王歆淏，梁向黨，余寬寬，房卓群，劉 申，郭占社

1 中國(guó)人民解放軍總醫(yī)院骨科，北京市，100853

2 北京航空航天大學(xué)儀器科學(xué)與光電工程學(xué)院，北京市，100191

傷口快速閉合裝置的研究

【作 者】王歆淏1，梁向黨1，余寬寬1，房卓群1，劉 申1，郭占社2

1 中國(guó)人民解放軍總醫(yī)院骨科，北京市，100853

2 北京航空航天大學(xué)儀器科學(xué)與光電工程學(xué)院，北京市，100191

復(fù)雜、巨大傷口的快速閉合是院前急救的關(guān)鍵步驟，可以有效減少院前患者的失血、失液量，對(duì)挽救患者生命有重要意義。該文研制了一種全新的傷口快速閉合裝置，用于復(fù)雜、巨大傷口的快速閉合。首先，在對(duì)結(jié)構(gòu)工作原理進(jìn)行詳細(xì)介紹的基礎(chǔ)上，采用有限元仿真技術(shù)，對(duì)結(jié)構(gòu)的受力情況進(jìn)行了分析，結(jié)果表明結(jié)構(gòu)受力后產(chǎn)生的應(yīng)力沒有超過材料的許用應(yīng)力。在此基礎(chǔ)上，進(jìn)行離體傷口閉合實(shí)驗(yàn)。測(cè)試結(jié)果表明，該閉合裝置操作時(shí)間為18.24 s，最小穿透皮膚的力為4.08 kg。該閉合器可抵抗1.53 kg水平拉力和2.25 kg的垂直拉力，封閉性良好，符合設(shè)計(jì)要求。結(jié)果表明該裝置設(shè)計(jì)合理，可以快速、有效地實(shí)現(xiàn)傷口的閉合。

傷口閉合裝置；傷口閉合；有限元分析；力學(xué)測(cè)試；許用應(yīng)力；封閉性測(cè)試

0 引言

創(chuàng)傷是指機(jī)械性因素作用于人體所造成的組織結(jié)構(gòu)完整性破壞或功能障礙。傷口是指開放傷中皮膚受傷破裂的部位，可因意外事故造成，也可因手術(shù)需要人為造成[1]。意外事故造成的傷口往往伴隨著失血、失液，復(fù)雜、巨大的傷口因無法有效閉合而危及患者的生命安全[2]。復(fù)雜、巨大的傷口的有效閉合可以有效地減少失血量，成為外傷急救中的關(guān)鍵步驟。復(fù)雜、巨大的傷口用傳統(tǒng)包扎方法很難有效閉合傷口并止血，尤其是軀干部及頭頂部的傷口。隨著時(shí)代的進(jìn)步，國(guó)內(nèi)外研制了多種傷口閉合設(shè)備。包括皮膚牽拉設(shè)備、傷口粘合用液體敷料等[3-7]。但大部分傷口閉合設(shè)備都用于臨床治療階段，在院前急救的使用中有著很多局限性，如：閉合強(qiáng)度不夠、操作環(huán)境惡劣、操作不夠便捷，對(duì)復(fù)雜巨大傷口難以實(shí)施等。

因此，本文重點(diǎn)關(guān)注院前急救中傷口快速閉合的需要，設(shè)計(jì)并制作了一種快捷、有效的傷口快速閉合裝置，并進(jìn)行了相關(guān)的檢測(cè)。以期為院前急救和相關(guān)研究提供有效的幫助。

本文介紹了一種新型針對(duì)院前急救中遇到的復(fù)雜、巨大的傷口快速閉合裝置。此傷口閉合裝置操作簡(jiǎn)便，閉合傷口速度快。面對(duì)傷口時(shí)可以單個(gè)使用，也可以多個(gè)聯(lián)合使用。

1 傷口快速閉合裝置的設(shè)計(jì)

1.1 傷口快速閉合裝置的整體設(shè)計(jì)

本裝置由4部分組成，包括雙臂、中軸、扭簧及卡口，整體設(shè)計(jì)的主要結(jié)構(gòu)，如圖1所示。

雙臂通過中軸相連接形成傷口快速閉合裝置的主體部分，中軸繞有扭簧以提供閉合動(dòng)力，卡扣與雙臂的尾端形成鎖扣結(jié)構(gòu)，使裝置的初始狀態(tài)為張開狀態(tài)。

