活结智能缝线弥补机器人手术“力盲”缺陷

中国科学院院士、浙江大学航空航天学院交叉力学中心主任杨卫团队和中国科学院院士、浙江大学医学院附属邵逸夫医院院长蔡秀军团队，历时3年交叉研究，阐明了“基于活结的力学传导机制”，并创新性研发出“活结智能缝线（Sliputure）”，成功将其应用于外科缝合，弥补了机器人手术“力盲”缺陷。该研究成果日前以封面文章的形式发表于国际期刊《自然》。

　　外科手术中闭合组织时需要缝合打结，但“外科结”普遍是死结，一旦打牢很难调整，非常依赖医生的精巧施力。文章通讯作者、浙江大学医学院附属邵逸夫医院医师陈鸣宇介绍，在传统开放手术中，医生的双手能直接感知组织软硬，精准掌控缝合力度，但代价是患者创伤大、恢复慢，而机器人微创手术虽能使手术过程获得高清视野和强稳定性，但医生直接的力反馈大大减弱，容易在手术台上陷入“力盲”困境。

　　研究团队提出“以活结控死结”来解决这一痛点。文章通讯作者、浙江大学航空航天学院交叉力学中心研究员杨栩旭说：“当医生拉紧缝线时，活结的结点被解开瞬间所产生的一个预设好的精准峰值力，会通过这根缝线实时传送给另一头的死结。活结打开就是告诉医生‘力度已到位，死结请锁定’。”

　　此项技术应用的技术难点在于如何确保每一个活结都能稳定在预设的、唯一的、精准的力度下打开。对此，团队通过高速摄像和Micro-CT捕捉活结细微的滑动轨迹，通过力学建模、有限元仿真等手段发现，活结打开力与缝线编活结时拉紧结点的预紧力、结环数量、直径等因素相关。实验显示，针对特定的活结，解开它们最后那一瞬间的峰值力高度一致。

　　历经上千次设计迭代，团队完成了“基于活结的力学传导机制”的程序，并最终成功将这一力学“密码”稳定地“编织”进外科缝线中，研发出Sliputure。

　　文章通讯作者、浙江大学航空航天学院交叉力学中心教授李铁风说，Sliputure将力学智能融入外科缝线，其核心在于给活结预设的打开力，刚好等于缝合某一组织时适宜打死结的力。机械臂搭载的自动识别与反馈系统检测到活结打开信号，会立即停止打“外科结”的动作，实现“感知—反馈—制动”的闭环控制。

　　多次实验结果显示，Sliputure让术后脏器血供与组织的愈合程度得到改善。“Sliputure不仅能在开放手术中使用，也能适配腹腔镜手术和机器人手术。”李铁风说。