目的:构建跟骨三维有限元模型，并通过有限元分析法研究其生物力学分布情况。方法:取南京医科大学康达学院2021—2022年第二学期人体解剖教研室解剖教学后非影响骨质正常质量的大体标本4例，行Micro CT扫描获取数据，再使用Mimics、Geomagic Wrap软件重建跟骨三维模型，将所得数据导入有限元分析软件进行材料赋值及网格划分得到三维有限元模型，对跟骨模型设定边界约束并施加载荷执行有限元分析计算，并提取有限元模型的应力与位移。结果:跟骨三维模型外观仿真度高，形态结构完整、无缺损，与实体跟骨大小一致，恢复了原有的骨性形态结构；网格划分后所得正常跟骨模型几何外观生动逼真，且无缺损处，重建外观形态结构与三维重建外观形态相同，大小相同，主要结构清晰可见，跟骨各个部件网格和节点分布均匀。正常跟骨的网格和节点数量相当。正常跟骨三维有限元模型最大应力均位于皮质骨上，最大应力位置相同，都位于跟骨前部最下方，最大位移值均小于0.10 mm。结论:构建了高精度跟骨三维有限元模型，具有良好的力学有效性。

目的:设计一台专用于兔尿道瘢痕的超声治疗仪，旨在验证此仪器的适用性及有效性。方法:以新西兰雄兔为实验对象，针对其阴茎结构与尺寸对超声治疗仪进行特制，此超声治疗仪包括超声脉冲发射与控制系统、末级功放和超声探头。首先，针对兔阴茎尺寸及结构对超声探头进行设计，并通过COMSOL有限元仿真以及声场分布实际测试等确定超声探头的参数；其次，根据超声探头元件参数设计其驱动电路；然后，设计基于现场可编程门阵列（FPGA）和串口屏的超声脉冲发射与控制系统；接着，对整体完成的超声治疗仪进行整体性能测试和安全测试；最后，构建兔尿道重建模型，将8只白兔随机分为模型组和实验组，实验组立即接受该超声治疗仪对其尿道部位的治疗，参数设置为超声频率2 MHz，脉冲间隔10 ms，输出声强0.73 W/cm 2。治疗频率为2次/周（周二、四），每次照射10 min，持续4周；模型组则不接受任何治疗，用Image J软件对兔尿道组织中转化生长因子-β1（TGF-β1）、基质金属蛋白酶-2（MMP-2）和肿瘤坏死因子-α（TNF-α）染色阳性区域的面积占比进行定量分析，并计算尿道周长。 结果:添加了吸声材料的结构治疗腔内声压分布较为均匀，驻波比均值为1.11，结构设计满足设计期望。整体性能测试中3枚超声换能器自然焦点位置均为10 mm，声场分布一致性满足实验要求。各换能器峰值声压与电源电压关系接近线性。输出声强范围为0.35～0.74 W/cm 2，满足实验要求。随着超声输出，测试点温度缓慢升高，此实验最高可使组织温度升高3.3 ℃，不会导致组织热损伤发生。动物实验表明，实验组兔尿道组织中TGF-β1免疫阳性面积分数[（4.21±1.32）%]小于模型组[（8.53±3.43）%]（ t＝?4.24， P<0.001）；实验组兔尿道组织中TNF-α免疫阳性面积分数[（5.14±2.72）%]小于模型组[（7.23±1.57）%]（ t＝?3.37， P<0.05）；实验组兔尿道组织中MMP-2水平[（10.65±2.24）%]高于模型组[（6.98±2.74）%]（ t＝2.19， P<0.05）；尿道周长[（12 209±2 743）μm]高于模型组[（10 127±2 237）μm]（ t＝15.46， P<0.05）。 结论:成功设计了一台专用于兔尿道瘢痕的超声治疗仪，可用于超声对兔尿道瘢痕治疗的研究。

