《生物力學(xué)》配套教學(xué)課件

——（博士、碩士、本科生）綜合基礎(chǔ)課生物力學(xué)教課書課時考核形式成績基本要求參考資料課程基本說明人民衛(wèi)生出版社楊華元36546072平時30%期末70%筆記作業(yè)測驗（實驗）出勤考試（閉、開）論文（綜述）附頁機動目錄上頁下頁返回結(jié)束孟和，《骨傷生物力學(xué)》

人民衛(wèi)生出版社馮元楨，《生物力學(xué)》

科學(xué)出版社王鴻儒，《循環(huán)力學(xué)》

北京醫(yī)科大學(xué)出版社陳文杰，《血液流變學(xué)》

天津科技出版社岡小天，《生物流變學(xué)》

人民衛(wèi)生出版社參考資料之一：機動目錄上頁下頁返回結(jié)束馮元楨，《生物力學(xué)－活組織的力學(xué)特性》

湖南科技出版社馮元楨，《生物力學(xué)-運動、流動、應(yīng)力和生長》

四川教育出版社馮元楨，《生物力學(xué):血液循環(huán)》

湖南科學(xué)技術(shù)出版社陳君楷，《心血管血流動力學(xué)》

四川教育出版社陶祖萊，《生物力學(xué)導(dǎo)論》

天津翻譯科技出版社參考資料之二：機動目錄上頁下頁返回結(jié)束復(fù)習(xí)題一、二、三平時作業(yè)題考試模擬題小論文

參考資料之三：機動目錄上頁下頁返回結(jié)束論文（綜述）：腰椎后部韌帶結(jié)構(gòu)生物力學(xué)實驗研究與臨床意義運動、鈣和雌激素對去勢雌性大鼠股骨生物力學(xué)影響的比較人體踝關(guān)節(jié)跖屈時光彈性應(yīng)力實驗分析靜脈瓣膜的生物力學(xué)特性初探仙珍骨寶對類固醇性大鼠骨質(zhì)疏松的生物力學(xué)影響深低溫冷凍異體骨生物力學(xué)特性與儲存時間的關(guān)系生物軟組織的冪律形式松弛和蠕變函數(shù)可降解骨螺釘強度衰減體外測試模式的建立半月板的生物力學(xué)及其損傷修復(fù)的研究進展一種適宜于口腔、骨等結(jié)構(gòu)應(yīng)力分析的有限元輔助建模及結(jié)果分析軟件的開發(fā)和應(yīng)用機動目錄上頁下頁返回結(jié)束《JournalofBiomechanics》《JournalofBiomechanicalEngineering》《中國生物醫(yī)學(xué)工程學(xué)報》《生物醫(yī)學(xué)工程雜志》《醫(yī)用生物力學(xué)》《航空醫(yī)學(xué)與醫(yī)學(xué)工程》

……學(xué)術(shù)期刊：機動目錄上頁下頁返回結(jié)束應(yīng)具備的知識結(jié)構(gòu)：

扎實的力學(xué)和數(shù)學(xué)基礎(chǔ)知識 理論力學(xué)，材料力學(xué)，連續(xù)介質(zhì)力學(xué)，流體力學(xué)等 高等數(shù)學(xué)，數(shù)值分析，線性代數(shù)等基本的解剖、生理、病理、生物和臨床醫(yī)學(xué)知識

機動目錄上頁下頁返回結(jié)束

一、生物力學(xué)發(fā)展概況達到三個目的

二、基本概念和理論

三、發(fā)展趨勢和熱點機動目錄上頁下頁返回結(jié)束生物力學(xué)概貌第一章概論第一節(jié)定義、分類、內(nèi)容及重要性第二節(jié)發(fā)展歷史淵源第三節(jié)研究的方法第四節(jié)主要前言領(lǐng)域發(fā)展趨勢和熱點機動目錄上頁下頁返回結(jié)束第一節(jié)定義、分類、內(nèi)容及重要性力學(xué)---研究力及物體機械運動與其應(yīng)用的科學(xué).生物學(xué)---研究生命結(jié)構(gòu)、功能、發(fā)生、發(fā)展規(guī)律的科學(xué).生物力學(xué)---力學(xué)、生物學(xué)、醫(yī)學(xué)等多種學(xué)科相互結(jié)合、相互滲透而形成的一門新興交叉學(xué)科。是力學(xué)原理在生物醫(yī)學(xué)工程學(xué)中的應(yīng)用，即是解釋生命及其活動的力學(xué)。一、定義機動目錄上頁下頁返回結(jié)束與其它學(xué)科的關(guān)聯(lián)機動目錄上頁下頁返回結(jié)束介紹：生物力學(xué)：既是生物醫(yī)學(xué)工程的一個領(lǐng)域，又是力學(xué)的一個領(lǐng)域生物醫(yī)學(xué)工程：生物工程的一個分支生物工程：現(xiàn)代科學(xué)技術(shù)繼機械（土木）工程、電子工程、化學(xué)工程后的又一支柱學(xué)科機動目錄上頁下頁返回結(jié)束馮元楨：“生物科學(xué)的原理和方法與力學(xué)的原理和方法相結(jié)合，認識生命過程的規(guī)律(定量)，并用以維持、改善人的健康。”機動目錄上頁下頁返回結(jié)束馮元楨（Yuan-Cheng

B.Feng)

1941年畢業(yè)于中央大學(xué)航空工程系，1943年獲該校碩士學(xué)位。1948年獲美國加州理工學(xué)院博士學(xué)位。1959年任美國加州理工學(xué)院教授。1966年至今任美國圣迭戈加州大學(xué)教授。美國國家工程院院士(1979)，美國國家醫(yī)學(xué)研究院院士(1991)，美國國家科學(xué)院院士(1992)，臺灣“中央研究院”院士(1966)。曾獲國際微循環(huán)學(xué)會最高獎Landis獎、國際生物流變學(xué)會最高獎Poiseuille獎、美國機械工程師學(xué)會“百年大獎”(1981)、美國國家工程院“創(chuàng)始人獎”（1998）等。1966年以前,主要從事航空工程和連續(xù)介質(zhì)力學(xué)方面的研究并取得卓著成果，其第一部專著《空氣彈性力學(xué)》已成為氣動－彈性力學(xué)領(lǐng)域的經(jīng)典著作。1966年以后致力于生物力學(xué)的開拓，是舉世公認的生物力學(xué)的開創(chuàng)者和奠基人。機動目錄上頁下頁返回結(jié)束涵蓋范圍動物：鳥飛魚游，鞭毛蟲、纖毛運動，哺乳動物整體到各個器官的運動，血液、體液、氣體、水分的流動，骨骼受力等。植物：物質(zhì)輸運、機械刺激等運動生物力學(xué)工程生物力學(xué)醫(yī)學(xué)生物力學(xué)軟組織生物力學(xué)骨骼生物力學(xué)血液生物力學(xué)其中與生理學(xué)、生物學(xué)和醫(yī)學(xué)相關(guān)的力學(xué)是其重點機動目錄上頁下頁返回結(jié)束1.1、生物醫(yī)學(xué)工程的定義1.2、生物醫(yī)學(xué)工程研究內(nèi)容和基本任務(wù)1.3、生物醫(yī)學(xué)工程的特點1.4、生物醫(yī)學(xué)工程的發(fā)展*介紹生物醫(yī)學(xué)工程學(xué)機動目錄上頁下頁返回結(jié)束1.1生物醫(yī)學(xué)工程的定義機動目錄上頁下頁返回結(jié)束？WhatisBiomedicalEngineering(BME)機動目錄上頁下頁返回結(jié)束邊緣交叉科學(xué)

(Interdisciplinary)綜合：生物學(xué)醫(yī)學(xué)工程學(xué)理論和方法近幾十年內(nèi)建立與發(fā)展機動目錄上頁下頁返回結(jié)束什么是生物醫(yī)學(xué)工程學(xué)

還沒有一個公認的定義隨科學(xué)技術(shù)的發(fā)展而改變隨生物醫(yī)學(xué)工程研究領(lǐng)域而拓展若干個生物醫(yī)學(xué)工程學(xué)的奠基人和著名權(quán)威曾有過幾個定義機動目錄上頁下頁返回結(jié)束對生物醫(yī)學(xué)工程三個有代表性的定義表述機動目錄上頁下頁返回結(jié)束工程應(yīng)用學(xué)說三合一學(xué)說

生物醫(yī)學(xué)工程結(jié)合學(xué)說機動目錄上頁下頁返回結(jié)束“三合一學(xué)說”生物學(xué)＋醫(yī)學(xué)＋工程學(xué)＝生物醫(yī)學(xué)工程學(xué)“結(jié)合學(xué)說”

