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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。