分析关节软骨分层结构逆力-电效应及其影响因素。

将软骨样品根据其生理厚度分为3层（上层、中层、下层分别约为0.4、1.0、0.6 mm），通过无接触外加电场的测试方法分析各影响因素对关节软骨逆向力-电效应的影响。

在电场间距减小、含水率升高、离体时间减少的情况下，正常分层软骨在无接触电场中所产生的位移分别增大约18、10、15 μm；在模拟关节炎的缺损情况下，随缺损深度增加和缺损半径增大，整个关节软骨的偏转挠度减小约7 μm。

3层软骨的逆力-电效应不同，在含水率90%、电场间距7mm、离体12 h后表现为偏转挠度中层最大。

研究患者骨质量差异对单髁膝关节置换（unicondylar knee arthroplasty，UKA）假体稳定性的影响。

建立UKA有限元模型，以个体化UKA骨肌多体动力学模型预测的膝关节内侧力和关节运动作为边界条件，量化研究5种不同骨质量情况对胫骨近端von Mises应力、骨-假体固定界面接触应力以及骨-假体固定界面微动的影响。

骨质量差异对胫骨近端von Mises应力和骨-假体固定界面接触应力的影响并不明显，骨质量强度相差最大的两组模型间胫骨近端von Mises应力峰值相差不超过5%，骨-假体固定界面接触应力峰值相差仅2.37 MPa。但是骨质量强弱对骨-假体固定界面微动的影响显著，弱骨质量更容易引起骨-假体固定界面微动的变化。相比中性骨质量患者，弱骨质量患者在20%步态周期时假体固定界面微动增加了84.67%。

骨质量较弱的UKA患者假体松动风险更高。建议医生应谨慎选择手术策略，以降低UKA术后翻修率。

探究前交叉韧带重建（anterior cruciate ligament reconstruction，ACLR）术后0、15 d股骨受到垂直向下压力时膝关节内应力分布。

建立添加黏弹性材料属性的人体膝关节三维有限元模型。采用拟合蠕变曲线的方法获取软骨、半月板、韧带和前交叉韧带（anterior cruciate ligament，ACL）移植体的一维Prony黏弹性本构模型参数。估计ACLR术后15 d移植体黏弹性材料属性参数，模拟分析股骨受到垂直向下1.5 kN压力时，持续1 s与600 s后膝关节韧带、ACL移植体、关节软骨与半月板von Mises应力分布。

ACLR术后15 d移植体的初始松弛模量与平衡模量依旧高于人体ACL，ACL移植体所承受的应力相比健康ACL更高。尽管移植体的力学特性在ACLR术后降低，但股骨受到垂直向下施加压力1 s或600 s对软骨与半月板影响均较小。

ACLR术后，站立等负重康复训练中膝关节所受垂直向下载荷对关节软骨及半月板影响较小，且对移植体纤维再生具有促进作用，故可作为术后早期较为稳妥的康复方案。移植体制备需综合考量其弹性与黏性特性；松弛模量与黏度系数高于健康ACL的移植体，可更有利于维持术后早期膝关节稳定性。

研究内侧副韧带（medial collateral ligament，MCL）松解对全膝关节置换（total knee arthroplasty，TKA）术后下蹲运动的影响，为膝关节置换术中韧带松解提供参考数据。

基于志愿者CT和MRI图像，建立包括骨组织以及主要软组织的自然膝关节三维几何解剖模型。模拟TKA手术建立人工膝关节有限元模型，分别模拟MCL上端、下端和两端松解30%后下蹲运动，并提取膝关节屈曲0°~135°运动特征数据。

不同部位松解对膝关节下蹲运动的影响不同。下端松解后，股骨相对胫骨的内移、后移、上移和内收分别增大13.74%、3.83%、9.74%、2.37%，外旋减小36.8%；上端松解使内移、后移分别增大10.65%、10%，上移、内收和外旋分别减小4.52%、33.89%、67.1%；两端松解后，内移、后移和上移分别增大14.77%、9.39%、22.56%，内收和外旋分别减小15.62%、47.3%。

