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1 绪论&樊瑜波 邓小燕1

1.1 生物力学建模仿真及历程1

1.1.1 心血管系统建模仿真1

1.1.2 肌骨系统建模仿真2

1.1.3 跨尺度耦合建模仿真3

1.2 生物力学建模仿真在我国的发展概况及研究进展4

参考文献5

2 血流动力学几何多尺度数值模拟&刘有军 王文馨 李鲍 杜建军7

2.1 血流动力学数学模型7

2.1.1 三维模型8

2.1.2 集中参数模型（零维模型）10

2.2 血流动力学几何多尺度建模方法16

2.2.1 几何多尺度模型的结构和类型16

2.2.2 0D/3D耦合交界面处理18

2.2.3 0D/3D耦合计算实现21

2.3 血流动力学几何多尺度数值模拟应用22

2.3.1 单边肺动脉狭窄对Glenn手术血流动力学影响的数值模拟22

2.3.2 主动脉缩窄的血流动力学几何多尺度数值模拟30

参考文献36

3 血管支架的生物力学建模与仿真&乔爱科 李红霞 冯海全39

3.1 球囊扩张支架扩张变形的建模与仿真39

3.1.1 引言39

3.1.2 方法40

3.1.3 结果分析42

3.1.4 小结45

3.2 支架置入后的血流动力学建模与仿真45

3.2.1 支架置入理想化椎动脉模型后的血流动力学建模与仿真45

3.2.2 支架置入个性化椎动脉模型后的血流动力学建模与仿真49

3.3 支架结构优化设计55

3.3.1 血管支架力学性能的优化问题56

3.3.2 有限元计算57

3.3.3 优化结果59

3.3.4 小结62

3.4 支架置入后的疲劳寿命分析62

3.4.1 支架疲劳寿命的评价方法62

3.4.2 支架疲劳强度安全系数的计算63

3.4.3 支架的疲劳强度分析63

3.4.4 小结69

参考文献70

4 聚乳酸基可降解支架的建模与仿真&樊瑜波 王丽珍 储照伟 郭萌73

4.1 聚乳酸基高分子聚合物降解机理74

4.1.1 影响聚乳酸基材料降解的因素75

4.1.2 聚乳酸材料的降解模型75

4.2 PLGA支架降解过程的数值模拟与实验验证76

4.2.1 引言76

4.2.2 模型与方法77

4.2.3 结果80

4.2.4 小结82

4.3 降解方式对PLGA支架降解行为的影响82

4.3.1 引言82

4.3.2 模型与方法83

4.3.3 结果85

4.3.4 小结88

4.4 展望89

参考文献89

5 药物涂层支架药物传输仿真与优化&蒋文涛 陈宇 孙安强 王振泽93

5.1 支架内再狭窄与药物涂层支架94

5.1.1 支架内再狭窄94

5.1.2 药物涂层支架94

5.1.3 药物涂层支架的结构及作用原理94

5.1.4 数值仿真与优化算法97

5.2 支架几何结构对药物传输的影响99

5.2.1 支架结构对药物浓度分布影响的数值分析99

5.2.2 支架连接筋对药物浓度分布影响的数值分析105

5.2.3 多支架构型对药物浓度分布影响的数值分析107

5.2.4 支架构型的优化设计111

5.3 血流动力学对药物涂层支架药物传输的影响114

5.3.1 血管结构对药物浓度分布及传输的影响115

5.3.2 血液非牛顿特性对药物传输的影响118

5.4 展望123

参考文献124

6 动脉瘤支架的生物力学建模与仿真&乔爱科 付文宇 王盛章127

6.1 闭环与开环结构支架治疗Willis环动脉瘤血流动力学研究127

6.1.1 Willis环动脉瘤模型构建127

6.1.2 支架模型构建128

6.1.3 网格划分129

6.1.4 数值计算方法求解假设及求解控制129

6.1.5 计算结果130

6.1.6 实验验证131

6.1.7 小结133

6.2 5种支架置入个体化颈内动脉瘤模型的计算研究133

6.2.1 引言133

6.2.2 血管及支架模型的构建133

6.2.3 计算方法137

6.2.4 计算结果和讨论137

6.2.5 支架柔顺性比较142

6.2.6 小结143

6.3 基于弹簧理论的颅内动脉瘤支架的快速虚拟释放144

6.3.1 方法144

6.3.2 结果150

6.3.3 小结152

6.4 讨论152

参考文献154

7 血管搭桥手术的血流动力学仿真与优化&乔爱科 孙安强 刘有军 隋允康157

