專利名稱：智能型原位植入式人工膀胱的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種醫(yī)用人造臟器。具體是一種適用于膀胱腫瘤，壞死性及間質(zhì)性膀胱炎，膀胱外傷造成組織嚴(yán)重缺損，結(jié)核性膀胱攣縮及先天畸形等許多病理情況下需要進(jìn)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)、技術(shù)背景目前，永久性尿流改道及膀胱重建術(shù)主要采用輸尿管皮膚造口術(shù)及各種腸道代替膀胱手術(shù)，其缺點(diǎn)有1.感染發(fā)生率高，尤其是輸尿管至緊盂的逆行性感染；2.存在酸堿失衡及電解質(zhì)紊亂，如高氯性酸中互、低鉀血癥、低鎂血癥；3.所用替代腸管可能發(fā)生惡性腫瘤；4.由于梗阻、尿液返流、殘余尿及感染可導(dǎo)致緊功能惡化；5.術(shù)后護(hù)理復(fù)雜；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，給患者心理上、社交上及性生活上帶來嚴(yán)重影響。近年來雖然手術(shù)方式不斷完善，但其固有的并發(fā)癥仍難以克服，為此，許多學(xué)者探討以高分子材料取代人體膀胱的可能性，但主要存在以下問題1.所用高分子化學(xué)材料與機(jī)體組織發(fā)生反應(yīng)形成纖維性外鞘，影響人工膀胱的充盈及排空；2.人體輸尿管與人工輸尿管吻合處由于肉芽組織增生導(dǎo)致梗阻，從而引起腎盂積水，腎功能惡化；3.所用高分子材料植入體內(nèi)后長(zhǎng)期與尿液接觸，可導(dǎo)致尿鹽沉積及尿石形成，從而產(chǎn)生一系列并發(fā)癥；4.迄今為止，所有人工膀胱均不能與人體建立排尿反射，受者不能及時(shí)感知膀胱充盈與否，從而不能隨意自主控制排尿。目前Mayo Clinic研制的最新的人工膀胱模型，應(yīng)用負(fù)壓引流克服了大部分人工膀胱遇到腎盂積水、腎功能損害的并發(fā)癥，也降低了感染的發(fā)生率，但其主要的缺點(diǎn)有1.該型人工膀胱不能與人體建立排尿反射，患者不能及時(shí)感知膀胱充盈與否，從而不能自主控制排尿，容易使膀胱內(nèi)壓過高，導(dǎo)致尿液返流；2.人工輸尿管襻插入到人體輸尿管的袖套狀連接，在吻合口處的梗阻發(fā)生率較高，3.所用高分子化學(xué)材料植入體內(nèi)后長(zhǎng)期與尿液接觸，可能形成尿鹽沉積及結(jié)石；4.該型人工膀胱由2個(gè)腔組，充盈及排尿機(jī)制復(fù)雜且不可靠，容易發(fā)生故障，目前還沒有6個(gè)月以上的實(shí)驗(yàn)報(bào)道，近期內(nèi)也不可能用于臨床。目前通過組織工程學(xué)技術(shù)進(jìn)行膀胱重建的研究工作，試圖在體外復(fù)制和替代膀胱組織，即以可吸收多聚體如聚羥乙酸(Poly-Glycolic Acid，PGA)及聚乳酸(Ploy-LacticAcid，PCA)或膠原組織作為細(xì)胞生長(zhǎng)三維空間結(jié)構(gòu)，在體外培養(yǎng)液中加入生長(zhǎng)因子培養(yǎng)膀胱的移行上皮細(xì)胞及平滑肌細(xì)胞，將培養(yǎng)的組織作為膀胱缺損區(qū)的替代材料效果令人滿意，在輸尿管及尿道的修復(fù)方面也取得了令人滿意的效果。但膀胱作為一個(gè)具有復(fù)雜生理功能的器官，除了貯存及排空尿液外，還具有復(fù)雜的排尿反射及其他生理功能，組織工程尚無法重建膀胱的神經(jīng)支配，從而不能滿足人體膀胱的生理學(xué)要求。
