原位植入式人工肛门括约肌系统关键技术的研究

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1、ADissertationSubmittedtoShanghaiJiaoTongUniversityforMasterDegreeRESEARCHONKEYTECHNOLOGIESOFINSITUIMPLANTABLEARTIFICIALANALSPHINCTERSupportedbytheNationalNaturalScienceFoundationofChina&agrantfromthePhDProgramsFoundationforNewResearchersofMinistryofEducationofChinaAuthor：NIRUIYESpecialty

2、:PrecisionInstrumentandMachineryAdvisor:Prof.YANGUOZHENGSchoolofElectronicsandElectricEngineeringShanghaiJiaoTongUniversityShanghai,P.R.ChinaJanuary,2010原位植入式人工肛门括约肌系统关键技术研究摘要肛门失禁也叫大便失禁，表现为肛门括约肌不受意识控制，不能感知直肠内容的容量和性质，而不能自主排便。丧失大便自控能力会使人自我孤立，生活质量严重下降。彻底解决肛门括约肌损伤或缺失等重度病患的排便自控问题，人工肛门括约肌成为一个颇

3、有前景的研究领域。现有的基于尿道括约肌改进型、基于压电陶瓷型和基于记忆合金型的人工肛门括约肌系统都存在不足。因此，研制新型的符合人体生理需求的人工肛门括约肌系统具有十分重要的意义。本论文以国家自然科学基金（No.30800235）、教育部博士点新教师基金（No.20070248094）和上海交通大学医工交叉基金资助项目（No.YG2009ZD103）为依托，结合工程技术与医学知识，拟解决适合于人体生理要求的人工肛门括约肌的重建及其关键技术，研究一种可用于临床的肛门失禁治疗方法，确保患者能自主控制排便时间，消除现有治疗肛门失禁手术的各种缺陷，提高患者的生活质量。本论文基于

4、正常排便机理，研究了原位植入式人工肛门括约肌系统的关键技术，介绍了人工肛门括约肌系统的总体构成和系统功能。人工肛门括约肌系统由体内装置和体外便携装置两部分组成，集成以第I页下模块系统：感知功能模块、无线通信模块、微控制器模块、微型执行机构和经皮能量传输系统。在微执行机构上提出了两种新型微型泵：波纹管注射式微型泵和蠕动式微型泵，详细介绍了微型泵的设计原理。本论文重点研究了人工肛门括约肌的经皮能量传输技术的原理，分析比较了接收端SS和SP两种拓扑结构下系统的能量传输效率及效率最大化的条件；提出了经皮能量传输模块的耦合线圈的设计以及能量发射模块和能量接收模块的设计方案；最后研

5、究了系统对人体的电磁安全性。本论文通过各模块实验和系统离体实验验证了系统的可行性。首先测试了无线通讯模块、经皮能量传输模块和微型执行机构的可靠性。接着，模拟真实的人体肠道环境，采用离体猪肠道进行了整个系统的离体实验，验证原位植入式人工肛门括约肌系统的有效性。最后，对本论文的工作进行了总结，并提出今后的发展方向，为进一步研发稳定、可靠的植入式人工肛门括约肌系统打下基础。关键词：肛门失禁，人工肛门括约肌，微型泵，经皮能量传输，电磁安全性第II页RESEARCHONKEYTECHNOLOGIESOFINSITUIMPLANTABLEARTIFICALANALSPHINCTER

6、ABSTRACTIncontinence,alsoknownasfecalincontinence,referstothatsinceanalsphinctercannotbecontrolledbyconsciousnessandcannotperceivethecapacityandqualityofthecontentsoftherectum,peoplecannotdefecateautomatically.Thissituationwillmakepeopleloseself-controlandbeself-isolated,andtheirqualityo

7、flifewillseriouslydecline.Tocompletelyresolvetheproblemofself-defecation,suchastheabsenceofanalsphincterandseveredamageofapatient'sbowl,artificialanalsphincterisaquitepromisingareaofresearch.Theartificialanalsphinctersystemwhichisbasedontheexistingurethralsphincterimprove