人造膀胱智能控制装置及其控制方法与流程

本发明涉及一种医用机械性人造器官。尤其是涉及一种适用于全膀胱切除的患者的原位植入式人造膀胱智能控制装置及其控制方法。

背景技术：

在机械智能化人造器官领域，常采用的科学技术包括机械设计，自动控制，传感技术，材料制造加工等。目前研究最多的机械智能化人造器官是人工心脏。对于不同的机械性智能化人造器官，其区别主要有机械结构的设计不同，传感器的选用不同，智能系统的设计不同等。

膀胱癌是一种发病于泌尿生殖系统的常见恶性肿瘤疾病。从最近的统计资料来看，膀胱癌居中国男性泌尿生殖系恶性肿瘤发病率第1位，居中国恶性肿瘤发病率第8位，占中国恶性肿瘤发病构成的2.50%，发病率呈逐年上涨的趋势。根治性全膀胱切除术是临床用于治疗膀胱癌的首选措施，可有效降低疾病复发率，但术后尿流改道仍是临床医学一项难题。

对于全膀胱切除的患者，永久性尿流改道及膀胱重建术主要采用输尿管皮肤造口术及各种肠道代替膀胱手术，其常见问题有感染发生率高，酸碱失衡，肾功能恶化，尿潴留或尿失禁，术后护理复杂和患者生活质量降低等。因此，许多相关领域的研究者尝试制造人工膀胱来替代自体膀胱，以解决目前治疗方法存在的固有问题。

目前，根据已知的资料已有研究者采用组织工程的方法培育出了生物性的人工膀胱，也有研究者尝试使用高分子材料来制作膀胱假体来代替自体膀胱（专利号CN105792777A的原位人造膀胱内假体）。上述两种人造膀胱都属于非智能型人造膀胱，均无法感知膀胱充盈程度，也都无法自主收缩排尿，因此，尚不能有效代替自然膀胱。

另外，也有两项专利提出了制造智能化人工膀胱专利。一项是“智能型原位植入式人工膀胱”（专利号为CN1339290A），另一项是“人工膀胱”（专利号为TWM268573U）。上述两项专利均未提出智能系统的具体解决方案，并且都不具有进尿监测、排尿保护、器件故障监测等功能，在机械结构与电源系统的设计上也都不够完备。目前，两项专利都没有实际应用的相关报道或资料。

技术实现要素：

发明目的：本发明针对上述现有技术存在的问题而提供一种人造膀胱智能控制装置及其方法。本发明是根据自然膀胱的形态及功能，采用全新的机械结构与自动控制技术而设计的人造膀胱智能控制装置。

技术方案：

本发明是一种人造膀胱智能控制装置，该装置包括进尿监测区、智能控制系统、主体机构、电源系统及外部结构；

其中：

所述的进尿监测区由小储尿囊与进尿监测传感器组成；所述小储尿囊的进尿口通过连接管与主体外壳的进尿连接管相连，出尿口通过连接管与主储尿囊进尿口相连；有进尿监测传感器固定于所述小储尿囊周围，通过导线与控制芯片特定输入引脚的接口相连；

所述智能控制系统由电路板、尿量监测传感器、器件故障监测传感器、遥控器、开关a及开关b组成；所述电路板上的器件包括控制芯片、排尿报警信号发射器、故障报警信号发射器、遥控信号接收器、电源接口、电机接口、各传感器接口；进尿监测传感器、尿量监测传感器、器件故障监测传感器和遥控信号接收器与控制芯片的相应输入引脚相连；排尿报警信号发射器、故障报警信号发射器、开关a、开关b和电机与控制芯片的相应输出引脚相连；控制芯片和各器件电源端共用电源接口，电源接口通过导线与电池相连；

所述主体机构由主储尿囊、升降台和电机组成；所述升降台上设有上顶、下底、伸缩支架和丝杠；所述主储尿囊的顶部和底部与升降台的上顶和下底相连，主储尿囊进尿口通过连接管与小储尿囊的出尿口相连，主储尿囊出尿口通过连接管与主体外壳的排尿连接管相连；所述电机与所述升降台的丝杠相连；

