发布日期：2019-09-25
一、脑积水分流器简介
脑积水是由于先天畸形、神经系统感染、肿瘤、创伤等原因引起的脑脊液（CSF）的分泌、循环、吸收功能障碍，是神经外科的常见病症之一。形成脑积水后，可能会造成脑室系统扩大或蛛网膜下腔扩大，进一步继发脑萎缩或其他病症。由于内科治疗效果不佳，临床治疗脑积水以外科手术为首选，其中分流术为临床常用的手术治疗方式。分流术中使用的主要医疗器械为脑积水分流器。
脑积水分流器是一种包含单向压力激活装置或流量控制装置，或两者组合的管路系统，预期通过外科手术植入脑积水患者体内，旨在将脑脊液从中枢神经系统（CNS）的液腔（脑室或含有脑脊液的其他部位）引向身体另一部分的内部输送部位，以降低颅内或脊髓内压力，或减少脑脊液量的医疗器械。产品主要由三部分组成：近端导管、远端导管及阀。近端导管是连入含有脑脊液液腔一端的导管，远端导管是指将脑脊液输送至身体其他部位的导管。近端导管一般可被植入脑室、腰池部位蛛网膜下腔等，远端导管一般可被植入腹腔、心房等部位。导管一般为硅胶材质，阀体的材料为硅胶、不锈钢以及钛合金等。
二、分流阀的分类
分流阀是脑积水分流器的关键部件，其本质上是分流系统内的一种抗性结构，用于控制脑积水患者的颅内压，过去50多年来已经开发出各种类型的分流阀，目前的产品种类大体可以分为以下几种类型。
（一）固定压差（DP）阀
这种类型的分流阀的压力阈值由分流泵内部结构所决定（如图1），不同品牌的分流泵的结构有区别，其压力在产品形成时已经由厂家标定，不能更改，通常具有三个压差范围（低、中、高），低压（5~50mm H2O）、中压（51~110 mm H2O）和高压（111~180 mm H2O）。其压力值的临床意义在于：将此分流阀植入脑室后，可以将脑室内压力调节到分流阀所标定的数值范围内，与植入前脑室内的压力无关（超出分流系统阈值的压力将通过使CSF引入脑外其他体腔而获得稳定，即脑室压力维持在分流系统阈值范围内）。使用中压型分流阀后，患者脑室内压力相当于正常儿童脑室内压力；使用高压型分流阀后，患者脑室内压力相当于正常成人脑室内压力。固定压差阀被认为不足以为每例患者提供适当的分流阀选择，在临床中的效果也不如可调节压差阀。
图1. 固定压差阀的硅胶开槽阀原理图
（二）带有抗虹吸机制（ASD）的阀
当人体站立时，在分流阀的脑室开口和腹腔开口之间会产生静水压（即虹吸），因此当人体体位发生改变时会引起瞬间过度引流的问题。要解决过度引流的问题，带有抗虹吸机制的阀就应运而生了。带有抗虹吸机制的阀根据其抗虹吸的原理不同，主要有以下几种类型：
1.薄膜型的抗虹吸装置
该装置由带有Delta阀腔室的压差阀构成，Delta阀腔室是一种薄膜型的抗虹吸装置，利用了F=PS，S越小，F越大的原理。如图2a，对同一块膜，蓝色腔隙提供脑室来源的向左的力Fprox，红色腔隙提供虹吸（ρgΔh）产生的向右的力Fdistal，只有当Fprox>Fdistal时，膜才可开放引流，而且膜的红蓝部分面积相差巨大，Sprox：Sdistal=20：1。对于脑室腹膜（VP）分流直立位的病人，Pdistal=ρgΔh约为40cmH2O，那么，Pprox必须大于40/20=2cm H2O时，阀门才可开放。如果没有该装置，ρgΔh越大越容易发生过度引流；有了该装置，ρgΔh越大则越不会过度引流。但是该层膜容易受到局部外界压力的影响（皮下疤痕粘连、按压等），故Delta阀的抗虹吸装置部分应避免外力按压。
2. 重力阀（GV）或静压装置
