Y-Z型磁性完全植入式静脉输液港的设计及实验研究.pdf

生 物 医 学 工 程 研 究 ，（）：陕西省重点研发计划一般项目（，）。通信作者 ：型磁性完全植入式静脉输液港的设计及实验研究张苗苗，史爱华，张钰菡，赵琳，马佳，吕毅，严小鹏，（西安交通大学第一附属医院 肝胆外科，西安 ；西安交通大学第一附属医院 精准外科与再生医学国家地方联合工程研究中心，西安 ；西安交通大学 启德书院，西安 ；西安交通大学 宗濂书院，西安 ；陕西省人民医院 肿瘤外科，西安 ）摘要：为提高完全植入式静脉输液港港针一次性插入的成功率，本研究设计了一款 型磁性完全植入式静脉输液港。该输液港由磁性港体和磁性定位装置两部分组成，在磁性港体上端硅胶隔膜的外周嵌入靶磁体，磁性定位装置头端为带有缺口的定位环，其内嵌入锚定磁体。靶磁体和锚定磁体为 极相互配对且能够准确对位相吸的钕铁硼磁环。采用电子万能试验机测量靶磁体和锚定磁体的磁力 位移曲线，并通过离体实验验证该装置定位穿刺的便捷性。根据磁锚定技术原理，设计并 打印出 型磁性完全植入式静脉输液港样品。磁力测试结果显示，靶磁体与锚定磁体在零距离时吸力为 ，在 间距时吸力为 。通过在离体动物皮肤组织下植入本研究模型，模拟港针插入操作，结果显示，该装置一次穿刺成功率可达 。型磁性完全植入式静脉输液港设计巧妙、加工简单、成本低、使用便捷，可显著提高穿刺成功率，具有临床应用潜力。关键词：磁外科；磁锚定技术；完全植入式静脉输液港；钕铁硼；港针；磁环中图分类号：；文献标志码：文章编号：（），（，；，；，；，；，）：，生物医学工程研究第 卷 ，：；引言完全植入式静脉输液港（，）是一种可皮下植入并长期留置的静脉输液装置，于 年首次应用于临床，可为需要长期输液治疗及恶性肿瘤患者的化疗提供可靠、长久的静脉通路 。因可减少反复穿刺、减轻患者痛苦、留置时间长等在临床上被逐渐推广，尤其适用于需要长期、反复静脉输液及肿瘤化疗的患者 。但 在使用时港针插入成功率低，一项对 例患者的研究结果显示，港针一次性插入成功率仅为 。研究显示，导致 港针插入失败的原因包括患者体重的改变、装置的类型、植入时间及操作者技术水平等 。如何提高港针一次性插入成功率是临床护理中的一个难题。磁力作为一种特殊形式的“非接触性”场力，具有不受磁体间非顺磁性介质干扰而“隔空发力”的特点 ，同时磁体间的磁性吸引力还具有独特的三维定位能力 。磁锚定技术（，）是磁外科重要的临床应用技术之一，其利用磁体与磁体或磁体与顺磁性物质间的磁场吸引力，使锚定磁体（，）对靶磁体（，）进行非接触性空间锚定 。基于 原理设计的磁性医疗器械可用于胸腔镜肺楔形切除 、器官吻合手术 及磁锚定辅助内镜黏膜下剥离术 等，具有减少创伤、优化手术操作等优点。针对现有 装置在使用过程中港针一次性插入成功率低的问题，本研究根据 基本原理设计了基于磁锚定技术的 型磁性完全植入式静脉输液港（，）。设计思路基于磁锚定技术的 包括磁性港体和磁性定位装置两部分。该设计在现有常规港体的上端内嵌入靶磁体，在磁性定位装置头端内嵌入与港体上端靶磁体相匹配的锚定磁体。使用时，当磁性定位装置的头端靠近港体上端时，锚定磁体和靶磁体可自动对位相吸，此时沿磁性定位装置头端的圆形区域插入港针，即可确保进针位置完全位于硅胶隔膜上方，从而提高港针一次性插入成功率。基本设计 磁性港体磁性港体部分包括硅胶隔膜、港体、连接导管和固定孔等，见图 （）。图 （）为剖面图，港体内部可见储液槽及靶磁体。其中靶磁体呈圆环形，见图（），位于港体上端硅胶隔膜的外周。注：硅胶隔膜；港体；连接导管；固定孔；靶磁体；储液槽。图 磁性港体结构示意图 磁性定位装置磁性定位装置包含手柄、定位环及出针口结构，见图 。在定位环内嵌有与其形状相匹配的带有缺口的锚定磁体。第 期张苗苗，等：型磁性完全植入式静脉输液港的设计及实验研究注：手柄；定位环；出针口；锚定磁体。