【摘要】：神經(jīng)源性膀胱是指控尿的中樞神經(jīng)損傷或病變,導(dǎo)致膀胱或尿道功能障礙,進而引發(fā)下尿路癥和并發(fā)癥的疾病總稱,目前尚無有效治療措施。臨床上一般采用膀胱造瘺、電刺激、尿道插管和藥物注射等輔助排尿措施,但易導(dǎo)致尿路感染或引起其他并發(fā)癥。針對現(xiàn)有臨床輔助排尿措施導(dǎo)致尿路感染等并發(fā)癥問題,課題組前期提出了一種體外電磁驅(qū)動的輔助排尿系統(tǒng),也稱膀胱動力泵。該泵的核心機構(gòu)是由電磁鐵和磁動子組成的電磁驅(qū)動系統(tǒng),由于尚存在質(zhì)量和體積偏大、便攜性差等問題,尚難以滿足動物和臨床試驗研究要求。為此,本文對膀胱動力泵的電磁驅(qū)動系統(tǒng)進行了優(yōu)化設(shè)計,并對優(yōu)化前后電磁驅(qū)動系統(tǒng)的電磁驅(qū)動特性、溫升特性和膀胱動力泵的排尿動力特性進行了有限元仿真分析和模擬實驗研究。具體工作內(nèi)容如下:根據(jù)電磁鐵設(shè)計理論和膀胱動力泵組成原理,初步設(shè)計了電磁鐵的結(jié)構(gòu)。結(jié)合人體生理組織結(jié)構(gòu)特點和最優(yōu)化理論,建立了磁動子和電磁鐵的優(yōu)化設(shè)計數(shù)學(xué)模型。采用序列二次規(guī)劃法(SQP法)求解模型,獲得了電磁驅(qū)動系統(tǒng)的最佳結(jié)構(gòu)設(shè)計參數(shù)。運用Solidworks軟件建立了優(yōu)化前后電磁驅(qū)動系統(tǒng)的三維實體模型,運用ANSYS Workbench軟件對其進行了靜磁場和瞬態(tài)磁場仿真分析,獲得了優(yōu)化前后電磁驅(qū)動系統(tǒng)的磁場分布云圖和磁動子運動過程中電磁驅(qū)動力的變化規(guī)律。運用ANSYS Workbench軟件的電磁熱耦合分析功能,對優(yōu)化前后的電磁鐵進行了溫度場仿真分析,獲得了優(yōu)化前后電磁鐵的溫度場分布云圖和溫升隨電磁鐵通電時間的變化曲線。運用Solidworks軟件建立了優(yōu)化前后膀胱動力泵的三維實體模型,運用ANSYS Workbench軟件的流固耦合分析功能,對其進行了排尿動力特性仿真分析,獲得了膀胱壓和尿流率的分布云圖及全程排尿期膀胱壓和尿流率的變化曲線。根據(jù)優(yōu)化結(jié)果,制作了電磁驅(qū)動系統(tǒng)和膀胱動力泵的物理模型,設(shè)計并搭建了模擬實驗平臺,實驗分析了優(yōu)化前后電磁驅(qū)動系統(tǒng)的電磁驅(qū)動特性、溫升特性和膀胱動力泵的排尿動力特性,實驗驗證了所建立模型的有效性。研究結(jié)果表明:所建立的優(yōu)化設(shè)計數(shù)學(xué)模型和有限元模型有效實用;與優(yōu)化前相比,電磁鐵的體積可減小65.45%,質(zhì)量可減輕60.25%,磁動子與定子所構(gòu)成的可變工作容腔的體積可減小14.03%,電磁驅(qū)動力提高2.09%,膀胱壓峰值提高2.74%,尿流率峰值提高14.22%,溫升僅增高1.64~oC,排尿動力特性得到了明顯改善。研究結(jié)果可為設(shè)計便攜、可靠及適用于動物和臨床試驗研究的膀胱動力泵提供理論與技術(shù)指導(dǎo)。
【學(xué)位授予單位】：廣東工業(yè)大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2018
【分類號】：TH789

【參考文獻】

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本文編號：2778266