我國學者在外科手術縫合力調控方面取得進展

　　在國家自然科學基金項目（批準號：T2125009、T2293722）等資助下，浙江大學航空航天學院交叉力學中心楊衛教授、李鐵風教授、楊栩旭研究員團隊與浙江大學醫學院附屬邵逸夫醫院蔡秀軍教授、陳鳴宇醫師團隊協作，聯合多個學科開展交叉研究，闡明了“基于活結的力學傳導機制”，并創新性提出“Sliputure”——活結智能縫線，成功將其應用于外科縫合，并有望指導其他機器人和智能結構設計。研究成果以“Slipknot-gauged mechanical transmission and robotic operation”為題，于2025年12月作為封面論文在線發表在國際學術期刊《自然》（Nature）上，論文鏈接：https://www.nature.com/articles/s41586-025-09673-w。

　　針對術中所打的經典“外科結”，其本身非常依賴于經驗豐富主刀醫生的精巧施力。臨床上普遍使用的“外科結”是一種死結，用于閉合組織。這種結一旦打牢，便很難調整。因此，拉緊手術結所施加力度的大小，直接影響組織愈合，成為影響手術效果的關鍵因素。交叉研究團隊提出通過活結指導控制縫合打結力的方法，當醫生拉緊縫線時，活結的結點被解開瞬間所產生的、一個預設好的精準峰值力，會通過這根縫線實時傳送給另一頭的死結。活結“犧牲”自己、打開的這一刻，就是告訴系統：“力度已到位，死結請在此刻鎖定！” 活結系統的力學機制與邏輯過程為：一、做活結過程中把精準的峰值力信息存在結中；二、解開活結過程則可將力的信息傳遞給串聯的系統中；三、力學模型刻畫信息和力的傳遞并接入機器人或人的操縱系統。這個方法和機制可用于縫線力控以及其他需要力傳遞的不同尺度和形式結構中。

　　通過高速攝像和Micro-CT捕捉活結細微的滑動軌跡，通過力學建模、有限元仿真等手段發現了活結蘊藏的有序規律——其打開力與縫線編活結時拉緊結點的力（預緊力）、結環數量、直徑、摩擦系數、模量相關。通過反復改進，歷經大量設計迭代，完成了這套“基于活結的力學傳導機制”的方法，并最終成功將這一力學“密碼”穩定地“編織”進外科縫線中，研發出“Sliputure（活結智能縫線）”，實現了“活結”對“死結”的準確調控。比如，針對動物腸道修復手術實驗，該方法使得吻合腸道既不滲漏，而又不撕裂。從開放大鼠腸道修復，到腹腔鏡下活體豬腸道修復，再到機器人下活體豬腸道修復，該方法都獲得了很好效果。此外，通過將視覺反饋接入手術機器人系統，使得該系統一旦檢測到活結打開的視覺信號，立即停止器械移動，實現毫秒級響應避免過度拉伸，實現“感知-反饋-制動”的閉環控制。目前，研究團隊正在構建針對不同組織的力值數據庫，正致力于開發適用于各類機器人手術及消化道、心血管、神經外科等高精度縫合領域的系列產品。這項不依賴復雜電子傳感器的創新技術，不僅能滿足常規手術中的深腔環境，還有望在其他極端條件（深海、深空、深地等特種作業）和極限尺寸研究（極微觀系統構造或調控）中展現出應用前景。

圖 活結結構導引力學信息傳輸與機器人操作。（A）活結結構的力學信息傳輸機理示意圖；（B）通過活結結構的引入控制外科手術縫合力