目的:探索新型导流支架治疗复杂腹主动脉瘤的血流动力学机制，比较多层密网支架(streamliner multilayer flow modulator，SMFM)与新型导流支架对复杂腹主动脉瘤血流动力学的影响。方法:将临床采集的复杂腹主动脉瘤增强CT图像数据导入后处理软件Mimics中进行数据处理和三维重构。分别进行SMFM及新型导流支架数值建模，再导入动脉瘤数值模型，使用ICEM软件(Ansys ICEM CFD v15.0)进行网格划分后导入有限元分析软件Fluent 16.0中进行血流动力学分析。结果:两种支架均可以改变瘤腔内血液流态、稳定血流，在降低瘤腔内血流速度、瘤壁压力及剪切力方面起到一定的作用，同时维持分支动脉血流通畅；与SMFM相比，新型导流支架可以更为显著的降低瘤腔内血流速度、瘤壁压力及剪切力，同时可以加快分支动脉血流速度。结论:新型导流支架可以显著降低复杂腹主动脉瘤内血流速度、瘤壁压力及剪切力，同时可以加快分支动脉血流速度从而利于维持分支动脉通畅。

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:设计改良椎板钩系统，并与传统椎板钩系统固定腰椎峡部裂的生物力学特性进行比较。方法:收集2021年1月至2022年8月中国人民解放军联勤保障部队第九四〇医院门诊体检的20名男性健康青年军人腰骶椎薄层CT数据。受试者年龄20~30岁［（25.0±3.0）岁］。通过三维建模软件，建立L 5椎体三维模型，测量L 5双侧椎板中间区域厚度、纵向最长径、下缘弧度半径、上下面尾端之间的夹角、下缘厚度及下缘最长径，进而设计新型改良椎板钩。再选择1名上述受试者，利用三维虚拟软件建立L 4~S节段线性有限元模型（正常模型，A模型），并在此基础上构建L 5双侧峡部裂模型（B模型）、改良与传统椎板钩固定模型（C、D模型）。通过约束骶骨两边，于L 4椎体上施加400 N纵向载荷模拟身体上1/3重力及沿X、Y、Z 3个方向上10 N·m的弯矩模拟前屈、后伸、侧弯及旋转等状态，评估A模型L 4/5节段和L 5/S 1节段活动度，并与既往研究进行对比，验证A模型的有效性；比较A、B、C、D模型的整体活动度、L 4/5和L 5/S 1节段活动度、整体最大位移、峡部的最大位移与最大应力，C、D模型中内固定的应力分布和最大应力，以及C、D模型中椎体的应力分布和最大应力。 结果:（1）A模型L 4/5节段在前屈、后伸、侧弯、旋转时的活动度分别为5.01°、4.03°、3.91°、1.42°，L 5/S 1节段活动度分别为4.62°、2.51°、2.40°、1.23°。（2）A、C、D模型的整体活动度、L 4/5和L 5/S 1节段活动度、整体最大位移在轴向压缩、前屈、后伸、左侧弯及左旋转时结果相似，而B模型则明显增大。（3）A、C、D模型在不同运动状态下峡部的最大位移差异不明显，而B模型峡部的最大位移均明显高于A、C、D模型，尤其在旋转时更明显，较A、C、D模型分别增大295%、277%、276%。C模型峡部的最大应力分别为0.938 MPa、1.698 MPa、0.410 MPa、2.775 MPa、1.554 MPa，D模型峡部最大应力分别为0.590 MPa、1.297 MPa、0.520 MPa、3.088 MPa、2.072 MPa，C、D模型在轴向压缩、前屈时峡部最大应力相似，但C模型在后伸、侧弯、旋转时峡部应力均小于D模型，C模型较D模型分别减小21.1%、10.2%、25.0%。（4）C模型在前屈、后伸、左侧弯、左旋转时内固定最大应力分别为135.220 MPa、130.180 MPa、200.940 MPa、306.340 MPa，D模型分别为131.840 MPa、112.280 MPa、349.980 MPa、370.140 MPa，2种模型在前屈、后伸时内固定的最大应力变化相当，但在左侧弯及左侧旋转时C模型较D模型减小42.6%、17.2%。（5）C模型在前屈、后伸、左侧弯、左旋转时椎体的最大应力分别为79.787 MPa、36.857 MPa、37.943 MPa、96.965 MPa，D模型椎体的最大应力分别为80.104 MPa、64.236 MPa、196.010 MPa、193.020 MPa，且2种模型最大应力均分布在与内固定接触区域，尤其在后伸、左侧弯、左旋转时C模型较D模型分别减少42.6%、80.6%、49.8%。 结论:改良椎板钩更符合国人椎板解剖结构。与传统椎板钩系统相比，改良椎板钩系统能有效降低腰椎峡部裂在各方向的位移及活动度，使内固定及椎体的应力明显减小，具有更好的生物力学性能。