生物醫(yī)學(xué)工程學(xué)是生物學(xué)、醫(yī)學(xué)和其它非生物學(xué)科的結(jié)合“工程應(yīng)用學(xué)說”生物醫(yī)學(xué)工程學(xué)是工程學(xué)在醫(yī)學(xué)和生物學(xué)中的應(yīng)用機動目錄上頁下頁返回結(jié)束SomeExamples現(xiàn)代醫(yī)學(xué)的主要任務(wù)：診斷－－治療－－康復(fù)－－預(yù)防機動目錄上頁下頁返回結(jié)束(1)、疾病預(yù)防中的生物醫(yī)學(xué)工程病毒與細菌的隔離病毒與細菌的殺滅有毒、有害物質(zhì)的清除機動目錄上頁下頁返回結(jié)束機動目錄上頁下頁返回結(jié)束含納米二氧化鈦、納米銀的抗菌涂料機動目錄上頁下頁返回結(jié)束(2)、醫(yī)學(xué)診斷中的生物醫(yī)學(xué)工程醫(yī)學(xué)圖像超聲圖像、CT、X-光片………生物信號心電、腦電……….醫(yī)學(xué)檢驗核磁共振、內(nèi)窺檢驗………..機動目錄上頁下頁返回結(jié)束X－CT放射性核素成像彩色多普勒超聲圖像心電監(jiān)視儀彩色B型超聲儀機動目錄上頁下頁返回結(jié)束(3)、醫(yī)學(xué)治療中的生物醫(yī)學(xué)工程激光手術(shù)、γ-刀超聲碎石癌癥的放射治療與化學(xué)治療靶向藥物與生物導(dǎo)彈器官修復(fù)中的組織工程人工胰－－血糖測定與胰島素注射機動目錄上頁下頁返回結(jié)束人工生物瓣全人工心臟膜式人工肺組織工程骨修復(fù)胰島素藥泵介入治療導(dǎo)管機動目錄上頁下頁返回結(jié)束(4)、醫(yī)學(xué)康復(fù)中的生物醫(yī)學(xué)工程畸形矯正人工義肢可視義眼人工耳膜機動目錄上頁下頁返回結(jié)束機動目錄上頁下頁返回結(jié)束

總體概念都是說的生物學(xué)、醫(yī)學(xué)和工程學(xué)相互融合、依存的關(guān)系。生物醫(yī)學(xué)工程學(xué)是綜合生物學(xué)、醫(yī)學(xué)和工程學(xué)的理論和方法而發(fā)展起來的邊緣學(xué)科機動目錄上頁下頁返回結(jié)束一般定義“應(yīng)用物理學(xué)和工程學(xué)的技術(shù)來解決生命系統(tǒng)中的問題，突出強調(diào)人類疾病的診斷、治療和預(yù)防”

-----------生物醫(yī)學(xué)工程學(xué)機動目錄上頁下頁返回結(jié)束生物醫(yī)學(xué)工程工程學(xué)生物學(xué)醫(yī)學(xué)機動目錄上頁下頁返回結(jié)束

更詳細說明：

綜合運用現(xiàn)代自然科學(xué)和工程技術(shù)的原理、方法，從工程學(xué)的角度，在多種層次上研究生物體，特別是人體的結(jié)構(gòu)、功能和其它生命現(xiàn)象，揭示和論證生命運動的規(guī)律，深化對生命系統(tǒng)的認識，提供防病、治病、衛(wèi)生保健、康復(fù)、安全防護的新理論和新方法，設(shè)計和研制用于防病、治病等的新材料、人工器官、裝置與系統(tǒng)的新興交叉學(xué)科機動目錄上頁下頁返回結(jié)束生物醫(yī)學(xué)工程的目標幾乎所有工程學(xué)和物理學(xué)都可與生物醫(yī)學(xué)相互結(jié)合

探索人類正常生理學(xué)

表征組織與器官的病變機理

給出研究和技術(shù)開發(fā)的最佳手段

提供治療與預(yù)防的有效方法機動目錄上頁下頁返回結(jié)束1.2BME的研究內(nèi)容和基本任務(wù)機動目錄上頁下頁返回結(jié)束基本任務(wù)

生物醫(yī)學(xué)工程學(xué)的基本任務(wù)是運用工程技術(shù)手段，研究和解決生物學(xué)和醫(yī)學(xué)中的有關(guān)問題機動目錄上頁下頁返回結(jié)束研究方法

生物醫(yī)學(xué)工程學(xué)以應(yīng)用基礎(chǔ)性研究為主，研究的對象是人體(一個多層次的龐大系統(tǒng))，所涉及的領(lǐng)域十分廣泛，并在不斷的擴展之中機動目錄上頁下頁返回結(jié)束研究內(nèi)容從微觀層次、組織器官層次和整體層次：

(1)、研究探索人類正常生理學(xué)

(2)、表征組織與器官的病變機理

(3)、給出研究和技術(shù)開發(fā)的最佳手段

(4)、提供治療與預(yù)防的有效方法機動目錄上頁下頁返回結(jié)束目前涉及較多的學(xué)科

醫(yī)學(xué)、生物學(xué)、物理學(xué)、化學(xué)、力學(xué)、材料學(xué)、制造學(xué)、電子學(xué)、計算機科學(xué)等……機動目錄上頁下頁返回結(jié)束主要研究領(lǐng)域①生物力學(xué)②生物材料學(xué)③人工器官④生物系統(tǒng)建模與仿真⑤生物醫(yī)學(xué)信號與傳感器⑥生物醫(yī)學(xué)信息處理⑦醫(yī)學(xué)圖像技術(shù)⑧物理因子在治療中應(yīng)用及生物學(xué)效應(yīng)機動目錄上頁下頁返回結(jié)束

各研究領(lǐng)域既相互獨立，又相互交叉，相互支撐機動目錄上頁下頁返回結(jié)束1.3生物醫(yī)學(xué)工程的特點機動目錄上頁下頁返回結(jié)束

新興、綜合、交叉與邊緣科學(xué)機動目錄上頁下頁返回結(jié)束A、迅速發(fā)展的新興學(xué)科

生物醫(yī)學(xué)工程是在近幾十年才從醫(yī)學(xué)中分離而形成一門獨立學(xué)科。當代高新科技的飛速發(fā)展，為它提供基礎(chǔ)機動目錄上頁下頁返回結(jié)束B、大跨度、多學(xué)科的綜合性應(yīng)用學(xué)科

醫(yī)學(xué)、生物學(xué)、物理學(xué)、化學(xué)、力學(xué)、材料學(xué)、制造學(xué)、電子學(xué)、計算機科學(xué)等學(xué)科的有機結(jié)合，甚至涉及社會、倫理、道德、法律等非生命科學(xué)到生命科學(xué)自然科學(xué)到人文科學(xué)機動目錄上頁下頁返回結(jié)束C、生物醫(yī)學(xué)工程是醫(yī)學(xué)和生物學(xué)發(fā)展的重要動力一方面生物醫(yī)學(xué)工程為醫(yī)學(xué)、生物學(xué)提供技術(shù)與裝備另一方面又為醫(yī)學(xué)和生物學(xué)的發(fā)展開辟新路－－帶來生物學(xué)與醫(yī)學(xué)的變革機動目錄上頁下頁返回結(jié)束D、生物醫(yī)學(xué)工程是社會效益與經(jīng)濟效益的綜合

醫(yī)學(xué)重于社會效益，工程重于經(jīng)濟效益，生物醫(yī)學(xué)工程是醫(yī)學(xué)與工程學(xué)的結(jié)合，則是社會效益與經(jīng)濟效益必然的結(jié)合機動目錄上頁下頁返回結(jié)束堅持“以人為本”的宗旨反對“利益至上”的傾向必須在保證功能性的同時，保證不對宿主造成任何顯著的危害(無論是長期的還是短期的)機動目錄上頁下頁返回結(jié)束1.4生物醫(yī)學(xué)工程的發(fā)展機動目錄上頁下頁返回結(jié)束1.4.1生物醫(yī)學(xué)工程發(fā)展歷史機動目錄上頁下頁返回結(jié)束

科學(xué)技術(shù)手段應(yīng)用于生物醫(yī)學(xué)領(lǐng)域已有很長的歷史但是生物醫(yī)學(xué)工程形成一門獨立學(xué)科卻是近幾十年的事機動目錄上頁下頁返回結(jié)束二十世紀五十年代隨著材料學(xué)、電子學(xué)、計算機科學(xué)、信息科學(xué)的飛速發(fā)展，這些科技愈來愈廣泛地應(yīng)用到生物醫(yī)學(xué)領(lǐng)域中來同時，迅速發(fā)展的生物醫(yī)學(xué)也向工程技術(shù)提出了愈來愈多、愈來愈高的要求機動目錄上頁下頁返回結(jié)束形成獨立學(xué)科逐漸的，生物醫(yī)學(xué)工程的內(nèi)容變得不再是生物醫(yī)學(xué)的附屬品生物醫(yī)學(xué)工程學(xué)又是現(xiàn)代醫(yī)學(xué)和生物學(xué)發(fā)展的基礎(chǔ)和重要條件機動目錄上頁下頁返回結(jié)束1.4.2生物醫(yī)學(xué)工程發(fā)展現(xiàn)狀機動目錄上頁下頁返回結(jié)束