2.1双开关阀如DSV双开关阀（如图2b），该阀具有高压室和低压室，都由硅胶膜和弹簧组成，还有一个起到开关作用的钽球装置。高压室和低压室具有不同的开启压力，在水平位置时，低压室开启；在直立位置，由重力作用使钽球下降阻塞低压回路从而激活高压回路，高压室的开启压力要大于低压室，这样就避免了过度引流。
2.2 重力阀，如Shuntassistant (SA)是一个重力阀（如图2c），旨在作为辅助阀，以控制虹吸效应，不单独使用，一般与固定压差阀或可调压阀联用。其依赖于患者的体位姿势，需要平行于身体轴线植入。当患者在水平体位时，SA不发挥作用；当患者位于直立体位时，如果由进入的CSF的压力施加的力超过钽球的重量，则蓝宝石和钽球被推离球座，封闭主要出口，CSF将流过现在打开的间隙并流到出口。
2.3 可调节重力阀，ProSA是首个具有可调节不同抗虹吸控制程度功能的阀门系统（如图2d）。当转子不推动连接到钽球的弹簧片时获得最大重力。通过旋转转子来增加弹簧片的压缩，可起到消除钽球重力的作用。通过这种方法，ProSA的开启压力能在直立位置上在0 cm H2O - 40 cm H2O范围内进行连续控制。根据体位角度，每个开启压力会在0 cm H2O（斜卧位置）到最大设置值（直立位置）范围内进行自动变化。如果可调节压差阀与ProSA一起使用，则可以独立控制水平位和直立位的开启压力。
图2. 抗虹吸机制的阀（a. Delta阀; b. DSV阀; c. Shuntassistant; d. ProSA）
3. 流量调节阀
流量调节阀通过改变流出的阻力来实现引流流量的改变，这一类阀门设计的巧妙在于，阀的阻抗的改变是通过压力差的瞬时变化来实现的：即压力差增大（直立位或ICP本身增大），阀的阻抗增大，引流流量保持在同一范围水平，从而也起到了抗虹吸的作用。目前典型的产品有以下两种。
3.1 Orbis-Sigma阀（如图3a），弹性膜开口之间为一上窄下宽的阻挡物，随着压力差的增加，膜向下移动，使得阀的阻抗逐渐增大，从而保证压力差与阻抗的比值不变；当压力差超出一最大极限时，膜开口脱离阻挡物，流速全开，以避免极高ICP的危险。该阀可在固定范围的压差（8-35 cm H2O）下产生恒定流量（20-30 mL/h），但是该功能也可能导致引流不足并发症，尤其是对于高颅内压脑积水患者。
3.2 SiphonGuard阀（如图3b），当压力差增大时，会下压弹簧球而闭合主要引流道，改为平行的迂曲细管道引流，此时流出的阻力也增大，这样使得压力差与流出阻力的比值不变，从而避免了过度引流的风险。但该阀不具有Orbis-Sigma阀可规避极高ICP危险的功能，且较易堵塞。
图3. 流量调节阀的调压机制（a. Orbis-Sigma阀; b. SiphonGuard阀）
需要注意的是，隔膜和重力原理的器械只能防止体位相关过度引流，而流量调节阀如SiphonGuard可减少体位和夜间血管周期（夜间动脉压或脑血流量波动导致CSF压力自发变化）引起的过度引流。但是，如果CSF形成率高于0.3 mL/min（Orbis Sigma）或者当器械锁定在高阻力状态（SiphonGuard）时，分流文件无法始终很好地反应“流量调节器”的特异流动，可能导致ICP增高。
（三）可调节压差阀
可调节压差阀目前主要是锥形球阀结构，靠体外磁场来增加或缩小阀门内弹簧装置的张力，以实现阀门压的改变。
