新型可舒縮淚道支架的制備及其力學(xué)性能研究

廖桂儀, 邱穎萍, 張 娟, 牛國(guó)楨, 黃心瑜, 畢燕龍

(同濟(jì)大學(xué)附屬同濟(jì)醫(yī)院眼科，上海 200065)

淚道阻塞性疾病(larimal duct obstruction disease, LDOD)是一種臨床常見(jiàn)的慢性淚道疾病，臨床主要表現(xiàn)為溢淚，可伴視物模糊、眼分泌物增加、鼻淚道周圍皮膚不適等[1-4]。不可控制的溢淚會(huì)嚴(yán)重影響生活質(zhì)量，妨礙社交。鼻淚管置管術(shù)為近年來(lái)廣泛應(yīng)用于臨床LDOD的微創(chuàng)治療方式。但臨床上應(yīng)用的傳統(tǒng)置管粗細(xì)固定，長(zhǎng)期應(yīng)用易形成無(wú)功能腔，拔管后數(shù)周淚道易再次發(fā)生狹窄引起溢淚，其遠(yuǎn)期療效具有不確定性[7-9]。因此，研發(fā)更具療效、安全可用的新型淚道置管十分必要。

1 資料與方法

1.1 新型可舒縮淚道支架的制備

與杭州康生醫(yī)療器械有限公司合作研制新型可舒縮淚道支架，其公司通過(guò)EN ISO 9001和EN ISO13485國(guó)際質(zhì)量管理體系，產(chǎn)品均通過(guò)歐盟CE及美國(guó)FDA認(rèn)證。本新型可舒縮淚道支架選用主要材料為硅膠(美國(guó)道康寧公司)。選用SILASTIC?Q7-4750醫(yī)用級(jí)ETR彈性套裝。首先，將SILASTIC?Q7-4750醫(yī)用級(jí)ETR彈性套裝經(jīng)過(guò)煉膠、壓膜制作出3個(gè)部件，其中支架體1和固定裝置4、單向閥2和變換接頭5及囊體3分別為一體成型配件，將配件3囊體套入配件1支架體外，利用日本東芝集團(tuán)生產(chǎn)的符合美國(guó)FDA、USDA及NSF的RTV118膠水粘合固定1h，后將由配件2單向閥和配件5變換接頭組成的一體成型配件插入配件1支架體內(nèi)，用RTV118膠水粘合固定1h，實(shí)現(xiàn)“新型可舒縮淚道支架”的制作。其中支架體1為實(shí)心柱狀結(jié)構(gòu)，囊體3包附于支架體1外具有可擴(kuò)張性，變換接頭5與單向閥2一端與支架體1和囊體3的間隙相連，見(jiàn)圖1。

1.2 物理性能檢測(cè)

1.2.1 一般物理學(xué)參數(shù) 用刻度值0.02mm的精密游標(biāo)卡尺測(cè)量新型可舒縮淚道支架和淚道擴(kuò)張引流管初始長(zhǎng)度(L1)、頭部寬、外徑(DO1)、內(nèi)徑(DI1)、淚道支架外壁厚。再反復(fù)注生理鹽水1mL擴(kuò)張回復(fù)外壁50次后，測(cè)量支架長(zhǎng)度(L2)、頭部寬、外徑(DO2)、內(nèi)徑(DI2)。測(cè)量時(shí)，將待測(cè)長(zhǎng)度、外徑置于外測(cè)量爪之間，右大拇指緩緩?fù)苿?dòng)游標(biāo)，當(dāng)支架與量爪緊緊相貼時(shí)，即可讀數(shù)[10]。將新型可舒縮淚道支架球囊注水，記錄注入生理鹽水量與管徑的關(guān)系。使用鑷子夾住支架兩端，將支架彎曲約90℃，然后放開(kāi)鑷子，置于光學(xué)顯微鏡下觀察其回復(fù)程度及是否斷裂[10]。在固定裝置處，使用彈簧測(cè)力計(jì)用手術(shù)縫線施以10N的力牽拉，維持20s后松開(kāi)縫線，置于光學(xué)顯微鏡下觀察固定裝置牽拉處的折裂情況。

