羅姝月，林婧,3，管曉寧，盧俊，王富軍,3，王璐,3

1.東華大學 紡織學院(上海，201620)2.紡織面料技術教育部重點實驗室(上海，201620)3.紡織行業(yè)生物醫(yī)用紡織材料與技術重點實驗室(上海, 201620)

0 引言

近年來，隨著人們生活方式及飲食習慣的改變等，結石的全球發(fā)病率有增高趨勢，這一方面是因為結石的發(fā)生確實增加，另一方面便是超聲等影像檢查的普及[1]。雖然患結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(如血尿、膽結石會導致消化不良和發(fā)熱等)的困擾，嚴重影響了生活質(zhì)量[2]。

目前，國內(nèi)結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治療，其中手術治療包括傳統(tǒng)手術治療和最新的內(nèi)鏡取石術治療。藥物溶石治療是指將溶石藥物通過特定途徑灌注，通過直接接觸結石發(fā)揮溶石作用[3]。直徑超過0.5 cm的結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石，故不能用來做陰性結石的碎石[4]。傳統(tǒng)手術治療是通過手術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]。結石治療方式比較見表1。

表1 結石治療方式比較

內(nèi)鏡取石術是新型微創(chuàng)技術，是利用先進的內(nèi)窺鏡技術，通過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石治療，這種手術稱之為內(nèi)鏡網(wǎng)籃取石術。采用內(nèi)鏡網(wǎng)籃取石術時，一般會先進行碎石處理，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石不逆向流動，讓碎石的操作順利進行，另一方面是為了取出結石。向外取結石時，如果沒有取石網(wǎng)籃的幫助，是很艱難的。取石網(wǎng)籃的選擇會對碎石后取石處理效果產(chǎn)生嚴重影響[6]，理想的取石網(wǎng)籃應是直徑細，且抓力大，捕獲、握持、釋放結石操作簡單方便。

1 取石網(wǎng)籃材料的研究

一個完整的取石網(wǎng)籃由網(wǎng)籃、鞘管和控制手柄組成(見圖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)籃通過內(nèi)窺鏡的工作通道進入并到達結石附近；然后推動手柄開關使網(wǎng)籃完全張開，將結石套入網(wǎng)籃中央；最后將取石網(wǎng)籃退出腔道[7](見圖2)。

圖1 取石網(wǎng)籃實物圖[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，一是彈性記憶材料使網(wǎng)籃在打開后可恢復預制形狀；二是抗折性好[11]，使網(wǎng)籃結實耐用，能承受多次打開操作；三是順應性好，捕獲與釋放結石操作簡單便捷；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)籃的結構與組成見表2。

表2 取石網(wǎng)籃的結構與組成

2 取石網(wǎng)籃結構設計

2.1 網(wǎng)籃結構和規(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構，避免碎石中結石出現(xiàn)逆行性位移[12]。由于目前主要是在網(wǎng)籃頭端的結構上有所區(qū)別，所以就按照網(wǎng)籃頭端形狀對網(wǎng)籃進行分類。

網(wǎng)籃頭端結構主要有兩種種分類方式：

第一，網(wǎng)籃按有無頭可以分為有頭式和無頭式兩種，如圖3所示。無頭式網(wǎng)籃的無創(chuàng)設計可以減少對周圍組織的創(chuàng)傷[13]，降低黏膜損傷和穿孔的可能性，避免了網(wǎng)籃絲在手術過程中的脫落；有頭式的網(wǎng)籃的頭端被稱作導絲頭，導絲頭中有導絲孔，用于引導網(wǎng)籃，適用于在曲折的輸尿管中結石的提取，同時可以增強產(chǎn)品遠端在X射線透射下的遠觀性，適用于抓取輸尿管遠端結石[14]。

圖3 網(wǎng)籃頭端結構

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)取和釋放簡便，網(wǎng)籃間孔隙較大，方便重復取放，適合直徑較大的結石。

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

2.2 商用產(chǎn)品及其在臨床上的應用

目前，國際市場上應用較為廣泛的商用取石網(wǎng)籃品牌主要有美國的庫克、日本的奧林巴斯以及國內(nèi)的南京微創(chuàng)等。網(wǎng)籃展開直徑一般為10～20 mm，鞘管長度有兩種：通過半剛性輸尿管使用時用于治療輸尿管結石，長度較短，為65～90 cm；通過柔性輸尿管使用時用于治療腎臟結石，長度較長，為115～120 cm。