MCL松解后，股骨相对胫骨的内移、前移、上移、外展增大，外旋减小。下端松解对股骨的这些运动影响最小，优势明显。

从骨小梁生物力学的角度探讨股骨颈骨折内固定术后复位质量对股骨头力学性能的影响。

从接受髋关节置换术的股骨颈骨折患者中获得26枚股骨头并进行组织切片。将主压力骨小梁中轴定义为0°组，以主压力骨小梁在股骨距的交点作为中心，通过转动标本模拟不同的复位角度，将切割后的股骨头切片标本随机分为-10°、-5°、0°、5°、10°五组，分别代表不同复位质量的股骨头。对标本进行单次压缩载荷试验和疲劳载荷试验，设定载荷70~1 400 N，频率1 Hz，循环次数10 000次，测量轴向刚度、位移、塌陷循环次数，比较股骨头标本在不同复位质量的生物力学性能。

不同分组股骨头标本的轴向刚度、位移、塌陷循环次数存在差异。在800 N载荷下，0°组轴向刚度显著大于±10°组（P<0.05）。0°组轴向刚度大于±5°组（P>0.05）。±5°组轴向刚度大于±10°组。0°组位移低于±5°组、±10°组，但0°组和±5°组位移差异无统计学意义（P>0.05），0°组和±10°组位移差异有统计学意义（P<0.05）。±5°组和±10°组位移差异有统计学意义（P<0.05）。0°组塌陷循环次数显著高于±10°组（P<0.05）。0°组塌陷循环次数高于±5°组，但差异无统计学意义（P>0.05）。±5°组塌陷循环次数显著高于±10°组（P<0.05）。

股骨颈骨折内固定术后复位质量对股骨头的生物力学性能有显著影响。研究结果为优化股骨颈骨折的治疗方案和术后管理提供了科学依据，有助于改善患者的临床预后和生活质量。

探讨轴向压缩载荷倾斜和前屈力矩对腰骶椎前、后剪切刚度的影响。

采用6例新鲜尸体腰骶椎标本（L5~S1）进行实验，分别模拟腰骶椎完整、双侧小关节4 mm间隙、前路切开纤维环摘除髓核及离断内层纤维环（椎间盘损伤）3种状态，施加垂直于L5~S1椎间盘300 N轴向压缩载荷，以及前下倾斜10°或20°压缩载荷300 N，通过材料试验机对L5~S1进行前、后方向剪切试验（前：0~250 N/后：-50~0 N）。在5 N·m前屈力矩作用下，重复以上剪切试验。使用三维运动测量系统测量L5与S1之间相对运动。

对于腰骶椎完整状态，轴向压缩载荷的前倾并不显著改变节段的前或后剪切刚度，但施加前屈力矩后前剪切刚度平均增加了49.3%。随着结构依次切除，腰骶节段的前或后剪切位移逐级增加，剪切刚度依次降低，尤其是小关节间隙切除合并髓核摘除后，在轴向压缩载荷复合前屈力矩作用下，前剪切刚度由完整状态的939 N/mm显著减小到224 N/mm，后剪切刚度也由完整状态的572 N/mm减小为217 N/mm。在低载荷区间，在轴向压缩载荷前倾或复合前屈力矩作用下，不同结构状态前、后剪切刚度之间的差异均没有显著性。

研究结果支持了临床上腰骶椎前凸降低、骨盆后倾可适度维持节段剪切稳定性的观点，但是随着脊柱退变的进展，这种代偿能力可能会逐渐下降甚至失效。

探讨脑脊液在脊柱侧弯患者中对脊髓的保护作用，评估其在重力牵引手术过程及日常生活中的缓冲效果，为脊柱侧弯的手术规划和术后康复提供理论依据。

建立脊柱-脊髓三维耦合模型，模拟重力牵引手术和日常生活两种情境下的脊柱生物力学响应，对有脑脊液和无脑脊液两种条件进行对比分析，定量分析脑脊液的缓冲作用。

在重力牵引手术模拟中，脑脊液显著降低了脊髓的应力和变形，脊髓白质与灰质的应力平均降低65%~90%，变形降低70%~95%。在日常生活情境中，脑脊液对脊髓的保护效果在左右屈和前后屈方向更为显著，应力降低幅度达60%~85%。但在扭转方向上，脑脊液的缓冲作用相对较弱，应力降低幅度仅为10%~25%。

脑脊液在重力牵引手术和日常生活中均能显著减小脊髓的应力与变形，降低损伤风险。

以氟比洛芬凝胶贴膏治疗作为阳性对照，研究手针治疗对佐剂型关节炎（acute adjuvant arthritis，AA）大鼠的镇痛效果，并探讨肥大细胞在其中的作用。

SD大鼠24只随机分为模型组、手针治疗10 min（手针10 min）组和氟比洛芬凝胶贴膏治疗30 min（贴膏30 min）组。建立AA大鼠模型，测量手针和氟比洛芬凝胶贴膏作用足三里穴前后大鼠机械和热刺激痛阈的变化，模型组不进行治疗。提取穴位组织切片染色，统计各组肥大细胞脱颗粒率。

