CN1150863C - 医用原位植入式人工膀胱 - Google Patents

Abstract

一种医用可原位植入式智能型人工膀胱，由尿液输送、贮存系统及智能自动化系统组成，前者包括人工输尿管襻(1)，人工膀胱本体及人工尿道襻，后者包括压力感应及报警装置(5)、自动搞返流装置(2、6)、尿泵及控制器。主要用于膀胱肿瘤，坏死性及间质性膀胱炎，膀胱外伤造成组织严重缺损，结核性膀胱挛缩及先天畸形等许多病理情况下需行膀胱重建及尿流改道的患者。将人体膀胱切除后，人工胶胱原位植入患者盆腔，人工输尿管襻与人体输尿管残端吻合，人工尿道襻与人体尿道残端吻合，重建尿液输送及贮存系统。可随意选择排尿的时机，自主控制排尿。手术操作简单，创伤小。

Description

医用原位植入式人工膀胱

(一)、技术领域

本发明涉及一种医用人造脏器。具体是一种适用于膀胱肿瘤，坏死性及间质性膀胱炎，膀胱外伤造成组织严重缺损，结核性膀胱挛缩及先天畸形等许多病理情况下需要进行膀胱重建及尿流改道的患者的智能型原位植入式人工膀胱。

(二)、技术背景

目前，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，其缺点有：1.感染发生率高，尤其是输尿管至肾盂的逆行性感染；2.存在酸碱失衡及电解质紊乱，如高氯性酸中毒、低钾血症、低镁血症；3.所用替代肠管可能发生恶性肿瘤；4.由于梗阻、尿液返流、残余尿及感染可导致肾功能恶化；5.术后护理复杂；6.不能自主控制排尿；7.存在不同程度的尿失禁；8.需外接集尿器，给患者心理上、社交上及性生活上带来严重影响。近年来虽然手术方式不断完善，但其固有的并发症仍难以克服，为此，许多学者探讨以高分子材料取代人体膀胱的可能性，但主要存在以下问题：1.所用高分子化学材料与机体组织发生反应形成纤维性外鞘，影响人工膀胱的充盈及排空；2.人体输尿管与人工输尿管吻合处由于肉芽组织增生导致梗阻，从而引起肾盂积水，肾功能恶化；3.所用高分子材料植入体内后长期与尿液接触，可导致尿盐沉积及尿石形成，从而产生一系列并发症；4.迄今为止，所有人工膀胱均不能与人体建立排尿反射，受者不能及时感知膀胱充盈与否，从而不能随意自主控制排尿。目前Mayo Clinic研制的最新的人工膀胱模型，应用负压引流克服了大部分人工膀胱遇到肾盂积水、肾功能损害的并发症，也降低了感染的发生率，但其主要的缺点有：1.该型人工膀胱不能与人体建立排尿反射，患者不能及时感知膀胱充盈与否，从而不能自主控制排尿，容易使膀胱内压过高，导致尿液返流；2.人工输尿管襻插入到人体输尿管的袖套状连接，在吻合口处的梗阻发生率较高，3.所用高分子化学材料植入体内后长期与尿液接触，可能形成尿盐沉积及结石；4.该型人工膀胱由2个腔组，充盈及排尿机制复杂且不可靠，容易发生故障，目前还没有6个月以上的实验报道，近期内也不可能用于临床。目前通过组织工程学技术进行膀胱重建的研究工作，试图在体外复制和替代膀胱组织，即以可吸收多聚体如聚羟乙酸(Poly-Glycolic Acid，PGA)及聚乳酸(Ploy-Lactic Acid，PCA)或胶原组织作为细胞生长三维空间结构，在体外培养液中加入生长因子培养膀胱的移行上皮细胞及平滑肌细胞，将培养的组织作为膀胱缺损区的替代材料效果令人满意，在输尿管及尿道的修复方面也取得了令人满意的效果。但膀胱作为一个具有复杂生理功能的器官，除了贮存及排空尿液外，还具有复杂的排尿反射及其他生理功能，组织工程尚无法重建膀胱的神经支配，从而不能满足人体膀胱的生理学要求。

(三)、发明的内容

本发明所要解决的技术问题是针对现有技术存在的上述不足，应用生物医学工程、组织工程及人工智能自动化技术，根据人体膀胱的生理学要求，设计一种可原位植入的智能化人工膀胱，即智能型原位植入式人工膀胱。在尿液输送贮存系统内层附有相应的细胞外基质及框架，植入体内后尿路上皮细胞可沿此附壁生长，从而可成功解决输尿吻合口处由于肉芽组织增生及纤维包裹而导致的梗阻问题，从而防止肾盂积水，有效保护肾功能，便可成功解决由于高分子化学材料长期与尿液接触导致的尿盐沉积及尿石形成问题。应用生物医学工程及人工智能自动化技术，通过压力感应及报警装置，可及时感知膀胱充盈，从而避免膀胱内压过高，导致材料老化及尿失禁等一系列发症，同时通过返流瓣膜关闭，防止尿液返流引起的逆行感染及肾功能损害。当患者接收到膀胱充盈报警信号，做好排尿准备后，可通过控制器启动尿泵，以150ml/min的速度迅速排空尿液，再关闭尿泵及尿道瓣膜，当膀胱内压≤10cmH₂O时，抗返流瓣膜开放，尿液输送贮存系统又开始下一个循环。患者亦可在膀胱未完全充盈时启动及关闭尿泵，随意选择排尿时机，自主控制排尿。由于排尿通路为自身尿道，患者不需外接存尿器，无残余尿及尿失禁，使其更符合生理学要求，从而极大地提高临床上膀胱替代的治疗水平，改善患者的生活质量。

