有限元法应用于生命科学的定量研究，已取得了较大成效。尤其在人体生物力学研究中，更显示了它的极大优越性。人类经过长期的劳动进化后，人体骨骼已形成了一个几乎完美的力学结构。然而在对人体力学结构进行力学研究时，力学实验几乎无法直接进行，这时用有限元数值模拟力学实验的方法恰成为一种有效手段。
20世纪60 年代，在心血管系统的力学问题研究中，有限元法得到了初步应用。从70年代起，开始应用于骨科生物力学研究，最初应用于脊柱。6# 年代后，应用范围逐步扩展到颅面骨、颌骨、股骨[1]、牙齿[2]、关节[3，4]、颈椎[5]、腰椎[6]及其附属结构等生物力学研究中。
[1]王以进，李永丰，戴克戎，等。人工关节置换中的股骨杆的应力分析。骨与关节损伤杂志。1993，8（1）：40。
[2] 张春宝，马轩祥，张少峰，等。跟骨内种植体植入牙槽骨吸收的中切牙的有限元应力分析。实用口腔医学杂志，2003；（19）：103
[3]张美超，赵卫东，原林，等。建立数字化虚拟中国男性一号膝关节的有限元模型。第一军医大学学报，2003，23（6）：527。
[4] 桂鉴超，周强，顾湘杰，等。股骨质量对人工髋关节置换之影响的三维有限元分析。骨与关节损伤杂志，2000，15（3）：213。
[5] 苏友新，许书亮，陈日奇，等。用枕不当与颈椎发病相关性的动态平面有限元分析。中国中医骨伤科杂志，1999，7（6）：9。
[6]戴力杨，徐印坎，张文明，等。人体腰椎间盘的三维有限元分析。生物医学工程杂志，1991，8（3）：237
1.1 改良及优化器械的设计
利用有限元力学分析，可以改良医疗器械的力学性能以及优化器械的设计。医疗器械的力学性能的好坏往往决定了其临床应用效果如何，因此对器械力学性能的评价是比较重要的。除了实验方法外，利用有限元法对器械进行的模拟力学实验具有时间短、费用少、可处理复杂条件、力学性能测试全面及其重复性好等优点。另外，还可优化设计，指导对医疗器械的设计及改进，以获得更好的临床疗效。
例如在固定钢板方面。跟骨骨折的治疗方法较多，目前对移位的跟骨关节内骨折一般采取钢板固定，然而固定钢板的形状不同，其固定效果也各不相同。刘立峰等〔7〕利用有限元法，对跟骨的冠状面骨折采用H型、Y型和T型钢板固定的效果进行了研究。建立三维有限元模型模拟跟骨关节内冠状面骨折，且分别采取这3种不同的钢板固定方法，通过对跟骨、螺钉与钢板的应力分布的研究分析可知T型钢板固定方式从应力角度来讲是最佳固定方式；从骨折位移角度来分析H型钢板最佳，但其对骨骼应力的分布的影响及其钢板螺钉本身应力分布方面都是3种方式中最差的。由于3种固定产生的骨折位移均属小位移，而应力分布却差异较大，因此T型钢板固定对于跟骨冠状面骨折来讲是最佳固定方式。由此可见，应用有限元法对不同钢板固定跟骨骨折进行比较检验是切实可行的，且对医疗器械的选用给予一定有益的信息。又如：随着牵张成骨技术的迅速发展，其在牙槽嵴萎缩、缺损治疗中的应用越来越广泛。通过骨牵张技术使牙槽嵴萎缩恢复到正常牙槽高度、宽度。虽然学者们通过动物实验进行了大量研究，但是动物模型与人类牙槽萎缩的真实情况仍有较明显的区别。仇敏等〔8〕所建立的三维下颌骨牙槽嵴萎缩有限元模型，能够较真实、准确的反映下颌骨牙槽嵴萎缩的生物力学特性。本研究采用相应典型病例取材，所建立缺牙区下颌骨模型，可较准确反映局部形态特征。通过在模型基础上按照给定条件，添加或替换单元，可以精确的分析牵张器与骨界面的应力分布情况。利用本模型的优点，通过有限元分析系统对牵张器的材质、形态、长度、植入位置及颌骨的受力特点进行分析，为牵张器的设计及个性化发挥了作用，提供理论依据，以利于进一步完善和发展骨牵张器技术。
