目的:探讨隐形矫治器在上前牙内收过程中侧切牙上不同形状附件的生物力学表达,为改善临床设计提供思路.方法:通过三维有限元技术将CBCT数据进行体外仿真,分别在侧切牙上设计无附件(A1)、矩形附件(A2)、楔形附件(A3)和弯弧形附件(A4),利用Ansys计算相同载荷设计下侧切牙、牙列和隐形矫治器的三维变化及牙周膜等效应力(von Mises)分布.结果:侧切牙位移冠状向变化量A1＞A4＞A3＞A2,矢状向变化量A3＞A4＞A1＞A2,垂直向伸长量A4＞A3＞A1＞A2;各组牙列整体位移呈现弓形趋势;隐形矫治器不同部位形变存在差异.A1与A2组牙周膜von Mises分布大致相似,A3组仅在根1/3舌侧区域出现应力集中,A4组牙颈部应力远大于A1组与A2组.结论:矩形附件与弯弧形附件在冠状向控制上具有优势,矩形附件在垂直向的控制效果最佳,附件受力面积与实际位移效率并不存在绝对关联,其受力面的形状会大幅度干扰具体力学表达效果.

目的 探讨不同内固定方式治疗股骨颈骨缺损骨折的静力学特征以及固有和约束模态对内固定的影响.方法 首先基于CT图像建立伴有股骨颈内固定系统(femoral neck system,FNS)和倒三角空心钉(cannulated screw,CS)两种不同内固定装置的股骨颈骨折模型与股骨颈骨缺损骨折模型,然后模拟3倍体重载荷下,不同骨折内固定模型的应力、位移分布及峰值以及模态下的位移峰值、频率以及固有和约束模态振型.结果 两种内固定方式下,股骨颈骨缺损骨折的内固定应力峰值(337.69 MPa,618.58 MPa)显著高于股骨颈骨折模型(149.38 MPa,300.57 MPa),股骨头应力峰值(107.75 MPa,93.78 MPa)与位移峰值(5.244 mm,4.415 mm)也都高于股骨颈骨折模型[(95.73 MPa,85.64 MPa),(4.367 mm,3.478 mm)].在骨折类型相同的情况下,FNS内固定模型相比CS内固定模型具有更低的位移峰值以及更加均匀的应力分布.模态分析结果显示,振动对于内固定的稳定性有一定影响,约束模态的振型频率范围要小于固有模态.固有模态下FNS的位移峰值较CS降低了6.99％,约束模态下位移峰值降低了14.02％.结论 骨缺损会严重破坏内固定的力学环境,无论是普通骨折模型还是骨缺损骨折模型,FNS固定的静态与动态特性都要优于CS固定.临床治疗中要考虑股骨及内固定器械的固有、约束频率所产生的影响,避免因共振而造成内固定失效等问题.

目的:建立鼻中隔偏曲矫正手术前后鼻中隔三维有限元模型，探究鼻中隔偏曲矫正手术对鼻中隔软骨应力的减张效果。方法:该研究选取1例于2022年1月在南方医科大学珠江医院治疗的40岁男性鼻中隔偏曲患者，进行鼻内镜下二线减张鼻中隔矫正术，在术前和术后6个月行鼻中隔软骨CT三维重建及有限元分析，采集三维CT的DICOM格式数据，运用Mimics 21.0、Geomagic Studio 2014、ANSYS Workbench 17.0软件建立鼻中隔三维有限元模型。在鼻中隔软骨的顶端与底端设置固定约束，在软骨前端平面设置加载一个压强为10 6 Pa的沿X轴方向的接触应力，然后进行鼻中隔总形变位移和von Mises应力(VMS)分布的有限元分析。 结果:(1)鼻中隔偏曲软骨的总形变位移值最高点位于软骨前端，术前总形变位移最大值为0.022 296 m，术后为0.108 810 m。(2)鼻中隔偏曲软骨的应力分布主要集中于软骨前中段，VMS在鼻中隔前端有一峰值，术前VMS峰值为725 000 Pa，术后为2 426 000 Pa。(3)术后鼻中隔软骨总形变位移和VMS分布曲线从鼻中隔前端至后端有"瀑布样"落差。(4)术前鼻中隔VMS最大分布范围约为0.003 252 4 m 2，术后约为0.000 418 6 m 2，术后鼻中隔应力分布范围较术前明显减少。 结论:通过CT三维重建结合有限元分析技术，成功建立了鼻中隔三维有限元模型；通过对比手术前后的总形变位移和VMS曲线，证明鼻中隔偏曲矫正手术对鼻中隔软骨应力有减张效果。

