Técnica de anclaje magnético

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Feb 22, 2024

Técnica de anclaje magnético

Scientific Reports volumen 12, Número de artículo: 11916 (2022) Cite este artículo 675 Accesos 1 Citas Detalles de métricas En la lobectomía toracoscópica de puerto único, es probable que los instrumentos quirúrgicos choquen

Scientific Reports volumen 12, número de artículo: 11916 (2022) Citar este artículo

675 Accesos

1 Citas

Detalles de métricas

En la lobectomía toracoscópica con puerto único, es probable que los instrumentos quirúrgicos choquen e interfieran entre sí. Utilizamos la técnica del anclaje magnético para diseñar un dispositivo de anclaje adecuado para cirugía toracoscópica y verificamos la seguridad y viabilidad de su uso en experimentos con animales. Se utilizaron diez Beagles como modelos y se utilizó tecnología de anclaje magnético para ayudar en la lobectomía toracoscópica. Durante la operación, se utilizó una pinza interna con anclaje magnético de diseño propio en lugar de las tradicionales pinzas de agarre laparoscópicas. Se analizaron el tiempo de operación, la pérdida de sangre intraoperatoria, la incidencia de complicaciones posoperatorias y el efecto del uso intraoperatorio del dispositivo. Los 10 beagles fueron operados con éxito; el tiempo medio de operación fue de 19,7 ± 3,53 min (rango 15 a 26 min) y la pérdida de sangre posoperatoria fue < 10 ml. No se produjeron complicaciones quirúrgicas. Durante la operación, la pinza interna se sujetó firmemente, el campo de operación auxiliar quedó bien expuesto y la interferencia de los instrumentos del orificio de operación principal se redujo de manera efectiva. Proporcionamos evidencia experimental preliminar de la seguridad y viabilidad de la lobectomía toracoscópica asistida por técnica de anclaje magnético.

El cáncer de pulmón es el tipo de cáncer más común en el mundo y la principal causa de muertes relacionadas con el cáncer. Se estima que en 2020, 1,8 millones de personas murieron de cáncer de pulmón en todo el mundo1. La lobectomía toracoscópica es el método quirúrgico más utilizado para el tratamiento del cáncer de pulmón. La operación toracoscópica tradicional requiere tres puertos, lo que reduce significativamente el trauma quirúrgico en comparación con la toracotomía. Sin embargo, debido a los avances en el campo de la cirugía mínimamente invasiva, un menor número de puertos y más pequeños pueden reducir aún más el dolor postoperatorio2. En los últimos años, el concepto de operación con orificio único y operación con orificio único se ha introducido en la cirugía toracoscópica y se ha aplicado en la clínica3. Sin embargo, después de reducir el número de puertos, todos los instrumentos operativos deben entrar y salir de la cavidad torácica a través del mismo orificio operativo, lo que provoca colisiones e interferencias entre los instrumentos, lo que forma un efecto palillo y aumenta la dificultad de operación.

La técnica de anclaje magnético (MAT) implica el uso de atracción magnética entre imanes e imanes, o imanes y sustancias paramagnéticas, para hacer que los imanes de anclaje sean un anclaje espacial sin contacto de los imanes objetivo4. Actualmente, MAT se utiliza ampliamente en cirugía laparoscópica. Puede facilitar la colecistectomía y la apendicectomía, pero rara vez se ha utilizado en cirugía toracoscópica. Basado en el MAT, nuestro equipo diseñó una pinza interna de anclaje magnético adecuada para cirugía toracoscópica para ayudar en la cirugía toracoscópica de reducción de puertos y verificó aún más su seguridad y viabilidad en experimentos con animales.

El experimento fue aprobado por el comité de ética de experimentos con animales de la Universidad Xi'an Jiaotong (número de aprobación de ética: XJTULAC2019-1003). El protocolo de investigación y todos los procedimientos experimentales se ajustaron estrictamente a las Directrices para el cuidado y uso de animales de experimentación emitidas por el Centro Médico de la Universidad Xi'an Jiaotong.

