DE60103243T2

DE60103243T2 - Künstlicher Schliessmuskel

Info

Publication number: DE60103243T2
Application number: DE60103243T
Authority: DE
Inventors: Akihisa Taihaku-ku Furukawa; Toshiyuki Sendai-shi Takagi; Hidetoshi Sendai-shi Matsuki; Yun Sendai-shi Luo; Junko Sendai-shi Hayashi; Tomoyuki Sendai-shi Yambe; Takamichi Sendai-shi Kamiyama; Shintaro Sendai-shi Amae; Motoshi Sendai-shi Wada
Original assignee: Takagi Toshiyuki Sendai; NEC Tokin Corp
Current assignee: YUN LUO, JP
Priority date: 2001-03-08
Filing date: 2001-06-05
Publication date: 2005-05-25
Anticipated expiration: 2021-06-06
Also published as: CN1374072A; EP1238638A1; JP2002263125A; DE60103243D1; CN1204856C; US20040243236A1; EP1238638B1; CA2349676A1; US6997952B2; US6830588B2; CA2349676C; US20020129822A1; JP3910020B2

Description

HINTERGRUND DER ERFINDUNG
1. Gebiet der Erfindung
Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf einen künstlichen Schließmuskel (Sphinkter), der zum Beispiel verwendet wird, wenn der Afterschließmuskel entfernt wurde oder wenn es ein Abfall im Funktionieren eines Schließmuskels gibt.
2. Beschreibung des verwandten Stands der Technik
Herkömmlicherweise wird in Fällen wie solchen, wenn die Entwicklung des analen Schließmuskels aufgrund kindlicher Rektal-anal-Fehlbildung unvollständig ist oder wenn der anale Schließmuskel aufgrund von Darmkrebs bei einem Erwachsenen entfernt wurde, ein künstlicher After verwendet.
Ein herkömmlich verwendeter, gewöhnlicher künstlicher After wird gebildet, indem der Darm genäht wird, um bei der Körperoberfläche herauszukommen, und dann ein Beutel an der Körperoberfläche befestigt wird, um diese Darmöffnung zu bedecken.
Bei allen auf dem Markt erhältlichen Beuteln muss das ganze oder ein Teil des Beutels nach der Defäkation ersetzt werden, und es kann ein unangenehmer Geruch herausströmen. Aufgrund solcher Probleme gibt es einen Nachteil, dass das tägliche soziale Leben schwierig wird. Es gibt künstliche After, die einen Stopper aufweisen, wofür ein Beutelaustausch nicht erforderlich ist. Mit diesen künstlichen Aftern wird eine T-förmige Abdeckung in einem Flansch befestigt, was die zuvor erwähnte Darmöffnung bedeckt. Es gibt eine Unbequemlichkeit darin, dass je des Mal, wenn eine Defäkation auftritt, die Abdeckung entfernt und dann wieder angebracht werden muss. Darüber hinaus gibt es auch die Möglichkeit, dass Exkrement oder Gas aus Lücken zwischen der Abdeckung und der Öffnung herausleckt.
Um die Nachteile der Beutelmethode zu lösen, ist ein künstlicher After vorgeschlagen worden, bei dem ein Darmöffnungs/Schließabschnitt, der eine Formerinnerungslegierung umfasst, um eine Darmöffnung im Körper herum bereitgestellt wird, und die Darmöffnung auf der Oberfläche des Körpers durch ein Durchleiten eines Stroms von einer im Körper eingebetteten Batterie erwärmt wird, wodurch die Form der Formerinnerungslegierung verändert und ein Öffnen/Schließen der Darmöffnung erfolgt (Japanische Patentanmeldung-Offenlegungsschrift Nr. H4-319349; nachfolgend als "Dokument 1 des Stands der Technik" bezeichnet).
Mit dem künstlichen After des Dokuments 1 des Stands der Technik wird der Aktivitätskreis des Patienten erweitert, ohne dass nach der Defäkation ein Entfernen oder Ersetzen erforderlich wäre, und darüber hinaus kann wegen der Verwendung einer Formerinnerungslegierung eine ausreichende Kontraktionskraft erzeugt werden, was zur Verhinderung des Leckens von Exkrement und unangenehmen Gerüchen führt.
Mit einem künstlichen After wie dem, der im Dokument 1 des Stands der Technik offenbart wird, bei dem ein Darmöffnungs/Schließabschnitt, der eine Formerinnerungslegierung umfasst, um eine Darmöffnung im Körper herum bereitgestellt ist und die Darmöffnung auf der Oberfläche des Körpers durch Durchleiten eines Stroms aus einer im Körper eingebetteten Batterie erwärmt wird, wodurch die Form der Formerinnerungslegierung verändert wird und die Darmöffnung geöffnet/geschlossen wird, wird ein ringförmiges Element der Formerinnerungslegierung verwendet, und die Struktur ist derart, dass die Darmöffnung geschlossen wird, wenn die Formerinnerungslegierung flach gedrückt wird. Die Leistungsquelle zum Erwärmen ist in einem Gehäuse eines Materials geschützt, welches gegenüber lebenden Körpern eine gute Affinität aufweist, wie etwa Polysulfon, und im Inneren sind eine kleine Batterie und ein Tastschalter vorgesehen.
