CN115500994B - 一种形状记忆合金柔性圆环式人工膀胱排尿系统 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种形状记忆合金柔性圆环式人工膀胱排尿系统，包括套接在人工膀胱外侧的逼尿驱动器，还包括体内控制设备、体外控制设备，逼尿驱动器包括若干间隔包覆在人工膀胱外周的环状记忆合金，相邻的环状记忆合金之间通过绝缘连接条固定；环状记忆合金低温相舒张、高温相收缩，体内控制设备与环状记忆合金电性连接，体内控制设备与环状记忆合金电性连通时，环状记忆合金从低温相升温到高温相并稳定在高温相，体内控制设备与环状记忆合金电性断开时，环状记忆合金从高温相降温到低温相并稳定在低温相；环状记忆合金带有电感，且电感值与环状记忆合金的半径成正相关，体内控制设备通过监测电感值监测人工膀胱内的尿液储量。
Description
技术领域
本发明涉及医疗器械领域，具体涉及一种形状记忆合金柔性圆环式人工膀胱排尿系统。
背景技术
根治性全膀胱切除术配合淋巴清扫与永久性尿流改道是目前治疗复发、多发浸润性膀胱癌主要的手术方式，是治疗肌层浸润性膀胱癌的首选方法，极大的降低疾病的复发率和转移，提高了患者的生存率，但是患者膀胱全切后，尿道重建仍是临床难题。
回肠原位膀胱术是解决尿道重建问题的优选手术方案之一，其做法是在膀胱全切除术后，距回盲瓣10～15cm处截取回肠未端约40～60cm回肠段，对离断的回肠行端端吻合使其恢复肠道连续性。游离回肠段纵行剖开，清洁消毒后折叠成“U”或“W”形，沿边缘连续缝合后使其形成新膀胱，双侧输尿管断端与新膀胱近端吻合，新膀胱远端与尿道残端及前列腺包膜吻合。相比传统异位尿流改道术，回肠原位新膀胱术患者无腹壁造口且不用连接集尿袋，患者生活质量得以提高，成为患者更易接受的尿流改道术。然而，回肠造人工膀胱不具备逼尿肌以及感知与控制神经，患者无法产生膀胱储满造成的尿意，也无法控制膀胱主动排尿，需要自行定时性排尿，并通过按压腹部等方式辅助膀胱排空，这给患者造成了不便，且腹部按压难以完全排空膀胱，残留尿液容易导致泌尿系统感染；因此人工膀胱排尿系统应运而生。
现有技术中的人工膀胱排尿系统如公开号为CN105769379 A的一种形状记忆纤维驱动的人工逼尿肌系统，包括有体外的高频电源、发射器和植入体内的接收器、驱动器、托架、尿道阀、配流带，发射器包括有励磁线圈和发射线圈，工作时手持贴近于腹前壁上，接收器包括有接收线圈和负载线圈，固定于耻骨上，驱动器固定于托架上，托架固定于耻骨上，尿道阀包括有阀体和阀芯，阀芯装设在阀体内，阀体固定于托架上，配流带与驱动器连接及与尿道阀的阀芯连接；上述驱动器作为人工逼尿肌，包括有支撑环、上端盖膜、下端盖膜、形状记忆纤维、基体纤维，其中形状记忆纤维为合金纤维，低温相为扁平螺旋状，高温相为圆锥螺旋状，基体纤维为织物纤维，展开呈圆锥状，形状记忆纤维能在基体纤维间穿通构成复合纤维，由形状记忆纤维及基体纤维组成的复合纤维固定支撑在支撑环上，上端盖膜覆盖在支撑环上，下端盖膜覆盖在复合纤维的外侧，支撑环周边固定于托架上。
但是上述专利公开的人工逼尿肌系统，虽然可以实现膀胱的自动排尿，但是难以将膀胱内的尿液排空，且上述人工逼尿肌系统结构复杂，安装困难，并带有硬质结构容易造成组织损伤。
发明内容
为解决现有技术存在的问题，本发明公开了一种形状记忆合金柔性圆环式人工膀胱排尿系统。
一种形状记忆合金柔性圆环式人工膀胱排尿系统，包括套接在人工膀胱外侧的逼尿驱动器，还包括与逼尿驱动器电性连接的体内控制设备、与体内控制设备无线连接的体外控制设备，
所述逼尿驱动器包括若干间隔包覆在人工膀胱外周的环状记忆合金，相邻的环状记忆合金之间通过绝缘连接条固定；所述环状记忆合金低温相舒张、高温相收缩，所述体内控制设备与环状记忆合金电性连接，所述体内控制设备与环状记忆合金电性连通时，环状记忆合金从低温相升温到高温相并稳定在高温相，所述体内控制设备与环状记忆合金电性断开时，环状记忆合金从高温相降温到低温相并稳定在低温相；
