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

【關鍵詞】ABAQUS軟件；負壓創面治療技術；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

負壓創面治療技術（negativepressurewoundtherapy，NPWT）是近二十年來提出并開展的新方法，1993年德國外科醫師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應用于普通外科手術及感染創面的治療。1997年美國外科醫師Argenta和Morykwas[3，4]首創的封閉負壓輔助閉合（vacuumassistedclosure，VAC）。近年來，創面封閉負壓引流技術被廣泛的應用于各種皮膚軟組織缺損創面的治療之中，關于負壓引流技術的機制的研究也在不斷深化。我們應用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下形變程度及創面上個點的壓力分布情況。

方法

1、由武漢維斯第醫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，并為問題描述的數據設置相應的參數。分別設置名為fuliao和daoguan的section，并賦予相應的區域。之后在assembly模塊中進行裝配，建立相應的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置中將該荷載步下頂部設置為不排水。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。

因網格質量的需要，將模型沿著管剖開分為12塊。進入mesh選項將環境欄的object選項選為part，即網格劃分是在part層面上進行的。將單元大小設置為2.5，導流管截面按數值劃分為12份。單元類型為C3D8P（P代表孔壓單元），網格共計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置相應的位移邊界條件，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為零。進入job模塊，建立任務，設定所加負壓為0.04MPa，提交計算。

結果

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生形變后情況，箭頭所示為引流導管所在位置，右圖為孔壓云圖。

討論

臨床常用的負壓為0.04MPa，這種負壓狀態下大部分創面滲出液能被及時吸引出，能提供一個較好的負壓環境，促進基地肉芽生長。在計算中，我們設定所加負壓為0.04MPa進行計算，可以很明顯的看出，導流管附近的壓力較小，體現了組織液向管中的滲流，但是因材料特性的影響，敷料內部壓力值基本不變。即負壓范圍在0.04Mpa時，敷料內部壓力比較平均。由文章開頭處可知，管口處孔壓無限接近零，導流管中有負壓，由孔壓云圖可以看出敷料內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下的一些物理參數，可借助有限元模型協助研究負壓封閉引流裝置對于創面各處的壓力變化、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[M]，北京：人民衛生出版社，2008：72-116.

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

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