磁体差异性结构设计在磁压榨技术中的应用分析

专论——磁外科创新技术编者按：磁外科发展已有40年，在经历实验论证阶段、自由探索阶段后进入了学科发展阶段，其内涵已突破了磁压榨吻合、磁吻合的范畴，业已形成了以磁压榨技术、磁锚定技术、磁导航技术、磁悬浮技术、磁示踪技术为核心的临床应用方向，成了极具外科创新潜质的技术领域。

国内磁外科起步较晚，但发展迅猛，以西安交通大学第一附属医院为核心，我国磁外科在基础研究、理论创新、新技术研发、临床推广应用等诸多方面走在了世界前列。

2018年，西安交通大学第一附属医院主持召开了首届国际磁外科大会，牵头国内外磁外科专家制定了磁外科发展的“西安共识”（Xi ’an Consensus on Magnetic Surgery ），奠定了磁外科发展的中国领跑者角色。

本期推出“磁外科创新技术”专题，分析了磁体差异性结构设计在磁压榨技术中的应用，介绍了磁外科中磁体设计的“西安原则”，针对磁体置入的消化道环境评价了不同表面改性的钕铁硼磁体抗胃液腐蚀的性能，介绍了基于磁锚定技术和磁压榨技术的外科创新技术和功能性磁性材料在磁外科中的应用潜能。

希望通过本期栏目，能够使国内的临床医生和医疗器械研发厂商认识到磁外科技术创新的魅力，推动国内磁外科的发展。

栏目主编：严小鹏 严小鹏，博士，现任西安交通大学第一附属医院肝胆外科副研究员，World Journal of Gastroenterology 、《中国医疗设备》《世界华人消化外科杂志》审稿人，精准外科与再生医学国家地方联合工程研究中心磁外科基础研究小组负责人，致力于磁外科理论创新和临床新技术研发，累计8次受邀在世界外科医师年会和美国外科医师年会上做磁外科相关技术口头报告和壁报展示，为磁外科学体系构建的主要倡导发起人和重要推动者之一。

以第一和通讯作者在国内外核心期刊发表论文40余篇，其中SCI 收录8篇；以主要完成人获教育部技术发明一等奖1项、中华医学科技一等奖1项；以第一发明人申报国家发明专利11项，已授权3项；主持国家自然科学基金1项、省基金1项。

磁体差异性结构设计在磁压榨技术中的应用分析邱明龙1a,1b,2a ，高慧敏1b,2a ，叶丹1b,2a ，袁宗玲1b,2a ，刘豪1a,1b,2a ，付珊1a,1b,2a ，雷蕾1b,2a ，邓博1b,2b ，单丽宇1a,1b,2b ，史爱华1b ，吕毅1a,1b ，严小鹏1a,1b1. 西安交通大学第一附属医院 a. 肝胆外科；b. 精准外科与再生医学国家地方联合工程研究中心，陕西 西安 710061；2. 西安交通大学 a. 启德书院；b. 宗濂书院，陕西 西安 710061[摘 要] 目的 分析磁压榨技术中磁体结构设计的差异性，提出磁体设计的基本原则。

方法 分析国内外磁压榨技术相关文献中不同应用部位下磁体形状、大小等设计的差异性，并探讨其影响因素。

结果 应用部位的解剖特点、需要的磁力大小、手术方式、功能需求及磁体所处外环境是磁体设计过程中应该考虑的基本影响因素，磁体在设计时应遵循功能性原则、可加工原则、可操作性原则、风险最小化原则、符合磁力学基本规律的原则。

结论 本文提出的磁压榨磁体设计基本原则具有普适性，可用于指导磁体设计。

[关键词] 磁外科；磁压榨技术；结构设计；磁力Application Analysis of Differential Structure Design of Magnet inMagnetic Compression TechnologyQIU Minglong 1a,1b,2a , GAO Huimin 1b,2a , YE Dan 1b,2a , YUAN Zongling 1b,2a , LIU Hao 1a,1b,2a , FU Shan 1a,1b,2a ,LEI Lei 1b,2a , DENG Bo 1b,2b , SHAN Liyu 1a,1b,2b , SHI Aihua 1b , LV Yi 1a,1b , YAN Xiaopeng 1a,1b1. a. Department of Hepatobiliary Surgery; b. National Local Joint Engineering Research Center for Precision Surgery &Regenerative Medicine, The First Affiliated Hospital of Xi’an Jiaotong University, Xi’an Shaanxi 710061, China;2. a. Qide College; b. Zonglian College, Xi’an Jiaotong University, Xi’an Shaanxi 710061, China12019年第34卷 03期VOL.34 No.03专 论FEATURES中国医疗设备 2019年第34卷 03期 V OL.34 No.032专 论FEATURES引言磁压榨技术（Magnetic Compression Technique ，MCT ）是利用两个或两个以上磁体（或数个磁体与数个顺磁性材料）之间的磁性吸引力，通过开腹（胸）手术、腔镜手术、内镜操作、介入操作等来实现脏器的连接再通、组织的压榨闭合、管腔内容物的限流等，从而对疾病进行诊断和治疗[1]。

MCT 是磁外科（Magnetic Surgery ，MS ）领域中发展最早、临床应用最广泛的技术，MCT 借助磁场特殊的“非接触性”施力特性，与现有的腔镜技术、内镜技术、介入技术相结合，诞生了一系列颠覆性的外科创新技术，促进了外科手术快速、微创、高效化进程。