工作過程中，松開卡扣，雙臂以中軸為圓心做方向相反的圓周運(yùn)動(dòng)，直至兩臂相遇，閉合裝置變成閉合狀態(tài)。

1.2 傷口快速閉合裝置的雙臂設(shè)計(jì)

傷口快速閉合設(shè)備的雙臂分為尾、體、尖端三個(gè)部分。設(shè)計(jì)如圖2所示。

圖1 傷口快速閉合裝置整體平面設(shè)計(jì)Fig.1 Whole design of the wound quick closing device

圖2 傷口快速閉合裝置雙臂設(shè)計(jì)圖Fig.2 Design of arms of the wound quick closing device

傷口快速閉合裝置雙臂的尾端為扭簧提供著力點(diǎn)。在尾端的上1/3處有卡口槽，用于固定卡扣，使閉合裝置的初始狀態(tài)為張開狀態(tài)。雙臂的尖端為三棱錐結(jié)構(gòu)，可有效快速地刺透皮膚，使閉合裝置可以有效地把持傷口兩側(cè)的皮緣。雙臂的體部與尖端交界處有一限深臺(tái)，防止閉合裝置刺入皮膚過深造成過多的二次損傷。

雙臂通過中軸進(jìn)行連接，構(gòu)成閉合裝置的主體結(jié)構(gòu)，尖端固定傷口兩側(cè)皮膚，通過扭簧提供動(dòng)力將傷口有效閉合。

1.3 傷口快速閉合裝置的樣品制作

按照傷口快速閉合裝置的設(shè)計(jì)，材料選擇為醫(yī)用不銹鋼，通過數(shù)控機(jī)床進(jìn)行機(jī)加工得到樣品，如圖3所示。

2 傷口快速閉合裝置有限元分析

為了對(duì)傷口快速閉合裝置的結(jié)構(gòu)合理性和工作時(shí)各個(gè)部分的受力情況進(jìn)行分析，本文對(duì)傷口快速閉合裝置進(jìn)行了有限元分析。結(jié)構(gòu)有限元模型如圖4所示，由于該結(jié)構(gòu)為對(duì)稱結(jié)構(gòu)，故設(shè)計(jì)過程中取其中左邊部分即可。結(jié)構(gòu)單元為Solid95單元，計(jì)算過程中最關(guān)心的問題是閉合器的齒尖是否斷裂（即是否超過材料的許用應(yīng)力）。結(jié)構(gòu)分析后結(jié)構(gòu)齒尖應(yīng)力分布如圖5所示。模擬結(jié)果顯示，傷口快速閉合裝置的尖端在接受10 kg壓力時(shí)尖端和體部最大受力部位數(shù)值為49.719 MPa，沒有超過380 MPa的部分（沒有超過材料的許用應(yīng)力）。

圖3 傷口快速閉合裝置樣品Fig.3 Prototype of wound quick closing device

圖4 結(jié)構(gòu)有限元模型Fig.4 FEM model of the device

3 離體傷口閉合實(shí)驗(yàn)

3.1 傷口閉合可行性試驗(yàn)

為檢測(cè)傷口快速閉合裝置在實(shí)際應(yīng)用前的可行性，本課題設(shè)計(jì)離體實(shí)驗(yàn)，測(cè)試傷口快速閉合裝置閉合模擬模型后傷口形態(tài)。

取家豬皮膚組織，長(zhǎng)為15 cm，寬為5 cm，厚度為3 cm。在離體皮膚樣本上分別使用外科手術(shù)刀制作切割傷模型，傷口尺寸為3.5 cm×1 cm×1 cm，備用。取傷口模型一個(gè)，使用傷口快速閉合裝置閉合傷口并記錄操作時(shí)間。重復(fù)上述步驟10次。

傷口閉合操作的平均時(shí)間為18.24 s。傷口閉合后的大體形態(tài)如圖6所示，傷口皮緣外翻狀態(tài)良好。傷口快速閉合裝置傷口閉合速度滿意，操作簡(jiǎn)單，閉合后傷口大體形態(tài)滿意。

圖6 傷口閉合后大體形態(tài)Fig.6 Gross morphology after wound closure

3.2 傷口快速閉合裝置離體力學(xué)實(shí)驗(yàn)

