羅姝月，林婧,3，管曉寧，盧俊，王富軍,3，王璐,3

1.東華大學(xué) 紡織學(xué)院(上海，201620)2.紡織面料技術(shù)教育部重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室(上海，201620)3.紡織行業(yè)生物醫(yī)用紡織材料與技術(shù)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室(上海, 201620)

0 引言

近年來(lái)，隨著人們生活方式及飲食習(xí)慣的改變等，結(jié)石的全球發(fā)病率有增高趨勢(shì)，這一方面是因?yàn)榻Y(jié)石的發(fā)生確實(shí)增加，另一方面便是超聲等影像檢查的普及[1]。雖然患結(jié)石疾病的死亡率不高，但是患者遭受劇烈疼痛和其他許多不良反應(yīng)(如血尿、膽結(jié)石會(huì)導(dǎo)致消化不良和發(fā)熱等)的困擾，嚴(yán)重影響了生活質(zhì)量[2]。

目前，國(guó)內(nèi)結(jié)石的主要治療方法有3種：藥物溶石治療、體外沖擊波碎石及手術(shù)治療，其中手術(shù)治療包括傳統(tǒng)手術(shù)治療和最新的內(nèi)鏡取石術(shù)治療。藥物溶石治療是指將溶石藥物通過(guò)特定途徑灌注，通過(guò)直接接觸結(jié)石發(fā)揮溶石作用[3]。直徑超過(guò)0.5 cm的結(jié)石可采用體外沖擊波碎石，但由于X線看不到含鈣成分較低的陰性結(jié)石，故不能用來(lái)做陰性結(jié)石的碎石[4]。傳統(tǒng)手術(shù)治療是通過(guò)手術(shù)切開直接將石頭取出，是以往外科常用的方法也是最直接的方法[5]。結(jié)石治療方式比較見(jiàn)表1。

表1 結(jié)石治療方式比較

內(nèi)鏡取石術(shù)是新型微創(chuàng)技術(shù)，是利用先進(jìn)的內(nèi)窺鏡技術(shù)，通過(guò)取石籃直接將石頭從體內(nèi)取出，特別適用于非泥沙狀的結(jié)石治療，這種手術(shù)稱之為內(nèi)鏡網(wǎng)籃取石術(shù)。采用內(nèi)鏡網(wǎng)籃取石術(shù)時(shí)，一般會(huì)先進(jìn)行碎石處理，如果想要固定或者取出碎石，就需要采用取石網(wǎng)籃，一方面是為了固定結(jié)石不逆向流動(dòng)，讓碎石的操作順利進(jìn)行，另一方面是為了取出結(jié)石。向外取結(jié)石時(shí)，如果沒(méi)有取石網(wǎng)籃的幫助，是很艱難的。取石網(wǎng)籃的選擇會(huì)對(duì)碎石后取石處理效果產(chǎn)生嚴(yán)重影響[6]，理想的取石網(wǎng)籃應(yīng)是直徑細(xì)，且抓力大，捕獲、握持、釋放結(jié)石操作簡(jiǎn)單方便。

1 取石網(wǎng)籃材料的研究

一個(gè)完整的取石網(wǎng)籃由網(wǎng)籃、鞘管和控制手柄組成(見(jiàn)圖1)。取石網(wǎng)籃的工作原理是在網(wǎng)籃完全閉合的狀態(tài)下，取石網(wǎng)籃通過(guò)內(nèi)窺鏡的工作通道進(jìn)入并到達(dá)結(jié)石附近；然后推動(dòng)手柄開關(guān)使網(wǎng)籃完全張開，將結(jié)石套入網(wǎng)籃中央；最后將取石網(wǎng)籃退出腔道[7](見(jiàn)圖2)。

圖1 取石網(wǎng)籃實(shí)物圖[7]

圖2 取石網(wǎng)籃工作流程

目前商用取石網(wǎng)籃頭端網(wǎng)籃所使用的材料主要是鎳鈦合金[8]與不銹鋼合金兩種。鞘管是網(wǎng)籃絲的通道，所使用的材料主要是304不銹鋼絲增強(qiáng)的聚四氟乙烯(PTFE)或聚酰亞胺管材；控制手柄的材料為丙烯腈-丁二烯-苯乙烯塑料(ABS)或聚碳酸酯(PC)。

