本文關鍵詞：基于無線經皮供能的反饋式人工肛門括約肌系統(tǒng)及實驗研究

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【摘要】：健全的排便機能對于人類代謝和排毒的重要性不言而喻，在醫(yī)學的發(fā)展過程中，人們一直在探尋肛腸的奧秘以及救贖肛門失禁者的技術。近年，國內外開展了人工肛門括約肌系統(tǒng)的研制，為臨床上治療肛門失禁提供了全新的方法，但現(xiàn)有系統(tǒng)在假體結構、排便預警、血供安全、控制方式、價格成本等方面存在諸多缺陷，設計符合人體生理要求的人工肛門括約肌系統(tǒng)已成為醫(yī)工交叉重要課題。 本文依托國家自然基金（NO.31170968）、上海交通大學醫(yī)工交叉基金（YG2011MS05）等項目資助，深入研究符合人體生理要求人工肛門括約肌系統(tǒng)及關鍵技術，針對前期工作中各功能模塊進行結構優(yōu)化、功能升級、性能提升，研究系統(tǒng)集成和封裝，通過活體實驗研制滿足人體生理需求的第三代人工肛門括約肌系統(tǒng)、探索便意重建機制。 1.研制對直腸夾持更加均勻的柱囊式括約肌假體，結合醫(yī)用微泵和儲液囊袋設計執(zhí)行機構，通過多樣化實驗優(yōu)化結構和材料，探索驅動和控制參數，探究假體的環(huán)境適應性和血供安全性。 2.設計和優(yōu)化體內外控制系統(tǒng)硬件設計和軟件功能，模擬神經控制和感知系統(tǒng)，實現(xiàn)了一個仿生智能電子式人工臟器。重點模塊有①壓力/溫度檢測②運放和AD③Si4431無線通訊④微泵驅動⑤無線充電⑥電源管理⑦SD卡存儲⑧L CD顯示⑨排便預警⑩電量檢測。制定相應通信協(xié)議，編程實現(xiàn)10種功能模式。 3.便意重建和排便預警。開展集成式和裸片開發(fā)式精密生物壓力傳感器研究，包含封裝設計、壓力標定、穩(wěn)定性測試（耐水、耐壓、耐溫）、信號采集和處理、閾值報警算法等；假體內置傳感器檢測壓腸道壓力變化；通過離體、活體實驗探索活體柔性腸道內糞便量的檢測方法，建立糞便量與檢測參量之間的對應關系。 4.利用耦合諧振式原理設計無線供能系統(tǒng)，以優(yōu)化效率和穩(wěn)定接收功率為目標，主要圍繞線圈選擇、傳輸水平、傳輸路徑、障礙物影響和植入活體開展實驗。在直徑分別為6cm和3.5cm的初級和次級平面螺旋線圈作用下，設定固有頻率230KHz，發(fā)射功率2W，系統(tǒng)傳輸效率高達82%，在10~15mm的距離內效率仍有63%~75%的能量傳輸，保證了體內系統(tǒng)的供電和充電。 5.探索系統(tǒng)集成和封裝。采用醫(yī)用硅橡膠封裝醫(yī)用微泵、儲液囊袋和體內控制電路為一集成體A，封裝尺寸5.5×4.5×2.5cm，總重115g，通過醫(yī)用硅膠管連接到假體。將能量接收線圈及鐵氧體磁芯、可充電聚合物鋰電池、充電控制電路封裝為一集成體B，封裝尺寸45×35×6mm，總重20g，使用時植入皮下脂肪層，經皮下膠封導線連接微泵單元。用聚類二甲苯噴涂上述集成體，集成化使結構更加緊湊、易于體內安置。 6.植入式活體實驗評估系統(tǒng)功能性、安全性、穩(wěn)定性和生物相容性。先后進行了為期15天的小香豬活體實驗以及7周的Beagle犬活體實驗，實驗動物成功渡過排異期，有效證明AASS系統(tǒng)具有良好的控便效果、無線能量充電、體內外通信及生物相容性，積累了有關動物實驗和術后管理經驗。Beagle犬活體實驗中，，進行了X-ray影像學分析、肛腸測壓分析、血清化學和組織病理學分析等。醫(yī)學實驗表明，AASS系統(tǒng)為嚴重肛門失禁的患者提供了一種非常有前景的治療方法。
【關鍵詞】：人工肛門括約肌 肛門失禁 便意重建 無線經皮能量傳輸 活體實驗
【學位授予單位】：上海交通大學
【學位級別】：碩士
【學位授予年份】：2014
【分類號】：R318.14
【目錄】：