為檢測(cè)傷口快速閉合裝置在傷口模型上的力學(xué)表現(xiàn)，本實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)將對(duì)傷口快速閉裝置閉合傷口時(shí)刺入皮膚的最小力，閉合傷口后傷口的抗水平拉力、垂直拉力進(jìn)行檢測(cè)，以確定傷口快速閉合裝置閉合傷口后的可靠性。

3.2.1 尖端刺入皮膚最小力檢測(cè)

將傷口模型和傷口快速閉合裝置置于壓力測(cè)試儀的平臺(tái)上。實(shí)驗(yàn)者雙手垂直向下用力，將傷口快速閉合裝置尖端向下按壓直至尖端穿透皮膚，記錄傷口快速閉合裝置尖端穿透皮膚瞬間的力量，記錄為Y1。反復(fù)測(cè)量10次，分別記錄為Y1-Y10；用醫(yī)用持針器持外科用皮針，使尖端垂直于傷口模型進(jìn)針，記錄外科用皮針尖端刺入皮膚瞬間的力量，記錄為y1。反復(fù)測(cè)量10次，分別記錄為y1-y10。

3.2.2 閉合傷口后傷口抗水平拉力實(shí)驗(yàn)

取前期制作傷口模型一個(gè)，將傷口模型沿傷口中軸將傷口模型切斷；將切割后的傷口模型一端固定于動(dòng)物實(shí)驗(yàn)臺(tái)，另一端固定于拉力測(cè)試儀。斷端用傷口快速閉合裝置進(jìn)行閉合，使兩端皮緣閉合；實(shí)驗(yàn)者水平拖動(dòng)拉力測(cè)試儀，直至傷口斷端分離，記錄拉力測(cè)試儀讀數(shù)。重復(fù)該操作10次，分別記錄為S1-S10。

3.2.3 閉合傷口后抗垂直拉力測(cè)試

取傷口模型一個(gè)，將其兩端固定于動(dòng)物實(shí)驗(yàn)臺(tái)。使用傷口快速閉合裝置閉合傷口模型，將拉力測(cè)試儀的掛鉤從傷口快速閉合裝置的中軸穿過，提起拉力測(cè)試儀，使拉力測(cè)試儀與傷口模型垂直。實(shí)驗(yàn)者垂直于傷口模型向上提拉拉力測(cè)試儀，直至傷口快速閉合裝置脫離傷口模型，記錄脫離時(shí)的最大力數(shù)值。重復(fù)該操作10次，分別記錄為C1-C10。

3.2.4 實(shí)驗(yàn)結(jié)果

傷口閉合裝置與皮針刺入傷口皮膚最小力測(cè)試結(jié)果中實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)平均值為：Y=4.08 kg、y=0.43 kg；因傷口快速閉合裝置有8個(gè)尖端，所以皮針的結(jié)果應(yīng)乘以8再與傷口快速閉合裝置比較，結(jié)果如圖7所示。

圖7 傷口快速閉合裝置與皮針實(shí)驗(yàn)結(jié)果對(duì)比Fig.7 Results comparison between Y group and y group

傷口快速閉合裝置刺入皮膚最小力略大于醫(yī)用皮針?biāo)璧牧Γ３赡耆丝梢酝瓿蓚陂]合裝置的操作。

傷口快速閉合裝置閉合傷口后傷口抗水平拉力實(shí)驗(yàn)結(jié)果中實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)平均值為S=1.53 kg；抗垂直拉力測(cè)試結(jié)果中實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)平均值為C=2.25 kg。兩者效果較為理想，可以較為穩(wěn)固地固定傷口，實(shí)現(xiàn)傷口的有效閉合。

3.3 傷口快速閉合裝置傷口封閉性實(shí)驗(yàn)

為測(cè)試使用傷口快速閉合裝置閉合傷口后，傷口抵抗外界污染的效果，本課題設(shè)計(jì)了檢測(cè)傷口經(jīng)過傷口快速閉合裝置閉合后的封閉性實(shí)驗(yàn)。

