目的:探讨前路枕骨髁钢板螺钉内固定相较于常见前路枕颈融合内固定装置治疗上颈椎不稳的性能差异。方法:选取1名28岁健康成年男性志愿者的枕颈部CT数据建立有限元模型，包括正常模型、单纯人工椎体（异形钛笼+斜坡螺钉）内固定模型、斜坡钢板螺钉内固定模型、前路枕骨髁钢板螺钉内固定模型，在枕骨上表面施加50 N载荷和1.5 N·m扭矩，使模型产生屈伸、侧弯及旋转运动。比较各模型在屈、伸、侧弯、旋转工况下的活动度、内固定应力峰值及颅骨应力峰值的分布。结果:在屈、伸、侧弯、旋转工况下，正常模型活动度分别为18.65°、15.35°、9.82°、34.68°；单纯人工椎体内固定模型分别为3.20°、3.63°、2.94°、3.92°；斜坡钢板螺钉内固定模型分别为0.40°、0.50°、0.35°、0.89°；前路枕骨髁钢板螺钉内固定模型分别为0.27°、0.33°、0.13°、0.30°。在屈、伸、侧弯、旋转工况下，相较于单纯人工椎体内固定模型，斜坡钢板螺钉内固定模型活动度分别减少87.5%、86.2%、88.1%、77.3%，前路枕骨髁钢板螺钉内固定模型分别减少91.5%、90.1%、95.6%、92.3%。在屈伸、侧弯、旋转工况下，单纯人工椎体内固定的应力峰值分别为52.3 MPa、51.9 MPa、52.6 MPa；斜坡钢板螺钉内固定分别为100.1 MPa、158.1 MPa、170.6 MPa；前路枕骨髁钢板螺钉内固定分别为114.2 MPa、62.9 MPa、132.9 MPa。在屈伸、侧弯、旋转工况下，单纯人工椎体内固定时的颅骨应力峰值分别为52.9 MPa、50.9 MPa、62.3 MPa；斜坡钢板螺钉内固定时分别为19.7 MPa、55.9 MPa、38.3 MPa；前路枕骨髁钢板螺钉内固定时分别为37.8 MPa、15.0 MPa、16.3 MPa，舌下神经管附近骨质应力远小于颅骨应力峰值，接近于0 MPa。结论:在异形钛笼前方加用前路枕骨髁钢板螺钉内固定能提升枕颈融合的稳定性，未见明显应力集中，并且对颅骨及舌下神经管影响较小，是上颈椎不稳的一种安全可靠的前路内固定方式。

目的 利用有限元方法 进行击球过程模拟,探究鞋面硬度对足部受力和球运动的影响.方法 建立骨骼、软组织、足球鞋和球的实体模型,借助红外高速运动捕捉系统测试足背内侧击球时的运动学参数,将足速度和足、球之间的位姿关系加载到有限元模型中,从而完成击球模拟.结果 不同的鞋面硬度对球的旋转速度产生影响,而对球的平动速度几乎无影响.鞋面硬度增加导致足背压力逐渐上升并趋于稳定,最大压力差异为 200 N.第 1、第 5 跖骨应力分别升高了 40.07%、16.2%,第 3、第 4 跖骨应力分别下降了 22.96%、4.64%.结论 不同的鞋面硬度对球运动状态具有显著影响.相较于硬度较高的鞋面材料,硬度较低的鞋面材料能够有效减少足背压力,也有助于减少对骨骼应力的影响,从而降低长期穿着可能导致的损伤风险.

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。

目的:在三维有限元模型中，探讨舌侧矫治器预置不同转矩角度弓丝对上前牙牙周膜应力分布的影响。方法:建立整体舌侧矫治三维有限元模型，模拟滑动法关闭拔牙间隙：弓丝预置0°、9°、13°、17°正转矩，分别在腭侧加力1.50 N以及颊侧加力1.00 N＋腭侧加力0.50 N条件下关闭间隙，分析上前牙牙周膜范·米塞斯(von Mises)应力分布情况。结果:①弓丝预置9°、13°、17°正转矩时，随着预置正转矩角度加大，侧切牙、切牙牙周膜所受应力增大，并且牙周膜应力集中区位于牙颈部；尖牙未出现明显的应力集中区；②腭侧加力1.50N关闭间隙情况下，预置0°转矩时，牙周应力在尖牙牙颈部及根中，中切牙及侧切牙未见明显分布。随预置转矩角度增大时，牙周膜应力集中区从尖牙牙根颈部牙周膜扩展到牙根中部牙周膜；侧切牙、中切牙牙周膜所受应力也随预置正转矩角度增大逐渐增大，但始终集中在牙周膜颈部区域；③颊侧加力1.00 N＋腭侧加力0.50 N关闭间隙情况下，预置0°转矩时，上前牙牙周膜应力集中区分布在侧切牙及尖牙牙颈部。随预置正转矩角度增大，牙周膜应力集中区开始分布在侧切牙颊侧远中牙颈部，随后中切牙腭侧颈部偏近中区域及尖牙颈部近中牙周膜出现应力集中区。结论:在个体化舌侧矫治器滑动法关闭间隙过程中，预置转矩弓丝对上前牙牙周膜应力分布有不同的影响；随着预置正转矩的增大，上前牙牙周膜所受应力水平及应力集中区域也随之扩大。颊腭侧同时加力关闭间隙，比单纯腭侧加力关闭间隙时上前牙牙周膜应力集中区域分布更加均匀，同时应力水平更小。

