半导体激光ICG白蛋白吻合中等动脉实验研究
作者：翁国星1 Warren Williamson2
单位：Weng Guoxing Department of Cardiovascular Surgery, Fujian Research Institutefor Cardiovascular Diseases, Fuzhou(350001)；Warren Williamson Lahey Clinic Medical Center, MA U.S.A.
关键词：半导体激光血管吻合；靛蓝花青染料；白蛋白
中国激光医学杂志980101Diode Laser Anastomoses of Medium-size Arteries with
Indocyanine Green Dye-enhanced Albumin
, http://www.100md.com
Weng Guoxing
Department of Cardiovascular Surgery, Fujian Research Institute
for Cardiovascular Diseases, Fuzhou(350001)
Warren Williamson
Lahey Clinic Medical Center, MA U.S.A.
摘要 为取得更好的血管吻合远期通畅率和解决目前激光血管吻合强度不理想的问题，我
们应用半导体激光和加靛蓝花青染料(ICG)白蛋白，比较三种不同吻合方法：直接吻合法、单 纯白蛋白“焊接”吻合法和直接吻合法加焊接吻合法。吻合材料为离体人胸廓内动脉、活体大白 鼠腹主动脉及离体猪心脏和胸廓内动脉。结果表明，平均完成一个吻合口的时间为3.15 min ±0.36 min；使用白蛋白加固或焊接吻合的耐压强度和抗拉强度都显著高于直接吻合法(P<0. 05和P<0.01)，而且焊接吻合法的热损伤仅限于动脉外膜，深度仅200 μm；存活的大白鼠 腹主动脉吻合结果满意。激光用于端—侧吻合胸廓内动脉和冠状动脉左前降支，其抗拉强度 仍需进一步活体动物实验研究加以改进。
, 百拇医药
ABSTRACT
In order to achieve a better long-term patency results and solve the p roblem of tensile strength in laser artery anastomoses, diode laser an d indocyanine green (ICG) enhanced albumin were applied to medium-size a rtery anastomoses with three different methods, namely, direct laser vascular anastomoses, direct method enforced with ICG albumin, and la ser welding combined with ICG albumin as "solder". Internal mammary ar tery (IMA) harvested from patients undergoing coronary bypass procedu res, rat abdominal aorta, and in vitro swine heart and IMA were chosen as the experimental materials. The results revealed that only 3.15 min±0. 36 min were required to complete an anastomosis. The bursting pressure and tensile strength were greater in the groups enforced with ICG album in and laser welding than that obtained with direct laser anastomosis (P <0.05 and P<0.01). In the laser welding group, the thermal damage was li
, http://www.100md.com
mitted in the adventitial layer, only 200 μm in depth. There was also a sa tisfied result in the in vivo laser welding rat's abdominal aorta. Howe ver, end-to-side laser welding of IMA-coronary artery with ICG albumin n eeds further investigation to improve its tensile strength in an in vivo model.
Key words Diode laser, Laser anastomoses, Indocyanine green, Albumin
激光血管吻合方法具有许多传统缝线吻合所没有的优点，因此这方面的探索自70年代末
, 百拇医药
以来，方兴未艾[1]。我们对中等大小动脉及冠状动脉的激光吻合进行了初步探索。
材料与方法
一、材料
(一)激光器：半导体激光器，波长810 nm，连续波模式，持续曝光时间设定为1秒，最大
输出功率1 000 mW；非接触式光导纤维传输。