傷口模型制備同3.1中傷口模型制作方法。共制作20個(gè)傷口模型。將20個(gè)傷口模型隨機(jī)分為2組。實(shí)驗(yàn)組處理：F組10個(gè)傷口模型使用傷口快速閉合裝置樣品進(jìn)行傷口閉合，傷口閉合后備用。對(duì)照組處理：f組10個(gè)傷口模型使用傳統(tǒng)紗布覆蓋傷口表面，并用醫(yī)用膠布將紗布黏貼固定在傷口，確保紗布將整個(gè)傷口覆蓋。分別放入伊文氏藍(lán)浸泡皿中，浸泡30 min。浸泡完成后，將各個(gè)傷口模型研傷口的長(zhǎng)軸切開，暴露傷口的橫斷面，如圖8所示。使用標(biāo)尺對(duì)各傷口模型染色深度進(jìn)行測(cè)量并記錄。

圖8 F組與f組實(shí)驗(yàn)結(jié)果對(duì)比Fig.8 Results comparison between F group and f group

測(cè)量F組與f組的各個(gè)傷口模型染色深度，兩組平均值為F=2.01 mm和f=11.73 mm，實(shí)驗(yàn)組F組與對(duì)照組f組的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)經(jīng)過統(tǒng)計(jì)學(xué)分析有明顯差異（P＞0.05），F(xiàn)組傷口染色深度淺。因此，傷口快速閉合裝置的傷口封閉性明顯優(yōu)于傳統(tǒng)紗布包扎傷口。

4 實(shí)驗(yàn)總結(jié)

本文首先從巨大、復(fù)雜的傷口難以用傳統(tǒng)方法閉合的特點(diǎn)入手，根據(jù)復(fù)雜、巨大傷口的閉合需求，給出了傷口快速閉合裝置結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，并針對(duì)皮膚傷口的各項(xiàng)特點(diǎn)進(jìn)行了優(yōu)化。設(shè)計(jì)完成后通過有限元模擬分析，觀察傷口快速閉合裝置的各部分結(jié)構(gòu)的受力情況，檢驗(yàn)傷口快速閉合裝置的結(jié)構(gòu)合理性。離體傷口閉合實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明傷口閉合快速有效，皮緣外翻效果理想。平均傷口閉合時(shí)間為18.24 s。傷口快速閉合裝置封閉傷口后可以對(duì)抗水平拉力1.53 kg和垂直拉力C=2.25 kg，同時(shí)通過封閉性試驗(yàn)證明該裝置可以有效避免傷口內(nèi)部的進(jìn)一步污染。

本裝置針對(duì)于救援環(huán)境惡劣的戰(zhàn)場(chǎng)、特大自然災(zāi)害等環(huán)境，快速有效的閉合傷口，達(dá)到自救互救的效果，以挽救傷員的生命、減少醫(yī)療救護(hù)壓力。良好的傷口封閉性也可以有效減少傷員傷口的失血、失液量，提高傷員的生存機(jī)會(huì)?？傊搨诳焖匍]合裝置為特殊救援環(huán)境下復(fù)雜、巨大傷口的院前處理提供了新的有效、快捷的方法。

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Development of Wound Quick Closing Device

【Key words 】WANG Xinhao1, LIANG Xiangdang1, YU Kuankuan1, FANG Zhuoqun1, LIU Shen1, GUO Zhanshe2
1 Department of Osteology, General Hospital of PLA, Beijing, 100853
2 School of Instrumentation Science and Opto-electronics Engineering, Beihang University, Beijing, 100191

wound closing device, wound closure, fi nite element analysis, mechanical test, allowable stress, closed performance test

R608

A

10.3969/j.issn.1671-7104.2017.03.013

1671-7104(2017)03-0204-04

2016-11-14

王歆淏，E-mail: wangxinhao0304@163.com

梁向黨，E-mail: lxd301@263.net

【 Abstract 】Complex and huge wound closure is a key step in pre hospital emergency care. Wound closure can effectively reduce the loss of blood and fl uid inpatients before arriving hospital. Also, it has important signi fi cance to save the lives of patients. In this paper, a new type of wound closure device is developed, which is used for the rapid closure of complex and huge wound. Firstly, based on the detailed introduction of the structure working principle, the fi nite element simulation technology is adopted to analyze the stress of the structure. The results show that the stress of the structure has not beyond the allowable stress of the material. On the basis of this, the experiment was carried out in vitro. Test results show that the closure device operating time is 18.24 s and the minimum penetration of the skin force is 4.08 kg. The closure device can resist the horizontal tension of 1.53 kg and vertical tension of 2.25 kg. It also has good sealing performance and meets the design requirements. The results show that the device designed is reasonable, which can be quickly and effectively to achieve closure of the wound.