7.1 基于血流动力学仿真的血管搭桥手术规划157

7.1.1 冠脉搭桥血流动力学手术规划157

7.1.2 狭窄程度对左乳内动脉桥血流动力学的影响166

7.2 搭桥用人造血管的设计及血流动力学分析172

7.2.1 血管搭桥手术后的内膜增生问题172

7.2.2 已有研究情况介绍173

7.2.3 偏心搭桥人造血管设计174

7.2.4 流场显示实验175

7.2.5 血流动力学模拟175

7.2.6 总结与讨论183

7.3 冠状动脉搭桥术几何参数的优化184

7.3.1 数值模拟方法184

7.3.2 响应面方法的数学模型186

7.3.3 优化结果分析186

7.3.4 小结187

参考文献187

8 动脉中物质输运的建模与仿真&刘肖 邓小燕191

8.1 物质传输与动脉粥样硬化191

8.1.1 低密度脂蛋白与动脉粥样硬化191

8.1.2 一氧化氮与动脉粥样硬化192

8.2 低密度脂蛋白传输的数值模拟193

8.2.1 低密度脂蛋白传输模型概况193

8.2.2 低密度脂蛋白传输的物理模型195

8.2.3 影响低密度脂蛋白在血管壁中传输的因素197

8.3 一氧化氮传输的数值模拟204

8.3.1 一氧化氮传输的物理模型205

8.3.2 轴对称狭窄模型中NO的传输206

8.3.3 主动脉中NO的传输209

参考文献214

9 易损斑块的仿真模型和生物力学研究&唐达林 郭小亚 范龙玲 李志勇217

9.1 易损斑块研究背景217

9.2 建模三大要素、易损斑块分类和基本流体固体模型218

9.2.1 建模三大要素和基本流程218

9.2.2 基于组织学的动脉粥样硬化斑块分类219

9.2.3 基本流体模型220

9.2.4 斑块固体模型222

9.2.5 与斑块模型相关的其他模型225

9.3 易损斑块疲劳破坏的理想模型225

9.3.1 斑块理想模型的建立225

9.3.2 斑块理想模型的计算结果227

9.4 基于斑块在体MRI的模型分析227

9.4.1 个体化病例的MRI成像与图像分割228

9.4.2 基于MRI影像数据的生物力学建模分析229

9.5 基于在体图像的易损斑块流固耦合模型232

9.5.1 建立流固耦合模型的基本方法232

9.5.2 预收缩－拉伸过程与残余应力232

9.5.3 包含斑块成分的有限元网格生成233

9.5.4 周期弯曲的冠状动脉斑块模型234

9.5.5 边界条件236

9.6 控制颈动脉和冠状动脉斑块增长的机理236

9.6.1 早期动脉粥样硬化形成和增长的假设236

9.6.2 与斑块增长相关的数据和概念236

9.6.3 影响中晚期斑块增长的机制237

9.7 斑块易损性研究，斑块分类和破裂预测的风险因子238

9.7.1 在体斑块破裂和斑块应力相关的证据238

9.7.2 斑块易损性定义及指标240

9.7.3 预测方法和精度241

9.8 影响斑块应力应变的因素242

9.8.1 模型假设的影响242

9.8.2 基于影像的在体材料性质的量化242

9.8.3 材料参数对应力应变的影响242

9.8.4 纤维帽糜烂的斑块243

9.8.5 斑块几何形态对流体的影响243

参考文献246

10 心与瓣膜的生物力学建模仿真及应用&马幸双251

10.1 心与瓣膜概述251

10.1.1 心251

10.1.2 心瓣膜251

10.2 心脏常用影像检查方法的比较分析253

10.3 心脏及瓣膜的建模仿真254

10.3.1 二尖瓣固体力学建模255

10.3.2 左心室固体力学建模256

10.3.3 心脏与瓣膜流固耦合建模256

10.4 基于健康人的个体化二尖瓣－左心室流固耦合模拟258

10.4.1 二尖瓣及左心室的临床MRI扫描258

10.4.2 基于多尺度的软组织本构模型及参数确定259

10.4.3 浸入边界法－有限元方法261

10.4.4 二尖瓣的动态模拟262

10.4.5 二尖瓣－左心室的动态模拟265

10.4.6 左心室－二尖瓣的病理模型探讨266

参考文献267

11 头颈部生物力学建模与仿真&王丽珍 王亚伟 倪义坤 樊瑜波271

11.1 啄木鸟头部建模与仿真271

11.1.1 啄木鸟头部解剖学特征272

11.1.2 啄木鸟啄木过程数值模拟275

11.2 人体头颈部建模与仿真288