(二)生物胶：选用25%人体白蛋白，每ml加2.5 mg靛蓝花青染料(Indocyanine green, ICG)。
(三)吻合的血管：
1.人胸廓内动脉(IMA)：取自行冠状动脉搭桥手术患者，直径约3 mm，共20根。
, 百拇医药
2.大白鼠的腹主动脉，共10只。
3.离体新鲜猪心脏冠状动脉左前降支(LAD)—IMA端—侧激光吻合，共10只。
二、吻合方法
(一)直接吻合法：在对齐动脉边缘后，采用输出功率80 mW、功率密度20 W/cm2，直接吻
合动脉壁，使动脉断端两侧动脉壁逐渐融合。
(二)焊接吻合法：该方法与直接吻合法的区别在于不直接用激光能量吻合动脉壁本身，而
是在动脉断端对齐后，在吻合口上加少量含ICG的白蛋白，然后用150 mW功率(功率密度30 W
/cm2)激光照射白蛋白，使其受热后逐渐熔解，并于冷却后与血管壁紧密粘合；然后，再逐步加上更多些含ICG的白蛋白，继续用激光照射，使得吻合口更加牢固；最后，用激光照射至白蛋白变干，并在外科手术显微镜下观察到白蛋白因受热在其表面形成一层微小泡为止。
, http://www.100md.com
(三)直接吻合法加焊接吻合法。
三、吻合方法分组
(一)IMA吻合：分为直接吻合组与焊接吻合组，每组各10根人胸廓内动脉。
(二)大白鼠腹主动脉吻合：将大白鼠基础麻醉后，常规消毒，剖腹，游离肾动脉水平以下
的腹主动脉直至髂动脉分叉处。采用血管显微外科方法，在外科显微镜下，切断腹主动脉，采用焊接吻合法吻合腹主动脉。吻合完毕后，常规关腹。将动物饲养4周后，处死动物，取出吻合段腹主动脉，进行大体观察和病理检查。
(三)IMA—LAD吻合：取离体猪心脏及IMA，按冠状动脉搭桥术常规准备LAD及IMA。端
—侧吻合，先于吻合口的后角(跟部)和前角(尖部)各间断缝合固定一针，余下部分采用激光吻合。共21个吻合口，分三组：直接吻合组、焊接吻合组和直接吻合加焊接吻合组。
, http://www.100md.com
四、耐压及抗拉强度测定
(一)耐压强度测定：血管激光吻合完成后，一端与注射器相接，另一端与压力表相连，其
他开口用钛夹钳闭或缝闭，向血管腔内注入生理盐水，直至吻合口有生理盐水漏出，此时的
压力即为耐压强度，以kPa表示。
(二)抗拉强度测定：将吻合好的血管垂直悬吊，在其下端悬挂重物，以1 g，2 g和5 g不同
重量的物体不断增加悬挂重量，直至吻合口出现裂缝。此时所承受的重量即为该吻合口所能
承受的最大抗拉强度，以g表示。
统计学处理采用t检验。
, http://www.100md.com
结 果
一、IMA吻合
平均吻合时间3.15 min±0.36 min；耐压强度和抗拉强度比较详见表1。计算焊接吻合法的
单位面积抗拉强度达3 882.03g/cm2±1 842.76 g/cm2。病理学检查发现直接吻合法热损
伤深达内膜层，而焊接法仅波及外膜层，测得深度为200 μm。
表1 IMA激光吻合强度比较
Tab.1 The comparison of laser welding strength
, http://www.100md.com
方法
Methods
耐压强度(kPa)
Bursting strength
抗拉强度(g)
Tensile strength
1 直接吻合
Direct welding
25.07±8.96
(188.0 mmHg±
67.2 mmHg)
, http://www.100md.com
36.8±17.56
P值 P value
<0.05
<0.01
2 焊接吻合
Soldering
47.11±3.64
(353.33 mmHg±
27.33 mmHg)
99.0±46.99
二、大白鼠腹主动脉吻合
所有大白鼠均存活，未发现吻合口断裂、出血和死亡现象。4周后，解剖显微镜下无法区分
, 百拇医药
吻合口与正常动脉壁，仅1只吻合口局限性假性动脉瘤形成。光镜下见吻合口完全愈合，内膜覆盖完好，无内膜下增生现象，管腔无狭窄；血管外膜下无炎性细胞浸润。
三、IMA—LAD吻合结果(见表2)
虽然方法2与方法3比较，在抗拉强度和耐压强度方面差异无统计学意义，但方法3肉眼即
可见动脉内膜热损伤。
讨 论
自1979年Jain和Gorisch等成功地应用Nd∶YAG激光修补小血管成功后，激光血管
吻合得到了重视与发展。主要因为它与传统线吻合比较有较大优点，特别是没有缝线等异物
存在，血管组织反应轻，无肉芽组织增生等缺点，并且不导致吻合口局部异常血流形成，有
, 百拇医药
利于保持血管长期通畅[1,2]。
表2 IMA—LAD激光吻合结果
Tab.2 The results of IMA—LAD laser welding
方法
Methods
抗拉强度(g)
Tensile strength
耐压强度(kPa)
Bursting strength
, http://www.100md.com 1 直接吻合
Direct welding
34.83±11.36
18.29±4.74
(137.2 mmHg±
35.6 mmHg)
2 焊接吻合
Soldering
56.27±24.94
>40
(>300 mmHg)
3 直接吻合加
, 百拇医药
焊接吻合
Direct+soldering
47.80±26.17
>40
(>300 mmHg)
注：2，3与1比较，P<0.01；2与3比较，P>0.05
Note：P value less than 0.01 with the comparison between 2, 3 and 1; P valu
e>0.05 with the comparison between 2 and 3.