Sophy阀（如图4b）是世界上第一个可调节分流阀。该阀具有球入式锥体结构，阀入口处的红宝石通过弹簧片压缩起到提供分流阻力的作用。弹簧片的强度可以通过转子的位置进行磁性变化。植入后，压力设置可通过专用调整工具进行编程和识别。因大多数可调节分流阀都包含一个磁性激活组件，这对于接受MR成像的患者来说可能是个问题。暴露于扫描仪强大的磁场可能会移动阀门，改变可调节设置或永久性损坏设备。但是目前大多数含有磁性激活组件的阀都有摇摆机制可以防止意外重新调节，如有研究表明ProGAV阀即使是在3T的MR机器中也是安全的，致热极低，但是会导致MR图像严重失真。
图4. 几种外磁场可调压阀的调压机制（a.ProGAV; b. Sophy; c.CHPV; d.Strata）
（四）带有抗虹吸机制的可调节压差阀
此种类型的分流阀一般都是由两部分串联组成，一部分是可调压差阀，一部分是抗虹吸阀。如ProGAV阀（如图4a，5），该阀由可调节DP阀和SA组成。DP阀可以进行磁性编程。SA用作抗虹吸装置。ProGAV阀由一个球入式锥体阀（可调节DP阀）和一个重力阀（SA）组成。球入式锥体阀用作压差阀，重力阀由钽球和蓝宝石球组成，钽球用于控制阀门的开启压力，蓝宝石球可以确保重力阀的精确关闭，重力阀用作抗虹吸装置。平卧位时重力阀处于开启状态，球锥阀处于关闭状态，但是当患者的颅内压持续增高，当高到一定程度的时候，超过球锥阀的开启压力，球锥阀会开启进行CSF引流。在站立位时，重力阀处于关闭状态，球锥阀开启，只有当心室内压力超过球锥和重力单元的开启压力之和时，才能恢复流体引流。
CHPV-SG阀：由CHPV可调压差阀（如图4c）与抗虹吸SiphonGuard（SG）阀组成。虹吸防护作为溢流限制器。SG的主要通路由于过量的CSF流动（超过大约1mL/min）而开始关闭，CSF沿着SG壁以螺旋方式排向第二个通路。在主要通路完全关闭之前，无论患者处于何种姿势，SG都可以充当附加阻滞器。由于稳定状态下的分流流量约为0.6mL/min，SG被认为提供了额外的阻力，而不是充当溢流限制器。
StrataⅡ阀（如图4d）：该阀可以被描述为可调节Delta阀，DP阀的机制与Strata NSC阀相同。Delta腔室可为直立位置上的每个PL提供额外的阻力（约1.5 cm H2O），起到抗虹吸的作用。
图5. 带有抗虹吸机制的可调节压差阀ProGAV
三、总结
目前认为理想的分流阀应实现以下要求：1.开启分流阀的阻力及自然CSF流出阻力（脑积水通常增加）应接近流出的正常阻力，即6-10 mm Hg mL/min ；2.在恒压条件下流量应保持不变；3.开启和关闭压力（流动开始和停止压力）在上述条件下应保持不变；4.分流阀应不可能形成倒流。
我国上市的脑积水分流器产品主要是欧美国家的进口产品。随着产品的不断发展和市场需求的不断提高，含有药物浸渍、亲水性涂层导管的脑积水分流器也进入中国市场。现在对于产品的设计还在不断改进，新产品也层出不穷，有的虽然是在国内首次申报但是在国外已经用了很多年了。未来随着对健康和病患人群CSF流体力学的深入了解和对分流管本身流体力学属性的了解，脑积水分流器会有更新更大的发展。
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[6] https://www.medtronic.com/us-en/index.html
[7] http://blog.sina.com.cn/s/blog_4c164d1f0102x6h9.html
来源：中国器审