當前，生物醫(yī)學(xué)工程學(xué)已發(fā)展到一個相當高的水平，在醫(yī)學(xué)的幾乎所有領(lǐng)域已經(jīng)發(fā)揮、將會發(fā)揮巨大的作用機動目錄上頁下頁返回結(jié)束

生物力學(xué)在人體生理系統(tǒng)建模與仿真中的巨大作用

細胞力學(xué)、運動力學(xué)、血流動力學(xué)、呼吸力學(xué)……機動目錄上頁下頁返回結(jié)束

生物醫(yī)學(xué)材料在人體組織與器官修復(fù)(替代)中的巨大作用

硬組織修復(fù)與替代、軟組織修復(fù)與替代、血管替代、人造皮膚、各類人工器官……機動目錄上頁下頁返回結(jié)束

人工器官在人體生理功能恢復(fù)中的巨大作用

人工心臟、人工心臟瓣膜、人工肺、人工腎、人工胰……機動目錄上頁下頁返回結(jié)束

生物醫(yī)學(xué)電子學(xué)在生物醫(yī)學(xué)工程中的巨大作用

生物醫(yī)學(xué)信號檢測、處理與識別是是醫(yī)學(xué)圖象處理的基礎(chǔ)，與生物材料、生物力學(xué)、人工器官、生物醫(yī)學(xué)儀器等關(guān)系密切……機動目錄上頁下頁返回結(jié)束

生物醫(yī)學(xué)圖像技術(shù)在臨床診斷中的巨大作用

X光片、CT圖像、B型超聲波圖像、核磁共振……機動目錄上頁下頁返回結(jié)束

生物醫(yī)學(xué)儀器對提高醫(yī)學(xué)整體水平的巨大作用

生理功能分析、放射治療、超聲碎石、γ刀、細胞刀、康復(fù)輔助系統(tǒng)……機動目錄上頁下頁返回結(jié)束

1.4.3.生物醫(yī)學(xué)工程產(chǎn)業(yè)發(fā)展機動目錄上頁下頁返回結(jié)束

近20年，生物醫(yī)學(xué)工程制品飛速發(fā)展并形成規(guī)模性產(chǎn)業(yè)，將成為21世紀國際經(jīng)濟的主要支柱產(chǎn)業(yè)之一機動目錄上頁下頁返回結(jié)束

社會需求量大，產(chǎn)品技術(shù)含量和產(chǎn)品附加值高

美國目前已有1100萬人體內(nèi)植入有一個人工器官，200萬人體內(nèi)有2個或2個以上人工器官機動目錄上頁下頁返回結(jié)束

1995年世界生物醫(yī)學(xué)工程產(chǎn)業(yè)產(chǎn)值約1200億美元，目前超過3000億美元，年增長率持續(xù)保持在15－20％機動目錄上頁下頁返回結(jié)束

美國、日本、西歐等發(fā)達國家都把生物醫(yī)學(xué)工程列入高技術(shù)發(fā)展的前沿機動目錄上頁下頁返回結(jié)束

我國有13億人口，醫(yī)療保健基數(shù)大，生物醫(yī)學(xué)材料和人工器官的需求量大

▲肢體不自由患者約1500萬

▲每年骨缺損和骨損傷約300萬

▲牙缺損(缺失)患者占總?cè)丝?/3▲大量血液病患者需人工腎

▲大量糖尿病患者需人工胰機動目錄上頁下頁返回結(jié)束

我國生物醫(yī)學(xué)工程產(chǎn)業(yè)基礎(chǔ)薄弱，絕大部分依靠進口，目前巨大的社會需求與薄弱的研究開發(fā)及產(chǎn)業(yè)基礎(chǔ)形成尖銳的矛盾機動目錄上頁下頁返回結(jié)束

1999年，國家制訂“中國生物醫(yī)學(xué)工程產(chǎn)業(yè)發(fā)展綱要”機動目錄上頁下頁返回結(jié)束

“培育生物醫(yī)學(xué)工程產(chǎn)業(yè)，使之保持15％－20％的增長率，到2005年工業(yè)總產(chǎn)值達到400－500億元，2010年達1000億元的發(fā)展目標”機動目錄上頁下頁返回結(jié)束機遇與挑戰(zhàn)并存OpportunityandChallenge!生物醫(yī)學(xué)工程領(lǐng)域大有可為機動目錄上頁下頁返回結(jié)束

·生物反應(yīng)器內(nèi)的流動、傳質(zhì)和傳熱；

·應(yīng)力對細胞、微生物生長和功能的影響；

·生物制品分離過程中的流體力學(xué)問題；

·流動應(yīng)力對生物大分子結(jié)構(gòu)和功能的影響。機動目錄上頁下頁返回結(jié)束二、分類?生物流體力學(xué)（血液，組織液等）?生物固體力學(xué)（骨，口腔等）?生物傳熱與傳質(zhì)力學(xué)?生物動力學(xué)（多剛體，體育，步態(tài)等）?生物統(tǒng)計力學(xué)?生物，，，1、按力學(xué)分支分類機動目錄上頁下頁返回結(jié)束?心腦血管力學(xué)心血管血流動力學(xué)?骨骼-肌肉-矯形-創(chuàng)傷力學(xué)（器官的組織沖擊損傷的機理和耐限、軟組織的創(chuàng)傷和愈合、骨折及其愈合）骨及軟組織生物力學(xué)?呼吸系統(tǒng)力學(xué)（上呼吸道流體力學(xué)、氣管樹內(nèi)氣流的阻力及其分布、末梢支氣管內(nèi)的對流一擴散、氣血交換、高頻低潮氣量呼吸術(shù)）感覺系統(tǒng)力學(xué)泌尿與生殖系統(tǒng)力學(xué)口腔生物力學(xué)…力學(xué)2、按生理系統(tǒng)分類機動目錄上頁下頁返回結(jié)束?整體-局部力學(xué)（體育運動生物力學(xué)）?器官-組織力學(xué)?細胞-亞細胞-分子力學(xué)（細胞膜的力學(xué)性質(zhì)、原生質(zhì)流動、應(yīng)力對細胞形態(tài)、生長、功能的影響）?…力學(xué)3、按解剖層次分類機動目錄上頁下頁返回結(jié)束?（哺乳）動物生物力學(xué)?植物生物力學(xué)?生物固體力學(xué)?生物流體力學(xué)?生物工程力學(xué)?生物軟組織力學(xué)?…力學(xué)4、按研究對象分類機動目錄上頁下頁返回結(jié)束?工程生物力學(xué)?醫(yī)學(xué)生物力學(xué)?骨傷生物力學(xué)?體育運動生物力學(xué)環(huán)境系統(tǒng)生物力學(xué)職業(yè)生物力學(xué)康復(fù)工程中的生物力學(xué)?…力學(xué)5、按應(yīng)用領(lǐng)域分類機動目錄上頁下頁返回結(jié)束分類的考慮：以人的生命運動為核心的生物力學(xué)背景和目標：醫(yī)學(xué)、生物醫(yī)學(xué)工程、體育、人一機工效等。綠色植物生物力學(xué)背景和目標：農(nóng)業(yè)及農(nóng)業(yè)工程，生存環(huán)境工程等生物技術(shù)和生物化學(xué)工程中的流體力學(xué)問題背景和目標：從實驗室(生物技術(shù))到產(chǎn)業(yè)(生物化學(xué)工程)的?；?、放大，生物反應(yīng)器的設(shè)計和運行的優(yōu)化．高效的分離、純化技術(shù)、生物處理過程的自動控制和在線檢測，空間制藥等等動物的運動背景和目標：仿生工程技術(shù)，生物學(xué)中一些理論問題的定量分析等等?！瓩C動目錄上頁下頁返回結(jié)束三、講授內(nèi)容（見課本）力學(xué)基礎(chǔ)（第二章）?骨力學(xué)（骨骼第三章）?關(guān)節(jié)脊柱力學(xué)（關(guān)節(jié)、脊柱第四、五章）?軟組織力學(xué)（軟組織第六章）?血液動力學(xué)（血液循環(huán)血液流變第七章）康復(fù)力學(xué)（第八章）骨力學(xué)軟力學(xué)流力學(xué)骨軟流力學(xué)機動目錄上頁下頁返回結(jié)束活組織的力學(xué)性質(zhì)骨和軟骨；軟組織(韌帶、腰、皮膚、血管等等)；肌肉力學(xué)(骨胳肌、心肌、平滑肌)；血液流變學(xué)(全血、血漿、血細胞、凝血血栓形成等）；血液微流變學(xué)；臨床血液流變學(xué)；體液的粘彈性(關(guān)節(jié)滑液、粘液等等)；人工代用材料。主要研究內(nèi)容（課本外）機動目錄上頁下頁返回結(jié)束器官力學(xué)器官、組織的功能、應(yīng)力和生長骨重建；零應(yīng)力狀態(tài)和殘余應(yīng)力；肺力學(xué)；心臟力學(xué)；人工心瓣；左心輔助泵；顱腦一脊柱力學(xué)運動關(guān)節(jié)力學(xué)；人工關(guān)節(jié)；假肢；感覺器官力學(xué)；耳蝸力學(xué)。機動目錄上頁下頁返回結(jié)束循環(huán)動力學(xué)大血管流體力學(xué)；微循環(huán)力學(xué)；毛細血管一組織間質(zhì)的物質(zhì)輸運淋巴流動組織間質(zhì)液的流動；左心室一動脈血液相互作用；肺血流，冠脈血流動力學(xué)；腎臟內(nèi)部的血循環(huán)；肝血流；腦血流。機動目錄上頁下頁返回結(jié)束四、重要性1.力學(xué)是其他科學(xué)的基礎(chǔ)