Auf diese Weise wird das Erwärmen durchgeführt, indem ein Strom von der im Körper eingebetteten kleinen Batterie durchströmen gelassen wird, wodurch die Form der Formerinnerungslegierung verändert und die Darmöffnung geöffnet/geschlossen wird.
Der dabei verwendete Ring der Formerinnerungslegierung (Formgedächtnislegierung; SMA) weist jedoch eine lokal starke Verzerrung sowie schwache Wiederholungseigenschaften auf, was es schwierig macht, die Form wiederholt zu verändern. Darüber hinaus wird der Darm einer lokalen Kraft ausgesetzt, wenn ein Element der Formerinnerungslegierung in einem engen Bereich eingebettet ist, nämlich der Darmöffnung auf der Oberfläche des Körpers, und somit gibt es die Gefahr der Verletzung dieses Teils des Körpers.
Darüber hinaus ist die Leistungsquelle zum Erwärmen zwischen der Haut und der Muskulatur eingebettet, was bedeutet, dass das Ersetzen, wenn die kleine Batterie erschöpft ist, schwierig ist. Insbesondere sind die kleine Batterie und der Tastschalter, welche die Leistungsquelle zum erwärmen aufbauen, mit dem Ring der Formerinnerungslegierung (SMA) über einen Führungsdraht verbunden, und somit ist die Wahl des Einbauortes in gewisser Weise begrenzt.
Ferner muss der Führungsdraht eine bestimmte Länge aufweisen, und entlang dieses Teils gibt es ein Infektionsrisiko.
Man könnte ebenso das Übertragen von elektrischer Leistung in den Körper hinein aus einer Leistungsquelle außerhalb des Körpers über einen Führungsdraht ins Auge fassen, aber dann würde es ein Infektionsrisiko vom Elektrodenteil geben, das vom Körper nach außen führt.
Selbst im Fall einer Zweiwege-Formerinnerungslegierung ist es darüber hinaus schwierig, einen Betrag der Formveränderung von dem Zustand aus zu erzielen, in dem der Ring flach gedrückt ist, so dass die Öffnung zur Ermöglichung einer ungehinderten Defäkation auf eine ausreichende Größe öffnet.
Die WO-A-01 26588 offenbart eine Harnröhrenstütze, die längliche Elemente umfasst, die aus einer Formerinnerungslegierung gefertigt sind.
ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG
Es ist eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, einen künstlichen Schließmuskel bereitzustellen, für den wiederholte Formveränderungen möglich sind, und für den der Betrag der Formveränderung ausreichend ist, um als Ersatz für einen natürlichen Schließmuskel verwendet zu werden.
Es ist eine weitere Aufgabe der vorliegenden Erfindung, einen künstlichen Schließmuskel bereitzustellen, der Unzulänglichkeiten der oben erwähnten herkömmlichen Beispiele beseitigt, und für den eine elektrische Leistungszufuhr ohne Basieren eines Führungsdrahts durch die Haut möglich ist, wodurch das Infektionsrisiko vermieden wird.
Gemäß der vorliegenden Erfindung wird ein künstlicher Schließmuskel gemäß Anspruch 1 bereitgestellt. Bevorzugte Ausführungsformen sind in den abhängigen Ansprüchen festgelegt.
KURZBESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
1 ist eine schematische Zeichnung, die die Hauptteile eines künstlichen Schließmuskels gemäß einer ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zeigt;
2 ist eine schematische Zeichnung, die die Formveränderung einer im künstlichen Schließmuskel von 1 verwendeten Formerinnerungsplatte zeigt;
3 ist eine Zeichnung, die einen Zustand zeigt, bei dem der künstliche Schließmuskel von 1 den Darm verengt;
4 ist eine Zeichnung, die einen Zustand zeigt, bei dem der künstliche Schließmuskel von 1 den Darm nicht verengt;
5 ist eine schematische Zeichnung, die ein Beispiel der Anwendung des künstlichen Schließmuskels von 1 bei einem Lebendtierexperiment zeigt;
6 ist eine erläuternde Zeichnung, die einen künstlichen Schließmuskel gemäß einer zweiten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zeigt;
7 ist eine perspektivische Ansicht des Formerinnerungslegierungs-Öffnungs/Schließabschnitts des künstlichen Schließmuskels von 6;
8 ist eine Draufsicht des Formerinnerungslegierungs-Öffnungs/Schließabschnitts des künstlichen Schließmuskels von 6;
9 ist eine Seitenansicht des Formerinnerungslegierungs-Öffnungs/Schließabschnitts des künstlichen Schließmuskels von 6; und
10 ist eine erläuternde Zeichnung, die ein Lebendtierexperiment unter Verwendung eines hergestellten künstlichen Schließmuskels zeigt.
BESCHREIBUNG DER BEVORZUGTEN AUSFÜHRUNGSFORMEN
Es erfolgt eine Beschreibung bezüglich der bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung unter Bezugnahme auf 1–10.
