新型人工肛门括约肌系统的初步实验研究

目的观察自行研制的可用于治疗肛门失禁的新型植入式人工肛门括约肌系统（AASS）控制肠腔内容物的效果。方法 AASS由体内执行、体外控制和经皮能量传输3个模块构成,体内外通过无线模式通信。选择屠宰市场购买新鲜宰杀的猪结肠40 cm共4段,将其垂直固定放置,上端开放注入糊状内容物,下端套入AASS并关闭,向肠内缓慢注入糊状物,观察不渗漏所需注入AASS的液体量及囊内压力值;实验动物为贵州小型猪1只,体质量26.2 kg。肠道准备后麻醉开腹,距肛门8 cm处横断直肠套入AASS吻合,经皮能量接收线圈植入皮下,损坏动物肛门括约肌。术后1周开始AASS工作实验,1个月后麻醉开腹,观察AASS植入状态及工作状况。结果离体实验和活体实验均提示,在较少的注水量（9.0～10.5 mL）的情况下,AASS可产生对肠壁作用均匀的压力分布（3.34～7.26 kPa）,满意控制肠内容物渗漏。离体状态下4只AASS夹闭肠管所产生压力与空夹时有很好的相似性,植入活体猪体内1个月取出时系统功能完好,仍可满意夹闭肠管控制流质肠内容物,连续夹闭0.5 h无明显缺血改变。结论 AASS可以很好地模拟正常人体肛门括约肌功能,有望成为治疗肛门失禁和直肠癌术后原位肛门控便的一种新方法。     

智能人工肠内容物感知神经的初步研究

背景：现有的人工肛门括约肌都缺乏感知大便的功能,患者控制排便主要是通过自己的习惯而不是根据肠道内是否存在大便的实际情况来决定排便。 目的：研究能够感知不同肠内容物状态的人工感知神经。 方法：选用20只健康新西兰兔,于近结肠远端约10 cm肠管制作肠管内容物固体、流体、气体、空虚状态4种模型。各个状态的每段肠管随意选取5个测量点,利用超声波“智能人工肠内容物感知神经”系统对新西兰兔近结肠内4种状态肠内容物进行判断。 结果与结论：固体、流体、气体、空虚状态的正确判断率分别为96%,99%,100%,100%。提示该超声波探测系统可有效感知肠道内是否具有内容物和分辨肠管内容物的不同状态。     

超声波探测系统模拟肠内容物感知神经的初步研究

为研究超声波对不同状态的肠内容物的辨别作用,以便为智能人工肛门的研制打下基础,本实验利用由MLU02-212型超声波气泡探测仪改装成的超声波探测系统分别测量20只新西兰兔近结肠远端10cm肠管内固体、流体、气体和空虚状态时的电压信号,分析不同状态肠内容物所表现的电压信号变化是否有显著性差异。实验结果表明:(1)近结肠内固体、流体、气体、空虚状态所造成的电压信号变化差异性显著(P=0.000);(2)多重比较各个不同状态之间电压信号差异性显著(P=0.000);(3)四种信号强度之间存在信号"不重叠区域"。本实验结果提示透射式超声波探测系统具有分辨不同肠内容物的作用,选用超声波探测肠内容物的方法可能为研究"人工肠内容物感知神经"的有效方法之一。     

基于微型反射式超声测量的肠内容物分类研究

目前的人工肛门括约肌不能感知不同的肠内容物状态,本研究试图利用反射式超声波探测系统分辨不同肠内容物状态,从而为研制具有感知功能的人工肛门括约肌打下研究基础。我们测量了30只巴马香猪直肠内固体、流体、气体和空瘪状态时反射波的个数,实验结果显示,当巴马香猪直肠内为4种不同肠内容物时,形成的反射波数目的差异具有统计学意义(F=1 088,P<0.05)。本研究结果提示,反射式超声波探测系统具有分辨不同肠内容物的作用,可作为研究微型人工肛门括约肌感知肠内容物功能的一种新的有效方法。     

超声波探测系统模拟肠内容物感知神经的作用

背景：现有的人工肛门括约肌不能感知肠管内是否有肠内容物及肠内容物的状态,既往对肠内容物信号的研究未对不同结肠部位不同状态肠内容物信号进行研究。 目的：比较对射式超声波信号探测系统测量新西兰兔不同大肠部位不同状态肠内容物电压信号的差异。 方法：选用20只健康新西兰兔,每只兔按近结肠远端、远结肠远端、直肠远端3个部位进行分组,每组选取5个固体大便颗粒处作为测量点,用超声波信号探测系统分别测量每个测量点内固体、流体、气体、肠管空虚4种状态大便的电压信号。 结果与结论：在直肠部位,除了直肠内的固体和气体比较差异无显著性意义外,其余不同状态比较差异均有显著性意义(P=0);在远结肠和近结肠内的不同状态多重比较差异均有显著性意义(P=0)。对固体和流体而言,直肠、远结肠、近结肠之间差异有显著性意义(P=0),多重比较差异亦均有显著性意义(P=0);对气体和空虚状态而言,直肠、远结肠、近结肠之间差异无显著性意义。不同的大肠部位和不同状态肠内容物之间存在交互效应(P=0)。提示对射式超声波信号探测系统具有分辨不同肠内容物“人工肠内容物感觉神经”的作用,用超声波探测不同状态肠内容物可为研究“人工肠内容物感知神经”提供一种有效方法。     