所述环状记忆合金带有电感，且电感值与环状记忆合金的半径正相关，所述体内控制设备通过监测电感值监测人工膀胱内的尿液储量。
具体的，将逼尿驱动器套接在人工膀胱外侧，由于逼尿驱动器包括环状记忆合金，而环状记忆合金具有良好的形变能力，因此环状记忆合金能够良好的贴附在人工膀胱外侧，当无需排尿时，环状记忆合金处于低温相贴附在人工膀胱外侧，当尿量储满之后，体内控制设备将尿量储满的信号发送至体外控制设备，体外控制设备接收之后提醒使用者排尿，当使用者按下启动排尿的按键后，体外控制设备将排尿的信号发送至体内控制设备，体内控制设备随即与环状记忆合金电性连通，环状记忆合金利用其自身电阻发热升温以使环状记忆合金达到高温相，高温相的环状记忆合金开始收缩对人工膀胱进行挤压，随即开始排尿，排尿完成之后，体内控制设备与环状记忆合金电性断开，环状记忆合金开始降温，同时向体外控制设备发送尿液排空的信号，体外控制设备随即提醒使用者尿液排空，系统进入下一轮的排尿循环。在排尿过程中，使用者也可以根据情况需求，通过按下体外控制设备的停止排尿按键停止排尿。
初始状态下，每个环状记忆合金的半径各不相同以实现对人工膀胱的贴合包覆；可以根据人工膀胱的形状和大小，合理的调节环状记忆合金和绝缘连接条的数量，以保证人工膀胱表面具有足够的间隙以便连接血管给人工膀胱的表面供给养分；
所述体外控制设备为搭载有控制软件的智能手机或智能手表或其他穿戴式设备。
优选的，所述环状记忆合金采用镍钛合金丝，并通过镍钛比例调节和热处理工艺将相变温度控制在45℃至50℃之间。
具体的，镍钛记忆合金高温相的相变温度同时受化学成分、热处理工艺和冷加工工艺参数的影响，例如，热处理参数中的冷却速率、热处理时间和热处理温度均会影响高温相的相变温度，而热处理温度对高温相相变温度的影响尤为明显；通过控制这些影响因素，可以精确控制记忆合金高温相的转变温度至任意需要的范围。
优选的，每条所述环状记忆合金由若干个环形合金依次一体化连接而成。
具体的，由于环状记忆合金是有若干个环形合金依次连接而成的，环形合金具有良好的形变能力，因此能使得环状记忆合金具有更加良好的形变能力，同时此种结构还能增强环状记忆合金的强度。
优选的，所述环状记忆合金外侧包覆有生物兼容性绝热材料。
具体的，环状记忆合金加热收缩时，其表面的温度可达45-50℃，此种温度有可能导致人体内部结构的热损伤，而在环状记忆合金外侧包覆生物兼容性绝热材料之后，生物兼容性绝热材料表面的温度可以始终维持在42℃以下，保证人体组织不会被环状记忆合金烫伤；
所述生物兼容性绝热材料为聚氨酯等。
优选的，所述体内控制设备包括：
无线通信模块，用于与体外控制设备无线通信；
电源，用于对体内控制设备进行供电；
尿量监测模块，通过监测环状记忆合金的电感值对人工膀胱内的尿液储存量进行监测；
加热电路，与环状记忆合金电性连接，加热电路与环状记忆合金连通时环状记忆合金被加热；
信号处理模块，用于读取尿量监测模块的信号、控制加热电路，并通过无线通信模块向体外控制设备发送信息以及接收指令。
具体的，当人工膀胱内的尿液储量越多时，人工膀胱的直径越大，此时环状记忆合金处于低温相，即套接在人工膀胱外的环状记忆合金会随着人工膀胱一起扩张，而环状记忆合金的电感与直径正相关，当电感值达到指定值时，则人工膀胱内的尿液储满，此时尿量监测模块向信号处理模块发送信号，信号处理模块将信号处理之后通过无线通信模块向体外控制设备发送尿液储满的信号，接收到尿液储满信号的体外控制设备随即发出排尿提醒，当使用者按下启动排尿的按键之后，排尿的信号通过无线通信模块发送至信号处理模块，信号处理模块将信号处理之后发送至加热电路，加热电路随即与环状记忆合金电性连通，环状记忆合金利用其自身电阻发热升温以使环状记忆合金达到高温相，高温相的环状记忆合金开始收缩对人工膀胱进行挤压，被挤压的人工膀胱开始排尿，环状记忆合金不断地挤压人工膀胱直至人工膀胱中的尿液被排空，在环状记忆合金收缩对人工膀胱进行挤压时，环状记忆合金的半径不断减小、因此其电感值在不断地变小，当人工膀胱内的尿液排空时环状记忆合金的电感值为最小值，此时尿量监测模块将尿液排空的信号发送至信号处理模块，信号处理模块随即向加热电路发送停止加热的指令同时通过无线通信模块将尿液排空的信号发送至体外控制设备，接收到尿液排空信号的体外控制设备随即提醒使用者尿液排空。在排尿过程中，使用者也可以根据情况需求，通过按下体外控制设备的停止排尿按键停止排尿。
