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基于输尿管模型尿动力学研究 　　摘 要：双J管是一种在临床上使用广泛的输尿管支架。在输尿管阻塞的病理情况下，它用来恢复上尿道排尿通畅。当支架置入人体内后，它可以迅速释放肾盂中的压力，减轻疼痛。然而，对输尿管支架而言，输尿管中的流体场很大程度上决定了它们作用的成效。然而至今为止，几乎没有基础研究涉及到了探查能够影响支架功能的尿动力学因素。因此，我们现在的工作就是开发一个输尿管的人工模型，来模拟置入支架以后的输尿管内的流体力学环境，来研究那些能影响肾盂中压强的因素，包括流体力学粘度、体积流速和肾盂输尿管阻塞率。并且。最终，在此模型的帮助下，受阻塞的并且置入了支架的输尿管中的一些独特的尿动力学特性被揭示了出来。 　　关键词：双J管；阻塞；输尿管模型；尿动力学 　　1 研究背景 　　双J管在临床上使用广泛[1]，特别是在输尿管结石的治疗中。但是与之相关的并发症仍旧相当频繁地出现[2]，对患者产生各种各样的副作用。在这个方面来说，放置有支架的输尿管内的尿动力学，在结晶形成和生长、生物膜及细菌菌落形成等这些物理化学作用或者是生物作用中起到了至关重要的作用[3，4]。不论是从数学角度还是实验角度，一些研究者也尝试着去模拟置入支架后的输尿管中的尿液流动，但是对于量化支架性能上的流体动力学参数却的基础研究却几乎没有。因此，了解输尿管支架的置入对上泌尿道尿动力学的影响，以及其与一些临床相关因素的关系，变得十分有必要，这些因素包括因细菌感染引起的尿液浓度变化，或者是输尿管内腔的不同程度阻塞。所以，本课题的主要目标，是通过一个模仿输尿管结构制作的人工模型，研究置入输尿管支架后并且有结石阻塞的输尿管中的尿动力学。借助此模型，测得肾盂压强在尿液粘度、液体流速和输尿管阻塞率这些不同物理因素的变化下的定量数据。这项研究的结果会帮助我们理解这些参数是如何同时地或者独立地影响输尿管支架的性能，以及对整个上泌尿道起何作用。 　　2 实验方法 　　2.1 设计制作输尿管模型 　　使用ICEM CFD 14.0制作家猪输尿管的CAD模型（输尿管尺寸数据取自当地屠宰场）。与此同时，使用一个直径2cm、高3.6cm的圆柱形空腔作为肾盂。使用3D打印机根据设计好的CAD图形打印出硬质阳模。然后准备好一个透明空心塑料圆筒（内直径3.8cm，长33cm），将阳模沿圆筒中轴线置入其中，接着缓慢向圆筒内灌入去除气体的聚二甲基硅氧烷（PDMS）前体和固化剂的混合物（10：1 w/w）并加热固化，完成模型制作。 　　由于PDMS材料高度透明，因此最终的输尿管模型就是可以从外部一览无余的一个中空圆柱体，内腔道尺寸和之前实验测得的尺寸一致。具本制作过程如图1所示。 　　2.2 检测肾盂内液体压强 　　正常情况下，肾盂内的压强的生理值低于20cmH2O[5]。本实验模型中肾盂部分的压强是通过一只导管顶端压力传感器测得的，其中分别有三个独立的变化量：体积流速、流体动力学粘度和输尿管阻塞率。记录压强时使用一个在LabVIEW 环境下编写的简易程序。严格按照临床操作步奏向输尿管模型中置入一根41cm长的双J管，恰使其末端卷曲部分分别处于模型的肾盂部分和膀胱部分。此支架内直径1.28mm，外直径2.08mm。为了研究尿液粘度变化对肾盂内压强的影响（例如尿液感染或者是肾功能障碍时），输尿管模型中的尿液是由蒸馏水和甘油以不同浓度混合的甘油溶液所替代。实验过程中，我们准备了六种浓度的甘油溶液，每种都具有不用的流体动力学粘度，其质量分数如下：0，10，20，30，40，50。粘度值见表1。 　　将注射器泵连接至肾盂部分，来模拟尿液在肾脏的产生过程。在实验中采用四种不同的流速（Q）（表1），范围在猪体内尿液流速的生理范围内（0-20ml/min）。 　　我们利用八只塑料小球体来充当阻塞物，通过给每个小球沿中轴线方向钻不同大小的圆孔，来控制阻塞率（表1）。 　　3 实验结果 　　图2中列举了在两种阻塞率（图2a中OB%=98.84%；图2b中OB%=87.62%）之下，肾盂压强与流速和尿液粘度的关系，其中不同浓度的甘油溶液，代表了不同的粘度，在图中用符号区分开。通过图2，可以看出，肾盂压强与输尿管内流体流速和流体粘度分别成线性关系，并随着流速的增大、粘度的增加而增加。 　　输尿管模型中，肾盂压力与液体流速Q和输尿管阻塞率OB%的关系如图2所示。 　　图2a中显示，模型上段阻塞率100% ，液体粘度μ=1cP（蒸馏水）时的情形。图中回归线的斜率表示了系统里的流体阻力（m=1.06cmH2O/（ml/min））。同时我们可以看到，此时肾盂内压强只有在一种试验情况下超过了临界值20cmH2O，即流速Q=20ml/min。肾盂压强和阻塞率的关系如图2所示，在μ=1cP，Q=20ml/m