反馈式人工肛门括约肌的经皮能量传输系统

针对反馈式人工肛门括约肌的供能问题,研究经皮能量传输系统原理,并研制出经皮能量传输系统,使得反馈式人工肛门括约肌能够模拟实现人体排便功能。通过实验分析接收端负载以及两线圈位置偏移对传输效率的影响,验证了系统的传输性能。实验结果表明,研制的经皮能量传输系统在发射和接收线圈轴向距离为15mm条件下,能稳定传输超过400mW功率,传输效率可达10％,保证人工肛门括约肌的正常工作。     

仿耻骨直肠肌式人工肛门括约肌系统

目的国内外一直在探寻肛肠的奥秘以及救助肛门失禁病患的办法,开展了许多人工肛门括约肌系统的研究。本文设计了一种仿耻骨直肠肌式的新型人工肛门括约肌系统,以解决现有人工肛门括约肌系统存在的血供不足、无"便意"感知以及没有安全且稳定的能量供给等问题。方法系统主要功能为通过自制压力传感模块提取肠道周围压力信息,传递至微型处理器,最终控制括约肌执行结构实现排便操作。其关键技术包括括约肌执行机构内侧嵌入超薄自制生物压力传感器实时感知肠道压力变化,根据此压力参数,系统智能识别便意并实现排便预警。系统采用仿人体机制的运作方式并且结合血供压力的采集模块,能有效避免出现局部高压导致肠道缺血性坏死。系统采用无线能量传输方式提供能量实现安全供能。结果采用淀粉糊状物以及水来验证括约肌执行结构对糊状以及液态粪便的夹持效果,结果表明夹持状况良好。通过体外肠道动物实验得到了模拟肠道周围的压力信号与"便意"产生的关系,验证了系统能够在排便阈值达到以后实现报警,进而提醒患者进行排便操作。实验表明,通过使用无线供能的方式以及低功耗处理,可使系统每次充电后工作6.2天。结论通过实验验证表明系统可有效控制排泄物,并成功建立排便感知信号,实现智能控便。     

仿生人工肛门括约肌系统生物相容性及便意感知实验研究

目的 针对人工肛门括约肌(artificial anal sphincter,AAS)长期植入活体后出现的生物相容性不佳、缺乏便意感知能力和血供安全性问题,提出一种仿生人工肛门括约肌系统(bionic artificial anal sphincter,BAAS)并进行实验评估.方法 首先建立仿生人工肛门括约肌系统,系统采用封闭连杆式"三环"机构作为括约肌假体,外覆一体化医用硅橡胶薄膜以增强生物相容性,环臂嵌入10路压力传感模块,并采用经皮无线能量传输和无线通信实现体内外系统能量供给与信息交互.然后进行体外实验,以评估括约肌假体的控便能力与血供安全性,并创新地利用压力向量相似度作为便意判断的新标准建立便意智能感知模型.最后进行动物实验,对BAAS系统整体植入效果、生物相容性、控便及便意感知能力等进行观察和评估.结果 体外实验表明,括约肌假体对肠道内容物的蓄控效果满足便意阈值需求,且最大夹持压力在肠道血供安全性范围内,满足控便和血供安全性要求.动物实验表明括约肌假体具有良好的密封性和生物相容性,验证了便意智能感知模型的可靠性,体内便意预警准确率最高可达80％.结论 BAAS系统可以模拟肛门括约肌的功能,作为治疗重度肛门失禁的方法.     

新型原位植入式人工肛门括约肌样机及离体肠道实验研究

设计一款基于生物信号反馈机制的智能化可遥控式人工肛门括约肌系统。所设计的蠕动式微型医用泵在3.3 V 驱动电压下,最大流量为8.5 mL/min,最大封闭压可达170 kPa。新型括约肌假体在较小注水量（9～10.5 mL）的情况下,可实现对肠壁作用压的均匀分布（3.34～7.26 kPa）,符合人体肠道生理结构和安全压力阈值的要求,避免由于局部高压导致的缺血性坏死。人工括约肌系统采用体内充电电池、体外无线经皮能量充电的供电方式,实现系统的完全植入式移植。离体实验结果表明,该系统可以有效地抑制肠道内容物渗漏,成功建立排便感知信号,从而为严重肛门失禁、结肠造口等肛门功能严重缺失的患者提供一种人性化的治疗方案。     

植入式人工肛门括约肌系统的实现及动物实验***

背景：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。 目的：设计一种新型植入式人工肛门括约肌系统。 方法：利用无线通讯模块和压力传感器重建排便控制机制,并由经皮能量传输模块供电,采用机电系统模拟人体自然器官的功能,最终实现人体肛门括约肌的控制效果。 结果与结论：设计并实现了一种新型的植入式人工肛门括约肌系统,在重建排便机制和模型的基础上,一定程度上恢复肛门失禁患者的生物反馈控制能力,并带有经皮能量传输模块,为体内系统长期无缆式供电提供可能。该系统实现了植入式动物实验,完成了系统植入可行性和基本功能验证。 关键词：人工肛门括约肌;生物反馈控制;经皮能量传输;植入式动物实验;数字化医学  doi:10.3969/j.issn.1673-8225.2012.13.013     