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

3 取石網(wǎng)籃的結構設計優(yōu)化研究

采用取石網(wǎng)籃進行微創(chuàng)手術與傳統(tǒng)治療方式相比存在著許多優(yōu)點，但作為醫(yī)療器械，其結構設計上還存在一定的局限性，通常包括兩個方面：一是頭端網(wǎng)籃的結構設計上的不足；二是頭端網(wǎng)籃與其他組件之間的銜接強度及牢度不足。

3.1 頭端網(wǎng)籃的結構優(yōu)化

針對網(wǎng)籃結構的問題，在已有網(wǎng)籃的基礎上，需要提升網(wǎng)籃對于大小不一結石的抓取效率以及避免大結石在抓取過程中的粉碎。

在目前國內(nèi)外取石網(wǎng)籃的研究中，洪軍波等[19]提出了一種醫(yī)療手術用取石網(wǎng)籃，此取石網(wǎng)籃的頭端網(wǎng)籃包括兩個以上的網(wǎng)籃段，如圖5(a)所示。位于遠端的為第一網(wǎng)籃段，第一網(wǎng)籃段近端為第二網(wǎng)籃段，近端孔大，遠端孔小，可以很方便地取出結石，并且防止結石在撤出取石網(wǎng)籃的過程中從遠端流出。黃建釗等[20]針對不對稱取石網(wǎng)籃結構復雜，生產(chǎn)成本高，操作不便的技術問題，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，通過控制線圈的前后移動，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。

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

圖5 3種取石網(wǎng)籃的結構優(yōu)化設計

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題，目前取石網(wǎng)籃的研發(fā)主要有兩個方向，一是設計一種一體式的取石網(wǎng)籃，繆東林等[22]通過在網(wǎng)籃上設置固定結，使網(wǎng)籃與固定結形成一體化結構，避免了固定結與網(wǎng)籃結合處的臺階結構，以解決網(wǎng)籃損傷人體組織和避免網(wǎng)籃卡在內(nèi)窺鏡抬鉗上的技術問題；二是設計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，導絲推拉手柄組件和外鞘管手柄組件的可拆卸式結構避免了因推拉導絲斷裂而導致的整體報廢，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)籃的結構大體有兩種：第一種的結構是：多個網(wǎng)籃絲的一端通過引導頭進行連接固定，一般采用焊接對金屬絲進行連接[24]；第二種的結構是：采用無頭型的網(wǎng)籃，無頭型網(wǎng)籃的頭端由若干根金屬絲交叉相連，尾部收攏[25]。最簡單的取石網(wǎng)籃結構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構[26]。為了在手術過程中抓取和釋放結石更方便，同時對患者造成盡可能小的傷害，取石網(wǎng)籃的編織也越來越復雜，不再是簡單的金屬絲之間的垂直交叉，取而代之的是更為復雜的一體化成型工藝[27]。

4.2 熱定形加工

由于取石網(wǎng)籃未使用時一般收縮于鞘管之內(nèi)，使用時再將其撐開，所以為了防止網(wǎng)籃變形需要對網(wǎng)籃進行熱定形的處理[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。設備由防火隔熱材料組成，通過電阻絲對爐膛加熱，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爐膛，關上爐門加熱時間10～20 min，加熱時間到后打開爐門取出工件快速進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)籃的結構設計和優(yōu)化已經(jīng)取得一定的進展，網(wǎng)籃的結構越來越完善，適應性也越來越好，但是現(xiàn)階段取石網(wǎng)籃的研究仍然面臨許多挑戰(zhàn)，可以從以下幾個方面來展望。

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

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

第三，降低術后并發(fā)癥。取石網(wǎng)籃在取出結石時，籃中的結石可能會對輸尿管等管壁造成二次損傷，引起如術后感染等諸多并發(fā)癥。因此，具有載藥功能的取石網(wǎng)籃產(chǎn)品可在術中進行相應的治療以降低并發(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)籃在結石手術中的應用越來越廣泛，但是運用取石網(wǎng)籃也存在著一定的局限性，需要不斷去改進，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。