所述电源系统由充电电池和充电系统构成；

所述外部结构由主体外壳、输尿管连接管和尿道连接管组成；所述主体外壳上设有进尿连接管和排尿连接管；所述输尿管连接管内设有防反流结构。

以上技术方案所述的人造膀胱智能控制装置，优选地：在所述的进尿监测区中，多个进尿监测传感器固定于小储尿囊周围，当尿液进入小储尿囊使其充盈膨胀时，进尿监测传感器产生监测信号并将该信号传输给智能控制系统。

以上技术方案所述的人造膀胱智能控制装置，优选地：所述智能控制系统在收到进尿监测区的监测信号后，控制开关a打开并使电机转动从而使主储尿囊中的压力减小而使小储尿囊中的尿液流入主储尿囊；

所述尿量监测传感器设定为：当主储尿囊中的尿液达到230～260ml时发出信号使智能系统自动报警；当尿液继续储存达到280～300ml时，再次报警并选择是否排尿；如果选择继续储尿，当尿液达到320ml时，再次报警，如仍未收到排尿信号，智能控制系统将自动控制电机转动排出部分尿液；

所述智能控制系统通过遥控器控制报警停止及控制电机转动排空尿液。

以上技术方案所述的人造膀胱智能控制装置，优选地：电机带动丝杠旋转以控制伸缩支架的伸展及收缩，进而使伸缩支架上的主储尿囊吸入、排除尿液。

以上技术方案所述的人造膀胱智能控制装置，优选地：所述的电源系统中的充电系统为无线充电装置。

以上技术方案所述的人造膀胱智能控制装置，优选地：所述小储尿囊容积15～25ml。

以上技术方案所述的人造膀胱智能控制装置，优选地：所述上顶为凹形。

以上技术方案所述的人造膀胱智能控制装置，优选地：所述小储尿囊、主储尿囊、进尿连接管、防反流结构、排尿连接管、输尿管连接管、尿道连接管等管腔内壁均有防尿盐涂层。

所述的人造膀胱智能控制装置的控制方法，该方法包括下述步骤：

1）进尿监测步骤：尿液的压力使小储尿囊充盈，小储尿囊充盈膨胀后使进尿监测传感器产生监测信号以监测尿液；

2）模仿进尿时自然膀胱的舒张过程的步骤：当进尿监测传感器的监测信号传入电路板，智能控制系统会发出命令，使主体机构的电机顺时针转动，带动伸缩支架伸展，进而带动主储尿囊伸展，使主储尿囊内部压力减小，从而使小储尿囊中的尿液流入主储尿囊；

3）模仿自然膀胱收缩排尿的过程的步骤：当主体机构持续从小储尿囊吸入尿液，并达到230～260ml时，智能系统发出报警，提示排尿，此时使用遥控器发射信号给智能系统，智能系统输出指令电机逆时针转动，使伸缩支架带动主储尿囊收缩，在主储尿囊中形成压力，从而排出主储尿囊中的尿液；230～260ml报警时，或选择停止报警并继续储尿；当主储尿囊中的尿液达到280～300ml时，智能系统会再次报警，此时亦选择排尿或继续储尿；如果继续储尿，当尿液达到320ml而仍未排尿时，智能系统输出指令，主体机构接受指令而排出部分尿液；

