重新思考输尿管支架设计：增加侧孔数量能否提升性能？流体动力学与壁面剪应力(WSS)的优化研究

为解决输尿管支架易发生结垢(encrustation)、生物膜(biofilm)形成和膀胱输尿管反流(VUR)等并发症，瑞士伯尔尼大学ARTORG生物医学工程研究中心通过计算流体力学(CFD)模拟，探究了附加侧孔(ASHs)对流体动力学和壁面剪应力(WSS)的影响。研究发现，ASHs能显著改变反流期间的流体交换路径，优化侧孔直径可平衡流体交换效率与抗生物膜附着能力，为支架设计提供了新思路。

　　

输尿管支架是治疗尿路梗阻的重要器械，但长期留置会导致结垢(encrustation)、生物膜(biofilm)形成和膀胱输尿管反流(VUR)等并发症。其中，支架侧孔(SHs)的设计直接影响尿液引流效率，但传统设计仅首尾侧孔参与流体交换，中部侧孔长期处于低剪切力状态，成为细菌和矿物质沉积的温床。更棘手的是，支架会阻碍输尿管膀胱连接处(UVJ)闭合，排尿时膀胱压力骤增引发VUR，不仅增加肾盂压力，还可能将膀胱细菌逆向输送至肾脏。

瑞士伯尔尼大学ARTORG生物医学工程研究中心(ARTORG Center for Biomedical Engineering Research, University of Bern)的Pedro Amado团队在《Computers in Human Behavior》发表研究，通过计算流体力学(CFD)模拟，首次系统评估了支架两端附加侧孔(ASHs)在不同直径(0.7mm/1.0mm/1.2mm)下对VUR期间流体动力学的影响。

研究采用二维计算模型模拟支架置入的输尿管，通过三个阶段分析：稳态填充期模拟正常尿液流动；瞬态排尿期模拟VUR；延长排尿期观察后期流体行为。关键参数包括壁面剪应力(WSS)、侧孔流量分布及压力梯度。

流体动力学重构

标准支架中仅首尾侧孔(SH1/SH8)参与流体交换，而ASHs的引入使原侧孔全部失活，新侧孔成为主要流道。VUR期间，ASH4承担60%的入流，ASH1-2承担主要出流，显著降低末端开口的射流强度。

WSS优化效应

ASHs使VUR期间的WSS提升1-2个数量级(达10^-2 Pa)，远超填充期的10^-3 Pa。1.0mm直径ASHs产生最高平均WSS(ASH2达0.0291 Pa)，而1.2mm直径虽增加流量但降低WSS，0.7mm直径则对UVJ端WSS改善有限。

直径选择平衡

数据表明，1.0mm ASHs在流量(3.08mm²/s)与WSS间取得最佳平衡。较大直径(1.2mm)虽促进流体交换但WSS降低27%，可能削弱抗生物膜效果；较小直径(0.7mm)则限制流量提升。

这项研究揭示了ASHs通过重构流体路径提升WSS的机制，为支架设计提供了量化依据。特别值得注意的是，VUR期间的高WSS可能成为"自我清洁"窗口期，通过周期性高剪切力抑制生物膜积累。未来可结合患者特异性解剖特征，开发针对不同梗阻位置的侧孔分布方案，推动个性化支架设计。该成果不仅为现有支架改良提供方向，更为长期留置支架的并发症防控开辟了新思路。