磁珠肺小结节定位技术的动物实验研究

　　肺结节是指影像学表现为直径≤3 cm 的局灶性、类圆形、密度增高的实性或亚实性肺部阴影，可为孤立性或多发性。肺结节中直径<5 mm 者定义为微小结节；直径为 5～10 mm 者为小结节[]。目前，治疗肺小结节的方法首选手术切除，为方便术中寻找病灶，术前进行穿刺定位十分重要[]。术前常用的定位方法包括 CT（computed tomography）引导下穿刺针定位、弹簧圈定位、液体染料定位等，但存在术后并发症多、费用高等缺点[]。

　　钕铁硼等磁性材料具有良好的稳定性及组织相容性[]，其表面经电镀镍处理后可防止被氧化腐蚀，在医学领域的应用具有良好的发展前景[]。本文介绍了一种采用N45钕铁硼制作的磁珠进行肺小结节术前定位的磁示踪技术（magnetic tracer technique，MTT）[]，在手术前将示踪磁体（tracer magnet，TM）通过穿刺针注入假想的肺小结节附近，以寻踪磁体（pursuit magness，PM）施加外磁场后假想小结节突出肺表面，从而实现肺小结节定位。

　　本实验选取成年新西兰兔 12 只，体重 4～5 kg，为适应环境实验前 1 周进行常规饲养，实验动物均由西安交通大学医学部实验动物中心提供。

　　本实验所用磁性材料包括示踪磁体（磁珠）和寻踪磁体（深圳拉拉磁材发展有限公司）。磁珠为直径 1 mm、高为 3 mm 的圆柱体，寻踪磁体为直径 9 mm、高 19 mm 的圆柱体，均由烧结 N45 钕铁硼（Nd-Fe-B）永磁材料径向充磁构成，经磁性检测后表面经电镀镍处理机械制作而成。寻踪磁体和磁珠之间的磁力大小约为 0.58 N。剩余磁通密度 Br 为（1320～1380）mT，磁能积最大值 BH 为（43～46）kJ/m。磁珠和寻踪磁体经饱和充磁处理，在密闭的环氧乙烷灭菌器内进行灭菌。磁体实物见。寻踪磁体与磁珠间的吸引力随距离的变化见。

　　随机分为 A、B 两组，每组 6 只。1 mL/kg 戊巴比妥钠（50 mg/mL）由耳缘静脉快速注射，麻醉完成后平卧位固定，颈部气管切开、插管建立机械通气。

　　A 组：右侧卧位，经第 5 肋间切开进胸，于左肺假想肺结节附近注射 1 个和 2 个磁珠。

　　B 组：右侧卧位，在 X 线引导下进行经皮穿刺左肺注射 1 个和 2 个磁珠，注射完成后开胸，观察所注射磁珠的位置等指标见；示意图见。

　　试验结束后给予耳缘静脉快速注射 2 mL/kg 戊巴比妥钠（50 mg/mL）行安乐死。

　　首先通过肉眼观察肺组织的注射部位有无出血、血肿。将 PM 靠近注射部位，观察对 TM 的吸引情况，PM 和 TM 之间吸引力大小，对肺组织是否挤压损伤，TM 是否有脱出等情况，被吸引的肺组织即为假想的肺小结节所在部位。

　　分别将两组肺组织牵向不同位置，观察自主呼吸、机械通气和肺组织被动移位后，TM 在肺内的位置是否停留在初始注射部位，是否有移位，容易发生移位的情况等。

　　本实验已完成西安交通大学动物实验伦理委员会批准程序（No.XJTULAC2020-1176），符合实验动物伦理学要求。

　　A、B 组 12 只新西兰兔均操作成功，术中及术后动物无死亡情况。

　　注射部位的肺组织均微量出血，无血肿形成。将 PM 靠近注射部位，注射 TM 部位肺组织被吸引突出肺表面，见、；将 PM 与注射部位分离，肺组织无挤压损伤；注射 1 个 TM 的动物中有 1 例在应用 PM 进行探寻时发生 TM 脱出肺组织现象，见，注射 2 个 TM 的动物中未发生磁珠移位或脱出等情况。