优选的，还包括用于给体内控制设备无线充电的无线充电器；所述体内控制设备所用电源为可用所述无线充电器进行无线充电的无线电源。
当无线电源电量不足时，无线电源通过无线通信模块向体外控制设备发送电量低的提醒，使用者看到提醒之后则可打开无线充电器对无线电源进行无线充电。
优选的，所述无线通信模块采用蓝牙或Zigbee或Lora通讯协议。
优选的，所述体内控制设备外侧包覆有生物兼容性复合材料，安装时，所述体内控制设备植入腹部或固定在耻骨上的皮下植入。
具体的，所述生物兼容性复合材料为聚二甲基硅氧烷、聚氨酯、聚丙烯等，此种材料可以有效防止发生排异反应。
优选的，所述体外控制设备用于监测体内控制设备的各项参数；
所述体外控制设备还设有启动与停止排尿的按键。
具体的，所述体内控制设备的各项参数包括尿量监测频率、尿量储满提醒值、系统电量等。
优选的，所述体外控制设备设有用于显示体内控制设备各项参数的人机交互界面。
与现有技术相比，本发明的有益之处在于：
本方案采用的环状记忆合金仅局部覆盖人工膀胱表面，保留人工膀胱供血通道，不易引起泌尿系统感染及其他并发症，且环状记忆合金为柔性结构，柔性结构不易造成泌尿系统各器官机械损伤，且结构紧凑，具有良好的与生物组织相容性，同时本方案解决了传统结肠代人工膀胱不具备主动排尿与尿量感应功能的问题，使得集成本系统的人工膀胱具备了天然膀胱的所有完备功能，极大提高了患者的生活品质。
附图说明
图1为本发明公开的形状记忆合金柔性圆环式人工膀胱排尿系统的整体示意图；
图2为本发明公开的形状记忆合金柔性圆环式人工膀胱排尿系统的环状记忆合金的工作原理图；
图3本发明公开的形状记忆合金柔性圆环式人工膀胱排尿系统的环状记忆合金的截面图；
图4本发明公开的形状记忆合金柔性圆环式人工膀胱排尿系统的体内控制模块的结构示意图。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施例对本发明做进一步说明。
如图1所示，形状记忆合金柔性圆环式人工膀胱排尿系统，包括套接在人工膀胱50外侧的逼尿驱动器10，还包括与逼尿驱动器10电性连接的体内控制设备20、与体内控制设备20无线连接的体外控制设备30、用于给体内控制设备20无线充电的无线充电器40，
逼尿驱动器10包括若干间隔包覆在人工膀胱50外周的环状记忆合金11，相邻的环状记忆合金11之间通过绝缘连接条12固定；环状记忆合金11低温相舒张、高温相收缩，体内控制设备20与环状记忆合金11电性连接，体内控制设备20与环状记忆合金11电性连通时，环状记忆合金11从低温相升温到高温相并稳定在高温相，体内控制设备20与环状记忆合金11电性断开时，环状记忆合金11从高温相降温到低温相并稳定在低温相；
环状记忆合金11带有电感，且电感值与环状记忆合金11的半径正相关，体内控制设备20通过监测电感值监测人工膀胱50内的尿液储量。
初始状态下，每个环状记忆合金11的半径各不相同以实现对人工膀胱50的贴合包覆；可以根据人工膀胱50的形状和大小，合理的调节环状记忆合金11和绝缘连接条12的数量，以保证人工膀胱50表面具有足够的间隙以便连接血管给人工膀胱50的表面供给养分；
环状记忆合金11采用镍钛合金丝，并通过镍钛比例调节和热处理工艺将相变温度控制在45℃至50℃之间。