目的:建立不同结构腰椎融合器植入人体内的有限元模型，与健康人体腰椎有限元模型进行对比，探讨其治疗腰椎退行性疾病的临床可行性。方法:选择山西省忻州市人民医院1名健康男性，年龄45岁，身高176 cm，基于正常人体腰椎的CT扫描数据，设计出适用于腰椎椎体L 3～L 4段个性化腰椎融合器，利用Mimics、Solidworks和Abaqus软件，建立正常生理状态腰椎模型和双侧椎弓根螺钉内固定加椎间融合器有限元模型，比较两种模型在腰椎椎体、融合器、椎间盘的受力，变形以及应力分布的差异，从生物力学的角度解释融合器在腰椎内固定术中的作用。 结果:健康腰椎椎体模型最大应力为26.60 MPa(1 MPa＝7 500.62 mmHg)、最大位移为0.553 mm，而融合器模型所受最大应力为37.59 MPa、最大位移为0.531 mm。两种模型中腰椎椎体所受应力值接近，在直立工况下融合器模型椎体最大位移比正常椎体最大模型位移小3.9%；融合器所受应力值与其对应L 3～L 4段健康模型椎间盘所受应力值相差不大，位移变化比健康椎体模型小4.2%。 结论:融合器植入可以有效改善椎体力学性能和运动性能。

目的:研发新型解剖型后踝锁定接骨板，并通过有限元分析其力学稳定性。方法:收集100例健康志愿者胫腓骨和踝关节螺旋CT数据，测量国人后踝解剖学参数，结合相关计算机辅助技术设计制作新型国人解剖型后踝锁定接骨板，进行体外匹配性验证。通过建立有限元模型，对比分析该新型接骨板与3.5 mm皮质骨螺钉及1/3管型接骨板经力学加载后后踝骨折面的相对位移、最大Von Mises应力及置入物Von Mises应力峰值及分布。结果:利用胫腓骨和踝关节螺旋CT数及相关计算机辅助技术设计生产的新型解剖型后踝锁定接骨板与胫骨后踝匹配良好，解剖贴服。影像解剖学测量显示，后踝宽度四分位数 Q1、 Q2、 Q3分别为19.4、26.6、35.0 mm，相应踝关节CT三维重建模型对应小、中、大3种型号后踝基础接骨板。有限元分析显示：在不同加载方案下，新型国人解剖型后踝锁定接骨板固定后踝骨折时，骨折面Von Mises应力较3.5 mm皮质骨螺钉和1/3管型接骨板更低，内置物最大Von Mises应力较3.5 mm皮质骨螺钉和1/3管型接骨板更低，但不同固定方式间骨折面位移未见明显差异。 结论:新型国人解剖型后踝锁定接骨板与后踝匹配良好，力学强度高、稳定性好，可实现后踝骨折坚强固定。

目的:探究机械应力在足底黑素瘤形成中的潜在作用。方法:回顾性分析2014—2021年中南大学湘雅医院129例足底黑素瘤的分布位置及临床特征，采用卡方拟合优度检验比较承重区（足趾、足前部、足中部外侧、足跟）与非承重区（足弓）皮损分布的差异， t检验、Fisher精确检验和Wilcoxon秩和检验分析足底承重区与非承重区黑素瘤临床病理特征的差异。 结果:129例足底黑素瘤患者中，男66例（51.2%），女63例（48.8%），发病年龄（60.6 ± 13.1）岁。最常见的发病部位是足跟（65个病变，1.31个/cm 2），其余依次是足前部（31个病变，0.41个/cm 2）、足趾底面（15个病变，0.43个/cm 2）、足中部外侧（11个病变，0.38个/cm 2）、足弓（7个病变，0.16个/cm 2）。卡方拟合优度检验显示，承重区较非承重区更易患黑素瘤（ χ2 = 66.59， P < 0.001）；与足弓部相比，足跟和足前部发病密度更高（ χ2值分别为38.29、5.23， P值分别< 0.001、= 0.022）。承重区与非承重区足底黑素瘤患者性别、年龄、职业、左/右足受累、皮损Breslow厚度、溃疡情况、Clark分级、淋巴结转移、肿瘤分期等差异均无统计学意义（均 P > 0.05）。 结论:足底承重区较非承重区更易患黑素瘤，推测机械应力刺激可能与黑素瘤的发生发展有关。