1.2.2 徑向壓縮性能測(cè)試[11-14](compression resistance test) 下述測(cè)試物理性能為支架的物理性能，非材料的物理性能，并于球囊擴(kuò)張的狀態(tài)下進(jìn)行試驗(yàn)，更符合臨床使用的條件，目前國(guó)際上和國(guó)內(nèi)尚無(wú)相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)，因此與現(xiàn)有市面上的支架做對(duì)比。利用人造生物管道徑向壓縮儀(LLY-06D，山東萊州電子儀器有限公司)。所有試驗(yàn)均在標(biāo)準(zhǔn)環(huán)境條件： 溫度(20±1)℃，相對(duì)濕度(65±2)%下進(jìn)行。以新型可舒縮淚道支架和淚道擴(kuò)張引流管為兩組試樣，將其置于試樣臺(tái)上，以10mm/min的加載速度分別對(duì)兩試樣中部進(jìn)行壓縮至試樣初始直徑的50%(et),記錄最大壓縮強(qiáng)力作為徑向壓縮力。再以10mm/min的卸載速度移除壓力，記錄外力完全移除后支架管相對(duì)壓縮50%的形變回復(fù)量(e1)與外力完全移除后觀察25s，記錄試樣的形變回復(fù)量(e2)。應(yīng)用徑向壓縮儀檢測(cè)外力作用與兩試樣支架管徑的關(guān)系。彈性回復(fù)力(elastic recovery, ER)為(e1+e2)與et的比值。急彈性回復(fù)力為e1與et的比值。取3次平均值作為實(shí)驗(yàn)結(jié)果。

1.2.3 軸向拉伸測(cè)試[11-14](axial tension test) 下述測(cè)試物理性能為支架的物理性能，非材料的物理性能，以此更符合臨床使用的條件，而目前尚無(wú)相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)，因此與現(xiàn)有市面上的支架做對(duì)比。利用微機(jī)控制電子萬(wàn)能試驗(yàn)機(jī)(ETM204C，深圳市美信檢測(cè)技術(shù)股份有限公司)。參照ASTM D41206a(2013)硫化橡膠、熱塑橡膠和熱塑合成橡膠的標(biāo)準(zhǔn)試驗(yàn)方法。檢測(cè)環(huán)境溫度23.2℃，環(huán)境相對(duì)濕度為52%，將試樣置于試樣臺(tái)上，拉伸速度500mm/min。記錄支架試樣拉伸強(qiáng)度(tensile strength,TS)和斷裂伸長(zhǎng)率(breaking elongation rate)，結(jié)果取3次的平均值。

1.3 統(tǒng)計(jì)學(xué)處理

2 結(jié) 果

2.1 新型可舒縮淚道支架產(chǎn)品

新型可舒縮淚道支架利用美國(guó)硅膠(SILASTIC?Q7-4750)為原材料，分3部分一體成型后使用118膠水組合為一體，實(shí)現(xiàn)可個(gè)性化舒縮淚道管徑的支架結(jié)構(gòu)。新型可舒縮淚道支架由5個(gè)部件組成： 支架體1，單向閥2，囊體3，固定裝置4，變換接頭5。在臨床上使用時(shí)，固定裝置4可綁有縫線，與已從淚點(diǎn)順行安置于鼻淚道的探針下的記憶導(dǎo)絲連接，在記憶導(dǎo)絲的引導(dǎo)下支架逆行進(jìn)入鼻淚道，直到到達(dá)淚囊處，使固定裝置4固定于淚囊處，而縫線末端則從淚點(diǎn)處顯露在外，等手術(shù)后一周可將縫線去除。變換接頭5可連接注射器而向支架內(nèi)注水，注入的水經(jīng)由單向閥2進(jìn)入支架體1與囊體3的間隙，囊體3相應(yīng)向外擴(kuò)張，可舒縮淚道支架管徑相應(yīng)變大，見(jiàn)圖1。

圖1 自制可舒縮淚道支架示意圖Fig.1 Diagrams of novel dilatable lacrimal duct stentA： 支架示意圖；B： 注入生理鹽水之前，未擴(kuò)張狀態(tài)；C： 注入0.5mL生理鹽水后，囊體3擴(kuò)張；1： 支架體；2： 單向閥；3： 囊體；4： 固定裝置；5： 變換接頭

2.2 一般物理學(xué)參數(shù)