本实施例中镍钛合金丝可以采用福建吴航不锈钢制品有限公司生产的SMA L11型号产品。镍钛记忆合金高温相的相变温度同时受化学成分、热处理工艺和冷加工工艺参数的影响，例如，热处理参数中的冷却速率、热处理时间和热处理温度均会影响高温相的相变温度，而热处理温度对高温相相变温度的影响尤为明显。通过控制这些影响因素，可以精确控制记忆合金高温相的转变温度至任意需要的范围。
体外控制设备30为搭载有控制软件的智能手机或智能手表或其他穿戴式设备。
如图2所示，每条环状记忆合金11由若干个环形合金13依次一体化连接而成。
由于环状记忆合金11是有若干个环形合金13依次连接而成的，环形合金13具有良好的形变能力，因此能使得环状记忆合金11具有更加良好的形变能力，同时此种结构还能增强环状记忆合金11的强度。
如图3所示，环状记忆合金11外侧包覆有生物兼容性绝热材料14。
环状记忆合金11加热收缩时，其表面的温度可达45-50℃，此种温度有可能导致人体内部结构的热损伤，而在环状记忆合金11外侧包覆生物兼容性绝热材料14之后，生物兼容性绝热材料14表面的温度可以始终维持在42℃以下，保证人体不会被环状记忆合金11烫伤；
生物兼容性绝热材料14为聚氨酯。
如图4所示，体内控制设备20包括：
无线通信模块21，用于与体外控制设备30无线通信；
电源，用于对体内控制设备20进行供电；
尿量监测模块23，通过监测环状记忆合金11的电感值对人工膀胱50内的尿液储存量进行监测；
加热电路24，与环状记忆合金11电性连接，加热电路24与环状记忆合金11连通时环状记忆合金11被加热；
信号处理模块25，用于接收无线通信模块21、尿量监测模块23、体外控制设备30的信号并对信号进行处理后发送至加热电路24、体外控制设备30。
当人工膀胱50内的尿液储量越多时，人工膀胱50的直径越大，此时环状记忆合金11处于低温相，即套接在人工膀胱50外的环状记忆合金11会随着人工膀胱50一起扩张，而环状记忆合金11的电感与直径正相关，当电感值达到指定值时，则人工膀胱50内的尿液储满，此时尿量监测模块23向信号处理模块25发送信号，信号处理模块25将信号处理之后通过无线通信模块21向体外控制设备30发送尿液储满的信号，接收到尿液储满信号的体外控制设备30随即发出排尿提醒，当使用者按下启动排尿的按键之后，排尿的信号通过无线通信模块21发送至信号处理模块25，信号处理模块25将信号处理之后发送至加热电路24，加热电路24随即与环状记忆合金11电性连通，环状记忆合金11利用其自身电阻发热升温以使环状记忆合金11达到高温相，高温相的环状记忆合金11开始收缩对人工膀胱50进行挤压，被挤压的人工膀胱50开始排尿，环状记忆合金11不断地挤压人工膀胱50直至人工膀胱50中的尿液被排空，在环状记忆合金11收缩对人工膀胱50进行挤压时，环状记忆合金11的半径不断减小、因此其电感值在不断地变小，当人工膀胱50内的尿液排空时环状记忆合金11的电感值为最小值，此时尿量监测模块23将尿液排空的信号发送至信号处理模块25，信号处理模块随25即向加热电路24发送停止加热的指令同时通过无线通信模块21将尿液排空的信号发送至体外控制设备30，接收到尿液排空信号的体外控制设备30随即提醒使用者尿液排空。在排尿过程中，使用者也可以根据情况需求，通过按下体外控制设备30的停止排尿按键停止排尿。
包括用于给体内控制设备20无线充电的无线充电器40；所述体内控制设备20所用电源为可用所述无线充电器40进行无线充电的无线电源22。
当无线电源22电量不足时，无线电源22通过无线通信模块21向体外控制设备30发送电量低的提醒，使用者看到提醒之后则可打开无线充电器40对无线电源22进行无线充电。
无线通信模块21采用蓝牙或Zigbee或Lora通讯协议。
体内控制设备20外侧包覆有生物兼容性复合材料，安装时，体内控制设备20植入腹部或固定在耻骨上的皮下植入。
生物兼容性复合材料为聚二甲基硅氧烷、聚氨酯、聚丙烯等，此种材料可以有效防止发生排异反应。