(三)、發(fā)明的內(nèi)容本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題是針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)存在的上述不足，應(yīng)用生物醫(yī)學(xué)工程、組織工程及人工智能自動(dòng)化技術(shù)，根據(jù)人體膀胱的生理學(xué)要求，設(shè)計(jì)一種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。
在尿液輸送貯存系統(tǒng)內(nèi)層附有相應(yīng)的細(xì)胞外基質(zhì)及框架，植入體內(nèi)后尿路上皮細(xì)胞可沿此附壁生長(zhǎng)，從而可成功解決輸尿吻合口處由于肉芽組織增生及纖維包裹而導(dǎo)致的梗阻問題，從而防止腎盂積水，有效保護(hù)腎功能，便可成功解決由于高分子化學(xué)材料長(zhǎng)期與尿液接是導(dǎo)致的尿鹽沉積及尿石形成問題。應(yīng)用生物醫(yī)學(xué)工程及人工智能自動(dòng)化技術(shù)，通過壓力感應(yīng)及報(bào)警裝置，可及時(shí)感知膀胱充盈，從而避免膀胱內(nèi)壓過高，導(dǎo)致材料老化及尿失禁等一系列發(fā)癥，同時(shí)通過返流瓣膜關(guān)閉，防止尿液返流引起的逆行感染及腎功能損害。當(dāng)患者按受到膀胱充盈報(bào)警信號(hào)，做好排尿準(zhǔn)備后，可通過控制器啟動(dòng)尿泵，以150ml/min的速度迅速排空尿液，再關(guān)閉尿泵及尿道瓣膜，當(dāng)膀胱內(nèi)壓≤10cmH2O時(shí)，抗返流瓣膜開放，尿液輸送貯存系統(tǒng)又開始下一個(gè)循環(huán)?；颊咭嗫稍诎螂孜赐耆溆瘯r(shí)啟動(dòng)及關(guān)閉尿泵，隨意造擇排尿時(shí)機(jī)，自主控制排尿。由于排尿通路為自身尿道，患者不需外接存尿器，無殘余尿及尿失禁，使其更符合生理學(xué)要求，從而極大地提高臨床上膀胱替代的治療水平，改善患者的生活質(zhì)量。
本發(fā)明采用智能型原位植入式人工膀胱在對(duì)患者施行全膀胱切除術(shù)后立即行原位植入術(shù)，手術(shù)在腹膜外腔進(jìn)行，且一次完成，操作簡(jiǎn)單，創(chuàng)傷小，對(duì)腹腔內(nèi)臟器，特別是腸道無刺激，可避免常規(guī)手術(shù)可能發(fā)生的腸道并發(fā)癥發(fā)腸梗阻，吻合口漏等。
本發(fā)明解決上述技術(shù)問題是通過這樣的技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)的即一種智能型原位植入式人工膀胱，其特征是由以下部分構(gòu)成a.尿液輸送及貯存系統(tǒng)由人工輸尿管襻、人工膀胱本體、人工尿道襻組成；b.智能自動(dòng)化系統(tǒng)由壓力感應(yīng)報(bào)警裝置，自動(dòng)抗返流裝置，尿泵及控制器組成。
C.所述人工輸尿管襻、人工膀胱本體具有附著細(xì)胞外基質(zhì)及其框架的內(nèi)層；人工尿道襻具有附著尿細(xì)胞外基質(zhì)及其框架的內(nèi)層，自動(dòng)抗返流裝置分別位于人工輸尿管襻進(jìn)入人工膀胱本體處及人工膀胱本體進(jìn)入人工尿道襻處，尿泵位于人工尿道襻內(nèi)。