图 磁性定位装置结构示意图 工作原理 港体上端的靶磁体与定位环中的锚定磁体 极相对应，当定位环靠近患者静脉输液港表面皮肤时，锚定磁体与靶磁体可自动对位相吸，此时定位环中间的皮肤区域与港体的硅胶隔膜所在区域的皮肤上下重叠一致，在定位环中央区域插入港针即可精准对应硅胶隔膜上方的皮肤，从而确保港针插入的精准性。港针插入后水平滑动磁性定位装置，使港针从定位环出针口移出即可。的磁力学性能本研究根据磁锚定技术原理并结合 打印技术制作了 样品。样品中靶磁体为外径 、内径 、高 的磁环，采用 烧结钕铁硼精加工而成，表面经氮化钛镀层处理，轴向饱和充磁，磁体质量 ，磁感应强度为 （）。锚定磁体为外径 、内径 、高 的磁环，所用磁性材料及表面改性方案同靶磁体，磁体质量 ，磁感应强度为 。利用电子万能试验机（，深圳三思纵横科技股份有限公司）对锚定磁体和靶磁体磁力学性能进行测试。结果显示，锚定磁体与靶磁体的磁力与二者之间位移成反比，随位移的增加，磁力逐渐减弱。锚定磁体和靶磁体在零距离时磁性吸引力为 ，间距时为 ，其磁力 位移曲线见图 。图 锚定磁体与靶磁体磁力 位移曲线 体外模拟操作将 打印的 植入离体实验猪皮下，建立静脉输液港植入模型。分别在有、无磁性定位装置辅助下完成港针插入操作（见图 ）。由 名测试人员分别在两种情况下进行港针插入操作。结果显示，无磁性定位装置时，港针一次性插入成功率为 ；有磁性定位装置辅助时，港针一次性插入成功率为 ，且操作简单、易于掌握。生物医学工程研究第 卷图 体外模拟操作 讨论本研究设计的 型磁性完全植入式静脉输液港，其创新结构设计使定位环内区域与港针插入区域相对应时，锚定磁体和靶磁体能够隔着皮肤对位吸合，可显著提高港针穿刺的精准性。同时，勺状的磁性定位装置方便拿取和固定，定位环采用非整环结构设计，以便港针在插入后能够经出针口顺利撤出磁性定位装置。其次，以烧结型钕铁硼为原料可在小尺寸的情况下实现磁力最大化。借助磁性定位装置可显著简化港针穿刺操作，提高港针穿刺成功率。然而，本研究也存在以下局限性：（）在 植入期间患者需远离强磁场环境，且无法进行磁共振检查；（）对体内有心脏起搏器、人工心脏等电子设备的患者而言，是否可植入 尚需进一步评价其安全性；（）港体植入深度、患者皮肤松弛度等是影响港针插入的关键因素。如何进一步减小靶磁体体积，增加磁性定位装置内锚定磁体的体积，使其既能满足定位穿刺所需的磁力，又能耐受低中强度磁共振检查，后续还有待进一步研究。参考文献 ，（）：孙玉巧，周涛，李云涛，等 完全植入式静脉输液港的临床应用 中华外科杂志，（）刘志敏，钟源，江学庆，等 完全植入式静脉输液港在乳腺癌患者术后治疗中的应用 中华内分泌外科杂志，（）：张进泓，罗凤 例乳腺癌患者放置完全植入式静脉输液港化疗的并发症分析 中华乳腺病杂志（电子版），（）：，（）：，：任斯宇，张家辉，李益行，等 磁锚定技术的研究现状及临床应用分析 中华普通外科杂志，（）：郭杨，尹康 磁力功能矫治器在正畸中的临床研究进展 医学综述，（）：严小鹏，商澎，史爱华，等磁外科学体系的探索与建立 科学通报，：李益行，张勇，吉琳，等 一种肺表面磁锚定装置的动物实验 中华胸心血管外科杂志，（）：，（）：，：王新颖，杨丽斐，任璐，等 大鼠肝下下腔静脉端端磁吻合技术探究 器官移植，（）：白纪刚，吝怡，刘博，等磁锚定技术辅助减 腹腔镜胆囊切除术的实验研究 中华肝脏外科手术学电子杂志，（）：张苗苗，张涵芷，牟星宜，等磁性水凝胶辅助内镜下黏膜剥离的体外实验研究 生物医学工程研究，（）：张苗苗，张涵芷，刘培楠，等 磁性水凝胶黏膜下注射辅助离体猪食管内镜黏膜下剥离术的可行性研究 中国内镜杂志，（）：番敏，张玟，刘欢毅，等 磁锚定技术辅助内镜黏膜下剥离术治疗早期食管癌的实验研究 中华消化内镜杂志，（）：（收稿日期：）