早期的取石網(wǎng)籃材料通常為不銹鋼合金，制作取石網(wǎng)籃頭端網(wǎng)籃的不銹鋼合金主要是奧氏體不銹鋼，綜合性能好，用作取石網(wǎng)籃頭端材料彈性好、強(qiáng)度佳，拉緊定型能力好，套取后不易脫落。但是，硬質(zhì)鋼絲限制了網(wǎng)籃絲的傳遞性，扁平的不銹鋼金屬絲籃在結(jié)石的順利釋放上存在著不足[9]。目前，鎳鈦合金材料更為廣泛應(yīng)用于商用取石網(wǎng)籃[10]。采用鎳鈦合金制作的取石網(wǎng)籃主要有以下特點(diǎn)，一是彈性記憶材料使網(wǎng)籃在打開后可恢復(fù)預(yù)制形狀；二是抗折性好[11]，使網(wǎng)籃結(jié)實(shí)耐用，能承受多次打開操作；三是順應(yīng)性好，捕獲與釋放結(jié)石操作簡(jiǎn)單便捷；四是網(wǎng)籃在X射線下顯影清晰，便于醫(yī)生操作。取石網(wǎng)籃的結(jié)構(gòu)與組成見(jiàn)表2。

表2 取石網(wǎng)籃的結(jié)構(gòu)與組成

2 取石網(wǎng)籃結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

2.1 網(wǎng)籃結(jié)構(gòu)和規(guī)格

取石網(wǎng)籃的網(wǎng)籃部分主要由多重金屬絲編制而成，展開后能形成阻塞性散裝結(jié)構(gòu)，避免碎石中結(jié)石出現(xiàn)逆行性位移[12]。由于目前主要是在網(wǎng)籃頭端的結(jié)構(gòu)上有所區(qū)別，所以就按照網(wǎng)籃頭端形狀對(duì)網(wǎng)籃進(jìn)行分類。

網(wǎng)籃頭端結(jié)構(gòu)主要有兩種種分類方式：

第一，網(wǎng)籃按有無(wú)頭可以分為有頭式和無(wú)頭式兩種，如圖3所示。無(wú)頭式網(wǎng)籃的無(wú)創(chuàng)設(shè)計(jì)可以減少對(duì)周圍組織的創(chuàng)傷[13]，降低黏膜損傷和穿孔的可能性，避免了網(wǎng)籃絲在手術(shù)過(guò)程中的脫落；有頭式的網(wǎng)籃的頭端被稱作導(dǎo)絲頭，導(dǎo)絲頭中有導(dǎo)絲孔，用于引導(dǎo)網(wǎng)籃，適用于在曲折的輸尿管中結(jié)石的提取，同時(shí)可以增強(qiáng)產(chǎn)品遠(yuǎn)端在X射線透射下的遠(yuǎn)觀性，適用于抓取輸尿管遠(yuǎn)端結(jié)石[14]。

圖3 網(wǎng)籃頭端結(jié)構(gòu)

第二，按照取石網(wǎng)籃的展開形狀可以將網(wǎng)籃分為鉆石型網(wǎng)籃、橢圓形網(wǎng)籃與螺旋形網(wǎng)籃型網(wǎng)籃三種，如圖4所示。

圖4 網(wǎng)籃展開形狀

鉆石型取石網(wǎng)籃的網(wǎng)取和釋放簡(jiǎn)便，網(wǎng)籃間孔隙較大，方便重復(fù)取放，適合直徑較大的結(jié)石。

橢圓形網(wǎng)籃表面光滑，可減少對(duì)黏膜的損傷；螺旋形網(wǎng)籃的遠(yuǎn)端部分呈網(wǎng)狀，適合取放直徑較小的結(jié)石，網(wǎng)籃的形狀保持較好，同時(shí)可防止已捕獲的結(jié)石脫落[15]。由于螺旋式上行的設(shè)計(jì)有利于結(jié)石進(jìn)入網(wǎng)籃內(nèi)，從而使取石成功效率大大提高，一次取凈結(jié)石的概率極高[16]。

2.2 商用產(chǎn)品及其在臨床上的應(yīng)用

目前，國(guó)際市場(chǎng)上應(yīng)用較為廣泛的商用取石網(wǎng)籃品牌主要有美國(guó)的庫(kù)克、日本的奧林巴斯以及國(guó)內(nèi)的南京微創(chuàng)等。網(wǎng)籃展開直徑一般為10～20 mm，鞘管長(zhǎng)度有兩種：通過(guò)半剛性輸尿管使用時(shí)用于治療輸尿管結(jié)石，長(zhǎng)度較短，為65～90 cm；通過(guò)柔性輸尿管使用時(shí)用于治療腎臟結(jié)石，長(zhǎng)度較長(zhǎng)，為115～120 cm。