目的:探讨神经内镜第三脑室底造瘘术(ETV)治疗Chiari畸形Ⅰ型(CMⅠ)合并脑积水的疗效及作用机制。方法:回顾性分析2013年7月至2022年7月在解放军东部战区总医院神经外科接受ETV治疗的23例CMⅠ合并脑积水患者的临床资料。根据术后症状改善程度和影像学测量结果，评估ETV的临床疗效。5例患者采用4D flow MRI评价ETV手术前、后枕骨大孔平面和颈1(C 1)平面脑脊液(CSF)流体动力学指标的变化。采用单模型有限元仿真分析方法判断模拟ETV手术前、后CSF压力变化对小脑扁桃体变形程度的影响，以验证"浴缸塞"假说。 结果:23例患者的ETV手术均顺利完成，术后CSF电影显示第三脑室底造瘘口CSF流动顺畅。患者的临床症状均有不同程度的缓解。术后脑膜炎2例。23例患者的随访时间为(13.7±10.1)个月。术后6个月患者的小脑扁桃体下疝距离、侧脑室Evan指数、第三脑室横径以及第四脑室矢状径均较术前下降(均 P<0.05)。ETV治疗的有效率达91.3%(21/23)；合并脊髓空洞的患者中，2例脊髓空洞完全消失，3例明显缩小，其余7例基本稳定。4D flow MRI检查结果显示，与术前比较，术后CSF通过枕骨大孔平面的峰值流速、平均流速及流量的差异均无统计学意义(均 P>0.05)，术后CSF通过C 1平面的峰值流速及流量均下降(均 P<0.05)。单模型有限元仿真分析显示，模拟ETV术后，第三脑室、导水管出口、第四脑室的流速明显下降；形变分析发现，小脑下缘向上位移2.9 mm。 结论:ETV治疗CMⅠ合并脑积水安全、有效，其流体动力学改变支持"浴缸塞"假说。

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:采用有限元仿真和标本实验结合的方式测定新研制的尺骨鹰嘴交锁髓内钉的力学性能，并探究新型交锁髓内钉(NIN)锥形锁定螺钉使用数量对其固定性能的影响。方法:利用Mimics19.0和SolidWorks 2014建立尺骨鹰嘴横形骨折模型，分别采用克氏针张力带（KTB）和NIN修复；利用Ansys分析KTB、NIN的固定强度。用15例人体尺骨标本构造尺骨鹰嘴横形骨折模型，并用Instron E10000力学试验机分别对KTB、NIN使用1颗锥形锁定螺钉（NIN-1）和NIN使用3颗锥形锁定螺钉（NIN-3）修复尺骨鹰嘴骨折模型进行力学试验。结果:有限元仿真前臂屈曲45°，受载100 N时，KTB、NIN-1、NIN-3固定尺骨鹰嘴骨折面的最大变形分别为0.131、0.123、0.121 mm。标本试验模拟前臂屈曲45°，KTB、NIN-1、NIN-3的最大破坏载荷分别为（313.38±27.68）、（528.56±53.58）、（871.04±94.95）N，三组间比较差异有统计学意义（ P<0.05），NIN-3的最大破坏载荷大于KTB和NIN-1，同时NIN-1的最大破坏载荷大于KTB，两两比较差异均有统计学意义（ P<0.05）。 结论:相比KTB，采用NIN手术操作更方便，力学性能更优，并且NIN-3的力学性能最佳，NIN-1次之。

目的:利用计算机仿真技术模拟发育性髋关节脱位(developmental dislocation of the hip，DDH)患儿不同股骨颈前倾角时股骨的应力分布，以明确DDH患儿股骨颈前倾角矫正的意义，并指导手术方案的制定。方法:回顾性分析2021年6月在山西省儿童医院骨科住院治疗的1例右侧DDH患儿影像学资料。患儿女，6岁，提取正常侧(左侧)髋关节股骨扫描数据，通过三维CT扫描重建股骨三维模型，分别设计股骨颈前倾角35°、25°、15°时的力学仿真模型，通过有限元软件进行仿真计算，观察不同股骨颈前倾角度时股骨的生物力学分布。结果:DDH患儿股骨三维模型上股骨颈前倾角为35°、25°、15°时股骨模型受到的最大应力分别为21.18 MPa、17.36 MPa、9.85 MPa。股骨颈前倾角为35°时，股骨干应力集中；股骨颈前倾角为25°时，股骨远端骨骺的应力降低25%；股骨颈前倾角为15°时，股骨应力主要集中在股骨头颈至股骨干上段。股骨颈前倾角为35°时，位移大于1 mm的区间是股骨头至股骨干中段；股骨颈前倾角为25°时，位移大于1 mm的区间是股骨头至股骨干中上端；股骨颈前倾角为15°时，位移大于1 mm的区间是股骨头至股骨颈。股骨颈前倾角为35°、25°、15°时其股骨远端骨骺的最大位移分别为0.0041 mm、0.0018 mm、0.0012 mm。结论:股骨颈前倾角对DDH患儿的股骨力学有着重要影响。股骨的应力分布随着股骨颈前倾角改变而改变，股骨颈前倾角度增大，股骨干应力逐渐增加，在股骨干位置出现应力集中现象；股骨颈前倾角越大，应力传递在股骨干区域受到的遮挡效应越大，股骨远端骨骺在横断面的变形也增加。股骨颈前倾角为15°时股骨应力分布较为理想。