手针10 min组治疗后大鼠机械及热痛阈较治疗前均显著提升（P<0.000 1），手针10 min组机械和热刺激痛阈恢复率与贴膏30 min组相比差异无统计学意义（P>0.05）。手针和氟比洛芬凝胶贴膏治疗后穴位处肥大细胞脱颗粒率相比模型组均显著提高（P<0.001）。

手针短时治疗能显著提高AA大鼠痛阈，产生即时镇痛效果，与氟比洛芬凝胶贴膏的阳性对照效果相当。手针和氟比洛芬凝胶贴膏治疗的镇痛效果可能与穴位组织中肥大细胞的脱颗粒作用密切相关。本研究验证了针刺在临床关节炎症疾病中缓解疼痛的效果，并为未来深入探索联合治疗的作用机制、长期疗效及在不同患者群体中的适用性奠定基础。

探究慢性踝关节不稳小鼠模型步态行为特点，为慢性踝关节不稳的机制研究以及治疗效果评估提供参考。

选取30只C57BL/6J雄性小鼠随机分为对照组（n=15）和损伤组（n=15）。对照组左侧踝关节做假手术，损伤组左侧踝关节同时离断距腓前韧带和跟腓韧带。使用TreadScan被动步态分析仪分析各组步态参数。

与对照组相比，损伤组平均站立时间以及站立时间百分比分别上升28.43%（P<0.05）和23.07%（P<0.05），而平均摇摆时间和摆动时间百分比分别缩短50.63%（P<0.001）和19.75%（P<0.01）。损伤组平均制动时间和平均跨步时间也分别缩短18.37%（P<0.01）和37.86%（P<0.001）。损伤组步长和前、后步宽分别缩短36.96%、13.66%和8.10%。损伤组运动总速度和瞬时速度分别下降8.05%和11.12%，步频反而上升51.41%。损伤组平均足印面积和平均最大站立面积分别下降8.8%和13.24%，足压仅下降3%。损伤组足底压力分布不均匀，后足足底压力下降更为明显，尤其是右后象限下降13.92%。

慢性踝关节不稳小鼠在运动过程中会采取更加保守的步行模式，通过减少运动量和降低运动幅度以提高步行的协调性和稳定性。

为实时监测和评估对肌肉力量，设计并验证了一种基于肌肉围度变化的可穿戴肌力监测系统。

6名非体育专业健康大学生穿戴基于肌肉围度变化的监测护具进行等速肌力测试，实时获取等速运动过程中肌肉围度变化数据。将肌肉围度随时间变化曲线分析处理后的结果——肌肉围度变化峰值（peak muscle perimeter change，PP）、肌肉围度变化速度峰值（peak velocity of muscle perimeter change，PVP）和单次运动肌肉围度变化随时间积累（accumulation of muscle perimeter change，AP）与等速肌力测试所获得峰值力矩（peak torque，PT）、单位体重的峰值力矩（PT to body weight ratio，PT/BW）、0.18 s时力矩（T0.18）和做功疲劳度（endurance ratio，ER）进行皮尔逊相关性分析，验证可穿戴系统对肌力实时监测的可靠性。其中，肌肉围度变化通过手臂和腿部可穿戴护具进行采样，肌肉围度监测位置分别对应上臂肱二头肌发力时肌肉围度变化最大处以及膝盖上方股四头肌发力时肌肉围度变化最大处。等速肌力测试采用Biodex System 4 pro设备进行肘、膝关节测试。

动态肌肉围度变化可以用来监测人体的肌肉力量水平。当进行等速运动时，手臂肌肉围度变化与肘关节肌肉力量指标呈显著相关（P≤0.01），最大相关系数为0.91；腿部肌肉围度变化与膝关节肌肉力量指标呈显著相关（P≤0.01），最大相关系数为0.99。

该可穿戴肌力监测系统具有较高的可靠性和可重复性，可以用于等速运动过程中肘关节和膝关节肌力的实时监测。

通过实验研究骨骼肌优异性能背后的生物和作用机制，为开发性能比肩骨骼肌的柔性驱动器提供科学依据。

通过对青蛙骨骼肌制成的实验样品施加电刺激作用引起收缩，然后对其施加拉伸载荷进行测试，从骨骼肌尺寸、肌腱和肌外膜3个方面分析骨骼肌收缩长度和输出力等驱动性能与其结构之间的关系。

