Разработка сетчатых эндопротезов для реконструктивно-восстановительной хирургии и исследование их свойств
|
|
Скачать 261.44 Kb.
|
На правах рукописиФилипенко Татьяна Сергеевна РАЗРАБОТКА СЕТЧАТЫХ ЭНДОПРОТЕЗОВ ДЛЯ РЕКОНСТРУКТИВНО-ВОССТАНОВИТЕЛЬНОЙ ХИРУРГИИ И ИССЛЕДОВАНИЕ ИХ СВОЙСТВ Специальности: 05.19.02 – Технология и первичная обработка текстильных материалов и сырья 05.17.06 – Технология и переработка полимеров и композитов АВТОРЕФЕРАТ диссертации на соискание ученой степеникандидата технических наук Санкт-Петербург 2009 Работа выполнена в Государственном образовательном учреждении высшего профессионального образования «Санкт-Петербургский государственный университет технологии и дизайна». ^ Ровинская Людмила Прокопьевна кандидат химических наук, доцент Жуковский Валерий Анатольевич Официальные оппоненты: доктор технических наук, профессор ^ кандидат технических наук Полякова Светлана Валерьевна Ведущая организация: ООО «Линтекс», г. Санкт-Петербург Защита состоится 24 марта 2009 г. в 15.00 часов на заседании диссертационного совета Д 212.236.01 в Санкт-Петербургском государственном университете технологии и дизайна по адресу: 191186, Санкт-Петербург, ул. Большая Морская, д. 18, ауд. 241. С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке Санкт-Петербургского государственного университета технологии и дизайна по адресу: 191186, г. Санкт-Петербург, ул. Большая Морская, д.18. Автореферат размещен на сайте www.sutd.ru Автореферат разослан «___»____________2009 г. Ученый секретарь диссертационного совета А. Е. Рудин ^ Актуальность темы. В последние годы в связи с интенсивными исследованиями в области высокомолекулярных соединений и развитием новых медицинских технологий пластических операций остро встал вопрос о создании современных синтетических имплантатов для реконструктивно-восстановительной хирургии. Проблема хирургической реабилитации больных с обширными дефектами опорных мягких тканей в большинстве случаев не может быть решена без применения текстильных имплантатов (эндопротезов), укрепляющих эти ткани. Наиболее приемлемыми материалами для пластики грыж (герниопластики), реконструктивной хирургии тазового дна, замещения различных дефектов мягких тканей и т.д. являются сетчатые эндопротезы из полимерных нитей, использующихся в качестве шовных хирургических материалов. В мире ежегодно имплантируется более одного миллиона сетчатых эндопротезов, с их применением выполняются операции в большинстве клиник Европы и США. Проведение подобных операций в России сдерживалось отсутствием отечественных и высокой стоимостью импортных эндопротезов. Поэтому многим пациентам с обширными дефектами мягких тканей, например, с большими и гигантскими грыжами, особенно при сопутствующих заболеваниях жизненно важных органов и систем или инфекционных поражениях покровных тканей, отказывалось в хирургическом лечении по причине большого риска рецидива заболевания. В связи с этим разработка отечественных полимерных сетчатых эндопротезов является целесообразной и необходимой. Работа выполнена по заданию ООО «Линтекс» (г. Санкт-Петербург), являющегося ведущим в РФ предприятием по производству хирургических материалов. Цель и задачи исследований. Целью работы является разработка ассортимента полимерных сетчатых эндопротезов и технологии их производства. Сформулированная цель достигнута решением следующих задач:
Методы и средства исследований. Разработка медико-технических требований к эндопротезам основывалась на анализе научных и патентных источников в соответствующей области, а также экспериментальных иссле-дованиях, проведенных совместно с ведущими медицинскими учреждениями Санкт-Петербурга и Москвы. В исследованиях свойств мононитей, разработке структур переплетений и технологических этапов производства эндопротезов применялись как теорети-ческие, так и экспериментальные методы с использованием основ технологии химических волокон, сопротивления материалов, технологии трикотажного производства, текстильного материаловедения. Постановка и проведение экспериментов осуществлялась с помощью математических методов планирования, современных электронно-измеритель-ных приборов. Обработка экспериментальных данных производилась с исполь-зованием современных компьютерных программ. Научная новизна. В процессе выполнения диссертационной работы были получены следующие новые научные результаты:
Практическая ценность работы. Проведена структурно-физическая модификация полипропиленовых мононитей с целью улучшения их упруго-эластических свойств. Разработаны структуры основовязаных переплетений, сочетающие в себе формоустойчивость, пористость и невысокую материалоемкость. Определены режимы термофиксации основовязаного полотна из ПП и ПВДФ мононитей, разработаны способы лазерного раскроя, упаковки и стерилизации сетчатых эндопротезов. Разработанный ассортимент эндопротезов полностью соответствует медико-техническим требованиям, что подтверждается актами технической приемки и протоколами клинических испытаний. По результатам диссертации разработана нормативно-техническая доку-ментация (заправочные и технологические карты, технические условия) на производство сетчатых эндопротезов. Конфиденциальная информация и опыт («ноу-хау») в разработке технологических процессов производства сетчатых эндопротезов в виде лицензии переданы Санкт-Петербургским государствен-ным университетом технологии и дизайна за вознаграждение ООО «Линтекс» для внедрения и реализации (Лицензионное соглашение от 18.10.2005). На разработанные синтетические сетчатые эндопротезы получено ре-гистрационное удостоверение Министерства здравоохранения и социального развития РФ № ФСР 2008/02207 от 17.03.2008 г., разрешающее серийное произ-водство, реализацию и применение их на территории РФ. Продукция имеет сертификат соответствия № РОСС RU.ИМ09.В01993. По данным ООО «Линтекс» в 2008 году в различных медицинских учреждениях РФ было успешно проведено более 30 тыс. операций с использованием разработанных сетчатых эндопротезов. Апробация работы проводилась в процессе выполнения эксперименталь-ных работ в ООО «Линтекс» по теме «Разработка технологических процессов, в том числе нанотехнологий, получения хирургических полимерных имплантатов с комплексом новых биологических свойств» (Ведомственная программа Рособразования – «Развитие научного потенциала высшей школы») и в рамках НИР «Разработка сетчатых эндопротезов для реконструктивно-восстановитель-ной хирургии», государственный контракт 3650р/6043. Структура и объем работы. Работа состоит из введения, 6 глав с выводами, общих выводов по работе, списка литературы и приложений. Работа изложена на 164 страницах, имеет 73 рисунка, 28 таблиц, список литературы включает 131 наименование, 7 приложений представлены на 45 страницах. ^ Во введении дана краткая характеристика темы диссертации, обоснована ее актуальность, сформулированы цели и задачи исследований. В первой главе рассмотрено современное состояние и тенденции в области разработки и применения сетчатых эндопротезов для реконструктивно-восстановительной хирургии. На основании анализа научной и патентной лите-ратуры создана классификация современных эндопротезов (рисунок 1), кото-рые можно разделить по способу производства, исходному полимеру, виду ни-ти, устойчивости к действию биологических сред и конструкции. Изучение ви-дов, свойств, а также опыта производства и применения эндопротезов показы-вает, что наиболее перспективными видами являются имплантаты, изготавлива-емые на основе текстильной технологии, а именно трикотажной с использова-нием основовязального оборудования. В качестве сырья для производства эндо-протезов предпочтительно использовать биологически инертные полипропиле-новые и поливинилиденфторидные мононити, основными положительными свойствами которых являются их высокая механическая и химическая стой-кость, а также монолитная структура, затрудняющая адсорбцию бактерий на поверхности нити.  Рисунок 1 – Классификация современных эндопротезов Анализ существующего положения в области производства и применения вязаных эндопротезов позволил определить основные медико-технические требования к разрабатываемым изделиям:
Во второй главе приведены результаты исследования и оценки основных физико-механических свойств ПП и ПВДФ мононитей. Выпускаемая отечественной промышленностью полипропиленовая моно-нить является технической и не может быть использована для изготовления сетчатых эндопротезов из-за ее низкой эластичности (модуль упругости более 8000–9000 МПа) и, как следствие, низкой прочности в узле, обычно не превышающей 50% от прочности мононити. Повышенная жесткость мононитей ухудшает эксплутационные свойства эндопротезов, а также создает неблаго-приятные условия для протекания процесса вязания. Улучшение свойств ПП мононитей достигнуто посредством их физической модификации в результате дополнительной термофиксации с заданной степе-нью усадки, которую целесообразно совместить с технологическим процессом получения мононитей. На основании проведенных исследований были реко-мендованы следующие режимы получения ПП мононитей с улучшенными эластичными и прочностными свойствами для изготовления сетчатых эндопротезов (таблица 1). Таблица 1 – Режимы получения ПП хирургических мононитей