4）排尿报警步骤：排尿报警信号由电路板上的排尿报警信号发射器发出，当体外的报警信号接收器接收到该信号后，将发出排尿报警提示；

5）故障报警步骤，故障报警信号由电路板上的故障报警信号发射器发出，当体外的报警信号接收器接收到该信号后，将持续发出故障示警。

优点及效果：

1.解决了尿流改道或膀胱重建手术术后给患者带来的感染、酸碱失衡、肠管肿瘤、肾功能恶化等常见问题；

2.采用小储尿囊监测，智能控制装置配合主体机构控制进尿，最好地模拟了自然膀胱的尿液进入过程；

3.采用升降台带动主储尿囊伸展从而减小其内部压力的方法，使患者无论处于何种姿势体位都能使尿液顺利进入主储尿囊；

4.采用凹形上顶，可以填充主储尿囊排空形成的空腔，从而可以有效排空尿液，减少尿液残留；

5.使用无线充电方式，避免了外接电源创伤皮肤导致的感染；

6.智能控制装置不仅实现了自动报警、随时自主排尿等常规功能，并且设计了进尿监测、排尿保护、器件故障监测等保障功能；

7.与尿液接触的管腔内壁均有防尿盐涂层，能有效避免尿盐残留与结石；

8.开关与防反流结构联合使用能够有效防止反流，并能有效储存尿液和防止尿失禁；

9.可根据患者的情况选择不同尺寸的输尿管连接管与尿道连接管，便于手术吻合，从而降低了连接处漏尿的风险；

10.与目前已有的各种人造膀胱相比，最好地模拟了自然膀胱的各项主要生理功能，最大限度地提高了患者的生活质量。

附图说明：

图1是本发明电路框图。

图2是本发明升降台与电机的三维结构示意图。

图3是本发明主储尿囊的三维示意图。

图4是本发明主体机构的三维示意图。

图5是本发明主体机构的侧视示意图。

图6是本发明主体机构的前视示意图。

图7是本发明主体机构的俯视示意图。

图8是本发明整体结构的剖面示意图。

图1中，1、控制芯片，2、控制芯片若干输入引脚， 3、控制芯片输入引脚，4、控制芯片若干输入引脚， 5、遥控信号接收器， 6、排尿报警信号发射器， 7、故障报警信号发射器，8、控制芯片两个输出引脚， 9、控制芯片若干输出引脚， 10、电源接口。

图2、图3、图4、图5、图6、图7中，11、上顶，12、伸缩支架，13、下底，14、丝杠，15、电机，16、主储尿囊进尿口，17主储尿囊出尿口。

图8中，18、主体外壳，19、升降台，20、电机，21、进尿监测区，22、主储尿囊，23、电路板，24、电池，25、无线充电系统接收线圈，26、开关a，27、开关b，28、上挡板，29、下挡板，30、进尿连接管，31、主储尿囊进尿口，32、排尿连接管。

具体实施方式：

下面结合附图和实施例详细描述本发明。

本发明人造膀胱智能控制装置的结构，如图1，2，3，4所示。其中，电路板23上控制芯片1的若干输入引脚2外接若干进尿监测传感器；控制芯片1的输入引脚3外接尿量监测传感器；控制芯片1的若干输入引脚4外接若干故障监测传感器；遥控信号接收器5集成于电路板23上，与控制芯片1的相应输入引脚相连；排尿报警信号发射器6集成于电路板23上，与控制芯片1的相应输出引脚相连；故障报警信号发射器7集成于电路板23上，与控制芯片1的相应输出引脚相连；控制芯片1的两个输出引脚8外接开关a 26与开关b 27；控制芯片1的若干输出引脚9外接电机20；电源接口10外接电源，为电路板23上各器件以及外接器件供电。

本发明人造膀胱智能控制装置由以下部分构成：

a. 进尿监测区21：由小储尿囊与进尿监测传感器组成。小储尿囊的进尿口通过连接管与主体外壳18的进尿连接管30相连，出尿口通过连接管与主储尿囊22进尿口相连；若干进尿监测传感器固定于小储尿囊周围。

b. 智能控制系统：由电路板23、尿量监测传感器、器件故障监测传感器、体外遥控器、开关a 26、开关b 27及相应控制程序组成。电路板23上器件包括控制芯片1、排尿报警信号发射器6、故障报警信号发射器7、遥控信号接收器5、电源接口10、电机接口、各传感器接口等，体外遥控器内设有报警信号接收器，进尿监测传感器、尿量监测传感器、器件故障监测传感器和遥控信号接收器5与控制芯片1的相应输入引脚相连；排尿报警信号发射器6、故障报警信号发射器7、开关a 26、开关b 27和电机20与控制芯片1的相应输出引脚相连；控制芯片1和各器件电源端共用电源接口10，电源接口10通过导线与可充电电池24相连。

