基于ABAQUS軟件負壓封閉引流裝置有限元模型的建立

王瑄 羅藝

【關(guān)鍵詞】ABAQUS軟件；負壓創(chuàng)面治療技術(shù)；負壓封閉引流裝置；有限元

【中圖分類號】R722.12【文獻標識碼】B【文章編號】1005-0019（2015）01-0514-01

負壓創(chuàng)面治療技術(shù)（negativepressurewoundtherapy，NPWT）是近二十年來提出并開展的新方法，1993年德國外科醫(yī)師Fleischmann[1]等最先提出的封閉負壓引流（vacuumsealingdrainage，VSD）。1994年，裘華德[2]等引進德國NPWT應(yīng)用于普通外科手術(shù)及感染創(chuàng)面的治療。1997年美國外科醫(yī)師Argenta和Morykwas[3，4]首創(chuàng)的封閉負壓輔助閉合（vacuumassistedclosure，VAC）。近年來，創(chuàng)面封閉負壓引流技術(shù)被廣泛的應(yīng)用于各種皮膚軟組織缺損創(chuàng)面的治療之中，關(guān)于負壓引流技術(shù)的機制的研究也在不斷深化。我們應(yīng)用ABAQUS軟件建立了負壓引流裝置的有限元模型，并通過它來研究負壓引流裝置工作狀態(tài)下形變程度及創(chuàng)面上個點的壓力分布情況。

方法

1、由武漢維斯第醫(yī)用科技股份有限公司提供型號為VSD-D-2的負壓引流裝置，實測其敷料大小為15×10×1cm。

2、在ABAQUS軟件中，因為模型與荷載都是對稱的，根據(jù)對稱性，取模型的一半來模擬，在part模塊中，通過extrusion方法建立一個50mm×150mm×10mm的三維變形體。同樣的方法，再建立引流導(dǎo)管。在property模塊中，分別建立名為fuliao和daoguan的材料，并為問題描述的數(shù)據(jù)設(shè)置相應(yīng)的參數(shù)。分別設(shè)置名為fuliao和daoguan的section，并賦予相應(yīng)的區(qū)域。之后在assembly模塊中進行裝配，建立相應(yīng)的instance。

定義分析步，在step模塊中建立兩個類型為soils的瞬時分析步，第一個荷載步名稱為load，在這一步中施加荷載，為了模擬荷載的瞬時增加，將荷載步的時間取為1s，并在隨后的邊界條件設(shè)置中將該荷載步下頂部設(shè)置為不排水。時間增量步采用自動搜索功能。第二個荷載步名稱為consolidation，在這一步中孔壓消散進行分析，隨后的邊界條件設(shè)置為排水，該步長總長3天，時間增量步采用自動搜索功能。

因網(wǎng)格質(zhì)量的需要，將模型沿著管剖開分為12塊。進入mesh選項將環(huán)境欄的object選項選為part，即網(wǎng)格劃分是在part層面上進行的。將單元大小設(shè)置為2.5，導(dǎo)流管截面按數(shù)值劃分為12份。單元類型為C3D8P（P代表孔壓單元），網(wǎng)格共計6240個單元。模型敷料表面施加大氣壓強。模型頂部固定，不排水，同樣不透水，敷料表面貼近皮膚處位移自由，且是自由排水面，敷料底部管口處完全透水。在initial初始分析步中對模型頂面及四周設(shè)置相應(yīng)的位移邊界條件，即模型頂部固定三個方向的約束，四周僅能允許微量豎向位移，在consolidation分析步中將底部管口處的孔壓邊界設(shè)為零。進入job模塊，建立任務(wù)，設(shè)定所加負壓為0.04MPa，提交計算。

結(jié)果

成功建立負壓引流材料的有限元模型，輸出如圖1所示。

圖1：施加負壓為0.04MPa時，負壓敷料形變圖及孔壓云圖。左圖綠色部分所示為負壓敷料發(fā)生形變后情況，箭頭所示為引流導(dǎo)管所在位置，右圖為孔壓云圖。

討論

臨床常用的負壓為0.04MPa，這種負壓狀態(tài)下大部分創(chuàng)面滲出液能被及時吸引出，能提供一個較好的負壓環(huán)境，促進基地肉芽生長。在計算中，我們設(shè)定所加負壓為0.04MPa進行計算，可以很明顯的看出，導(dǎo)流管附近的壓力較小，體現(xiàn)了組織液向管中的滲流，但是因材料特性的影響，敷料內(nèi)部壓力值基本不變。即負壓范圍在0.04Mpa時，敷料內(nèi)部壓力比較平均。由文章開頭處可知，管口處孔壓無限接近零，導(dǎo)流管中有負壓，由孔壓云圖可以看出敷料內(nèi)部各個地方受負壓的影響情況。圖例所示，右圖中深藍色為負壓值最大的區(qū)域，淺藍色負壓值次于深藍色，整塊敷料大部分呈深藍色和淺藍色，負壓存在且部分區(qū)域負壓較大，滲出液能被順利吸出，液體流動較為順暢，與實際情況相符。

結(jié)論

負壓封閉引流裝置的有限元模型能較好的模擬其實際工作狀態(tài)下的一些物理參數(shù)，可借助有限元模型協(xié)助研究負壓封閉引流裝置對于創(chuàng)面各處的壓力變化、滲出液引流情況的影響的問題。

參考文獻

[1]FleischmannW，StreckerW，BombelliM，KinzlL（1993）Vacuumsealingastreatmentofsofttissuedamageinopenfractures.Unfallchirurg96（9）：488–492.

[2]裘華德.負壓封閉引流技術(shù)[M]，北京：人民衛(wèi)生出版社，2008：72-116.

[3]周常青譯.美國負壓創(chuàng)面治療技術(shù)[M]，北京：科學技術(shù)文獻出版社，2005：1-2.

[4]MorykwasMJ，ArgentaLC，Shelton-BrownEI，etal.Vacuum-assistedclosure：anewmethodforwoundcontrolandtreatment：animalstudiesandbasicfoundation.AnnPlastSurg，1997，38：553-62.