肛门失禁是指排便控制能力障碍，临床上主要表现为排便不能控制，是肛肠外科常见疾病之一。由于肛门失禁，患者经常有难以启齿、意志消沉、孤僻、害怕被发现的严重心理障碍，导致患者精神颓废、社会适应能力大大降低，使患者在家庭、社会、心理和生理、经济上承受着巨大压力。现有的人工肛门括约肌具有患者无法“感知”肠道粪便量、不能自主控制排便的时间、需要通过手动挤压的方式使泵工作、价格昂贵等缺陷。随着科技的发展和人们对生活质量要求的提高，针对越来越普遍的肛门失禁病症，开发出符合人体生理要求的人工肛门括约肌系统已经成为医学研究的一个重要方向。　　 本文以国家自然科学基金(NO.30800235)、教育部博士点新教师基金(NO.20070248094)和上海交通大学医工交叉基金资助项目(NO.YG2009ZD103)为依托，结合工程技术与医学知识，拟解决适合于人体生理要求的人工肛门括约肌的重建理论及其关键技术，研究一种可用于临床的肛门失禁治疗方法，确保患者能自主控制排便时间，消除现有治疗肛门失禁手术的各种缺陷，提高患者的生活质量。　　 本研究旨在对人体肛门失禁诊疗起到进一步推动作用，因此具有重要的研究意义和明显的社会效益。本文具体研究工作可分为以下几个方面:　　 1.介绍人体肛门和结直肠的解剖结构、基本生理常识和人体肛门失禁的概况;阐述了肛门失禁治疗方法和人工肛门括约肌方面的研究现状;分析了目前临床医学上针对肛门失禁的治疗方法及其不足;根据人体生物肛门和结直肠的结构特点，提出基于经皮供能的人工肛门括约肌系统的构思。　　 2.根据肛门的生理结构特点，研究人工肛门括约肌的排便控制机制，重建患者的直肠和肛管感知功能，实现患者自主控制括约肌;提出系统技术方案，分析系统的三大技术模块:传感执行模块、无线通讯控制模块和经皮供能模块;分析基于经皮供能的人工肛门括约肌系统实现的功能;按照模块化和低功耗的要求研究括约肌系统的结构;研究系统的集成方法;研制系统的样机。　　 3.利用电磁耦合原理研究了经皮供能系统。经皮供能系统发射电路的发射线圈为螺线管线圈，布置在人体表面，由全桥逆变电路驱动。接收线圈安放于人体内部。为提高经皮供能系统电路的电磁耦合能效，发射和接收回路均采用谐振补偿技术。在将经皮供能系统应用于人工肛门括约肌系统的同时，人体也将暴露于经皮供能系统的电磁场当中。为此，建立了一个有限长密绕螺线管电磁场模型，推导了电场强度和生物组织中SAR值以及电流密度值之间的关系。并进行了SAR值和电流密度值的仿真实验。结果表明，经皮能量传输系统对人体的电磁影响非常小，属安全范围内。　　 4.在认识了解括约肌系统结构和经皮供能系统原理的基础上，进一步研究了人工肛门括约肌与肠道的作用。分析了人工肛门括约肌和肠道的运动相容性，建立了作用于肠道的径向压缩与轴向伸长的生物力学模型，得到了肠道径向和轴向应力—应变的预测曲线;建立了人体肠道血流量模型，分析人工肛门括约肌输出压力与肠道血流量之间的关系，为人工肛门括约肌系统的设计提供了理论支持和定量的科学依据。　　 5.研究了人工肛门括约肌的模块可靠性、运动规律，并且利用进行了猪肠道的离体实验。通过模块可靠性实验和运动规律实验，测试了本文研制的人工肛门括约肌样机各个模块的可靠性，掌握了括约肌系统的运动时间规律，验证了括约肌系统的研究方案。为了模拟真实的人体结直肠环境，利用离体猪肠道进行了离体实验，进一步验证了人工肛门括约肌样机的有效性。　　 尽管本文的研究基本实现了研究目标，但系统距离临床应用还有很多工作要进行。在论文的最后，对论文的工作和实验结果进行总结，指出下一步的研究工作。