Die Magnetankertechnik unterstützte die laparoskopische Cholezystektomie bei Schweinen

Wissenschaftliche Berichte Band 13, Artikelnummer: 4864 (2023) Diesen Artikel zitieren

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Ein magnetisches Ankergerät, das auf dem Prinzip der heteropolaren magnetischen Anziehung basiert, kann die laparoskopische Chirurgie unterstützen und Bauchwandtraumata reduzieren. Diese Studie untersuchte die Machbarkeit der Verwendung unseres selbst entwickelten magnetischen Ankergeräts für die laparoskopische Cholezystektomie (LC) mit reduziertem Port durch Tierversuche. Zwölf Versuchsschweine (15–20 kg) wurden nach dem Zufallsprinzip in eine Studiengruppe (magnetische Ankertechnik unterstützter 2-Port-LC, n = 6) und eine Kontrollgruppe (konventioneller 3-Port-LC, n = 6) eingeteilt. Die Operationszeit, der intraoperative Blutverlust und die postoperativen Komplikationen wurden zwischen den beiden Gruppen verglichen. Die LC wurde bei allen 12 Schweinen erfolgreich durchgeführt. Es gab keinen signifikanten Unterschied zwischen den Gruppen hinsichtlich der Operationszeit (Studiengruppe: 35,83 ± 5,12 Min.; Kontrollgruppe: 34,50 ± 5,13 Min., P = 0,662) oder des intraoperativen Blutverlusts (< 50 ml pro Tier in beiden Gruppen). In der Versuchsgruppe gab es keine Fehlfunktion der magnetischen Verankerungsvorrichtung, der Verwendungsprozess verlief reibungslos und die Gewebetraktion und die Exposition gegenüber dem chirurgischen Feld waren zufriedenstellend. In beiden Gruppen kam es zu keinen perioperativen Komplikationen wie Gallengangsverletzungen, Gallenaustritt oder Blutungen. Wir haben die Machbarkeit der Verwendung der selbst entwickelten magnetischen Ankervorrichtung in LC mit reduziertem Port demonstriert. Das Gerät hat einen wichtigen klinischen Anwendungswert.

Die minimalinvasive Chirurgie ist ein wichtiger Trend in der zukünftigen chirurgischen Entwicklung. Die Einführung der laparoskopischen Cholezystektomie (LC) war ein wichtiger Meilenstein in der Entwicklung der minimalinvasiven Bauchchirurgie1. Im Vergleich zur herkömmlichen offenen Cholezystektomie bietet die LC die Vorteile eines geringeren Traumas und einer schnelleren Genesung. Tatsächlich ist LC derzeit die chirurgische Standardmethode für gutartige Gallenblasenerkrankungen wie Gallensteine und Gallenblasenpolypen2. Im Laufe der Jahre hat sich LC vom ursprünglichen 4-Port-Ansatz zum derzeit beliebten 3-Port-Ansatz entwickelt3. Die Chirurgie mit reduziertem Port, einschließlich 2-Port und Single-Port, dürfte die zukünftige Entwicklungsrichtung von LC4,5 werden. Eine verringerte Anzahl von Ports in der Bauchdecke erhöht jedoch die Schwierigkeit der Operation und verringert die Flexibilität6, was einen Engpass darstellt, der die Entwicklung von LC mit reduzierten Ports einschränkt.

Die Magnetochirurgie/Magnetchirurgie (MS), repräsentiert durch die Magnetkompressionstechnik (MCT) und die Magnetankertechnik (MAT), bietet als neue chirurgische Technologie einen deutlichen Einfluss in der klinischen Praxis. Die Forschung zur Magnetochirurgie wurde von den japanischen Wissenschaftlern Obora et al. vorangetrieben. 1978 in ihrer Studie zur magnetischen Gefäßanastomose7. Das speziell entwickelte magnetische Anastomosegerät kann für Gefäßanastomose8,9,10,11, Anastomose des Verdauungstrakts12,13,14,15,16, therapeutische Fisteln17 und tracheoösophageale Fisteln an Tiermodellen18 verwendet werden. Im Jahr 2007 stellten Park et al. schlugen das Konzept der Nutzung magnetischer Kraft zur Unterstützung der laparoskopischen Chirurgie vor, um die Anzahl der Bauchwandöffnungen zu reduzieren19. Anschließend wurden verschiedene magnetische Ankervorrichtungen in der laparoskopischen und thorakoskopischen Chirurgie eingesetzt20,21,22,23,24,25. Diese Geräte können dazu beitragen, eine bessere Gewebetraktion zu erreichen und die durch den Stäbcheneffekt bei reduzierten Ports verursachten Unannehmlichkeiten wirksam zu reduzieren. In dieser Studie haben wir das magnetische Ankergerät selbst entworfen und die Machbarkeit der Verwendung des Geräts für LC mit reduziertem Port bei Versuchsschweinen validiert.