При исследовании и оценке физико-механических свойств ПП и ПВДФ мононитей установлено, что они характеризуются достаточными прочностью и удлинением при разрыве, отсутствием пластичности и, как следствие, малой долей остаточной деформации. ПП мононити обладают большей прочностью и меньшим удлинением, чем ПВДФ мононити (на 15 и 8% соответственно), но также и большей жесткостью на растяжение – начальный модуль жесткости у ПП мононитей превышает этот показатель у ПВДФ мононитей на 31%. Жесткость на изгиб у ПП мононити выше, чем у ПВДФ мононитей, а также характерных для трикотажной промышленности нитей и пряжи. Получены эмпирические уравнения зависимости жесткости мононитей от их толщины (диаметра d): для ПП мононитей  , для ПВДФ мононитей  .Для переработки на вязальном оборудовании наиболее приемлемыми являются мононити с диаметром до 0,14-0,15 мм.В третьей главе рассмотрены теоретические положения в области проектирования структур основовязаных полотен для эндопротезов. Формоустойчивость трикотажа определяется степенью устойчивости пе-тельной структуры к внешним воздействиям (таблица 2). Таблица 2 – Классификация структур основовязаных переплетений по формоустойчивости
Для решения поставленной задачи проектирования малорастяжимых полотен наибольший интерес представляет III группа. При условии использова-ния сырья одного типа, платированные переплетения обладают наиболее высо-кими прочностными показателями по сравнению с уточными и футерованными за счет образования остовов петель из двух нитей. У Рисунок 2 – Графические (а, в) и аналитические (б, г) записи двухгребеночного переплетения а б Рисунок 3 – Совмещенная графическая запись кладки ушковых гребенок (а) и фотография структуры переплетения с указанием образованной ячейки (б)    меньшить материалоемкость и увеличить пористость платирован-ного трикотажа можно: используя неполную проборку ушковых гребе-нок с кладкой нитей на иглы, распо-ложенные через одну или две; образованием остовов платирован-ных петель минимально возможных размеров. Формирование ячейки в структуре полотна можно получить, комбинируя петельные элементы (остовы и протяжки) различных типов, а также используя встречную и параллельную кладки ушковых гребенок в границах раппорта. На рис.2 представлена графи-ческая и аналитическая записи одного из вариантов переплетений. В раппорте пе-реплетения присутствуют закрытые пет-ли (1-я гребенка), придающие полотну прочность, а также открытые (2-я гребен-ка), позволяющие снизить материалоем-кость. Наличие в раппорте протяжек, мак-симально ориентированных в продольном и поперечном направлениях, обеспечивает трикотажу формоустойчивость.На рис. 3 (а) представлена совмещен-ная графическая запись кладки ушковых гребенок. В первом и четвертом ряду ушковые гребенки выполняют параллельный сдвиг. Остовы петель в этих рядах наклонены в вертикальной плоскости. Во втором и третьем ряду ушковые гребенки делают встречную кладку нитей, петли в этих рядах будут уравнове-шенные без наклона. В результате комбинации параллельного и встречного сдвигов в раппорте переплетения образуется так называемая ячейка, границы которой образованы остовами петель, а также параллельными протяжками обеих ушковых гребенок, соединяющими петли в третьем и четвертом рядах (рис. 3, (б). С использованием вышеизложенных принципов спроектировано 19 вариантов структур переплетений. При отработке опытных образцов из ПП мононитей (d=0,12 мм) органолептическим способом с привлечением экспертов-хирургов были отобраны пять оптимальных структур для проведения дальнейших исследований. В четвертой главе разработаны технологические процессы вязания сетчатых полотен и режимы отделочных операций. Для производства полотна была использована основовязальная машина «Кокетт-У2» (фирма «Текстима», Германия) модели 5227, расположенная на территории ООО «Линтекс». Процесс вязания о/в полотен осуществлялся при условиях, обеспечива-ющих получение наименьшей длины нити в остове платированной петли, тем самым уменьшающих подвижность петельной структуры. Минимально воз-можная длина нити в петле определяется моментом нанесения, как наиболее опасным в процессе петлеобразования, рассчитать которую можно исходя из линейных размеров сечения наибольшего периметра запрессованной составной иглы (рисунок 4).
