Abaqus與心臟泵的故事

2016-10-27 by:CAE仿真在線來源:互聯網

美國的醫療科技公司Sunshine Heart與達索SIMULIA共同設計了一款心臟泵。

每年大約有5百萬美國人患心力衰竭,心臟供血不足會導致動脈硬化、心臟病、高血壓、糖尿病、肺病等疾病。

圖1:Sunshine Heart公司研發的C-Pulse心臟泵模型,包裹在心臟主動脈外面,可以提高心臟供血,并減輕心臟的負荷。

通常治療心力衰竭的方法有藥物、手術和器官移植,但是并不是對所有患者都適用,每種治療手段都有風險和副作用。心胸外科醫生William Peters教授在新西蘭的奧克蘭城市醫院工作,他致力于心力衰竭治療方法的研究。Peters教授尋找一種更加安全的微創療法,考慮到常規的心臟植入設備常常會導致患者出血或中風,他設計的C-Pulse心臟泵可以在體內的血管外工作,該裝置在血管外壁有個氣囊,氣囊的收縮可以加速主動脈的搏動,加速血液的流動,從而降低患心臟疾病的風險(見圖2)。

圖2:患者穿戴C-Pulse心臟泵系統,外部電源裝置連接體內心臟泵。

Peters教授將心臟泵的發明申請了專利,并成立了Sunshine Heart公司。實驗最初是在工作臺上完成的,隨后在羊身上測試成功,在投放到人體中之前,他們決定對心臟泵進行更加精確的測試。

有限元軟件Abaqus優化模擬疲勞性能

人的心臟平均每分鐘跳動80次,相當于一年心臟泵血四千兩百萬次,這對于心臟泵的聚合物材料要求非常高,如果可以做到這一點,C-Puls就可以作為終身植入使用的裝置。為了能夠找到合適的材料,Sunshine Heart公司嘗試用有限元軟件Abaqus進行仿真模擬。他們與當地Matrix Applied Computing公司進行合作,用達索公司的Abaqus軟件對C-Pulse心臟泵進行了建模。

圖3:C-Pulse在Abaqus中的模型

有限元分析需要反復迭代,其中元素和材料的選擇是至關重要的。經過Abaqus仿真模擬后,Sunshine Heart公司很快生產出了適合不同患者心臟尺寸的心臟泵。C-Pulse心臟泵的耐用性在設計階段就可以完成,在沒用Abaqus軟件仿真之前,他們要再測試機上日夜連續對產品進行測試。Sunshine Heart已經在澳大利亞和新西蘭開始推廣C-Pulse心臟泵運用在人體上,并獲得了美國食藥監局臨床試驗的許可。

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