我们的研究目的除探讨吻合中等动脉的可行性外，并探索将激光吻合应用于冠状动脉搭
, 百拇医药
桥手术的可能性，因为目前提高冠状动脉搭桥术远期通畅率仍是主要问题之一。
半导体激光具有许多其他激光难以比拟的优点，被认为是激光医学发展与推广的希望所
在[3]。更重要的是靛蓝花青染料促进组织对810 nm波长的吸收，不但可降低所需激光能
量，而且可使激光能量集中于被ICG染过的血管吻合缘，进一步减少对吻合口以外组织的损
伤，这对提高血管吻合成功率，避免吻合口假性动脉瘤形成有重要意义。
激光血管吻合的最主要问题是吻合口的强度。任何一种激光的吻合强度都不理想。如Na
kata等[4]用CO2激光吻合仅能取得35 g的抗拉强度，与我们采用单纯半导体激光直接吻合
, 百拇医药
的结果相似，未能达到临床要求。其他作者也有类似看法[5]。所以，增强吻合口强度就成为许多作者探索的目标。采用“生物胶”加固是当今公认较好的方法。目前所用的生物胶有纤维蛋白、纤维蛋白原等[1]。我们采用白蛋白作为吻合口的加固材料，并在其中加入ICG，促进白蛋白对810 nm波长的吸收，并创立了“焊接吻合法”。即以半导体激光为“焊枪”、白蛋白为“焊锡”，间接“焊接”血管，而激光不直接照射血管壁，既避免了血管壁的热损伤或动脉瘤 的形成，又加快了吻合口的愈合。再则由于不直接吻合血管壁，而不需严格地精确对齐吻合 口边缘，操作简便，成功率高。即使第一次吻合不满意，还可进行重新吻合，这是直接吻合 法不可能做到的。更重要的是使吻合口强度大大增强，根据我们的结果，抗拉强度为直接吻合法的2～3倍，而耐压强度则远远超过生理血压水平。
激光吻合IMA—LAD是一种新的探索，如能成功，不但解决细小冠状动脉吻合后远期通
, http://www.100md.com
畅率低的难题，而且为微创性冠状动脉搭桥手术创造条件。我们的初步研究结果表明，虽采
用白蛋白焊接加固，耐压强度>40 kPa(>300 mmHg)，但抗拉强度仍不理想。这主要因为是
端—侧吻合，而且吻合口呈一定斜度，所以，吻合难度更大，也更难以准确测定其抗拉强度。 但在冠状动脉搭桥术的实际过程中，可将IMA的周围组织固定于心外膜上来增强其抗拉强度。这种研究需在活体动物上进一步探索。
本研究的病理检查承蒙美国麻省总医院心血管病理主任Dr. H Thomas Aretz协助，在
此表示感谢。
参考文献
1.翁国星.激光治疗胸心血管疾病.北京：中国科学技术出版社，1994.93～113.
, 百拇医药
2.Tang J, Godlewski G, Rouy S, et al. Vascular microanastomosis with
diode laser: control study and morphological results. Chirurgie, 1994-95,120(12)：111.
3.李峻亨，高孟林.半导体激光器——激光医学发展推广的希望.中国激光医学杂志，1996，5：125.
4.Nakata S, Campbell CD, Pick R, et al. End-to-side and end-to-end vascular
anastomoses with a carbon dioxide laser. J Thorac Cardiovasc Surg, 1989, 98：57.
5.Schmiedt W,Gruber G, Iversen S, et al. Laser welding—suitable for
vascular anastomosis? Thorac Cardiovasc Surg, 1994, 42：333.