Se utilizaron como grupo experimental diez Beagles machos (edad: 1 a 6 años; peso: 8 a 12 kg). Este es un estudio exploratorio, por lo que no hay grupo de control. Los animales se obtuvieron del Centro Experimental con Animales, Facultad de Medicina, Universidad Xi'an Jiaotong (Xi'an, China) y se aclimataron a condiciones de laboratorio (23 °C, 12 h/12 ​​h luz/oscuridad, 50% humedad, ad acceso libitum a alimentos y agua) durante una semana antes de comenzar los experimentos. Todos los experimentos con animales se llevan a cabo de acuerdo con la Declaración de la Convención de Helsinki sobre el uso y cuidado de los animales. Se inyectó clorhidrato de piperazina por vía intramuscular cada 12 h para aliviar el dolor durante dos días después de la cirugía, y se inyectaron 0,5 g de cefazolina sódica por vía intramuscular cada 12 h para prevenir la infección durante tres días después de la cirugía. Al final del estudio, todos los animales fueron sacrificados con exceso de barbital sódico (intravenoso, 150 mg/kg de pentobarbital sódico) y se recogieron tejidos.

El dispositivo de anclaje magnético consta de un imán de anclaje y una pinza interna. El imán de anclaje es un imán cilíndrico con una altura de 140 mm y un diámetro de 50 mm. La pinza interna se forma conectando el imán objetivo y las pinzas de agarre de tejido a través de un alambre. El imán objetivo es un imán cilíndrico con una altura de 15 mm y un diámetro de 10 mm. Las pinzas de agarre de tejido están hechas de material no paramagnético. Todos los imanes están hechos de material de neodimio, hierro y boro sinterizado N45 y la superficie está protegida con niquelado (Fig. 1).

Dispositivo de anclaje magnético. (A) La pinza interna. (B) El imán de anclaje.

Hay suficiente fuerza de atracción entre el imán objetivo y el imán de anclaje para producir un efecto de tracción. De acuerdo con el entorno actual de la toracoscopia, diseñamos un imán objetivo cilíndrico con una altura de 15 mm y un diámetro de 10 mm. Medimos el cambio de su fuerza magnética con el cambio en la distancia entre los dos imanes (Fig. 2). Descubrimos que su tracción puede alcanzar los 44 N y las dimensiones existentes pueden proporcionar suficiente tracción. En funcionamiento, la fuerza de tracción se puede ajustar de manera flexible cambiando la posición del imán de anclaje según las necesidades de tracción del tejido. La fuerza de 2-8 N es suficiente para la tracción lobar en el Beagle.

Medición de la curva fuerza-desplazamiento magnético. (A) Ilustración esquemática de la medición de la curva de fuerza-desplazamiento magnético. (B) Curva fuerza-desplazamiento magnético.