骨骼肌样品在无负载和承受50%自身最大输出力负载时的收缩长度分别约为28.92%和20%，而且当骨骼肌所受负载不大于其最大输出力的20%时，它还具有快速复位（约1.25 s）的特性；对比无活性的肌腱，有活性肌腱可以提高约19.68%的收缩量；肌外膜的完整性也可以很好保护骨骼肌的力传递效率。

通过模仿骨骼肌的结构和生物力学特性，柔性驱动器可以具有更好的驱动性能，这将极大地促进仿生机器人的发展。

探究单腿站立姿势控制与踝跖屈肌力稳定性的相关性，为提升人体姿势控制能力提供新的理论依据。

随机选取20名健康男性大学生作为实验对象。采用iBalance平衡测试仪与训练系统测试单腿站立的足底压力中心（center of pressure，COP）轨迹数据；采用CON-TREXMJ多关节等速测试与训练系统测试踝跖屈肌收缩期间的力矩振幅数据。采用单因素重复测量方差分析组间踝跖屈肌力矩振幅的标准偏差数据；采用Pearson相关系数进行相关性研究。

踝跖屈肌执行的肌力稳定任务强度越大，力矩振幅的标准偏差越大；无干扰单腿站立下，C90面积与10%踝跖屈肌最大任意收缩（maximum voluntary contraction，MVC）力矩振幅的变异系数（coefficient of variation，CV）（r=0.761，P<0.05）呈正相关。干扰视觉单腿站立下，C90面积与30%踝跖屈肌MVC力矩振幅CV（r=0.632，P<0.05）呈正相关。干扰本体感觉单腿站立下，C90面积与20%踝跖屈肌MVC力矩振幅CV（r=0.583，P<0.05）呈正相关。

随着踝跖屈肌执行的肌力稳定任务难度加大，肌力稳定性降低；踝跖屈肌力稳定性与单腿站立姿势控制能力存在正相关关系。相较于无干扰情况，在视觉、本体感觉干扰下，额外的信息传入减少或受到干扰，人体维持身体平衡的难度加大，踝跖屈肌需要更高发力模式下的肌力稳定性来参与人体单腿站立的姿势控制。

探讨视力障碍（vision impairment，VI）对偏瘫患者步态的影响，评估其行走能力和跌倒风险，并为制定有效的康复策略提供依据。

纳入30例偏瘫患者，依据视力受损程度分为视力未受损组、轻度视力障碍组和严重视力障碍组。使用Qualisys动作捕捉系统和Kistler三维测力台收集患者未经屈光矫正条件下的步态数据，同时对患者平衡能力进行评估。而后对步态和评估数据进行统计分析，以比较组间差异。

与视力未受损组相比，轻度视力障碍组、严重视力障碍组偏瘫患者的步长、对称性、步速间均存在显著差异。随着VI加重，患者步态异常更为明显，步态周期中双脚支撑相、患肢摆动相占比更长，患肢单支撑相占比更短。与视力未受损组相比，轻度视力障碍组、严重视力障碍组偏瘫患者足底压力（center of pressure，COP）、COP对称性间存在显著性差异，步态异常加剧；伯格平衡量表（Berg balance scale，BBS）评分显示，视力未受损组与严重视力障碍组间存在显著性差异，提示视力受损组平衡能力更差。

VI对偏瘫患者步态和行走能力产生了显著的负面影响。本研究强调在偏瘫患者康复中应重点关注VI的影响，定期进行视力评估及个性化干预，这对于提升患者步行质量具有重大意义。

调查健康青年在不同跨越障碍策略下的人体动态平衡能力，为防跌倒训练和公共设施设计提供理论依据。

20名健康青年使用F-scan足底压力分析鞋垫进行实验。受试者被要求针对3种不同高度与宽度组合的障碍物，以优势足为先行足，非优势足为跟随足，分别采用横跨和纵跨两种方法进行跨越，并采集足底压力数据。

不同跨越策略对先行足COP_ML调整速度、95%置信圆面积、ML振幅和AP振幅产生显著影响（P<0.05）。不同跨越策略对跟随足COP_ML调整速度、95%置信圆面积、最大摆动和最小摆动的差异产生显著影响（P<0.05）。先行足在横跨和纵跨时，在不同高度和宽度下平衡参数值差异有统计学意义（P<0.05），平衡参数值会随高度增高而变大，也会随宽度加宽而变大。跟随足在纵跨时，在不同高度下平衡参数值差异有统计学意义，平衡参数值会随高度增高而变大，但在横跨时平衡参数值差异没有统计学意义（P>0.05）。