(Erste Ausführungsform)
Wie in 1 gezeigt, umfasst ein Öffnungs-/Schließabschnitt 11 eines künstlichen Schließmuskels gemäß einer ersten Ausführungsform ein Paar von plattenartigen Formerinnerungslegierungs-Elementen (nachfolgend als "Formerinnerungsplatten" bezeichnet) 13, die jeweils eine Zweiwege-Formerinnerungseigenschaft aufweisen, sowie Gelenke 15, die so vorgesehen sind, dass sie Endteile der Formerinnerungsplatten 13 miteinander verbinden. Der Öffnungs-/Schließabschnitt 11 ist um den Darm 19 eines Menschen oder eines Tieres innerhalb des Körpers in der Nähe der Darmöffnung 17 angebracht.
Für den Öffnungs-/Schließabschnitt 11 des künstlichen Schließmuskels werden Ti-Ni-Legierungsplatten (Ni-Gehalt 50, 4At-%) einer Dicke von 0,8mm, Länge von 100mm und Breite von 20mm eine Zweiwege-Formerinnerungseigenschaft verliehen. Die Zweiwege-Formerinnerungseigenschaft wird erhalten, indem die Platten für 30 Minuten bei 700°C einer Lösungshitzebehandlung und dann, während eine Krümmung von R40mm zurückgehalten wird, einer Hitzegütebehandlung für 100 Stunden bei 400°C unterzogen werden. Beim Erwärmen auf 40°C kehren diese Platten in die Form beim Zeitpunkt der Hitzegütebehandlung für 100 Stunden bei 400°C zurück. Beim Abkühlen auf Körpertemperatur verändern die Platten ihre Form und biegen zurück in die entgegen gesetzte Richtung. In jedem Fall beträgt die Krümmung etwa R40mm.
Zwei auf diese Weise hergestellte Zweiwege-Formerinnerungsplatten 13 werden verwendet, und diese Zweiwege-Formerinnerungsplatten 13 werden mit dem Darm 19 in der Nähe der Darmöffnung unter Verwendung der Gelenke 15 in einer zylindrischen Form derart verknüpft, dass das Innere von jeder der Zweiwege-Formerinnerungsplatten 13 in Richtung des Zurückhaltens liegt, die während der Hitzegütebehandlung durchgeführt wurde, wodurch der Öffnungs-/Schließabschnitt 11 des künstlichen Schließmuskels gebildet wird.
Wie in 2 gezeigt wechseln die Formerinnerungsplatten 13 beim Erhitzen und Abkühlen reversibel zwischen zwei entgegen gesetzten Formen. Speziell wechselt in 2 eine Formerinnerungsplatte 13 zwischen zwei Bogenformen, die in entgegen gesetzten Richtungen gebogen sind.
Nachfolgend erfolgt eine Beschreibung des Betriebs des künstlichen Schließmuskels unter Bezugnahme auf 3 und 4.
3 zeigt den normalen Zustand, bei dem die Zweiwege-Formerinnerungsplatten 13 jeweils in der zu der Richtung des Zurückhaltens, was während der Hitzegütebehandlung durchgeführt wurde, in entgegen gesetzten Richtungen gebogen sind. Der Darm 19 wird somit durch den Öffnungs-/Schließabschnitt 11 verengt.
4 andererseits zeigt den Zustand während der Defäkation. Die Zweiwege-Formerinnerungsplatten 13 sind jeweils erhitzt worden und sind zurückgekehrt auf das Biegen in der Richtung des Zurückhaltens, was während der Hitzegütebehandlung durchgeführt wurde, und somit ist die Verengungskraft auf den Darm 19 verloren gegangen. Das Erhitzungsverfahren bestand hier im Durchströmen von elektrischem Strom, aber ein Erhitzen über elektromagnetische Induktion, warmes Wasser, einem Strom warmer Luft oder dergleichen ist ebenfalls möglich.
Bei dem künstlichen Schließmuskel gemäß der ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung sind wie oben beschrieben zwei Formerinnerungsplatten 13 mit Gelenken 15 miteinander verbunden, und im Ergebnis kann der Betrag der Deformation der Zweiwege-Formerinnerungsplatten 13 vermindert werden, und darüber hinaus kann ein Betrag der Formveränderung so erreicht werden, dass die Öffnung auf einen Durchmesser (25mm) öffnet, der für eine ungehinderte Defäkation ausreicht.
Darüber hinaus können die zwei Formerinnerungsplatten 13 in der ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung leicht getrennt werden, und somit gibt es keine Notwendigkeit, den Darm beim Einbau zu zerschneiden.
Die hier für die Zweiwege-Formerinnerungsplatten verwendete Formerinnerungslegierung ist nicht auf eine Ti-Ni-Legierung begrenzt, sondern kann auch eine Ti-Ni-X-Legierung (X=Cr, V, Cu, Fe, Co oder dergleichen) sein, bei der ein drittes Element hinzugefügt wird, oder irgend eine verschiedentlicher anderer Arten wie einer Cu-Formerinnerungslegierung oder einer Fe-Formerinnerungslegierung.
Als nächstes erfolgt eine Beschreibung eines Beispiels der Anwendung des künstlichen Schließmuskels gemäß der ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.
Wie in 5 gezeigt wird ein Kautschukschwamm 23 in den Bereichen bereitgestellt, wo der künstliche Schließmuskel 21 in Kontakt mit dem Darm kommt. Dieser Kautschukschwamm 23 wirkt als Hitzeisolierung und Puffer.
Als Heizmittel sind Formdrähte 20 (Durchmesser 0,2mm) über die Formerinnerungsplatten 13 gelegt. Diese Formdrähte 20 erhitzen mittels Jule'scher wärme.
