尿壓傳感與導尿控制裝置的設計與實現*

傅洪波，劉國先，朱恒強，黃德群，陳曉明，陽范文

(1.廣州醫科大學生物醫學工程系，廣州 511436；2.東莞市婦幼保健院，東莞 523000；3.廣東省醫療器械研究所，國家醫療保健器具工程技術研究中心， 廣州 510500)

1 引 言

保證患者的正常排尿的留置導尿管術(retention catheterization)是在導尿后，將導尿管保留在膀胱內持續引流尿液的方法[1-2]，與臨時性導尿不同，留置導尿術有利于提高患者的生命質量。對于泌尿系統疾病外科術后長期留置膀胱造瘺管和留置導尿管者來說，持續性的開放引流會導致患者的膀胱功能衰退，拔管后會導致排尿困難、尿潴留、尿失禁、尿頻等異常問題。當試圖建立膀胱反射，最后達到患者自主意識控制排尿的目的時，臨床試驗已證明使用采用間斷性人工夾閉導尿管，三分之二的患者需要半年，三分之一的患者需要一年或一年以上的時間才能建立起反射性膀胱[2]。用固定間斷手動開閉放尿來訓練膀胱的方法，其缺點是忽略了開閉間隔內患者的膀胱的充盈與否，現實中患者膀胱的充盈程度除與時間的長短相關外，還應根據患者的具體情況而定，如：用藥物種類、輸液量、飲食情況、晝夜規律[2-4]。由于不符合膀胱正常的舒縮規律和排尿功能，對于人體依靠尿壓傳感建立排尿反射的機制也就沒有遵循，患者的舒適度和訓練效果可想而知。而且，手動開閉放尿，則增加了照護的負擔。

解決上述問題,我們認為有必要改進導尿管控制, 改手動為自動，甚至智能化。前期文獻調研中,相關的研究報告了對導尿管的各種升級改造[5-10]。其中閆桂虹等設計引入探測探頭、傳感器、通過模擬電子實現了排尿自動控制[9-10]，但該裝置沒有引入安全預警裝置，一些技術參數，比如排尿壓力關閉截止域值設定為0，現實中很難達到，后續控制也存在一定問題(如沒有說明依靠電池還是交流電工作)。另外，其研究報道的相應文獻中未詳細展現更多技術細節，從其裝置實物圖看來，相應裝置未集成電子化，研究尚處于初期探索階段。

為此，我們充分吸收相應文獻的思路[9-15]，結合醫療實踐，提出一套新的設計方案，仍然采用膀胱內測壓和傳感控制來實現自動放尿和鍛煉膀胱舒縮功能的目的，且可在無人干預的情況下按設定的程序或指令進行操作或控制。

2 設計與實施

基于以上方案，我們設計并實現了如圖1所示的集成化電子控制裝置。

圖1裝置原理圖

Fig1Deviceschematicdiagram

2.1 尿管模塊

基于以上分析，本裝置中尿管模塊，采用現有醫用導尿管，末端加裝三通。三通兩端接入兩根醫用膠管，一根為排尿分管，實現與尿袋的聯通。另一根為傳壓管，實現壓力傳感取樣。本裝置保持了現有導尿管結構和功能。

2.2 控制模塊

三通連接的排尿分管由電磁閥控制，電磁閥由充電電池供電。通常電磁閥關閉，夾壓住尿管，尿管連接尿袋。傳壓管連接微型壓力傳感器用于感知導尿管內壓強，液壓轉為氣壓傳感至壓力傳感器，當尿壓達到設定閾值后，開啟電磁閥，經延遲控制，給出設定排尿時間(如三分鐘)，然后電磁閥又自動閉合，終止排尿過程。該儀器還采用了一個安全保險裝置，當電源處于低電狀態，給出蜂鳴示警。當意外情況導致完全斷電時，如果尿管內壓力過大，超過安全保險閥的設定壓力后，安全保險裝置將自動開啟，讓尿液通過排尿分管直接排入尿袋，避免因斷電或儀器意外情況下，患者無法排尿情況發生。

2.3 電路的基本工作原理

該模塊的電路設計見圖2。

以上電路設計，經調試、制板、組裝形成電子實物圖(見圖3)。

該組裝初樣經外加設定尿壓閾值以上壓強反復實測，反應靈敏，應答穩定，而最近少量的臨床人體實測，工作穩定，初步達到設計目標。

3 小結

本裝置旨在升級現有導尿管系統，通過壓力傳感控制，模擬人體依靠尿壓排尿的生理機制，而不是現行尿管的有尿即排的非干預機制，從而使長期留置導尿管患者能保持膀胱功能。另外，部分患者的膀胱功能恢復的臨床護理，目前需要測壓系統結合手動排放處理，本裝置通過測壓、傳壓、自動排尿的一體化設計，有望簡化和精準化相應的護理工作。未來加強該裝置在控制參數的個性化和智能化方面的設計，如排尿尿壓的個性化設置和實時無線監控，有利于提升裝置使用的靈活性和適用性。另外，需要指出一點是，本裝置在設計中考慮了醫療器械的監管和申報要求，完全使用現有的醫用導尿管和導管，部分耗材可重復利用，避免浪費，降低成本。

圖2電路圖

Fig2Circuitdiagram

圖3 初樣圖

1.solenoid valve, 2.sampling pool, 3.reset button, 4.power and control center box,5.pressure-transfer tube, 6.catheter

目前該裝置已初步進入臨床實驗階段，將通過實測，進一步提升其可靠性和實用性。