[7]刘立峰，蔡锦方，梁进。跟骨骨折固定方法的有限元模拟比较。中国矫形外科杂志，2003，11（8）：557。
[8] 仇敏，何黎升。下颌骨牙槽嵴三维有限元模型与生物力学分析。中国临床康复，2003，7（2）：225。
1.2 利用有限元模型进行力学仿真实验
利用有限元软件的强大建模功能及其接口工具，可以很逼真地建立三维人体骨骼、肌肉、血管等器官组织的模型，并能够赋予其生物力学特性。在仿真实验中，对模型进行实验条件仿真，模拟拉伸、弯曲、扭转、抗疲劳等力学实验，可以求解在不同实验条件下任意部位的变形、应力、应变分布、内部能量变化及极限破坏情况〔9〕。
[9] 张美超，钟世镇。国内生物力学中有限元的应用研究进展。解剖科学进展，2003，9（1）：53。
如杨秀萍等（10〕建立了下颌骨、邻牙、种植体及上部构造的三维正交各向异性模型，利用有限元软件对口腔种植修复上部进行了静力分析。由应力云图分析了单颗种植义齿在: 种不同牙齿尖斜度设计的条件下种植修复的影响，也验证了在临床中，单颗牙缺失种植修复的咬合面设计的牙尖斜度为25度是比较合适的，从而为修复上部义齿牙尖斜度的合理设计找到了理论根据，提高种植修复的成功率。莫水学等〔11〕在研究上颌第一磨牙远中移动其牙槽骨应力分布情况时，建立上颌第一磨牙的三维有限元模型。使用4种不同负荷方式对模型进行加载，分析上颌第一磨牙远中移动时其牙槽骨的应力分布，并找出使上颌第一磨牙整体移动的最佳负荷方式。得出在上颌第一磨牙颊面中心附近施加力并结合抗衡力矩可以在牙槽骨的远中面获得平均的低压应力，它能使牙齿倾向于整体移动。
[10]杨秀萍，王鹏林，郑孝慈，等。有限元法在口腔种植修复中的应用。天津理工学院学报，2003，19（1）：54。
[11]莫水学，李志华，叶平，等。上颌第一磨牙牙槽骨应力分布的有限元分析。实用临床医学，2003，4（2）：19。
又如肖嵩华等〔12〕建立全髋关节置换术后股骨的有限元模型，探讨应力变化的特点、规律。用有限元计算法对不同设计的人工全髋关节假体在骨内应力分布规律进行分析。结果：（1）正常股骨压应力主要分布在股骨内侧面，有托式无骨水泥型人工假体压应力主要分布在人工假体柄与股骨内侧皮质的交界面，有骨水泥型人工假体主要分布在骨水泥与假体交界面上。（2）有托式无骨水泥型在股骨内侧皮质应力比有骨水泥型小。（3）假体长度增加，假体末端应力略有减少。根据应力变化的特点得出：人工关节置换后较正常股骨应力分布发生改变，骨水泥对应用有缓冲作用，且增加假体长度减少不显著，这些都为临床应用都提供了参考。罗建文等〔13〕利用有限元分析的方法，做了超声弹性成像仿真的有限元分析，用弹性力学的理论计算得到软组织在不同情况下的应变分布。这对于弹性成像的理论分析具有重要的辅助作用，可以研究软组织的不同状态和各种力学参数对弹性成像的影响，以及从理论上估计弹性成像的局限性。有限元分析的结果说明，弹性成像比较适合于检测较硬的肿块，还可能判断乳腺肿瘤的一些性质，这在临床上有很大的参考价值。
[12]肖嵩华，郭义柱，张伯勋，等。人工全髋关节置换术后股骨应力变化的有限元分析。军医进修学院学报，2003，24（2）：155。
[13]罗建文，白净。超声弹性成像仿真的有限元分析。北京生物医学工程，2003，2（2）：99。
目前有限元法在国内已经得到了普遍应用，取得了大量的成就。特别是在临床上的应用，更具有一定的指导意义。然而与国外生物力学中有限元的应用情况相比，国内的有限元工作依然有一定差距，如建立的有限元模型形态、结构与实际尚有差距；国内的生物材料性能测试工作欠缺，建立有限元模型时材料的性质大多参考国外资料等。所以我们在有限元的研究中仍然需要不懈地努力，为解决实际的临床问题而做出一定的成绩。
