針對特定的活結(jié)，解開它們最后那一瞬間的峰值力高度一致。

經(jīng)過上千次設(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，并將這一力學(xué)“密碼”穩(wěn)定地編織進(jìn)外科縫線中，最終研發(fā)出Sliputure。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)的打開力，剛好等于縫合某一組織時(shí)適宜打死結(jié)的力。

在動物腸道修復(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均使術(shù)后臟器血供與組織愈合程度得到改善。這意味著，Sliputure不僅能在開放手術(shù)中使用，也能適配腹腔鏡手術(shù)和機(jī)器人手術(shù)。機(jī)械臂搭載的自動識別與反饋系統(tǒng)檢測到活結(jié)打開信號后，立即停止“外科結(jié)”動作，實(shí)現(xiàn)“感知—反饋—制動”的閉環(huán)控制，將外科操作的力推進(jìn)到“可量化”和“可感知”的新紀(jì)元。