本发明采用智能型原位植入式人工膀胱在对患者施行全膀胱切除术后立即行原位植入术，手术在腹膜外腔进行，且一次完成，操作简单，创伤小，对腹腔内脏器，特别是肠道无刺激，可避免常规手术可能发生的肠道并发症发肠梗阻，吻合口漏等。

本发明解决上述技术问题是通过这样的技术方案实现的：即一种智能型原位植入式人工膀胱，其特征是：由以下部分构成：a.尿液输送及贮存系统：由人工输尿管襻、人工膀胱本体、人工尿道襻组成；

b.智能自动化系统：由压力感应报警装置，自动抗返流装置，尿泵及控制器组成。

C.所述人工输尿管襻、人工膀胱本体具有附着细胞外基质及其框架的内层；人工尿道襻具有附着尿细胞外基质及其框架的内层，自动抗返流装置分别位于人工输尿管襻进入人工膀胱本体处及人工膀胱本体进入人工尿道襻处，尿泵位于人工尿道襻内。

(四)、附图说明

附图是本发明所设计的智能型人工膀胱的基本结构示意图。

图中1--人工输尿管襻；2--抗返流瓣膜；3--人工膀胱有孔硬性有孔高分子化学材料外层；4--人工膀胱附着细胞外基质及其框架内层；5---压力感应报警装置；6---尿道抗返流瓣膜；7--尿泵；8--高能可充电锂电池，为尿泵排空提供能量。

(五)、具体实施方式

参见附图：图中的智能型原位植入式人工膀胱由以下部分构成：

a.尿液输送及贮存系统：由人工输尿管襻1、人工膀胱本体、人工尿道襻组成；

b.智能自动化系统：由压力感应报警装置5，自动抗返流装置2、6，尿泵7及其控制器组成。

C.所述人工输尿管襻、人工膀胱本体具有附着细胞外基质及其框架的内层4；人工尿道襻具有附着尿细胞外基质及其框架的内层，自动抗返流装置2、6分别位于人工输尿管襻进入人工膀胱本体处及人工膀胱本体进入人工尿道襻处，尿泵位于人工尿道襻内。

本发明所述人工输尿管襻1为6-10F的硅质管道，外有尼龙做螺旋状加强层；所述人工膀胱本体由三层组成，外层为有孔硬性高分子材料层，中层为有孔软性硅质材料层，内层附有膀胱细胞外基质及其框架；所述人工尿道襻为具有良好弹性的硅质材料管；

尿泵的启动与关闭由受者通过控制器控制，尿泵的工作由可充电电池8提供能量；可充电锂电池8位于人工尿道襻外。所述自动抗返流装置2、6为抗返流瓣膜；控制器可植于下腹部皮下，亦可置于体外，由受者随身携带。

本发明所述的细胞外基质及框架包括：a.天然细胞外基质及框架，即将同种异体的输尿管，膀胱及尿道组织在无菌条件下切除后，置于特定浓度的甲醛及戊二醛液中对其细胞外基质进行交联保护，之后利用低渗缓冲液，内含Tris，HCL及EDTA等对已固定的细胞进行初交提取，再用RNA酶，DNA酶和一些化学制剂对细胞成份进行二次提取，获得将可引发免疫排斥反应的细胞成份消化掉的输尿管，膀胱和尿道的细胞外基质及框架，置40℃冰箱内待用。b.人工合成细胞外基质替代物；聚羟乙酸(PGA)及聚乳酸(PLA)具有良好的生物可降解性及可塑性，将基作为细胞的附着物，可为细胞提供生存的三维空间。

本发明也可以通过体外细胞培养，获得的细胞外基质及框架，为细胞在体外的三维生长提供了三维空间，有利于细胞获得足够的营养物质，进行气体交换，排除废物。手术前通过膀胱镜在受者体内提取移行上皮细胞、平滑肌细胞及尿道上皮细胞，经过胶原酶处理后，将细胞种植于细胞外基质及框架上，再将基置于含生长因子的生长液中培养，至其达到所需要求后，做为人工膀膛内层结构，粘附于高分子材料内侧一并植入体内。

本发明通过计算机三维图像重建使人工膀胱的形状及大小更符合受者分腔的解剖结构。术前患者在膀胱充盈状态下通过计算机三维图像重建技术获得膀胱的解剖学参数，并据此建立个体化的人工膀胱，其内层为细胞及其组织，外层为有孔高分子化学材料，使人工膀胱植入体内后内层组织获得其代谢所需的营养物质。