由于網(wǎng)籃特殊的材料和結(jié)構(gòu)，合格的網(wǎng)籃經(jīng)過(guò)熱定形后具有良好的傳遞性，旋轉(zhuǎn)手柄可以實(shí)現(xiàn)網(wǎng)籃360°旋轉(zhuǎn)[17]，輕松高效抓取小結(jié)石和粉碎性結(jié)石[18]。取石網(wǎng)籃的導(dǎo)管較為柔韌，能夠順應(yīng)膽道的解剖，而控制手柄處有注射口，能夠方便造影劑的注射，使得手術(shù)過(guò)程能夠直觀展現(xiàn)出來(lái)。

3 取石網(wǎng)籃的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)優(yōu)化研究

采用取石網(wǎng)籃進(jìn)行微創(chuàng)手術(shù)與傳統(tǒng)治療方式相比存在著許多優(yōu)點(diǎn)，但作為醫(yī)療器械，其結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)上還存在一定的局限性，通常包括兩個(gè)方面：一是頭端網(wǎng)籃的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)上的不足；二是頭端網(wǎng)籃與其他組件之間的銜接強(qiáng)度及牢度不足。

3.1 頭端網(wǎng)籃的結(jié)構(gòu)優(yōu)化

針對(duì)網(wǎng)籃結(jié)構(gòu)的問(wèn)題，在已有網(wǎng)籃的基礎(chǔ)上，需要提升網(wǎng)籃對(duì)于大小不一結(jié)石的抓取效率以及避免大結(jié)石在抓取過(guò)程中的粉碎。

在目前國(guó)內(nèi)外取石網(wǎng)籃的研究中，洪軍波等[19]提出了一種醫(yī)療手術(shù)用取石網(wǎng)籃，此取石網(wǎng)籃的頭端網(wǎng)籃包括兩個(gè)以上的網(wǎng)籃段，如圖5(a)所示。位于遠(yuǎn)端的為第一網(wǎng)籃段，第一網(wǎng)籃段近端為第二網(wǎng)籃段，近端孔大，遠(yuǎn)端孔小，可以很方便地取出結(jié)石，并且防止結(jié)石在撤出取石網(wǎng)籃的過(guò)程中從遠(yuǎn)端流出。黃建釗等[20]針對(duì)不對(duì)稱取石網(wǎng)籃結(jié)構(gòu)復(fù)雜，生產(chǎn)成本高，操作不便的技術(shù)問(wèn)題，提供了一種可變籃絲數(shù)的取石網(wǎng)籃。如圖5(b)所示，網(wǎng)籃組件上網(wǎng)籃絲的總數(shù)為4根，相鄰兩根網(wǎng)籃絲上套有線圈，通過(guò)控制線圈的前后移動(dòng)，能夠使得網(wǎng)籃組件的網(wǎng)籃絲相互合并或張開，從而改變或者切換網(wǎng)籃組件的網(wǎng)籃絲的數(shù)量。

針對(duì)傳統(tǒng)網(wǎng)籃套取后夾緊時(shí)因夾持力過(guò)大而使得結(jié)石碎裂的問(wèn)題，莊小金等[21]發(fā)明了一種可避免結(jié)石碎裂的取石網(wǎng)籃，網(wǎng)籃前端采用網(wǎng)兜的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，如圖5(c)所示，頭端網(wǎng)籃絲為依次向周向設(shè)置的3～8根絲，網(wǎng)籃絲周向設(shè)置成橢球形，網(wǎng)兜以網(wǎng)籃為骨架編織在網(wǎng)籃架上，使用時(shí)，將該取石網(wǎng)籃在目的位置展開后將結(jié)石套取并使得結(jié)石順勢(shì)滑入網(wǎng)兜中，避免了結(jié)石的碎裂。

圖5 3種取石網(wǎng)籃的結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì)

3.2 頭端網(wǎng)籃與其他組件之間的銜接優(yōu)化

綜合網(wǎng)籃與其他組件之間的問(wèn)題，目前取石網(wǎng)籃的研發(fā)主要有兩個(gè)方向，一是設(shè)計(jì)一種一體式的取石網(wǎng)籃，繆東林等[22]通過(guò)在網(wǎng)籃上設(shè)置固定結(jié)，使網(wǎng)籃與固定結(jié)形成一體化結(jié)構(gòu)，避免了固定結(jié)與網(wǎng)籃結(jié)合處的臺(tái)階結(jié)構(gòu)，以解決網(wǎng)籃損傷人體組織和避免網(wǎng)籃卡在內(nèi)窺鏡抬鉗上的技術(shù)問(wèn)題；二是設(shè)計(jì)出一種可拆卸式的網(wǎng)籃，趙俏等[23]發(fā)明的一種可拆卸式取石網(wǎng)籃中，導(dǎo)絲推拉手柄組件和外鞘管手柄組件的可拆卸式結(jié)構(gòu)避免了因推拉導(dǎo)絲斷裂而導(dǎo)致的整體報(bào)廢，減少了患者的使用成本，節(jié)約了資源。

