无线供能弹性缩放式人工肛门括约肌系统研究

发布时间：2017-09-26 06:46

  本文关键词：无线供能弹性缩放式人工肛门括约肌系统研究

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【摘要】：肛门失禁严重影响患者的正常生活,严重的肛门失禁患者常采用肠造口术,但肠造口给患者带来沉重的生理与心理负担。寻找替代肠造口术的治疗方式,一直是研究的难点与热点,人工肛门括约肌研究在这样背景下应运而生。但现有的人工肛门括约肌在假体结构、控制方式、便意重建、系统结构等方面存在诸多缺点,设计符合植入要求的人工肛门括约肌系统成为医工结合学科的重要研究内容。本文依托国家自然基金(NO.31170968),结合课题组多年的研究成果,开展了无线供能弹性缩放式人工肛门括约肌系统(Elastic Scaling of Artificial Anal Sphincter System,ES-AASS)研究。本文的研究内容主要有以下几点。1.对水囊式人工肛门括约肌系统(Artificial Anal Sphincter System,AASS)进行了植入式活体动物实验,实验动物为两只比格犬,实验时间为7周。在实验过程中,系统的有效性、安全性得到验证,同时系统存在的不足主要有以下三点:首先系统植入时需要进行肠吻合术,对实验对象造成一定伤害影响实验效果,研制无需直肠吻合术的假体是本文重点之一;其次系统的“便意”提取不稳定,“便意”采集模块有待优化;最后在充电过程,系统出现工作不稳定的情况,研制在充电过程中能够保证植入式系统稳定工作的无线能量传输系统(Wireless Energy Transmission,WET),也是本文的关键内容之一。2.设计新型弹性缩放式人工肛门括约肌假体。从总体结构而言,弹性缩放式假体无需水囊式假体包含的水泵与储液囊袋,有效减少系统的复杂度与总体质量,并杜绝水囊式假体渗漏现象。同时假体设计了拧合机构,植入时无需进行直肠吻合术。3.根据新式假体,改进体内控制电路设计,设计多路压力采集电路,用于更准确提取“便意”;加入温度测量模块,实时测量无线能量传输过程中,体内接收线圈的温度,并控制充电强度使温度在安全范围内。4.设计稳定性更好的无线能量接收模块:设计以BQ24072为核心的电源管理芯片,有效解决电池充电过程中肛门括约肌系统不能稳定工作的问题,为系统提供稳定的能量供应。5.研究无线能量传输系统,以提高传输效率与系统稳定性为优化目标进行研究与实验。分析频率分叉现象,并以调节等效负载的方式,避免频率分叉现象发生。在线圈结构方面进行优化:采用多股litz线代替漆包铜线,有效减小趋肤效应;选用较优litz线线径与股数,并设计接收线圈的内外径之比,提高了接收效率。大量实验结果表明,本文设计的WET系统最优传输效率达81.7%。6.开展针对ES-AASS的离体实验,验证了整套系统的功能有效性与稳定性,得到初步的控便压力阈值,验证了“便意”提取可行性。
【关键词】：肛门失禁 弹性缩放式人工肛门括约肌 无线能量传输 频率分叉 动物实验
【学位授予单位】：上海交通大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：TH77
【目录】：

• 摘要5-7
• ABSTRACT7-11
• 第一章 绪论11-26
• 1.1 课题研究背景与意义11-12
• 1.2 排便相关知识12-17
• 1.2.1 排便相关生理结构知识12-14
• 1.2.2 排便过程14-15
• 1.2.3 肛门失禁的传统治疗方法15-17
• 1.3 人工肛门括约肌的研究现状17-23
• 1.3.1 临床运用的人工肛门括约肌17-21
• 1.3.2 实验阶段的人工肛门括约肌系统21-23
• 1.4 本文研究内容23-24
• 1.5 论文的组织结构24-26
• 第二章 系统方案与假体研究绪论26-40
• 2.1 人工肛门括约肌系统26-27
• 2.2 系统整体方案设计27-29
• 2.3 仿生式括约肌假体设计29-39
• 2.3.1 水囊式人工肛门括约肌假体29-31
• 2.3.2 弹性缩放式人工肛门括约肌假体31-35
• 2.3.3 多关节指扣式人工肛门括约肌假体35-39
• 2.3.4 括约肌假体总结39
• 2.4 本章小结39-40
• 第三章 反馈式控制系统研究40-47
• 3.1 括约肌控制系统研究40-41
• 3.2 体外控制子系统41-42
• 3.3 体内控制子系统42-44
• 3.3.1 体内微控制器与无线通讯42-43
• 3.3.2 压力检测、温度采集与“便意”重建43-44
• 3.4 系统软件架构44-46
• 3.4.1 体外控制子系统软件设计44-45
• 3.4.2 体内控制子系统软件设计45-46
• 3.5 本章小结46-47
• 第四章 无线能量传输系统47-67
• 4.1 基于电磁耦合的无线能量研究47-48
• 4.2 无线供能系统设计48-52
• 4.2.1 DC-AC全桥逆变发射电路48-50
• 4.2.2 接收电路50-52
• 4.3 无线供能系统理论研究52-58
• 4.3.1 WET系统模型52-55
• 4.3.2 频率分叉现象研究55-58
• 4.4 WET系统线圈优化研究58-66
• 4.4.1 铜线与litz线对比59-61
• 4.4.2 不同线径litz线对比61-63
• 4.4.3 不同内外径之比的线圈对比63-66
• 4.5 本章小结66-67
• 第五章 系统实验67-76
• 5.1 AASS动物实验67-72
• 5.1.1 实验内容67-70
• 5.1.2 实验结果及分析70-72
• 5.2 ES-AASS离体实验72-75
• 5.2.1 实验内容73-74
• 5.2.2 实验结果及分析74-75
• 5.3 本章小结75-76
• 第六章 总结与展望76-79
• 6.1 主要工作与创新点76-77
• 6.2 后续工作与展望77-79
• 参考文献79-82
• 致谢82-83
• 攻读硕士期间已发表或录用的论文83-84
• 攻读硕士期间已申请的专利84-85
• 附件85

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本文编号：922071