(1997年5月12日收稿 同年12月3日修回), 百拇医药(翁国星1 Warren Williamson2)
单位：Weng Guoxing Department of Cardiovascular Surgery, Fujian Research Institutefor Cardiovascular Diseases, Fuzhou(350001)；Warren Williamson Lahey Clinic Medical Center, MA U.S.A.
关键词：半导体激光血管吻合；靛蓝花青染料；白蛋白
中国激光医学杂志980101Diode Laser Anastomoses of Medium-size Arteries with
Indocyanine Green Dye-enhanced Albumin
, http://www.100md.com
Weng Guoxing
Department of Cardiovascular Surgery, Fujian Research Institute
for Cardiovascular Diseases, Fuzhou(350001)
Warren Williamson
Lahey Clinic Medical Center, MA U.S.A.
摘要 为取得更好的血管吻合远期通畅率和解决目前激光血管吻合强度不理想的问题，我
们应用半导体激光和加靛蓝花青染料(ICG)白蛋白，比较三种不同吻合方法：直接吻合法、单 纯白蛋白“焊接”吻合法和直接吻合法加焊接吻合法。吻合材料为离体人胸廓内动脉、活体大白 鼠腹主动脉及离体猪心脏和胸廓内动脉。结果表明，平均完成一个吻合口的时间为3.15 min ±0.36 min；使用白蛋白加固或焊接吻合的耐压强度和抗拉强度都显著高于直接吻合法(P<0. 05和P<0.01)，而且焊接吻合法的热损伤仅限于动脉外膜，深度仅200 μm；存活的大白鼠 腹主动脉吻合结果满意。激光用于端—侧吻合胸廓内动脉和冠状动脉左前降支，其抗拉强度 仍需进一步活体动物实验研究加以改进。
, 百拇医药
ABSTRACT
In order to achieve a better long-term patency results and solve the p roblem of tensile strength in laser artery anastomoses, diode laser an d indocyanine green (ICG) enhanced albumin were applied to medium-size a rtery anastomoses with three different methods, namely, direct laser vascular anastomoses, direct method enforced with ICG albumin, and la ser welding combined with ICG albumin as "solder". Internal mammary ar tery (IMA) harvested from patients undergoing coronary bypass procedu res, rat abdominal aorta, and in vitro swine heart and IMA were chosen as the experimental materials. The results revealed that only 3.15 min±0. 36 min were required to complete an anastomosis. The bursting pressure and tensile strength were greater in the groups enforced with ICG album in and laser welding than that obtained with direct laser anastomosis (P <0.05 and P<0.01). In the laser welding group, the thermal damage was li
, http://www.100md.com
mitted in the adventitial layer, only 200 μm in depth. There was also a sa tisfied result in the in vivo laser welding rat's abdominal aorta. Howe ver, end-to-side laser welding of IMA-coronary artery with ICG albumin n eeds further investigation to improve its tensile strength in an in vivo model.
Key words Diode laser, Laser anastomoses, Indocyanine green, Albumin
激光血管吻合方法具有许多传统缝线吻合所没有的优点，因此这方面的探索自70年代末
, 百拇医药
以来，方兴未艾[1]。我们对中等大小动脉及冠状动脉的激光吻合进行了初步探索。
材料与方法
一、材料
(一)激光器：半导体激光器，波长810 nm，连续波模式，持续曝光时间设定为1秒，最大
输出功率1 000 mW；非接触式光导纤维传输。