Die Ethikkommission der Xi'an Jiaotong-Universität genehmigte diese Studie (Genehmigungsnummer: 2022-1457). Alle Tierversuche entsprachen den ARRIVE-Richtlinien und wurden in Übereinstimmung mit dem National Institutes of Health Guide for the Care and Use of Laboratory Animals (achte Auflage, 2011) durchgeführt. Das Tierprotokoll wurde entwickelt, um die Beschwerden für die Tiere zu minimieren.

Wir haben 12 Schweine (6 Männchen und 6 Weibchen; Gewicht 15–20 kg) vom Labortierzentrum der Xi'an Jiaotong-Universität (Xi'an, China) erhalten. Die Schweine wurden zufällig der Studiengruppe (n = 6) oder der Kontrollgruppe (n = 6) zugeordnet. In der Studiengruppe wurde eine 2-Port-LC mit einem magnetischen Ankergerät durchgeführt, während in der Kontrollgruppe die konventionelle 3-Port-LC durchgeführt wurde. Um durch menschliche Faktoren verursachte Forschungsverzerrungen auszuschließen, wurden die LCs aller 12 Tiere von demselben Chirurgen und ersten Assistenten durchgeführt. Der Chirurg war der behandelnde Arzt Xiaopeng Yan, der allein mehr als 300 LC-Fälle in der Klinik abgeschlossen hat. Und der erste chirurgische Assistent (Magnetträger) war Miaomiao Zhang.

Die magnetische Ankervorrichtung besteht aus zwei Teilen in vivo und in vitro. Der äußere Teil wird Ankermagnet (AM) genannt und ist ein zylindrischer Magnet mit einem Durchmesser von 60 mm und einer Höhe von 160 mm. Er besteht aus N45-gesintertem NdFeB und die Oberfläche des Magneten ist vernickelt. Der AM ist mit einer Kunststoffschale abgedeckt. Der innere Teil ist der Innengreifer, das Kopfende des Innengreifers ist ein Gewebegreifer aus Kupfermaterial und das hintere Ende ist der Zielmagnet (TM). Der TM ist ein Zylinder mit einem Durchmesser von 10 mm und einer Höhe von 15 mm, der aus N50-gesintertem NdFeB besteht und mit einer U-förmigen Metallhülle bedeckt ist. Der gesamte Innengreifer ist etwa 50 mm lang und kann problemlos durch den 12-mm-Trokar geführt werden. Der AM wog 2242 g und hatte eine magnetische Dichte von 0,75 T. Der interne Greifer wog 11,50 g und der TM hatte eine magnetische Dichte von 0,53 T auf der Arbeitsfläche. Der dritte Teil der magnetischen Ankervorrichtung ist ein Greifer aus Titanlegierung. Die Hauptfunktion des Greifers aus Titanlegierung besteht darin, den inneren Greifer in der Bauchhöhle festzuklemmen und die Position des inneren Greifers auf der Gallenblase anzupassen. Der Greifer aus Titanlegierung besteht aus einer Titanlegierung und kann verwendet werden, um eine Anziehung der Zielmagnete zu vermeiden. Dies ist ein wichtiger Teil der magnetischen Ankervorrichtung, der bei herkömmlichen Greifern nicht vorhanden ist. Die magnetische Ankervorrichtung ist in Abb. 1 dargestellt. Die maximale Magnetkraft des Ankermagneten und des Zielmagneten bei einem Abstand von Null beträgt 39,29 Newton, und die Magnetkraft nimmt mit zunehmendem Abstand zwischen AM und TM allmählich ab. Der Magnetkraftverlauf ist in Abb. 2 dargestellt.

Das magnetische Ankergerät. (A) Greifer aus Titanlegierung, Ankermagnet und interner Greifer. (B) Der Greifer aus Titanlegierung unterstützt den internen Greifer beim Festklemmen von Objekten.

Magnetkraftverlauf des Ankermagneten und des Zielmagneten.

