膀胱動力泵的優(yōu)化設(shè)計(jì)及模擬實(shí)驗(yàn)研究.pdf

1、當(dāng)人體控制排尿的中樞神經(jīng)或周圍神經(jīng)受到損害之后,將導(dǎo)致排尿困難、尿潴留或者尿失禁等臨床癥狀,目前尚無有效治療手段,為此本課題前期研究提出了一種作為輔助排尿裝置的體外電磁驅(qū)動的膀胱動力泵。膀胱動力泵的基本原理是利用電磁鐵產(chǎn)生的電磁場,對磁動子產(chǎn)生電磁驅(qū)動力,驅(qū)動磁動子壓迫膀胱產(chǎn)生膀胱壓,通過調(diào)節(jié)尿道口和輸尿管口的開閉,控制膀胱排尿。
　　 課題前期研究表明:膀胱動力泵原理可行；其電磁驅(qū)動單元的控制和結(jié)構(gòu)參數(shù)對電磁驅(qū)動力具有重要影響

2、；初步建立了膀胱壓、尿流率的數(shù)學(xué)模型,由此確立了一些對泵排尿動力特性有重要影響的參數(shù)。為了研究這些控制和結(jié)構(gòu)參數(shù)對泵的排尿動力特性的影響,了解泵的性能,合理設(shè)計(jì)泵的結(jié)構(gòu),有必要對膀胱動力泵進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)及模擬實(shí)驗(yàn)研究。
　　 本課題將實(shí)現(xiàn)的研究目標(biāo)是:設(shè)計(jì)出結(jié)構(gòu)合理的膀胱動力泵,為合理設(shè)計(jì)泵的結(jié)構(gòu)提供依據(jù)。
　　 圍繞上述研究目標(biāo),本課題首先根據(jù)課題前期的研究成果,確立了電流、氣隙、永磁體間隙等對膀胱動力泵排尿動力特性有重

3、要影響的控制和結(jié)構(gòu)參數(shù),依據(jù)醫(yī)學(xué)上尿動力學(xué)檢查的內(nèi)容和手段,在模擬實(shí)驗(yàn)臺上對不同參數(shù)下的排尿動力特性進(jìn)行了測試,根據(jù)測試的結(jié)果,研究了這些參數(shù)對排尿動力特性的影響。然后運(yùn)用ANSYS有限元分析軟件,建立了膀胱動力泵的有限元模型,該有限元模型利用電磁-結(jié)構(gòu)耦合分析方法和流體-結(jié)構(gòu)耦合分析方法,建立了電磁驅(qū)動力與膀胱壓、尿流率之間的關(guān)系,利用該有限元模型研究了泵的排尿動力特性。最后利用該有限元模型對部分控制和結(jié)構(gòu)參數(shù)進(jìn)行了優(yōu)化,根據(jù)優(yōu)化結(jié)果

4、重新設(shè)計(jì)了膀胱動力泵,并測試了其排尿動力特性,研究了優(yōu)化前與優(yōu)化后的膀胱動力泵的排尿動力特性。
　　 模擬實(shí)驗(yàn)研究結(jié)果表明,增加電流和永磁體的數(shù)量,有利于提高膀胱壓、最大尿流率,縮短排尿時(shí)間,延長膀胱壓持續(xù)時(shí)間；減少氣隙、永磁體間隙有利于提高膀胱壓、最大尿流率,縮短排尿時(shí)間,延長膀胱壓持續(xù)時(shí)間；合理設(shè)置永磁體間隙,可延長膀胱壓持續(xù)時(shí)間,使泵連續(xù)工作。有限元分析結(jié)果表明,有限元模型的分析結(jié)果與模擬實(shí)驗(yàn)的分析結(jié)果相近,有限元模型能夠