专利名称：反馈控制型肛门人造括约肌系统的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种反馈控制型肛门人造括约肌系统，是一种用于治疗肛门失禁的新型医疗装置，属于微型机电系统和生物医学工程技术领域。
背景技术：
正常排便过程主要受制于以下三个方面(1)肛门括约肌及其维持压力，肛门括约肌可产生适当的压力，以在非排便期防止粪便从直肠流出；(2)直肠及其储便能力，直肠具有扩张和储存粪便的功能；(3)直肠及其感觉功能直肠中粪便储存到一定的程度，就有便意感产生，便意感传达到大脑后，会产生排便行为。上述三个方面一旦出现问题就产生了排便失禁的现象，导致排便能力障碍，是肛肠外科常见疾病之一，临床上主要表现为排便不能控制。特别是一些由于病变而被切除直肠及部分结肠，通过手述将近端的结肠与腹部的皮肤进行缝合形成人造造口的患者，由于造口丧失了肛门括约肌的正常生理功能，无法主动地控制排便，须配带被动接收粪便的造口袋，这对病人在机体上和心理上都是一个很大的打击，不仅给患者本人带来痛苦，也给患者的家庭及社会带来很大的负担。人们一直试图为肛门直肠括约肌功能丧失即难治性肛门失禁的患者寻找一种合理的替代方式，来解决排便的失控问题。肌术式临床应用效果不理想；用生物材料模仿括约肌装置，即从肠管折叠到各种自体转移肌瓣的替代方式均没能获得满意的效果。
近年来，国际上有借鉴于人造膀胱颈部括约肌改良后应用于肛门括约肌功能丧失病人的报道，但也仅限于实验和观察阶段的研究。经对现有技术的文献检索发现，中国实用新型专利公开了一种生物反馈式人工泵式肛门括约肌装置(公开号CN2448319)，其结构包括一个小型贮液囊，永磁体和干簧继电器，发射电路，两个单向阀，报警装置等。该装置是靠手动操作单向阀控制钳夹压力，故无法定量控制钳夹压力大小。另外靠永磁体和干簧继电器来测定压力变化，存在难以准确检定压力值，难以定量设定肠道内压力阈值等问题。该专利将体内装置设计成完全“内置型”，以消除经过皮肤感染的可能性，但“体内装置”采用钮扣式锂电池供电，从而系统的工作寿命存在问题，患者仍将承受频繁手术之苦。
发明内容
本发明的目的在于针对现有技术的上述不足，提供一种反馈控制型肛门人造括约肌系统，能解决体内装置的能源供给问题，不仅能定量控制对肠道钳夹的压力大小，也能自动放松实现排便控制，可应用于大便失禁患者的治疗。
为实现上述目的，本发明基于无线能量和信息传输发明了反馈控制型肛门人造括约肌系统，以模拟正常排便控制机制，解决肛门括约肌功能丧失病人的排便失控问题。系统包括体内部分和体外部分，体内部分包括无线通信模块、由压力感知囊袋、微型压力传感器、钳夹囊袋、钳夹压力传感器及储液囊袋组成的人造肛门括约肌、由微型压力传感器调理电路、钳夹压力传感器调理电路、微型液压泵、微型液压泵驱动电路及单片机组成的人造肛门括约肌控制器，由体内能源模块提供能源；体外部分包括皮上无线能量传输发射线圈、谐波振荡电路、无线通信模块、单片机系统。本发明通过体外无线供能及无线通信技术，实现体内部分的完全内置，消除经过皮肤的感染可能性，通过微型传感等技术实现对肠道内粪便储量的检测和显示、报警提示。