• 摘要5-7
• ABSTRACT7-10
• 目錄10-13
• 圖錄13-16
• 表錄16-17
• 第一章 緒論17-32
• 1.1 課題研究背景和意義17-18
• 1.2 肛門失禁概述18-22
• 1.2.1 直腸肛管括約肌簡介18-20
• 1.2.2 神經系統(tǒng)控制下的排便機理20-21
• 1.2.3 肛門失禁的傳統(tǒng)療法21-22
• 1.3 人工肛門括約肌的國內外研究現(xiàn)狀22-29
• 1.3.1 臨床應用式人工肛門括約肌22-25
• 1.3.2 實驗階段式的人工肛門括約肌25-27
• 1.3.3 概念式人工肛門括約肌27-28
• 1.3.4 人工肛門括約肌系統(tǒng)對比28-29
• 1.4 論文主要內容及章節(jié)安排29-32
• 第二章 人工肛門括約肌系統(tǒng)方案與設計32-54
• 2.1 系統(tǒng)研究目標32-33
• 2.2 人工肛門括約肌系統(tǒng)33-50
• 2.2.1 人工肛門括約肌系統(tǒng)概述33-34
• 2.2.2 體內括約肌系統(tǒng)34-49
• 2.2.3 體外控制器49
• 2.2.4 體外無線經皮能量發(fā)射裝置49-50
• 2.3 關鍵問題研究50-53
• 2.3.1 糞便檢測和便意重建技術50-52
• 2.3.2 材料選擇和生物相容性52-53
• 2.3.3 離體/活體實驗53
• 2.4 本章小結53-54
• 第三章 人工肛門括約肌體內外控制系統(tǒng)54-68
• 3.1 括約肌控制系統(tǒng)概述54-55
• 3.2 體內括約肌控制電路系統(tǒng)55-59
• 3.2.1 括約肌體內控制電路板系統(tǒng)設計55-56
• 3.2.2 體內控制系統(tǒng)主要模塊56-59
• 3.3 體外控制電路系統(tǒng)59-61
• 3.3.1 體外控制電路板系統(tǒng)設計59
• 3.3.2 體外控制電路主要模塊59-61
• 3.4 括約肌系統(tǒng)控制程序61-66
• 3.4.1 體外控制系統(tǒng)程序設計61-63
• 3.4.2 體內控制系統(tǒng)程序設計63-64
• 3.4.3 體內外控制發(fā)送協(xié)議64-66
• 3.5 本章小結66-68
• 第四章 諧振式無線經皮能量傳輸系統(tǒng)68-86
• 4.1 諧振式無線能量傳輸技術研究現(xiàn)狀68-71
• 4.2 人工肛門括約肌無線經皮供能系統(tǒng)設計71-78
• 4.2.1 無線經皮供能系統(tǒng)概述71-72
• 4.2.2 諧振式電路理論分析72-74
• 4.2.3 無線能量接發(fā)線圈設計74-75
• 4.2.4 能量發(fā)射模塊設計75-76
• 4.2.5 能量接收模塊設計76-77
• 4.2.6 電磁場建模77-78
• 4.3 無線能量傳輸實驗78-85
• 4.3.1 實驗方法78-79
• 4.3.2 實驗開展79-83
• 4.3.3 實驗分析及討論83-84
• 4.3.4 能量管理84-85
• 4.4 本章小結85-86
• 第五章 人工肛門括約肌系統(tǒng)實驗研究及優(yōu)化86-101
• 5.1 離體實驗評估86-88
• 5.1.1 豬大腸生物模型實驗86-87
• 5.1.2 實驗結果及分析87-88
• 5.2 小香豬活體動物實驗評估88-91
• 5.2.1 實驗內容88-89
• 5.2.2 實驗結果及分析89-91
• 5.3 Beagle 犬活體動物實驗評估91-100
• 5.3.1 實驗動物及材料91
• 5.3.2 人肛門括約肌系統(tǒng)移植91-92
• 5.3.3 Beagle 犬術后實驗92-93
• 5.3.4 X-ray 影像學分析93-94
• 5.3.5 肛腸測壓分析94
• 5.3.6 血清化學分析94-96
• 5.3.7 組織病理分析96-97
• 5.3.8 實驗問題探討97-100
• 5.4 本章小結100-101
• 第六章 總結與展望101-104
• 6.1 工作總結與創(chuàng)新點101-103
• 6.2 工作展望103-104
• 參考文獻104-109
• 致謝109-110
• 攻讀碩士期間已發(fā)表或錄用的論文110-111
• 攻讀碩士期間已申請的專利111-112
• 附件112

【參考文獻】

中國期刊全文數據庫 前7條

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本文編號：542949