【摘要】：胃食管反流病(Gastroesophageal Reflux Disease,GERD)是指胃內(nèi)容物反流入食管,引起不適癥狀和(或)并發(fā)癥的一種疾病。全世界范圍內(nèi),大約有2.5億個GERD患者。隨著GERD的發(fā)病率逐年上升,社會醫(yī)療負擔越來越重,GERD的合理診治已成為全世界關(guān)注和研究的熱點。而傳統(tǒng)的藥物治療存在治標不治本的問題,停藥后癥狀復(fù)發(fā),患者不得不長期使用藥物。手術(shù)治療則創(chuàng)傷大,術(shù)后會有吞咽困難、腹脹和腹瀉等并發(fā)癥。食管下括約肌(Lower esophageal sphincter,LES)電刺激治療方法為難治性GERD的治療提供了一種新方法。國外基于LES電刺激治療方法推出了 EndoStim植入式LES電刺激系統(tǒng),并進行了大量的臨床實驗研究。而國內(nèi)相關(guān)研究較少,目前尚無可應(yīng)用于臨床的植入式LES電刺激系統(tǒng)。為了打破國外產(chǎn)品的壟斷,填補國內(nèi)該技術(shù)領(lǐng)域的空白,本文研究設(shè)計了一種無線供能的LES電刺激系統(tǒng)。該系統(tǒng)由體外無線控制器、無線能量傳輸模塊和植入式LES電刺激器組成。系統(tǒng)在實現(xiàn)植入式LES電刺激功能的基礎(chǔ)上,實現(xiàn)了無線能量傳輸功能,解決了 EndoStim系統(tǒng)無法外部供能的問題。本論文的研究內(nèi)容主要包括:1)無線供能的LES電刺激系統(tǒng)方案設(shè)計:在分析討論用于治療GERD的LES電刺激系統(tǒng)的功能需求與設(shè)計目標基礎(chǔ)上,確定了無線供能的LES電刺激系統(tǒng)的設(shè)計方案。根據(jù)電磁波穿透深度和電磁輻射對人體的影響,選用4MHz作為無線能量傳輸?shù)墓ぷ黝l率。還討論了系統(tǒng)集成與封裝方案,為系統(tǒng)的模塊化設(shè)計和生物相容性封裝打下了基礎(chǔ)。2)體外無線控制器設(shè)計:分析討論了基于低功耗藍牙技術(shù)(Bluetooth Low Energy,BLE)的體外無線控制器的設(shè)計方案與工作原理。該控制器主要包括CC2541模塊、USB轉(zhuǎn)串口電路、鋰電池充電電路和電源管理電路。其中,CC2541模塊采用了與植入式LES電刺激器相同的定制電路模塊進行設(shè)計,USB轉(zhuǎn)串口電路采用CH340G芯片實現(xiàn)與上位機的串口通信。鋰電池充電電路則采用LTC4054-4.2芯片,充電電流設(shè)置為500mA。電源管理電路采用了 RT9013-33GB線性穩(wěn)壓電路。在完成了體外控制器硬件設(shè)計的基礎(chǔ)上,從CC2541開發(fā)、上位機程序開發(fā)和手機藍牙控制植入式LES電刺激器三方面進行了系統(tǒng)的軟件設(shè)計。CC2541開發(fā)過程中所采用的協(xié)議棧版本為TI的BLE-CC254x-1.3.2,開發(fā)環(huán)境為IAR 8051。上位機程序開發(fā)采用C#語言進行編程,所使用的開發(fā)環(huán)境為Visual Studio 2012。此外,使用LightBlue手機藍牙APP實現(xiàn)了對植入式LES電刺激器的控制。3)無線能量傳輸模塊設(shè)計:在分析討論了無線能量傳輸?shù)睦碚摶A(chǔ)和線圈設(shè)計方案后,確定了無線能量傳輸模塊的設(shè)計方案。該模塊包括體外能量發(fā)射電路和體內(nèi)能量接收電路。其中,體外能量發(fā)射電路由線性穩(wěn)壓器、有源晶振電路和E類功率放大器組成。其功能是將體外電源的直流電壓變換為交流電壓,并加載到發(fā)射線圈上向體內(nèi)傳輸能量。體內(nèi)能量接收電路則采用橋式整流、電容濾波和降壓-升壓型電荷泵穩(wěn)壓器LTC3245,將接收線圈上耦合得到的交流電壓變換為直流電壓。4)植入式LES電刺激器設(shè)計:分析討論了植入式LES電刺激器的設(shè)計方案與工作原理。設(shè)計了包含能量接收電路、電源管理電路、CC2541模塊、DAC電路和壓控恒流刺激電路的植入式LES電刺激器。電源管理電路分別采用RT9013-33GB、MAX1595EUA50+和MAX865EUA芯片將3.7～5V的輸入電壓轉(zhuǎn)換為CC2541模塊、DAC電路和壓控恒流刺激電路的供電電壓。DAC電路采用MAX5705芯片輸出可控電壓,控制壓控恒流刺激電路產(chǎn)生相應(yīng)大小的電流刺激脈沖。壓控恒流刺激電路采用OPA4192芯片產(chǎn)生0～8mA的電流刺激脈沖。5)植入式LES電刺激系統(tǒng)測試與實驗研究:使用美國道康寧公司的Sylgard 184型聚二甲基硅氧烷對電極導(dǎo)線和植入式LES電刺激器進行了封裝,并使用ABS塑料殼體封裝了體外控制器。完成植入式LES電刺激系統(tǒng)的封裝后,對系統(tǒng)的無線能量傳輸功能進行了測試,并給出了空氣、0.9%鹽水和豬皮3種介質(zhì)條件下系統(tǒng)正常工作的位置失配容限指標。在此基礎(chǔ)上,以家兔為實驗對象開展了 GERD造模實驗、水灌注式食管測壓實驗和LES電刺激實驗。實驗結(jié)果表明:本文研究設(shè)計的植入式LES電刺激系統(tǒng)可以增強(恢復(fù))造模后實驗動物的LES壓力,對于治療GERD具有可行性。
[Abstract]:......
【學(xué)位授予單位】：東南大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2017
【分類號】：R571

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3 健康時報特約記者 yび板，

本文編號：2322456