目的:比较颈椎前路记忆加压固定器与钛板对颈椎前路椎间盘切除融合术后邻近节段椎间盘活动度及应力的影响。方法:有偿募集1名成年男性志愿者，排除颈椎畸形、骨折、感染等疾病后，行C 3~C 7薄层CT扫描。将扫描数据导入三维有限元建模软件，建立生理状态下的完整三维有限元模型并验证其有效性。将C 5-6椎间盘切除后置入椎间融合器，前方应用钛板或颈椎前路记忆加压固定器辅助固定，从而建立钛板固定和记忆加压固定器固定的三椎有限元模型。将三种模型导入三维有限元分析软件ANSYS 16.0，加载垂直向下的轴向73.6 N载荷模拟头重及1. 0 N·m的扭矩模拟颈椎前屈、背伸、左侧弯、右侧弯、左旋转、右旋转六种运动，比较完整模型、钛板固定与记忆加压固定器固定后相邻节段椎间盘活动度和应力变化。 结果:所建立的三维有限元模型在六种工况下的椎间盘活动度与既往研究结果基本相似，证明模型有效。在相邻C 4，5节段前屈、后伸，左、右侧屈及左、右旋转六种工况活动度分别为：完整模型3.9°、4.2°、3.7°、3.7°、2.2°和2.2°，钛板固定4.6°、4.7°、4.3°、4.4°、3.3°和3.1°，记忆加压固定器固定4.4°、4.3°、4.0°、4.2°、2.8°和2.7°；不同工况下椎间盘的最大应力分别为：完整模型1.81、1.60、3.99、2.06、3.63和3.41 MPa，钛板固定1.86、1.67、4.21、2.16、3.82和3.63 MPa，记忆加压固定器固定1.84、1.64、4.17、2.14、3.78和3.58 MPa。在相邻C 6，7节段六种工况活动度分别为：完整模型3.1°、3.2°、2.5°、2.5°、1.2°和1.3°，钛板固定4.2°、3.7°、3.4°、3.0°、2.1°和2.2°，记忆加压固定器固定3.5°、3.3°、2.5°、2.7°、1.8°和1.9°；不同工况下椎间盘的最大应力分别为:完整模型0.45、0.66、1.12、0.85、0.84和0.82 MPa，钛板固定0.62、0.93、1.55、1.24、1.44和1.27 MPa，记忆加压固定器固定0.61、0.92、1.54、1.22、1.07和1.24 MPa。钛板固定术后相邻节段各个方向活动度及椎间盘压力均高于记忆加压固定器固定。 结论:颈椎前路记忆加压固定器较钛板固定对相邻节段椎间盘的活动度及应力影响较小，一定程度上可减缓相邻节段退变的进程。

目的:确定行双侧下颌骨牵引成骨术(MDO)时对颞下颌关节影响最小的牵引力方向。方法:(1)利用锥形束CT获取1例15岁男性健康志愿者的颌面部DICOM格式数据，采用Mimics 10.01、Geomagic studio 12.0、Workbench 16.2软件建立颞下颌关节三维有限元模型，并对模型的有效性进行验证。(2)在验证后的三维有限元模型上模拟进行MDO，荷载6种不同方向的牵引力：沿髁突中点至下颌颏点连线，平行于颌骨体部表面；沿髁突中点至下颌颏点连线，平行于矢状面；沿下颌体方向，平行于颌骨体部表面；沿下颌体方向且平行于矢状面；沿下颌升支方向且平行于颌骨表面；沿下颌升支方向且平行于矢状面。牵引力大小均设定为100 N。(3)测量不同方向牵引力对关节盘应力、截骨面位移、颞骨应力、髁突压力的影响。结果:(1)在关节盘最薄区域，关节盘上、下表面所受应力最小的牵引力方向为"沿下颌体方向，平行于颌骨体部表面"。(2)在相同大小牵引力作用下，各截骨面沿牵引方向位移差距不大，效果基本一致。(3)施以"沿下颌体方向，平行于颌骨体部表面"与"沿下颌体方向且平行于矢状面"2个方向的牵引力时，颞骨的应力(0.424 16、0.466 97 MPa)小于其他4种情况(0.643 87～0.981 17 MPa)，且这2种牵引力均为沿下颌体方向，力分解之后对髁突的压力(59.712、60.470 N)亦小于其他4种情况(80.098～99.769 N)。结论:采用DICOM数据建模法可以获得满意的颞下颌关节三维有限元模型。"沿下颌体方向，平行于颌骨体部表面"及"沿下颌体方向且平行于矢状面"方向的牵引力对颞下颌关节影响最小。在设计MDO牵引方向时，除要考虑手术对颌骨和上呼吸道形态的影响之外，还应权衡牵引力方向对颞下颌关节的影响，以保证行MDO时对颞下颌关节影响最小。

