心血管疾病在我國人群中的發病率逐年升高，已成為影響我國經濟社會發展的重大問題之一。研究表明，及時干預心血管風險因子可以有效降低心血管疾病死亡率，因此在普通人群中廣泛開展心血管檢測和風險因子篩查是心血管疾病防治的關鍵。然而，當前可用于快速心血管檢測的設備種類較少，并且很多設備存在操作復雜、工作原理不明確或測量精度在不同個體間差異大等諸多技術問題，造成心血管檢測的普及率和可靠性總體偏低。本文介紹了幾種典型心血管指標（如外周/中心動脈血壓、動脈僵硬度）的無創測量原理及相關技術進展，重點闡述了生物力學建模仿真在測量原理驗證、影響因素分析及技術改良或創新方面的應用。
肺動脈下心室曠置術（Fontan）在臨床上能夠有效改善功能性單心室患兒的生存質量，然而術后容易發生 Fontan 循環衰竭，導致臨床施行 Fontan 存在明顯局限，腔-肺輔助裝置（CPAD）是目前解決其局限性的有效手段。因此，本文通過搭建單心室患兒 Fontan 循環衰竭和 CPAD 的計算機仿真和體外實驗耦合模型，評估 CPAD 對于 Fontan 循環衰竭的效果，并設計了一種無傳感器反饋控制算法，用于提供足夠心輸出量和預防 CPAD 恒定血泵轉速導致的腔靜脈抽吸現象。該無傳感器反饋控制算法基于 CPAD 血泵轉速這一固有參數，通過擴展卡爾曼濾波器準確估算腔肺壓力差（CPPH），摒除了壓力傳感器無法長期使用的缺點，并采用增益調度比例積分（PI）控制器，使實際 CPPH 值逼近參考值。結果表明，CPAD 能夠有效提高患兒的生理灌注并減少單心室負荷，并且無傳感器反饋控制算法可以有效地保證心輸出量并預防抽吸現象。本研究可為 CPAD 的設計和優化提供理論依據和技術支持，具有潛在的臨床應用價值。