基于电热效应原理的生物组织融合连接技术研究

利用高频电流作用于生物组织产生热效应原理的双电极电外科组织连接技术具有大量临床需求，但目前利用电热效应连接的组织尚有连接不牢、连接一致性较差、存在一定程度热损伤等问题。根据双电极手术过程与电火花加工及电阻焊接加工具有的相似性，本项目拟采取生物医学制造方法解决此问题，将生物组织看成是作用于两极间的具有一定电阻值的工件，结合生物组织特点从制造角度研究组织电热连接问题。项目将研究在电、机械等参数作用下的组织热属性、组织连接规律及性能，明确加工参数与组织热连接失效的关系，实现组织连接参数优化及连接效果一致性；对比研究射频电流作用下的组织连接效果，明确组织连接机制；建立生物组织电热连接的有限元热模型，预测组织热加工性能，以减少热量对组织及神经的损伤。本项目拟解决目前电热连接生物组织的质量及其控制的关键问题，是国际上电热连接组织的前沿课题，在外科手术中具有广阔的应用背景，具有重要的理论研究和现实意义。

血管闭合技术是双极电外科技术在临床中的重要应用。血管闭合技术是指将高频交流电作用于血管并在一定的机械压力作用下使血管壁相对，利用组织的电热效应使血管中的胶原蛋白和弹性蛋白变性，从而使血管壁相互融合连接在一起。血管闭合技术的发展极大地促进了最小化创伤手术的发展。但是血管闭合技术并未取得最佳组织效应，侧面热损伤、粘连等问题需要进一步解决。目前先进双极血管闭合技术只为少数几个公司所拥有。我国对双极血管闭合技术研究薄弱。鉴于目前血管闭合技术存在的问题及我国对该技术的研究现状，本项目对血管闭合的组织效应展开研究。首先，采用准稳态平板法对家猪离体血管组织的热传导率进行了测试研究，获得了家猪主动脉在50-90℃范围内的热传导率变化特点。研究发现血管的热传导率在温度小于83℃之前随着温度的上升缓慢的上升，当温度超过83℃之后，热传导率随着温度升高开始呈较快的下降趋势。此外，基于项目发展长远考虑，完成了用于实验研究血管闭合装置及电源的研制。该电源具有限功率和限电流控制功能，且频率可在100-500kHz内调节、电压在0-300V内调节。利用建立的实验系统研究了连续波形和间断波形对猪肌肉组织热损伤的影响；总结了在低电压下血管闭合实验的基本规律。针对血管内壁不同的物理状态分析了两种不同的血管闭合机制，提出了基于内腔微火花放电的血管闭合模式。利用某国产电源研究了功率密度、能量密度和压力密度对血管闭合质量的影响。研究发现在一定的极间间隙作用下存在一个最佳的电压可实现较佳的涨开压；在一定的极间电压作用下，存在一个合适的频率（设计电源是350-400kHz）取得较好的效果。当极间电压和频率一定时，存在一个合适的极间间距能够取得较好组织效应。功率密度对血管闭合强度有较大影响，在一定的功率密度下存在一合适的能量密度和闭合时间对应着较好的闭合效果。在极间电压小于40V的情况下，较大的极间间距(0.7mm)比较小的极间间距(0.2mm)取得了较好的闭合效。组织学检测发现内腔微放电模式的血管闭合方式具有很小的侧面热损伤,蛋白质热变性的长度远小于1mm。本项目的研究为进一步的生物组织在电外科模式下的基本物理属性与闭合组织效应之间的相关性的研究奠定了基础，为血管闭合机制的研究及促进我国的电外科装备技术发展提供了支持。