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: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:探讨微小RNA(miRNA，miR)-96如何通过胰岛素样生长因子1类受体(IGF1R)调控七氟醚诱导新生大鼠认知功能障碍。方法:将大鼠(购自上海斯莱克实验动物有限公司)随机分为6组，对照组大鼠吸入浓度为40%的O 2，实验组小鼠吸入不同浓度的七氟烷麻醉(购自上海雅培上海有限公司)，包括1%七氟醚组，2%七氟醚组，4%七氟醚组，4%七氟醚＋miR-96过表达组和4%七氟醚＋miR-96抑制组。通过给予不同浓度的七氟醚(1%、2%和4%)联合miR-96激动或抑制剂，在mRNA和蛋白水平检测IGF1R、B细胞淋巴瘤/白血病-2(bcl-2)、bcl-2相关X蛋白(bax)、半胱氨酰天冬氨酸特异性蛋白酶(Caspase)-3的表达，测定海马神经元凋亡情况。通过测定荧光素酶活性，验证miR-96是否靶向作用于IGF1R。采用Morris水迷宫测验评价学习记忆能力。测量数据用均值±标准差( Mean± SD)表示，采用 t检验对正态分布和均方差的数据进行分析，在双因素相关分析中，则采用Spearman秩相关。 结果:对照组、4%七氟醚组、4%七氟醚＋miR-96过表达组和4%七氟醚＋miR-96抑制组miR-96相对表达量分别为0.37±0.01、2.09±0.06、2.84±0.12、1.71±0.03，IGF1R相对表达量分别为2.64±0.08、0.51±0.06、0.29±0.02、1.25±0.03，吸入七氟醚后miR-96表达显著增加( t＝63.230、45.870、94.750， P<0.05)，IGF1R表达显著降低( t＝47.630、63.720、36.380， P<0.05)，差异有统计学意义。与4%七氟醚组比较，4%七氟醚＋miR-96过表达组miR-96表达增强( t＝12.500， P<0.05)，IGF1R表达降低( t＝7.780， P<0.05)；而在4%七氟醚＋miR-96抑制剂组中则相反( t＝12.670、24.670， P<0.05)，差异有统计学意义。 结论:七氟醚麻醉诱导新生大鼠发生认知功能障碍的潜在机制与miR-96通过抑制IGF1R调控有关。

目的:开发一种应用于经自然腔道内镜手术（NOTES）机器人柔性机械手的骨架结构，以满足NOTES对手术执行器械的性能需求。方法:基于金属编织技术设计一种柔性机械手结构及对应结构的控制策略。根据柔性机械手的机械结构特征推导几何关系公式。通过链式梁约束模型（CBCM）以及机械弹簧理论建立理论模型。对机械结构建立有限元模型并分析，验证理论模型的精度；并由金属编织结构的抗弯刚度验证柔性机械手的载荷能力。结果:基于金属编织技术设计了一种柔性机械手结构及对应结构的控制策略。在设置恰当的约束条件后，金属圆环作为单个受力单元在受到0.5 N的轴向力驱动时，最大应变约为1.49%，处于线性弹性阶段。最大形变约为0.308 9 mm，比理论值高3.26%。机械手骨架的最大应变约为0.21%，处于线性弹性阶段。最大总形变约为7.135 5 mm，比理论值高6.30%。机械手骨架的抗弯刚度计算为3.19 N·mm 2，与同量级尺寸形状记忆聚合物（SMPs）制成的柔性机械手相当。 结论:开发一种应用于NOTES机器人柔性机械手的骨架结构，符合执行NOTES手术任务的支撑刚度需求。

目的:利用三维重建方法建立股骨颈动力交叉钉系统内固定有限元模型，比较植入物不同置入位置对内固定效果差异的影响。方法:分别建立植入物处于股骨中上三分之一处，股骨中心以及股骨中下三分之一处，股骨中心沿矢状面前三分之一处，股骨中心沿矢状面后三分之一处，5种股骨颈动力交叉钉系统内固定有限元模型，比较在这5种位置下，股骨颈动力交叉钉系统内固定系统的生物力学差异。结果:应力集中在主钉与防旋螺钉的交界处，锁定螺钉钉体，锁定螺钉与钢板的交界处。当植入物置于股骨中心处时，整个内固定系统所受到的最大应力值为14.29 MPa(1 MPa＝7 500 mmHg)，整个内固定系统的位移值为9.07 mm，将植入物安装到股骨中心下方三分之一处时，内固定系统承受的最大载荷比植入物位于中心位置时大256.63%。结论:当植入物处于股骨中间位置时，该内固定系统生物力学稳定性更好。

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。