既存の人工肛門括約筋把持機構には、生体適合性が低く応答時間が長いという欠点があるため、本論文では排便メカニズムおよび力学的特性に基づき、新型の閉鎖リンク式人工肛門括約筋（Novel Closed-link Artificial Anal Sphincter，NCAAS）の把持機構を設計した。NCAAS把持機構は、溝付きカムおよび振り子レバーに基づく伝動機構の三組の交錯した把持アームからなる。生体適合性と応答時間を研究するため、本論文では仮想仕事の原理に基づき把持アームの把持力方程式を導出し、有限要素解析により把持アームと腸管の力学特性を解析した。シミュレーションの結果、排便制御時の最大把持力は1.6 N、肛門直腸角度は62.2°～95.2°であり、人体の日常的な排便制御要求を満たしている。作製したNCAASプロトタイプは重量55.19 g、高さ42.7 mm、機構全長は68.2 mm以下で、平均応答時間は7.25秒であった。本論文ではさらに豚大腸離体実験によりNCAASの腸管把持の生体適合性を検証し、最終排便制御量は700 g、肛門直腸角度は90°未満であった。NCAASは小型軽量で、生体適合性に優れ、従来の人工肛門括約筋に比べ応答時間が大幅に短縮された。

人工肛門括約筋;仮想仕事の原理;有限要素解析;把持機構;カム伝動;離体実験