После математических преобразований формулы для расчета длины нити в основовязаной петле выглядят следующим образом: открытой:  ;закрытой:  ,где b–высота крючка в запрессованном состоянии, мм; а1–толщина замыкателя иглы, мм; d–диаметр мононити, мм; Т–величина игольного шага, мм; а2–толщи-на стержня иглы, мм; k–количество игольных шагов, которые пересекает протяжка. На основании произведенных расчетов параметры вязания основовязаных полотен спроектированных переплетений устанавливались путем регулиро-вания величины натяжения нитей основы и усилия оттяжки полотна. Разработаны режимы влажной, термической и химической обработки, в процессе которых сетчатые полотна для изготовления эндопротезов принимают окончательное состояние, которое может быть рассмотрено, как высокоустой-чивое фиксированное. Процесс термофиксации полотна осуществляли на игольчатой раме с раздвижными рейками в термокамере с циркуляцией возду-ха, обогреваемой тепловыми электрическими нагревателями. Параметры тер-мофиксации определяются температурой и временем, для полотен из ПП моно-нитей они составляют 155-160°С и 10 минут, для полотен из ПВДФ мононитей – 145-150°С и 12 минут. Установленные параметры могут быть использованы при разработке технологических режимов термофиксации на сушильно-стабилизационных машинах. В процессе термофиксации диаметр ПП и ПВДФ мононитей увеличивается на 9-14%. На рис. 5 (в,г) представлены диаграммы растяжения вдоль петель-ного ряда образцов одного из вариантов полотен из ПП мононитей d=0,10 мм.
После термической обработки удлинение основовязаных полотен в резуль-тате деформации петельной структуры (фаза I+II) снижается на 37-45% и сос-тавляет от 12 до 18% при растяжении вдоль петельного ряда, от 19 до 26% – вдоль петельного столбика. Разрывное удлинение уменьшается на 10-12%, при этом прочность полотна увеличивается на 30-40%. После термофиксации заготовки эндопротезов подвергаются химической обработке – двукратной промывке этиловым спиртом при температуре 20-25ºС в течение 10 минут, модуль ванны 100-150. Сушка сетчатых полотен осуществ-ляется на воздухе между слоями фильтровальной бумаги при температуре 20-25ºС в течение 2 часов. В пятой главе проведены исследования физико-механических свойств основовязаных полотен. Для получения сравнимых результатов были исследо-ваны образцы выбранных переплетений из ПП мононитей диаметром 0,12 мм. В состав проводимых испытаний по определению физико-механических свойств эндопротезов в первую очередь должны быть включены испытания на предмет соответствия разработанных изделий медико-техническим требова-ниям. Это основная группа испытаний включает в себя: определение прочност-ных свойств эндопротезов (разрывное удлинение и разрывную нагрузку при одноосном и двуосном растяжении); определение размеров ячеек (просветов) в структуре эндопротеза; определение массы эндопротеза (поверхностной плот-ности). По результатам проведенных испытаний все разработанные структуры переплетений удовлетворяют медико-техническим требованиям. Основная группа испытаний рекомендована для включения в технические условия произ-водства эндопротезов для контроля качества. Для определения более конкретных требований к эндопротезам был проведен анкетный опрос хирургов медицинских учреждений Санкт-Петербурга, после обработки которого составлен перечень дополнительных проводимых испытаний: определение растяжимости эндопротеза при нагрузке 16 Н/см; определение устойчивости эндопротеза к разрыву края нитью при его фиксации; определение прочности эндопротеза в случае повреждения