健康青年在纵向跨越障碍物时，先行足的平衡能力优于横向跨越，与优势足的运动习惯和日常活动模式相符。而非先行足在横向跨越时表现出更稳定的足底压力分布，可能与更大的触地面积和更均匀的重心分布有关。

运用样本熵（sample entropy，SEn）探究人体站立平衡能力及其随时间尺度的平衡控制特征，揭示不同支撑条件与站立任务对平衡调节机制的影响。

22名青年（男、女各11名）分别在硬、软支撑面上完成双腿、左腿、右腿站立各30 s。采集压力中心前后、左右方向数据，计算SEn、熵半衰期（entropic half-life，EnHL）及熵变化率。

男性左腿站立于软支撑面时，前后与左右方向EnHL存在显著性差异（P<0.05）；男、女性右腿站立于软支撑面时，前后方向EnHL也有显著性差异（P<0.05）；所有站立条件下，男、女性EnHL均大于100 ms；单腿站立于软支撑面时，男性前后、左右方向SEn显著高于女性（P<0.05）；双腿站立于硬支撑面时，男性熵变化率为-0.005，提示其重心后移且姿势调整较少。另外，男、女性双腿站立于软支撑面左右方向到达EnHL的时间分别为194、192 ms；女性前后方向具有更短的EnHL时间（168 ms）。当站立支撑面发生改变对EnHL的影响较小。

本体感觉减弱可能导致性别间不同肢体的平衡控制策略有所变化：男性更倾向于向前调整，而女性则更倾向于向后调整。双腿站立时性别对平衡控制稳定性影响不明显，但在特定条件干扰下，男性可能需要更多的干预和调整以维持平衡。

针对传统物理信息神经网络（physics-informed neural network，PINN）在处理血流边界条件约束时的局限性，提出一种基于硬边界约束物理信息神经网络（hard boundary-constrained physics-informed neural network，HBC-PINN）的改进方法，实现对狭窄动脉血管内血液流场的精确预测。

首先建立理想化狭窄血管几何模型并进行计算流体动力学模拟以获得验证数据集。根据硬约束方法设计合适的边界相关试函数以将流动边界条件嵌入网络输出中，从而构建采用硬边界约束方法的HBC-PINN模型预测狭窄血流的速度场和压力场。同时还构建了采用软约束方法的原始PINN模型作为对比，通过评估两种模型在验证数据集上的准确性，验证不使用任何标记数据训练下HBC-PINN模型模拟血流动力学的能力。

确定了HBC-PINN方法在狭窄血流动力学参数预测任务中的有效性。两种不同狭窄情况下HBC-PINN预测的流向速度和压力的相对L₂误差均低于0.5%，相比原始PINN模型精度提升了48.8%以上，垂向速度的预测精度同样提升了超过35.4%。

在PINN建模过程中实施边界条件硬约束可以有效提高对血流动力学参数的预测精度和模型求解效率。

分析两种静脉-动脉体外膜肺氧合（veno-arterial extracorporeal membrane oxygenation，VA-ECMO）插管方式及后续进行的左心室减压对心室功能和血流动力学的影响及差异。

在MATLAB/Simulink环境中扩建VA-ECMO与心血管系统结合的集总参数模型，模拟分析心衰患者模型在中心VA-ECMO或外周VA-ECMO支持下的心室功能及血流变化。比较在泵流量为3 L/min的中心VA-ECMO支持下，使用动脉血管扩张药物或在左心房放置减压管对左心室功能的影响。

在中心VA-ECMO或外周VA-ECMO支持下，左心室压力和容积均增大，每搏输出量和心室做功减少。动脉血管扩张药物和左心房减压管均能降低左心室压力和容积，其中动脉血管扩张药物可增加左心室每搏输出量，并将射血分数由11.6%提升至19.5%。

两种VA-ECMO插管方式均能为心衰患者模型提供有效的循环支持，且对心室功能影响相似。中心VA-ECMO支持下，动脉血管扩张药物比左心房减压管更能改善左心室功能。

利用全连接神经网络（fully convolutional neural network，FCNN）实现无创精准预测平均动脉压（mean arterial pressure，MAP）。

采用符合国际计量标准的高精度血压数据采集系统，结合“金标准”听诊法同步获取患者的血压脉搏波形数据；通过高斯拟合处理脉搏波形数据后得到真实MAP，基于此过程构建可溯源的数据集。采用FCNN对上述数据集进行处理，提出了一种新的MAP预测模型，并比较FCNN、线性回归和经验公式3种方法预测MAP的效果。