　　两组在自主呼吸、机械通气情况下将肺组织牵向不同位置，注射部位的 TM 仍停留在初始注射部位，无明显移位。

　　肺癌在世界范围内患病率和死亡率均位于恶性肿瘤之首[-]。因为肺癌的早期多无明显症状，临床上的大部分患者产生症状就诊时已属晚期[]。我国近年来肺癌的发病率和死亡率的上升趋势越来越显著。国家癌症中心的统计数据表明，我国肺癌发病率和死亡率在 2015 年分别为 57.26/10 万和 45.87/10 万，在恶性肿瘤中排名第 1，5 年相对生存率为 16.1%，在全部恶性肿瘤的排名中位于倒数第 3 位。肺癌预后较差与多数患者诊断时的临床分期较晚有关[]。美国癌症协会的统计数据显示，初次诊断肺癌时为局部、区域、远处转移的患者所占比例分别为 16%、22% 和 57%，相应的 5 年相对生存率分别为 56%、29% 和 5%[]。肺癌的预后会因为在肺癌的早期阶段（特别是Ⅰ期）实行手术切除而得到显著改善。因此，为达到早期诊断和治疗的目的，早期筛查作为降低肺癌病死率的有效途径之一显得尤为重要。早期较小且不易触及的肿瘤检出率过低的情况随着胸部低剂量 CT（low-dose computed tomography，LDCT）技术的发展得到改善。通过筛查肺癌高危人群，肺癌病死率下降可达 20%。因为这些小结节在手术中定位比较困难，所以肺小结节术前定位尤其重要[]。

　　常用的肺小结节定位方法包括 CT 引导下经皮穿刺定位、注射医用胶及硬化剂、CT 结合解剖标志定位法、导航支气管镜技术、近红外荧光成像、超声辅助定位和 CT 三维重建[]。通过 CT 引导经皮穿刺技术常见出血、气胸等并发症，此外在目前最常用的带钩金属丝和微弹簧圈定位方法中，存在定位物其随着呼吸运动或者在术中肺被牵拉过程中发生移位、脱钩的风险。注射医用胶及硬化剂的定位方法术后刺激性咳嗽发生率较高[]。CT 结合解剖标志定位法对术者要求较高，术者需要熟悉肺部精细解剖结构，并且能够将患者侧卧位解剖结构和水平位 CT 影像相互对应[]。导航支气管镜技术、近红外荧光成像及超声辅助定位技术对设备的要求高，需要专业的技术人员辅助；CT 三维重建定位常需要和穿刺定位或者导航支气管镜等技术相结合[]。为了减少定位相关并发症和提高定位成功率，我们设计了一种应用磁珠进行肺小结节定位的技术，其属于 MTT 的一种，MTT 是将磁性材料注射到人体管腔或与管腔相通的脏器内，利用体外检测设备对其进行监测和追踪，以实现对疾病的诊断和治疗的目的[]。

　　钕铁硼磁性材料最早被用于口腔正畸中，将永磁体直接粘贴于牙齿上进行简单错颌畸形的矫治，或在固定矫治器上辅以磁力系统进行牵引等[]。近 20 多年来随着磁外科的发展，钕铁硼磁性材料在医学领域广泛使用，已被应用到人体多个部位[]，如将磁血管端口吻合术应用于微创冠状动脉搭桥术中[]、利用磁吻合技术进行小肠的侧侧吻合[]和磁锚定辅助内镜下胃黏膜切除术[]等。本研究所用 N45 钕铁硼永磁材料（Nd-Fe-B）是一种重要的稀土应用材料，能够制备出质量轻、体积小、性能良好的设备或者器械，它具有很高磁能积和矫顽力，能在外磁场的作用下被吸引从而实现定位。钕铁硼材料表面的镍镀层可以防止其进入生物体内被氧化腐蚀，具有安全性和抗氧化自由基、耐高温、耐腐蚀等优良性能[]。

　　随着影像技术的发展，CT 引导下经皮肺穿定位技术发展迅速，在不考虑出血等并发症的情况下，穿刺针几乎可以定位至肺部任何位置[, ]。我们本次实验目的在于评估应用磁珠进行肺小结节定位的可行性，对 CT 引导下肺穿刺技术不做特殊要求，因此分别在开胸和 X 线引导下将磁珠注入假想的肺小结节附近进行定位后，在开胸直视下进行验证，评估定位情况。实验结果表明 TM 注射部位的肺组织仅有微量出血，无血肿形成，注射 1 个 TM 后可能发生在寻踪磁体探寻时移位或脱出的现象，同时注射 2 个 TM 后定位效果可靠。

　　总之，本次实验初步验证了采用磁珠进行肺小结节定位的方法是可行的，其操作步骤简便，成本较低，可以缩短手术时间。所用的 2 个磁珠在注射入肺内后相互吸引，压迫肺组织，可以减少术后气胸、出血、刺激性干咳等并发症的产生，有望成为一种新的肺小结节术前定位方法。

　　利益冲突：无。

　　作者贡献：吕璐论文设计、数据整理与分析、论文初稿撰写、论文审阅与修改；史爱华论文设计、论文审阅与修改；严小鹏整理与分析数据、论文审阅与修改；张至轩、周古翔、付军科整理与分析数据；马锋、王浩华审阅与修改论文；吕毅进行论文设计、论文审阅与修改；张勇进行论文设计、论文初稿撰写、论文审阅与修改。