用于显微血管手术的新型3D打印血管吻合装置的体外与体内验证

为什么微小血管在大型手术中至关重要

当外科医生在癌症切除后重建下颌、重新接回被截断的手指，或将腿部组织移植到面部时，手术能否成功最终取决于将细如发丝的血管缝合在一起，使移植组织存活。这个精细步骤称为显微血管吻合，耗时、技术要求高，并且易受血栓和渗漏影响，可能使本来完美的手术失败。本研究介绍了一种3D打印的连接器，旨在使这些血管连接更快、更可靠，并能根据每位患者个体化定制，可能在提高结果的同时节省手术时间和费用。

缝合微小管道的挑战

在现行做法中，外科医生常通过手工将小动脉和静脉——通常直径为1到3毫米——缝合在一起，在血管壁上打上一圈极细的缝线。掌握这项技能需要多年练习，即便是技术娴熟的医师也会延长移植组织处于缺血状态的时间，从而增加损伤风险。已有无缝合装置，但它们在处理壁较厚、有弹性的动脉时存在困难，可能在将血管边缘翻出时损伤内皮，而且通常只有少数标准尺寸，难以匹配每位患者。由此产生了技术空白：外科医生需要一种快速、对动脉友好且可按个体解剖定制的系统，同时不牺牲强度或安全性。

为血流设计的可卡合桥接器

研究团队设计了一个小型的内部“桥”结构，坐落在血管内部，而不是把血管边缘翻到外环上。器械的每一端都有温和的棱纹，可抓住动脉或静脉的内侧，而一个柔性的外部扣环像袖口一样从外部包裹血管，将其牢牢固定。两个这样的半体通过互锁环卡合在一起，形成连续的血流通道。由于血管端并非翻转外露，而是直接套在连接器上，节省了宝贵的长度——当每毫米都重要时尤其关键——并且如果外科医生需要检查或修正，连接是可以拆开的。该装置通过高分辨率3D打印制造，允许根据医学影像数据调节其直径和几何形状以适应患者特定的血管尺寸。

对新型连接器进行测试

为了验证这一概念能否承受现实世界的要求，作者使用临床常用的两种医用级塑料打印了原型。在实验台上，他们用合成管和猪冠状动脉将新型耦合器与手工缝合的连接进行了对比。在压力测试中，传统缝合的连接在接近正常血压时就开始渗漏，而耦合器在出现液体泄漏前能承受超过五倍的压力。拉伸测试显示，耦合器组件在失效前能承受与缝合血管相当的力，表明其机械强度至少可与标准方法相媲美。在用人体血管细胞培养于相同材料的平板样本的实验中，这些塑料支持细胞存活，但起初并不鼓励细胞牢固附着。一种简单的氧等离子体表面处理（使表面更亲水）显著改善了细胞的粘附和扩展，暗示适度的表面调节可使该装置对血管内膜更为友好。

在真实血管中的试验

随后团队将研究推进到猪组织，先在离体血管上试验，最后在活体动物模型中验证。在离体测试中，使用耦合器的外科医生完成一次连接大约用了十分钟——约为手工缝合类似尺寸血管通常所需时间的一半。在活体猪实验中，该装置用于桥接颈动脉——一条高压、大流量的血管，作为严苛测试的选择。耦合器就位后，血流立即恢复，未见明显渗漏，简易床旁检测也提示动脉保持通畅。在四小时的监测期间，连接保持稳定，未见血栓形成或装置移位。柔性的外部扣环还起到保护套的作用，使镊子在放置过程中夹闭血管时不会明显损伤脆弱的血管壁。

这对未来外科意味着什么

目前，这种3D打印耦合器仍属实验性概念，而非临床产品。研究显示其能够牢固封闭血管、匹配传统缝线的强度，并能在大动物模型中快速部署，同时其表面可以改造以更好地承载活细胞。仍需更长期的动物研究来证明该装置能在数月内保持通畅、不引发血栓或炎症，并能安全地适配不同血管的尺寸和位置。如果这些障碍被克服，外科医生有朝一日可能会用快速、可为每位患者定制的卡合连接器替代部分最费时的缝线——缩短手术时间、减少并发症，并使复杂的重建手术更普及可及。

引用: Loh, J.S.P., Feng, KC., Yuan, Y. et al. In vitro and in vivo validation of a novel 3D-printed vessel anastomosis device for microvascular surgery. Sci Rep 16, 8772 (2026). https://doi.org/10.1038/s41598-026-39181-4

关键词: 显微血管手术, 3D打印医疗器械, 血管耦合器, 无缝合吻合, 重建外科