FCNN、线性回归和经验公式预测MAP的均方误差分别为19.76、21.40、30.97，决定系数分别为0.90、0.89、0.84。

以收缩压、舒张压、年龄和臂围作为输入参数，通过FCNN预测MAP可有效降低经验公式的系统误差，为血流动力学边界条件的精确获取提供支持，进一步完善现有无创血压测量的计量溯源体系。

研究自体动静脉内瘘（autologous arteriovenous fistula，AVF）血流动力学特征，为降低其狭窄率提供理论依据。

针对AVF优化模型，进行了基于双向流固耦合的仿真研究。通过分别模拟不同吻合角度模型在逆行（汇流）和顺行（分流）两种血流模式下的情况，分析1个心动周期内不同时刻、不同吻合角度内瘘中血管流场与壁面剪切力（wall shear stress，WSS）的分布。

在汇流模式下，60°吻合角度模型WSS<1 Pa的面积最小，为7.027 mm²，且45°、60°和90°吻合角度模型在涡流尺寸和强度上差异并不显著。在分流模式下，45°吻合角度模型WSS<1 Pa的面积最小，为9.079 mm²。但60°吻合角度模型涡流强度和涡流分布面积最小；此外，60°、45°吻合角度模型WSS<1 Pa的面积仅差2.661 mm²。

无论内瘘的流动模式是汇流还是分流，建立60°吻合角度内瘘更有利于降低动静脉内瘘中血管狭窄的发生风险。

探究并联毛细管束仿生理阻抗的可行性及其定量表征方法，为各类体外循环研究提供个性化阻抗模拟方案。

基于并联流阻及管内流动方程，设计制作毛细玻璃管束阻抗模块。类比电阻测试法，通过恒定流动实验分别对毛细管束以及球阀阻抗进行标定。搭建单支路体外循环系统，测试不同输入流量波形下循环各节点压力和流量参数，并构建与实验相对应的0D-Windkessel计算模型。通过调节阻抗及顺应性参数，使计算压力和流量波形与实验中的压力、流量波形相匹配，并利用模型反馈阻抗值验证毛细管束阻抗在脉动实验中的准确性。

恒流标定实验结果表明，毛细管束阻抗在较大流量的区间内能够保持阻抗不随流量改变。进一步将毛细管束阻抗接入脉动循环中，计算模型采用与阻抗恒流实验相同的毛细管束阻抗时，所得压力、流量波形与脉动实验测定结果吻合较好；而相同阻值的球阀布置到脉动实验中时，计算模型所获近端和远端值却相差1倍，且末端计算流量波形与实测波形有较大差异。

毛细管束阻抗具有阻抗不随流量改变的特性，标定方法简单；经恒流实验标定后可直接用于脉动流实验，可为各类医疗设备测试提供定量化的脉动循环工况。

设计并验证一种使中心静脉导管不再外置于体表的植入式透析港，并研究中心静脉导管的结构设计对其性能的影响。

通过流量与压强实验验证透析港的可行性。通过有限元方法分析4款代表性的导管结构，记录导管的再循环率、流速压力比和留置粒子占比，分析性能差异。搭建实验平台验证仿真结论，通过盐度测定方法量化动静脉腔液体流向。

透析港能够在45 kPa压强下达到300 mL/min的流量要求。实测中心静脉导管的再循环率为10.7%~23.5%，肝素残留值在2.3%~2.8%之间；其中，束口、正位、侧孔结构的导管表现更优。

植入式透析港可与中心静脉导管相配合，以建立新的血管通路方式。中心静脉导管的结构宜采用束口、正位、侧孔设计，其以低流速压力比换取了较优异的再循环率和肝素锁定性能。研究结果为中心静脉导管的结构设计和临床选用提供理论和实验依据。

为阐明钛表面改性对未成熟树突状细胞（immature dendritic cells，imDCs）免疫功能的调控，在钛表面构建不同晶相纳米形貌，探究imDCs对钛表面不同晶相纳米形貌的力学生物学响应。

通过阳极氧化和煅烧的方法在钛表面构建不同晶相的纳米形貌；将imDCs培养于不同晶相纳米形貌的钛基底上后，通过荧光染色观察不同晶相纳米形貌上imDCs细胞骨架F-actin、黏附及形态的变化；采用实时荧光定量PCR检测黏附分子的表达量；利用活细胞实时成像观察imDCs的迁移行为；通过荧光偏振法检测imDCs的膜流动性。

