這一“以簡馭繁”的技術(shù)創(chuàng)新，破解了微創(chuàng)手術(shù)與手術(shù)機(jī)器人長期存在的“力盲”痛點(diǎn)，為高端醫(yī)械國產(chǎn)化提供了全新思路。

一、從“憑手感”到“精準(zhǔn)控”：

微創(chuàng)手術(shù)的“力盲”困境亟待破解

在傳統(tǒng)開放手術(shù)中，醫(yī)生的手指能直接感知組織的軟硬程度，憑經(jīng)驗(yàn)精準(zhǔn)控制縫合力度，使松緊恰到好處，這種“觸覺反饋”是外科醫(yī)生數(shù)十年經(jīng)驗(yàn)積累的核心價(jià)值。

但隨著腹腔鏡、機(jī)器人手術(shù)的普及，醫(yī)生的雙手被“隔在屏幕之外”：器械的力反饋大幅衰減，主流手術(shù)機(jī)器人（如達(dá)芬奇系統(tǒng)）雖能提供高清視野，卻缺乏可靠的觸覺感知模塊。

手術(shù)中所打的“外科結(jié)”一般是死結(jié)，而這個(gè)結(jié)的松緊會(huì)影響后續(xù)的康復(fù)效果——過緊會(huì)引發(fā)組織缺血、縫線斷裂，過松則可能導(dǎo)致腸漏、吻合口出血。

常規(guī)解決方案是加裝電子力傳感器，但醫(yī)療場景的特殊性讓這一思路屢屢碰壁：微創(chuàng)手術(shù)的狹窄操作空間難以容納傳感器；反復(fù)滅菌會(huì)導(dǎo)致傳感器精度衰減；而一套適配機(jī)器人的力反饋系統(tǒng)成本高達(dá)數(shù)十萬元，難以在基層醫(yī)院普及。

就在行業(yè)陷入“電子傳感依賴”的困境時(shí)，浙大團(tuán)隊(duì)的創(chuàng)新思路打破了僵局——不用電子元件，讓繩結(jié)本身成為力控工具，用活結(jié)控制死結(jié)。

二、活結(jié)智能縫線怎么實(shí)現(xiàn)95.4%的力控精度？

團(tuán)隊(duì)發(fā)現(xiàn)，經(jīng)過標(biāo)準(zhǔn)化處理的活結(jié)，在被拉開的瞬間會(huì)產(chǎn)生一個(gè)高度一致的峰值力（F_peak）——只要在打結(jié)時(shí)施加固定的預(yù)緊力（F_tying），這個(gè)峰值力就像“設(shè)定好的密碼”，每次打開都精準(zhǔn)可控。

為了驗(yàn)證這一特性，團(tuán)隊(duì)進(jìn)行了500次重復(fù)試驗(yàn)：結(jié)果顯示活結(jié)的峰值力波動(dòng)僅為±0.135N，力傳遞一致性高達(dá)95.4%。這意味著，無論操作者是誰，都能通過活結(jié)獲得統(tǒng)一的力度標(biāo)準(zhǔn)，從根本上解決了人工操作的個(gè)體差異問題。

Mechanical modelling and characterization of slipknots.

▲ 圖源：論文截圖

為什么一個(gè)簡單的活結(jié)能實(shí)現(xiàn)如此高的精度？通過高速攝像機(jī)和Micro-CT掃描，團(tuán)隊(duì)揭開了其力學(xué)本質(zhì)：

◆拓?fù)渫蛔冇|發(fā)峰值力：活結(jié)被拉開時(shí)，滑動(dòng)圈會(huì)逐漸收緊，應(yīng)力集中不斷加劇，直到發(fā)生拓?fù)渥儞Q（結(jié)的結(jié)構(gòu)突變），這一刻就是峰值力產(chǎn)生的瞬間；

◆多參數(shù)可調(diào)控：峰值力可通過預(yù)緊力、結(jié)環(huán)數(shù)量、縫線直徑靈活調(diào)整——比如將結(jié)環(huán)從1個(gè)增加到3個(gè)，峰值力會(huì)相應(yīng)提升；更換更粗的縫線，力值也會(huì)成比例變化；

◆環(huán)境穩(wěn)定性強(qiáng)：活結(jié)放置32天后性能無衰減，適配手術(shù)場景的復(fù)雜需求。

基于這一機(jī)制，團(tuán)隊(duì)將活結(jié)與傳統(tǒng)手術(shù)縫線結(jié)合，研發(fā)出“Sliputure（活結(jié)智能縫線）”——在普通縫線末端串聯(lián)一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)化活結(jié)，醫(yī)生打結(jié)后只需拉動(dòng)活結(jié)，直到其“啪”地打開，此時(shí)的縫合力度就是預(yù)設(shè)的安全值，無需再依賴經(jīng)驗(yàn)判斷。

三、臨床驗(yàn)證：

精度提升121%，動(dòng)物實(shí)驗(yàn)實(shí)現(xiàn)“零腸漏”

活結(jié)智能縫線的性能已通過多輪實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證，在模型實(shí)驗(yàn)與動(dòng)物實(shí)驗(yàn)中均展現(xiàn)出顯著優(yōu)勢。

A slipknot gauges mechanical transmission in surgical operations.