Antes de la operación, los Beagles estuvieron en ayunas durante 12 h y se les negó el acceso a líquidos durante 6 h. Los perros Beagle fueron anestesiados mediante inyección intravenosa de pentobarbital sódico al 3% (1 ml/kg) y sus lados izquierdos se fijaron en posición supina. Se administró una inyección intramuscular de cefazolina sódica 0,5 g 30 minutos antes de la cirugía para prevenir infecciones. Después de la intubación de perros Beagle con un tubo endotraqueal de doble luz, se selló el pulmón derecho y se ventiló el pulmón izquierdo. Se realizó una pequeña incisión de aproximadamente 1 cm de longitud en el séptimo espacio intercostal en la línea axilar media derecha, se insertó un trocar y se colocó un toracoscopio; Se realizó una pequeña incisión de aproximadamente 2 cm de longitud en el cuarto espacio intercostal en la línea axilar anterior como orificio principal de operación. Asumimos una lesión y realizamos resección quirúrgica. La pinza interna se insertó en la cavidad torácica desde el orificio de operación principal utilizando unas pinzas de aleación de titanio y se sujetó alrededor del tejido pulmonar objetivo. La posición del imán de anclaje se movió fuera del cuerpo y el campo magnético controló el imán objetivo para tirar del tejido pulmonar y exponer el campo quirúrgico (Fig. 3). El imán objetivo se utilizó para tirar de los lóbulos pulmonares y ayudar en la cauterización de los ligamentos pulmonares y los tejidos de adhesión. Posteriormente, cambiamos la posición de sujeción de la pinza interna para exponer las fisuras interpulmonares e intentamos disecar el hilio. También podemos cambiar la dirección y la fuerza de la tracción del tejido moviendo el imán de anclaje durante todo el procedimiento. Después de separar y limpiar los vasos sanguíneos y la tráquea, se sujetó la pinza interna cerca de la lesión hipotética y se cambió la posición del imán objetivo para levantar el lóbulo pulmonar. Luego se utilizó una grapadora de corte lineal para extirpar la lesión hipotética. Después de cortar la hipotética lesión pulmonar, utilizamos el instrumento endoscópico para fijarlo a la cola de la pinza interna y lo extrajimos junto con el tejido pulmonar objetivo a través del orificio de operación principal. Se inyectó agua en la cavidad torácica para expandir los pulmones, no se observó ninguna fuga de aire en el borde cortante y se insertó un tubo de drenaje torácico. Reservamos suturas en una pequeña incisión en la línea media axilar e insertamos un tubo de drenaje en una posición adecuada en la cavidad torácica. El orificio de operación principal se cerró cosiendo capa por capa. Posteriormente, se pidió al anestesiólogo que continuara expandiendo los pulmones. El tubo de drenaje se colocó debajo de la superficie de una botella de solución salina de 500 ml para expulsar el gas en la cavidad pleural, y luego se sacó rápidamente el tubo de drenaje y se cerró la incisión.

Ilustración esquemática del uso de un dispositivo de anclaje magnético para ayudar en la cirugía toracoscópica. (A) Ayudar a exponer el hilio y separar los vasos sanguíneos asociados. (B) Ayudar en la separación de ligamentos. (C) Ayudar en la resección del tejido pulmonar. (D) Saque las pinzas de agarre internas y el tejido pulmonar a través del dispositivo endoscópico.

Se administró una inyección intramuscular de clorhidrato de petidina cada 12 h para analgesia durante dos días después de la cirugía, y una inyección intramuscular de cefazolina sódica 0,5 g cada 12 h durante 3 días después de la cirugía para prevenir infecciones. Alimentamos a los beagles con regularidad y controlamos su estado. Después de 2 semanas de seguimiento, todos los beagles fueron sacrificados.

Se recopilaron datos relacionados con la pérdida de sangre, el tiempo de operación, las complicaciones posoperatorias y otros parámetros quirúrgicos. También se registraron los problemas intraoperatorios. El análisis descriptivo de los datos recolectados se realizó con el software SPSS 22.0. Las variables continuas normalmente distribuidas se expresaron como media ± desviación estándar mientras que las variables categóricas se expresaron como frecuencia y porcentaje (%).

Todos los beagles se sometieron con éxito a una lobectomía toracoscópica asistida por el dispositivo de anclaje magnético. El tiempo operatorio promedio fue de 19,7 ± 3,53 min (rango 15-26 min). La pérdida de sangre intraoperatoria fue <10 ml. Todos los perros beagle mostraron una buena curación postoperatoria. No hubo complicaciones obvias como derrame pleural, neumotórax, infección grave de la herida o sangre en los pulmones.

Las pinzas de agarre con anclaje magnético pueden sujetar los lóbulos pulmonares de forma segura durante la operación, sin deslizamiento, y ayudaron con éxito en la cirugía toracoscópica (Fig. 4). Al mismo tiempo, las pinzas de agarre no provocaron ningún daño por desgarro en el tejido pulmonar. El imán de anclaje externo puede ejercer una fuerza de tracción adecuada para tirar de la pinza interna para la operación quirúrgica. El uso de un dispositivo de anclaje magnético puede ayudar a la exposición del campo quirúrgico. Con su ayuda, realizamos con éxito la resección de la hipotética lesión. El dispositivo de anclaje magnético reemplazó las tradicionales pinzas de agarre endoscópicas, aliviando efectivamente la colisión y la interferencia del equipo durante la operación de un solo orificio.