新型可舒縮淚道支架： 表面光滑，質(zhì)地均勻，外形連續(xù)，呈半透明。未壓縮或拉伸狀態(tài)下管長(zhǎng)(LA1)6.848mm，頭部寬4.0mm，外直徑(DOA1)3.62mm，內(nèi)直徑(DIA1)3.00mm，淚道支架外壁厚0.31mm。反復(fù)擴(kuò)張回復(fù)外壁50次后，管長(zhǎng)6.848mm，頭部寬4.0mm，外直徑3.68mm，內(nèi)直徑3.0mm。球囊注水與管徑的關(guān)系見(jiàn)圖2。截取一截，顯微鏡下見(jiàn)斷面光整，未見(jiàn)殘缺、碎裂。彎曲支架90℃后放開(kāi)，可舒縮淚道支架快速回復(fù)，未見(jiàn)折裂。固定裝置處被手術(shù)縫線用10N的力牽拉20s后，顯微鏡下?tīng)坷幬匆?jiàn)折裂。

圖2 新型可舒縮淚道支架球囊注水量與管徑關(guān)系Fig.2 The relationship between saline injection and the diameter of novel dilatable lacrimal duct stent

淚道擴(kuò)張引流管： 表面光滑，質(zhì)地均勻，外形連續(xù)，呈半透明。未壓縮或拉伸狀態(tài)下管長(zhǎng)(LB1)6.682cm，頭部寬3.674mm，外直徑(DOB1)3.30mm，淚道支架壁厚1mm。截取一截，顯微鏡下觀察橫斷面光整，未見(jiàn)殘缺、碎裂。彎曲支架90℃后放開(kāi)，淚道擴(kuò)張引流管快速回復(fù)，未見(jiàn)折裂。

2.3 徑向壓縮性能測(cè)試

新型可舒縮淚道支架和淚道擴(kuò)張引流管的徑向壓縮性能如圖3。由兩支架應(yīng)力-應(yīng)變曲線可見(jiàn)，新型可舒縮淚道支架在形變達(dá)27%左右之前應(yīng)力-應(yīng)變曲線幾乎為直線，形變達(dá)27%左右形變時(shí)為支架管的應(yīng)變屈服點(diǎn)，之后較小的增力即可產(chǎn)生較大的形變，新型可舒縮淚道支架的ER為97.1%，急彈性回復(fù)力為95.7%。淚道擴(kuò)張引流管的應(yīng)變屈服點(diǎn)為形變達(dá)24%左右，ER為98.3%，急彈性回復(fù)力為97.4%。

圖3 新型可舒縮淚道支架和淚道擴(kuò)張引流管的徑向壓縮曲線Fig.3 Radial compression curves of novel dilatable lacrimal duct stent and nasolacrimal duct expansion drainage stent

2.4 軸向拉伸測(cè)試

新型可舒縮淚道支架拉伸強(qiáng)度(2.71±0.29) MPa，拉斷伸長(zhǎng)率(360±31.12)%；淚道擴(kuò)張引流管拉伸強(qiáng)度(2.66±0.22) MPa，拉斷伸長(zhǎng)率(500±44.28)%。拉伸強(qiáng)度及拉斷伸長(zhǎng)率在新型可舒縮淚道支架和淚道擴(kuò)張引流管組間差異無(wú)統(tǒng)計(jì)學(xué)意義(拉伸強(qiáng)度P=0.105，斷裂伸長(zhǎng)率P=0.746)。