Ein Lebendtierexperiment wurde unter Verwendung eines Schafes durchgeführt, wobei der künstliche Schließmuskel am Dünndarm befestigt wurde, von dem angenommen wird, dass er etwa die gleiche Größe wie der Kolon eines Menschen aufweist. Zuerst wurde ein hydrostatischer Druck unter Verwendung eines Injektors bei niedriger Temperatur eingebracht, um einen Zustand zu erzeugen, der dem entspricht, wenn der wirkliche abdominale Druck angewandt wird, und es wurde die Fähigkeit des künstlichen Schließmuskels 21 zum Schließen des Darms beurteilt. Als ein Ergebnis wurde bestätigt, dass der Darm selbst bei einem Druck von 50mmHg (6,65kPa) vollständig verschlossen ist, was größer ist als 20mmHg (2,66kPa), d.h. der ins Auge zu fassende abdominale Druck beim Menschen.
Mit dem als Last wirkenden hydrostatischen Druck wurde als nächstes ein Direktstrom durch die Heizelemente zum Erhitzen der Formerinnerungsplatten durchgeleitet, und es wurde bestätigt, ob der künstliche Schließmuskel zur Öffnung des Darms arbeitete und ob die inneren Fluide herausströmten. Als einem Ergebnis wurde gefunden, dass die inneren Fluide tatsächlich ohne Problem aufgrund des Öffnungsbetriebs heraus strömten. Es wurde ebenso gefunden, dass nach dem Abstoppen des Stroms und dem natürlichen Abkühlenlassen das Ventil vollständig schloss, und somit gibt es kein Problem beim Öffnungs-/Schließbetrieb.
Gemäß der ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung kann wie oben beschrieben ein künstlicher Schließmuskel erhalten werden, der je nach Bedarf entweder den After eines lebenden Körpers oder den Teil des nach außerhalb des Körpers führenden Darms öffnet und schließt, wobei dieser künstliche Schließmuskel Formerinnerungslegierungs-Elemente, die bei Temperaturveränderungen reversibel zwischen zwei entgegen gesetzten Formen umschalten, sowie Gelenke umfasst, die diese Formerinnerungslegierungs-Elemente in einer zylindrischen Form miteinander verbinden.
Der künstliche Schließmuskel gemäß der ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung umfasst zwei über Gelenke miteinander verbundene Formerinnerungslegierungs-Elemente und somit kann der Betrag der Deformierung der Formerinnerungslegierungs-Elemente vermindert werden, und darüber hinaus kann der Betrag der Formveränderung so erreicht werden, dass die Öffnung auf einen Durchmesser öffnet, der für eine ungehinderte Defäkation ausreicht.
(Zweite Ausführungsform)
Bei 6 umfasst ein künstlicher Schließmuskel gemäß einer zweiten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung einen Formerinnerungslegierungs-Öffnungs-/Schließabschnitt 25 und Temperatursteuerheizelemente 27, wobei elektrische Leistung zu den Temperatursteuerelementen 27 geliefert wird durch ein perkutanes System zur Übertragung elektrische Leistung 33, das eine Spule auf der mit der Leistungsquelle 53 verbundenen Seite als eine erste Spule 29 sowie eine Spule auf der mit der Last verbundenen Seite als eine zweite Spule 31 aufweist. In dieser Ausführungsform wird die elektrische Leistung ohne Verwendung eines Führungsdrahts geliefert.
Beginnend mit einer Beschreibung des Formerinnerungslegierungs-Öffnungs-/Schließabschnitts 25 wie in 7–9 gezeigt: Dieser Öffnungs-/Schließabschnitt 25 umfasst zwei Formerinnerungslegierungs-Platten 35 als einem Paar von Formerinnerungslegierungs-Elementen, die jeweils durch Veränderung der Temperatur reversibel zwischen zwei entgegen gesetzten Formen wechseln, sowie zylindrische Gelenke 37, die die Endteile (bei beiden Enden) dieser Formerinnerungslegierungs-Platten 35 auf eine solche Weise miteinander verbinden, damit eine frei Drehung möglich ist.
Die Formerinnerungslegierungs-Platten 35 sind zum Beispiel Ti-Ni-Legierungsplatten (Ni-Gehalt 50, 4At.-%), denen eine Zweiwege-Formerinnerungseigenschaft verliehen wurde und die im Allgemeinen eine Dicke von 0,5–2,0mm, eine Länge von 10–120mm und eine Breite von 5–30mm aufweisen.
Die hier für die Zweiwege-Formerinnerungsplatten verwendete Formerinnerungslegierung ist nicht auf eine Ti-Ni-Legierung beschränkt, sondern kann zum Beispiel eine Ti-Ni-X-Legierung (X=Cr, V, Cu, Fe, Co oder dergleichen) sein, wobei ein drittes Element zu einer Ti-Ni-Legierung hinzugefügt ist, oder irgendeine von verschiedentlichen anderen Arten wie einer Cu-Formerinnerungslegierung oder einer Fe-Formerinnerungslegierung.
In einem Beispiel sind die Formerinnerungslegierungs-Platten 35 Ti-Ni-Legierungsplatten (Ni-Gehalt 51At.-%) mit der Breite 18,5mm, der Länge 70mm und der Dicke 0,5mm.