——沒有生物力學(xué)就不可能很好地了解、豐富生物學(xué)和醫(yī)學(xué)。機動目錄上頁下頁返回結(jié)束例如：對生物體組織的材料力學(xué)的研究——人造器官（心臟瓣膜置換術(shù)）對骨骼、軟骨、關(guān)節(jié)、韌帶組織堅韌性、順應(yīng)性及肌肉和其他軟組織的粘彈性等力學(xué)性質(zhì)的研究——骨傷致傷因素的作用機理（骨折復(fù)位）對生物系統(tǒng)運動力學(xué)的研究——中醫(yī)脈象及客觀化、定量化（中醫(yī)切脈）對生物系統(tǒng)運動力學(xué)的研究——體育運動、健康鍛煉、職業(yè)病的預(yù)防（肌肉損傷下肢靜脈曲張）機動目錄上頁下頁返回結(jié)束2.生物力學(xué)是力學(xué)發(fā)展的動力——生物力學(xué)受到重視的原因是有生物學(xué)、醫(yī)學(xué)的廣闊天地。醫(yī)學(xué)和生物學(xué)家：~是醫(yī)學(xué)發(fā)展的依據(jù)物理學(xué)家：~是力學(xué)發(fā)展的動力機動目錄上頁下頁返回結(jié)束3.生物力學(xué)將自然界的啟示應(yīng)用于工程技術(shù)鳥、響尾蛇、蝙蝠、海豚、鴨子、鋸草……----仿生學(xué)

機動目錄上頁下頁返回結(jié)束例如：生物力學(xué)與骨傷科疾病的關(guān)系

第一.骨傷科疾病的發(fā)生是力作用的結(jié)果

外力內(nèi)力

直接暴力

間接暴力

肌力

慢性勞損機動目錄上頁下頁返回結(jié)束

第二.骨傷科疾病的病理變化也是力作用的表現(xiàn)

胸大肌

肱二頭肌

三角肌

第三.骨傷科疾病的治療是力學(xué)原理的應(yīng)用

石膏固定、夾板固定、手術(shù)內(nèi)固定機動目錄上頁下頁返回結(jié)束

第四.生物力學(xué)的發(fā)展促進骨傷科臨床治療的提高機動目錄上頁下頁返回結(jié)束第二節(jié)生物力學(xué)的發(fā)展歷史淵源*1615年Harvey預(yù)言：血液循環(huán)1小時心輸出量：威廉?哈維（1578-1657）證明了血液流動的單向性，提出了血液循環(huán)的概念1661年Malpighi（1628-1694）發(fā)現(xiàn)：微循環(huán)機動目錄上頁下頁返回結(jié)束*1638年Galileo應(yīng)用：用擺來測定心率擺長與周期的關(guān)系伽利略?卡里勒（1564-1642）（物理學(xué)家）

曾是醫(yī)學(xué)專業(yè)學(xué)生，用單擺度量人的心率機動目錄上頁下頁返回結(jié)束*1640年笛卡爾模型：動物結(jié)構(gòu)模型論著：《論動物的模型》雷內(nèi)?笛卡兒（1596-1650）（數(shù)學(xué)家）

發(fā)現(xiàn)因身體暴露而減輕體重，奠定了新陳代謝研究的基礎(chǔ)機動目錄上頁下頁返回結(jié)束*1670年

Borelli研究：肌肉的運動論著：《論動物的運動》生物力學(xué)史上第一部專著G.A.Borelli（1608-1679）（意大利數(shù)學(xué)家、天文學(xué)家和醫(yī)學(xué)家）

第一個推導(dǎo)出天體以橢圓路徑運動的原因，其專著《論動物的運動》，闡明了肌肉的運動和身體的動力學(xué)問題，研究了鳥的飛行，魚的游動，和心臟和腸的運動機動目錄上頁下頁返回結(jié)束*1675年

Boyle研究：肺呼吸RobertBoyle（1627-1691）

研究了肺，闡述了水中的氣體與魚類呼吸的關(guān)系機動目錄上頁下頁返回結(jié)束S.Hales（1667-1761）

通過測量馬的動脈血壓找出了血壓與失血的關(guān)系；用心室舒張壓時的模型估算心輸出量、心肌力和動脈血管的膨脹特性；提出了血液流動的外周阻力的概念，解釋了心臟泵出的間歇流如何轉(zhuǎn)化為血管中的平穩(wěn)流；指出熱水和白蘭地酒具有擴張血管的功效。

*1730年

Hales提出：外周阻力的概念研究：動脈血管的膨脹特性機動目錄上頁下頁返回結(jié)束*1775年

Euler引入：脈動波萊昂哈得?歐拉（1707-1783）（數(shù)學(xué)家物理學(xué)家）

論述了波在動脈中的傳播，提出了脈搏波傳播方程。機動目錄上頁下頁返回結(jié)束*1800年

Young建立：聲帶發(fā)音彈性力學(xué)理論創(chuàng)造：光的波動性

楊氏（1773-1829倫敦醫(yī)生物理學(xué)家）

楊氏模量就是以他的名字命名的。機動目錄上頁下頁返回結(jié)束*1846年

Wertheim測定：骨的彈性及應(yīng)力-應(yīng)變曲線機動目錄上頁下頁返回結(jié)束*1884年

Woiff提出：骨重建和生長的Wioff假說及原理Woiff

認為應(yīng)力作用時，體骨可發(fā)生長度、形狀、體積的改變，提出Wioff假說及Wioff原理機動目錄上頁下頁返回結(jié)束JeanPoiseuille（1799-1869）（流體力學(xué)家）

醫(yī)學(xué)專業(yè)學(xué)生，創(chuàng)造了用水銀壓力計測量狗的主動脈血壓的方法，發(fā)現(xiàn)了粘性流體的Poiseuille定律。*1890年

Poiseuille發(fā)明：用水銀壓力計測量主動脈血壓發(fā)現(xiàn)：泊肅葉定律（直圓管層流規(guī)律）機動目錄上頁下頁返回結(jié)束VonHelmholtz

（1821-1894生物工程之父生理、病理、解剖、物理學(xué)教授）能量守恒定律；力熱聲光電都有貢獻；眼底晶狀體鏡（眼的聚焦機理）；視覺三色理論；聽覺共振儀。*1891年

VonHelmholtz確定：神經(jīng)脈沖的傳播速度指出：動物能量的重要來源機動目錄上頁下頁返回結(jié)束

Fick(生理學(xué)家）*1895年

Fick得出：擴散理論機動目錄上頁下頁返回結(jié)束

Korteweglamb(1848-19411849-1934流體力學(xué)家）1898年

Korteweglamb得出：波在血管中的傳播機動目錄上頁下頁返回結(jié)束O.Frank(1865-1944）

提出了關(guān)于動脈系統(tǒng)功能的“風箱”(Windkessel）模型

*1900年

Frank提出：心臟流體動力學(xué)理論機動目錄上頁下頁返回結(jié)束E.H.Starling

（1866-1926）

通過毛細血管壁的水分的輸運，提出了著名的Starling定律，物質(zhì)跨膜輸運。

*1915年

Starling提出：物質(zhì)透過膜的傳輸定律說明：人體內(nèi)水平衡的問題機動目錄上頁下頁返回結(jié)束A.Krogh

建立了微循環(huán)的力學(xué)模型，并因此而獲諾貝爾獎。*1939年

Krogh建立：微循環(huán)力學(xué)機動目錄上頁下頁返回結(jié)束A.V.Hill

關(guān)于肌肉收縮規(guī)律的研究。通過蛙縫匠肌攣縮實驗，建立了骨胳肌的功能模型、方程。這一創(chuàng)造性的工作使Hill榮獲諾貝爾獎。而且，一直到目前為止，Hill模型依然是肌肉力學(xué)的主要基礎(chǔ)。 *1946年