附圖是本發(fā)明所設(shè)計(jì)的智能型人工膀胱的基本結(jié)構(gòu)示意圖。圖中1--人工輸尿管襻；2--抗返流瓣膜；3--人工膀胱有孔硬性有孔高分子化學(xué)材料外層；4--人工膀胱附著細(xì)胞外基質(zhì)及其框架內(nèi)層；5--壓力感應(yīng)報(bào)警裝置；6--尿道抗返流瓣膜；7--尿泵；8--高能可充電鋰電池，為尿泵排空提供能量。
具體實(shí)施方式
參見附圖圖中的智能型原位植入式人工膀胱由以下部分構(gòu)成a.尿液輸送及貯存系統(tǒng)由人工輸尿管襻1、人工膀胱本體、人工尿道襻組成；b.智能自動(dòng)化系統(tǒng)由壓力感應(yīng)報(bào)警裝置5，自動(dòng)抗返流裝置2、6，尿泵7及其控制器組成。
C.所述人工輸尿管襻、人工膀胱本體具有附著細(xì)胞外基質(zhì)及其框架的內(nèi)層4；人工尿道襻具有附著尿細(xì)胞外基質(zhì)及其框架的內(nèi)層，自動(dòng)抗返流裝置2、6分別位于人工輸尿管襻進(jìn)入人工膀胱本體處及人工膀胱本體進(jìn)入人工尿道襻處，尿泵位于人工尿道襻內(nèi)。
本發(fā)明所述人工輸尿管襻1為6-10F的硅質(zhì)管道，外有尼龍做螺旋狀加強(qiáng)層；所述人工膀胱本體由三層組成，外層為有孔硬性高分子材料層，中層為有孔軟性硅質(zhì)材料層，內(nèi)層附有膀胱細(xì)胞外基質(zhì)及其框架；所述人工尿道襻為具有良好彈性的硅質(zhì)材料管；尿泵的啟動(dòng)與關(guān)閉由受者通過控制器控制，尿泵的工作由可充電電池8提供能量；可充電鋰電池8位于人工尿道襻外。所述自動(dòng)抗返流裝置2、6為抗返流瓣膜；控制器可植于下腹部皮下，亦可置于體外，由受者隨身攜帶。
本發(fā)明所述的細(xì)胞外基質(zhì)及框架包括a.天然細(xì)胞外基質(zhì)及框架，即將同種異體的輸尿管，膀胱及尿道組織在無菌條件下切除后，置于特定濃度的甲醛及戊二醛液中對(duì)其細(xì)胞外基質(zhì)進(jìn)行交聯(lián)保護(hù)，之后利用低滲緩沖液，內(nèi)含Tris，HCL及EDTA等對(duì)已固定的細(xì)胞進(jìn)行初交提取，再用RNA酶，DNA酶和一些化學(xué)制劑對(duì)細(xì)胞成份進(jìn)行二次提取，獲得將可引發(fā)免疫排斥反應(yīng)的細(xì)胞成份消化掉的輸尿管，膀胱和尿道的細(xì)胞外基質(zhì)及框架，置40℃冰箱內(nèi)待用。b.人工合成細(xì)胞外基質(zhì)替代物；聚羥乙酸(PGA)及聚乳酸(PLA)具有良好的生物可降解性及可塑性，將基作為細(xì)胞的附著物，可為細(xì)胞提供生存的三維空間。
本發(fā)明也可以通過體外細(xì)胞培養(yǎng)，獲得的細(xì)胞外基質(zhì)及框架，為細(xì)胞在體外的三維生長(zhǎng)提供了三維空間，有利于細(xì)胞獲得足夠的營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)，進(jìn)行氣體交換，排除廢物。手術(shù)前通過膀胱鏡在受者體內(nèi)提取移行上皮細(xì)胞、平滑肌細(xì)胞及尿道上皮細(xì)胞，經(jīng)過膠原酶處理后，將細(xì)胞種植于細(xì)胞外基質(zhì)及框架上，再將基置于含生長(zhǎng)因子的生長(zhǎng)液中培養(yǎng)，至其達(dá)到所需要求后，做為人工膀膛內(nèi)層結(jié)構(gòu)，粘附于高分子材料內(nèi)側(cè)一并植入體內(nèi)。
