基于流固耦合理论的尿液动力学模型研究

来源 :北京工业大学 | 被引量 : 0次 | 上传用户:gengjie_1986
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随着人口老龄化以及人们对生活质量要求的提高,盆底功能障碍性疾病引起的临床症状需要处理的患者在不断增加。其中,女性压力型尿失禁疾病是中老年女性常见的盆底功能障碍性疾病,严重影响女性身体健康和生活质量。本文针对尿失禁疾病形成的力学机理,建立人体尿路系统尿液流动的动力学模型,并结合一定的盆底软组织力学性能试验,分析腹压、膀胱变形、膀胱颈角度等因素对尿液动力学行为的影响,为疾病的临床诊治提供理论基础。   对盆底软组织进行了试验研究。采用Instron4302万能材料试验机对盆底软组织进行极限应力强度、应力一应变、应力松弛和蠕变测定。通过实验发现,尿失禁患者组和对照组的盆底软组织生物力学性能有显著差异。因此,生物力学性质的改变为盆腔支持组织功能下降提供了物理学方面的有力证明,尿失禁患者是由于盆底支持组织生物力学性质减退的功能性疾患。   对尿路系统内部流场进行了数值模拟。利用有限元软件ANSYS-CFX进行了尿路系统模型模拟仿真,得出了流场分布结果,初步分析了尿路系统模型的速度、压力和剪切力分布特征。模拟结果不仅可以充分了解排尿过程以及内部的流场变化,而且为泌尿科医师提供了关于改进尿失禁手术治疗的理论基础,并为进一步对尿路系统进行流固耦合计算提供了基础。   对尿路系统进行了流固耦合数值模拟。运用ANSYS WORKBENCH和ANSYS CFX软件,完成了对尿路系统模型进行的流固耦合计算,得到了固体场和流场的结果云图,并分析了固体场和流场随时间变化曲线。观察到两相介质之间的相互作用。发现刚性边界条件和弹性边界条件下的膀胱颈、括约肌和末端尿道部位的流场存在差别。完成了对尿路系统中膀胱受腹压而未排尿的流固耦合模拟,比较了刚性边界、弹性边界和弹性加外力边界的固体场和流场,并发现三种情况下存在差别。模拟结果不仅可以充分了解排尿过程以及内部的流场变化,而且为泌尿科医师提供了关于改进尿失禁手术治疗的理论基础。   本论文从计算流体动力学、生物力学及解剖学等多学科角度,针对尿路系统进行了流固耦合模拟仿真,给合临床和解剖学方面的研究,对尿失禁的形成从流体力学方面进行了分析。尿路系统的流固耦合模拟结果给临床治疗提供了一定的指导作用,为妇科疾病的临床辅助诊断、手术治疗提供了参考,同时也可用于解剖学教学和进一步的科研平台。
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