经阳极氧化和煅烧在钛表面获得了不同晶相纳米形貌，分别为非晶相、锐钛矿和金红石。不同晶相纳米形貌上imDCs的细胞骨架发生重塑，锐钛矿晶相上细胞的铺展面积相对较小，为（353.3±148.5）μm²；黏附的细胞数量最多，为（587±132）个，黏附分子CD11a、integrinβ2、ICAM1、VCAM1的表达量也增加；细胞迁移能力较强，累积迁移距离为（383.6±177.7）μm，欧式迁移距离为（51.82±50.13）μm；膜流动性相对较弱，荧光偏振度为0.348 5±0.041 8。

imDCs能对钛表面不同晶相纳米形貌产生响应，表现出不同的生物力学行为。研究结果为设计具有免疫调控功能的钛生物材料提供理论依据。

探讨钛酸铜钡（BaCuTiO₄）压电涂层结合低强度脉冲超声激活其压电-催化协同效应在治疗植入体感染中的应用。

使用水热合成法在Ti-6Al-4V材料基体表面制备BaCuTiO₄涂层，利用扫描电镜检测涂层表面形貌；通过压电力显微镜表征其压电性能。采用耐甲氧西林金黄色葡萄球菌（MRSA）生物膜体外模型，并以BaTiO₃涂层为对照组，在施加低强度脉冲超声（1.0W/cm²，1 MHz，10 min）干预后，通过平板计数法评估细菌存活率；通过共聚焦显微镜观察生物膜情况，评估BaCuTiO₄涂层的生物膜清除能力；通过罗丹明b检测活性氧的生成情况，评估BaCuTiO₄涂层催化生成活性氧的效率。

铜掺杂显著降低了涂层的压电系数（从17.7 pm/V降至7.8 pm/V），使其压电性能更接近天然骨组织要求。在低强度脉冲超声激活下，BaCuTiO₄涂层使活性氧的生成效率提高了67.5%，同时能够有效破坏并清除MRSA形成的生物膜，其抗菌率达到90.5%。

BaCuTiO₄涂层通过压电-催化协同机制，实现了高效抗菌和生物膜清除功能，同时其压电性能与天然骨组织匹配，有助于植入体的骨整合。

采用计算流体力学方法分析马拉松游泳比赛中不同位置跟游时的流体阻力特性，为比赛和训练中选择最佳跟游策略提供理论依据。

通过三维人体扫描技术建立多人体游泳模型，调整运动员之间的横向和纵向间距，形成5种不同的编队模型（I、A、V、L及H型）。使用ANSYS Discovery Live软件，对不同编队模型的整体游进阻力及个体运动员的游进阻力进行模拟计算。

I3型编队具有整体减阻的效果，总阻力减少了55.21%，其他编队方式总体阻力都增加，不具有整体减阻效果。V型编队的整体阻力增加最多（31.88%）。跟游时，阻力最小位置是I3型编队中的末端位置；阻力最大位置是L型编队中间位置。领游时，A型编队领游运动员受到的流体阻力显著大于单独游进时的阻力（P<0.05）。

纵向编队跟游的减阻效果最佳，3人纵向编队的末端位置减阻效果最佳。综合考虑战术和减阻效果时，应避免处于横向编队中间的位置游进。

应用长短时记忆神经网络（long short-term memory，LSTM）模型，以无标记动作捕捉系统所得下肢关节点坐标作为输入变量，估算跑步过程中的地面反作用力（ground reaction forces，GRF）曲线。

采用无标记动作捕捉系统和三维测力台同步采集59名业余跑者跑步动作下的视频图像和动力学数据。建立LSTM模型，以Theia3D无标记动作捕捉系统获取的11个下肢关节点三维坐标作为输入变量估算跑步支撑阶段三维GRF曲线。使用相关系数、均方根误差（root mean square error，RMSE）和标准化均方根误差（normalized root mean square error，nRMSE）评估LSTM模型的估算效果，采用统计参数映射分析LSTM模型估算和测力台实测曲线的差异，采用配对样本t检验分析模型估算与实测GRF特征差异。

LSTM模型估算所得GRF与实测值之间高度相关（r>0.85，P<0.001）且误差较小（RMSE<0.3倍体重，nRMSE<15%）。LSTM模型估算所得GRF曲线与实测曲线之间不存在显著差异区间。基于LSTM估算曲线计算所得GRF特征与实测值不存在显著差异（P>0.05）。