本發(fā)明通過計(jì)算機(jī)三維圖像重建使人工膀胱的形狀及大小更符合受者分腔的解剖結(jié)構(gòu)。術(shù)前患者在膀胱充盈狀態(tài)下通過計(jì)算機(jī)三維圖像重建技術(shù)獲得膀胱的解剖學(xué)參數(shù)，并據(jù)此建立個(gè)體化的人工膀胱，其內(nèi)層為細(xì)胞及其組織，外層為有孔高分子化學(xué)材料，使人工膀胱植入體內(nèi)后內(nèi)層組織獲得其代謝所需的營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)。
本發(fā)明的植入方法是這樣的在全身麻醉或硬膜外腔阻滯麻醉下，對(duì)患者實(shí)施了全膀胱切除術(shù)后，檢查手術(shù)也無活動(dòng)性出血，將此型人工膀胱置入人本盆腔內(nèi)，人工輸尿管襻與人體輸尿管采用逆行插入縫合法，人工輸尿管插入人體輸尿管殘端0.5cm，將人體輸尿管殘端先適當(dāng)外翻，用可吸收縫線將人體輸尿管粘膜與人工輸尿管內(nèi)層的細(xì)胞外基質(zhì)間斷縫合，再使用絲線將人體輸尿管與人工輸尿管套疊部進(jìn)行縫扎，以防漏尿，同法吻合對(duì)側(cè)輸尿管，人工輸尿管襻即可行使人體輸尿管下段的功能。將人工尿道襻插入人體后尿道0.5cm，用可吸收縫線將細(xì)胞外基質(zhì)與尿道粘膜下層間斷縫合，外層用絲線縫扎，人工尿道襻即可行使人體后尿道及全尿道功能。膀胱本體與周圍組織適當(dāng)固定，在關(guān)閉切口時(shí)將為尿泵提供能量的，可充電電池置于下腹部皮下組織內(nèi)，內(nèi)置輸尿管支架管，上至腎盂，外至尿道外口，起支撐及引流作用，約4至6周后輸尿管粘膜的移行上皮細(xì)胞、尿道上皮細(xì)胞可爬行生長(zhǎng)通過吻合口，以防止吻合口處發(fā)生漏尿及梗阻。當(dāng)輸尿管支架管撥除后雙腎生成的尿液沿雙側(cè)，輸尿管襻流入人工膀胱。當(dāng)膀胱內(nèi)尿液貯存在500ml左右，內(nèi)壓≥10cmH2O時(shí)，位于膀胱壁近輸尿管開口處的壓力感應(yīng)報(bào)警裝置即可發(fā)出報(bào)警信號(hào)，患者便可感知需排尿，同時(shí)抗返流瓣膜關(guān)閉，做好排尿準(zhǔn)備后，可通過置于體外的控制器啟動(dòng)尿泵，尿道瓣膜開放，尿液在重力、腹壓及尿泵的抽吸下以150ml/min的速度迅速完全排空，然后通過控制器關(guān)閉尿泵及尿道瓣膜。
在使用中當(dāng)膀胱內(nèi)尿液貯存未達(dá)到500ml，內(nèi)壓未達(dá)到10-15cmH2O時(shí)，壓力感應(yīng)報(bào)警裝置并未發(fā)出排尿信號(hào)，患者亦可通過控制器啟動(dòng)及關(guān)閉尿泵。及時(shí)排空尿液，這樣患者可在臨睡前、開會(huì)、乘車、旅行等活動(dòng)之前排空尿液，達(dá)到隨意選排尿時(shí)機(jī)，自主控制排尿的目的，使其生活極為方便，舒適。為尿泵提供能量的電池置于下腹部皮下組織，當(dāng)其電源將要耗竭時(shí)，可在X線導(dǎo)引下，通過絕緣電極為其快速充電，以保證尿泵正常工作。用于啟動(dòng)及關(guān)閉尿泵的控制器，可以置于體外，由患者隨身攜帶，亦可植于其恥骨聯(lián)合上方的下腹部皮下組織內(nèi)，相當(dāng)于尿泵的開關(guān)按鈕。