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:对静脉留置针进行理论分析与实验研究，建立不同材质留置针导管与模拟皮肤组织相互作用的理论模型，同时对不同留置针导管进行测试，为留置针的优化设计提供理论基础和实验依据。方法:根据留置针导管在25 ℃和37 ℃下的力学特性，建立导管穿刺模拟皮肤组织的有限元模型，分析穿刺过程中导管褶皱情况与导管材料和结构的关系，并对留置针导管的刚度、X射线显影性等进行实验测试。结果:导管在不同温度下的性能与其材料密切相关，导管褶皱情况与导管材料、楔形面倾角有关，聚氨酯（PU）导管在常温（25 ℃）下的弹性模量约为500 MPa，在体温（37 ℃）下的弹性模量约为250 MPa，满足穿刺时刚度大、留置时材质软的临床需求。在导管结构相同时，PU导管比氟化乙烯丙烯共聚物（FEP）导管更不易发生褶皱；导管材料相同时，楔形面倾角越小，导管越不易发生褶皱。结论:适当减小留置针针头的楔形面倾角，可以提高穿刺成功率。PU导管具有较好的力学特性，其在穿刺时不易发生褶皱，并且在体温时刚度有所降低，既可以提高穿刺成功率，也可以减少并发症的发生，具有更好的临床应用前景。

目的:对桡骨远端骨折锁定钢板结构进行优化设计，以应对骨折内固定个性化刚度需求。方法:运用三维建模和计算机辅助设计软件完成桡骨远端骨折模型和常规钢板的模型构建，基于初始有限元分析结果，以轴向刚度下调33.33%且保留扭转刚度的90.00%以上作为优化目标，对常规钢板进行拓扑优化和重设计；通过有限元分析计算，对比常规钢板和优化钢板在轴向压缩和扭转工况下的内固定刚度和产生的骨折区应变。结果:所获得的优化钢板轴向刚度为636.5 N/mm，下调幅度为19.7%，基本接近既定的目标刚度，优化后的扭转刚度为634.12 Nmm/°，下调幅度为8.8%，并未超出既定的目标限值；而骨折区应变变化方面，轴向应变相比切向应变呈现出更为显著的增加趋势，与刚度调控效果基本一致。结论:通过拓扑优化的方法从钢板结构层面进行重设计，可实现骨折愈合的个性化内固定刚度调控。

目的:通过有限元分析探讨直线通路微创开髓洞型对上颌第一前磨牙力学性能的影响。方法:收集2018年6月至2020年6月于四川大学华西口腔医院口腔颌面外科就诊患者因正畸或牙周病拔除的上颌第一前磨牙，从中选取牙体完整、根尖孔发育完成的双根管牙20颗，对其显微CT（micro-CT）数据进行三维重建，在三维模型中模拟传统开髓洞型、桁架开髓洞型与直线通路微创开髓洞型的开髓与根管治疗（每组样本量均为20个）。建模完成后进行有限元分析，记录纵向及斜向负载模式下各组模型的牙颈部von Mises等效应力峰值（VM）并观测各组模型的应力分布模式。结果:纵向负载模式下，3种开髓洞型牙颈部颊侧和腭侧VM分别为：桁架开髓洞型［（146.0±12.9）和（167.6±15.9）MPa］，直线通路微创开髓洞型［（142.6±13.7）和（168.1±17.4）MPa］，传统开髓洞型［（188.7±13.4）和（200.9±25.7）MPa］。与传统开髓洞型相比，桁架开髓洞型（ t=9.01， P<0.001； t=4.59， P<0.001）和直线通路微创开髓洞型（ t=9.64， P<0.001； t=3.76， P=0.004）均可有效降低根管治疗后上颌第一前磨牙颊侧和腭侧牙颈部VM，同时缓解应力在 面集中力加载区域、牙颈部及牙根的集中。在斜向负载模式下得到了相似的结果。在两种负载模式下，桁架开髓洞型与直线通路微创开髓洞型间颊腭侧牙颈部VM差异均无统计学意义（ P>0.05）。 结论:直线通路微创开髓洞型可以有效保护根管治疗后上颌第一前磨牙的力学性能，具有一定的临床可行性。

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。