经皮供能的人工肛门括约肌生物相容性研究及实验验证

Artificial anal sphincter supports a new method for the treatment of fecal incontinence, however, energy supply and biocompatibility are the main factors restricting its clinical application. Based on our previous work, the research will be carried out from two bottleneck problems: optimizing the bionic structure and system function of artificial anal sphincter prototype, and reconstructing rectal and anal sphincter muscle perception of patients; developing the adaptive transcutaneous energy supply system, improving the transmission efficiency by researching transmitting end, coupling link, and receiving end through the establishment of energy transmission coupling model; studying the biological electromagnetic compatibility of artificial anal sphincter, calculating the interactions between electromagnetic field and human tissue through the establishment of high precision 3D human model as the safety basis of optimization for the power supply system; researching the biomechanical compatibility of artificial anal sphincter, calculating biomechanical interaction between the cuff and the intestinal tissue through the establishment of 3D finite element model, and providing theoretical support for the analysis of the risk of complications after operation; carrying out the experiment for the artificial anal sphincter, testing the function of the system, theories and methods, evaluating results in solving the biocompatibility problem, and providing the reliable theory basis and the technical support for other high-end artificial organ research.

人工肛门括约肌为解决肛门失禁问题提供了新途径，而能量供给不稳定、生物相容性差是制约其临床应用的主要因素。本课题在前期工作的基础上，从上述两个瓶颈问题入手，拟开展以下研究工作：优化人工括约肌样机的仿生结构与系统功能，重建患者直肠与括约肌肌群的感知能力；研究稳定的自适应经皮供能系统，建立经皮能量传输耦合模型，从发射、耦合、接收三方面研究提高其能量传输效率的方法；研究人工括约肌的生物电磁相容性，通过建立三维人体电磁网格模型，对供能系统与人体组织的相互作用进行计算，为其提供电磁安全理论依据；研究人工括约肌的生物力学相容性，建立执行机构与肠道组织的三维有限元模型，计算两者之间的生物力学效应，为植入手术后的并发症风险分析提供理论支持；开展人工肛门括约肌的相关实验研究，验证系统功能及涉及理论方法，评价研究结果在解决其生物相容性问题中的作用，同时为我国高端人工器官研究提供可靠的理论依据与技术支撑。

人工器官拓宽了疾病治疗的途径，其研究领域几乎涵盖了人体每一种实质组织和器官，但由于生物相容性、能量供给等问题，人工器官仍处于积极研究、热烈讨论及掺杂争议的初期应用阶段。人工肛门括约肌为解决肛门失禁问题提供了新思路，它作为一种植入式人工器官，主要针对临床的重度肛门失禁病症和各种肛门括约肌功能性缺失，通过对患者进行手术植入体内，代替人体自然括约肌对排便实施控制。.本项目以人工肛门括约肌为研究对象，着重进行人工肛门括约肌感知功能重建与相容性分析的理论方法研究，同时针对经皮能量传输技术进行积极探索，并在此基础上构建人工肛门括约肌感知功能重建实验平台，以验证相关方法技术的可行性和有效性，所做主要研究工作与贡献如下：.首先优化人工括约肌样机的仿生结构与系统功能，重建患者括约肌肌群的感知能力；其次，研究稳定的自适应经皮供能系统，通过建立能量传输耦合模型探索提高传输效率的方法；再次，研究人工括约肌的生物电磁相容性，为其提供电磁安全理论依据；然后，研究人工括约肌的生物力学相容性，为其术后并发症风险分析提供理论支持；最后，研制了植入式人工肛门括约肌系统的实验样机，开展了括约肌感知功能重建实验研究，验证了本项目的研究成果。本项目开展的研究工作能够为肛门失禁患者人工器官的最终临床应用提供理论方法依据与技术基础支持。