A novel puborectalis muscle artificial anal sphincter system with the module of sensory perception

This article presents a novel puborectalis muscle artificial anal sphincter system (PM-AASS) with the module of sensory perception for treating severe faecal incontinence (FI). Due to the implantable feature of PM-AASS, this system applied low-power design and the total energy consumption could drop to 48.8 Ah/d. To reduce the injury of intestine and the pressure exerted on intestine, the actuator, including the structure of tings and the robot mechanism, of PM-AASS was presented and the middle ring was optimised. To realise the sensory perception, the intestinal flexible pressure sensors, comprising the radial sensors and the axial sensors, were designed. The sensors calibration showed the R-square of each fitting line were above 0.998, which presented a high goodness of fit and indicated we could figure out the pressure value with the analogue voltage captured by MCU. Through the in-vitro experiment, the results that the radial sensors were more relevant to the occlusion threshold while the axial sensors had more effect on the alarm threshold could be concluded. The practicability of the PM-AASS was verified by the results of the in-vivo experiment, which showed that the PM-AASS had the effect of improvement to the anorectal internal pressure.     

自体肌肉移植重建人工肛门括约肌

背景：有效的人工肛门括约肌重建能够改善肛门失禁患者的生存能力和生活质量。 目的：评价自体肌肉移植重建人工肛门括约肌的效果。 方法：分析自体臀大肌和股薄肌移植重建人工肛门括约肌的解剖学基础,并对应用自体臀大肌和股薄肌移植重建人工肛门括约肌的患者进行随访观察,通过评估人工肛门控便功能恢复情况以及相关并发症发生情况,明确自体臀大肌和股薄肌移植重建人工肛门括约肌的应用效果。 结果与结论：臀大肌和股薄肌均有丰富的血液供应,并且营养肌肉的动脉均有相应静脉和神经伴行。对应用自体臀大肌和股薄肌移植重建人工肛门括约肌的患者随访观察发现,患者多为直肠癌或者肛管癌,经过自体肌肉移植重建人工肛门括约肌后,均能获得较好的肛门排控便功能,较少发生肛门狭窄、肛周感染等并发症,无机体排斥反应的发生。     

新型人工肛门括约肌系统及初步动物实验研究

目的研究可用于治疗肛门失禁的植入式人工肛门括约肌系统（artificial anal sphincter system,AASS）。方法系统由体内执行、体外控制和经皮能量传输3个模块构成,体内外通过无线模式通信。当体内直肠壁上压力超出阈值后,向体外发送排便报警信号,患者通过体外控制模块控制体内执行模块打开或关闭直肠,采用经皮能量传输模块为体内电池充电。通过1例猪的动物实验,评估在活体环境下系统各模块的可靠性和稳定性。15d后将动物解剖,观察组织变化并进行体内的腹泻实验和血供实验。结果植入体内后,体外控制模块可实时控制体内执行模块的各项操作,通过经皮能量传输充电3h,在体内可持续工作24h。拟腹泻状态下,对肠壁施加7．16kPa的压力（正常肛肠静息压为6．26～9．47kPa）,能有效抑制肠道内容物渗漏。结论AASS可以模拟正常人体肛门括约肌功能,为严重肛门失禁的患者提供了一种新的治疗方法。     

基于新型微泵的人造肛门括约肌系统

人造肛门括约肌系统可以模拟人体正常肛门括约肌的工作,解决肛门失禁问题,缓解直肠切除病人的生活和心理压力.研究了人造肛门括约肌系统中的核心装置,提出了一种基于螺母丝杆结构的新型微泵,根据微泵的功率要求设计了无线能量传输模块,并进行了样机实验.测试结果表明该泵可以满足人造肛门括约肌系统的基本功能,该系统可以有效地控制肛门失禁问题.     

Study on reconstruction of rectal sensation based on wavelet packet analysis and SVM strategy

To control anal incontinence, we have developed an artificial anal sphincter system with sensor feedback. The artificial anal sphincter system is a novel hydraulic-electric muscle which mainly comprises an artificial anal sphincter, a wireless power supply subsystem, and a rectal sensation reconstruction subsystem. To investigate the features of the patients' rectal sensation, we have developed an in vitro experimental platform of artificial anal sphincter. In vitro experiments have been performed, and demonstrate that the traditional threshold method is not suitable for predicting the time for defecation. The traditional threshold method only uses single-dimensional pressure time series which may contain a few interdependent components simultaneously. A wavelet packet analysis algorithm is employed to extract the feature vector of the rectal pressure signal, then the rectal sensation prediction model is constructed based on a support vector machine for defecation pattern recognition. The results show that the proposed method is an effective approach for the reconstruction of patients' rectal sensation.