便意信號檢測與便意重建系統(tǒng)的制作方法
【專利摘要】一種腸胃道醫(yī)療器械【技術(shù)領(lǐng)域】的便意信號檢測系統(tǒng)，包括：括約肌假體、若干用于采集腸道壓力變化的壓力傳感器、壓力信號處理模塊、微控制器、無線通訊模塊以及體外控制模塊，其中：壓力傳感器置于括約肌假體遠(yuǎn)肛門端的軸向平面，腸道壓力經(jīng)由壓力信號處理模塊轉(zhuǎn)化為電信號并傳輸至微控制器，微控制器通過從電信號中提取多個傳感器的實(shí)時腸道壓力值，與設(shè)置便意壓力閾值比較得到便意特征提取信息，并通過無線通訊模塊將便意特征提取信息傳遞至體外控制模塊，體外控制模塊接收到便意特征提取信息后與內(nèi)置數(shù)據(jù)庫進(jìn)行比較并報警以實(shí)現(xiàn)便意重建。本發(fā)明實(shí)現(xiàn)便意信號的準(zhǔn)確檢測，提取便意信號并實(shí)現(xiàn)便意信號重建，方便大便失禁患者掌握有效的排便時機(jī)。
【專利說明】便意信號檢測與便意重建系統(tǒng)
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及的是一種腸胃道醫(yī)療器械【技術(shù)領(lǐng)域】的系統(tǒng)，具體是一種實(shí)現(xiàn)便意檢測與便意重建的系統(tǒng)。
【背景技術(shù)】
[0002]大便失禁是臨床上常見的一種病癥，據(jù)資料統(tǒng)計(jì)成年人的發(fā)病率高達(dá)2%，65歲以上者發(fā)病率可達(dá)7%。大便失禁是指肛管括約肌失去對糞便及氣體排出的控制能力，它容易造成多種并發(fā)癥，不僅給患者帶來極大痛苦，而且給護(hù)理工作帶來諸多困難，隨著人口老齡化趨勢的發(fā)展，大便失禁已經(jīng)成為臨床急需解決的病癥之一。由于肛管括約肌喪失功能或肛管括約肌被切除等原因造成重度大便失禁病癥，外科治療這種大便失禁的方法有腸造口手術(shù)和植入人工肛門括約肌假體。
[0003]經(jīng)對現(xiàn)有技術(shù)的文獻(xiàn)檢索發(fā)現(xiàn):中國專利申請?zhí)?200610017244.6，公開了一種便意信號檢測及處理方法，其通過采集生物電信號，通過放大、陷波、帶通濾波以及信號處理得到便意信號。考慮到生物電信號微弱難于處理，且通過體外檢測到的生物電信號中混雜了多種電信號如心電信號、肌電信號等，其生物電信號能否有效表征便意有待進(jìn)一步驗(yàn)證。
[0004]美國專利號:US7011622B2以及 US8172745A1，公開了一種 Artificial AnalSphincter (用于治 療大便失禁的人工肛門括約肌)，該技術(shù)采用人造括約肌假體用于治療肛門失禁，其有效運(yùn)用在患者體內(nèi)實(shí)現(xiàn)人工控便與排便，但其不具備便意檢測與便意重建功能，是一種盲動式的控制方式，不能掌握患者的恰當(dāng)?shù)呐疟銜r機(jī)。
[0005]經(jīng)過對現(xiàn)有技術(shù)的檢索發(fā)現(xiàn)，日本專利文獻(xiàn)號JP2001289806，
【公開日】2001-10-19，公開了一種 EXCRETION DETECTING METHOD AND APPARATUS THEREF0R(便意檢測方法及裝置)，該技術(shù)通過氣體傳感器對尿片層內(nèi)的氣體以及外部的氣體進(jìn)行檢測后進(jìn)行信號比較實(shí)現(xiàn)便意信號的檢測。但該技術(shù)的缺陷和不足在于通過氣體判斷便意，其判斷便意可靠性有待驗(yàn)證。