本發(fā)明所設(shè)計(jì)的智能型原位植入式人工膀胱的先進(jìn)性主要有以下方面1.患者無需外接集尿器，方便而舒適。2.能隨意選擇排尿時(shí)機(jī)，自主控制排尿，極大地改善了患者的生活質(zhì)量；3.能夠提供連結(jié)有效的尿液貯存，無尿失禁；4.排空完全，無殘余尿；5.自動(dòng)抗返流裝置能避免尿液返流，防止逆行感染；6.在尿液輸送貯存系統(tǒng)的內(nèi)層附有相應(yīng)的細(xì)胞外基質(zhì)及其組織，有效防止尿鹽沉積及尿石形成，亦可避免吻合由于肉芽組織增生而導(dǎo)致梗阻；7.有效地保護(hù)腎臟功能；8.由于該型膀胱原位植入人體盆腔，手術(shù)在腹膜外腔進(jìn)行，對(duì)腹內(nèi)臟器無損傷，從而可完全避免各種腸道替代膀胱手術(shù)所可能發(fā)生的腸道并發(fā)癥；9.手術(shù)操作簡(jiǎn)單，創(chuàng)傷小，便于推廣應(yīng)用；10.由于該膀胱是一完全植入體內(nèi)的模型，唯一與體外相連處為尿道，也降低了感染的可能性。
權(quán)利要求
1.一種醫(yī)用智能型原位植入式人工膀胱，其特征在于由以下部分構(gòu)成a.尿液輸送及貯存系統(tǒng)由人工輸尿管襻(1)、人工膀胱本體、人工尿道襻組成；b.智能自動(dòng)化系統(tǒng)由壓力感應(yīng)報(bào)警裝置(5)，自動(dòng)抗返流裝置(2、6)，尿泵(7)及其控制器組成；C.所述人工輸尿管襻、人工膀胱本體、人工尿道襻具有附著細(xì)胞外基質(zhì)及其框架的內(nèi)層(4)；自動(dòng)抗返流裝置(2、6)分別位于人工輸尿管襻進(jìn)入人工膀胱本體處及人工膀胱本體進(jìn)入人工尿道襻處，尿泵(7)位于人工尿道襻內(nèi)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的智能型原位植入式人工膀胱，其特征在于本發(fā)明所述人工輸尿管襻(1)為6-10F的硅質(zhì)管道，外有尼龍做螺旋狀加強(qiáng)層。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的智能型原位植入式人工膀胱，其特征在于所述人工膀胱本體由三層組成，外層為有孔硬性高分子材料層，中層為有孔軟性硅質(zhì)材料層(3)，內(nèi)層附有膀胱細(xì)胞外基質(zhì)及其框架(4)。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的智能型原位植入式人工膀胱，其特征在于所述人工尿道襻為具有良好彈性的硅質(zhì)材料管。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的智能型原位植入式人工膀胱，其特征在于所述自動(dòng)抗返流裝置(2、6)為抗返流瓣膜。
全文摘要
一種醫(yī)用可原位植入式智能型人工膀胱,由尿液輸送、貯存系統(tǒng)及智能自動(dòng)化系統(tǒng)組成,前者包括人工輸尿管襻(1),人工膀胱本體及人工尿道襻,后者包括壓力感應(yīng)及報(bào)警裝置(5)、自動(dòng)搞返流裝置(2、6)、尿泵及控制器。主要用于膀胱腫瘤,壞死性及間質(zhì)性膀胱炎,膀胱外傷造成組織嚴(yán)重缺損,結(jié)核性膀胱攣縮及先天畸形等許多病理情況下需行膀胱重建及尿流改道的患者。將人體膀胱切除后,人工膠胱原位植入患者盆腔,人工輸尿管襻與人體輸尿管殘端吻合,人工尿道襻與人體尿道殘端吻合,重建尿液輸送及貯存系統(tǒng)?？呻S意選擇排尿的時(shí)機(jī),自主控制排尿。手術(shù)操作簡(jiǎn)單,創(chuàng)傷小。
文檔編號(hào)A61L27/00GK1339290SQ01128928
公開日2002年3月13日 申請(qǐng)日期2001年9月28日 優(yōu)先權(quán)日2001年9月28日
發(fā)明者靳鳳爍, 張克勤 申請(qǐng)人:靳鳳爍, 張克勤