针对外科手术训练周期长、效率低、成本高等问题，利用虚拟现实(virtual reality，VR)技术，结合血管外科领域的专家知识，设计了基于虚拟仿真的血管外科复合手术室系统。该系统采用3D MAX及MAYA建模软件，构建逼真、自由的虚拟手术室场景，通过合理的虚实交互设计，允许受训人员能够以一种身临其境的方式学习相关知识，并在场景中熟悉手术流程，规范化临床操作，减少现场真实环境对医师的辐射影响，从而达到熟练手术步骤、减少手术风险、提高手术精确度的目的。

有限元方法是利用数学近似对真实物理系统进行模拟的一种数值计算方法，因具有很强的适应性、计算精度及利用计算机进行大规模计算的能力，其适用范围已从传统的结构分析扩展到几乎所有的科学技术领域。人体消化系统可大致分为实质脏器（肝胆、胰腺）及空腔脏器（食管、胃、肠道），利用有限元软件的强大建模功能及其接口工具，可以建立三维人体消化系统模型，并能够赋予其生物学特性对模型进行实验条件仿真，求解在复杂外力及边界条件作用下各种消化系统疾病的问题。本文对有限元方法在人体消化系统领域的应用特点进行综述，并指出未来的发展方向。

目的:为优化舰艇编队救护所执行海上多样化军事任务下的卫勤保障工作流程提供快速、高效的工具，为医疗队员开展常态化模拟训练、提升伤病员救治效率提供有效的技术手段。方法:运用仿真建模、计算机兵棋、软件工程等技术，构建编队救护所仿真训练平台，全要素、全流程动态推演、量化分析卫勤保障过程，在实施模拟训练的同时，优化舰艇编队救护所的卫勤保障方案和工作流程。结果:使用该仿真平台进行仿真推演和模拟训练，能够切实增强编队救护所人员、装备配置的合理性和工作流程的科学性。结论:编队救护所工作是海上多样化军事任务卫勤保障的重点和难点，舰艇编队救护所仿真训练平台通过动态推演、量化分析海上卫勤保障工作流程实现了卫勤保障研究和训练技术手段的创新。

目的:利用三维仿真建模技术于术前对直肠癌患者的结直肠肠管、肿瘤、关键血管等解剖结构进行三维重建、分类及测量，评估所得数据及信息对腹腔镜辅助直肠癌根治术的吻合口张力预判、重要血管变异类型、解剖标志定位等的准确性，以及对手术的指导作用。方法:回顾性分析2019年1月—2021年2月首都医科大学附属北京地坛医院普外科收治的50例腹腔镜辅助直肠癌根治术患者的病历资料，其中男性31例，女性19例，年龄42~83岁，平均年龄(62.72±15.21)岁。以患者术前是否进行三维仿真重建进行分组，将术前行腹盆腔增强CT并进一步进行三维重建的患者作为重建组( n＝24)，将术前只常规进行腹盆腔增强CT的患者作为对照组( n＝26)。对于重建组患者术前利用Mimics软件对患者CT影像资料进行三维仿真建模，针对模型进行术区结直肠及肿瘤长度、盆腔壁刚性结构相关长度、肠系膜下动脉(IMA)距左右髂总动脉分叉点长度、IMA变异类型及占比、左结肠动脉(LCA)距IMA起始部长度、LCA与IMV距离等关键数据进行测量，并与术中所得实际数据进行一致性相关系数(CCC)分析，评估三维仿真建模技术对于手术指导的准确性。采用MedCalc 19.0软件进行统计学分析。 结果:重建组模型各径线数据(肠道、盆腔、血管)与术中对应结构测量值，经一致性相关系数CCC评价均大于0.9。预测游离结肠脾曲1例，实际游离结肠脾曲1例，预测准确率100%。重建组IMA变异共分为4型，均经手术验证。重建组手术时间( P＝0.011)及各血管定位时间(IMA， P＝0.043；LCA， P＝0.007；IMV， P＝0.034)均较对照组缩短，且术中出血量少( P＝0.017)。 结论:术前应用三维仿真建模技术有助于术者准确预判术中吻合口张力、IMA变异类型及其相关径线长度，据此可于术前制定精准手术方案指导手术。

传统的肿瘤培养模型包括二维肿瘤细胞培养和异种移植物模型，前者存在缺乏肿瘤异质性、模型失真等问题，后者存在建模成功率偏低、耗时长、价格贵等缺点。近年出现的体外三维(3D)培养模型可以较好地模拟体内肿瘤的空间结构与生长环境，保留肿瘤细胞的病理与遗传学特征，并反映肿瘤细胞间、肿瘤与微环境间的复杂相互作用，逐渐成为肿瘤机制研究、药物筛选和肿瘤个体化治疗的有力工具。球状体、类器官、微流控装置等3D肿瘤模型技术日渐成熟，共培养、3D生物打印、气液界面等新技术的应用使模型的仿真性进一步提高，一些模型可重建肿瘤微环境，一些模型甚至具有内源性免疫成分与微脉管系统。近年来，有学者将异种移植物模型与类器官技术相结合，构建了体内/体外配对的生物模型库，发挥出两种技术的优势，并可针对具有特定分子学特征的肿瘤进行个体化精准疗法研发。至今，上述技术已广泛应用于结直肠癌研究领域。作者团队目前研究采用结直肠癌患者来源的3D微肿瘤模型指导术后化疗药物选择，建模成功率高、药物筛选实验结果理想。相信随着相关技术的进步，3D肿瘤模型将在结直肠癌研究、药物研发与转化、疗法筛选及个体化治疗等领域发挥巨大作用。