[0006]另外根據(jù)《中國生物醫(yī)學(xué)工程學(xué)報》刊物2012，31(6):846-852刊登的一篇題為“新型原位植入式人工肛門括約肌樣機(jī)及離體腸道實(shí)驗(yàn)研究”的論文，以及《儀器儀表學(xué)報》刊物34.5(2013):1173-1180刊登的一篇題為〃新一代反饋式人工肛門括約肌系統(tǒng)的研究.〃的論文提出:當(dāng)進(jìn)入直腸的內(nèi)容物增加到llOmL、直腸內(nèi)壓達(dá)到2.47Kpa時，產(chǎn)生便意；當(dāng)進(jìn)入直腸的內(nèi)容物增加到220mL左右、直腸內(nèi)壓達(dá)到4.6IKpa時，內(nèi)括約肌失去大便自制功能，需要排便。因此可以通過采集結(jié)腸或者直腸處的腸道內(nèi)壓力信號來提取便意。根據(jù)中國《醫(yī)療保健器具》刊物2003.N0.11，P.22~27刊登的一篇題為“胃腸電檢測分析系統(tǒng)的原理結(jié)構(gòu)及臨床意義研究”的論文中提出:當(dāng)人沒有便意時，人體的降結(jié)腸、乙狀結(jié)腸的蠕動頻率很低，當(dāng)人有便意時，蠕動波頻率加快。因此可以通過采集結(jié)腸處的腸道脈動壓力信號來提取便意。
【發(fā)明內(nèi)容】

[0007]本發(fā)明針對現(xiàn)有技術(shù)存在的上述不足，提出一種便意信號檢測系統(tǒng)，通過設(shè)置壓力傳感器于體內(nèi)直腸或結(jié)腸合適部位，提取與腸道內(nèi)容物相關(guān)的腸道內(nèi)壓與腸道蠕動引起的壓力脈動信號，處理兩種壓力信號，提取便意信號。并通過便意信號提取反饋便意信號至體外系統(tǒng)，報警示意，實(shí)現(xiàn)便意信號重建。實(shí)現(xiàn)便意信號的準(zhǔn)確檢測，提取便意信號并實(shí)現(xiàn)便意信號重建，方便大便失禁患者掌握有效的排便時機(jī)。
[0008]本發(fā)明是通過以下技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)的，本發(fā)明包括:括約肌假體、若干用于采集腸道壓力變化的壓力傳感器、壓力信號處理模塊、微控制器、無線通訊模塊以及體外控制模塊，其中:壓力傳感器置于括約肌假體遠(yuǎn)肛門端的軸向平面，腸道壓力經(jīng)由壓力信號處理模塊轉(zhuǎn)化為電信號并傳輸至微控制器，微控制器通過從電信號中提取多個傳感器的實(shí)時腸道壓力值，與設(shè)置便意壓力閾值比較得到便意特征提取信息，并通過無線通訊模塊將便意特征提取信息傳遞至體外控制模塊，體外控制模塊接收到便意特征提取信息后與內(nèi)置數(shù)據(jù)庫進(jìn)行比較并報警以實(shí)現(xiàn)便意重建。
[0009]所述的系統(tǒng)優(yōu)選連接至反饋式的人工肛門括約肌系統(tǒng)上，如機(jī)械指扣式的人工肛門括約肌系統(tǒng)與彈性縮放式人工肛門括約肌系統(tǒng)，通過壓力傳感器采集腸道壓力信息提取便意。
[0010]在本發(fā)明的一個簡化實(shí)施方案中，所述的系統(tǒng)中的括約肌假體可用硅膠套代替，壓力傳感器置于硅膠套上，將硅膠套套置于結(jié)腸或直腸上。
[0011]所述的壓力傳感器優(yōu)選采用耐水性的微型壓力傳感器。
[0012]所述的括約肌假體包括:若干豎直排布的指節(jié)機(jī)構(gòu)和收放執(zhí)行機(jī)構(gòu)，其中:指節(jié)機(jī)構(gòu)為圓環(huán)形結(jié)構(gòu)且包括若干依次轉(zhuǎn)動連接的指節(jié)件，收放執(zhí)行機(jī)構(gòu)包括:驅(qū)動繩、兩個卷揚(yáng)輪和微型電機(jī)，其中:驅(qū)動繩順次穿過指節(jié)機(jī)構(gòu)的各個指節(jié)件，驅(qū)動繩一端固定在末端指節(jié)件上，另一端穿過卷揚(yáng)輪上設(shè)置的圓形孔，并固定在卷揚(yáng)輪上，兩個卷揚(yáng)輪與微型電機(jī)相連，通過卷揚(yáng)輪實(shí)現(xiàn)驅(qū)動繩的收放，進(jìn)而帶動各個指節(jié)件沿徑向收縮或擴(kuò)張，實(shí)現(xiàn)指節(jié)機(jī)構(gòu)整體內(nèi)徑的變化。
