經(jīng)皮供能的反饋式人工肛門括約肌系統(tǒng)關(guān)鍵技術(shù)研究.pdf

1、肛門失禁是指排便控制能力障礙，臨床上主要表現(xiàn)為排便不能控制，是肛腸外科常見疾病之一。由于肛門失禁，患者經(jīng)常有難以啟齒、意志消沉、孤僻、害怕被發(fā)現(xiàn)的嚴(yán)重心理障礙，導(dǎo)致患者精神頹廢、社會適應(yīng)能力大大降低，使患者在家庭、社會、心理和生理、經(jīng)濟(jì)上承受著巨大壓力?，F(xiàn)有的人工肛門括約肌具有患者無法“感知”腸道糞便量、不能自主控制排便的時間、需要通過手動擠壓的方式使泵工作、價格昂貴等缺陷。隨著科技的發(fā)展和人們對生活質(zhì)量要求的提高，針對越來越普遍的肛門

2、失禁病癥，開發(fā)出符合人體生理要求的人工肛門括約肌系統(tǒng)已經(jīng)成為醫(yī)學(xué)研究的一個重要方向。
　　 本文以國家自然科學(xué)基金(NO.30800235)、教育部博士點(diǎn)新教師基金(NO.20070248094)和上海交通大學(xué)醫(yī)工交叉基金資助項目(NO.YG2009ZD103)為依托，結(jié)合工程技術(shù)與醫(yī)學(xué)知識，擬解決適合于人體生理要求的人工肛門括約肌的重建理論及其關(guān)鍵技術(shù)，研究一種可用于臨床的肛門失禁治療方法，確?；颊吣茏灾骺刂婆疟銜r間，消除現(xiàn)有

3、治療肛門失禁手術(shù)的各種缺陷，提高患者的生活質(zhì)量。
　　 本研究旨在對人體肛門失禁診療起到進(jìn)一步推動作用，因此具有重要的研究意義和明顯的社會效益。本文具體研究工作可分為以下幾個方面:
　　 1.介紹人體肛門和結(jié)直腸的解剖結(jié)構(gòu)、基本生理常識和人體肛門失禁的概況;闡述了肛門失禁治療方法和人工肛門括約肌方面的研究現(xiàn)狀;分析了目前臨床醫(yī)學(xué)上針對肛門失禁的治療方法及其不足;根據(jù)人體生物肛門和結(jié)直腸的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，提出基于經(jīng)皮供能的人工肛

4、門括約肌系統(tǒng)的構(gòu)思。
　　 2.根據(jù)肛門的生理結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，研究人工肛門括約肌的排便控制機(jī)制，重建患者的直腸和肛管感知功能，實現(xiàn)患者自主控制括約肌;提出系統(tǒng)技術(shù)方案，分析系統(tǒng)的三大技術(shù)模塊:傳感執(zhí)行模塊、無線通訊控制模塊和經(jīng)皮供能模塊;分析基于經(jīng)皮供能的人工肛門括約肌系統(tǒng)實現(xiàn)的功能;按照模塊化和低功耗的要求研究括約肌系統(tǒng)的結(jié)構(gòu);研究系統(tǒng)的集成方法;研制系統(tǒng)的樣機(jī)。
　　 3.利用電磁耦合原理研究了經(jīng)皮供能系統(tǒng)。經(jīng)皮供能系統(tǒng)發(fā)

5、射電路的發(fā)射線圈為螺線管線圈，布置在人體表面，由全橋逆變電路驅(qū)動。接收線圈安放于人體內(nèi)部。為提高經(jīng)皮供能系統(tǒng)電路的電磁耦合能效，發(fā)射和接收回路均采用諧振補(bǔ)償技術(shù)。在將經(jīng)皮供能系統(tǒng)應(yīng)用于人工肛門括約肌系統(tǒng)的同時，人體也將暴露于經(jīng)皮供能系統(tǒng)的電磁場當(dāng)中。為此，建立了一個有限長密繞螺線管電磁場模型，推導(dǎo)了電場強(qiáng)度和生物組織中SAR值以及電流密度值之間的關(guān)系。并進(jìn)行了SAR值和電流密度值的仿真實驗。結(jié)果表明，經(jīng)皮能量傳輸系統(tǒng)對人體的電磁影響非常

6、小，屬安全范圍內(nèi)。
　　 4.在認(rèn)識了解括約肌系統(tǒng)結(jié)構(gòu)和經(jīng)皮供能系統(tǒng)原理的基礎(chǔ)上，進(jìn)一步研究了人工肛門括約肌與腸道的作用。分析了人工肛門括約肌和腸道的運(yùn)動相容性，建立了作用于腸道的徑向壓縮與軸向伸長的生物力學(xué)模型，得到了腸道徑向和軸向應(yīng)力—應(yīng)變的預(yù)測曲線;建立了人體腸道血流量模型，分析人工肛門括約肌輸出壓力與腸道血流量之間的關(guān)系，為人工肛門括約肌系統(tǒng)的設(shè)計提供了理論支持和定量的科學(xué)依據(jù)。
　　 5.研究了人工肛門括約肌的

7、模塊可靠性、運(yùn)動規(guī)律，并且利用進(jìn)行了豬腸道的離體實驗。通過模塊可靠性實驗和運(yùn)動規(guī)律實驗，測試了本文研制的人工肛門括約肌樣機(jī)各個模塊的可靠性，掌握了括約肌系統(tǒng)的運(yùn)動時間規(guī)律，驗證了括約肌系統(tǒng)的研究方案。為了模擬真實的人體結(jié)直腸環(huán)境，利用離體豬腸道進(jìn)行了離體實驗，進(jìn)一步驗證了人工肛門括約肌樣機(jī)的有效性。
　　 盡管本文的研究基本實現(xiàn)了研究目標(biāo)，但系統(tǒng)距離臨床應(yīng)用還有很多工作要進(jìn)行。在論文的最后，對論文的工作和實驗結(jié)果進(jìn)行總結(jié)，指出下