Um diesen Platten eine Zweiwege-Formerinnerungseigenschaft zu verleihen wurde eine Lösungshitzebehandlung für 30 Minuten bei 700°C durchgeführt, und dann wurde unter Zurückhalten der Platten bei einer Krümmung von R40mm eine Hitzegütebehandlung für 100 Stunden bei 400°C durchgeführt. Beim Erwärmen auf 40°C kehren die Platten in die Form zum Zeitpunkt der Hitzegütebehandlung für 100 Stunden bei 400°C zurück. Beim Abkühlen auf Körpertemperatur verändern die Platten ihre Form, dabei rückwärts in die entgegen gesetzte Richtung sich biegend.
Es wurden zwei auf diese Weise erhaltene Zweiwege-Formerinnerungslegierungs-Platten 35 hergestellt und zu einer zylindrischen Form in der Nähe der Darmöffnung unter Verwendung von Teilen der Gelenke 37 auf eine solche Weise verbunden, dass das Innere von jeder der Zweiwege-Formerinnerungslegierungs-Platten 35 in der Richtung des Zurückhaltens zum Zeitpunkt der Hitzegütebehandlung war, somit einen Öffnungs-/Schließabschnitt 25 als einem künstlichen Schließmuskel bildend.
Die Temperatursteuerheizelemente 27 wurden an das Äußere der Formerinnerungslegierungs-Platten 35 geheftet, und eine Doppelschicht eines medizinischen Filzes (Bard-PTFE-Filz, gefertigt von Medicon) wurde an die Oberfläche von jedem der Temperatursteuerheizelemente 27 geheftet, um das Körpergewebe gegenüber dem künstlichen Schließmuskel thermisch zu isolieren und eine Biokompatibilität zu erhalten.
Darüber hinaus wurde ein Kautschukschwamm 41, der als Hitzeisolierung und Puffer wirkt, auf die Innenseite der Abschnitte platziert, die in Kontakt mit dem Darm 39 treten, der den Verdauungskanal darstellt. Ein medizinisches Silikon (Silastic MDX4-4210, gefertigt von Toray-Dow Silicone Asien) wurde auf Oberflächen des Kautschukschwamms 41 aufgebracht, um die Biokompatibilität und Hitzeisoliereigenschaften zu verbessern.
Die Formerinnerungslegierungs-Platten 35 können auch mit einem Wärmeisoliermaterial 43, das eine gute Biokompatibilität und ein starkes Isoliervermögen aufweist, bedeckt werden, so dass es keine nachteiligen Wirkungen auf das umgebende Körpergewebe gibt. Beispiele dieses wärmeisolierenden Materials 43 schließen Kork, Filz, ein Polyurethan, ein Silikonfilm oder MPC-Polymerfilm ein.
Die Gelenke 27 umfassen jeweils sich drehende Zylinder 37a, einen Stift 37b und einen Rückhaltering 37c. Ein Material, das beim Erhitzen kaum deformiert und eine gute Biokompatibilität aufweist, wie Polykarbonat oder Hydroxyapatit, kann in den Gelenken 37 verwendet werden. Darüber hinaus können auch Metallgelenke, deren Oberflächen mit Titan, Hydroxyapatit oder dergleichen zur Verbesserung der Biokompatibiltät beschichtet sind, verwendet werden.
Ein perkutanes System zur Übertragung elektrischer Leistung 33 wird als Leistungszufuhr für die Temperatursteuerheizelemente 27 verwendet. Bezüglich der mit der Leistungsquelle verbundenen ersten Spule 29 und der mit der Last (d.h. auf der Seite der Temperatursteuerheizelemente 27) verbundenen zweiten Spule 31 besitzen die Wicklungen eine Struktur, bei der ein Litz-Draht, der eine Vielzahl von Kupferdrähten eines Durchmessers von 0,1mm zu einem Bündel verdrillt aufweist, zu einer flachen Spiralen Form gewickelt ist.
Zusätzlich zu dieser flach spiralgewickelten Struktur besitzen darüber hinaus die erste Spule 29 und die zweite Spule 31 jeweils einen Magnetkörper, der auf der Oberfläche auf nur einer Seite der flachen spiralgewickelten Spule aufgebracht ist, wobei dieser Magnetkörper eine Struktur aufweist, bei der amorphe Co-Magnetdrähte mit Null Magnetostriktion eines Durchmesser von etwa einigen zig μm radial angeordnet sind.
Die erste Spule 29 und die zweite Spule 31 sind so positioniert, dass die magnetischen Drähte, die auf einer Seite von jeder der Spulen aufgebracht sind, die Wicklungen der Spulen in Sandwich-Bauweise dazwischen legen, und elektrische Leistung wird kontaktlos mittels elektromagnetischer Induktion zwischen den beiden Spulen übertragen.
Während der perkutanen Übertragung der elektrischen Leistung sind die erste Spule 29 auf die Haut 45 des lebenden Körpers und die zweite Spule 31 unterhalb der Haut 45 in einer ungefähr parallelen koaxialen Position positioniert, und elektrische Leistung wird von außen in den Körper ohne Verwendung eines Führungsdrahtes, d.h. auf kabellose Weise, geliefert.
