Abaqus與心臟泵的故事

2016-10-27 by:CAE仿真在線來(lái)源:互聯(lián)網(wǎng)

美國(guó)的醫(yī)療科技公司Sunshine Heart與達(dá)索SIMULIA共同設(shè)計(jì)了一款心臟泵。

每年大約有5百萬(wàn)美國(guó)人患心力衰竭,心臟供血不足會(huì)導(dǎo)致動(dòng)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(fā)的C-Pulse心臟泵模型,包裹在心臟主動(dòng)脈外面,可以提高心臟供血,并減輕心臟的負(fù)荷。

通常治療心力衰竭的方法有藥物、手術(shù)和器官移植,但是并不是對(duì)所有患者都適用,每種治療手段都有風(fēng)險(xiǎn)和副作用。心胸外科醫(yī)生William Peters教授在新西蘭的奧克蘭城市醫(yī)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(chuàng)療法,考慮到常規(guī)的心臟植入設(shè)備常常會(huì)導(dǎo)致患者出血或中風(fēng),他設(shè)計(jì)的C-Pulse心臟泵可以在體內(nèi)的血管外工作,該裝置在血管外壁有個(gè)氣囊,氣囊的收縮可以加速主動(dòng)脈的搏動(dòng),加速血液的流動(dòng),從而降低患心臟疾病的風(fēng)險(xiǎn)(見圖2)。

圖2:患者穿戴C-Pulse心臟泵系統(tǒng),外部電源裝置連接體內(nèi)心臟泵。

Peters教授將心臟泵的發(fā)明申請(qǐng)了專利,并成立了Sunshine Heart公司。實(shí)驗(yàn)最初是在工作臺(tái)上完成的,隨后在羊身上測(cè)試成功,在投放到人體中之前,他們決定對(duì)心臟泵進(jìn)行更加精確的測(cè)試。

有限元軟件Abaqus優(yōu)化模擬疲勞性能

人的心臟平均每分鐘跳動(dòng)80次,相當(dāng)于一年心臟泵血四千兩百萬(wàn)次,這對(duì)于心臟泵的聚合物材料要求非常高,如果可以做到這一點(diǎn),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(jìn)行仿真模擬。他們與當(dāng)?shù)豈atrix Applied Computing公司進(jìn)行合作,用達(dá)索公司的Abaqus軟件對(duì)C-Pulse心臟泵進(jìn)行了建模。

圖3:C-Pulse在Abaqus中的模型

有限元分析需要反復(fù)迭代,其中元素和材料的選擇是至關(guān)重要的。經(jīng)過(guò)Abaqus仿真模擬后,Sunshine Heart公司很快生產(chǎn)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(shè)計(jì)階段就可以完成,在沒用Abaqus軟件仿真之前,他們要再測(cè)試機(jī)上日夜連續(xù)對(duì)產(chǎn)品進(jìn)行測(cè)試。Sunshine Heart已經(jīng)在澳大利亞和新西蘭開始推廣C-Pulse心臟泵運(yùn)用在人體上,并獲得了美國(guó)食藥監(jiān)局臨床試驗(yàn)的許可。

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