容积动力学是一种分析输入液体容量的方法学。与同位素示踪方法不同，容积动力学是在输液过程中连续多次测量血液中血红蛋白（Hb）水平，以Hb衍生的血浆稀释度作为输入数据、尿量作为输入变量的两室组成动力学模型，可提供两室之间（即血浆容量与间质液）液体分布时间过程的信息，适用于麻醉、手术、脱水和低血容量患者补充晶体液。容积动力学还可以量化应力、低血容量、麻醉和手术引起的液体分布与清除的变化。影响容量复苏的伴随因素很复杂，包括性别、年龄、血流动力学状态〔如平均动脉压（MAP）〕、健康与应激状态、肾功能、意识及手术麻醉状态等，可影响液体的半衰期、分布和容量。研究容积动力学能够使研究者深入了解晶体液在体内的病理生理学变化。天津市第三中心医院重症医学科秦英智教授领导的团队，对晶体液在体内的病理生理变化进行了总结分析，为临床针对危重患者的容量管理提供参考。

目的:通过有限元分析比较单纯动力髁螺钉（dynamic condylar screw，DCS）、锁定加压钢板（locking compression plate，LCP）联合DCS、股骨近端内侧解剖支撑钢板（medial anatomic buttress plate，MABP）联合DCS翻修治疗内侧缺损型股骨转子间骨折的生物力学差异。方法:选取一名健康成年志愿者的股骨CT影像数据，通过Mimics 21.0软件及Geomagic Studio 12软件重建股骨实体化三维模型。使用Ansys Workbench 18.0软件建立股骨转子间Evans-Jensen ⅡB型骨折模型。在Solidworks 2015软件中重建股骨近端防旋髓内钉（proximal femoral nail antirotation，PFNA）、DCS、LCP、MABP的三维模型；将PFNA与骨折模型进行装配，随后取出PFNA，建立股骨转子间骨折术后失败模型，再模拟股骨转子间骨折术后失败保髋翻修手术进行装配固定，分别采用DCS（无内侧支撑重建）、DCS+LCP（间接内侧支撑重建）、DCS+MABP（股骨颈下部分直接内侧支撑重建）固定；在Abaqus 6.14软件中分别模拟70 kg正常人站立（700 N）、缓慢行走（1 400 N）、快步行走（1 750 N）和上下楼梯（2 100 N）时的髋关节受力进行加载，记录不同模型中骨折断端的相对位移、应力峰值以及内固定的应力分布和应力峰值。结果:加载700 N轴向载荷时，采用DCS、DCS+LCP及DCS+MABP固定的骨折断端相对位移分别为0.28、0.13、0.09 mm，骨折断端应力峰值分别为49.01、15.29、1.35 MPa，整体内固定应力峰值分别为230、220、174 MPa；加载1 400 N轴向载荷时三种内固定方式的骨折断端相对位移分别为0.56、0.24、0.16 mm，骨折断端应力峰值分别为108.49、28.96、3.12 MPa，整体内固定应力峰值分别为469、352、324 MPa；加载1 750 N轴向载荷时三种内固定方式的骨折断端相对位移分别为0.70、0.30、0.20 mm，骨折断端应力峰值分别为139.59、37.57、4.17 MPa，整体内固定应力峰值分别为594、421、393 MPa；加载2 100 N轴向载荷时三种内固定的骨折断端相对位移分别为0.85、0.35、0.23 mm，骨折断端应力峰值分别为170.05、46.36、5.24 MPa，整体内固定应力峰值分别为724、504、460 MPa。结论:采用DCS+MABP固定对内侧缺损型股骨转子间骨折进行翻修具有更好的生物力学特性。