Es ist zu beachten, dass der künstliche Schließmuskel zum Öffnen und Schließen der Harnröhre anstelle des Darms 39 verwendet werden kann, wobei in diesem Fall die Form und die Gütebehandlungsbedingungen für die Formerinnerungslegierungs-Platten 35 und die Form der Gelenke 37 passend verändert werden können.
Darüber hinaus kann man den vorherigen permanenten Einbau der ersten Spule 29 in zum Beispiel einem Gebäude wie einer Toilette ins Auge fassen. Als Ort einer solchen Toilette kann irgendein Ort gewählt werden, der von einem Patienten, der den künstlichen Schließmuskel der vorliegenden Erfindung in seinem/ihrem Körper eingebettet aufweist, verwendet wird, zum Beispiel das Zuhause oder die Firma des Patienten, ein Krankenhaus oder eine Schule. Durch den permanenten Einbau der ersten Spule 29 auf diese Weise wird die Unannehmlichkeit, die erste Spule 29 herumtragen zu müssen, beseitigt, und selbst wenn ein Patient seine/ihre erste Spule 29 verloren hat und ein Ersatz nicht sofort erhältlich ist, können leicht Maßnahmen unternommen werden.
Die erste Spule 29 und die Leistungsquelle 53 können zu einem einzelnen integralen Körper geformt werden, um bequem durch den Patienten getragen zu werden.
Ferner ist es als einer weiteren Ausführungsform ebenso möglich, dass sowohl die erste Spule 29 als auch die zweite Spule 31 im lebenden Körper eingebettet werden. In diesem Fall ist geeigneter Weise eine Batterie als der Leistungsquelle mit der ersten Spule 29 verbunden, und selbst wenn die zweite Spule 31 und der Formerinnerungslegierungs-Öffnungs-/Schließabschnitt 25 in einem Teil des Körpers eingerichtet sind, wofür eine generelle Anästhesie erforderlich ist, kann die erste Spule 29 in einem Teil des Körpers derart eingebettet werden, dass ein Ersatz mit lediglich lokaler Anästhesie möglich ist.
Nachfolgend ist eine Beschreibung von Ergebnissen von Experimenten, die zum Testen der Wirkungen der vorliegenden Erfindung durchgeführt wurden.
Beispiel 1

(i) Es wurden Übertragungsspulen mit darauf aufgebrachten, amorphen magnetischen Drähten als dem perkutanen System zur Übertragung elektrischer Leistung hergestellt. Litz-Draht, der Bündel eines Kupferdrahts mit 0,lmm Durchmesser umfasste, wurde für die Wicklungen verwendet. Die Spulen wurden in eine "Donut"-Form gebracht, die eine Form darstellt, die einen ausgezeichneten Wärmeübergang bereitstellt, und es wurden radial auf jeder Spule dreitausend amorphe Co-Magnetdrähte mit Null Magnetostriktion eines Aufweitungsdurchmessers von 20μm aufgebracht. Die Magnetdrähte wurden nur auf einer Seite von jeder Spule aufgebracht, die Spulen wurden so angeordnet, dass die Oberflächen, auf denen Magnetdrähte nicht aufgebracht wurden, aufeinander zeigten, und es wurde elektrische Leistung übertragen.
(ii) Ein Kaninchen (männlich, Körpergewicht 3kg) wurde betäubt, und die zweite Spule des perkutanen Systems zur Übertragung elektrischer Leistung wurde unterhalb der Haut auf der rechten Seite der Brust eingebettet.

Beispiel 2

(i) Ein künstlicher Schließmuskel vom Körpereinschlusstyp wurde hergestellt, indem zwei Formerinnerungslegierungs-Platten übereinander gelegt und die Enden davon an beiden Enden miteinander verbunden wurden. Die Formerinnerungslegierungs-Platten waren Ti-Ni-Legierungsplatten (Ni-Gehalt 51At.-%), die für 10 Minuten bei 850°C einer Hitzebehandlung unterzogen wurden, dann in einer Bogenform eines Durchmesser von 50mm zurückgehalten und einer Gütebehandlung für 100 Stunden bei 400°C unterzogen wurden; diese Platten zeigten Formerinnerungswirkungen (Formgedächtniseffekte) in allen Richtungen; die Dimensionen betrugen: Breite 18,5mm, Länge 70mm und Dicke 0,5mm. Der Verdauungskanal wurde zwischen die beiden Formerinnerungslegierungs-Platten eingebracht. Ein Kautschukschwamm, der als Hitzeisolierung und Puffer wirkt, wurde auf die Abschnitte aufgebracht, wo die Formerinnerungslegierungs-Platten in Kontakt mit dem Verdauungskanal kommen würde. Ein medizinisches Silikon (SILASTIC MDX4-4210, gefertigt von Toray-Dow Silicone Asien) wurde auf die Oberflächen des Kautschukschwamms aufgebracht.
(ii) Heizelemente zum Heizen wurden an die Außenseiten der Formerinnerungslegierungs-Platten angeheftet, und eine Doppelschicht aus medizinischem Filz (BARD PTFE-Filz, gefertigt von Medicon) wurde auf die Oberfläche von jedem der Heizelemente so angebracht, dass das Körpergewebe gegenüber dem künstlichen Schließmuskel isoliert war, und um Biokompatibilität zu erhalten.