[0013]所述的驅(qū)動繩在每個指節(jié)結(jié)構(gòu)上設(shè)有兩根，分別設(shè)置于指節(jié)件的兩側(cè)，從而整體上分別位于指節(jié)結(jié)構(gòu)的內(nèi)徑側(cè)和外徑側(cè)且對應(yīng)控制縮和控制放。
[0014]所述的位于指節(jié)機(jī)構(gòu)的首端和尾端的兩個指節(jié)件分別與卷揚(yáng)輪轉(zhuǎn)動連接。
[0015]所述的指節(jié)件的結(jié)構(gòu)為:中部為長方形主體，前端和末端為用于轉(zhuǎn)動連接的連接部，兩側(cè)為設(shè)置驅(qū)動繩的穿線孔。
[0016]所述的連接部為開有通孔的耳板結(jié)構(gòu)，不同指節(jié)件的兩個耳板結(jié)構(gòu)分別由插銷件相連。
[0017]所述的壓力傳感器等距設(shè)置于遠(yuǎn)肛腸端的指節(jié)件上。
[0018]所述的壓力信號處理模塊包括:橋式的處理電路，將對應(yīng)的壓力信號輸出為線性對應(yīng)的電壓信號；精密放大電路，將電壓信號放大并輸出模擬電壓信號；AD轉(zhuǎn)換電路，將模擬電壓信號轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號。
[0019]所述的微處理器可·采用但不限于PIC16F690單片機(jī)，該微處理器其具有體積微小，功耗低的特點(diǎn)，針對指扣式人工肛門括約肌與彈性縮放式人工肛門括約肌系統(tǒng)，其系統(tǒng)本身包含該模塊。[0020]所述的無線通訊模塊可采用但不限于以si4431為核心的通訊芯片，該無線通訊模塊具有體積微小，功耗低的特點(diǎn)，針對指扣式人工肛門括約肌與彈性縮放式人工肛門括約肌系統(tǒng)，其系統(tǒng)本身包含該模塊。
[0021]所述的微型壓力傳感器采用醫(yī)用硅膠進(jìn)行集成耐水封裝，保證系統(tǒng)植入的生物安全性與組織相容性。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0022]圖1為本發(fā)明結(jié)構(gòu)示意圖。
[0023]圖2為實(shí)施例1設(shè)置圖。
[0024]圖3為人工肛門括約肌假體結(jié)構(gòu)示意圖。
[0025]圖4為實(shí)施例1便意提取的流程圖。
【具體實(shí)施方式】
[0026]下面對本發(fā)明的實(shí)施例作詳細(xì)說明，本實(shí)施例在以本發(fā)明技術(shù)方案為前提下進(jìn)行實(shí)施，給出了詳細(xì)的實(shí)施方式和具體的操作過程，但本發(fā)明的保護(hù)范圍不限于下述的實(shí)施例。
實(shí)施例1
[0027]如圖1和圖2所示，本實(shí)施例包括:指扣式人工肛門括約肌假體5、若干用于采集腸道壓力變化的壓力傳感器1、2、3、4、壓力信號處理模塊、微控制器、無線通訊模塊以及體外控制模塊。
[0028]所述的壓力傳感器為接觸式壓力傳感器或者其它適合的壓力傳感器，本實(shí)施例中壓力傳感器為4個，具體運(yùn)用中傳感器數(shù)量不限于4個。
[0029]在本實(shí)施例中傳感器的安放位置為假體軸向面的遠(yuǎn)離肛門端；也可設(shè)置于假體與腸壁接觸面；針對水囊式假體也可設(shè)置與假體水囊內(nèi)；針對獨(dú)立的便意提取系統(tǒng)，可采用彈性硅膠套套置于直腸或者結(jié)腸上。
[0030]如圖3所示，所述的指扣式人工肛門括約肌假體5包括:若干豎直排布的指節(jié)機(jī)構(gòu)6和收放執(zhí)行機(jī)構(gòu)7，其中:指節(jié)機(jī)構(gòu)6為圓環(huán)形結(jié)構(gòu)且包括若干依次轉(zhuǎn)動連接的指節(jié)件8，收放執(zhí)行機(jī)構(gòu)7包括:驅(qū)動繩(圖中未示出)、兩個卷揚(yáng)輪10和微型電機(jī)11，其中:驅(qū)動繩順次穿過指節(jié)機(jī)構(gòu)6的各個指節(jié)件8，驅(qū)動繩一端固定在末端指節(jié)件8上，另一端穿過卷揚(yáng)輪10上設(shè)置的圓形孔，并固定在卷揚(yáng)輪10上，兩個卷揚(yáng)輪10與微型電機(jī)11相連，通過卷揚(yáng)輪10實(shí)現(xiàn)驅(qū)動繩的收放，進(jìn)而帶動各個指節(jié)件8沿徑向收縮或擴(kuò)張,實(shí)現(xiàn)指節(jié)機(jī)構(gòu)6整體內(nèi)徑的變化。
