【摘要】：控便(Continence)是指人體在休息或劇烈運動的狀態(tài)下保持固態(tài)、液態(tài)或氣態(tài)糞便不泄露的能力,而大便失禁(Fecal incontinence,FI)則是對這種能力的喪失。FI的致病原因很多,先天性生理缺陷或后天性肌肉、神經(jīng)損傷均可導(dǎo)致FI。因為FI較難治愈,且護理不便,所以FI患者的生活痛苦不堪。FI的發(fā)病率分布在各個年齡層,年齡越大,發(fā)病率越高,且女性多于男性。近年來,FI在總?cè)丝谥械陌l(fā)病率更是呈現(xiàn)逐年增高的趨勢�，F(xiàn)有的FI的治療手段一般有保守療法和手術(shù)治療方式,但是對于嚴(yán)重FI來說,這兩種療法效果都不理想。人工肛門括約肌的出現(xiàn)為治愈嚴(yán)重FI提供了全新的解決方案。目前已有的應(yīng)用于臨床的人工肛門括約肌方案均在不同程度上存在機構(gòu)故障率高,并發(fā)癥嚴(yán)重等問題。本文通過對人體固有控便機制的深入研究,結(jié)合仿生學(xué)設(shè)計方法,提出了機電一體化的仿恥骨直腸肌式人工肛門括約肌系統(tǒng),本文的主要工作為:1.模仿恥骨直腸肌的結(jié)構(gòu)和功能,設(shè)計了兩代三環(huán)結(jié)構(gòu)式括約肌假體,將假體的響應(yīng)時間縮短到10s,使其有效輸出力矩大于2.0N·m;提出有效的部分-主體式密封方案,將機構(gòu)整體的防水等級提高到IPx8;改進機構(gòu)的封裝方式,將機構(gòu)所有植入模塊的體積縮小到127cm~3,總質(zhì)量減少到98g。2.設(shè)計貼片式柔性腸道壓力傳感器,使其可以檢測假體對腸道的閉合壓力和腸道內(nèi)容物的累積程度,同時完成機構(gòu)的局部密封;3.設(shè)計基于霍爾開關(guān)、電機過流保護和齒輪部分齒牙限位的三重限位機制來保證腸道血供安全性。4.改進系統(tǒng)硬件和軟件設(shè)計。硬件上使用選通開關(guān)代替儀表運放簡化電路結(jié)構(gòu),降低系統(tǒng)功耗;軟件上設(shè)置排便提醒功能,患者可以自主控制何時打開、關(guān)閉假體。5.進行體外和體內(nèi)實驗研究。通過體外標(biāo)定實驗得出傳感器輸入和輸出間具有線性轉(zhuǎn)化關(guān)系,機構(gòu)傳動效率達49~59%;通過離體腸道實驗得出假體旋轉(zhuǎn)角度和控便效果之間同樣具有線性關(guān)系,在旋轉(zhuǎn)角度為56°時,合適的控便閾值為3.9kPa,便意感知閾值為2.8kPa;最后,通過小香豬動物實驗驗證了系統(tǒng)方案的可行性和生物安全性,并在實驗的基礎(chǔ)上發(fā)現(xiàn)系統(tǒng)問題,為以后研究工作的開展提供數(shù)據(jù)支持和改進建議。
【圖文】：

號：15441903100）的資助下，提出了機械結(jié)構(gòu)和嵌入式開發(fā)系統(tǒng)相結(jié)合的仿恥骨直腸肌式人工肛門括約肌系統(tǒng)，通過三環(huán)結(jié)構(gòu)式括約肌假體牽引直腸形成肛腸角的方式實現(xiàn)控便，人機交互工作方式恢復(fù)人體自主控便功能，為治療嚴(yán)重肛門失禁提供了一種新的解決思路。1.1.2 人體控便的生物學(xué)基礎(chǔ)1. 直腸和肛管的解剖學(xué)結(jié)構(gòu)直腸是大腸的尾端固定部分，長約 10~14cm，其近端（距離肛門邊緣約 15cm）和乙狀結(jié)腸末端相連, 遠端在與肛管相連，直腸尾部擴張，稱為直腸壺腹，起到儲存排泄物的作用。直腸處沒有腸系膜等大腸的一些主要特征。肛管是胃腸道的最末端，位于左右坐骨窩之間的肛門三角會陰部。其長度有兩種定義：解剖學(xué)上的肛管一般長約 2cm，起于肛門邊緣止于齒狀線；外科學(xué)上的肛管長約 4cm，起于肛門邊緣，止于肛提肌頂部或肛腸角。如圖 1-1 所示，在人體控便中，，起主要作用的肌肉有：肛門內(nèi)括約肌，肛門外括約肌，恥骨直腸肌以及肛提肌[8]：

上海交通大學(xué)碩士學(xué)位論文腸肌[11]起源于恥骨，水平向后延伸形成一個 U 形吊索包的交界處，其收縮時會牽引直腸形成肛腸角。[12]是最大的盆底肌，主要由髂骨尾骨肌和恥骨尾骨構(gòu)成，漏斗狀，主要作用承托腹部臟器，在拍排便行為中其負(fù)責(zé)肛，協(xié)助擴張肛管，完成排便行為。制便行為（直腸排空）是由直腸擴張所引起的骶弧反射[1]。在網(wǎng)絡(luò)尚未發(fā)育成熟，排便行為完全由先天性的直腸擴張反不斷發(fā)育成熟，大腦皮層逐漸可以抑制直腸擴張所引起的自主性行為，即大腦皮層不僅能抑制自然觸發(fā)的排便反射便場景激發(fā)排便發(fā)射。從這個層面來說，控便是一種通過而逐漸習(xí)得的能力，當(dāng)這種能力受損時，就會發(fā)生大便失
【學(xué)位授予單位】：上海交通大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2018
【分類號】：R318.1;TH77

【參考文獻】

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本文編號：2657118