Hydraulic Detrusor for Artificial Bladder Active Voiding

执行机构 波纹管 人工肌肉 计算机科学 材料科学 生物医学工程 控制理论(社会学) 机械工程 医学 人工智能 工程类 控制(管理)
作者
Giada Casagrande,Michele Ibrahimi,Federica Semproni,Veronica Iacovacci,Arianna Menciassi
出处
期刊:Soft robotics [Mary Ann Liebert, Inc.]
卷期号:10 (2): 269-279 被引量:16
标识
DOI:10.1089/soro.2021.0140
摘要

The gold standard treatment for bladder cancer is radical cystectomy that implies bladder removal coupled to urinary diversions. Despite the serious complications and the impossibility of controlled active voiding, bladder substitution with artificial systems is a challenge and cannot represent a real option, yet. In this article, we present hydraulic artificial detrusor prototypes to control and drive the voiding of an artificial bladder (AB). These prototypes rely on two actuator designs ( origami and bellows ) based either on negative or positive operating pressure, to be combined with an AB structure. Based on the bladder geometry and size, we optimized the actuators in terms of contraction/expansion performances, minimizing the liquid volume required for actuation and exploring different actuator arrangements to maximize the voiding efficiency. To operate the actuators, an ad hoc electrohydraulic circuit was developed for transferring liquid between the actuators and a reservoir, both of them intended to be implanted. The AB, actuators, and reservoir were fabricated with biocompatible flexible thermoplastic materials by a heat-sealing process. We assessed the voiding efficiency with benchtop experiments by varying the actuator type and arrangement at different simulated patient positions (horizontal, 45° tilted, and vertical) to identify the optimal configuration and actuation strategy. The most efficient solution relies on two bellows actuators anchored to the AB. This artificial detrusor design resulted in a voiding efficiency of about 99%, 99%, and 89%, in the vertical, 45° tilted, and horizontal positions, respectively. The relative voiding time was reduced by about 17, 24, and 55 s compared with the unactuated bladder.
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