目的 本文旨在实现针对不同的患者个体,以较优的血流动力学效应为目标,实现个性化的体外反搏(enhanced external counterpulsation,EECP)的闭环反馈调控数值模拟.方法 通过集中参数模型模拟研究EECP反搏模式对不同的适应症的影响机制,根据PID控制系统的反馈调节原理,将其应用于体外反搏的研究中,把血液循环系统的闭环式0维集中参数模型作为被控对象,用于个性化体外反搏血流动力学仿真.结合体外反搏局部血流动力学效应评价模型为不同适应症(冠心病或脑卒中)患者设定血流动力学效应优化的个性化目标值,根据设定目标值和当前血流动力学指标之间的误差,通过设置适当的增益系数与误差进行运算来调节不同反搏模式(压力幅值或加压时长)使当前血流动力学指标达到设定目标值.结果 反搏压力对于冠状动脉血流动力学指标的增加更加明显.加压时长对于脑动脉的血流动力学效应的影响最为显著.因此对于冠心病患者设定优化目标值舒张压/收缩压(D/S),通过反馈调节反搏压力使当前D/S达到设定D/S,最终使它们之间误差e的绝对值降低至0.06(均<5％),并得到此时的压力幅值.对于脑卒中患者设定目标值脑血流量(cerebral blood flow,CBF),调节系统输入加压时长减小误差,控制系统的输出当前CBF达到设定CBF,使误差e的绝对值降低至0.06(均<5％)并得到此时的加压时长.结论 数值模拟中血流动力学指标达到优化目标值时应施加的压力幅值和加压时长可为临床体外反搏优化治疗提供理论依据.

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:应用计算仿真技术，对比分析YCPC心外管道与传统TCPC心外管道的血流动力学参数及能量效率。方法:基于1例诊断为SLL型先天性矫正大动脉转位(ccTGA)伴右心发育不良患者术前的CTA图像资料应用Mimics Research完成模型的初始重建，按照心外管道的连接方式分为3组不同的几何形状：A传统TCPC组，B传统YCPC组，C改良YCPC组，进行数字模型的网格划分和数值仿真，计算不同重建模型的涡流分布、平均涡流量以及能量效率等参数。结果:不同空间结构的涡流分布范围未见明显差异；改良YCPC方案的涡流量无论在静息条件还是不同的运动情况下，都达最高值；在能量效率方面，传统YCPC方案的能量效率明显低于传统TCPC方案，而增加分支直径后，改良YCPC方案能量效率提升，与传统TCPC方案的能量效率接近，且虽运动负荷的加大仍可保持较高的能力效率。结论:数值仿真与血流动力学模拟技术为Fontan系列手术的疗效预测提供了有效的辅助。虽然改良YCPC心外管道带来了更多的涡流量，但是由于其优化的空间构型，仍可以获得接近传统TCPC能量效率，这为临床手术的应用提供了一定的理论依据。

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。

挛缩性瘢痕的治疗一直是临床研究中的难点和重点。点阵激光作为一种新兴的治疗方式，对瘢痕的早期治疗具有较好的效果。在点阵激光热刺激之后，瘢痕的质地变软，牵拉症状也能得到一定程度的缓解。但在实际应用中，点阵激光的参数与瘢痕延展性改善程度之间的关系不明确，从而造成了治疗的盲目性和随意性。有限元模型分析法是一种广泛应用的数值分析方法，在组织仿真方面具有很高的精度。该文结合有限元模型分析法，对点阵激光在治疗挛缩性瘢痕方面的应用进行综述并提出展望。

目的 研究带有囊形瘤体的颈动脉血管在血液周期性流动过程中的力学特性和瘤体变化,探究囊形瘤体发展的具体机制以及瘤体对血液流动的影响.方法 采用双向流固耦合方法 对颈动脉血管内囊形瘤体和血液之间的相互作用进行有限元数值仿真研究.分析血管的形变、关键区域的血液速度和力学特性以及瘤体对血管的影响过程.结果 在瘤体与血管的交界线上,瘤体呈现较大的形变,瘤体壁面压力低.瘤体对侧血管壁和血管分叉周围的三角区域壁面压力高,易于发生拉伸或破裂.瘤体内部血液速度明显低于正常血管,形成的漩涡使瘤体内部空间未能被充分利用.瘤体在脉动周期内所受的壁面剪切力一直较小,容易导致杂质沉积形成粥样硬化斑块.结论 囊形瘤体会干扰血管内血液正常流动;囊形瘤体会促进镜像瘤体产生.研究结果 为囊形瘤体的治疗和预防提供理论参考.通过了解囊形瘤体的力学特性和对血管的影响,医生可以更好地制定个性化的治疗方案,提高治疗效果.

