本发明专利技术涉及一种尿道阀生物力学模拟实验方法，包括：获取的真实尿道结构参数及其弹性模量值，制作模拟尿道；通过对模拟尿道施加夹持力来模拟尿道阀对尿道施加夹持力的过程，在施加夹持力的过程中通过传感器获得阀开度和夹持力数值；通过尿道结构参数及其弹性模量值和步骤二中阀开度和夹持力数据，根据相似准则及比尺算法，将模拟尿道的夹持力数值转换为真实尿道的尿道阀的夹持力数值；将数值导入至数学软件中，得到尿道阀夹持力和阀开度的关系式。还包括用于实现方法的装置。本发明专利技术真实地反映出现实情况中尿道阀夹持力与阀开度之间的关系，并且获得夹持力与阀开度间的关系式，为设计者提供参考，减小尿道组织萎缩或坏死的风险。风险。风险。
【技术实现步骤摘要】
一种尿道阀生物力学模拟实验方法及装置
[0001]本专利技术涉及医疗器械领域，更具体地，涉及一种尿道阀生物力学模拟实验方法及装置。
技术介绍
[0002]临床上将因尿道括约肌损伤或神经功能障碍而丧失排尿自控能力使尿液不自主流出的疾病称为尿失禁，这是一种影响全球大部分人口并显著降低生活质量的病理现象。自上世纪60年代以来，国内外许多学者提出使用尿道阀替代人体自然括约肌，以期从工程学的角度治疗尿失禁。但由于尿道阀是以物理方式对尿道实施松开和夹持动作，且不同的人体尿道存在结构差异，在临床应用中，会存在因夹持力设置不合理，过度夹持尿道，使尿道组织产生萎缩或坏死的风险。对此，有必要在临床应用前，实验研究尿道阀的生物力学特性，明确尿道阀开度与夹持力之间的关系，以提高尿道阀的生物力学相容性。
[0003]现有的可获得生物力学特性的方法是通过可膨胀的探针插入至人体内，通过令探针在人体内膨胀后，通过压力传感器和成像装置检测探针接触的内部组织的应变数据，根据数据通过计算机系统确定生物力学特征。
[0004]但是实验获取数据需要重复多次，不能以人体进行多次重复的实验，并且该方法只能够获取生物力学特征，不能得到尿道阀的数据，使用具有局限性。同时因人体真实尿道样本获取难度大，难以以人体真实的尿道进行实验，获得尿道阀开度与夹持力之间的关系。
技术实现思路
[0005]本专利技术为克服上述现有技术中难以获得尿道阀开度与夹持力之间的关系的问题，提供一种尿道阀生物力学模拟实验方法及装置，通过尿道阀生物力学模拟实验装置和建立尿道阀的模拟实验方法，准确获得尿道阀开度与夹持力之间的关系。
[0006]为解决上述技术问题，本专利技术采用的技术方案是：一种尿道阀生物力学模拟实验方法，包括如下步骤：
[0007]步骤一：获取的真实尿道结构参数及其弹性模量值，制作模拟尿道；
[0008]步骤二：固定模拟尿道，通过对模拟尿道施加夹持力来模拟尿道阀对尿道施加夹持力的过程，在施加夹持力的过程中通过传感器获得阀开度和夹持力数值；
[0009]步骤三：根据步骤一中尿道结构参数及其弹性模量值和步骤二中阀开度和夹持力数据，根据相似准则及比尺算法，将模拟尿道的夹持力数值转换为真实尿道的尿道阀的夹持力数值；
[0010]步骤四：将步骤一至三的数值进行曲线拟合，得到尿道阀夹持力和阀开度的关系式。
[0011]优选的，在所述步骤三中，相似准则和比尺算法具体公式分别为：
[0012][0013][0014]F
p
＝μ*F
m
[0015]其中，π为相似理论中的π准则；F为夹持力；k、e、f、g、h、q均为无量纲常数；x表示为阀开度；δ表示为尿道壁厚；d表示为尿道内径；L
s
表示为夹持长度；E表示尿道的弹性模量；μ表示夹持力比尺；E
p
表示为真实尿道的弹性模量；E
m
表示为模拟尿道的弹性模量；F
p
表示为真实尿道的夹持力；F
m
表示为模拟尿道的加持力。
[0016]优选的，在所述步骤四中，将步骤一至三的数值导入数学软件matlab中进行曲线拟合。
[0017]优选的，在所述步骤四具体为：将步骤二中的阀开度数据和真实尿道的夹持力的数据导入至数学软件matlab中，使用matlab的曲线拟合工具箱中的“curveFitting”程序对关系式进行拟合，获得尿道阀夹持力和阀开度的关系式。
[0018]优选的，在所述步骤三中，获得相似准则和比尺算法的具体流程为：
[0019]S3.1：根据相似理论，使用与尿道组织具有相同蠕变、松弛等特性的软质材料作为模型以模拟尿道，软质材料可以为橡胶、乳胶、动物尿道等与人体尿道力学性质相近的材料，设定模拟尿道与真实尿道的尺寸参数一致，设定真实尿道与模拟尿道的表面粗糙度相同，且忽略真实尿道与模拟尿道中尿道自身重力，确保真实尿道与模拟尿道满足相似条件；
[0020]S3.2:根据瑞利量纲法来建立尿道阀夹持力F的公式结构，设定夹持力F只与阀度x、尿道壁厚δ、尿道内径d、尿道弹性模量E、夹持长度L
s
有关，并且各物理量之间是指数形式的乘积组合，得到夹持力与尿道弹性模量、阀开度、尿道壁厚、尿道内径、夹持长度间的关系以及夹持力相似准则，具体如下：
[0021]得到夹持力F的指数方程为：
[0022][0023]其他物理量的量纲为：