(二)生物胶：选用25%人体白蛋白，每ml加2.5 mg靛蓝花青染料(Indocyanine green, ICG)。
(三)吻合的血管：
1.人胸廓内动脉(IMA)：取自行冠状动脉搭桥手术患者，直径约3 mm，共20根。
, 百拇医药
2.大白鼠的腹主动脉，共10只。
3.离体新鲜猪心脏冠状动脉左前降支(LAD)—IMA端—侧激光吻合，共10只。
二、吻合方法
(一)直接吻合法：在对齐动脉边缘后，采用输出功率80 mW、功率密度20 W/cm2，直接吻
合动脉壁，使动脉断端两侧动脉壁逐渐融合。
(二)焊接吻合法：该方法与直接吻合法的区别在于不直接用激光能量吻合动脉壁本身，而
是在动脉断端对齐后，在吻合口上加少量含ICG的白蛋白，然后用150 mW功率(功率密度30 W
/cm2)激光照射白蛋白，使其受热后逐渐熔解，并于冷却后与血管壁紧密粘合；然后，再逐步加上更多些含ICG的白蛋白，继续用激光照射，使得吻合口更加牢固；最后，用激光照射至白蛋白变干，并在外科手术显微镜下观察到白蛋白因受热在其表面形成一层微小泡为止。
, http://www.100md.com
(三)直接吻合法加焊接吻合法。
三、吻合方法分组
(一)IMA吻合：分为直接吻合组与焊接吻合组，每组各10根人胸廓内动脉。
(二)大白鼠腹主动脉吻合：将大白鼠基础麻醉后，常规消毒，剖腹，游离肾动脉水平以下
的腹主动脉直至髂动脉分叉处。采用血管显微外科方法，在外科显微镜下，切断腹主动脉，采用焊接吻合法吻合腹主动脉。吻合完毕后，常规关腹。将动物饲养4周后，处死动物，取出吻合段腹主动脉，进行大体观察和病理检查。
(三)IMA—LAD吻合：取离体猪心脏及IMA，按冠状动脉搭桥术常规准备LAD及IMA。端
—侧吻合，先于吻合口的后角(跟部)和前角(尖部)各间断缝合固定一针，余下部分采用激光吻合。共21个吻合口，分三组：直接吻合组、焊接吻合组和直接吻合加焊接吻合组。
, http://www.100md.com
四、耐压及抗拉强度测定
(一)耐压强度测定：血管激光吻合完成后，一端与注射器相接，另一端与压力表相连，其
他开口用钛夹钳闭或缝闭，向血管腔内注入生理盐水，直至吻合口有生理盐水漏出，此时的
压力即为耐压强度，以kPa表示。
(二)抗拉强度测定：将吻合好的血管垂直悬吊，在其下端悬挂重物，以1 g，2 g和5 g不同
重量的物体不断增加悬挂重量，直至吻合口出现裂缝。此时所承受的重量即为该吻合口所能
承受的最大抗拉强度，以g表示。
统计学处理采用t检验。
, http://www.100md.com
结 果
一、IMA吻合
平均吻合时间3.15 min±0.36 min；耐压强度和抗拉强度比较详见表1。计算焊接吻合法的
单位面积抗拉强度达3 882.03g/cm2±1 842.76 g/cm2。病理学检查发现直接吻合法热损
伤深达内膜层，而焊接法仅波及外膜层，测得深度为200 μm。
表1 IMA激光吻合强度比较
Tab.1 The comparison of laser welding strength
, http://www.100md.com
方法
Methods
耐压强度(kPa)
Bursting strength
抗拉强度(g)
Tensile strength
1 直接吻合
Direct welding
25.07±8.96
(188.0 mmHg±
67.2 mmHg)
, http://www.100md.com
36.8±17.56
P值 P value
<0.05
<0.01
2 焊接吻合
Soldering
47.11±3.64
(353.33 mmHg±
27.33 mmHg)
99.0±46.99
二、大白鼠腹主动脉吻合
所有大白鼠均存活，未发现吻合口断裂、出血和死亡现象。4周后，解剖显微镜下无法区分
, 百拇医药
吻合口与正常动脉壁，仅1只吻合口局限性假性动脉瘤形成。光镜下见吻合口完全愈合，内膜覆盖完好，无内膜下增生现象，管腔无狭窄；血管外膜下无炎性细胞浸润。
三、IMA—LAD吻合结果(见表2)
虽然方法2与方法3比较，在抗拉强度和耐压强度方面差异无统计学意义，但方法3肉眼即
可见动脉内膜热损伤。
讨 论
自1979年Jain和Gorisch等成功地应用Nd∶YAG激光修补小血管成功后，激光血管
吻合得到了重视与发展。主要因为它与传统线吻合比较有较大优点，特别是没有缝线等异物
存在，血管组织反应轻，无肉芽组织增生等缺点，并且不导致吻合口局部异常血流形成，有
, 百拇医药
利于保持血管长期通畅[1,2]。
表2 IMA—LAD激光吻合结果
Tab.2 The results of IMA—LAD laser welding
方法
Methods
抗拉强度(g)
Tensile strength
耐压强度(kPa)
Bursting strength
, http://www.100md.com 1 直接吻合
Direct welding
34.83±11.36
18.29±4.74
(137.2 mmHg±
35.6 mmHg)
2 焊接吻合
Soldering
56.27±24.94
>40
(>300 mmHg)
3 直接吻合加
, 百拇医药
焊接吻合
Direct+soldering
47.80±26.17
>40
(>300 mmHg)
注：2，3与1比较，P<0.01；2与3比较，P>0.05
Note：P value less than 0.01 with the comparison between 2, 3 and 1; P valu
e>0.05 with the comparison between 2 and 3.