его хирургическим инструментом; определение толщины; определение жесткости; определение объемной пористости. Группа дополнительных испытаний проводится в случае разработки новых структур переплетений. Для комплексного сравнительного анализа исследуемых структур переплетений был применен метод графического сопоставления свойств эндопротезов с использованием полиграмм Барелли. На основании полученных результатов лучшими были признаны эндопротезы из полотен с вариантами переплетений 1, 2 и 4. Рассмотренные ранее физико-механические свойства мононитей позво-ляют предположить, что эндопротезы, выработанные из ПП и ПВДФ моно-нитей одного и того же диаметра с использованием одного и того же переплете-ния, будут обладать одинаковыми структурными характеристиками, но различ-ными прочностными свойствами и жесткостью. Заправка основовязальной ма-шины разными по природе и одинаковыми по диаметру мононитями позволит комбинировать свойства эндопротезов из ПП и ПВДФ, устраняя недостатки, которые имеет каждый из них в отдельности, и удачно сочетая положительные показатели. В результате проведенного двухфакторного эксперимента установ-лены характер и степень влияния на жесткость (Y) и прочность (Y') эндопро-тезов изменения диаметра ПП и ПВДФ мононитей (Х1), а также их процентного состава в заправке (Х2) при вязании полотна в виде следующих регрессионных уравнений: Y = 20,8 + 8,3X1 – 7,5X2 – 2,7X1X2 Y' = 303,8 + 115,5X1 – 37,3X2 – 16,2X1X2 Располагая серией кривых разных уровней полученных сечений поверхностей отклика можно проектировать эндопротезы с необходимыми прочностными характеристиками и оптимальной жесткостью, варьируя процентным содержанием ПП и ПВДФ мононитей в заправке и их диаметром. С учетом полученных данных и современной концепции индивидуального подхода к выбору эндопротезов в зависимости от хирургической ситуации было предложено разделение всех эндопротезов по прочностным характерис-тикам на три группы (таблица 3): «легкие» – рекомендованы для лечения грыж различных локализаций, когда ткани не испытывают повышенных нагрузок, а также реконструктивной хирургии тазового дна; «стандартные» – рекомендо-ваны для лечения грыж различной локализации, а также для пластики дефектов мягких тканей; «тяжелые» – отличаются повышенной прочностью, что позво-ляет использовать их в сложных клинических случаях, когда другие эндопро-тезы могут не выдержать нагрузки, особенно при лечении гигантских вентраль-ных грыж у тучных пациентов. Таблица 3 – Характеристика эндопротезов по группам прочности
В  сутки % шестой главе разработаны способы раскроя, упаковки и стерилизации эндопротезов. Проведено исследование возможности раскроя сетчатых эндо-протезов с использованием газового маломощного СО2-лазера инфракрасного излучения LCD-15W. За критерии оценки качества реза были приняты мини-мальная толщина кромки и жесткость полоски сетчатого эндопротеза шириной 10 мм, обрезанной с двух сторон лучом лазера с одинаковой фокусировкой, мощностью излучения и скоростью резания. Установлено, что при длине волны излучения 10,6 мкм, мощности излучения 15 Вт, диаметре луча в фокусе 1,0 мм и скорости резания до 50 мм/с, сетчатые эндопротезы из легкоплавких ПП и ПВДФ мононитей можно резать с хорошим разде-лением полотна и образованием мягких атравматичных кромок. И Рисунок 6 – Изменение прочности эндопротезов (%) при воздействии на них дневного света (сутки) звестно, что ПП и ПВДФ мононити не подвержены воздействию тепла и влаги, однако они являются светочувствительны-ми. Под воздействием дневного света уже после 