Nach 12-stündigem Fasten wurden die Schweine gewogen und anschließend mit einer intravenösen Injektion von 3 % Pentobarbital-Natriumlösung (1 ml/kg) betäubt. Nach erfolgreicher Anästhesie wurden die Versuchsschweine in Rückenlage fixiert und einer Trachealintubation und beatmungsgestützten Beatmung unterzogen. Unter dem Nabel wurde ein 10-mm-Trokar für den Eintritt der laparoskopischen Lichtquelle und des Kamerasystems angebracht. Ein 12-mm-Trokar unter dem Xiphoid wurde eingeführt und der Hakenkauter eingeführt. Passen Sie die Körperposition an, um den Kopf und die rechte Körperseite anzuheben. Aufgrund der Wirkung der Schwerkraft verschieben sich die inneren Organe nach links und tiefer, um die Gallenblase freizulegen.

Studiengruppe: Der interne Greifer wurde durch den 12-mm-Trokar eingeführt und der Gewebegreifer wurde mit Hilfe eines Greifers aus Titanlegierung an der Gallenblase festgeklemmt. Der Ankermagnet wurde außerhalb der rechten oberen Bauchdecke des Schweins platziert (Abb. 3A). Zu diesem Zeitpunkt wurde der Zielmagnet am Ende des internen Greifers vom Ankermagneten angezogen (Abb. 3B). Durch den Ankermagneten wird der Boden der Gallenblase nach oben gezogen, um den dreieckigen Bereich der Gallenblase freizulegen. Dabei können Zugrichtung und Zugkraft des Innengreifers durch Verstellen der Position des Ankermagneten verändert werden. Das Gallenblasendreieck wurde präpariert und die Zystenarterie und der Zystengang wurden abgeschnitten und durchtrennt. Der Greifer aus Titanlegierung wurde am hinteren Ende des Gewebegreifers gehalten, um das Kopfende des Gewebegreifers zu öffnen. Entsprechend den Anforderungen der Operation wurde der Gewebegreifer an der Ampulle der Gallenblase festgeklemmt und der Ankermagnet bewegt, um das Gallenblasenbett vollständig freizulegen und eine angemessene Gewebespannung aufrechtzuerhalten. Während der Operation kann durch eine Neujustierung der Klemmposition des Gewebegreifers an der Gallenblase ein gutes Operationsfeld und eine gute Gewebespannung erreicht werden. Die Gallenblase wurde mit einem Hakenkauter vollständig aus dem Gallenblasenbett herauspräpariert. Der Ankermagnet wurde entfernt, der innere Greifer und die Gallenblase durch den 12-mm-Einschnitt wurden mit Hilfe des Greifers aus Titanlegierung entfernt.

Intraoperative Fotos, die die Verwendung der magnetischen Ankervorrichtung zeigen. (A) Bauchwandöffnung und Ankermagnet. (B) Zustand des inneren Greifers, der an der Gallenblase zieht.

Kontrollgruppe: Zum Einführen der Federfasszange wurde ein 5-mm-Trokar am unteren Rand des rechten Rippenbogens verwendet. Der Unterschied zur Studiengruppe bestand darin, dass in der Kontrollgruppe die Federfasszange anstelle magnetischer Ankervorrichtungen zum Zurückziehen der Gallenblase verwendet wurde.

Die Operationszeit wurde als die für die Cholezystektomie erforderliche Zeit definiert und vom Beginn der Einrichtung des Bauchwandports bis zur vollständigen Entfernung der Gallenblase und der Naht der Einschnitte berechnet. Die Operationszeit wurde für jedes Schwein aufgezeichnet.

Jedes Schwein wurde nach der Operation einzeln untergebracht. Nach der Erholung von der Narkose gab es keine Einschränkungen bei der Nahrungs- und Wasseraufnahme. Während der ersten 3 Tage nach der Operation wurde alle 12 Stunden intramuskuläres Pethidin (1 mg/kg) injiziert. Der Geisteszustand, der Fütterungsstatus und die Aktivität jedes Schweins wurden täglich nach der Operation beobachtet, und der Beobachtungsendpunkt lag 2 Wochen nach der Operation.

Die Daten wurden mit dem Statistiksoftwarepaket SPSS (v19.0) analysiert. Die Normalverteilung kontinuierlicher Variablen wurde mithilfe des Shapiro-Wilk-Tests bewertet. Normalverteilte kontinuierliche Variablen werden als Mittelwert ± Standardabweichung (SD) angegeben und die Unterschiede zwischen den Gruppen wurden mithilfe des t-Tests bewertet. Nicht normalverteilte kontinuierliche Variablen werden als Mediane angegeben und der Interquartilbereich sowie die Unterschiede zwischen den Gruppen werden mithilfe nichtparametrischer Tests bewertet. Kategoriale Variablen werden als Häufigkeit und Prozentsatz angegeben und je nach Bedarf mithilfe von Chi-Quadrat-Tests oder nichtparametrischen Tests verglichen. P-Werte < 0,05 wurden als Hinweis auf statistische Signifikanz angesehen.