目的 预测大鼠股骨皮质骨微观能量释放率,探究微观能量释放率随大鼠月龄的变化关系.方法 依托前期实验数据,结合皮质骨断裂模拟数值方法,对比仿真与实验测得载荷-位移曲线及断裂模式,反演预测不同月龄大鼠股骨皮质骨的微观能量释放率.结果 经预测得到 1、3、5、7、9、11、15 月龄大鼠股骨皮质骨微观能量释放率分别处于 0.08～0.12、0.12～0.14、0.15～0.19、0.25～0.28、0.23～0.25、0.19～0.22、0.13～0.16 N/mm.结论 微观能量释放率随月龄增长而下降导致失效载荷降低,说明微观能量释放率是决定骨折发生的主要因素之一,但断裂时刻却未观察到明显下降,说明微观能量释放率与结构断裂时刻未呈线性正比关系.研究结果 能够从临床层面协助解释皮质骨的骨折发生机制.

心肌灌注不足是多种心脏疾病早期的共同病理特征;定量评估心肌灌注对于诊治疾病和评估预后具有重要意义.心脏MR(CMR)灌注成像无辐射且空间分辨率高,对心肌局部缺血区较为敏感.数值模拟技术可结合计算生物力学对心肌血流灌注过程进行仿真.本文就CMR和数值模拟定量评估心肌灌注研究进展进行综述.

目的:设计一种新型氧合器,以解决目前体外膜肺氧合设备存在的跨膜压差大、血氧交换效率低、易发血栓等问题.方法:首先,将氧合器血液通路流场主体设置为扁平圆柱体.其次,对血液通路拓扑结构进行三维建模,并将整个流场切分为血液入口段及入口缓冲区、热交换区、血氧交换区、出口缓冲区及血液出口段.最后,采用ANSYSFLUENT软件进行仿真分析和样机制作实验,对比设计的氧合器和Quadrox氧合器的性能.结果:仿真计算表明,设计的氧合器整体性能与临床常用氧合器处于同等水平,且在跨膜压差、血氧交换和流量均匀性方面更优.实验结果表明,设计的氧合器跨膜压差和血氧交换率优于Quadrox氧合器.结论:设计的氧合器跨膜压差小、变温效果好、血氧交换效率高、血栓发生概率低,具有一定的优越性.

目的 建立T2～L5胸腰椎有限元模型并验证其有效性,为探究脊柱冲击载荷下的动态响应特性及损伤机制提供数值模型支撑.方法 基于CT扫描图像数据建立T2～L5胸腰椎三维有限元模型;仿真分析施加不同力矩下(屈伸、旋转和侧弯工况)T12～L1段载荷-转角曲线,并与文献报道的数据进行对比;对T2～6、T7～11和T12～L53段脊柱有限元模型施加不同高度下的自由落体载荷并进行仿真分析,获得轴向力峰值和弯矩,并与文献报道的数据进行对比分析.结果 T12～L1段脊柱有限元模型受不同方向力矩发生最大转角在-2.24°～1.55°,与文献数据吻合良好.在不同跌落高度下,T2～6、T7～11和T12～L5 3段脊柱有限元模型的轴向峰值力分别为1.7～5.3、1.3～5.5、1.3～7.5kN,均处于文献数据误差范围内;脊柱与椎间盘应力云图显示,椎体由外缘最先受力,椎间盘由髓核承受主要载荷,符合实际脊柱损伤发生机制.结论 所建立的T2～L5脊柱模型能够正确模拟不同工况下脊柱的生物力学行为特性,分析结果具有有效性.