膀胱动力泵排尿动力特性影响因素实验分析

　　对于由人体控制排尿的中枢神经或周围神经受到损害之后引起的膀胱排尿功能障碍,目前尚无有效的治疗方法。针对此情况,作者前期提出了一种辅助膀胱排尿的体外电磁驱动膀胱动力泵[1],其作用是利用电磁驱动单元产生的电磁力辅助膀胱排尿。前期分析研究表明,其电磁驱动单元的结构和控制参数等因素对该泵的电磁驱动特性有重要的影响[2]。为了进一步研究这些因素对泵的排尿动力特性的影响,有必要对其进行模拟实验分析。

　　在人体的尿动力学检查中,常采用排尿期压力流率测定法。尿流率测定即利用尿流计测定并记录单次排尿全程的瞬时尿流率。膀胱压测定即通过向膀胱内置入一测压导管记录膀胱压。医学上以此研究尿路输送、贮存、排出尿液功能。作者借鉴此检测方法,在模拟实验台上,对膀胱动力泵在不同影响因素下的压力、流率特性———排尿动力特性进行了测定,并分析这些因素对膀胱动力泵排尿动力特性的影响,研究结果可为评价膀胱动力泵性能、指导电磁驱动单元结构优化设计提供依据。

　　1　膀胱动力泵模拟实验台

　　图1为根据流体力学相似性准则设计的膀胱动力泵模拟实验台[3]。

　　图中,a为电磁铁3边缘与第1块永磁体边缘的水平距离; b为第1块永磁体与电磁铁3之间的气隙;θ为永磁体与电磁铁的夹角;δ为各永磁体的间隙。在该实验台中,模拟膀胱的水囊1由具有柔性和一定弹性的材料制成。覆盖在水囊1上的柔性膜4与贴在其上的若干永磁体组成磁动子,与U型电磁铁构成电磁驱动单元。电磁铁3通电后驱动磁动子压迫水囊1并使水囊1内液体压力升高,水囊1容积变小,液体从排水管6排出。水囊1内液体的压力由压力传感器9检测,下水箱8内液柱高度由压力传感器10检测,排出液体的流率由液柱高度的变化率计算出。各压力传感器检测的压力信号经数据采集控制卡送入计算机。

　　在该模拟实验台中,在影响尿流率和膀胱压的诸多因素中,电磁铁尺寸、铁芯硅钢的B-H曲线、永磁体的去磁曲线、相对磁导率和矫顽力以及排尿管结构可认为不变,故影响尿流率和膀胱压的主要因素是:位置a、气隙b、夹角θ、间隙δ、永磁体数量n和电磁铁电流I。

　　2　膀胱动力泵性能指标

　　在对排尿期压力流率测定结果进行处理后,可得到尿量、最大尿流率、总排尿时间、尿流率达峰时间、膀胱压峰值、膀胱压持续时间等重要医学指标。尿量指尿流率测定过程中从膀胱内排出尿液的容量;总排尿时间指尿流率测定过程中可以确切测到尿流的时间段;尿流率达峰时间指从确切测到尿流开始到最大尿流率所经过的时间;膀胱压持续时间指从确切测到尿流时开始到膀胱压降至4 kPa所经过的时间。图2为排尿期压力流率曲线。一般认为正常人在尿量为150~450 mL时,成年男性的最大尿流率>15 mL/s,膀胱压<12 kPa[4]。