發(fā)布時(shí)間：2017-07-15 07:24

  本文關(guān)鍵詞：基于無線經(jīng)皮供能的反饋式人工肛門括約肌系統(tǒng)及實(shí)驗(yàn)研究

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【摘要】：健全的排便機(jī)能對于人類代謝和排毒的重要性不言而喻，在醫(yī)學(xué)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(shù)。近年，國內(nèi)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(jié)構(gòu)、排便預(yù)警、血供安全、控制方式、價(jià)格成本等方面存在諸多缺陷，設(shè)計(jì)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(xué)醫(yī)工交叉基金（YG2011MS05）等項(xiàng)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(guān)鍵技術(shù)，針對前期工作中各功能模塊進(jìn)行結(jié)構(gòu)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(shí)驗(yàn)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(jī)制。 1.研制對直腸夾持更加均勻的柱囊式括約肌假體，結(jié)合醫(yī)用微泵和儲(chǔ)液囊袋設(shè)計(jì)執(zhí)行機(jī)構(gòu)，通過多樣化實(shí)驗(yàn)優(yōu)化結(jié)構(gòu)和材料，探索驅(qū)動(dòng)和控制參數(shù)，探究假體的環(huán)境適應(yīng)性和血供安全性。 2.設(shè)計(jì)和優(yōu)化體內(nèi)外控制系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)和軟件功能，模擬神經(jīng)控制和感知系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)了一個(gè)仿生智能電子式人工臟器。重點(diǎn)模塊有①壓力/溫度檢測②運(yùn)放和AD③Si4431無線通訊④微泵驅(qū)動(dòng)⑤無線充電⑥電源管理⑦SD卡存儲(chǔ)⑧L CD顯示⑨排便預(yù)警⑩電量檢測。制定相應(yīng)通信協(xié)議，編程實(shí)現(xiàn)10種功能模式。 3.便意重建和排便預(yù)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(shè)計(jì)、壓力標(biāo)定、穩(wěn)定性測試（耐水、耐壓、耐溫）、信號采集和處理、閾值報(bào)警算法等；假體內(nèi)置傳感器檢測壓腸道壓力變化；通過離體、活體實(shí)驗(yàn)探索活體柔性腸道內(nèi)糞便量的檢測方法，建立糞便量與檢測參量之間的對應(yīng)關(guān)系。 4.利用耦合諧振式原理設(shè)計(jì)無線供能系統(tǒng)，以優(yōu)化效率和穩(wěn)定接收功率為目標(biāo)，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(shí)驗(yàn)。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(shè)定固有頻率230KHz，發(fā)射功率2W，系統(tǒng)傳輸效率高達(dá)82%，在10~15mm的距離內(nèi)效率仍有63%~75%的能量傳輸，保證了體內(nèi)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(chǔ)液囊袋和體內(nèi)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(shí)植入皮下脂肪層，經(jīng)皮下膠封導(dǎo)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(jié)構(gòu)更加緊湊、易于體內(nèi)安置。 6.植入式活體實(shí)驗(yàn)評估系統(tǒng)功能性、安全性、穩(wěn)定性和生物相容性。先后進(jìn)行了為期15天的小香豬活體實(shí)驗(yàn)以及7周的Beagle犬活體實(shí)驗(yàn)，實(shí)驗(yàn)動(dòng)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(nèi)外通信及生物相容性，積累了有關(guān)動(dòng)物實(shí)驗(yàn)和術(shù)后管理經(jīng)驗(yàn)。Beagle犬活體實(shí)驗(yàn)中，，進(jìn)行了X-ray影像學(xué)分析、肛腸測壓分析、血清化學(xué)和組織病理學(xué)分析等。醫(yī)學(xué)實(shí)驗(yàn)表明，AASS系統(tǒng)為嚴(yán)重肛門失禁的患者提供了一種非常有前景的治療方法。
【關(guān)鍵詞】：人工肛門括約肌 肛門失禁 便意重建 無線經(jīng)皮能量傳輸 活體實(shí)驗(yàn)
【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】：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(jīng)系統(tǒng)控制下的排便機(jī)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(nèi)外研究現(xiàn)狀22-29
• 1.3.1 臨床應(yīng)用式人工肛門括約肌22-25
• 1.3.2 實(shí)驗(yàn)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(nèi)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(shè)計(jì)32-54
• 2.1 系統(tǒng)研究目標(biāo)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(nèi)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(jīng)皮能量發(fā)射裝置49-50
• 2.3 關(guān)鍵問題研究50-53
• 2.3.1 糞便檢測和便意重建技術(shù)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(shí)驗(yàn)53
• 2.4 本章小結(jié)53-54
• 第三章 人工肛門括約肌體內(nèi)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(nèi)括約肌控制電路系統(tǒng)55-59
• 3.2.1 括約肌體內(nèi)控制電路板系統(tǒng)設(shè)計(jì)55-56
• 3.2.2 體內(nèi)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(shè)計(jì)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(shè)計(jì)61-63
• 3.4.2 體內(nèi)控制系統(tǒng)程序設(shè)計(jì)63-64
• 3.4.3 體內(nèi)外控制發(fā)送協(xié)議64-66
• 3.5 本章小結(jié)66-68
• 第四章 諧振式無線經(jīng)皮能量傳輸系統(tǒng)68-86
• 4.1 諧振式無線能量傳輸技術(shù)研究現(xiàn)狀68-71
• 4.2 人工肛門括約肌無線經(jīng)皮供能系統(tǒng)設(shè)計(jì)71-78
• 4.2.1 無線經(jīng)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(shè)計(jì)74-75
• 4.2.4 能量發(fā)射模塊設(shè)計(jì)75-76
• 4.2.5 能量接收模塊設(shè)計(jì)76-77
• 4.2.6 電磁場建模77-78
• 4.3 無線能量傳輸實(shí)驗(yàn)78-85
• 4.3.1 實(shí)驗(yàn)方法78-79
• 4.3.2 實(shí)驗(yàn)開展79-83
• 4.3.3 實(shí)驗(yàn)分析及討論83-84
• 4.3.4 能量管理84-85
• 4.4 本章小結(jié)85-86
• 第五章 人工肛門括約肌系統(tǒng)實(shí)驗(yàn)研究及優(yōu)化86-101
• 5.1 離體實(shí)驗(yàn)評估86-88
• 5.1.1 豬大腸生物模型實(shí)驗(yàn)86-87
• 5.1.2 實(shí)驗(yàn)結(jié)果及分析87-88
• 5.2 小香豬活體動(dòng)物實(shí)驗(yàn)評估88-91
• 5.2.1 實(shí)驗(yàn)內(nèi)容88-89
• 5.2.2 實(shí)驗(yàn)結(jié)果及分析89-91
• 5.3 Beagle 犬活體動(dòng)物實(shí)驗(yàn)評估91-100
• 5.3.1 實(shí)驗(yàn)動(dòng)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(shù)后實(shí)驗(yàn)92-93
• 5.3.4 X-ray 影像學(xué)分析93-94
• 5.3.5 肛腸測壓分析94
• 5.3.6 血清化學(xué)分析94-96
• 5.3.7 組織病理分析96-97
• 5.3.8 實(shí)驗(yàn)問題探討97-100
• 5.4 本章小結(jié)100-101
• 第六章 總結(jié)與展望101-104
• 6.1 工作總結(jié)與創(chuàng)新點(diǎn)101-103
• 6.2 工作展望103-104
• 參考文獻(xiàn)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(xiàn)】

中國期刊全文數(shù)據(jù)庫 前7條

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本文編號：542949