旋转诱导协同循环与螺旋流实现超高效肾结石碎片清除技术

这篇综述介绍了一种革命性的肾结石碎片清除技术——旋转诱导局部吸引装置（spinner）。该装置通过产生三维循环流和螺旋流场，能在单次操作中捕获多达60个碎片（0.5-2 mm），显著提升逆行肾内手术（RIRS）效率。相比传统取石篮（1-3个/次）和真空辅助除尘技术，其最大捕获距离达20 mm，在离体猪肾实验中4秒即可清除45个碎片。这项创新技术有望大幅缩短手术时间、提高无石率（SFR），解决当前肾结石治疗中碎片残留导致的50%复发率问题。

　　

旋转诱导协同循环与螺旋流实现超高效肾结石碎片清除技术

2.1 通过局部吸引增强碎片捕获的旋转器结构优化

旋转器的核心设计是一个直径3 mm的空心圆柱体，其侧壁开有10个0.4 mm宽的狭缝。计算流体力学（CFD）模拟显示，当以10 k rpm转速旋转时，该结构能产生两种关键流场：通过狭缝形成的循环流在腔内产生最大-984 Pa的负压，形成局部吸引；同时产生的螺旋流场能在15 mm距离外剪切碎片。优化实验表明，当狭缝总数保持4 mm不变时，6个狭缝（每个0.67 mm）可产生1 kPa最大压降。转速提升至12.5 k rpm时，压降可达1510 Pa。

2.2 旋转器碎片捕获效率表征

使用1 mm氧化锆球（密度3.2 g cm^-3）的测试显示，转速从2.5k提升至12.5k rpm时，最大捕获距离从8.6 mm延伸至19.2 mm。在模拟肾盂的15 mm直径管中，10k rpm转速下2秒可捕获30个球体。对0.5-2 mm不规则碎石（密度≈2 g cm^-3）的测试表明，单次操作对40/50/60个碎片的捕获率均超过93%。相比真空辅助技术（150 mmHg负压）在6 mm外捕获率即降为0%，旋转器在15 mm距离仍保持90%以上捕获率。

2.3 带套筒旋转器的安全性与体外肾流模型验证

为保障安全性，研发团队设计了外径5 mm的带缝固定套筒。CFD证实无狭缝套筒会使压降降低40%，而2.5 mm宽缝套筒能维持原始性能。在3D打印的肾流模型中，集成8 Fr可转向鞘的旋转器系统40秒内可清除上极分布的40个碎片。明胶基底测试（模拟组织机械特性）显示操作不会造成组织损伤。

2.4 旋转器-输尿管镜系统在离体猪肾中的碎片清除

将旋转器整合到标准输尿管镜（2.8 mm）工作通道，通过柔性轴驱动。在模拟临床场景中，系统通过12/14 Fr鞘进入猪肾，单次4秒操作即可捕获45个碎片（0.5-2 mm），填充率达96%。输尿管镜视野证实肾盂和上极区域的完全清除，且系统不影响内镜的转向灵活性。

3 结论

这项技术通过独特的流体动力学设计，解决了传统RIRS中反复插镜（数十至数百次）的痛点。其核心优势体现在三方面：主动吸引机制消除碎片追踪需求、单次高容量捕获减少操作次数、超长作用距离提升效率。下一步将优化与输尿管镜的集成设计，通过扩大工作通道实现旋转组件的完全内置，为开展体内实验奠定基础。该技术有望将肾结石手术效率提升一个数量级，显著降低由残留碎片导致的50%复发率问题。