Fotografías intraoperatorias que muestran el uso de un dispositivo de anclaje magnético para ayudar en la cirugía toracoscópica. (A) Uso de pinzas de aleación de titanio para insertar la pinza interna en el cuerpo. (B) La pinza interna está sujeta en una posición adecuada. (C) La posición del imán de anclaje externo se movió para cambiar la posición de la pinza interna. (D) Ayudar en la exposición de fisuras pulmonares. (E, F) Ayudar en la resección del tejido pulmonar. (G, H) Se extrae la pinza interna y el tejido pulmonar objetivo. (I) La pinza interna extraída y el tejido pulmonar objetivo. (“*” muestra la pinza interna, “+” muestra el imán de anclaje).

Después de que Lewis propusiera por primera vez la lobectomía toracoscópica en 19925, el campo de la cirugía toracoscópica ha mostrado rápidos avances y ha reemplazado gradualmente a la toracotomía. Posteriormente, los cirujanos torácicos buscaron métodos más mínimamente invasivos y propusieron la cirugía de puerto único y de puerto doble. En 2004, Rocco G completó la primera resección en cuña toracoscópica con puerto único6. Posteriormente, se hicieron esfuerzos para desarrollar aún más la cirugía toracoscópica con puertos reducidos. Varios estudios han demostrado que reducir el número de puertos reduce el sangrado intraoperatorio, el dolor postoperatorio, el tiempo de drenaje y la estancia hospitalaria3,7,8. Sin embargo, independientemente del método, inevitablemente será necesario que entren y salgan más instrumentos operativos de la cavidad torácica a través del mismo puerto, lo que probablemente provocará colisiones de instrumentos e interferencias con las operaciones quirúrgicas9,10. Además, también aumenta la dificultad de aprendizaje del cirujano11.

La cirugía laparoscópica asistida por técnica de anclaje magnético fue informada por primera vez por el equipo de Cadeddu. Desarrollaron un sistema de guía y anclaje magnético (MAGS) y propusieron la sustitución de algunos instrumentos laparoscópicos tradicionales por este sistema12. Utilizaron este sistema para realizar con éxito la colecistectomía transvaginal13 y la nefrectomía laparoscópica14 en varios cerdos. Posteriormente se realizaron ensayos clínicos de este sistema15. Los resultados demostraron la seguridad y viabilidad de la cirugía laparoscópica reductora de puertos asistida por técnica de anclaje magnético, que puede reducir las colisiones de instrumentos y mejorar el espacio operatorio.

Kume et al. desarrollaron unas pinzas de retracción magnética16 y las utilizaron para extraer la vesícula biliar durante la colecistectomía laparoscópica en un modelo porcino. El dispositivo proporcionó una buena exposición del campo quirúrgico. Posteriormente, Domínguez et al. desarrollaron el sistema TD-magnet y utilizaron el dispositivo para realizar colecistectomía en 40 pacientes17. Resolvieron las deficiencias del dispositivo diseñado por Kume et al., separaron el imán y la vesícula biliar y demostraron un mejor rango de movimiento. Al mismo tiempo, Domínguez envolvió los imanes para permitir el uso simultáneo de múltiples imanes en el cuerpo.

Bajo el liderazgo del profesor Lv Yi, nuestro equipo ha resumido la aplicación de la fuerza magnética y ha explorado y realizado investigaciones más a fondo en los últimos años. Propusimos un sistema quirúrgico magnético, que incorpora una variedad de teorías técnicas. Incluye principalmente la técnica de anclaje magnético (MAT), la técnica de compresión magnética (MCT), la técnica de navegación magnética (MNT), la técnica de levitación magnética (MLT), la técnica de trazador magnético (MTT) y la técnica de accionamiento magnético (MDT)4. Utilizando la teoría de la tecnología de anclaje magnético, diseñamos una pinza interna de anclaje magnético, que se ha aplicado con éxito a la colecistectomía laparoscópica18, la histerectomía laparoscópica19 y la apendicectomía laparoscópica.