基于LSTM模型，可从无标记动作捕捉系统获取的下肢关节点三维坐标有效估算人体跑步时GRF曲线，并获得准确性较高的GRF特征。本研究建立的LSTM模型可以用于户外环境下监控跑步过程中的损伤风险。

研究脂双层流动性对β1整合素-CD40L相互作用及所介导的癌细胞接触面形成的调节机制。

通过调节含有N-二硫代乙酰胺修饰的二油酰基甘油酰胺（DGS-NTA）含量，制备具不同流动性支撑脂双层膜。膜的功能化通过在膜上锚定具荧光标记的CD40L来实现。通过共聚焦显微成像与荧光恢复后光漂白实验，观察PC9细胞与功能化脂双层间的接触面形成，利用Zhu-Golan散点图提取黏附分子二维动力学数据。

DGS-NTA含量与扩散系数呈负相关，膜的高流动性促进CD40L在接触面内聚集，扩大接触面积。对应于具有高、中、低流动性的3种脂双层而言，β1整合素-CD40L复合物的二维解离常数（2D K_d）分别约为13、31、65 molecules/μm²。

高脂双层膜流动性促进游离CD40L分子扩散并聚集到细胞接触面内，导致β1整合素-CD40L相互作用及其介导的细胞接触面稳定性增强。

研究6岁儿童乘员后倾坐姿在正面碰撞中胸腹损伤风险，为儿童乘员约束系统研发提供参考。

应用具有详实解剖学结构且经过验证的3种坐姿6岁儿童乘员生物力学模型，加载某运动型多用途汽车碰撞试验中的减速度曲线，分析儿童乘员坐姿对其胸部运动轨迹、胸部加速度、胸腹部压缩量、胸腹部黏性指数（viscous criterion，VC）、胸腹部内脏器官应变以及脊椎应力的影响。

3种坐姿下6岁儿童乘员胸部运动轨迹在Z向呈现差异性，随着儿童乘员上躯干角度增加，胸腹部运动学损伤参数呈递增趋势。与105°标准坐姿相比，120°、135°坐姿下胸部VC分别增加67%和113%，腹部VC分别增加10.7%和25%。胸部内脏组织损伤风险与坐姿角度呈负相关，腹部内脏组织损伤风险与坐姿角度呈正相关。脊椎损伤机制主要为压缩-弯曲损伤。

儿童约束系统防护评价应综合考虑胸腹部运动学参数、内脏器官生物力学参数以及脊椎损伤风险。研究结果对智能驾驶系统中6岁儿童乘员约束系统研发及乘员保护策略制定具有重要的应用价值。

提出基于迁移学习的呼吸音特征识别与吸痰时机自主判断方法。

使用电子听诊器采集临床机械通气患者在吸痰前、后的主气道呼吸音，将吸痰前的呼吸音标记为“需要吸痰”类别。对采集数据进行高通滤波和小波软阈值滤波去噪，提取对数梅尔频谱图，并利用在Audio Set数据集上预训练的VGGish模型提取对数梅尔频谱图的特征向量，最后通过支持向量机分类器对特征向量进行分类，判断是否需要吸痰。

对需要吸痰的呼吸音识别的精确率、召回率和F₁分数分别为86.73%、93.06%和89.78%。

基于迁移学习的呼吸音识别方法能够有效判断吸痰时机，在临床应用中具有潜在价值。

探究卵巢癌患者体内腹腔积液在肝脏和膈肌腹膜内壁之间空腔内流动的流场特性以及对肝脏和膈肌腹膜变形的影响。

使用COMSOL中的双向流固耦合分析不同入口速度和黏度函数下腹腔积液与肝脏和膈肌腹膜之间的相互作用。

通过对比模拟结果与CT扫描图的轮廓线，二者位移误差小于5%，证明了模拟的准确性。腹腔积液入口速度从0.1 m/s增至0.15 m/s，膈肌腹膜凸出变形量增加193.3 μm，凹陷变形量减小304.1 μm，同时入口速度增大使得变形区壁面附近黏度增大，提高了癌细胞转移种植的概率。黏度函数主体区域黏度越高，膈肌腹膜凸出变形越大；尾部线性拟合值越大，凹陷变形越小。右叶出口附近凹陷变形区的黏度远大于其他区域，癌细胞更容易在该区域转移。

本研究揭示腹腔积液流动与固体变形之间的关系，预测不同条件下癌细胞易转移种植的部位，为研究流场内癌细胞的运动提供理论基础。