我们的研究目的除探讨吻合中等动脉的可行性外，并探索将激光吻合应用于冠状动脉搭
, 百拇医药
桥手术的可能性，因为目前提高冠状动脉搭桥术远期通畅率仍是主要问题之一。
半导体激光具有许多其他激光难以比拟的优点，被认为是激光医学发展与推广的希望所
在[3]。更重要的是靛蓝花青染料促进组织对810 nm波长的吸收，不但可降低所需激光能
量，而且可使激光能量集中于被ICG染过的血管吻合缘，进一步减少对吻合口以外组织的损
伤，这对提高血管吻合成功率，避免吻合口假性动脉瘤形成有重要意义。
激光血管吻合的最主要问题是吻合口的强度。任何一种激光的吻合强度都不理想。如Na
kata等[4]用CO2激光吻合仅能取得35 g的抗拉强度，与我们采用单纯半导体激光直接吻合
, 百拇医药
的结果相似，未能达到临床要求。其他作者也有类似看法[5]。所以，增强吻合口强度就成为许多作者探索的目标。采用“生物胶”加固是当今公认较好的方法。目前所用的生物胶有纤维蛋白、纤维蛋白原等[1]。我们采用白蛋白作为吻合口的加固材料，并在其中加入ICG，促进白蛋白对810 nm波长的吸收，并创立了“焊接吻合法”。即以半导体激光为“焊枪”、白蛋白为“焊锡”，间接“焊接”血管，而激光不直接照射血管壁，既避免了血管壁的热损伤或动脉瘤 的形成，又加快了吻合口的愈合。再则由于不直接吻合血管壁，而不需严格地精确对齐吻合 口边缘，操作简便，成功率高。即使第一次吻合不满意，还可进行重新吻合，这是直接吻合 法不可能做到的。更重要的是使吻合口强度大大增强，根据我们的结果，抗拉强度为直接吻合法的2～3倍，而耐压强度则远远超过生理血压水平。
激光吻合IMA—LAD是一种新的探索，如能成功，不但解决细小冠状动脉吻合后远期通
, http://www.100md.com
畅率低的难题，而且为微创性冠状动脉搭桥手术创造条件。我们的初步研究结果表明，虽采
用白蛋白焊接加固，耐压强度>40 kPa(>300 mmHg)，但抗拉强度仍不理想。这主要因为是
端—侧吻合，而且吻合口呈一定斜度，所以，吻合难度更大，也更难以准确测定其抗拉强度。 但在冠状动脉搭桥术的实际过程中，可将IMA的周围组织固定于心外膜上来增强其抗拉强度。这种研究需在活体动物上进一步探索。
本研究的病理检查承蒙美国麻省总医院心血管病理主任Dr. H Thomas Aretz协助，在
此表示感谢。
参考文献
1.翁国星.激光治疗胸心血管疾病.北京：中国科学技术出版社，1994.93～113.
, 百拇医药
2.Tang J, Godlewski G, Rouy S, et al. Vascular microanastomosis with
diode laser: control study and morphological results. Chirurgie, 1994-95,120(12)：111.
3.李峻亨，高孟林.半导体激光器——激光医学发展推广的希望.中国激光医学杂志，1996，5：125.
4.Nakata S, Campbell CD, Pick R, et al. End-to-side and end-to-end vascular
anastomoses with a carbon dioxide laser. J Thorac Cardiovasc Surg, 1989, 98：57.
5.Schmiedt W,Gruber G, Iversen S, et al. Laser welding—suitable for
vascular anastomosis? Thorac Cardiovasc Surg, 1994, 42：333.
(1997年5月12日收稿 同年12月3日修回), 百拇医药(翁国星1 Warren Williamson2)