[0031]所述的驅(qū)動繩在每個指節(jié)結(jié)構(gòu)上設(shè)有兩根，分別設(shè)置于指節(jié)件8的兩側(cè)，從而整體上分別位于指節(jié)結(jié)構(gòu)的內(nèi)徑側(cè)和外徑側(cè)且對應(yīng)控制縮和控制放。
[0032]所述的位于指節(jié)機(jī)構(gòu)6的首端和尾端的兩個指節(jié)件8分別與卷揚(yáng)輪10轉(zhuǎn)動連接。
[0033]所述的指節(jié)件8的結(jié)構(gòu)為:中部為長方形主體，前端和末端為用于轉(zhuǎn)動連接的連接部12，兩側(cè)為設(shè)置驅(qū)動繩的穿線孔13。
[0034]所述的連接部12為開有通孔14的耳板結(jié)構(gòu)，不同指節(jié)件8的兩個耳板結(jié)構(gòu)分別由插銷件15相連。[0035]所述的微型電機(jī)11連接感知腸道壓力變化的壓力傳感器。
[0036]如圖4所示，本實(shí)施例中傳感器的安放方式運(yùn)用在假體關(guān)閉情況下，假體關(guān)閉后，遠(yuǎn)離肛門端的直腸貼在假體上軸向面，擠壓四個壓力傳感器。腸道內(nèi)容物增多，其壓力跟隨內(nèi)容物增多而增大；當(dāng)內(nèi)容物增多至a毫升如IOOmL時，產(chǎn)生的壓力為便意壓力閾值a(Kpa);當(dāng)腸道具有便意時，其蠕動頻率增加，統(tǒng)計(jì)此時的腸道蠕動次數(shù)，設(shè)為b次/小時，為便意蠕動閾值。實(shí)時監(jiān)控腸道壓力信號，提取緩慢變化的壓力信號I與由腸道蠕動產(chǎn)生的脈動壓力信號2，將信號I與信號2與便意壓力閾值a、便意蠕動閾值b相比較，當(dāng)實(shí)時壓力的兩項(xiàng)數(shù)據(jù)均大于a、b時，判斷為有便意。本實(shí)施例中以緩慢變化的壓力信號I跟便意壓力閾值a相比較為例。
[0037]本實(shí)施例中的傳感器設(shè)置完成后，對整個假體及傳感器進(jìn)行醫(yī)用硅橡膠薄膜封裝，保證整個機(jī)構(gòu)的生物相容性與組織安全性。封裝完成后，需對傳感器進(jìn)行標(biāo)定。
[0038]本實(shí)施例中的壓力信號為四個壓力傳感器的壓力平均值，并通過壓力傳感器處理模塊進(jìn)行相應(yīng)處理。
[0039]本實(shí)施例中針對便意提取的程序流程圖如圖2所示，假體關(guān)閉狀態(tài)下:實(shí)時監(jiān)測腸道因內(nèi)容物增多引起的變化壓力信號，并與便意壓力閾值a比較，當(dāng)實(shí)時的腸道壓力信號穩(wěn)定大于a時，判斷為有便意并傳輸便意信號至體外；
[0040]體外系統(tǒng)接收到便意信號，進(jìn)行蜂鳴示意排便，實(shí)現(xiàn)便意重建。
[0041]本系統(tǒng)通過壓力信 號實(shí)現(xiàn)對便意信號的提取，可將便意提取與人工肛門括約肌融合運(yùn)用，實(shí)現(xiàn)便意重建，具有新穎性與前瞻性，具有廣泛的運(yùn)用前景。
【權(quán)利要求】