本发明的反馈控制型肛门人造括约肌系统的具体结构分为体内部分和体外部分，体内部分由无线通信模块、人造肛门括约肌和人造肛门括约肌控制器组成，由体内能源模块提供能源，其中，无线通信模块由微型无线收发器和天线组成，人造肛门括约肌由硅胶衬垫、压力感知囊袋、微型压力传感器、钳夹囊袋、钳夹压力传感器、储液囊袋组成，人造肛门括约肌控制器由微型压力传感器调理电路、钳夹压力传感器调理电路、微型液压泵、微型液压泵驱动电路、单片机组成，微型液压泵通过导管分别与钳夹囊袋及储液囊袋相连接，微型液压泵由微型液压泵驱动电路控制，钳夹囊袋中的钳夹压力传感器通过导线与钳夹压力传感器调理电路连接，压力感知囊袋中的微型压力传感器通过导线与微型压力传感器调理电路连接，压力感知囊袋和钳夹囊袋同时安置在硅胶衬垫上；单片机同时与微型压力传感器调理电路、钳夹压力传感器调理电路、微型液压泵驱动电路、微型无线收发器相连。体外部分由皮上无线能量传输发射线圈、谐波振荡电路、无线通信模块、单片机系统、显示器、按钮、蜂鸣器、电池、导线组成，皮上无线能量传输发射线圈通过导线与谐波振荡电路相连，谐波振荡电路与单片机系统相连，采用电池同时对单片机系统、谐波振荡电路和无线通信模块进行供电，无线通信模块与单片机系统相连，单片机系统还同时与显示器、按钮、蜂鸣器连接。
本发明所述体内能源模块由皮下无线能量传输接收线圈、导线、适配电路、滤波稳压装置及储能电容组成，皮下无线能量传输接收线圈通过导线连接适配电路，适配电路的输出经滤波稳压装置连接储能电容。体内能源模块同时对单片机、微型压力传感器、微型压力传感器调理电路、钳夹压力传感器、钳夹压力传感器调理电路、微型液压泵驱动电路、无线通信模块供电。
本发明中压力感知囊袋用于感知肠内粪便储量，储量多少通过微型压力传感器来敏感。钳夹囊袋用于关闭人造肛门，关闭程度可以设定，具体数据通过钳夹压力传感器检测。
系统启动后，皮下无线能量传输接收线圈和皮上无线能量传输发射线圈通过皮肤耦合，体外部分的电池电能通过谐波振荡电路传至皮上无线能量传输发射线圈，感应出的交变电势经适配电路、滤波稳压处理后，送至储能电容形成体内能源，实现对体内部分的供能。
系统正常工作时，微型液压泵向钳夹囊袋注入生理盐水，通过钳夹压力传感器构成反馈控制，直到钳夹囊袋中生理盐水压力稳定在设定值，人造肛门可靠关闭。同时，微型压力传感器敏感压力感知囊袋中生理盐水的压力，并通过微型压力传感器调理电路、单片机系统处理后，送至无线通信模块向体外发射。体外无线通信模块接收该压力信号，并经单片机系统处理后在显示器显示出来，当压力值达到设定的阈值时，蜂鸣器发出提示声音。患者通过排便启动按钮，将信号经无线通信模块送至体内单片机，控制微型液压泵将钳夹囊袋中的生理盐水排至储液囊袋，人造肛门打开正常排便。之后患者通过排便关闭按钮，控制人造肛门可靠关闭，完成正常的排便控制。
本发明通过体外无线供能技术、无线通信技术，实现对体内部分的无线供能，可使体内部分完全内置，从根本上消除了经过皮肤的感染可能性。同时，解决了体内部分的能源供给问题，由于体内部分不需要电池，使患者免除了定期更换电池的手术之苦。
本发明通过微型压力传感器检测与肠道内储粪量对应的压力值，感知肠道内贮便的多少，并通过报警和显示装置向大便失禁患者提供“便意”感知功能；微型液压控制系统不仅能定量控制对肠道钳夹的压力大小，也能自动放松实现排便控制。本发明实现了对肠道内粪便储量的检测和显示、报警提示，使患者能随时随地感知“便意”的紧迫程度，极大减轻患者身体上、精神上的压力和痛苦；同时由于检测和控制的自动化，简化了操作过程，使患者具备正常排便功能，极大地提高了患者的生活质量。