Hill建立：肌肉力學(xué)（希爾模型希爾方程）研究：肌纖維張力、收縮速度、釋放的熱量機動目錄上頁下頁返回結(jié)束馮元楨錢煦B．M．ZweifachS．S．SobinJ．LighthillR．Skalak毛昭憲等*本世紀60年代：機動目錄上頁下頁返回結(jié)束國內(nèi)：康振黃（四川大學(xué)）陶祖萊（中科院）吳云鵬（重慶大學(xué)）王君健（華中工學(xué)院）楊桂通（太原理工）柳兆榮（復(fù)旦大學(xué)）席葆樹（清華大學(xué)）吳望一（北京大學(xué)）等*本世紀70年代：機動目錄上頁下頁返回結(jié)束第三節(jié)研究的方法1、了解研究對象的幾何特點：一、具體步驟生物形態(tài)器官解剖組織（微）結(jié)構(gòu)機動目錄上頁下頁返回結(jié)束2、力學(xué)性質(zhì)：生物組織或材料本構(gòu)關(guān)系即力學(xué)性質(zhì)（應(yīng)力-應(yīng)變關(guān)系）困難點：不易分離試驗維持活體困難樣品與試件不匹配應(yīng)力-應(yīng)變關(guān)系非線性機動目錄上頁下頁返回結(jié)束3、控制方程+本構(gòu)方程根據(jù)：質(zhì)量守恒動量守恒能量守恒麥克斯韋方程本構(gòu)方程列出：微分方程積分方程即列方程機動目錄上頁下頁返回結(jié)束4、邊界條件：先離體后在體的工作狀況或有意義的附加特定條件或數(shù)學(xué)模型或物理模型機動目錄上頁下頁返回結(jié)束5、求解邊值方程：解析或數(shù)值方法或圖表或計算或模型即解方程機動目錄上頁下頁返回結(jié)束6、實驗驗證：驗證邊值問題的理論解要求理論與實驗相一致7、修正或應(yīng)用：與生物醫(yī)學(xué)實際對照即驗根機動目錄上頁下頁返回結(jié)束總之：理論實際相符定性解釋滿意定量說明清楚預(yù)言有理有據(jù)機動目錄上頁下頁返回結(jié)束1、應(yīng)用經(jīng)典理論+數(shù)學(xué)模型（公式）求解二、途徑2、應(yīng)用試驗方法+物理模型測定3、應(yīng)用生物實體（活、死）進行現(xiàn)場分析研究機動目錄上頁下頁返回結(jié)束第四節(jié)主要前言領(lǐng)域發(fā)展趨勢和熱點趨勢和特點內(nèi)涵擴大：生物醫(yī)學(xué)工程；生物工程有機融合：生命科學(xué)與工程科學(xué)微觀深入：細胞-亞細胞-分子層次宏-微觀相結(jié)合：信息整合機動目錄上頁下頁返回結(jié)束主要前沿領(lǐng)域?細胞-分子力學(xué)與工程?器官-組織力學(xué)與工程?骨骼-肌肉-關(guān)節(jié)力學(xué)與工程?生物力學(xué)新概念、新技術(shù)與新方法?，，，機動目錄上頁下頁返回結(jié)束主要前沿領(lǐng)域?生物信號處理與系統(tǒng)分析（BiologicalSignalProcessingandSystemsAnalysis）?細胞-組織力學(xué)（CellandTissueBiomechanics）?基因治療與藥物輸運（GeneTherapyandDrugDelivery）?分子-細胞-組織工程（Molecular,Cellular,andTissueEngineering）?圖象化、圖象處理與醫(yī)學(xué)可視化（Imaging,ImageProcessing,andMedicalVisualization）?心血管與肺系統(tǒng)（CardiovascularandPulmonarySystems）?傳感器、醫(yī)學(xué)儀器與生物微系統(tǒng)（Sensors,Instrumentation,andBioMEMS）?遙醫(yī)學(xué)、臨床工程與健康保障系統(tǒng)（Telemedicine,ClinicalEngineering,andHealthCareSystems）?神經(jīng)系統(tǒng)與工程（NeuralSystemsandEngineering）?空間醫(yī)學(xué)（SpaceMedicine）?生物信息學(xué)與系統(tǒng)生物學(xué)（BioinformaticsandSystemsBiology）?醫(yī)學(xué)中的激光與光學(xué)（LasersandOpticsinMedicine）?矯形、康復(fù)與機器人（Orthopaedics,Rehabilitation,andRobotics）機動目錄上頁下頁返回結(jié)束摸底（隨堂）1、靜脈血與動脈血的不同2、神經(jīng)脈沖的傳播速度3、肌肉的分類常見肌型4、腿外展肌的組成5、松質(zhì)骨與密質(zhì)骨的不同6、腓骨短肌腱附著點跟腱附著點7、骨小梁與骨小體的定義8、成骨細胞和破骨細胞漿液的酸堿性9、肌微絲的構(gòu)造10、Krebs-Ringer溶液的配制11、壓電效應(yīng)12、Maxwell方程機動目錄上頁下頁返回結(jié)束機動目錄上頁下頁返回結(jié)束第二章生物力學(xué)的力學(xué)基礎(chǔ)一、何謂剛體第一節(jié)力的基本概念1、質(zhì)點：（抽象化的理想模型）具有一定質(zhì)量忽略其大小、形狀的幾何點。2、剛體：（抽象化的理想模型）相互間距離始終保持不變的許多質(zhì)點組成的連續(xù)體。忽略外力作用下形狀的改變。二、力的概念力的定義：涉及到的概念：施力物體和受力物體牛頓第三定律——作用力和反作用力力是物體間的相互作用。力的作用離不開物體。2.力的作用效應(yīng)：內(nèi)效應(yīng)（變形效應(yīng)）外效應(yīng)（運動效應(yīng)）（平動、轉(zhuǎn)動、復(fù)合運動）涉及到的概念：牛頓第一定律——力的定性定義牛頓第二定律——力的定量定義胡克定律——力與變形的關(guān)系3.力的三要素：大小、方向、作用點例如：股骨干骨折施行股骨髁上牽引復(fù)位時間上的差異、成角和橫向移位畸形、成角畸形三角形、平行四邊形、多邊形法則力的合成與分解法則：

應(yīng)用：二維投影*三維二次投影三維投影1-4作用在骨骼上的力一、物體平衡的力學(xué)條件1.共面匯交力系①力的分解FＹFＸFＯ②力的合成F4F3F2F1F5

yxα2α1α3α4α52.共面平行力系的力矩合力矩等于各分力力矩的代數(shù)和。OxyF4F1F3FnF2x4xnx1x3x2

例：共面平行力系對軸心O的力矩3.物體平衡的力學(xué)條件①作用在物體上的合外力為零；②作用在物體上的合力矩等于零。運動平面矢狀面額（冠）狀面水平（橫切）面運動軸

矢狀軸額狀軸垂直軸肌肉力可分成FmWaG例如：肌肉力的合成與分解以肱二頭肌為例穩(wěn)固分量（沿骨軸線）轉(zhuǎn)動分量（垂直骨軸線）在骨折等治療中有積極的意義在肢體運動中有積極的意義5.力系：二力平衡必要與充分條件是：力系（多力情況）：三力平衡匯交定理：

作用于一個物體上的一群力的集合稱為力系。當剛體受三個力作用而平衡時，若其中任何兩力的作用線相交于一點，則其余一力的作用線亦必交于同一點，且三力的作用線在同一平面內(nèi)。這兩個力大小相等、方向相反、沿同一條直線。力系的分類：

共點力系平面共點力系

非共點力系空間共點力系平行力系一般力系平面平行力系

空間平行力系例如：人在彎腰時作用在脊柱上的力跳高時作用在足上的力定滑輪轉(zhuǎn)動時力的作用*6.約束和約束反力：自由體：可以在空間作任意運動的物體。非自由體：

由于受到周圍物體的限制（或阻礙）而不能作任意運動的物體。約束：事先對物體的運動所加的限制條件。約束反力：（阻力）主動力：（動力）約束作用于非自由體的力。（簡稱：約束力）除約束力外，非自由體上所受到的所有促使物體運動或有運動趨勢的力。三、作用于人體內(nèi)外的力人體或人體局部受力分析：