4 取石網(wǎng)籃的成型方法

4.1 網(wǎng)籃成型方法

目前，現(xiàn)有商用取石網(wǎng)籃器械中網(wǎng)籃的結(jié)構(gòu)大體有兩種：第一種的結(jié)構(gòu)是：多個(gè)網(wǎng)籃絲的一端通過(guò)引導(dǎo)頭進(jìn)行連接固定，一般采用焊接對(duì)金屬絲進(jìn)行連接[24]；第二種的結(jié)構(gòu)是：采用無(wú)頭型的網(wǎng)籃，無(wú)頭型網(wǎng)籃的頭端由若干根金屬絲交叉相連，尾部收攏[25]。最簡(jiǎn)單的取石網(wǎng)籃結(jié)構(gòu)為三根或者四根金屬絲相互垂直交叉形成鏤空球形或者橢球形結(jié)構(gòu)[26]。為了在手術(shù)過(guò)程中抓取和釋放結(jié)石更方便，同時(shí)對(duì)患者造成盡可能小的傷害，取石網(wǎng)籃的編織也越來(lái)越復(fù)雜，不再是簡(jiǎn)單的金屬絲之間的垂直交叉，取而代之的是更為復(fù)雜的一體化成型工藝[27]。

4.2 熱定形加工

由于取石網(wǎng)籃未使用時(shí)一般收縮于鞘管之內(nèi)，使用時(shí)再將其撐開，所以為了防止網(wǎng)籃變形需要對(duì)網(wǎng)籃進(jìn)行熱定形的處理[28]。

現(xiàn)有的熱定形加工方法是將鎳鈦絲固定相應(yīng)形狀后在高溫爐內(nèi)加熱至550～600 ℃，高溫爐一般使用的是馬弗爐或回火爐。設(shè)備由防火隔熱材料組成，通過(guò)電阻絲對(duì)爐膛加熱，功率一般在15 kW以上，從室溫升溫至工作溫度后在高溫環(huán)境下打開爐門將工件放進(jìn)爐膛，關(guān)上爐門加熱時(shí)間10～20 min，加熱時(shí)間到后打開爐門取出工件快速進(jìn)行水冷卻或者自然冷卻。這就是現(xiàn)有鎳鈦記憶絲的定型工藝。

5 挑戰(zhàn)和展望

雖然取石網(wǎng)籃的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)和優(yōu)化已經(jīng)取得一定的進(jìn)展，網(wǎng)籃的結(jié)構(gòu)越來(lái)越完善，適應(yīng)性也越來(lái)越好，但是現(xiàn)階段取石網(wǎng)籃的研究仍然面臨許多挑戰(zhàn)，可以從以下幾個(gè)方面來(lái)展望。

第一，優(yōu)化網(wǎng)籃成型方式。目前取石網(wǎng)籃復(fù)雜的成型方式限制了其生產(chǎn)效率，因此，如何用更為簡(jiǎn)便的一體化成型技術(shù)及智能成型裝備制造符合臨床要求的取石網(wǎng)籃產(chǎn)品是未來(lái)發(fā)展方向之一；

第二，提高手術(shù)可操作性。取石網(wǎng)籃在取石過(guò)程中存在著網(wǎng)籃破碎、斷裂和變形的可能，且取石力度需要掌握充分，故對(duì)外科醫(yī)生的手術(shù)操作要求較高。而上述操作性能與網(wǎng)籃的材料和結(jié)構(gòu)密切相關(guān)。因此，如何改善網(wǎng)籃的剛度、硬度、韌性和力學(xué)傳遞性，提高手術(shù)可操作性，也是亟待解決的臨床應(yīng)用問(wèn)題；

第三，降低術(shù)后并發(fā)癥。取石網(wǎng)籃在取出結(jié)石時(shí)，籃中的結(jié)石可能會(huì)對(duì)輸尿管等管壁造成二次損傷，引起如術(shù)后感染等諸多并發(fā)癥。因此，具有載藥功能的取石網(wǎng)籃產(chǎn)品可在術(shù)中進(jìn)行相應(yīng)的治療以降低并發(fā)癥的發(fā)生率，這也是取石網(wǎng)籃產(chǎn)品研發(fā)的方向之一。

取石網(wǎng)籃在結(jié)石手術(shù)中的應(yīng)用越來(lái)越廣泛，但是運(yùn)用取石網(wǎng)籃也存在著一定的局限性，需要不斷去改進(jìn)，使得取石網(wǎng)籃發(fā)揮更安全、更有效、更舒適的作用，讓患者更加安全與放心。