图1为本发明系统体内部分的结构框图。
图2为本发明的“体内能源模块”结构框图。
图3为本发明系统体外部分的结构框图。
具体实施例方式
以下结合附图对本发明的技术方案作进一步描述。
本发明的系统组成包括体内部分和体外部分。体内部分由无线通信模块、人造肛门括约肌和人造肛门括约肌控制器组成，由体内能源模块提供能源。图1为本发明系统体内部分的结构框图，如图1所示，无线通信模块由微型无线收发器和天线组成。人造肛门括约肌由硅胶衬垫、压力感知囊袋、微型压力传感器、钳夹囊袋、钳夹压力传感器、储液囊袋组成。人造肛门括约肌控制器由微型压力传感器调理电路、钳夹压力传感器调理电路、微型液压泵、微型液压泵驱动电路、单片机组成。微型液压泵通过导管分别与钳夹囊袋及储液囊袋相连接，微型液压泵由微型液压泵驱动电路控制，钳夹囊袋中的钳夹压力传感器通过导线与钳夹压力传感器调理电路连接，压力感知囊袋中的微型压力传感器通过导线与微型压力传感器调理电路连接，压力感知囊袋和钳夹囊袋同时安置在硅胶衬垫上。无线通信模块的微型无线收发器通过导线与天线连接。单片机同时与微型压力传感器调理电路、钳夹压力传感器调理电路、微型液压泵驱动电路、微型无线收发器相连。
为体内部分提供能源的体内能源模块组成如图2所示，由皮下无线能量传输接收线圈、导线、适配电路、滤波稳压装置及储能电容组成。置于皮下的皮下无线能量传输接收线圈通过导线连接适配电路，适配电路的输出经滤波稳压装置连接储能电容。体内能源模块同时对单片机、微型压力传感器、微型压力传感器调理电路、钳夹压力传感器、钳夹压力传感器调理电路、微型液压泵驱动电路及无线通信模块供电。
本发明系统的体外部分组成如图3所示，由皮上无线能量传输发射线圈、谐波振荡电路、无线通信模块、单片机系统、显示器、按钮、蜂鸣器、电池、导线等组成。皮上无线能量传输发射线圈通过导线与谐波振荡电路相连，谐波振荡电路与单片机系统相连。采用电池同时对单片机系统、谐波振荡电路和无线通信模块进行供电。无线通信模块的微型无线收发器通过导线与天线连接。无线通信模块与单片机系统相连，单片机系统还同时与显示器、按钮、蜂鸣器连接。
本系统的工作原理为通过外科手术将人造肛门括约肌围在近肛门的肠管四周，其中压力感知囊袋放置在钳夹囊袋之上，在钳夹囊袋、储液囊袋中注入适量生理盐水，压力感知囊袋注入适量生理盐水后密封。系统启动后，皮下无线能量传输接收线圈和皮上无线能量传输发射线圈通过皮肤耦合，体外部分的电池电能通过谐波振荡电路传至皮上无线能量传输发射线圈，在皮下无线能量传输接收线圈上感应出交变电势，该交变电势经适配电路、滤波稳压处理后，送至储能电容形成体内能源，实现对体内部分的供能。系统的初始化包括通过按钮设定排便警报阈值，反映便意的紧迫程度；通过按钮设定钳夹压力值，使钳夹囊袋具有对肠道适当的压紧力，防止粪便随时随地流出。系统初始化后开始正常工作，微型液压泵向钳夹囊袋注入生理盐水，通过钳夹压力传感器构成反馈控制，直到钳夹囊袋中生理盐水压力稳定在设定值，人造肛门可靠关闭。同时，微型压力传感器敏感压力感知囊袋中生理盐水的压力。随着肠道内储粪量的增加，压力感知囊袋受压，压力感知囊袋中生理盐水的压力增大，该压力值通过微型压力传感器调理电路、单片机处理后，送至无线通信模块向体外发射。