（抓住主要矛盾，分離次要矛盾）②受力分析圖——將分離體所受的主動力和約束力以力的矢量形式表示在分離體上所得到的圖形。①分離體——把研究對象解除約束，從周圍物體中分離出來，畫出簡圖。先畫主動力，明確研究對象所受周圍的約束，進一步明確約束類型，再畫約束反力；必要時需用二力平衡共線、三力平衡匯交、力系平衡等條件確定某些約束反力的指向或作用線的方位。我們多次察覺作用于自己身體的力我們常常忽略作用于體內(nèi)諸力的重要性我們多數(shù)不知微觀結(jié)構(gòu)上力的作用內(nèi)力：（按力的宏觀、微觀分）內(nèi)力外力外力：人體內(nèi)部各個部分互相作用的力（肌力、韌帶張力、軟骨應(yīng)力、骨應(yīng)力）重力；摩擦力；彈性力；器械的其他阻力；支撐反作用力；流體作用力（按力的性質(zhì)分）1、第一基本力：機械力①

萬有引力：②接觸力：③摩擦力：④肌肉力：肌力定律解剖橫斷面：生理橫截面積肌力系數(shù)肌力生理橫斷面：與肌肉所有纖維垂直的斷面與肌肉縱軸垂直的斷面①性別：②人種：③后天因素：肌力系數(shù)：建議取美國莫利斯的肌力系數(shù)值：德國生理學(xué)家艾克：588~980KPa美國克羅莫：343KPa前蘇聯(lián)童克福：980KPa中國程國杰：588~686KPa美國莫利斯：710~920KPa①與肌纖維解剖條件的關(guān)系：②與肌纖維力學(xué)條件的關(guān)系（略）③與肌纖維生理條件的關(guān)系（略）比較梭形肌、扇形肌、羽狀肌、半羽狀肌的肌力大小及靈活性。2、第二基本力：電力①

電場力：②磁場力：3、第三基本力：核力超短距離力四、作用于人體的力鉅力矩的表達式：2.力矩的三要素：大小、方向、作用面（軸）大小：方向：右手螺旋定則第二節(jié)剛體生物靜力學(xué)骨骼幾何形狀的準確解剖學(xué)數(shù)據(jù)肌肉連接的準確位置和角度靜力平衡定律確定醫(yī)療器械所受的作用力計算人體肌肉力、骨骼力、關(guān)節(jié)力臨床上的癥狀矯形裝置的功能、原理及應(yīng)用改進醫(yī)療方法現(xiàn)行醫(yī)療方法一、平衡條件：1、2、（可分解）（定轉(zhuǎn)軸）例題1：（作業(yè)一）靠在墻上的木板已知地面與墻的摩擦系數(shù)分別為，使木板不下滑的角度。靜力學(xué)問題例題2：右圖的牽引裝置是用來施加一軸向力給折斷的股骨

(femur)。設(shè)病患之體重70kg，若要維持小腿平衡狀態(tài)，懸吊重量T應(yīng)為多少？試計算在上述條件下施加給大腿的平均張力F是多少？

解：假設(shè)滑輪無摩擦，則纜線在各處的張力T為相同。根據(jù)力平衡公式：

(一般人之小腿與足部之重量為體重之0.061。設(shè)病患之體重70kg，則

m=0.061×70=4.27kg=>mg=41.85N)

例題3：某人重75kg，手握重5kg的球，而手肘呈90°。二頭肌(bicep)須出力多少以維持前臂平衡？前臂施加多少力于肱骨(humerus)？

解：根據(jù)靜力平衡和靜力矩平衡前臂的重量為體重的0.022，故m=0.022*75=1.65kg,臂重心位于rOP=0.31m處。對于肘之支點O，其和力矩為零∴手肘的垂直力為FA=472.6N而根據(jù)力平衡式，∴二頭肌施力為FB=556.7N

∴手肘的水平力為FC=144.1N

故前臂的施力為解：根據(jù)靜力平衡和靜力矩平衡前臂的重量為體重的0.022，故m=0.022*75=1.65kg,臂重心位于rOP=0.31m處。對于肘之支點O，其力矩之和

ΣM=-rOE×(-FA)+rOB×(-5*9.8j)+rOP×(-1.65*9.8j)=0

=>

0.05FAk-18.62k-5.01k=0

∴手肘的垂直力為FA=472.6N

而根據(jù)力平衡式，

ΣF=FCi-FAj+FB(-cos75oi+sin75oj)-49j-16.17j=0

=>FC-0.259FB=0and-537.77+0.966FB=0

∴二頭肌施力為FB=556.7N

∴手肘的水平力為FC=144.1N

故前臂的施力為F=FCi-FAj=144.1i-472.6j

(N)

二、人體的杠桿作用：桿：FmWaG骨骼系統(tǒng)關(guān)節(jié)（單軸雙軸多軸）肌力（動力）支點：力：外力（阻力）單軸關(guān)節(jié)：滑車關(guān)節(jié)（指間、膝關(guān)節(jié)）圓柱關(guān)節(jié)（尺橈關(guān)節(jié)）雙軸關(guān)節(jié)：橢圓關(guān)節(jié)（腕、掌指關(guān)節(jié)）鞍狀關(guān)節(jié)（踝關(guān)節(jié)）三軸關(guān)節(jié)：球窩關(guān)節(jié)（肩、髖）平面關(guān)節(jié)（肩鎖關(guān)節(jié)）1、三種杠桿：（1）第一類杠桿：WhFmJ

例如.頭部杠桿定義特點例子WhFmJ31FmWhJ31平衡杠桿

例如.足部杠桿（2）第二類杠桿：定義特點例子省力杠桿

例如.臂部杠桿FmWaG（3）第三類杠桿：定義特點例子速度杠桿(費力杠桿）G=10NWa=30NFm15030cm30cm3cmT省力費力平衡杠桿省力杠桿速度桿桿*省力杠桿在康復(fù)中的作用可負較大重量加強肌肉保護(用小的動力克服大的阻力）*費力杠桿在康復(fù)治療中的作用訓(xùn)練肌力：通過調(diào)整阻力臂距離，增加或減少負荷重量。例：股四頭肌漸進抗阻獲得速度：可通過增加阻力臂，減少動力臂進行，雖然費力，但力點稍移動，即可加大阻力點移動的速度和范圍。(用大的動力克服小的阻力）(用小的動力點位移得到大的阻力點位移）2、拉角和阻角的影響：（2）阻角的影響：（阻力與桿的小夾角）（1）拉角的影響:（動力與桿的小夾角）①在相等的收縮下：拉角越小引起的旋轉(zhuǎn)越大；

拉角越大引起的旋轉(zhuǎn)越小。②在阻力不變的情況下：拉角越小轉(zhuǎn)動分量越小

——要用的力越大

拉角越大穩(wěn)固分量越大

——避免脫臼阻角越大拉力越大拉角和肌肉收縮關(guān)系圖肌肉收縮：每次收縮全長的八分之一3、作用于髖關(guān)節(jié)的力：（1）股骨與髖骨的基本結(jié)構(gòu)：①髖骨：②股骨：③髖關(guān)節(jié)：髂骨坐骨恥骨——髖臼頭、頸、大轉(zhuǎn)子、髁（內(nèi)、外側(cè)髁）、骨端髖臼、股骨頭髖關(guān)節(jié)的生理構(gòu)造（外部）髖關(guān)節(jié)的生理構(gòu)造（內(nèi)部）髖關(guān)節(jié)的生理構(gòu)造（骨端）關(guān)節(jié)腔隙CE角垂直線水平線AC角前傾角骨小梁骨端線（2）計算作用于股骨頭上的力R和外展肌力F在單腿站立的狀態(tài)下：②英曼數(shù)據(jù)：①外展肌群：臀大肌、臀中肌、臀小肌梨狀肌、閉孔內(nèi)外肌、股方肌闊筋膜張肌1英尺=0.3048米1英尺=12英寸使腿外展的肌群（肌肉）臀大肌:臀大肌起于髂翼外面，骶尾骨后面，止于股骨臀肌粗隆，一部分到髂脛束臀中肌:臀中肌起于髂翼外面和臀筋膜，止于股骨大轉(zhuǎn)子臀小肌:臀小肌起于髂翼外面，止于股骨大轉(zhuǎn)子前線闊筋膜張肌:闊筋膜張肌起于髂前上棘及其后側(cè)的髂嵴，移行于髂脛束達脛骨上端股骨FNWLN=WFmWL=1/7W7008cm3cm7cmR髖關(guān)節(jié)（3）臨床聯(lián)系：①鎮(zhèn)痛步態(tài)：（饋病步態(tài)）②外反骨：③骨端分離：④缺血性壞死：當外展肌麻痹或弱或損傷時；當髖關(guān)節(jié)有疾患時；骨端軟骨板向水平面轉(zhuǎn)動骨端與骨連接斷開供血不足（4）康復(fù)治療：器械以手杖為例若手杖支撐1/6體重FmWLN=5/6W單腳將離開骶骨中心正下方6cm作業(yè)2：彎腰角度：頭和上肢的重量：軀干的重量：（1）只彎腰雙手下垂不提重物求：骶骨頂作用于腰骶椎間盤基部的力R

