人工尿道括约肌系统设计与实验研究

来源 :广东工业大学 | 被引量 : 0次 | 上传用户:sticker2009
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因尿道括约肌功能性障碍所引发的重度尿失禁问题,不仅给患者带来极大的痛苦和生活障碍,还易引发泌尿系统感染等疾病。该病易受患者的性别与年龄影响,医学上通常难以用手术或者药物治愈。近年来人工尿道括约肌的提出和实现,为解决因尿道括约肌功能性障碍所引发的重度尿失禁问题提供了可能。目前多数人工尿道括约肌产品属于国外设计研发,国内对人工尿道括约肌方面的研究涉足较少,而且存在手动泵内部结构复杂,加工成本高,价格昂贵,机构不稳定,括约肌假体容易出现破裂等许多不足之处,因此设计出一种系统工作稳定、使用寿命长久且符合人体生理要求的人工尿道括约肌成为医工交叉的一个重要研究方向。  针对因尿道括约肌功能性障碍所引发的重度尿失禁问题,根据人体生理结构特点及液压泵工作原理,本文设计了一种人工尿道括约肌系统,设计了手动泵、蓄能球和括约肌假体结构,建立了手动泵和括约肌假体的数学模型,验证了数学模型的有效性,实验研究了人工尿道括约肌系统的开启特性和尿流率特性。主要研究内容如下:  利用SolidWorks软件和ANSYS Workbench软件建立了手动泵的三维实体模型和有限元模型,对泵囊进行了有限元非线性静力学分析,选择了手动泵泵囊尺寸参数。根据人体生理结构特点和液压传动原理,设计了手动泵泵架结构、泵内单向阀和节流阀结构。根据橡胶非线性弹性变形理论设计了蓄能球,依据人体尿道括约肌排尿机理设计了括约肌假体。  基于材料力学、流体力学、有限元理论与液压传动原理,建立了人工尿道括约肌系统手动泵数学模型和括约肌假体数学模型。利用MATLAB软件平台仿真了不同参数对括约肌假体开启时间和尿流率特性的影响,设计并搭建了模拟实验平台,通过实验研究了不同参数对括约肌系统开启特性的影响,实验验证了括约肌假体的开启特性和尿流率数学模型有效性,通过实验测量了括约肌假体内压强变化和膀胱容量变化,实验验证了括约肌假体的启闭特性。  研究结果表明,本文设计的人工尿道括约肌系统原理可行,结构合理,符合人体生理结构特点,建立的数学模型有效。通过控制泵体内液体容量可以改变泵体内压力,患者可以自行调节括约肌假体夹持压力。通过改变对手动泵的按压力与按压频率可以调节尿道开启时间。研究结果可为开发适于临床的人工尿道括约肌系统提供依据。
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