CN103654804A - 便意信号检测与便意重建系统 - Google Patents

Abstract

一种肠胃道医疗器械技术领域的便意信号检测系统，包括：括约肌假体、若干用于采集肠道压力变化的压力传感器、压力信号处理模块、微控制器、无线通讯模块以及体外控制模块，其中：压力传感器置于括约肌假体远肛门端的轴向平面，肠道压力经由压力信号处理模块转化为电信号并传输至微控制器，微控制器通过从电信号中提取多个传感器的实时肠道压力值，与设置便意压力阈值比较得到便意特征提取信息，并通过无线通讯模块将便意特征提取信息传递至体外控制模块，体外控制模块接收到便意特征提取信息后与内置数据库进行比较并报警以实现便意重建。本发明实现便意信号的准确检测，提取便意信号并实现便意信号重建，方便大便失禁患者掌握有效的排便时机。

Description

便意信号检测与便意重建系统

技术领域

本发明涉及的是一种肠胃道医疗器械技术领域的系统，具体是一种实现便意检测与便意重建的系统。

背景技术

大便失禁是临床上常见的一种病症，据资料统计成年人的发病率高达2%，65岁以上者发病率可达7%。大便失禁是指肛管括约肌失去对粪便及气体排出的控制能力，它容易造成多种并发症，不仅给患者带来极大痛苦，而且给护理工作带来诸多困难，随着人口老龄化趋势的发展，大便失禁已经成为临床急需解决的病症之一。由于肛管括约肌丧失功能或肛管括约肌被切除等原因造成重度大便失禁病症，外科治疗这种大便失禁的方法有肠造口手术和植入人工肛门括约肌假体。

经对现有技术的文献检索发现：中国专利申请号：200610017244.6，公开了一种便意信号检测及处理方法，其通过采集生物电信号，通过放大、陷波、带通滤波以及信号处理得到便意信号。考虑到生物电信号微弱难于处理，且通过体外检测到的生物电信号中混杂了多种电信号如心电信号、肌电信号等，其生物电信号能否有效表征便意有待进一步验证。

美国专利号：US7011622B2以及US8172745A1，公开了一种Artificial Anal Sphincter（用于治疗大便失禁的人工肛门括约肌），该技术采用人造括约肌假体用于治疗肛门失禁，其有效运用在患者体内实现人工控便与排便，但其不具备便意检测与便意重建功能，是一种盲动式的控制方式，不能掌握患者的恰当的排便时机。

经过对现有技术的检索发现，日本专利文献号JP2001289806，公开日2001-10-19，公开了一种EXCRETION DETECTING METHOD AND APPARATUS THEREFOR（便意检测方法及装置），该技术通过气体传感器对尿片层内的气体以及外部的气体进行检测后进行信号比较实现便意信号的检测。但该技术的缺陷和不足在于通过气体判断便意，其判断便意可靠性有待验证。

另外根据《中国生物医学工程学报》刊物2012,31(6):846-852刊登的一篇题为“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”的论文，以及《仪器仪表学报》刊物34.5(2013):1173-1180刊登的一篇题为"新一代反馈式人工肛门括约肌系统的研究."的论文提出：当进入直肠的内容物增加到110mL、直肠内压达到2.47Kpa时，产生便意；当进入直肠的内容物增加到220mL左右、直肠内压达到4.61Kpa时，内括约肌失去大便自制功能，需要排便。因此可以通过采集结肠或者直肠处的肠道内压力信号来提取便意。根据中国《医疗保健器具》刊物2003.No.11，P.22～27刊登的一篇题为“胃肠电检测分析系统的原理结构及临床意义研究”的论文中提出：当人没有便意时，人体的降结肠、乙状结肠的蠕动频率很低，当人有便意时，蠕动波频率加快。因此可以通过采集结肠处的肠道脉动压力信号来提取便意。

发明内容

本发明针对现有技术存在的上述不足，提出一种便意信号检测系统，通过设置压力传感器于体内直肠或结肠合适部位，提取与肠道内容物相关的肠道内压与肠道蠕动引起的压力脉动信号，处理两种压力信号，提取便意信号。并通过便意信号提取反馈便意信号至体外系统，报警示意，实现便意信号重建。实现便意信号的准确检测，提取便意信号并实现便意信号重建，方便大便失禁患者掌握有效的排便时机。

本发明是通过以下技术方案实现的，本发明包括：括约肌假体、若干用于采集肠道压力变化的压力传感器、压力信号处理模块、微控制器、无线通讯模块以及体外控制模块，其中：压力传感器置于括约肌假体远肛门端的轴向平面，肠道压力经由压力信号处理模块转化为电信号并传输至微控制器，微控制器通过从电信号中提取多个传感器的实时肠道压力值，与设置便意压力阈值比较得到便意特征提取信息，并通过无线通讯模块将便意特征提取信息传递至体外控制模块，体外控制模块接收到便意特征提取信息后与内置数据库进行比较并报警以实现便意重建。