目的:通过有限元分析比较动力髋螺钉（DHS）、传统空心加压螺钉（CCS）构型、传统CCS构型+内侧锁定钢板和加压支撑螺钉（CBS）固定治疗Pauwels Ⅲ型股骨颈骨折的生物力学特性。方法:应用有限元法建立内侧皮质粉碎的Pauwels Ⅲ型股骨颈骨折仿真模型，比较DHS（A组）、传统CCS构型（B组）、传统CCS构型+内侧锁定钢板（C组）和CBS（D组）固定的最大位移、最大主应力、范式等效应力、髋关节内翻角度及骨折断端应力等。结果:A组、B组、C组和D组内固定模型股骨的最大位移分别为0.41、2.04、0.94和0.30 mm，内固定物的最大位移分别为0.34、1.18、0.84、0.22 mm；内固定物的范式等效应力峰值依次为83.6、231.4、259.8、194.8 MPa，最大主应力依次为52.3、216.3、151.7、74.6 MPa；股骨的最大范式等效应力依次为101.1、282.3、100.5、181.2 MPa，最大主应力依次为99.7、201.0、60.9、56.1 MPa；载荷后股骨颈轴线角度分别为179.55°、176.97°、179.66°、179.64°；骨折端的范式等效应力范围分别为42.0~50.0、258.7~282.3、50.8~58.1及45.3~60.4 MPa。结论:从稳定性、应力分布和预防髋关节内翻畸形及股骨颈短缩等角度分析，CBS的力学稳定性与DHS相当，可能成为一种治疗股骨颈骨折的更好选择。

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。

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。

目的:采用二维等效力学方法构建矢状面盆底的精细化几何模型，探讨不同腹压下盆底器官组织的形位改变对盆底生物力学特性的影响。方法:纳入1名28岁身体健康、体形匀称的已婚未育女性志愿者，采用3.0 T磁共振扫描仪，仰卧位静息状态扫描盆底组织获得其盆腔核磁共振影像学数据。基于磁共振成像（MRI）二维参数测量和计算机辅助设计的方法，建立女性盆底的几何模型和有限元模型，分析不同腹压下盆底支持系统的生物力学变化特点。结果:本研究在60、99、168、208 cmH 2O（1 cmH 2O=0.098 kPa）等4种腹压载荷作用下仿真模拟盆底受力的4种不同工况，分析得出的趋势为：在腹压载荷作用下子宫发生向下向后的后倾屈曲形位变化，宫颈、阴道中上段和肛提肌发生力学轴向指向骶尾骨的特征变化，肛提肌在水平方向上的变形比竖直方向上的更大。随腹压的增加健康受试者盆底整体系统在4种不同工况下的最大应力值分别为0.194 3、0.389 6、0.557 1、0.627 5 MPa，最大位移值分别为10、14、21、25 mm；宫颈和阴道中上段的最大应力值分别为0.111 7、0.161 8、0.250 6、0.304 1 MPa，最大位移值分别为3、6、9、11 mm；会阴体的最大应力值分别为0.063 4、0.119 6、0.235 2、0.288 0 MPa，最大位移值分别为1、2、4、5 mm；肛提肌最大应力值分别为0.194 3、0.389 6、0.557 1、0.627 5 MPa，最大位移值分别为2、4、7、8 mm；在不同工况下盆腔器官最大应力值及最大位移值均随腹压的增加而增加，正常女性盆底的应力轴向关系表现为子宫、阴道中上段主要作用于骶尾骨和肛提肌，阴道下段作用于会阴体。 结论:女性盆底系统二维等效力学建模和有限元分析方法可以较为准确地反映女性盆底的生物力学特征，盆腔器官应力的合力方向指向骶尾骨，骶尾骨、肛提肌和会阴体在盆底系统中具有重要的应力支持作用。