Abaqus与心脏泵的故事

美国的医疗科技公司Sunshine Heart与达索SIMULIA共同设计了一款心脏泵。

每年大约有5百万美国人患心力衰竭，心脏供血不足会导致动脉硬化、心脏病、高血压、糖尿病、肺病等疾病。

图1：Sunshine Heart公司研发的C-Pulse心脏泵模型，包裹在心脏主动脉外面，可以提高心脏供血，并减轻心脏的负荷。

通常治疗心力衰竭的方法有药物、手术和器官移植，但是并不是对所有患者都适用，每种治疗手段都有风险和副作用。心胸外科医生William Peters教授在新西兰的奥克兰城市医院工作，他致力于心力衰竭治疗方法的研究。Peters教授寻找一种更加安全的微创疗法，考虑到常规的心脏植入设备常常会导致患者出血或中风，他设计的C-Pulse心脏泵可以在体内的血管外工作，该装置在血管外壁有个气囊，气囊的收缩可以加速主动脉的搏动，加速血液的流动，从而降低患心脏疾病的风险（见图2）。

图2：患者穿戴C-Pulse心脏泵系统，外部电源装置连接体内心脏泵。

Peters教授将心脏泵的发明申请了专利，并成立了Sunshine Heart公司。实验最初是在工作台上完成的，随后在羊身上测试成功，在投放到人体中之前，他们决定对心脏泵进行更加精确的测试。

有限元软件Abaqus优化模拟疲劳性能

人的心脏平均每分钟跳动80次，相当于一年心脏泵血四千两百万次，这对于心脏泵的聚合物材料要求非常高，如果可以做到这一点，C-Puls就可以作为终身植入使用的装置。为了能够找到合适的材料，Sunshine Heart公司尝试用有限元软件Abaqus进行仿真模拟。他们与当地Matrix Applied Computing公司进行合作，用达索公司的Abaqus软件对C-Pulse心脏泵进行了建模。

图3：C-Pulse在Abaqus中的模型

有限元分析需要反复迭代，其中元素和材料的选择是至关重要的。经过Abaqus仿真模拟后，Sunshine Heart公司很快生产出了适合不同患者心脏尺寸的心脏泵。C-Pulse心脏泵的耐用性在设计阶段就可以完成，在没用Abaqus软件仿真之前，他们要再测试机上日夜连续对产品进行测试。Sunshine Heart已经在澳大利亚和新西兰开始推广C-Pulse心脏泵运用在人体上，并获得了美国食药监局临床试验的许可。