目前MCT 的临床应用包括血管吻合、胃肠吻合重建、胆道狭窄/闭塞再通、食管狭窄/闭锁再通等领域。

在实际临床应用中，根据吻合部位、吻合方式及吻合目的的不同，磁体结构设计差异性较大。

尽管MCT 尚未成为临床中的主流吻合方法，但其独特的优越性已经凸显出来了，主要体现在两个方面：一方面，磁体间特殊的“非接触性”施力特点，可实现微创下以“磁力隧道开通”的模式，对胆道狭窄/闭塞、食管闭锁/狭窄疾病进行内镜下微创治疗；另一方面，在感染状态下进行手工缝线或钉式吻合空腔脏器时，贯穿式吻合模式下吻合口组织受到缝线或吻合钉纵向牵拉切割力的作用，可导致吻合失败，而MCT 在完成吻合时被压迫组织承受的是一个平面的压力，且无缝线或吻合钉对吻合口组织的穿透性损伤[2]，这正是MCT 能够实现炎症感染状态下消化系统一期吻合的根本原因。

上述两点使MCT 在某些疾病的治疗上诞生了一系列颠覆性的技术。

在MCT 中磁体的结构设计多种多样，充分了解患者的病情和治疗目的是磁体设计的基本出发点，设计的依据则与磁体置入部位的解剖结构、对磁力的需求、磁体留置的外环境、手术实施的方式等诸多因素相关。

只有彻底领悟MCT 的本质内涵，充分考虑各种影响要素，才能对磁体的设计达到个体化、精准化，具备可操作性，避免盲目设计，造成资源浪费，甚至延误患者治疗。

本文总结分析了国内外MCT 相关文献中所涉及的磁体设计的差异性，并探讨了影响结构设计的因素，同时结合作者前期的研究积累，在国际上首次提出了MCT 中磁体设计的基本原则。

1 解剖因素对磁体结构设计的影响磁体所处部位的解剖特点是磁体结构设计应优先考虑的因素。

对于胃肠道、胆道及食管端端吻合来说，磁体位于管腔内，因此磁体一般采用圆柱体或圆环状的设计[3-13]，为了兼顾磁体置入和排出的便捷性和安全性，以及获得足够的吻合口大小，磁体的外径一般应小于管腔内径1~3 mm 。

在进行胃肠道、胆道的侧侧吻合时，磁体可为条状[14]、半胶囊状[15]、椭圆环状[16]，此时应充分考虑磁体置入后磁体占管腔的空间比，磁体置入后应不引起肠道梗阻方可。

而对于血管端端吻合来说，现有的设计大多为针环结构[17]，这是因为磁环位于血管腔外，且血管壁需要外翻以实现内膜对内膜的血管吻合的基本原则，磁环内径应小于血管外径约2~3 mm ，这样一方面可以方便血管外翻操作，另一方面避免磁环内径太小，导致血管吻合口狭窄。

而对于血管侧侧吻合来说多设计为椭圆环状[18]，除了考虑功能方面的需要（即全分流还是部分分流）外，还应考虑磁体置入后对血管形变及血流动力学的影响。

特殊吻合部位如磁压榨直肠阴道瘘闭合修补应考虑阴道的曲度、直肠阴道隔厚度、瘘口的位置及大小等[19-21]。

2 磁力特性对磁体结构设计的影响磁场力是实现磁压榨的基础，在同一磁性材料下，磁场强度与磁体大小和充磁方向密切相关。

以圆柱状磁体为例，当底面积一定时，磁体中心的磁场强度与磁体的高度成正相关，其变化规律如图1a 所示，磁场强度随着磁体高度增加成非线性增加。

但是在设计磁体时，我们不可能为收稿日期：2018-12-04 修回日期：2018-12-21 基金项目：国家自然科学基金（81700545）；陕西省自然科学基础研究计划（2017JQ8021）；中央高校基本科研业务费专项资金（xjj2018jchz14）；西安交通大学大学生创新训练项目（GJ201810698113）。

通讯作者：严小鹏，博士，主要研究方向为磁外科、肝移植、医学教育。

通讯作者邮箱：yanxiaopeng99@Abstract: Objective To analyze the difference of magnet structure design in magnetic compression technology (MCT) and propose the basic principle of magnet design. Methods The characteristics and influencing factors of the structure design of magnets under different application scenes in the literature of MCT were analyzed. Results The anatomical characteristics, magnetic force, operation mode, functional requirements and the external environment of the magnet were the basic factors, which should be considered in the design of the magnet. The design of the magnet should follow the principle of function and machinability, feasibility, risk minimization, conforms to the principle of basic laws of magnetics. Conclusion The basic design principles of magnetic press magnets presented in this paper are universal and can be used to guide the design of magnets.Key words: magnetic surgery; magnetic compression technique; structural design; magnetic force [中图分类号] TH77 [文献标识码] A doi：10.3969/j.issn.1674-1633.2019.03.001 [文章编号] 1674-1633(2019)03-0001-04专 论FEATURES了追求更大的磁场强度而无限制增加磁体的高度，因为从磁场强度曲线可以看出，当磁体高度增加到一定程度后，磁场强度的增加趋于平缓，说明磁体高度达到一个拐点后，随着高度的增加，磁场强度增加并不显著。