LC wurde bei allen Schweinen in beiden Gruppen erfolgreich durchgeführt. Es gab keinen signifikanten Unterschied zwischen den Gruppen hinsichtlich der Operationszeit (Studiengruppe: 35,83 ± 5,12 Minuten; Kontrollgruppe: 34,50 ± 5,13 Minuten, P = 0,662). In der Studiengruppe wurde die magnetische Verankerungsvorrichtung reibungslos verwendet und es gab keine Fälle von Geräteversagen. Bei keinem der Eingriffe kam es zu einer Verletzung der Gallenwege, des Darms oder größeren intraoperativen Blutungen. Der intraoperative Blutverlust überstieg bei keinem der Schweine 50 ml. Die perioperativen Indikatoren der Studiengruppe und der Kontrollgruppe sind in Tabelle 1 aufgeführt.

Die postoperative Überlebensrate betrug in beiden Gruppen 100 %. Der postoperative psychische Zustand war gut und die Nahrungsaufnahme am dritten postoperativen Tag war vergleichbar mit dem präoperativen Zustand. Keines der Schweine in dieser Studie zeigte bis zu 14 Tage nach der Operation eine Narbeninfektion, Narbenhernie, Sklera-Ikterus, gelben Urin oder Fieber.

Eine Reihe von Methoden und Geräten werden verwendet, um das Zurückziehen bei laparoskopischen Eingriffen mit reduziertem Port zu unterstützen26,27,28; Allerdings bieten diese Methoden weniger Flexibilität. Magnete haben die einzigartige Fähigkeit, sich berührungslos gegenseitig anzuziehen. Das Design und die Funktionalität der magnetischen Ankervorrichtung nutzen diese einzigartige Eigenschaft von Magneten. Bei Verwendung der magnetischen Ankervorrichtung können Zugrichtung und Zugkraft des Innengreifers durch Verstellen der Position des Ankermagneten verändert werden. Im Experiment haben wir herausgefunden, dass der Einsatz magnetischer Kraft zur Dehnung der Gallenblase eine größere Flexibilität in der Dehnungsrichtung bietet, die mit anderen Methoden nicht möglich ist.

Die in dieser Studie entworfene magnetische Ankervorrichtung weist die folgenden Eigenschaften auf: (1) Sowohl der Ankermagnet als auch der Zielmagnet sind Zylinder, die aus NdFeB-Materialien bestehen, um die größte Magnetkraft bei kleinstem Magnetvolumen zu erzielen. Wie in der Magnetkraftkurve dargestellt, kann die maximale Magnetkraft zwischen dem Ankermagneten und dem Zielmagneten bei einem Abstand von Null 39,29 Newton erreichen, und die Magnetkraft bei einem Abstand von 5 cm beträgt 2,07 Newton. Eine solche Magnetkraft kann den Bedürfnissen der meisten Patienten gerecht werden. (2) Die Außenfläche des Zielmagneten ist mit einer U-förmigen Metallhülle bedeckt. Sein Hauptzweck besteht darin, die magnetischen Feldlinien der nicht arbeitenden Oberfläche des Zielmagneten abzuschirmen und zur Arbeitsoberfläche zu leiten, um die magnetische Feldstärke der Arbeitsoberfläche zu erhöhen. Darüber hinaus wird auch die magnetische Feldstärke der nicht arbeitenden Oberfläche reduziert, wodurch die Beeinflussung der chirurgischen Instrumente durch die Magnetkraft während der Operation verringert wird. (3) Die magnetische Ankervorrichtung hat ein ausgeklügeltes Design, eine einfache Struktur und ist bequem zu verwenden.