(iii) Ein Lebendtierexperiment wurde unter Verwendung des so hergestellten künstlichen Schließmuskels durchgeführt. Ein Ferkel 57, dessen Struktur des Verdauungssystems ähnlich ist zu demjenigen eines Menschen, und dessen Größe des Verdauungs kanals der eines Menschen etwa gleich ist, wurde im Experiment verwendet. Wie in 10 gezeigt, wurde das Ferkel 57 unter generelle Anästhesie gelegt, dann wurde der Bauchraum aufgeschnitten, das Rektum zerschnitten, und eine Seite des Rektums wurde durch das Peritoneum zur abdominalen Wand geleitet und angenäht, um einen künstlichen After 51 zu bilden. Das Bezugszeichen 55 in 10 stellt eine Temperaturmessvorrichtung dar. Der Formerinnerungslegierungs-Öffnungs-/Schließabschnitt 25, der den künstlichen Schließmuskel der vorliegenden Erfindung aufbaut, wurde zwischen dem Peritoneum und der abdominalen Wand gerade unterhalb des künstlichen After 51 eingerichtet. Schließlich wurde der geschnittene offene Teil vollständig zugenäht.
(iv) Ein Strom wurde zum Formerinnerungslegierungs-Öffnungs/Schließabschnitt 25, der den künstlichen Schließmuskel aufbaut, von einer Zufuhrvorrichtung elektrischer Leistung 53 außerhalb des Körpers über ein Kabel 59 geleitet. Der künstliche Schließmuskel wurde dreimal pro Tag durch Zufuhr eines Stroms zum künstlichen Schließmuskel geöffnet, wodurch die Defäkation aus dem künstlichen After 51 durchgeführt wurde.
(v) Während zwei Wochen nach dem Einbau des künstlichen Schließmuskels zeigte das Ferkel normale Nahrungsaufnahme und Defäkation.
(vi) Nach zwei Wochen wurde das Ferkel zerlegt und es wurden Untersuchungen gemacht. Eine beträchtliche Menge an Eiter wurde entlang des Kabels 59, welches für die Zufuhr des elektrischen Stroms zum künstlichen Schließmuskel verwendet wurde, gefunden. Es wird angenommen, dass eine Infektion von außerhalb des Körpers entlang des Kabels 59 hereinkam. Das Kabel 59 wird durch Bereitstellen des perkutanen Systems zur Übertragung elektrischer Leistung 33 unnötig, so dass der künstliche Schließmuskel vollständig im lebenden Körper eingebettet werden kann. Es ist deshalb möglich, jegliche Infektion über das Kabel 59 zu verhindern.

Wie oben beschrieben kann mit dem künstlichen Schließmuskel gemäß der zweiten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ein künstlicher After ohne Infektionsrisiko, das vorliegt, wenn ein Röhrchen oder eine stimulierende Elektrode durch die Haut geleitet wird, und darüber hinaus auf psychologisch günstigere Weise verwendet werden.
Gemäß der zweiten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ist darüber hinaus der Öffnungs-/Schließabschnitt bei niedriger Temperatur geschlossen, und der Darm oder dergleichen ist blockiert; wenn jedoch elektrische Leistung zum Öffnungs/Schließabschnitt mittels eines perkutanen Systems zur Übertragung elektrischer Leistung geliefert wird, wird der Öffnungs/Schließabschnitt erhitzt und geöffnet, und die Defäkation aus dem künstlichen After tritt auf.
Weil der Formerinnerungslegierungs-Öffnungs-/Schließabschnitt zwei Formerinnerungslegierungs-Platten umfasst, die an beiden Enden miteinander durch Gelenke verbunden sind, gibt es auf diese Weise gemäß der vorliegenden Erfindung zusätzlich zu den oben erwähnten Wirkungen keinen Mechanismus für eine Vorspannfeder, was bei herkömmlichen SMA-Stellorganen unumgänglich ist, und somit besitzt der künstliche Schließmuskel eine einfache Struktur.
Bezüglich der Orte, bei denen der künstliche Schließmuskel verwendet werden kann, kann darüber hinaus gemäß der vorliegenden Erfindung der künstliche Schließmuskel den After eines lebenden Körpers oder einen Teil des aus dem Körper heraus geleiteten Darms nach Bedarf öffnen und schließen oder einen Teil der Harnröhre in einem lebenden Körper nach Bedarf öffnen und schließen.
Durch zusätzliches Bereitstellen von hitzeisolierenden Pufferelementen auf der Innenseite und/oder der Außenseite kann gemäß der vorliegenden Erfindung darüber hinaus der lebende Körper gegenüber Hitze isoliert und gepuffert werden, und darüber hinaus kann durch Überdecken des künstlichen Schließmuskels mit einem biokompatiblen Material dafür Sorge getragen werden, dass es keine nachteiligen Wirkungen auf das umgebende Körpergewebe gibt.
Darüber hinaus besitzen gemäß der vorliegenden Erfindung die Spulen eine flache spiralgewickelte Struktur und erfordern aufgrund dieser Flachheit kaum Raum, und gemäß der im Anspruch 13 offenbarten vorliegenden Erfindung kann eine starke Magnetkraft durch Aufbringen von amorphen Magnetdrähten erhalten werden.
