膀胱出口梗阻生物力学研究

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尿道梗阻类疾病已成为继高血压、心脏病后,又一具有高发病率、高危害性的疾病,其在中老年人群中有着很高的发病率,特别对于男性而言,前列腺增生更是引发尿道梗阻疾病的主要病因之一。现阶段对于尿道梗阻类疾病的检测手段多是基于压力、流率等尿动力学检查,相较于借助CT、MRI等手段,这类检测方式固然是能得到较为准确的患者下尿路相关数据,但该检测方式具有为侵入性,会对患者的生理和心理上造成一定的影响,并且该方法会受到患者心理状态的影响,还需患者避免在测量期间出现咳嗽、打喷嚏等剧烈行为干扰测量结果。故而现阶段对于下尿路梗阻类疾病的非侵入性检测的需求越来越急迫。  为了探索下尿路梗阻类疾病中多项参数在尿动力学中的响应机理,本文基于男性下尿路火棉胶连续包埋切片图像分别建立正常男性下尿路模型、膀胱颈出口梗阻模型、前列腺尿道梗阻模型和尿道膜部括约肌梗阻模型。随后又对几组下尿路模型器官组织赋予相应的材料参数,并设定膀胱压力为排尿期动态压力曲线,对几组下尿路模型进行双向流固耦合仿真计算。  仿真计算结束后,本文对计算结果进行了ICS列线图和排尿期尿道压力曲线两项有效性验证,随后调取了下尿路变形、尿道压力、应力以及尿流速率等参数进行分析。由正常男性下尿路模型仿真结果可知,尿道膜部括约肌处尿流速率与尿道内壁面切应力同时达到峰值,阐述了中老年男性容易发生尿道括约肌松弛的原因。还发现尿道不同观察点的时间-Von Mises应力曲线与排尿期膀胱压力曲线呈现出正相关关系,并且两者存在1s左右的尿流延迟,与临床经典结论相吻合。又从下尿路梗阻模型中得知,尿道中发生梗阻的区域其尿流速率与壁面切应力都会较其它区域高出很多。分析下尿路Von Mises应力的分布特征后发现,尿道狭窄处应力会出现先下降又快速上升的现象,即该处存在有很大的应力差,并且应力差出现的位置与发生梗阻的区域相同。  本文基于成年男性火棉胶切片图像建立出男性下尿路正常模型与其他三组不同梗阻类型的下尿路模型,对模型添加材料参数与约束后又对膀胱应用排尿期动态压力曲线,并进行流固耦合仿真计算。在对计算结果进行有效性验证后,先后提取出正常组下尿路模型与几组梗阻模型的相关参数,并进行分析对比。本文为进一步开展对下尿路梗阻模型的变形、尿流率等尿动力学参数的响应机理研究奠定了基础,可为非侵入性尿流动力学检测技术的研发提供理论依据参考。
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