负压封闭引流装置仿真有限元模型的建立

负压封闭引流装置仿真有限元模型的建立

罗艺鞠海宾卓璐凯荣坤杰金俊俊练慧斌（通讯

（江苏省苏北人民医院江苏扬州225001）

【摘要】德国外科医师Fleischmann等于1993年首次将创面封闭负压引流用于治疗软组织损伤并获得成功。1994年，裘华德教授将该技术引入我国，经过一系列改造，不断得到完善。现创面封闭负压引流技术广泛用于临床各个领域，在各种急慢性创面的治疗中发挥着相当重要的作用。国内已有数十家企业独立生产各自品牌的创面封闭负压引流装置套件，其种类不下百种。本研究试图收集常见的创面封闭负压引流套件，实测其各项物理系数，利用Abaqus软件构建其相应的有限元模型，通过计算机运算、分析，为创面封闭负压引流技术的基础研究拓展视野，替创面封闭负压引流技术的临床应用提供改进的方向。

【关键词】负压封闭引流装置；ABAQUS软件；有限元模型

【中图分类号】R197.38【文献标识码】A【文章编号】2095-1752（2017）29-0340-02

1993年德国学者兼外科医生Fleischmann等[l]人根据创面负压治疗技术（negativepressurewoundtherapy，NPWT）首先总结、提出了负压封闭引流（vacuumsealingdrainage，VSD），并将之应用于临床工作，成功治疗了多例皮肤缺损病患[2]。1994年，裘华德教授[3]将该技术引入我国，经过一系列改造，不断得到完善，目前负压封闭引流技术已经广泛应用于治疗各种急慢性皮肤软组织缺损，并国内已有数十家企业生产各自品牌的创面封闭负压引流装置套件，其种类已不下百种[4]。我们选取其中比较有代表意义的品种，对其实测各项物理参数，并应用Abaqus软件构建其相应的有限元模型，通过计算机运算、分析，寻求当前条件下最满意的负压参数。

1.方法

1.1选用武汉

维斯第医用科技股份有限公司最经典的一次性负压引流护创材料，型号为VSD-B-2-15×10×1。

1.2实际测量VSD-B-2-15×10×1套件敷料相关物理参数：三条边的长度（10×15×1cm）、弹性模量等。

1.3应用Abaqus软件构建有限元初步模型

步骤为：首先，根据对称性原则，选取套件敷料的一半进入Abaqus软件进行模拟、计算。点击进入part选项，利用extrusion方法建立三维形变模件，大小为VSD-B-2-15×10×1套件敷料的一半，即为50mm×150mm×10mm，命名为fuliao。另模拟VSD-B-2-15×10×1套件引流导管大小建立三维模件，命名为daoguan。并将二者导入property模块。将实测参数赋予fuliao、daoguan模件。在assembly模块中按照VSD-B-2-15×10×1套件的构造进行装配，构建VSD-B-2-15×10×1套件的有限元初步模型。

1.4划分计算单元

进入part选项，设置计算单元大小为2.5，沿着导管纵向将所建立fuliao模件划分为12份，并按计算单元大小逐个分解，共计得到6240个计算单元，单元类型为C3D8P（P代表孔隙压力单元）。

1.5设定边界条件

在实际VSD套件运行过程中，敷料表面可接受外界大气压强，引流管道内提供负压源。据此，设定fuliao模件底部固定，表面游离，可形变，向底部方向位移为自由，但其表面不透水，亦不排水。敷料底部向敷料内部排水通畅。引流导管管口处完全透水且排水完全通畅。fuliao模件四周游离，且允许其可向敷料中心方向位移。

1.6提交运算

预设所加负压为0.04MPa，进入step模块，建立两个同时运行的瞬时分析单元，分析类型设置为soils。第一个分析单元命名为load，其中施加荷载，荷载逐步增加，步长时间设定为1s，总时长设为3天，时间增量步采用自动搜索累计功能。第二个分析单元命名为consolidation，本单元随load的运行模拟孔隙压力的消散。在consolidation中将导管管口处的边界孔隙压力设定为零，进入job模式，建立计算任务，运行瞬时分析单元，提交运算。

2.结果

成功输出所预设负压引流套件的有限元模型，输出如图所示。

图导管外加压力为-0.04MPa时，负压封闭引流套件的形变图（左）及孔压云图（右）。形变图中虚线部分为负压敷料发生形变前情况，实线部分为形变后，引流管所在位置为箭头所示。

3.讨论

fuliao模件顶部受到1个标准大气压，负压导管所施加压力为-0.04MPa，此条件下得到负压封闭引流套件的形变图及孔压云图。

在形变图中可以看出，该模件底部固定，顶部向敷料模件内部位移，敷料厚度变薄，且导管近端较远端明显，与实际情况相符。

在孔压云图中，敷料内部负压值最大为深蓝色区域，其次为浅蓝色区域，再次为绿色、黄色、红色。整个fuliao模件大部分呈现深蓝色和浅蓝色，说明整个模件能维持较好的负压状态，液体流动较为顺畅，创面基底渗出液能被顺利吸出，与实际情况相符。导管周围孔隙压力无限接近为零，而导管内部为外界所提供负压-0.04MPa，说明渗出液能顺利从导管中引出。

4.结论

负压封闭引流装置的仿真有限元模型能有效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】

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

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

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

[4]吕小星，曹大勇，陈绍宗，等．封闭负压引流技术对人慢性创面周围组织PDGF及TGF-β表达的影响[J].中国美容整形外科杂志，2006，17（61）：470-472．

基金项目:本研究受扬州市自然科学基金资助，项目编号：YZ2015113）