En la actualidad, el uso de la tecnología de anclaje magnético en cirugía torácica incluye principalmente el sistema 3MP para el tratamiento del pectus excavatum20 y como ayuda a la cirugía toracoscópica. Hasta donde sabemos, existen pocos informes sobre el uso de la tecnología de anclaje magnético para la cirugía toracoscópica. Martínez-Ferro et al. resección toracoscópica en cuña pulmonar completa en un paciente que aplicó el dispositivo de anclaje magnético a una cirugía toracoscópica de puerto único en 201121; sin embargo, no realizaron más estudios. Hemos acumulado experiencia en la aplicación de fórceps de agarre internos con anclaje magnético para ayudar en la cirugía laparoscópica de reducción por punción en la etapa inicial. La técnica del anclaje magnético se utiliza principalmente en cirugía laparoscópica, pero de hecho, la estructura ósea de la pared torácica proporciona un soporte físico más estable y un espacio de tracción más amplio que la pared abdominal. Por tanto, creemos que la técnica del anclaje magnético tendrá un mejor rendimiento en la lobectomía toracoscópica. En este estudio, las pinzas de agarre incorporadas ancladas magnéticamente se ampliaron para ayudar en la cirugía de reducción de puertos toracoscópicos, y evaluamos la viabilidad y seguridad de su uso en perros beagle. En la cirugía de reducción por punción toracoscópica asistida, las pinzas de agarre incorporadas con anclaje magnético proporcionaron una buena exposición del campo quirúrgico. Permitió una buena exposición y disección de los vasos sanguíneos y bronquios. Además, las pinzas de agarre proporcionaron suficiente fuerza de tracción para ayudar a cortar el tejido pulmonar.

En comparación con el sistema TD-magnet, las pinzas de agarre diseñadas por nosotros tienen un buen rango de movimiento y reducen el uso de cables para controlar sus actividades. Utilizamos un hilo de seda para conectar la pinza interna y el imán objetivo, de modo que el imán objetivo y la pinza de tejido no tengan que formar un ángulo fijo, lo que aumenta el rango de movimiento del imán objetivo. La posición del imán de anclaje se ajusta para controlar las pinzas de agarre internas para exponer el campo quirúrgico. Al mismo tiempo, se ajusta la distancia entre el imán de anclaje y la pared torácica para ajustar la fuerza de tracción. En el lado del imán objetivo, adoptamos la tecnología de blindaje magnético para prevenir eficazmente la atracción entre el imán objetivo y el dispositivo de espejo de cavidad. Al mismo tiempo, solo queda expuesto el extremo trasero del imán objetivo, lo que resulta útil para retirar el imán objetivo. Aunque hemos documentado la variación en la fuerza magnética de los dos imanes con el cambio en la distancia, aún requiere que el cirujano aprenda con la práctica y adquiera experiencia en el control de la fuerza de tracción durante la operación; sin embargo, esto no implica una curva de aprendizaje pronunciada. La desventaja es que puede ser necesario un asistente para controlar el imán de anclaje, pero si se utiliza un dispositivo de sujeción externo eficaz, se puede evitar la necesidad de asistencia. El material sinterizado de neodimio, hierro y boro es un material comúnmente utilizado en dispositivos de anclaje magnético en la actualidad21,22,23. El método de protección de la superficie puede ser un recubrimiento de níquel, un recubrimiento de nitruro de titanio, etc. Esto ha sido informado por otros autores y en nuestros artículos anteriores. El material es seguro para los humanos.

En este estudio, solo utilizamos un imán de un solo objetivo para ayudar en la cirugía. El MAGS desarrollado por el equipo de Cadeddu puede reemplazar múltiples dispositivos laparoscópicos y acomodar múltiples dispositivos de anclaje magnético en la cavidad abdominal. Sin embargo, se requieren más estudios para evaluar la viabilidad de reemplazar las pinzas de agarre endoscópicas con más dispositivos de anclaje magnético en la cavidad torácica. Creemos que no se deben utilizar demasiado los dispositivos de anclaje magnético. Por un lado, la capacidad de la cavidad torácica es fija y es necesario discutir más a fondo su capacidad para acomodar múltiples dispositivos de anclaje magnético, como la cavidad abdominal. Por otro lado, una pinza interna de anclaje magnético es suficiente para la resección toracoscópica en cuña, y el imán objetivo incorporado puede verse interferido por múltiples imanes de anclaje externos, afectando así la operación.

