Диссертация (1140030), страница 15
Текст из файла (страница 15)
14-4) междутрубкой-кожухом и внутренней стенкой пробирки. Измерение величины давления P вполости пробирки осуществляли с помощью U-образного водяного манометра (Рис. 14-5).Для подачи жидкости в ирригационный канал нефроскопа и аспирации жидкости изкольцевого зазора использовали насосы с регулируемой производительностью (Рис. 14-6,7).В эксперименте использовались центробежные насосы с “мягкой” характеристикой, чтообеспечивало слабую зависимость давления в «полости» при изменении гидродинамическойхарактеристики каналов протока ирригационной жидкости, например из-за частичного ихперекрытия удаляемым камнем.
Управление насосами было независимым. Потокирригационной жидкости в системе захвата и эвакуации камней создавался с помощьюнагнетающего насоса (Рис. 14-6), регулировка работы которого осуществлялась по уровню90величины избыточного давления на входе в ирригационный канал нефроскопа. Управлениеотсасывающим насосом (Рис. 14-7) осуществлялось по величине расхода ирригационнойжидкости (Q) через канал нефроскопа. Скорость потока жидкости V рассчитывали исходя изсечения кольцевого зазора и величины расхода Q, измеряемого с помощью электронногорасходомера (Рис. 14-8) типа YF-S402. Для качественных исследований процесса удаленияконкрементовиспользовалифрагментыпочечныхкамней.Дляколичественныхисследований имитатором камня служил стальной шарик (Рис.
14-9) диаметром 4,4 мм имассой 0,35 г. В количественных экспериментах для измерения силы удержания шарика приразличных потоках ирригационной жидкости внутри «полости», под стеклянной пробиркой,установлены электронные весы (Рис. 14-10) типа ML-CF3/20 с закрепленным на ихизмерительной поверхности магнитом (Рис. 14-11). Весы были установлены на платформе свозможностью их прецизионного перемещения по вертикали.
При приближении магнита кстальному шарику действие силы магнитного притяжения приводило к увеличению егоэквивалентного веса. Приближая весы с магнитом к шарику, по их показаниям фиксировалисилу отрыва шарика (F). Силу отрыва измеряли в зависимости от скорости потока жидкости(V) при различных величинах потока и скорости ирригационной жидкости (регулируетсякольцевым зазором между кожухом и нефоскопом). Измерения проводили для трехположений Н дистального конца нефроскопа относительно конца трубки-кожуха.Одновременно с измерением величины F с помощью водяного манометра (Рис. 14-5)регистрировали давление P в «полости» при отключенной аспирации.91Схема эксперимента представлена на рисунке 14.Рисунок 14.
Схема экспериментальной установки по измерению усилия удержанияшарика потоком жидкости.1 – пробирка, имитирующая полость почки;2 – трубка-кожух;3 – нефроскоп (условно показан канал подачи ирригационного раствора);4 – кольцевая прокладка;5 – жидкостной манометр;6 – нагнетающий насос;7 – отсасывающий насос;8 – электронный расходомер;9 – стальной шарик-имитатор;10 – электронные весы;11 – постоянный магнит.92Внешний вид установки изображен на рисунке 15.Рисунок 15. Внешний вид установкиРезультаты измерений зависимости силы отрыва и удержания F и давления P отквадрата расхода ирригационной жидкости Q2 для трёх значений H представлены на рисунке3, где H – расстояние от дистального конца трубки-кожуха до дистального концанефроскопа.93Квадрат расхода (Q2) ирригационного раствораРисунок 16. Зависимость силы удержания F фрагмента камня (шарика)и давления P в полости (кривая 4) от квадрата расхода Q2 ирригационнымпотоком жидкости для трёх значений величины H.H1 = нефроскоп дистальнее кожуха 10мм - кривая 1;H2 =нефроскоп вровень с кожухом - кривая 2;H3 = нефроскоп внутри кожуха на 10 мм - кривая 3.Заметим, что сила удержания шарика практически не зависела от величины Н в случае,когда дистальный конец нефроскопа находился внутри трубки-кожуха.Измерение зависимости усилия отрыва (удержания) F шарика от квадрата расходаирригационной жидкости Q2 при нулевом выдвижении дистального конца нефроскопаотносительно дистального конца трубки-кожуха производилось дополнительно для двухразмеров нефроскопа диаметром 26 Сh и 7 Ch.
При этом использовались имитаторыамплац-кожуха с диаметром 30 Ch и 11 Ch соответственно. Результаты измеренийпредставлены на рисунке 17.94Квадрат расхода (Q2) ирригационного раствораРис.17. Зависимость силы удержания F фрагмента камня (шарика)и давления P в полости (кривая 4) от квадрата расходаQ2 ирригационной жидкости.для трёх типов имитатора нефроскопа:1 – диаметр амплац-кожуха 16,5 Ch. - нефросокпа 12 Ch (зависимость 1);2 – диаметр амплац-кожуха 11 Сh, нефроскопа 7 Ch (зависимость 2);3 – диаметр амплац-кожуха 30 Сh, нефроскопа 26 Ch (зависимость 3).Строгий расчёт величины силы удержания фрагмента камня потоком жидкоститребует рассмотрения гидродинамической задачи обтекания преграды потоком жидкости.Данное рассмотрение в реальной геометрии эксперимента достаточно сложное и не имеетпрактической ценности из-за многообразия размеров и форм удаляемых конкрементов.
Всвязи с этим нами было проведено математическое моделирование с целью получениячисленных оценок и характерных зависимостей для их сравнения с результатамиэксперимента.В описанной гидродинамической системе, в соответствии с законом Бернуллидля идеальной жидкости с турбулентным течением имеем:!" = !$ &∙())*∙+) *+,95!" = !$ -&∙())"# ="(1)%& ∙ (#где P0 – давление, создаваемое нагнетающим насосом 7,P1 – давление в ирригационном канале нефроскопа,P2 – давление в кольцевом зазоре между корпусом нефроскопа итрубкой-кожухом,P– давление в полости, имитирующей полость почки,ρ– плотность ирригационной жидкости,V1 – скорость потока ирригационной жидкости в канале нефроскопа,V2 – скорость потока ирригационной жидкости в кольцевом зазоре.S1 – сечение ирригационного канала нефроскопа,S2 – сечение кольцевого зазора,Q – расход ирригационной жидкости, протекающей через каналнефроскопа.Заметим, что давление P в «полости» не может быть оценено из закона Бернулли, вслучае выполнения которого давление в «полости» не должно зависеть от величины расходаQ ирригационной жидкости.
Однако в нашем эксперименте показана линейная зависимостьсилы удержания от скорости потока жидкости и давления в «полости». Причиной этогонесоответствия, скорее всего, является отсутствие сформированного потока жидкости вовсём объёме полости. Область максимальных скоростей жидкости сконцентрировано восновном только у конца ирригационного канала нефроскопа и трубки-кожуха, где имеетместо разворот потока и перетекание из одного канала в другой при скоростях, характерныхдля потока в ирригационном канале.
Именно из-за наличия зон “высокой“ скорости потока,не происходит передача кинетической энергии потока жидкости в потенциальную энергию(давление). По этой причине можно сделать вывод, что давление в «полости» должнонаходиться в диапазоне давлений от P0 до P2, последнее из которых может быть иотрицательным.Проведём оценку силы F удержания камня в зоне зазора между нефроскопом и96трубкой-кожухом за счёт гидродинамического напора жидкости, вытекающей черезкольцевой зазор. Из второго закона Ньютона для импульса силы F можно записатьуравнение:! ∙ # = % ∙ &' -&') ,(2)где m - масса жидкости, набегающая на преграду (камень) за время t,V2 - начальная скорость жидкости (вдали от преграды),V20 – нормальная составляющая скорости жидкости на поверхности преграды.Для расчёта принимаем V20 = 0, поскольку !"# ≪ !" .! = #$ ∙ & ∙ ' ∙ (к (3)Здесь S - гидродинамическое поперечное сечение камня,ρк - плотность камня относительно ирригационного раствора.Выражая поток жидкости Q через скорость потока жидкости V2:! = #$ ∙ &$ ∙ 'к (4)из (1 - 4) получаем:!=#$%к ∙($∙(($(5)Из (5) видно, что зависимость ! "#– линейная функция, что и наблюдалосьэкспериментально (см.
рисунок 3). При этом рассчитанные по формуле (5) и измеренныезначения величин F находятся в «хорошем согласии».97Сделаем некоторые выводы, вытекающие из проведённых экспериментов итеоретического рассмотрения относительно природы силы, удерживающей удаляемыйкамень в области конца нефроскопа. Прежде всего, обращает на себя внимание тот факт,что удаляемый камень в сложной геометрии потока вытекающей жидкости издистального конца нефроскопа и втекающей в зазор между трубкой-кожухом инаружной стенкой нефроскопа, всегда локализован в области зазора. Этот фактоднозначно указывает, что удержание камня не связано с эффектом Бернулли, в случаеРисунок 18 эффект «Пылесоса» и эффектБернулли1- Кожухнефроскопа2- Нефроскопсиллюстрированнымводнымканалом3- Камень4- Рассеивать потока для созданиеэффектаБернуллиP–давлениекоторого камень должен быть локализован в области входящего потока, то есть в зонеотверстия для подачи ирригационной жидкости в полость почки впроксимальном конце нефроскопа.
Локализация камня в области уходящегопотока (на стенке трубки-кожуха) указывает на определяющую роль эффекта“пылесоса“, в котором рабочей средой движущегося потока является жидкость.Для создания истинного эффекта Бернулли необходимо отрицательное давлениев области выходного отверстия водного канала в проксимальной части98нефроскопа, другими словами давление между камнем и нефроскопом должнобыть отрицательным, впротивным случае происходит смывание камняскоростью ирригационного потока, а захват камня происходит потокомвтекающий жидкости через кольцевидный зазор между нефроскопом и кожухом.Таким образом создается эффект «Пылесоса» (рисунок 18). Заметим, что в случаеиспользования эффекта “пылесоса“ сила, удерживающая камень, тем больше, чембольше степень перекрытия сечения выходного канала (кольцевого зазора) теломкамня. Очевидно, что в геометрии кольцевого зазора перекрытие может бытьтолько частичным.
Исходя из этого факта следует, что чем больше площадьзакрытия камнем кольцевидного зазора, тем выше сила удержания, которая такжепрямо пропорциональна скорости потока ирригационной жидкости.Обсуждение результатовКакпоказалирезультатыпроведённыхэкспериментальныхисследований, в предложенной схеме гидродинамического захвата и удаленияфрагментов почечных конкрементов избыточное давление в полости P падает полинейному закону в зависимости от квадрата величины расхода ирригационнойжидкости Q2. При этом, в условиях используемой в эксперименте геометрии (S1 =8,04 мм2, S2 = 15,7 мм2) и давлении на входе в ирригационный канал нефроскопа(50 см водного столба), давление в «полости» при величине расхода Q = 11,4мл/сек меняет знак, переходя в область отрицательных значений.
Посколькудавление в полости ЧЛС по ,медицинским показаниям, не должно превышать 130см водяного столба, то, как следует из графика рисунка 16, рабочая зонадопустимых величин расхода в указанных условиях не должна превышатьзначений Q = 11,1 мл/сек. При этом, как видно из рисунка 16, сила удержаниясферического шарика может достигать величины F = 1,4 г. Такая величинагидродинамического эффекта достаточна для захвата, удержания и выведения изполости ЧЛС реальных конкрементов за счёт потока ирригационной жидкости.99Рисунок 19 а,б. Схема локализации фрагмента конкрементана кольцевом зазоре и не реализуемая на практике локализацияфрагмента почечного конкремента по центру ирригационногоканала нефроскопаРассмотрим исходя из приведённых выше теоретических иэкспериментальных исследований механизм захвата и удержания фрагментапочечногоконкрементанапримереобъектасферическойформывгидродинамической псевдо-полости пониженного давления, образующегося переддистальным торцом нефроскопа.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