In dieser Studie wurde LC in beiden Gruppen erfolgreich abgeschlossen. Die Operationszeit war in der Studiengruppe etwas länger als in der Kontrollgruppe, der Unterschied zwischen den Gruppen war jedoch statistisch nicht signifikant. Die Ergebnisse zeigten, dass die Komfort- und Feldexpositionszufriedenheitswerte der magnetankertechnikunterstützten 2-Port-LC niedriger waren als die der herkömmlichen 3-Port-LC, es gab jedoch keinen statistischen Unterschied (P > 0,05). Bei der eigentlichen Operation muss man zugeben, dass die Zugwirkung der magnetischen Ankervorrichtung die Zugwirkung der bei der herkömmlichen Operation verwendeten Federfasszange nicht übertreffen kann. Daher erfordert die Verwendung einer magnetischen Ankervorrichtung für LC mit reduziertem Port auch ein gewisses Maß an chirurgischem Geschick, was eine gewisse Lernkurve mit sich bringt. Beim Anbringen magnetischer Ankervorrichtungen ist es notwendig, die Position des Ankermagneten anzupassen, um eine gute Zugwirkung zu erzielen. Darüber hinaus sollte die Klemmposition des Gewebegreifers an der Gallenblase rechtzeitig den Bedürfnissen angepasst werden. Zufriedenstellende Ergebnisse können nur erzielt werden, wenn diese beiden Aspekte organisch und flexibel kombiniert werden. Es gab jedoch keinen signifikanten Unterschied in Bezug auf Blutverlust oder Verletzungen zwischen den beiden Gruppen. Als neue Operationsmethode weist auch die magnetankertechnikunterstützte 2-Port-LC eine gewisse Lernkurve auf. Wir glauben, dass die intraoperative Flexibilität weiter verbessert wird und intraoperative Komplikationen sicher gelöst werden, nachdem der Chirurg die Lernkurve abgeschlossen hat.

Eine Einschränkung dieser Studie bestand darin, dass die ausgewählten Versuchsschweine ein geringeres Körpergewicht und dünnere Bauchwände hatten, was sich deutlich von der Bauchwand des Menschen unterscheidet. In weiteren Untersuchungen können Versuchsgruppen mit unterschiedlichem Körpergewicht ausgewählt werden, um die Machbarkeit des Einsatzes der magnetischen Ankervorrichtung zu untersuchen. Darüber hinaus kann die magnetische Ankervorrichtung nicht nur zur Traktion der Gallenblase, sondern auch für andere Bauchorgane wie Blinddarm, Leber und Magen verwendet werden. Daher sollte das Anwendungspotenzial der magnetischen Ankervorrichtung bei anderen laparoskopischen Operationen untersucht werden.

Zusammenfassend belegen die Ergebnisse der Studie die Machbarkeit des Einsatzes unseres selbst entwickelten magnetischen Ankergeräts in LC mit reduziertem Port. Das Gerät hat potenzielle Anwendungsaussichten für den klinischen Einsatz.

Die während der aktuellen Studie verwendeten und analysierten Datensätze sind auf begründete Anfrage beim entsprechenden Autor erhältlich.

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Diese Arbeit wurde von der Institutional Foundation of The First Affiliated Hospital of Xi'an Jiaotong University (Nr. 2022MS-07) und dem Key Research & Development Program-Social Development of Shaanxi Province (Nr. 2021SF-163) unterstützt. Die Geldgeber hatten keinen Einfluss auf das Studiendesign, die Datenerhebung und -analyse, die Entscheidung zur Veröffentlichung oder die Erstellung des Manuskripts.

Diese Autoren haben gleichermaßen beigetragen: Miaomiao Zhang und Jia Ma.

Abteilung für hepatobiliäre Chirurgie, erstes angegliedertes Krankenhaus der Xi'an Jiaotong-Universität, 277 West Yanta Road, Xi'an, 710061, Shaanxi, China

Miaomiao Zhang, Yi Lyu und Xiaopeng Yan

Nationales und lokales gemeinsames technisches Forschungszentrum für Präzisionschirurgie und regenerative Medizin, das erste angegliederte Krankenhaus der Xi'an Jiaotong-Universität, Xi'an, Shaanxi, China

Miaomiao Zhang, Haohua Wang, Yi Lyu und Xiaopeng Yan

Abteilung für chirurgische Onkologie, Volkskrankenhaus der Provinz Shaanxi, Xi'an, Shaanxi, China

Jia Ma

Qide College, Xi'an Jiaotong University, Xi'an, Shaanxi, China

Jingci Gai, Zhixuan Zhang und Yuhan Zhang

Zonglian College, Xi'an Jiaotong University, Xi'an, Shaanxi, China

Yuxiang Ren

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Korrespondenz mit Yi Lyu oder Xiaopeng Yan.

Die Autoren geben an, dass keine Interessenkonflikte bestehen.

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Nachdrucke und Genehmigungen

Zhang, M., Ma, J., Gai, J. et al. Die Magnetankertechnik unterstützte die laparoskopische Cholezystektomie bei Schweinen. Sci Rep 13, 4864 (2023). https://doi.org/10.1038/s41598-023-32157-8

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Eingegangen: 30. Oktober 2022

Angenommen: 23. März 2023

Veröffentlicht: 24. März 2023

DOI: https://doi.org/10.1038/s41598-023-32157-8

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