11.2.1 多体系统生物力学模型的开发及应用288

11.2.2 有限元生物力学模型的开发295

11.2.3 多体系统模型和有限元模型的耦合应用299

11.3 小结303

参考文献304

12 眼生物力学的建模与仿真&刘笑宇 耿晓琪 樊瑜波307

12.1 国内外关于全眼球模型的研究现状307

12.2 全眼球的有限元建模311

12.2.1 全眼球的几何模型311

12.2.2 材料属性314

12.2.3 网格划分和接触设置318

12.3 模型验证318

12.3.1 验证实验的描述319

12.3.2 验证结果及分析320

12.4 加速度载荷下的视网膜损伤322

12.4.1 背景介绍322

12.4.2 飞行员多刚体建模322

12.4.3 眼部动力学的求解与分析324

12.4.4 视网膜损伤模型326

12.5 外伤性视网膜脱落仿真及机制分析327

12.5.1 建模方法327

12.5.2 结果与分析328

参考文献333

13 口腔种植术中骨改重建过程的建模与仿真&王超 宋锦璘 樊瑜波335

13.1 骨力学调控机制理论338

13.2 基于有限元分析的骨改重建算法简介339

13.2.1 细观尺度下包含微观损伤修复机制的骨改重建算法339

13.2.2 带有力学过载吸收机制的骨重建过程模拟算法343

13.2.3 具备正交各向异性的骨改重建算法345

13.3 骨改重建模拟在口腔种植学中的应用346

13.3.1 口腔种植体周围骨小梁结构骨重建过程的建模仿真346

13.3.2 不同种植修复方式诱发骨改重建响应的建模仿真349

13.3.3 天然牙和口腔种植体诱发不同骨改重建响应的建模仿真356

13.4 结语363

13.4.1 基于数值仿真技术研究骨改重建过程的局限性363

13.4.2 展望364

参考文献366

14 人工颈椎间盘植入手术方案仿真&莫中军 樊瑜波369

14.1 颈椎疾病与手术治疗369

14.2 头颈有限元建模371

14.2.1 材料与方法371

14.2.2 模型的静态验证376

14.2.3 模型的动态验证378

14.3 人工椎间盘旋转中心对颈椎生物力学的影响379

14.3.1 位移加载的反作用力矩381

14.3.2 颈椎的运动参数381

14.3.3 关节软骨应力分布382

14.3.4 骨－假体交界面应力分布383

14.4 讨论384

参考文献385

15 膝关节前交叉韧带重建的生物力学建模与仿真&姚杰 樊瑜波389

15.1 膝关节模型的建立390

15.1.1 几何建模390

15.1.2 有限元离散391

15.1.3 模型验证391

15.1.4 小结392

15.2 有限元模型的应用394

15.2.1 ACL重建模型的建立395

15.2.2 ACL重建对应变能密度的影响396

15.2.3 ACL重建对应力方向的影响397

15.2.4 螺钉长度对应变能密度的影响397

15.2.5 螺钉直径对应变能密度的影响398

15.2.6 螺钉刚度对应变能密度的影响398

15.2.7 小结399

15.3 讨论与展望399

参考文献401

16 足踝生物力学建模及其临床应用&王岩 黄伟志 张明405

16.1 有限元方法应用综述406

16.1.1 发展状况407

16.1.2 特定病症的足踝模型408

16.2 足踝模型建立及其临床应用412

16.2.1 有限元模型建立413

16.2.2 有限元模拟的临床应用414

16.3 结语417

参考文献418

17 预测宏微观骨强度的非线性有限元建模与仿真&宫赫 樊瑜波 张明421

17.1 个体化有限元建模预测宏观骨结构强度422

17.1.1 临床QCT扫描过程422

17.1.2 股骨近端三维建模423

17.1.3 骨组织力学性能的建模424

17.1.4 骨失效准则425

17.1.5 加载条件425

17.1.6 股骨强度的非线性有限元分析425

17.1.7 模型的应用426

17.2 基于Micro-CT影像的显微有限元建模模拟松质骨结构的屈服特性428

17.2.1 显微CT扫描过程428

17.2.2 松质骨样本的三维建模428

17.2.3 非线性显微有限元分析430

17.2.4 模型的应用434

参考文献438

索引441