膀胱動力泵的優(yōu)化設計及模擬實驗研究.pdf

1、當人體控制排尿的中樞神經或周圍神經受到損害之后,將導致排尿困難、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動的膀胱動力泵。膀胱動力泵的基本原理是利用電磁鐵產生的電磁場,對磁動子產生電磁驅動力,驅動磁動子壓迫膀胱產生膀胱壓,通過調節(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；其電磁驅動單元的控制和結構參數對電磁驅動力具有重要影響

2、；初步建立了膀胱壓、尿流率的數學模型,由此確立了一些對泵排尿動力特性有重要影響的參數。為了研究這些控制和結構參數對泵的排尿動力特性的影響,了解泵的性能,合理設計泵的結構,有必要對膀胱動力泵進行優(yōu)化設計及模擬實驗研究。
　　 本課題將實現的研究目標是:設計出結構合理的膀胱動力泵,為合理設計泵的結構提供依據。
　　 圍繞上述研究目標,本課題首先根據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、要影響的控制和結構參數,依據醫(yī)學上尿動力學檢查的內容和手段,在模擬實驗臺上對不同參數下的排尿動力特性進行了測試,根據測試的結果,研究了這些參數對排尿動力特性的影響。然后運用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-結構耦合分析方法和流體-結構耦合分析方法,建立了電磁驅動力與膀胱壓、尿流率之間的關系,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構參數進行了優(yōu)化,根據優(yōu)化結果

4、重新設計了膀胱動力泵,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。
　　 模擬實驗研究結果表明,增加電流和永磁體的數量,有利于提高膀胱壓、最大尿流率,縮短排尿時間,延長膀胱壓持續(xù)時間；減少氣隙、永磁體間隙有利于提高膀胱壓、最大尿流率,縮短排尿時間,延長膀胱壓持續(xù)時間；合理設置永磁體間隙,可延長膀胱壓持續(xù)時間,使泵連續(xù)工作。有限元分析結果表明,有限元模型的分析結果與模擬實驗的分析結果相近,有限元模型能夠