[0024][F]＝MLT
‑2，[x]＝[δ]＝[d]＝[L
s
]＝L，[E]＝ML
‑1T
‑2，将量纲代入夹持力指数方程，得量纲方程：
[0025]MLT
‑2＝L
e+f+g+h
(ML
‑1T
‑2)
q
[0026]根据量纲齐次性原理的可得：
[0027][0028]导出相似准则为：
[0029][0030]为了使真实尿道与模拟尿道相似，相似准则数值须相等，即πp＝πm，亦即：
[0031][0032]由于真实尿道与模拟尿道中尿道的尺寸参数和阀开度相同，即x
p
＝x
m
，δ
p
＝δ
m
，d
p
＝d
m
，L
sp
＝L
sm
，得到：
[0033][0034]S3.3:根据步骤S3.2，真实尿道和模拟尿道的夹持力比例为各自的弹性模量之比，定义这个比例为夹持力比尺μ，得到比尺算法为：
[0035][0036]F
p
＝μ*F
m
[0037]其中，π为相似理论中的π准则；F为夹持力；k、e、f、g、h、q均为无量纲常数；x表示为阀开度；δ表示为尿道壁厚；d表示为尿道内径；L
s
表示为夹持长度；E表示尿道的弹性模量；μ表示夹持力比尺；E
p
表示为真实尿道的弹性模量；E
m
表示为模拟尿道的弹性模量；F
p
表示为真实尿道的夹持力；F
m
表示为模拟尿道的加持力。
[0038]一种尿道阀生物力学模拟实验装置，包括机架、设置于所述机架上且用于包裹模拟尿道的夹持套、设置于所述机架上且用于压紧所述夹持套的压紧装置、安装在所述压紧装置上的传感器和与所述传感器电连接的数据处理模块；所述传感器包括用于检测所述夹持套受到所述压紧装置的压紧力的压力传感器和用于检测所述夹持套形变量的测距传感器。
[0039]在该方案中，将模拟尿道套装入夹持套内，然后启动压紧装置令其向夹持套的方向运动并压紧夹持套令其发生形变并令模拟尿道被压缩闭合，压紧装置上压力传感器与夹持套接触并通过其受到的反作用力得到夹持套的夹持力，测距传感器通过检测夹持套的形变量得到其闭合度，即阀开度。数据处理模块采集传感器检测到的数据并进行处理。...
【技术保护点】
【技术特征摘要】
1.一种尿道阀生物力学模拟实验方法，其特征在于，包括如下步骤：步骤一：获取的真实尿道结构参数及其弹性模量值，制作模拟尿道；步骤二：固定模拟尿道，通过对模拟尿道施加夹持力来模拟尿道阀对尿道施加夹持力的过程，在施加夹持力的过程中通过传感器获得阀开度和夹持力数值；步骤三：根据步骤一中尿道结构参数及其弹性模量值和步骤二中阀开度和夹持力数据，根据相似准则及比尺算法，将模拟尿道的夹持力数值转换为真实尿道的尿道阀的夹持力数值；步骤四：将步骤一至三的数值进行曲线拟合，得到尿道阀夹持力和阀开度的关系式。2.根据权利要求1所述的一种尿道阀生物力学模拟实验方法，其特征在于，在所述步骤三中，相似准则和比尺算法具体公式分别为：三中，相似准则和比尺算法具体公式分别为：F
p
＝μ*F
m
其中，π为相似理论中的π准则；F为夹持力；k、e、f、g、h、q均为无量纲常数；x表示为阀开度；δ表示为尿道壁厚；d表示为尿道内径；L
s
表示为夹持长度；E表示尿道的弹性模量；μ表示夹持力比尺；E
p
表示为真实尿道的弹性模量；E
m
表示为模拟尿道的弹性模量；F
p
表示为真实尿道的夹持力；F
m
表示为模拟尿道的加持力。3.根据权利要求2所述的一种尿道阀生物力学模拟实验装置，其特征在于，在所述步骤四中，将步骤一至三的数值导入数学软件matlab中进行曲线拟合。4.根据权利要求3所述的一种尿道阀生物力学模拟实验方法，其特征在于，在所述步骤四具体为：将步骤二中的阀开度数据和真实尿道的夹持力的数据导入至数学软件matlab中，使用matlab的曲线拟合工具箱中的“curveFitting”程序对关系式进行拟合，获得尿道阀夹持力和阀开度的关系式。5.根据权利要求1所述的一种尿道阀生物力学模拟实验方法，其特征在于，在所述步骤三中，获得相似准则和比尺算法的具体流程为：S3.1：根据相似理论，使用与尿道组织具有相同蠕变和松弛特性的软质材料作为模拟尿道，设定模拟尿道与真实尿道的尺寸参数一致，设定真实尿道与模拟尿道的表面粗糙度相同，且忽略真实尿道与模拟尿道中尿道自身重力，确保真实尿道与模拟尿道满足相似条件；S3.2:根据瑞利量纲法来建立尿道阀夹持力F的公式结构，设定夹持力F只与阀度x、尿道壁厚δ、尿道内径d、尿道弹性模量E、夹持长度L
s
有关，并且各物理量之间是指数形式的乘积组合，得到夹持力与尿道弹性模量、阀开度、尿道壁厚、尿道内径、夹持长度间的关系以及夹持力相似准则，具体如下：得到夹持力F的指数方程为：其他物理量的量纲为：
[F]＝MLT
‑2，[x]＝[δ]＝[d]＝[L
s
]＝L，[E]＝ML<...
【专利技术属性】
技术研发人员：洪泽正，李笑，
申请(专利权)人：广东工业大学，
类型：发明
国别省市：
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