和骶棘所施加的力F骶棘作用點分軀干：骶棘作用線與軀干夾角：作業(yè)2：彎腰角度：頭和上肢的重量：軀干的重量：（2）只彎腰雙手下垂提重物（0.2W)求：骶骨頂作用于腰骶椎間盤基部的力R

和骶棘所施加的力F骶棘作用點分軀干：骶棘作用線與軀干夾角：附加問：①椎間盤脫出、突出的臨床表現(xiàn)是什么？②內(nèi)突和外突的臨床表現(xiàn)有什么不同？③為避免脫出、突出手提重物時應(yīng)如何做？④康復(fù)方案？人體髖關(guān)節(jié)運動生物力學(xué)模型研究

介紹天津中醫(yī)藥大學(xué)生物力學(xué)實驗室第一方面：選題的科學(xué)依據(jù)

1、課題所屬研究領(lǐng)域2、課題的理論意義和應(yīng)用價值3、國內(nèi)外研究概況及發(fā)展趨勢

1、課題所屬研究領(lǐng)域a：人體髖關(guān)節(jié)運動生物力學(xué)模型研究屬于運動生物力學(xué)（Biomechanics）的研究范疇。

b：運動生物力學(xué)是一門主要研究運動中人體機械運動規(guī)律的科學(xué)。

C：運動生物力學(xué)的研究最終目的2、課題的理論意義和應(yīng)用價值a、髖關(guān)節(jié)重要性

b、體育運動學(xué)方面為評價運動員動作技術(shù)的合理性，設(shè)計新的體育訓(xùn)練手段，改善技術(shù)動作，提高體育成績提供理論依據(jù)

C、骨科臨床醫(yī)學(xué)方面近20年來，不論是作為生物力學(xué)的基礎(chǔ)理論研究，還是作為骨科臨床上的應(yīng)用研究，髖關(guān)節(jié)都是非常受重視的環(huán)節(jié)，因為不管是對人工髖關(guān)節(jié)生物材料的研究，還是骨科臨床上的髖關(guān)節(jié)置換術(shù)的開展，都必須充分了解髖關(guān)節(jié)的力學(xué)性能總結(jié)：希望通過本次研究能夠為以后的理論研究、體育研究和醫(yī)學(xué)研究提供成功的髖關(guān)節(jié)模型。3、國內(nèi)外研究概況及發(fā)展趨勢a、國外研究概況（Kane、Hazte）多體建模：Kane（美國）人體仿真：Hazte（南非）近幾年的研究：Miller(4剛體模型),Hazte(11剛體模型)等b、國內(nèi)研究概況

1980年12月成立了中國運動生物力學(xué)協(xié)會近幾年來的研究成果：中國人體尺寸、人體器官密度、，人體環(huán)節(jié)的慣性參數(shù)和回歸方程的測定等第二方面：課題的具體實施

1、技術(shù)路線

2、研究措施

3、進度計劃髖關(guān)節(jié)的生理構(gòu)造髖關(guān)節(jié)的建模原理與步驟進度計劃

髖關(guān)節(jié)建模的原理與步驟

從運動學(xué)和動力學(xué)兩方面通過多體的研究方法進行建模：第一：確定髖關(guān)節(jié)模型的組成部分第二：取得描述髖關(guān)節(jié)模型的各種數(shù)據(jù)第三：確定全局坐標系，組裝模型，并使各部件的局部坐標簡化第四：對模型進行校核，消除尺寸誤差，限定關(guān)節(jié)的運動范圍第五：添加約束和運動，將其應(yīng)用于具體問題進度計劃（2002.9-2004.6）課題相關(guān)文獻查閱：3個月髖關(guān)節(jié)生理學(xué)特性學(xué)習(xí)、運動生物力學(xué)的深化、多體知識的鞏固：3個月左右髖關(guān)節(jié)的幾何建模：2個月左右髖關(guān)節(jié)的運動學(xué)建模：3個月左右髖關(guān)節(jié)模型運動仿真與控制：3個月左右通過典型運動計算校核模型：3個月左右第三方面：

課題預(yù)期達到的成果和水平

希望通過多體系統(tǒng)動力學(xué)，運動生物力學(xué)與控制學(xué)建立起較為精確的髖關(guān)節(jié)力學(xué)仿真模型，能夠通過該模型分析髖關(guān)節(jié)運動的變化原理和規(guī)律，揭示髖關(guān)節(jié)的力學(xué)運動特性，準確模擬髖關(guān)節(jié)在運動時的肌肉骨骼狀態(tài)。并希望能夠為以后的理論研究、體育研究和醫(yī)學(xué)研究提供成功的髖關(guān)節(jié)模型。髕骨受力髕韌帶骨直肌骨中間肌骨內(nèi)側(cè)肌骨外側(cè)肌屈膝300F=W600900屈膝>900F=4WF=6WF=8W4、作用于膝關(guān)節(jié)的力（自學(xué)）三、人體的平衡平衡基本狀態(tài)：人體平衡：人體保持某一姿態(tài)的穩(wěn)定性或動態(tài)中的控制能力。靜止或勻速直線運動狀態(tài)1、關(guān)鍵在于重心（1）人體的重心：從解剖學(xué)角度看：左右基本對稱（正中偏右）。當人體自然站立時，總重心的位置一般在身體正中面上第三骶椎上緣前方7cm偏右處（2）人體重心位置：地球?qū)θ梭w各部分引力合力的作用點。如：(3)人體重心的變化特點：

男子的重心高度約為身高的56%，女子的重心高度約為身高的55%①重心通常會隨著消化、呼吸、血液循環(huán)等生理過程的進行而變化②重心通常會隨著姿勢的變化而變化③重心通常會隨著年齡、性別、身體結(jié)構(gòu)、后天狀況等特點而變化幾何形狀固定的物體，不管他怎樣運動，其重心相對于自身的位置是不變的。

成人與兒童

男子與女子

體操與足球運動員(4)人體重心測量方法①

重心板（一維或二維）實測靜態(tài)人體的重心位置②攝影和錄像獲得的人體圖像中通過測量和計算獲得第一步：以人體左下角邊緣處O點為原點繪出直角坐標系（OXY）。第二步：確定各環(huán)節(jié)點位置。第三步：確定頭和手的重心位置。頭的重心在耳廓上緣中點正面觀時在兩眉間，手的重心在中指的掌指關(guān)節(jié)處。第四步：連接關(guān)節(jié)點構(gòu)成人體棍圖。第五步：開始測量各環(huán)節(jié)的相片長度(以毫米為單位)，填入環(huán)節(jié)長度一欄內(nèi)。第六步:

把各環(huán)節(jié)重心至近側(cè)端距離占環(huán)節(jié)長度的比值填入半徑系數(shù)一欄內(nèi)。見表2—1中具體的布拉溫—菲舍爾環(huán)節(jié)相對重心位置數(shù)據(jù)。第七步：環(huán)節(jié)長度乘以環(huán)節(jié)相對重心位置百分比，填入環(huán)節(jié)重心近側(cè)端實長一欄內(nèi)。第八步：按環(huán)節(jié)質(zhì)心到近側(cè)端實際長度一欄的數(shù)據(jù)，在照片上的環(huán)節(jié)上點出環(huán)節(jié)質(zhì)心位置。頭手的位置不必計算，可以直接點出。第九步：從照片上測量各環(huán)節(jié)質(zhì)心的坐標。第十步：把人體模型中已知的環(huán)節(jié)相對重量數(shù)據(jù)添入表內(nèi)（P）。第十一步：計算出各環(huán)節(jié)對軸之矩Px,Py。第十二步：求出Px,Py的和，即為人體總重心位置。第十三步：在照片上點出總重心。2、人體平衡的分類①

