牙齒正畸過程中，矯牙托槽的介入和滑動容易導致唇頰軟組織出現較大反應，矯治初期常見軟組織損傷和潰瘍。口腔正畸醫療領域采用臨床案例統計方法進行定性分析，缺乏生物力學機制的定量解釋。為此，開展唇頰—托槽—牙齒的三維模型有限元分析，計算托槽引起的唇頰軟組織的力學反應，其中涉及復雜耦合的接觸非線性、材料非線性和幾何非線性。首先，根據唇頰生物組成特點，優化選取二階奧格登（Ogden）超彈性本構模型，對類脂肪材料的唇頰軟組織進行表征。其次，根據口腔活動特點，建立托槽介入和正交滑動的兩階段仿真模型，并對關鍵接觸參數進行優化設置。最終，采用整體模型—子模型的兩層次分析方法，基于整體模型計算得到的位移邊界，實現子模型高精度應變的高效求解。針對正畸過程中四種典型牙齒形態的計算結果表明：① 軟組織最大應變沿托槽尖銳邊緣分布，與臨床觀測的軟組織變形輪廓一致；② 隨著牙齒排齊，軟組織的最大應變也隨之減小，與矯治初期常見損傷和潰瘍以及矯治后期患者不適感減輕的臨床表現相符。本文的方法可為國內外口腔正畸醫療領域的相關量化分析研究提供參考，進一步有益于新型矯治裝置的產品研發分析。
為了探究特發性脊柱側凸術后融合器的植入對椎骨細觀生物力學性能與骨組織成骨性的影響，本文建立了術后植入融合器的宏觀尺度有限元模型，利用圣維南原理子模型方法建立骨單元細觀尺度模型。基于上述模型，本文模擬了人體生理工況，對比相同邊界條件下宏觀皮質骨與細觀骨單元生物力學性能差異，分析細觀尺度下融合器的植入對骨組織生長的影響。結果顯示，腰椎細觀結構的應力較宏觀有所增加，此病例中細觀應力為宏觀應力的2.606～5.958倍，融合器上部骨單元應力較下部大；上部椎體端面平均應力按大小排序分別為右側、左側、后部、前部；下部椎體應力排序為左側、后部、右側、前部；旋轉為骨單元應力值最大工況。據此推測，融合器上端面骨組織成骨性較下端面好，上端面骨組織生長快慢順序為右側、左側、后部、前部；下端面為左側、后部、右側、前部；患者術后常做旋轉運動，有利于骨骼生長。通過上述結果，期望本文研究可為特發性脊柱側凸手術方案的設計與融合器優化提供理論依據。