基于ABAQUS软件负压封闭引流装置有限元模型的建立

王瑄 罗艺

【关键词】ABAQUS软件；负压创面治疗技术；负压封闭引流装置；有限元

【中图分类号】R722.12【文献标识码】B【文章编号】1005-0019（2015）01-0514-01

负压创面治疗技术（negativepressurewoundtherapy，NPWT）是近二十年来提出并开展的新方法，1993年德国外科医师Fleischmann[1]等最先提出的封闭负压引流（vacuumsealingdrainage，VSD）。1994年，裘华德[2]等引进德国NPWT应用于普通外科手术及感染创面的治疗。1997年美国外科医师Argenta和Morykwas[3，4]首创的封闭负压辅助闭合（vacuumassistedclosure，VAC）。近年来，创面封闭负压引流技术被广泛的应用于各种皮肤软组织缺损创面的治疗之中，关于负压引流技术的机制的研究也在不断深化。我们应用ABAQUS软件建立了负压引流装置的有限元模型，并通过它来研究负压引流装置工作状态下形变程度及创面上个点的压力分布情况。

方法

1、由武汉维斯第医用科技股份有限公司提供型号为VSD-D-2的负压引流装置，实测其敷料大小为15×10×1cm。

2、在ABAQUS软件中，因为模型与荷载都是对称的，根据对称性，取模型的一半来模拟，在part模块中，通过extrusion方法建立一个50mm×150mm×10mm的三维变形体。同样的方法，再建立引流导管。在property模块中，分别建立名为fuliao和daoguan的材料，并为问题描述的数据设置相应的参数。分别设置名为fuliao和daoguan的section，并赋予相应的区域。之后在assembly模块中进行装配，建立相应的instance。

定义分析步，在step模块中建立两个类型为soils的瞬时分析步，第一个荷载步名称为load，在这一步中施加荷载，为了模拟荷载的瞬时增加，将荷载步的时间取为1s，并在随后的边界条件设置中将该荷载步下顶部设置为不排水。时间增量步采用自动搜索功能。第二个荷载步名称为consolidation，在这一步中孔压消散进行分析，随后的边界条件设置为排水，该步长总长3天，时间增量步采用自动搜索功能。

因网格质量的需要，将模型沿着管剖开分为12块。进入mesh选项将环境栏的object选项选为part，即网格划分是在part层面上进行的。将单元大小设置为2.5，导流管截面按数值划分为12份。单元类型为C3D8P（P代表孔压单元），网格共计6240个单元。模型敷料表面施加大气压强。模型顶部固定，不排水，同样不透水，敷料表面贴近皮肤处位移自由，且是自由排水面，敷料底部管口处完全透水。在initial初始分析步中对模型顶面及四周设置相应的位移边界条件，即模型顶部固定三个方向的约束，四周仅能允许微量竖向位移，在consolidation分析步中将底部管口处的孔压边界设为零。进入job模块，建立任务，设定所加负压为0.04MPa，提交计算。

结果

成功建立负压引流材料的有限元模型，输出如图1所示。

图1：施加负压为0.04MPa时，负压敷料形变图及孔压云图。左图绿色部分所示为负压敷料发生形变后情况，箭头所示为引流导管所在位置，右图为孔压云图。

讨论

临床常用的负压为0.04MPa，这种负压状态下大部分创面渗出液能被及时吸引出，能提供一个较好的负压环境，促进基地肉芽生长。在计算中，我们设定所加负压为0.04MPa进行计算，可以很明显的看出，导流管附近的压力较小，体现了组织液向管中的渗流，但是因材料特性的影响，敷料内部压力值基本不变。即负压范围在0.04Mpa时，敷料内部压力比较平均。由文章开头处可知，管口处孔压无限接近零，导流管中有负压，由孔压云图可以看出敷料内部各个地方受负压的影响情况。图例所示，右图中深蓝色为负压值最大的区域，浅蓝色负压值次于深蓝色，整块敷料大部分呈深蓝色和浅蓝色，负压存在且部分区域负压较大，渗出液能被顺利吸出，液体流动较为顺畅，与实际情況相符。

结论

负压封闭引流装置的有限元模型能较好的模拟其实际工作状态下的一些物理参数，可借助有限元模型协助研究负压封闭引流装置对于创面各处的压力变化、渗出液引流情况的影响的问题。

参考文献

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

[2]裘华德.负压封闭引流技术[M]，北京：人民卫生出版社，2008：72-116.

[3]周常青译.美国负压创面治疗技术[M]，北京：科学技术文献出版社，2005：1-2.

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