c. 主体机构：由主储尿囊22、升降台19、电机20组成。升降台19由凹形上顶11、下底13、伸缩支架12和丝杠14构成。主储尿囊22的顶部和底部与升降台19的上顶11和下底13相连，进尿口通过连接管与小储尿囊的出尿口相连，出尿口通过连接管与主体外壳18的排尿连接管32相连；电机20与升降台19的丝杠14相连。

d. 电源系统：由可充电电池24、无线充电系统构成。

e. 外部结构：由主体外壳18、输尿管连接管和尿道连接管组成。主体外壳上设有进尿连接管30和排尿连接管32，输尿管连接管内有防反流结构。

本发明所述的进尿监测区21小储尿囊容积15～25ml，若干进尿监测传感器固定于小储尿囊周围，通过导线与控制芯片1特定输入引脚2的接口相连。所述的智能系统电路板23，板上器件包括控制芯片1、排尿报警信号发射器6、故障报警信号发射器7、各传感器接口、电源接口10等，开关、电机20、电源与各传感器等均通过导线与电路板23相应接口相连。主体机构升降台19上顶11为凹形，主储尿囊22容积大于320ml。主储尿囊22的顶部和底部与升降台19的上顶11和下底13相连，升降台19的丝杠14与电机20相连，电机20通过导线与电路板23控制芯片1特定输出引脚9的相应接口相连。小储尿囊、主储尿囊22、进尿连接管30、防反流结构、排尿连接管32、输尿管连接管、尿道连接管等管腔内壁均有防尿盐涂层；主体外壳18由生物相容性良好的高分子材料制造。

本发明所述的电源系统通过充电电池24为电路板23供电；无线充电系统接收线圈25与电池24相连，无线充电系统发射模块在体外接入普通电源。

本发明通过安装在主体外壳18内部的电池24为系统供电，并采用无线充电技术为电池充电，能够解决植入后更换电池需重新手术的问题以及减小由于破坏皮肤充电而造成感染的风险。

本发明人造膀胱智能控制方法，包括下述步骤：

1、进尿监测步骤，由于小储尿囊体积与容积很小，因此肾脏中的尿液通过肾盏、肾盂收缩与输尿管蠕动产生的压力足以使其充盈。小储尿囊充盈膨胀后将使进尿监测传感器产生监测信号，通过以上动作，可以达到“感知”尿液产生的作用；

2、模仿进尿时自然膀胱舒张过程的步骤，进尿监测传感器通过导线与智能控制电路板23的指定接口相连。当监测信号传入电路板23，智能控制发出指令，使主体机构的电机20顺时针转动，带动伸缩支架12伸展，进而带动主储尿囊22伸展，使主储尿囊22内部压力减小，从而使小储尿囊中的尿液流入主储尿囊22，这一过程很好地模仿了进尿时自然膀胱的舒张过程；

3、模仿自然膀胱收缩排尿的过程的步骤，当主体机构持续从小储尿囊吸入尿液并达到230～260ml时，智能系统发出报警，提示排尿。此时可以使用遥控器发射信号给智能系统，使智能系统“命令”电机20逆时针转动，使伸缩支架12带动主储尿囊22收缩，在主储尿囊22中形成压力，从而排出主储尿囊22中的尿液。这一动作很好地模仿了自然膀胱收缩排尿的过程。230～260ml报警时，也可以选择停止报警并继续储尿。当主储尿囊22中的尿液达到280～300ml时，智能系统会再次报警，此时亦可以选择排尿或继续储尿。如果继续储尿，当尿液达到320ml而仍未排尿时，智能系统会“命令”主体机构排出部分尿液，以防止由于压力过大导致的肾脏积水。另外，通过遥控控制，本发明可以实现随时自主排尿，从而大大降低了全膀胱切除手术术后给患者带来的不便。

4、排尿报警步骤，排尿报警信号由电路板23上的排尿报警信号发射器6发出，当体外的报警信号接收器接收到该信号后，将发出排尿报警提示，可选择铃声提示、振动提示或铃声+振动提示，患者或护理人员可根据需要设置报警方式；

5、故障报警步骤，故障报警信号由电路板23上的故障报警信号发射器7发出，当体外的报警信号接收器接收到该信号后，将持续发出故障示警，提示患者或护理人员尽快采取措施。