取石网篮在结石微创治疗术中的研究进展

罗姝月，林婧,3，管晓宁，卢俊，王富军,3，王璐,3

1.东华大学 纺织学院(上海，201620)2.纺织面料技术教育部重点实验室(上海，201620)3.纺织行业生物医用纺织材料与技术重点实验室(上海, 201620)

0 引言

近年来，随着人们生活方式及饮食习惯的改变等，结石的全球发病率有增高趋势，这一方面是因为结石的发生确实增加，另一方面便是超声等影像检查的普及[1]。虽然患结石疾病的死亡率不高，但是患者遭受剧烈疼痛和其他许多不良反应(如血尿、胆结石会导致消化不良和发热等)的困扰，严重影响了生活质量[2]。

目前，国内结石的主要治疗方法有3种：药物溶石治疗、体外冲击波碎石及手术治疗，其中手术治疗包括传统手术治疗和最新的内镜取石术治疗。药物溶石治疗是指将溶石药物通过特定途径灌注，通过直接接触结石发挥溶石作用[3]。直径超过0.5 cm的结石可采用体外冲击波碎石，但由于X线看不到含钙成分较低的阴性结石，故不能用来做阴性结石的碎石[4]。传统手术治疗是通过手术切开直接将石头取出，是以往外科常用的方法也是最直接的方法[5]。结石治疗方式比较见表1。

表1 结石治疗方式比较

内镜取石术是新型微创技术，是利用先进的内窥镜技术，通过取石篮直接将石头从体内取出，特别适用于非泥沙状的结石治疗，这种手术称之为内镜网篮取石术。采用内镜网篮取石术时，一般会先进行碎石处理，如果想要固定或者取出碎石，就需要采用取石网篮，一方面是为了固定结石不逆向流动，让碎石的操作顺利进行，另一方面是为了取出结石。向外取结石时，如果没有取石网篮的帮助，是很艰难的。取石网篮的选择会对碎石后取石处理效果产生严重影响[6]，理想的取石网篮应是直径细，且抓力大，捕获、握持、释放结石操作简单方便。

1 取石网篮材料的研究

一个完整的取石网篮由网篮、鞘管和控制手柄组成(见图1)。取石网篮的工作原理是在网篮完全闭合的状态下，取石网篮通过内窥镜的工作通道进入并到达结石附近；然后推动手柄开关使网篮完全张开，将结石套入网篮中央；最后将取石网篮退出腔道[7](见图2)。

图1 取石网篮实物图[7]

图2 取石网篮工作流程

目前商用取石网篮头端网篮所使用的材料主要是镍钛合金[8]与不锈钢合金两种。鞘管是网篮丝的通道，所使用的材料主要是304不锈钢丝增强的聚四氟乙烯(PTFE)或聚酰亚胺管材；控制手柄的材料为丙烯腈-丁二烯-苯乙烯塑料(ABS)或聚碳酸酯(PC)。

早期的取石网篮材料通常为不锈钢合金，制作取石网篮头端网篮的不锈钢合金主要是奥氏体不锈钢，综合性能好，用作取石网篮头端材料弹性好、强度佳，拉紧定型能力好，套取后不易脱落。但是，硬质钢丝限制了网篮丝的传递性，扁平的不锈钢金属丝篮在结石的顺利释放上存在着不足[9]。目前，镍钛合金材料更为广泛应用于商用取石网篮[10]。采用镍钛合金制作的取石网篮主要有以下特点，一是弹性记忆材料使网篮在打开后可恢复预制形状；二是抗折性好[11]，使网篮结实耐用，能承受多次打开操作；三是顺应性好，捕获与释放结石操作简单便捷；四是网篮在X射线下显影清晰，便于医生操作。取石网篮的结构与组成见表2。

表2 取石网篮的结构与组成

2 取石网篮结构设计

2.1 网篮结构和规格

取石网篮的网篮部分主要由多重金属丝编制而成，展开后能形成阻塞性散装结构，避免碎石中结石出现逆行性位移[12]。由于目前主要是在网篮头端的结构上有所区别，所以就按照网篮头端形状对网篮进行分类。

网篮头端结构主要有两种种分类方式：

第一，网篮按有无头可以分为有头式和无头式两种，如图3所示。无头式网篮的无创设计可以减少对周围组织的创伤[13]，降低黏膜损伤和穿孔的可能性，避免了网篮丝在手术过程中的脱落；有头式的网篮的头端被称作导丝头，导丝头中有导丝孔，用于引导网篮，适用于在曲折的输尿管中结石的提取，同时可以增强产品远端在X射线透射下的远观性，适用于抓取输尿管远端结石[14]。

图3 网篮头端结构

第二，按照取石网篮的展开形状可以将网篮分为钻石型网篮、椭圆形网篮与螺旋形网篮型网篮三种，如图4所示。

图4 网篮展开形状

钻石型取石网篮的网取和释放简便，网篮间孔隙较大，方便重复取放，适合直径较大的结石。

椭圆形网篮表面光滑，可减少对黏膜的损伤；螺旋形网篮的远端部分呈网状，适合取放直径较小的结石，网篮的形状保持较好，同时可防止已捕获的结石脱落[15]。由于螺旋式上行的设计有利于结石进入网篮内，从而使取石成功效率大大提高，一次取净结石的概率极高[16]。

2.2 商用产品及其在临床上的应用

目前，国际市场上应用较为广泛的商用取石网篮品牌主要有美国的库克、日本的奥林巴斯以及国内的南京微创等。网篮展开直径一般为10～20 mm，鞘管长度有两种：通过半刚性输尿管使用时用于治疗输尿管结石，长度较短，为65～90 cm；通过柔性输尿管使用时用于治疗肾脏结石，长度较长，为115～120 cm。