1.一種便意信號檢測與便意重建系統(tǒng)，其特征在于，包括:括約肌假體、若干用于采集腸道壓力變化的壓力傳感器、壓力信號處理模塊、微控制器、無線通訊模塊以及體外控制模塊，其中:壓力傳感器置于括約肌假體遠(yuǎn)肛門端的軸向平面，腸道壓力經(jīng)由壓力信號處理模塊轉(zhuǎn)化為電信號并傳輸至微控制器，微控制器通過從電信號中提取多個傳感器的實(shí)時腸道壓力值，與設(shè)置便意壓力閾值比較得到便意特征提取信息，并通過無線通訊模塊將便意特征提取信息傳遞至體外控制模塊，體外控制模塊接收到便意特征提取信息后與內(nèi)置數(shù)據(jù)庫進(jìn)行比較并報警以實(shí)現(xiàn)便意重建； 所述的壓力信號包括:腸道內(nèi)容物增多產(chǎn)生的壓力信號以及腸道蠕動信號。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的系統(tǒng)，其特征是，所述的系統(tǒng)與反饋式的人工肛門括約肌系統(tǒng)相連，通過壓力傳感器采集腸道壓力信息提取便意。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的系統(tǒng)，其特征是，所述的括約肌假體為硅膠套，壓力傳感器置于硅膠套上，將硅膠套套置于結(jié)腸或直腸上。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的系統(tǒng)，其特征是，所述的壓力傳感器采用耐水性的微型壓力傳感器。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的系統(tǒng)，其特征是，所述的括約肌假體包括:若干豎直排布的指節(jié)機(jī)構(gòu)和收放執(zhí)行機(jī)構(gòu)，其中:指節(jié)機(jī)構(gòu)為圓環(huán)形結(jié)構(gòu)且包括若干依次轉(zhuǎn)動連接的指節(jié)件，收放執(zhí)行機(jī)構(gòu)包括:驅(qū)動繩、兩個卷揚(yáng)輪和微型電機(jī)，其中:驅(qū)動繩順次穿過指節(jié)機(jī)構(gòu)的各個指節(jié)件，驅(qū)動繩一端固定在末端指節(jié)件上，另一端穿過卷揚(yáng)輪上設(shè)置的圓形孔，并固定在卷揚(yáng)輪上，兩個卷揚(yáng)輪與微型電機(jī)相連，通過卷揚(yáng)輪實(shí)現(xiàn)驅(qū)動繩的收放，進(jìn)而帶動各個指節(jié)件沿徑向收縮或擴(kuò)張，實(shí)現(xiàn)指節(jié)機(jī)構(gòu)整體內(nèi)徑的變化。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的系統(tǒng)，其特征是，所述的驅(qū)動繩在每個指節(jié)結(jié)構(gòu)上設(shè)有兩根， 分別設(shè)置于指節(jié)件的兩側(cè)`，從而整體上分別位于指節(jié)結(jié)構(gòu)的內(nèi)徑側(cè)和外徑側(cè)且對應(yīng)控制縮和控制放。
7.根據(jù)權(quán)利要求5所述的系統(tǒng)，其特征是，所述的位于指節(jié)機(jī)構(gòu)的首端和尾端的兩個指節(jié)件分別與卷揚(yáng)輪轉(zhuǎn)動連接。
8.根據(jù)權(quán)利要求5所述的系統(tǒng)，其特征是，所述的指節(jié)件的結(jié)構(gòu)為:中部為長方形主體，前端和末端為用于轉(zhuǎn)動連接的連接部，兩側(cè)為設(shè)置驅(qū)動繩的穿線孔。
9.根據(jù)權(quán)利要求5所述的系統(tǒng)，其特征是，所述的壓力傳感器等距設(shè)置于遠(yuǎn)肛腸端的指節(jié)件上。
10.根據(jù)權(quán)利要求1所述的系統(tǒng)，其特征是，所述的壓力信號處理模塊包括:橋式的處理電路，將對應(yīng)的壓力信號輸出為線性對應(yīng)的電壓信號；精密放大電路，將電壓信號放大并輸出模擬電壓信號；AD轉(zhuǎn)換電路，將模擬電壓信號轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號。
【文檔編號】A61B5/03GK103654804SQ201310729155
【公開日】2014年3月26日 申請日期:2013年12月25日 優(yōu)先權(quán)日:2013年12月25日
【發(fā)明者】王志武, 顏勝, 顏國正, 克磊, 劉大生, 李曉陽 申請人:上海交通大學(xué)