针对落水人员搜救训练难以构设实训条件的实际困难，采用精细化建模与高精度仿真技术构建落水人员搜救模拟训练平台，阐述其用户及业务、技术设计、功能以及关键技术，为科学、合理开展海上搜救仿真训练提供技术支撑。

目的:设计一种新型的用于内镜缝合的电磁弹射器，以实现缝合钉的连续发射。方法:依据电磁弹射的基本原理，设计缝合钉结构和电磁弹射装置，并制作样机；构建电磁弹射装置的有限元模型，研究电枢-线圈中心距和不同驱动电压对缝合钉出射速度的影响；搭建电磁弹射速度实验平台，采用高速摄影机对出射速度进行检测；搭建缝合钉嵌入实验平台，测量不同电压下发射速度对嵌入胃壁组织的影响；搭建缝合钉拔出力实验平台，对不同驱动电压下缝合钉嵌入组织的效果进行拔出力评估。结果:设计了缝合钉结构和电磁弹射装置，并制作了样机。出射速度随着电枢-线圈中心距的增大，先增加后降低，且在中心距为18 mm时，出射速度最大，为15.81 m/s。中心距为18 mm时，电压与出射速度呈线性关系，缝合钉实验值与仿真值基本吻合。驱动电压为150～180 V时，缝合钉均可成功嵌入组织中，且180 V电压组的嵌入程度更深。120、150、180和210 V电压下缝合钉的拔出力分别为（0.49±0.19）、（1.14±0.19）、（1.23±0.15）、（1.85±0.31）N。结论:设计了一种新型的电磁弹射式内镜缝合器，能够实现缝合钉连续发射，为智能化微创外科手术器械提供了一种新的远距离驱动方式。

心脏建模仿真技术基于心肌纤维化、心脏电学重构、心脏自主神经系统等恶性心律失常机制，可以预测心脏性猝死的风险。本文报道1例置入了心律转复除颤器（ICD）的扩张型心肌病患者，针对该例患者的心脏核磁心肌纤维化信息进行了计算机心脏建模仿真，并诱发出与心肌纤维化相关的室性心动过速，验证了计算机心脏建模仿真技术应用于指导心肌病患者置入ICD的可行性。

目的:基于中国数字化可视人体数据集建立中耳-咽鼓管三维模型，并通过计算机数值仿真来模拟咽鼓管开放后整个中耳-咽鼓管系统的形变和压力变化过程。方法:采用中国首例女性数字化可视人体数据集，使用Amira图像处理软件导入图像，Geomagic软件对图像进行分割等处理，形成包括咽鼓管、中耳鼓室、乳突气房、鼓膜、听小骨在内的中耳-咽鼓管三维模型。将三维模型导入Hypermesh软件中进行网格划分和分析。采用Abaqus软件进行结构力学计算，Xflow流体力学软件对气体流动进行数值仿真，利用流固耦合算法对咽鼓管开放时的组织变形和中耳压力变化进行数值模拟。在中耳-咽鼓管模型内设置包括鼓室、乳突、鼓峡、外耳道在内的多个压力监测点，记录并比较各监测点的压力变化。结果:本研究建立了包含咽鼓管、中耳鼓室、乳突气房、鼓膜、听小骨在内的中耳-咽鼓管三维模型和及中耳通气的数值仿真模型。通气后模型的动态变化可依据压力分5个阶段。此外，模型中鼓室、鼓峡监测点的压力变化基本同步；乳突气房的压力变化较鼓室、鼓峡延迟，验证了乳突的压力缓冲作用。并通过提取的外耳道压力曲线在数值、趋势上与咽鼓管测压检查基本一致，验证了模型的有效性。结论:本文建立的中耳-咽鼓管通气的数值仿真模型可模拟咽鼓管开放后的组织变形及中耳压力变化过程，具有较好的准确性和有效性。为中耳通气系统的研究提供了一种新的研究手段。

目的:设计一种单线型低温等离子消融电极，解决传统电极难以生成均匀、连续和稳定微气泡的问题，提高低温等离子体的消融与切割效果。方法:在SolidWorks 2021三维建模软件中对低温等离子三线型电极与单线型电极结构进行建模，并通过3D打印制作样机。通过COMSOL Multiphysics 6.1软件对2种电极消融过程进行电场和温度场的有限元分析，并通过温度测试实验验证有限元仿真模型的有效性和正确性；通过组织消融实验和低温等离子体激发实验分别比较2种电极的消融效果和等离子体激发过程。结果:有限元分析结果显示三线型与单线型电极的表面最高温度分别为70.2、63.3 ℃，其中单线型电极的表面温度更加理想，2种电极的表面最大电场强度均超过了1.0×10 7 V/m，达到了微气泡被击穿的电场条件。三线型电极工作电极2端的电场强度远高于其余区域，而单线型电极的电场强度则无明显突变与波动。2种电极表面和距离电极表面1 cm处温度的实验值与仿真值基本一致，拟合度良好，相对误差为3.2%。单线型电极作用在猪脂肪上的消融温度最高为46.8 ℃，消融后，形态上无焦化区域，在1 s内可达到0.5 mm的组织切割深度。接入能量平台后，单线型电极工作电极表面会产生微气泡；通电6 ms时，工作电极表面完全被微气泡覆盖；通电9 ms时，低温等离子体被激发，可以看到呈蓝紫色光的等离子体；通电25 ms时，产生的微气泡依然规则、稳定。 结论:设计了一种单线型低温等离子消融电极，可以生成均匀、连续和稳定的微气泡，实现了比传统电极更好的消融与切割效果。