由于网篮特殊的材料和结构，合格的网篮经过热定形后具有良好的传递性，旋转手柄可以实现网篮360°旋转[17]，轻松高效抓取小结石和粉碎性结石[18]。取石网篮的导管较为柔韧，能够顺应胆道的解剖，而控制手柄处有注射口，能够方便造影剂的注射，使得手术过程能够直观展现出来。

3 取石网篮的结构设计优化研究

采用取石网篮进行微创手术与传统治疗方式相比存在着许多优点，但作为医疗器械，其结构设计上还存在一定的局限性，通常包括两个方面：一是头端网篮的结构设计上的不足；二是头端网篮与其他组件之间的衔接强度及牢度不足。

3.1 头端网篮的结构优化

针对网篮结构的问题，在已有网篮的基础上，需要提升网篮对于大小不一结石的抓取效率以及避免大结石在抓取过程中的粉碎。

在目前国内外取石网篮的研究中，洪军波等[19]提出了一种医疗手术用取石网篮，此取石网篮的头端网篮包括两个以上的网篮段，如图5(a)所示。位于远端的为第一网篮段，第一网篮段近端为第二网篮段，近端孔大，远端孔小，可以很方便地取出结石，并且防止结石在撤出取石网篮的过程中从远端流出。黄建钊等[20]针对不对称取石网篮结构复杂，生产成本高，操作不便的技术问题，提供了一种可变篮丝数的取石网篮。如图5(b)所示，网篮组件上网篮丝的总数为4根，相邻两根网篮丝上套有线圈，通过控制线圈的前后移动，能够使得网篮组件的网篮丝相互合并或张开，从而改变或者切换网篮组件的网篮丝的数量。

针对传统网篮套取后夹紧时因夹持力过大而使得结石碎裂的问题，庄小金等[21]发明了一种可避免结石碎裂的取石网篮，网篮前端采用网兜的结构设计，如图5(c)所示，头端网篮丝为依次向周向设置的3～8根丝，网篮丝周向设置成椭球形，网兜以网篮为骨架编织在网篮架上，使用时，将该取石网篮在目的位置展开后将结石套取并使得结石顺势滑入网兜中，避免了结石的碎裂。

图5 3种取石网篮的结构优化设计

3.2 头端网篮与其他组件之间的衔接优化

综合网篮与其他组件之间的问题，目前取石网篮的研发主要有两个方向，一是设计一种一体式的取石网篮，缪东林等[22]通过在网篮上设置固定结，使网篮与固定结形成一体化结构，避免了固定结与网篮结合处的台阶结构，以解决网篮损伤人体组织和避免网篮卡在内窥镜抬钳上的技术问题；二是设计出一种可拆卸式的网篮，赵俏等[23]发明的一种可拆卸式取石网篮中，导丝推拉手柄组件和外鞘管手柄组件的可拆卸式结构避免了因推拉导丝断裂而导致的整体报废，减少了患者的使用成本，节约了资源。

4 取石网篮的成型方法

4.1 网篮成型方法

目前，现有商用取石网篮器械中网篮的结构大体有两种：第一种的结构是：多个网篮丝的一端通过引导头进行连接固定，一般采用焊接对金属丝进行连接[24]；第二种的结构是：采用无头型的网篮，无头型网篮的头端由若干根金属丝交叉相连，尾部收拢[25]。最简单的取石网篮结构为三根或者四根金属丝相互垂直交叉形成镂空球形或者椭球形结构[26]。为了在手术过程中抓取和释放结石更方便，同时对患者造成尽可能小的伤害，取石网篮的编织也越来越复杂，不再是简单的金属丝之间的垂直交叉，取而代之的是更为复杂的一体化成型工艺[27]。

4.2 热定形加工

由于取石网篮未使用时一般收缩于鞘管之内，使用时再将其撑开，所以为了防止网篮变形需要对网篮进行热定形的处理[28]。

现有的热定形加工方法是将镍钛丝固定相应形状后在高温炉内加热至550～600 ℃，高温炉一般使用的是马弗炉或回火炉。设备由防火隔热材料组成，通过电阻丝对炉膛加热，功率一般在15 kW以上，从室温升温至工作温度后在高温环境下打开炉门将工件放进炉膛，关上炉门加热时间10～20 min，加热时间到后打开炉门取出工件快速进行水冷却或者自然冷却。这就是现有镍钛记忆丝的定型工艺。

5 挑战和展望

虽然取石网篮的结构设计和优化已经取得一定的进展，网篮的结构越来越完善，适应性也越来越好，但是现阶段取石网篮的研究仍然面临许多挑战，可以从以下几个方面来展望。

第一，优化网篮成型方式。目前取石网篮复杂的成型方式限制了其生产效率，因此，如何用更为简便的一体化成型技术及智能成型装备制造符合临床要求的取石网篮产品是未来发展方向之一；

第二，提高手术可操作性。取石网篮在取石过程中存在着网篮破碎、断裂和变形的可能，且取石力度需要掌握充分，故对外科医生的手术操作要求较高。而上述操作性能与网篮的材料和结构密切相关。因此，如何改善网篮的刚度、硬度、韧性和力学传递性，提高手术可操作性，也是亟待解决的临床应用问题；

第三，降低术后并发症。取石网篮在取出结石时，篮中的结石可能会对输尿管等管壁造成二次损伤，引起如术后感染等诸多并发症。因此，具有载药功能的取石网篮产品可在术中进行相应的治疗以降低并发症的发生率，这也是取石网篮产品研发的方向之一。

取石网篮在结石手术中的应用越来越广泛，但是运用取石网篮也存在着一定的局限性，需要不断去改进，使得取石网篮发挥更安全、更有效、更舒适的作用，让患者更加安全与放心。