35 суток прочность эндопротезов снижается на 10-11% (рис. 6). Через 70 и 105 суток падение прочности составляет 19-28 и 21-32%. На основании общих требований к материалам, применяемым для упаковки медицинских изделий, а также с учетом конкретных требований к упаковке полимерных эндопротезов, сформулировано следующее: эндопротезы должны быть упакованы в два пакета – внутренний должен быть из светоне-проницаемой фольги; внешний может быть либо из полимерной пленки (при стерилизации радиационным методом), либо бумажным или полимерно-бумажным, проницаемым для окиси этилена (при газовой стерилизации). В соответствии с требованиями ОСТ-42-21-2-85 стерилизации должны под-вергаться все изделия, соприкасающиеся с раневой поверхностью и контакти-рующие с кровью. Исследовалось воздействие на физико-механические свой-ства эндопротезов из ПП и ПВДФ мононитей с диаметром 0,09 и 0,12 мм, а также смешанного состава, следующих методов стерилизации: - перегретым паром (автоклавирование): температура – 120ºС, давление пара – 0,1 МПа, время экспозиции – 45 минут; - газовая окисью этилена: температура – 55±3°С, время – 60 минут, влажность – 75%; - радиационная гамма-лучами кобальта-60 в дозе (2,0±0,5) кГр; - радиационная ускоренными электронами с энергией 1,28×10-12 Дж. В результате стерилизации автоклавированием увеличивается плотность вязания, что свидетельствует об усадке эндопротеза. В наибольшей степени это явление характерно для эндопротезов из ПВДФ мононитей (усадка 11,3%). К недостаткам этого метода стерилизации относится образование конденсата, в результате которого увлажняется бумажная часть упаковки, ухудшая при этом внешний вид и создавая опасность реинфицирования. На рисунке 7 представлена одна из сравнительных диаграмм прочностных свойств эндопротезов, прошедших стерилизацию. За 100% принимались значе-ния нестерильных образцов, прошедших предстерилизационную обработку.  Рисунок 7 – Сравнительная диаграмма прочностных свойств эндопротезов (%) при испытаниях двуосным растяжением (продавливание шариком) В результате исследования установлено, что эндопротезы из ПВДФ моно-нитей устойчивы к действию ионизирующего излучения и к окиси этилена и могут стерилизоваться любым методом. Предпочтительнее радиационная сте-рилизация, как наименее дорогостоящая, а также более доступная и быстрая. Для стерилизации эндопротезов, выработанных из ПП мононитей и при комби-нированной заправке, может применяться только газовая, как вызывающая наименьшее изменение эксплуатационных свойств. Проведенные аккредитованными организациями токсикологические и санитарно-химические испытания, а также исследования на стерильность свидетельствуют о том, что разработанные сетчатые эндопротезы отвечают требованиям, предъявляемым к изделиям медицинского назначения, имеющим длительный контакт с тканями организма, и рекомендуются к применению по назначению по показателям «токсичность» и «стерильность». ^
^ Статьи в журналах, входящих в «Перечень…» ВАК РФ
Статьи, материалы конференций и тезисы докладов
Подписано в печать Формат 60 х 84 1/16. Печать трафаретная Усл. печ. л. 1,0. Заказ Тираж 100 экз. Отпечатано в типографии СПГУТД 191028, Санкт-Петербург, ул. Моховая, 26 |
|||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
Ваша оценка этого документа будет первой.
Ваша оценка:
Похожие:
База данных защищена авторским правом ©MedZnate 2000-2016
allo, dekanat, ansya, kenam
обратиться к администрации | правообладателям | пользователям
allo, dekanat, ansya, kenam
обратиться к администрации | правообладателям | пользователям