上支撐平衡（懸垂平衡）②下支撐平衡（倒立平衡）③混合支撐平衡（肋木側(cè)平衡）(2).根據(jù)平衡的穩(wěn)定性（穩(wěn)度）①

穩(wěn)定平衡（吊袋、懸垂、單擺）有限度的穩(wěn)定平衡（通常人上支撐平衡）(1).根據(jù)人體重心與支撐點的位置關(guān)系②

不穩(wěn)定平衡（單臂倒立、走鋼絲）

（通常人下支撐平衡）③隨遇平衡（球的平衡、水平面的均質(zhì)環(huán)）①隨遇平衡②穩(wěn)定平衡③

不穩(wěn)定平衡特征重心線面無論任何位置都是平衡狀態(tài)重心不升高也不降低重力作用線通過支持面3、人體平衡的特點：1)動態(tài)平衡——瞬時性2)可調(diào)平衡——補償性3)訓(xùn)練平衡——可練性4)心理平衡——心理性動態(tài)平衡貫穿整個過程補償運動與破壞運動同時出現(xiàn)同時消失存在個體差異與應(yīng)時應(yīng)景等多種因素有關(guān)4、影響人體平衡的因素從力學(xué)角度：從生理學(xué)角度：年齡、性別、神經(jīng)控制能力、肌肉力量、身體狀態(tài)（特殊疾患）、藥物使用、運動疲勞等。支撐面大小重心高低視覺與心理因素質(zhì)量大小摩擦力大小第三章物質(zhì)的粘彈性被研究的對象：第一節(jié)引言在外力作用下：機動目錄上頁下頁返回結(jié)束實際的可變形的物體會變形乃至斷裂外力作用形變屈服斷裂可變形的物體一、變形的大小與作用在物體上的外力有關(guān)(F)與材料的力學(xué)性質(zhì)有關(guān)(EG)與物體的幾何尺寸有關(guān)(S)二、變形的本質(zhì)(微觀）由于在外力作用下，組成物體的各個微粒間的相對位置發(fā)生了變化。機動目錄上頁下頁返回結(jié)束例如：外形晶格點陣細胞膜物質(zhì)等三、變形的性質(zhì)彈性：塑性：（范性）除去引起變形的外力后，能恢復(fù)它原有形狀和大小。除去引起變形的外力后，不能恢復(fù)它原有形狀和大小。機動目錄上頁下頁返回結(jié)束完全彈性體部分彈性體非彈性體四、變形的種類（一）正（線）變形（二）切（剪切）變形（三）扭轉(zhuǎn)變形（切變形的一種）（四）彎曲變形（線變形的一種）機動目錄上頁下頁返回結(jié)束受大小相等、方向相反、作用力與作用面垂直的一對力的作用而發(fā)生的形變。（一）線變形（正變形）表現(xiàn)為長度拉伸或縮短。機動目錄上頁下頁返回結(jié)束（二）切變形（剪切變形）受大小相等、方向相反、作用力與作用面相切的一對力的作用而發(fā)生的形變。表現(xiàn)為兩個面發(fā)生錯動。（有線位移）機動目錄上頁下頁返回結(jié)束實驗中看出：說明：2.各縱線都傾斜了一角度，矩形變成平行四邊形。

1.橫截面仍為平面,各圓周線大小、形狀、間距不變，只是繞軸轉(zhuǎn)過了不同角度。無正變形，有切變形。

機動目錄上頁下頁返回結(jié)束（三）扭轉(zhuǎn)變形（切變形的一種）表現(xiàn)為兩個截面繞軸相對轉(zhuǎn)動。（有角位移）受大小相等、轉(zhuǎn)動方向相反、作用力與作用面相切的一對力偶的作用而發(fā)生的形變。機動目錄上頁下頁返回結(jié)束扭轉(zhuǎn)形變實驗中看出：說明：橫截面仍為平面（平面假設(shè)）。2.縱線為曲線，靠近底部變長，靠近頂部變短。1.根據(jù)變形連續(xù)性可知，中間必有一層中性層、中性軸。2.靠近底部被拉伸，靠近頂部被壓縮，同一高度處伸長或縮短相等。

機動目錄上頁下頁返回結(jié)束（四）彎曲變形（線變形的一種）1.橫線仍為直線，只轉(zhuǎn)過一角度，但仍垂直于縱線。受拉力、壓力作用而產(chǎn)生的形變。表現(xiàn)為桿件由直線變?yōu)榍€。機動目錄上頁下頁返回結(jié)束彎曲形變一、物體的應(yīng)力和應(yīng)變及其關(guān)系（一）外力、內(nèi)力、應(yīng)力F1F2F3F4F5mmIIIF1F2F3mmIF4F5II內(nèi)力外力第二節(jié)物質(zhì)的彈性機動目錄上頁下頁返回結(jié)束內(nèi)力---外力作用物體使物體發(fā)生形變，其內(nèi)部各部分之間因相對位置發(fā)生變化，而引起的相互作用力稱內(nèi)力。單位截面上的內(nèi)力---應(yīng)力機動目錄上頁下頁返回結(jié)束實驗：以截面為圓形的橡膠棒為例1、正應(yīng)力Sxy作用面積:S公式：xyF(1)(2)語言定義：單位：(3)(5)點應(yīng)力：2、切應(yīng)力FxyFγ△x(4)分解：正應(yīng)力、切應(yīng)力機動目錄上頁下頁返回結(jié)束1、正應(yīng)變(線應(yīng)變）△xxy正應(yīng)變：xyF絕對伸長:△x，△y正應(yīng)變：（二）應(yīng)變公式：(1)(2)語言定義：單位：無(3)機動目錄上頁下頁返回結(jié)束Fl0+△ll0FFFxyFγ△x切應(yīng)變（角應(yīng)變）：2、切應(yīng)變(剪切應(yīng)變、角應(yīng)變））傾斜角度:y公式：(1)(2)語言定義：單位：無(3)機動目錄上頁下頁返回結(jié)束FSd△x

FF′j（三）應(yīng)力與應(yīng)變關(guān)系公式：(2)生物力學(xué)意義：切變模量彈性模量剛度——抵抗負載變形的能力(1)機動目錄上頁下頁返回結(jié)束二、應(yīng)力、應(yīng)變關(guān)系曲線（本構(gòu)關(guān)系）（一）曲線機動目錄上頁下頁返回結(jié)束兩個范圍彈性范圍OB塑性范圍BF五個階段正比階段OA彈性階段OB屈服階段CD強化階段DE破壞階段EF五個極限正比極限σA彈性極限σB屈服極限σC強度極限σE斷裂極限σF兩條直線OA

CD1、正比段OA直線正比關(guān)系胡克定律正比極限點正比極限強度

機動目錄上頁下頁返回結(jié)束計算模量KOA機動目錄上頁下頁返回結(jié)束彈性與塑性分界點割線模量、微分模量2、彈性段OB直線+曲線彈性變形彈性極限點彈性極限強度

3、屈服段CD平線塑性變形蠕變屈服點屈服應(yīng)力

機動目錄上頁下頁返回結(jié)束計算屈服應(yīng)力4、細頸段DE曲線細頸最大極限點最大極限

機動目錄上頁下頁返回結(jié)束計算最大極限強度5、斷裂段EF曲線斷裂斷裂點斷裂強度

機動目錄上頁下頁返回結(jié)束計算斷裂強度、極限應(yīng)變力學(xué)指標：機動目錄上頁下頁返回結(jié)束1、主動脈彈性組織（二）生物材料本構(gòu)曲線（1）特性：（2）機理：（3）力學(xué)指標求解：①②沒有直線部分彈性強度是抗張強度的95%長分子結(jié)構(gòu)機動目錄上頁下頁返回結(jié)束2、密質(zhì)骨（1）特性：（2）機理：（3）力學(xué)指標求解：①直線部分很短②拉伸與壓縮曲線不重合機動目錄上頁下頁返回結(jié)束鋼筋混泥土結(jié)構(gòu)三、生物力學(xué)派生指標（一）泊松比（二）體變模量（三）可擴張度（壓縮系數(shù)）（四）順應(yīng)性在壓力的作用下，使容積增大而破裂的一種好特性橫向的相對縮短與縱向的相對伸長成正比壓強增量與容積的相對改變成正比每改變單位壓強容積改變與原容積的百分比改變單位壓強所對應(yīng)的體積改變量機動目錄上頁下頁返回結(jié)束四、正應(yīng)力、正應(yīng)變在骨折中的應(yīng)用（一）內(nèi)轉(zhuǎn)矩M和曲率1/R1、應(yīng)變以骨骼彎曲為例機動目錄上頁下頁返回結(jié)束以骨的某一數(shù)學(xué)切面為例機動目錄上頁下頁返回結(jié)束2、應(yīng)力以骨的某一數(shù)學(xué)切面為例從右側(cè)看過去3、面二次矩給出:(常用）(1)同一構(gòu)件使用方式不同，面二次矩不同可據(jù)截面的形狀計算(2)不同構(gòu)件使用方式相同，面二次矩不同實心圓棒空心圓棒機動目錄上頁下頁返回結(jié)束M、I一定，E越大……E、I一定，M越大……M、E一定，I越大……4、結(jié)論機動目錄上頁下頁返回結(jié)束（二）在骨折中的應(yīng)用1、斷裂標準之一YT抗拉強度以骨骼斷裂為例YC抗壓強度YB抗拉、抗壓強度中較小的那一個