所述的系统优选连接至反馈式的人工肛门括约肌系统上，如机械指扣式的人工肛门括约肌系统与弹性缩放式人工肛门括约肌系统，通过压力传感器采集肠道压力信息提取便意。

在本发明的一个简化实施方案中，所述的系统中的括约肌假体可用硅胶套代替，压力传感器置于硅胶套上，将硅胶套套置于结肠或直肠上。

所述的压力传感器优选采用耐水性的微型压力传感器。

所述的括约肌假体包括：若干竖直排布的指节机构和收放执行机构，其中：指节机构为圆环形结构且包括若干依次转动连接的指节件，收放执行机构包括：驱动绳、两个卷扬轮和微型电机，其中：驱动绳顺次穿过指节机构的各个指节件，驱动绳一端固定在末端指节件上，另一端穿过卷扬轮上设置的圆形孔，并固定在卷扬轮上，两个卷扬轮与微型电机相连，通过卷扬轮实现驱动绳的收放，进而带动各个指节件沿径向收缩或扩张，实现指节机构整体内径的变化。

所述的驱动绳在每个指节结构上设有两根，分别设置于指节件的两侧，从而整体上分别位于指节结构的内径侧和外径侧且对应控制缩和控制放。

所述的位于指节机构的首端和尾端的两个指节件分别与卷扬轮转动连接。

所述的指节件的结构为：中部为长方形主体，前端和末端为用于转动连接的连接部，两侧为设置驱动绳的穿线孔。

所述的连接部为开有通孔的耳板结构，不同指节件的两个耳板结构分别由插销件相连。

所述的压力传感器等距设置于远肛肠端的指节件上。

所述的压力信号处理模块包括：桥式的处理电路，将对应的压力信号输出为线性对应的电压信号；精密放大电路，将电压信号放大并输出模拟电压信号；AD转换电路，将模拟电压信号转换为数字信号。

所述的微处理器可采用但不限于PIC16F690单片机，该微处理器其具有体积微小，功耗低的特点，针对指扣式人工肛门括约肌与弹性缩放式人工肛门括约肌系统，其系统本身包含该模块。

所述的无线通讯模块可采用但不限于以si4431为核心的通讯芯片，该无线通讯模块具有体积微小，功耗低的特点，针对指扣式人工肛门括约肌与弹性缩放式人工肛门括约肌系统，其系统本身包含该模块。

所述的微型压力传感器采用医用硅胶进行集成耐水封装，保证系统植入的生物安全性与组织相容性。

附图说明

图1为本发明结构示意图。

图2为实施例1设置图。

图3为人工肛门括约肌假体结构示意图。

图4为实施例1便意提取的流程图。

具体实施方式

下面对本发明的实施例作详细说明，本实施例在以本发明技术方案为前提下进行实施，给出了详细的实施方式和具体的操作过程，但本发明的保护范围不限于下述的实施例。

实施例1

如图1和图2所示，本实施例包括：指扣式人工肛门括约肌假体5、若干用于采集肠道压力变化的压力传感器1、2、3、4、压力信号处理模块、微控制器、无线通讯模块以及体外控制模块。

所述的压力传感器为接触式压力传感器或者其它适合的压力传感器，本实施例中压力传感器为4个，具体运用中传感器数量不限于4个。

在本实施例中传感器的安放位置为假体轴向面的远离肛门端；也可设置于假体与肠壁接触面；针对水囊式假体也可设置与假体水囊内；针对独立的便意提取系统，可采用弹性硅胶套套置于直肠或者结肠上。

如图3所示，所述的指扣式人工肛门括约肌假体5包括：若干竖直排布的指节机构6和收放执行机构7，其中：指节机构6为圆环形结构且包括若干依次转动连接的指节件8，收放执行机构7包括：驱动绳（图中未示出）、两个卷扬轮10和微型电机11，其中：驱动绳顺次穿过指节机构6的各个指节件8，驱动绳一端固定在末端指节件8上，另一端穿过卷扬轮10上设置的圆形孔，并固定在卷扬轮10上，两个卷扬轮10与微型电机11相连，通过卷扬轮10实现驱动绳的收放，进而带动各个指节件8沿径向收缩或扩张，实现指节机构6整体内径的变化。

