ЗАЖИМНЫЕ КЛИПСЫ ИЗ СПЛАВОВ НА ОСНОВЕ НИКЕЛИДА ТИТАНА NiTi В ИНСТРУМЕНТЕ ДЛЯ ЛАПАРОСКОПИИ

Лапароскопия – минимально-инвазивная хирургическая процедура, назначаемая с целью диагностики в случаях неявного генеза заболевания, либо лечения, кода нет иной альтернативной неинвазивной методики. Преимущество данного метода в конкретных случаях неоспоримо. Несмотря на положительные стороны процедуры, её характер, как и любого другого инвазивного вмешательства, несет в себе риск осложнений как во время операции, так и послеоперационном периоде. Любая, даже минимальная ошибка может стать причиной побочных патологий.

Приоритетным направлением в медицинской практике является снижение травматичности, исключение непредвиденных ситуаций, которые снижают надежность процедуры, сведение к минимуму области разреза ткани. При проведении лапароскопических процедур — в абдоминальной хирургии, урологии, гинекологии, эндокринологии немалый процент ошибок связан с инструментальной частью. Троакарт-инструмент для прокола и образования герметичного канала, по которому в дальнейшем будет вводиться рабочий инструментарий (для рассечения ткани, создания экспозиции, извлечения тканей, санации полости и другие). Именно в первые минуты операции наибольшая вероятность троакартной ошибки, к ней относятся: повреждение магистральных сосудов, перитонит, перфорация и травмирование органов [1].

В медицине и медицинском приборостроении для изготовления рабочего и вспомогательного инструмента используются биосовместимые, биоинертные и биотолерантные металлы и их сплавы в соответствии ГОСТ 19126-2007. Исходя из функциональной принадлежности инструментария, при выборе материала и его производстве учитывать свойства материала (упругость, деформационное поведение, износостойкость, эрозионную и коррозионную стойкость, биосовместимость). Наиболее распространенными являются нержавеющие хромоникелевые аустенитные стали с минимальным процентным соотношением углерода 300 серии: AISI 304 (аналог 08×18Н9), AISI 316 L (аналог 10×17Н13 М²).

Большой интерес в настоящее время вызывают многофункциональные поверхностные модификации материала с эффектом памяти формы(ЭФП), а также сверхэластичностью. Критерии применяемые к ним – восстановление изначальной формы после воздействия неупругой (11-12 %) деформации, исполнение, максимально приближенное к закономерностям живых тканей, ответная реакция на формоизменение живого органа, а также значимый уровень биомеханической совместимости системы «металл-организм» [2].

Характеристики материала с эффектом памяти формы: чувствительность, трансформация, активация, память и восстановление формы и внутренней структуры, энергоемкость и преобразование энергии напряжения в механическую деформацию, демпфирование.

Соединение титана с никелем–никелид титана, или нитинол NiTi относится к числу материалов с эффектом запоминания формы. Сплав характерен высокой прочностью, при малом модуле упругости в сравнении с нержавеющими сталями. Эффект запоминания проявляется при нагреве нитиноловой единицы до температуры фазового превращения, при которой и задавалась первоначальная форма изделия. Воздействие внешним источником напряжения или температуры на материал, активизирует фазовые смещения в кристаллической структуре соединения и вызывает 10-15 % обратимую деформацию (сверхэластичность). Хирургические инструменты, произведенные по технологии с использованием NiTi будут отличаться практичностью и большими преимуществами по сравнению с инструментом изготовленных по технологии из нержавеющих сталей. Сверэластичность и обратные деформационные свойства нитилона позволит работать в изогнутых и труднодоступных каналах и сосудах, что исключает случайное нарушение целостности оболочек, пережимы при фиксации, грубые травмы, как это бывает в традиционной хирургии со стандартным инструментарием. Процессы, происходящие в структуре NiTi (56% никеля и 44% титана) рассмотрим на гистерезисе состояния фаз в зависимости от температуры (рисунок1).

Рисунок 1. Гистерезис фазового состояния в зависимости от температуры -50 °С до 100 °С. Трансформация мартенситной фазы. (8) М_s начало мартенситной трансформации (при охлаждении); (6) МТ направление; (2) М_f полное завершение трансформации сплава в мартенситную фазу. Аустенитная фаза. (3) А_s начало аустенитной трансформации (при нагревании); (7) АТ направление; (3) А_f полный переход материала в фазу аустенита; (5) 125°С температура обратной трансформации.

Выше 100 °С (аустенитная фаза) NiTi обладает наилучшими прочностными свойствами. Схематичный вид кристаллической решётки (рис.2, а).

Рисунок 2. Кристаллические решотки фазовых состояний. а) NiTi сплав в аутенситной фазе; б) сплав в мартенситной фазе в отсутствии нагрузок; в) мартенситная фаза сплава сдвиг кристаллической решотки и её ориентировочный ориентированный.

При понижении температуры в сплаве начинаются мартенситные трансформации. Фаза характерна сравнительно низкими прочностными свойствами и низким электрическим сопротивлением. Если к кристаллической решетке приложить нагрузку, возникают деформации сдвига и решетка приобретает ориентированный вид (рис.2 б, в). Подобную деформацию можно восстановить, нагрев сплав выше температуры точки (3) до УВТТ (5). Именно это свойство материала называется эффектом памяти формы. Температуры начала и завершения фаз зависят от состава сплава. [3].

В хирургии, в частности лапароскопии, где производится мобилизация или лигирование, кровеносные сосуды и каналы клипируют и перекрывают. Для ограничения пропускаемости канала используют эндостеплер с титановыми клипсами. Клипсы подающим устройством механически перекрывают проток канала. Клипсы, изготовленные из титанового сплава, могут травмировать оболочку сосуда из-за неэластичных физических свойств сплава.

Рисунок 3. Клипсы лапароскопические, эндостеплер. Клипсы из нитинола.

В Израиле проведен ряд экспериментов по изготовлению клипс из материала NiTi которые отличаются от своих стандартных аналогов большей длинной рабочей части, малой высотой (3 мм) и благодаря свойствам материала, такие клипсы более гибкие и травмирование сосуда или органа исключается. Для их извлечения требуется сравнительно малая сила.  Возможно многоразовое смыкание и размыкание рабочей бранши, блокатор для надежной фиксации [4].

Список литературы:

1. Профилактика троакарных осложнений в лапароскопии: Учебное пособие / Казань: Издательство, 2010. – 54 с.[
2. Муслов С.А., Шумилина О.А. Медицинский нитинол: друг или враг? Ещё раз о биосовместимости сплава титана;[Электронный ресурс] URL: https://www.fundamental-research.ru (дата обращения 17.12.17)
3. Российский журнал биомеханики/2007/том11,No3:9–27//Пермь: Сплавы с памятью формы: применение в медицине.
4. «It is time for a better clip applier – 3 mm, percutaneous, non-crushing and locking»// Minimally Invasive Therapy & Allied Technologies// ISSN: 1364-5706 (Print) 1365-2931 (Online) Journal homepage: