A PHYSIOLOGICALLY ACCURATE BLADDER FLOW SIMULATOR FOR CONTROLLED URETERAL JET ANALYSIS
New opportunities for diagnostic R&D and personal training
UNMET NEED
Ultrasound visualization of ureteral jets can be used to assess urinary tract function, yet its diagnostic value remains limited by high inter-patient variability and poor experimental controllability. This lack of reproducibility restricts the ability to correlate jet characteristics with specific pathological conditions such as kidney stone development and chronic kidney disease. Such conditions progressively affect urine production and bladder filling, making ureteral jet analysis a valuable tool for early diagnosis.
TECHNOLOGY OVERVIEW
This bladder flow simulator provides a controlled, repeatable, and physiologically realistic in vitro environment to study ureteral jet dynamics. The platform enables systematic investigation of flow patterns under healthy and pathological conditions, opening new opportunities for diagnostic research, medical device validation, and ultrasound technology development.
The system is a modular in vitro bladder simulator inspired by cardiovascular flow models and composed of three main subsystems:
Anatomically realistic bladder model
The bladder is modeled as an ellipsoid matching average human dimensions, with anatomically correct positioning of the ureterovesical junctions and urethra. A transparent silicone rubber bladder, molded from a soluble 3D-printed PVA core, exhibits an elastic modulus comparable to human bladder tissue, enabling realistic wall deformation.
Precision-controlled ureteral jet actuation
Two high-precision linear motors independently reproduce ureteral jets using syringe-based actuation. The system offers:
• Positional accuracy of 50 µm
• Jet volume accuracy of approximately 5 µL
• Physiological jet velocities of 50–100 cm/s
• Jet frequency, duration, amplitude, and waveform (monophasic or polyphasic) can be precisely programmed.
Advanced instrumentation and diagnostics
The simulator supports multimodal measurements, including ultrasound imaging, particle image velocimetry (PIV), and real-time bladder pressure monitoring via a urethral hemostasis valve. This enables synchronized hydrodynamic and imaging analysis under controlled conditions.
TECHNOLOGY READINESS LEVEL (TRL)
COMPETITIVE ADVANTAGES
MARKET APPLICATIONS
PUBLICATIONS
BUSINESS OPPORTUNITY
UN SIMULATEUR DE DÉBIT VÉSICAL PHYSIOLOGIQUEMENT FIDÈLE POUR L'ANALYSE CONTRÔLÉE DU JET URÉTÉRAL
De nouvelles perspectives pour la recherche et le développement en matière de diagnostic et pour l'entraînement individuel
BESOIN NON SATISFAIT
L'imagerie échographique des jets urétéraux peut servir à évaluer la fonction des voies urinaires, mais sa valeur diagnostique reste limitée en raison d'une grande variabilité interindividuelle et d'une faible contrôlabilité expérimentale. Ce manque de reproductibilité restreint la capacité à établir une corrélation entre les caractéristiques des jets et certaines pathologies spécifiques, telles que la formation de calculs rénaux et l'insuffisance rénale chronique. Ces pathologies affectent progressivement la production d'urine et le remplissage de la vessie, ce qui fait de l'analyse des jets urétéraux un outil précieux pour le diagnostic précoce.
APERÇU DE LA TECHNOLOGIE
Ce simulateur de flux vésical offre un environnement in vitro contrôlé, reproductible et physiologiquement réaliste pour l'étude de la dynamique du jet urétéral. La plateforme permet une analyse systématique des profils d'écoulement dans des conditions saines et pathologiques, ouvrant ainsi de nouvelles perspectives pour la recherche diagnostique, la validation des dispositifs médicaux et le développement de technologies ultrasonores.
Le système est un simulateur de vessie in vitro modulaire inspiré des modèles d'écoulement cardiovasculaire et composé de trois sous-systèmes principaux :
Un modèle de vessie anatomiquement réaliste
La vessie est modélisée sous la forme d’un ellipsoïde correspondant aux dimensions humaines moyennes, avec un positionnement anatomiquement correct des jonctions urétéro-vésicales et de l’urètre. Une vessie en caoutchouc de silicone transparent, moulée à partir d’un noyau en PVA soluble imprimé en 3D, présente un module d’élasticité comparable à celui du tissu vésical humain, permettant une déformation réaliste de la paroi.
Actionnement du jet urétéral à contrôle de précision
Deux moteurs linéaires de haute précision reproduisent indépendamment les jets urétéraux à l’aide d’un actionnement par seringue. Le système offre :
• Une précision de positionnement de 50 µm
• Une précision du volume du jet d’environ 5 µL
• Des vitesses de jet physiologiques de 50 à 100 cm/s
• La fréquence, la durée, l'amplitude et la forme d'onde (monophasique ou polyphasique) du jet peuvent être programmées avec précision.
Instrumentation et diagnostics avancés
Le simulateur prend en charge les mesures multimodales, notamment l'imagerie par ultrasons, la vélocimétrie par images de particules (PIV) et la surveillance en temps réel de la pression vésicale via une valve hémostatique urétrale. Cela permet d'effectuer des analyses hydrodynamiques et d'imagerie synchronisées dans des conditions contrôlées.
NIVEAU DE MATURITÉ TECHNOLOGIQUE
AVANTAGES CONCURRENTIELS
MARCHÉS VISÉS
OCCASION D’AFFAIRES
Lionel Rudant
Research Commercialization Advisor
lionel.rudant@etsmtl.ca
Conseiller à la valorisation de la recherche