本发明的植入方法是这样的：在全身麻醉或硬膜外腔阻滞麻醉下，对患者实施了全膀胱切除术后，检查手术也无活动性出血，将此型人工膀胱置入人本盆腔内，人工输尿管襻与人体输尿管采用逆行插入缝合法，人工输尿管插入人体输尿管残端0.5cm，将人体输尿管残端先适当外翻，用可吸收缝线将人体输尿管粘膜与人工输尿管内层的细胞外基质间断缝合，再使用丝线将人体输尿管与人工输尿管套叠部进行缝扎，以防漏尿，同法吻合对侧输尿管，人工输尿管襻即可行使人体输尿管下段的功能。将人工尿道襻插入人体后尿道0.5cm，用可吸收缝线将细胞外基质与尿道粘膜下层间断缝合，外层用丝线缝扎，人工尿道襻即可行使人体后尿道及全尿道功能。膀胱本体与周围组织适当固定，在关闭切口时将为尿泵提供能量的，可充电电池置于下腹部皮下组织内，内置输尿管支架管，上至肾盂，外至尿道外口，起支撑及引流作用，约4至6周后输尿管粘膜的移行上皮细胞、尿道上皮细胞可爬行生长通过吻合口，以防止吻合口处发生漏尿及梗阻。当输尿管支架管拔除后双肾生成的尿液沿双侧，输尿管襻流入人工膀胱。当膀胱内尿液贮存在500ml左右，内压≥10cmH2O时，位于膀胱壁近输尿管开口处的压力感应报警装置即可发出报警信号，患者便可感知需排尿，同时抗返流瓣膜关闭，做好排尿准备后，可通过置于体外的控制器启动尿泵，尿道瓣膜开放，尿液在重力、腹压及尿泵的抽吸下以150ml/min的速度迅速完全排空，然后通过控制器关闭尿泵及尿道瓣膜。

在使用中：当膀胱内尿液贮存未达到500ml，内压未达到10-15cmH2O时，压力感应报警装置并未发出排尿信号，患者亦可通过控制器启动及关闭尿泵。及时排空尿液，这样患者可在临睡前、开会、乘车、旅行等活动之前排空尿液，达到随意选排尿时机，自主控制排尿的目的，使其生活极为方便，舒适。为尿泵提供能量的电池置于下腹部皮下组织，当其电源将要耗竭时，可在X线导引下，通过绝缘电极为其快速充电，以保证尿泵正常工作。用于启动及关闭尿泵的控制器，可以置于体外，由患者随身携带，亦可植于其耻骨联合上方的下腹部皮下组织内，相当于尿泵的开关按钮。

本发明所设计的智能型原位植入式人工膀胱的先进性主要有以下方面：1.患者无需外接集尿器，方便而舒适。2.能随意选择排尿时机，自主控制排尿，极大地改善了患者的生活质量；3.能够提供连结有效的尿液贮存，无尿失禁；4.排空完全，无残余尿；5.自动抗返流装置能避免尿液返流，防止逆行感染；6.在尿液输送贮存系统的内层附有相应的细胞外基质及其组织，有效防止尿盐沉积及尿石形成，亦可避免吻合由于肉芽组织增生而导致梗阻；7.有效地保护肾脏功能；8.由于该型膀胱原位植入人体盆腔，手术在腹膜外腔进行，对腹内脏器无损伤，从而可完全避免各种肠道替代膀胱手术所可能发生的肠道并发症；9.手术操作简单，创伤小，便于推广应用；10.由于该膀胱是一完全植入体内的模型，唯一与体外相连处为尿道，也降低了感染的可能性。

Claims (5)

1.一种医用原位植入式人工膀胱，其特征在于：由以下部分构成：

a.尿液输送及贮存系统：由人工输尿管襻(1)、人工膀胱本体、人工尿道襻组成；

b.自动化系统：由压力感应报警装置(5)，自动抗返流装置(2、6)，尿泵(7)及其控制器组成；

c.所述人工输尿管襻、人工膀胱本体、人工尿道襻具有附着细胞外基质及其框架的内层(4)；自动抗返流装置(2、6)分别位于人工输尿管襻进入人工膀胱本体处及人工膀胱本体进入人工尿道襻处，尿泵(7)位于人工尿道襻内。

2、根据权利要求1所述的原位植入式人工膀胱，其特征在于：所述人工输尿管襻(1)为6-10F的硅质管道，外有尼龙做螺旋状加强层。

3、根据权利要求1所述的原位植入式人工膀胱，其特征在于：所述人工膀胱本体由三层组成，外层为有孔硬性高分子材料层(3)，中层为有孔软性硅质材料层，内层附有膀胱细胞外基质及其框架(4)。

4、根据权利要求1所述的原位植入式人工膀胱，其特征在于：所述人工尿道襻为具有弹性的硅质材料管。

5、根据权利要求1所述的原位植入式人工膀胱，其特征在于：所述自动抗返流装置(2、6)为抗返流瓣膜。