目的 建立正常人L3~5節段有限元模型，研究腰椎椎體間、后外側以及環形融合方式下融合節段的穩定性，融合相鄰節段椎間盤應力的變化。方法 選擇一名32歲正常男性，采用CT掃描，借助CATIAV5和Marc/MSC.Mentat軟件，建立正常人L3~5三維非線性有限元模型。通過模擬手術失穩及在此基礎上的椎體間、后外側及環形融合，建立相應的4種有限元模型。各模型施加載荷，觀察其應力分布、融合節段的角位移變化及鄰近節段椎間盤的最大有效應力。結果 環形融合的穩定性優于椎體間融合與橫突間融合，其中以前屈與后伸加載時尤為明顯。除前屈外，椎體間融合的穩定性總體優于單純橫突間融合。融合鄰近節段椎間盤的最大有效應力均出現于前屈時，然后依次為側彎、扭轉、后伸。椎體間融合時鄰近椎間盤的最大有效應力增加最小，橫突間融合次之，環形融合時最大。結論 下腰椎后路減壓后行融合術時，環形融合的穩定性最好，椎體間融合的穩定性優于橫突間融合。椎體間融合引起鄰近節段退變的可能性最小，環形融合可能性最大，而橫突間融合介于二者之間。
為了避免長期電刺激造成視網膜熱損傷,本研究旨在探討使用視網膜假體時電極陣列參數對視網膜溫度分布的影響。參照實際的視網膜上假體,用有限元軟件(COMSOL Multiphysics)建立4×4微電極陣列電刺激視網膜的三維模型,計算電刺激視網膜時的穩態溫度場。分析了電極觸點間距、材料與觸點半徑(即面積)等參數對溫度場分布的影響。采用實際刺激電流,視網膜內穩態溫度最大增加約0.004℃;電極觸點間距從130 μm增加到520 μm時,溫度降低約0.006℃;觸點半徑從130 μm增加到260 μm時,溫度降低約0.005℃。結果表明,4×4微電極陣列電刺激不會對視網膜造成熱損傷。視網膜內的最大溫度隨著電極觸點間距的增加而降低,間距超過觸點直徑時最大溫度之間的差異減少;溫度隨著觸點面積增加而降低;不同電極材料之間的溫度差別可忽略。合理地設計電極觸點間距和面積可以減少電刺激時的溫升。
本文基于有限元分析在脊柱生物力學應用中的背景和意義，回顧了有限元法在腰椎力學應用中的研究進展，并對其應用前景進行了展望。本文重點歸納整理了有限元法在腰椎本體建模、臨床應用研究和職業損傷防護等方面的研究進展，得出有限元法在腰椎生物力學應用中的主要研究方向：建模過程的精細化、仿真方法的更優化、適用臨床評估的多樣化和人工腰椎間盤的臨床化。最后結合最新的研究進展和熱點方向，對有限元法在腰椎建模的自動化和個性化、新型術式的評估和分析、損傷機理和動態響應仿真等方面的應用前景進行了展望。本文通過對有限元法在腰椎生物力學領域中的應用研究進行回顧和展望，以期為臨床腰椎問題提供更加全面系統的理論參考和實踐指導。
國內外學者對鎳鈦合金血管支架的力學性能進行了多方面的研究，關于不同釋放尺度下的髂靜脈支架力學性能的研究尚未見報道。利用有限元法，對自主研發的三款鎳鈦合金髂靜脈支架力學性能進行研究，揭示支架直徑（12、14、16 mm）與不同釋放尺度（80%、90%）對其強度、疲勞壽命和靜脈壁生物力學性能影響的規律。研究結果顯示，不同直徑的支架隨著釋放尺度的增加，支架彈性應變、血管壁等效應力和疲勞強度的安全系數均有減小的趨勢，危險截面發生在支架連接桿圓弧處。通過 30 天、60 天和 90 天的動物實驗，對 12 頭豬的髂靜脈建立狹窄的血管模型，植入研發的髂靜脈支架，綜合評價支架的安全性和有效性，同時驗證了三款支架的力學性能，為后續產品的型式檢驗及臨床試驗提供了重要的參考依據。
利用有限元分析法針對一款新型腔靜脈濾器的植入過程進行顯示動態分析，揭示濾器過濾柱角度、長度、寬度和厚度對其力學性能和血管內壁面的影響規律。結果顯示，濾器高應力及高應變區域主要集中在過濾柱和過濾絲連接處，隨著過濾柱角度的增加，濾器壁面最大等效應力和最大彈性應變減小，血管壁面最大等效應力增大；隨著過濾柱長度的增大，濾器壁面最大等效應力和應變峰值也增大，血管壁最大等效應力反而減小；隨著過濾柱寬度和厚度的增大，其濾器壁面最大等效應力、最大彈性應變以及血管壁最大等效應力均呈上升趨勢。所有濾器模型的靜安全系數均大于 1，植入血管后結構安全可靠。通過本文研究結果，期待可為新型腔靜脈濾器結構優化及變形機制的研究提供相應的理論依據。
下肢運動屬于復雜且幅度較大的肢體運動，植入下肢的動脈支架易發生復雜的機械變形，因此要求下肢動脈支架具有較高的綜合力學性能。為評價支架的力學性能，本文利用有限元法對 6 款鎳鈦合金下肢動脈支架（Absolute Pro、Complete SE、Lifestent、Protégé EverFlex、Pulsar-35 和 New 支架）在徑向壓縮、軸向壓縮/拉伸、彎曲和扭轉等不同變形模式下的力學性能進行數值模擬比較，并通過實驗驗證支架的徑向支撐性能。研究結果發現，New 支架綜合性能優于其他支架，其中徑向支撐性能優于 Absolute Pro 和 Pulsar-35 支架，軸向支撐性能優于 Complete SE、Lifestent 和 Protégé EverFlex 支架，柔順性能優于 Protégé EverFlex 支架，扭轉性能優于 Complete SE、Lifestent 和 Protégé EverFlex 支架。通過 TTR2 型徑向支撐力測試儀測試了 6 款支架的徑向支撐性能，驗證了有限元分析結果的正確性。本文揭示了支架結構尺寸對其多種變形模式下力學性能的影響規律，為臨床應用中根據病變部位的需求選擇合適的支架提供參考。
為探究冠脈支架的仿生織構化處理對血流動力學的影響規律，設計一款生物可吸收聚乳酸冠脈支架，利用有限元分析方法，對三種形狀（矩形、三角形和梯形）的仿生織構化的支架植入后血流流場進行仿真分析，揭示溝槽的形狀和尺寸對血流動力學的影響規律，并尋求仿生織構化溝槽的最優解。結果顯示，不同形狀和尺寸的仿生織構化溝槽，對低壁面剪應力區域的影響具有一定的規律性，0.06 mm以上的溝槽對血流流動特性的影響較小，而0.06 mm以下的溝槽對血流流動特性的影響較顯著，且隨著尺寸的減小影響效果越好，其中0.02 mm的三角形溝槽在研究的所有模型中的影響效果最好。通過本文研究結果，期望仿生織構化支架結構能為降低支架內再狹窄提供一種新方法。