Darüber hinaus wird gemäß der vorliegenden Erfindung die Unannehmlichkeit, eine erste Spule herumtragen zu müssen, beseitigt und es werden solche Umstände vermieden wie dass die erste Spule verloren geht und dass es nicht möglich ist, sofort einen Ersatz zu erhalten.
Darüber hinaus ist gemäß der vorliegenden Erfindung eine Batterie als mit der ersten Spule verbundener Leistungsquelle geeignet, und selbst wenn die zweite Spule und der Formerinnerungslegierungs-Öffnungs-/Schließabschnitt in einem Teil des Körpers, für den eine generelle Anästhesie erforderlich ist, eingebracht ist, kann die erste Spule in einem Teil des Körpers eingebettet werden derart, dass ein Austausch mit nur lokaler Anästhesie möglich ist.

Claims

Künstlicher Schließmuskel mit einem Öffnungs-/Schließabschnitt (11; 25) zum Öffnen und Schließen, wobei der Öffnungs/Schließabschnitt ein Paar von länglichen Formerinnerungslegierungs-Elementen (13; 35), die bei Veränderungen der Temperatur reversibel zwischen entgegen gesetzten Formen wechseln, sowie Gelenke (15; 37) aufweist, die das besagte Paar von Formerinnerungslegierungs-Elementen zu einer zylindrischen Form miteinander verbinden.
Künstlicher Schließmuskel gemäß Anspruch 1, der geeignet ist zum Öffnen und Schließen eines der folgenden Teile: einen After eines lebenden Körpers, einen Teil des Darms eines lebenden Körpers, wobei der Teil nach außerhalb des Körpers führt, und einen Teil der Harnröhre eines lebenden Körpers.
Künstlicher Schließmuskel gemäß Anspruch 1 oder 2, wobei die Formerinnerungslegierungs-Elemente des Paares plattenförmig sind, wobei die Gelenke zum Verbinden der besagten Formerinnerungslegierungs-Elemente miteinander bei beiden Enden davon verwendet werden.
Künstlicher Schließmuskel gemäß einem der Ansprüche 1 bis 3, mit hitzeisolierenden Pufferelementen, die bei Abschnitten bereitgestellt werden, wo jedes Formerinnerungslegierungs-Element des Paares mit einem Darm in Kontakt kommt.
Künstlicher Schließmuskel gemäß einem der Ansprüche 1 bis 4, mit Heizelementen zum Aufheizen des Paares von Formerinnerungslegierungs-Elementen.
Künstlicher Schließmuskel wie im Anspruch 1 beansprucht, ferner mit Temperatursteuerheizelementen (27), wobei die elektrische Leistung zu den Temperatursteuerheizelementen durch ein perkutanes System zur Übertragung elektrischer Leistung (33) geliefert wird, das eine Spule auf einer mit einer Leistungsquelle (53) verbundenen Seite als einer ersten Spule (29) sowie eine Spule auf einer mit einer Last verbunden Seite als einer zweiten Spule (31) aufweist.
Künstlicher Schließmuskel gemäß Anspruch 6, wobei der Formerinnerungslegierungs-Öffnungs-/Schließabschnitt (25) zwei Formerinnerungslegierungs-Platten (35) umfasst, die durch Gelenke (37) an beiden Enden miteinander verbunden sind.
Künstlicher Schließmuskel gemäß Anspruch 6 oder 7, wobei der Formerinnerungslegierungs-Öffnungs-/Schließabschnitt (25) dazu in der Lage ist, einen After eines lebenden Körpers oder einen Teil des Darms eines lebenden Körpers, wobei der Teil aus dem Körper heraus geführt wird, zu öffnen und zu schließen.
Künstlicher Schließmuskel gemäß einem der Ansprüche 6 bis 8, wobei der Formerinnerungslegierungs-Öffnungs-/Schließabschnitt (25) in der Lage ist, einen Teil einer Harnröhre in einem lebenden Körper zu öffnen und zu schließen.
Künstlicher Schließmuskel gemäß einem der Ansprüche 7 bis 9, wobei Hitzeisolier-Pufferelemente (23) auf den beiden Formerinnerungslegierungs-Platten zusätzlich bereitgestellt sind.
Künstlicher Schließmuskel gemäß einem der Ansprüche 7 bis 10, wobei die zwei Formerinnerungslegierungs-Platten (35) mit einem biokompatiblen Plattenmaterial bedeckt sind.
Künstlicher Schließmuskel gemäß Anspruch 6, wobei die Spulen (29) eine flache, spiralgewickelte Struktur aufweisen.
Künstlicher Schließmuskel gemäß Anspruch 12, wobei die Spulen eine flache, spiralgewickelte Struktur mit darauf aufgebrachten, amorphen Magnetdrähten aufweisen.
Künstlicher Schließmuskel gemäß Anspruch 6, wobei die erste Spule (29) und eine Leistungszufuhr (53) zu einem einzelnen integralen Körper eines tragbaren Typs geformt sind und/oder wobei die zweite Spule (31), die Temperatursteuerheizelemente (27) und der Formerinnerungslegierungs-Öffnungs-/Schließabschnitt darauf angepasst sind, in einem lebenden Körper vollständig eingebettet zu sein, und/oder wobei die erste Spule darauf angepasst ist, zuvor permanent in einem Gebäude eingerichtet zu sein.