Aunque hemos logrado un éxito experimental, esta investigación todavía tiene deficiencias. En primer lugar, en nuestro estudio realizamos principalmente la resección del tejido pulmonar derecho y no realizamos intentos repetidos en múltiples lóbulos pulmonares. Se requieren más estudios para evaluar la idoneidad de este dispositivo para otros modelos de enfermedades más complejos. En segundo lugar, no hicimos una comparación estadística del efecto de usar o no un dispositivo de anclaje magnético en la operación, sino que simplemente hicimos un juicio basado en la experiencia del cirujano. Además, debido a que todavía existen diferencias en la estructura de los beagles y los humanos, es necesario seguir investigando si el dispositivo tiene el mismo efecto en el cuerpo humano. Sin embargo, creemos que la tecnología de anclaje magnético puede desempeñar un papel útil en la resección pulmonar, la lobectomía y otras operaciones. Podemos extender completamente esta tecnología a la cirugía toracoscópica de puerto único para lograr un efecto mínimamente invasivo.

Las pinzas de agarre con anclaje magnético diseñadas con base en la técnica del anclaje magnético pueden ayudar en la cirugía toracoscópica, reducir eficazmente la colisión entre instrumentos y facilitar una buena exposición del campo quirúrgico. Creemos que la técnica del anclaje magnético tiene un valor de aplicación potencial en cirugía toracoscópica y merece más investigación.

Los conjuntos de datos utilizados y analizados durante el estudio actual están disponibles del autor correspondiente a solicitud razonable.

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Este trabajo fue apoyado por el Programa Clave de Investigación y Desarrollo-Desarrollo Social de la Provincia China de Shaanxi (2021SF-163) y el Plan de Apoyo a la Capacidad de Innovación de la Provincia China de Shaanxi (2020KJXX-022).

Estos autores contribuyeron igualmente: Yixing Li y Miaomiao Zhang.

Departamento de Cirugía Hepatobiliar, Primer Hospital Afiliado de la Universidad Xi'an Jiaotong, No. 277 West Yanta Road, Xi'an, Shaanxi, 710061, República Popular China

Yixing Li, Miaomiao Zhang, Yi Lyu y Xiaopeng Yan

Departamento de Cirugía Torácica, Primer Hospital Afiliado de la Universidad Xi'an Jiaotong, Xi'an, Shaanxi, República Popular China

Yixing Li y Yong Zhang

Centro Nacional Local Conjunto de Investigación en Ingeniería para Cirugía de Precisión y Medicina Regenerativa, Primer Hospital Afiliado de la Universidad Xi'an Jiaotong, Xi'an, Shaanxi, República Popular China

Miaomiao Zhang, Aihua Shi, Yi Lyu y Xiaopeng Yan

Qide College, Universidad Xi'an Jiaotong, Xi'an, Shaanxi, República Popular China

Peinan Liu y Hanzhi Zhang

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Concepción y diseño, YL y XY; Soporte administrativo, YL y XY; Suministro de materiales de estudio, YXL, MZ, AS, PL, HZ, YZ y XY; Recopilación y montaje de datos, YXL, MZ, AS, PL y HZ; Análisis e interpretación de datos, YXL, MZ, AS, PL, HZ y XY; Redacción de manuscritos, YXL y MZ; Aprobación final del manuscrito, Todos los autores.

Correspondencia a Yi Lyu o Xiaopeng Yan.

Los autores declaran no tener conflictos de intereses.

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Reimpresiones y permisos

Li, Y., Zhang, M., Shi, A. et al. Lobectomía toracoscópica asistida por técnica de anclaje magnético en beagles. Informe científico 12, 11916 (2022). https://doi.org/10.1038/s41598-022-16050-4

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Recibido: 30 de abril de 2022

Aceptado: 04 de julio de 2022

Publicado: 13 de julio de 2022

DOI: https://doi.org/10.1038/s41598-022-16050-4

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