3 討 論

臨床上應(yīng)用的傳統(tǒng)淚道支架置入期間，淚道腔一直處于封閉狀態(tài)，淚道腔黏膜壁自身調(diào)節(jié)舒縮能力不能維持，這可能是拔管后遠(yuǎn)期的再阻塞率高的原因之一。因此許多病例會(huì)反復(fù)置管，多次手術(shù)會(huì)對(duì)淚道產(chǎn)生潛在傷害、對(duì)患者生理、心理及經(jīng)濟(jì)造成較大負(fù)擔(dān)。本研究利用硅膠為主要材料，成功制作出新型可舒縮淚道支架，整個(gè)支架由內(nèi)部支撐支架體1、外部可擴(kuò)張囊體3和固定裝置4為主體組成，先期放置時(shí)不需擴(kuò)張外部囊腔，后期可經(jīng)單向閥2個(gè)性化通過(guò)注入生理鹽水或空氣來(lái)舒縮外部囊腔，從而對(duì)淚道內(nèi)徑進(jìn)行調(diào)節(jié)，使得患者在整個(gè)治療期間不需要更換支架，以期達(dá)到較理想的療效。根據(jù)個(gè)體淚道阻塞程度的不同，調(diào)整生理鹽水注射量，注射后維持時(shí)間可長(zhǎng)可短，這種被動(dòng)的淚道管腔的調(diào)節(jié)雖不如主動(dòng)調(diào)節(jié)，但可將趨于粘連的組織重新松解，激發(fā)淚道平滑肌潛在的調(diào)節(jié)功能，在一定程度上保持淚道內(nèi)壁固有的舒縮彈性。同時(shí)，新型可舒縮淚道支架通過(guò)放置未擴(kuò)張較細(xì)的支架，騰出部分空間進(jìn)行淚道沖洗，從而達(dá)到真正的支架放置期間的淚道內(nèi)炎性物質(zhì)的清除，為淚道提供良好的復(fù)原環(huán)境。

淚道支架的物理性能在手術(shù)操作、置管期空間維持及舒適性方面均有著至關(guān)重要的作用，應(yīng)具有較好的強(qiáng)力、可撓曲性及較小的表面摩擦力等[11]。從新型可舒縮淚道支架球囊注水量與管徑的關(guān)系中可見(jiàn)，在注水量達(dá)0.4mL之前，管徑呈相對(duì)均勻的向外擴(kuò)張。張虹等[15]報(bào)導(dǎo)正常人骨性淚道最狹窄處直徑(4.1±0.5) mm，其中男性骨性淚道最狹窄處為(4.4±0.6) mm，正常女性骨性淚道最狹窄處(3.8±0.4) mm。原發(fā)性鼻淚道阻塞骨性淚道最小直徑(3.1±0.4) mm。注水后的支架管徑達(dá)4.88mm，大于正常人骨性淚道狹窄最狹窄處直徑，已能起擴(kuò)張淚道的功能，雖然在注水量>0.4mL之后淚道支架的管徑為不均勻的向外擴(kuò)張，但實(shí)際應(yīng)用時(shí)，并不必要。新型可舒縮淚道支架與淚道擴(kuò)張引流管相比，具有較好的徑向壓縮性能，但彈性回復(fù)較差。說(shuō)明自制可舒縮淚道支架對(duì)鼻淚道狹窄處有較好的支撐作用，可較有效抵抗淚道內(nèi)壁向內(nèi)的壓力，有利于在體內(nèi)發(fā)揮持久機(jī)械支撐。新型可舒縮淚道支架相較于淚道擴(kuò)張引流管有較好的拉伸強(qiáng)度，但淚道擴(kuò)張引流管的斷裂伸長(zhǎng)率比自制可舒縮淚道支架要大得多，可見(jiàn)新型可舒縮淚道支架具有較好抵抗外來(lái)拉力的強(qiáng)度，有利于置管時(shí)遇阻塞部位的通過(guò)、拔管時(shí)較好防止斷端殘留淚道的發(fā)生[16]。新型可舒縮淚道支架脆性較高，即延展性較淚道擴(kuò)張引流管低，治療結(jié)束后拔管時(shí)可能存在輕微不適感。

綜上所述，本研究成功制作出具“球囊”結(jié)構(gòu)的新型可舒縮淚道支架，可根據(jù)個(gè)體淚道阻塞程度的不同，通過(guò)生理鹽水的注射量，調(diào)節(jié)淚道的內(nèi)部直徑，隨注入體積增加，該支架管徑呈線型擴(kuò)張，能檢測(cè)出臨床使用的安全范圍。目前國(guó)內(nèi)外未見(jiàn)可協(xié)助淚道收縮支架產(chǎn)品的相似報(bào)道。新型可舒縮淚道支架與淚道擴(kuò)張引流管相比，具有較好的徑向壓縮性能及軸向拉伸強(qiáng)度，提示臨床使用有較好的安全性及可用性。本新型可舒縮淚道支架在注入生理鹽水后，注入液自變換接頭溢出，顯示單向閥功能不完善，尚待進(jìn)一步優(yōu)化。