▲ 圖源：論文截圖

在硅膠模擬組織實(shí)驗(yàn)中，低年資臨床醫(yī)生（從業(yè)經(jīng)驗(yàn)＜10年）使用該技術(shù)后，打結(jié)力的精度較傳統(tǒng)縫線提升121%，操作精度接近高年資醫(yī)生（從業(yè)經(jīng)驗(yàn)＞10年）的操作水平。

動(dòng)物實(shí)驗(yàn)的臨床效果更具說服力。在大鼠結(jié)腸損傷修復(fù)模型中，使用活結(jié)智能縫線的實(shí)驗(yàn)組，術(shù)后吻合口漏發(fā)生率為0，而傳統(tǒng)縫線對照組為20%；術(shù)后組織粘連發(fā)生率僅30%，遠(yuǎn)低于對照組的100%。激光散斑成像結(jié)果顯示，實(shí)驗(yàn)組修復(fù)的組織血供更充足，證實(shí)了精準(zhǔn)張力控制對避免組織缺血的關(guān)鍵作用。

傷口愈合效率的提升同樣顯著。數(shù)據(jù)顯示，使用活結(jié)智能縫線的大鼠結(jié)腸損傷，術(shù)后5天的破裂壓力（評估傷口愈合質(zhì)量的核心指標(biāo)）即達(dá)到健康組織水平，比傳統(tǒng)縫線組提前2天實(shí)現(xiàn)臨床愈合標(biāo)準(zhǔn)。在豬腹腔鏡手術(shù)模型中，該技術(shù)實(shí)現(xiàn)的創(chuàng)面平整性也優(yōu)于傳統(tǒng)縫線，無明顯組織擠壓隆起現(xiàn)象。

更值得關(guān)注的是，這項(xiàng)技術(shù)還能適配腹腔鏡和機(jī)器人手術(shù)。團(tuán)隊(duì)將視覺反饋模塊集成到達(dá)芬奇機(jī)器人上，可實(shí)時(shí)識別活結(jié)打開的圖像特征，觸發(fā)機(jī)器人手臂在毫秒級時(shí)間內(nèi)自動(dòng)剎車，避免過度牽拉組織。

四、醫(yī)械行業(yè)新機(jī)遇：

無源設(shè)計(jì)、低成本，適配多場景需求

與傳統(tǒng)電子力控方案相比，活結(jié)智能縫線有三大核心優(yōu)勢：

◆無源免維護(hù)：無需電源、傳感器或復(fù)雜電路，完全依靠機(jī)械結(jié)構(gòu)實(shí)現(xiàn)力控，避免了電子元件在手術(shù)中可能出現(xiàn)的故障；

◆低成本易量產(chǎn)：活結(jié)可標(biāo)準(zhǔn)化批量制作，適合一次性使用，無需考慮滅菌后的精度衰減；

◆場景適應(yīng)性廣：除了常規(guī)微創(chuàng)手術(shù)，它還能應(yīng)用于資源有限的基層醫(yī)院、野外救援甚至極端環(huán)境——比如在無電的郊區(qū)，醫(yī)生僅憑活結(jié)就能完成精準(zhǔn)縫合。

目前，浙大團(tuán)隊(duì)已啟動(dòng)“組織力值數(shù)據(jù)庫”建設(shè)，針對消化道、心血管、神經(jīng)外科等不同場景，研發(fā)不同峰值力的活結(jié)縫線。

從行業(yè)趨勢來看，這項(xiàng)技術(shù)也契合了“醫(yī)工交叉”和“無源醫(yī)療器械”的發(fā)展方向�，F(xiàn)如今基層醫(yī)療對高性價(jià)比精準(zhǔn)醫(yī)療設(shè)備的需求日益迫切，而活結(jié)智能縫線這類“用機(jī)械智慧替代電子復(fù)雜”的創(chuàng)新，或許會(huì)成為未來醫(yī)械研發(fā)的重要思路。

「參考文獻(xiàn)」

Xue, Y., Cao, J., Feng, T. et al. Slipknot-gauged mechanical transmission and robotic operation. Nature 647, 889–896 (2025).