体外控制设备30用于监测体内控制设备20的各项参数；
体外控制设备30还设有启动与停止排尿的按键。
体内控制设备20的各项参数包括尿量监测频率、尿量储满提醒值、系统电量等。
体外控制设备30设有用于显示体内控制设备20各项参数的人机交互界面。
具体使用时，将逼尿驱动器10套接在人工膀胱50外侧，由于逼尿驱动器10包括环状记忆合金11，而环状记忆合金11具有良好的形变能力，因此环状记忆合金11能够良好的贴附在人工膀胱50外侧，当无需排尿时，环状记忆合金11处于低温相贴附在人工膀胱50外侧，当尿量储满之后，体内控制设备20将尿量储满的信号发送至体外控制设备30，体外控制设备30接收之后提醒使用者排尿，当使用者按下启动排尿的按键后，体外控制设备30将排尿的信号发送至体内控制设备20，体内控制设备20随即与环状记忆合金11电性连通，环状记忆合金11利用其自身电阻发热升温以使环状记忆合金11达到高温相，高温相的环状记忆合金11开始收缩对人工膀胱50进行挤压，随即开始排尿，排尿完成之后，体内控制设备20与环状记忆合金11电性断开，环状记忆合金11开始降温，同时向体外控制设备30发送尿液排空的信号，体外控制设备30随即提醒使用者尿液排空，并进入下一轮的排尿循环。在排尿过程中，使用者也可以根据情况需求，通过按下体外控制设备30的停止排尿按键停止排尿。
Claims (6)
1.一种形状记忆合金柔性圆环式人工膀胱排尿系统，其特征在于，包括套接在人工膀胱外侧的逼尿驱动器，还包括与逼尿驱动器电性连接的体内控制设备、与体内控制设备无线连接的体外控制设备，
所述逼尿驱动器包括若干间隔包覆在人工膀胱外周的环状记忆合金，相邻的环状记忆合金之间通过绝缘连接条固定；所述环状记忆合金低温相舒张、高温相收缩，
每条所述环状记忆合金由若干个环形合金依次一体化连接而成；
所述环状记忆合金采用镍钛合金丝，并通过镍钛比例调节和热处理工艺将相变温度控制在45℃至50℃之间；
所述体内控制设备与环状记忆合金电性连接，所述体内控制设备与环状记忆合金电性连通时，环状记忆合金从低温相升温到高温相并稳定在高温相，所述体内控制设备与环状记忆合金电性断开时，环状记忆合金从高温相降温到低温相并稳定在低温相；
所述环状记忆合金带有电感，且电感值与环状记忆合金的半径正相关，所述体内控制设备通过监测电感值监测人工膀胱内的尿液储量
所述体内控制设备包括：
无线通信模块，用于与体外控制设备无线通信；
电源，用于对体内控制设备进行供电；
尿量监测模块，通过监测环状记忆合金的电感值对人工膀胱内的尿液储存量进行监测；
加热电路，与环状记忆合金电性连接，加热电路与环状记忆合金连通时环状记忆合金被加热；
信号处理模块，用于读取尿量监测模块的信号、控制加热电路，并通过无线通信模块向体外控制设备发送信息以及接收指令；
所述环状记忆合金外侧包覆有生物兼容性绝热材料。
2.根据权利要求1所述的形状记忆合金柔性圆环式人工膀胱排尿系统，其特征在于，还包括用于给体内控制设备无线充电的无线充电器；所述体内控制设备所用电源为可用所述无线充电器进行无线充电的无线电源。
3.根据权利要求1所述的形状记忆合金柔性圆环式人工膀胱排尿系统，其特征在于，所述无线通信模块采用蓝牙或Zigbee或Lora通讯协议。
4.根据权利要求1所述的形状记忆合金柔性圆环式人工膀胱排尿系统，其特征在于，所述体内控制设备外侧包覆有生物兼容性复合材料，安装时，所述体内控制设备植入腹部或固定在耻骨上的皮下植入。
5.根据权利要求1所述的形状记忆合金柔性圆环式人工膀胱排尿系统，其特征在于，所述体外控制设备用于监测体内控制设备的各项参数；
所述体外控制设备还设有启动与停止排尿的按键。
6.根据权利要求5所述的形状记忆合金柔性圆环式人工膀胱排尿系统，其特征在于，所述体外控制设备设有用于显示体内控制设备各项参数的人机交互界面。
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