所述的驱动绳在每个指节结构上设有两根，分别设置于指节件8的两侧，从而整体上分别位于指节结构的内径侧和外径侧且对应控制缩和控制放。

所述的位于指节机构6的首端和尾端的两个指节件8分别与卷扬轮10转动连接。

所述的指节件8的结构为：中部为长方形主体，前端和末端为用于转动连接的连接部12，两侧为设置驱动绳的穿线孔13。

所述的连接部12为开有通孔14的耳板结构，不同指节件8的两个耳板结构分别由插销件15相连。

所述的微型电机11连接感知肠道压力变化的压力传感器。

如图4所示，本实施例中传感器的安放方式运用在假体关闭情况下，假体关闭后，远离肛门端的直肠贴在假体上轴向面，挤压四个压力传感器。肠道内容物增多，其压力跟随内容物增多而增大；当内容物增多至a毫升如100mL时，产生的压力为便意压力阈值a(Kpa)；当肠道具有便意时，其蠕动频率增加，统计此时的肠道蠕动次数，设为b次/小时，为便意蠕动阈值。实时监控肠道压力信号，提取缓慢变化的压力信号1与由肠道蠕动产生的脉动压力信号2，将信号1与信号2与便意压力阈值a、便意蠕动阈值b相比较，当实时压力的两项数据均大于a、b时，判断为有便意。本实施例中以缓慢变化的压力信号1跟便意压力阈值a相比较为例。

本实施例中的传感器设置完成后，对整个假体及传感器进行医用硅橡胶薄膜封装，保证整个机构的生物相容性与组织安全性。封装完成后，需对传感器进行标定。

本实施例中的压力信号为四个压力传感器的压力平均值，并通过压力传感器处理模块进行相应处理。

本实施例中针对便意提取的程序流程图如图2所示，假体关闭状态下：实时监测肠道因内容物增多引起的变化压力信号，并与便意压力阈值a比较，当实时的肠道压力信号稳定大于a时，判断为有便意并传输便意信号至体外；

体外系统接收到便意信号，进行蜂鸣示意排便，实现便意重建。

本系统通过压力信号实现对便意信号的提取，可将便意提取与人工肛门括约肌融合运用，实现便意重建，具有新颖性与前瞻性，具有广泛的运用前景。

Claims (10)

1.一种便意信号检测与便意重建系统，其特征在于，包括：括约肌假体、若干用于采集肠道压力变化的压力传感器、压力信号处理模块、微控制器、无线通讯模块以及体外控制模块，其中：压力传感器置于括约肌假体远肛门端的轴向平面，肠道压力经由压力信号处理模块转化为电信号并传输至微控制器，微控制器通过从电信号中提取多个传感器的实时肠道压力值，与设置便意压力阈值比较得到便意特征提取信息，并通过无线通讯模块将便意特征提取信息传递至体外控制模块，体外控制模块接收到便意特征提取信息后与内置数据库进行比较并报警以实现便意重建；

所述的压力信号包括：肠道内容物增多产生的压力信号以及肠道蠕动信号。

2.根据权利要求1所述的系统，其特征是，所述的系统与反馈式的人工肛门括约肌系统相连，通过压力传感器采集肠道压力信息提取便意。

3.根据权利要求1所述的系统，其特征是，所述的括约肌假体为硅胶套，压力传感器置于硅胶套上，将硅胶套套置于结肠或直肠上。

4.根据权利要求1所述的系统，其特征是，所述的压力传感器采用耐水性的微型压力传感器。

5.根据权利要求1所述的系统，其特征是，所述的括约肌假体包括：若干竖直排布的指节机构和收放执行机构，其中：指节机构为圆环形结构且包括若干依次转动连接的指节件，收放执行机构包括：驱动绳、两个卷扬轮和微型电机，其中：驱动绳顺次穿过指节机构的各个指节件，驱动绳一端固定在末端指节件上，另一端穿过卷扬轮上设置的圆形孔，并固定在卷扬轮上，两个卷扬轮与微型电机相连，通过卷扬轮实现驱动绳的收放，进而带动各个指节件沿径向收缩或扩张，实现指节机构整体内径的变化。

6.根据权利要求5所述的系统，其特征是，所述的驱动绳在每个指节结构上设有两根，

分别设置于指节件的两侧，从而整体上分别位于指节结构的内径侧和外径侧且对应控制缩和控制放。

7.根据权利要求5所述的系统，其特征是，所述的位于指节机构的首端和尾端的两个指节件分别与卷扬轮转动连接。

8.根据权利要求5所述的系统，其特征是，所述的指节件的结构为：中部为长方形主体，前端和末端为用于转动连接的连接部，两侧为设置驱动绳的穿线孔。

9.根据权利要求5所述的系统，其特征是，所述的压力传感器等距设置于远肛肠端的指节件上。

10.根据权利要求1所述的系统，其特征是，所述的压力信号处理模块包括：桥式的处理电路，将对应的压力信号输出为线性对应的电压信号；精密放大电路，将电压信号放大并输出模拟电压信号；AD转换电路，将模拟电压信号转换为数字信号。

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