体外部分的无线通信模块接收该压力信号，并经单片机系统处理后在显示器显示出来。同时单片机系统通过软件不断将输入压力值与设定的阈值进行比较，当压力值达到设定的阈值时，蜂鸣器发出声音，提示患者该找厕所排便了。排便准备工作完成后，患者只需按排便启动按钮。排便启动信号经单片机系统处理后，送至无线通信模块。体内部分的无线通信模块接收上述信号，并送至单片机，单片机控制微型液压泵将钳夹囊袋中的生理盐水排至储液囊袋，人造肛门打开正常排便。排便完毕，患者只需按排便关闭按钮，通过上述类似的控制过程，微型液压泵向钳夹囊袋注入生理盐水使人造肛门可靠关闭，这样就完成了一次排便过程，并实现正常的排便控制。
权利要求
1.一种反馈控制型肛门人造括约肌系统，包括体内部分和体外部分，其特征在于体内部分由无线通信模块、人造肛门括约肌和人造肛门括约肌控制器组成，由体内能源模块提供能源，其中，无线通信模块由微型无线收发器和天线组成，人造肛门括约肌由硅胶衬垫、压力感知囊袋、微型压力传感器、钳夹囊袋、钳夹压力传感器、储液囊袋组成，人造肛门括约肌控制器由微型压力传感器调理电路、钳夹压力传感器调理电路、微型液压泵、微型液压泵驱动电路、单片机组成，微型液压泵通过导管分别与钳夹囊袋及储液囊袋相连接，微型液压泵由微型液压泵驱动电路控制，钳夹囊袋中的钳夹压力传感器通过导线与钳夹压力传感器调理电路连接，压力感知囊袋中的微型压力传感器通过导线与微型压力传感器调理电路连接，压力感知囊袋和钳夹囊袋同时安置在硅胶衬垫上；单片机同时与微型压力传感器调理电路、钳夹压力传感器调理电路、微型液压泵驱动电路、微型无线收发器相连；体外部分由皮上无线能量传输发射线圈、谐波振荡电路、无线通信模块、单片机系统、显示器、按钮、蜂鸣器、电池、导线组成，皮上无线能量传输发射线圈通过导线与谐波振荡电路相连，谐波振荡电路与单片机系统相连，采用电池同时对单片机系统、谐波振荡电路和无线通信模块进行供电，无线通信模块与单片机系统相连，单片机系统还同时与显示器、按钮、蜂鸣器连接。
2.根据权利要求1的反馈控制型肛门人造括约肌系统，其特征在于所述体内能源模块由皮下无线能量传输接收线圈、导线、适配电路、滤波稳压装置及储能电容组成，皮下无线能量传输接收线圈通过导线连接适配电路，适配电路的输出经滤波稳压装置连接储能电容。
全文摘要
本发明涉及一种反馈控制型肛门人造括约肌系统，体内部分包括无线通信模块、由压力感知囊袋、微型压力传感器、钳夹囊袋、钳夹压力传感器及储液囊袋组成的人造肛门括约肌、由微型压力传感器调理电路、钳夹压力传感器调理电路、微型液压泵、微型液压泵驱动电路及单片机组成的人造肛门括约肌控制器，由体内能源模块提供能源；体外部分包括皮上无线能量传输发射线圈、谐波振荡电路、无线通信模块、单片机系统。本发明通过体外无线供能及无线通信技术，实现体内部分的完全内置，从根本上消除经过皮肤的感染可能性，通过微型传感等技术实现对肠道内粪便储量的检测和显示、报警提示，检测和控制的自动化使患者具备正常排便功能，极大提高其生活质量。
文档编号A61F5/44GK1861020SQ20061002498
公开日2006年11月15日 申请日期2006年3月23日 优先权日2006年3月23日
发明者颜国正, 刘华, 王文兴, 丁国清, 颜德田, 姜萍萍 申请人:上海交通大学