目的:比较改良与传统构型髂腰钉棒系统固定垂直不稳定骨盆后环脱位的生物力学特性。方法:选用1名31岁健康男性志愿者的腰椎、骨盆及股骨CT图像，通过有限元方法利用三维虚拟软件建立骨盆后环脱位模型、改良与传统构型髂腰钉棒系统单侧与双侧固定模型。通过约束双侧股骨下端于L 1椎体上施加500 N纵向载荷，评估完整骨盆模型最大应力及骨盆后环脱位模型刚度，以验证模型的可靠性；模型验证完成后，沿L 1椎体曲线方向施加400 N跟随载荷模拟上部躯干力量，比较改良与传统构型髂腰钉棒系统模型骶骨最大垂直位移、最大后方位移、最大右侧位移及整体最大位移；比较内固定及骨盆的应力分布情况。 结果:（1）完整骨盆模型最大应力为22.0 MPa，骨盆后环脱位模型刚度为180.03 N/mm。（2）在骶骨最大垂直位移方面，改良与传统构型髂腰钉棒系统双侧固定基本相当；但在骶骨最大后方位移、最大右侧位移及整体最大位移方面，改良构型髂腰钉棒系统双侧固定分别为0.57 mm、0.19 mm、0.68 mm，传统构型髂腰钉棒系统双侧固定分别为1.38 mm、0.26 mm、1.41 mm，前者均明显小于后者。（3）在骶骨最大垂直位移、最大后方位移、最大右侧位移及整体最大位移方面，改良构型髂腰钉棒系统单侧固定分别为0.70 mm、0.73 mm、0.17 mm、0.88 mm，传统构型髂腰钉棒系统单侧固定分别为1.17 mm、2.21 mm、0.31 mm、2.29 mm，前者均明显小于后者。（4）改良构型髂腰钉棒系统中内固定应力主要集中在髂骨钉棒与腰椎弓根钉棒之间的连接棒上，而传统构型髂腰钉棒系统中内固定应力主要集中在髂骨钉上缘的连接棒上。在内固定最大应力方面，改良构型髂腰钉棒系统双侧固定为340.84 MPa，传统构型髂腰钉棒系统双侧固定为489.77 MPa，前者较后者减小30.4%；改良构型髂腰钉棒系统单侧固定为351.23 MPa，传统构型髂腰钉棒系统单侧固定为415.82 MPa，前者较后者减小15.5%。（5）改良与传统构型髂腰钉棒系统中骨盆应力主要集中在髂骨钉与皮质骨接触的区域。在骨盆最大应力方面，改良构型髂腰钉棒系统双侧固定为19.21 MPa，传统构型髂腰钉棒系统双侧固定为87.59 MPa，前者较后者减小78.1%；改良构型髂腰钉棒系统单侧固定为39.91 MPa，传统构型髂腰钉棒系统单侧固定为134.98 MPa，前者较后者减小70.4%。结论:与传统构型髂腰钉棒系统相比，改良构型髂腰钉棒系统能有效降低垂直不稳定骨盆后环脱位各方向位移，使内固定及骨盆的应力明显减小，具有良好的生物力学稳定性。

目的:运用有限元法分析评价不同骨密度条件下椎弓根螺钉拔出过程中的应力分布和最大拔出力，探讨安全植入椎弓根螺钉内固定的最低骨密度。方法:基于河北医科大学第三医院2021年1月就诊的1例健康男性志愿者的腰椎CT平扫数据和标准椎弓根螺钉参数，建立腰1椎体和椎弓根螺钉的三维模型，将椎体按骨密度值(QCT法)分为A组(BMD＝120 mg/cm 3)、B组(BMD＝110 mg/cm 3)、C组(BMD＝100 mg/cm 3)、D组(BMD＝90 mg/cm 3)、E组(BMD＝80 mg/cm 3)；依据参考文献完成材料赋值后，向所建立的5组有限元模型模拟轴向拔出力实验，观察各组螺钉应力分布及最大轴向拔出力，对所测指标进行不同骨密度之间的对比分析。采用单因素方差分析。 结果:A~E组有限元模型的最大拔出力分别为(1 834±78)、(1 626±65)、(1 441±55)、(1 141±48)、(1 039±42) N，组间比较差异有统计学意义( F＝3.413， P<0.05)。骨密度每下降10 mg/cm 3，最大轴向拔出力相应下降11%、23%、43%、51%。螺钉最大主应变出现在螺钉的尾端，拔出过程中螺钉的最大应力由尾端逐渐向头端移动。 结论:随着骨密度下降，椎弓根螺钉稳定性会相应出现减低。最大拔出力从D组(BMD＝90 mg/cm 3)开始出现大幅度下降。故对需要行椎弓根螺钉内固定的患者，术前应常规行QCT法检测骨密度，当椎体骨密度低于90 mg/cm 3(男性≥70岁，女性≥60岁)时，不建议单独应用椎弓根螺钉系统。