骨科人体生物力学与施力特征分析
骨科人体生物力学与施力特征分析_
此外，人体所处的姿势是影响施力的重要因素，作业 姿势设计时，必须考虑这一要素。图5-8表示人体在 不同姿势下的施力状态，图中（a）为常见的操作姿 态，其对应的施力数值见表5-4，施力时对应的移动 距离见表5-5.
人机工程学 Ergonomics
第五章 人体生物力学与施力特征
5.2.3 举物时腰部生物力学模型
∑（L5/S1腰骶间盘力矩）=0 （5-7）
∑（L5/S1腰骶间盘受力）=0 （5-8）
主要解因得素腰：骶货间物盘的所重受力的和压货 物的力位达置到到54脊58柱N重，心大的多距数离工。 其它人因的素腰还骶有间：盘躯都体无扭法转承的受角 度、这货个物压的力大水小平和。形状、货物 移动的距离等。
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第五章 人体生物力学与施力特征
表5—3 手臂在坐姿下对不同角度和方向的操纵力（单位：N）
结论：左手弱于右手；向下用力大于向上用力；向内用力 大于向外用力。
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第五章 人体生物力学与施力特征
最大蹬力 一般在膝部 屈曲160°时 产生。
图5-7 不同体位下的蹬力
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第五章 人体生物力学与施力特征
当身体及身体的各个部位没有运动时，可认为 它们处于静止状态。必须满足以下条件：作用在这 个物体上的外力大小之和为零；作用在该物体上的 外力的力矩之和为零。
单一部位的静止平面模型（又称为二维模型） ，通常指的是在一个平面上分析身体的受力情况。 静的肌力比男性低20%～30%，右手比左手强 10%，而习惯有左手的人，其左手的肌力比右手强 6%～7%。
骨科生物力学
脊柱失稳是指脊柱在承受外力时发生异常位移或变形，可能导致疼痛 和功能障碍等症状。
脊柱疾病生物力学研究及治疗策略
脊柱疾病的生物力学研究
通过对脊柱疾病的生物力学研究，可以深入了解疾病的发生机制和发展过程，为制定有效 的治疗策略提供依据。
脊柱疾病的治疗策略
根据脊柱疾病的类型和严重程度，可以采取保守治疗、药物治疗、物理治疗、手术治疗等 多种治疗策略。
骨骼为人体提供支持和保护，维持身体姿势 和稳定。
造血和免疫
红骨髓具有造血功能，黄骨髓则具有免疫作 用。
运动功能
骨骼与肌肉、关节等协同作用，实现人体的 运动功能。
储存矿物质
骨骼是体内重要的矿物质储存库，尤其是钙 和磷。
骨骼损伤与修复机制
骨骼损伤类型
损伤修复过程
骨折、骨裂、骨挫伤等 是常见的骨骼损伤类型。
生物力学在治疗骨折、关节置 换、脊柱矫形等骨科手术中发 挥着重要作用，手术方案的设 计和实施需要考虑生物力学因 素，以确保手术效果和患者康 复。
在康复医学中，生物力学评估 和治疗手段可以帮助患者恢复 骨骼、肌肉和关节的正常功能 ，提高患者的生活质量。
通过对人群的生物力学指标进 行监测和评估，可以为骨科疾 病的预防提供科学依据。
纤维关节
骨性关节
由骨组织连接，如颅骨的骨连接，几 乎无活动性。
由纤维结缔组织连接，如韧带关节和 缝合关节，运动范围较小。
关节运动学与动力学分析
运动学分析
01
研究关节在三维空间中的运动轨迹、速度和加速度等，揭示关
节运动规律。
动力学分析
02
研究关节在运动过程中的力学特性和相互作用，包括力矩、功
率和能量等。
肌肉-骨骼系统分析
骨伤科生物力学
骨伤科生物力学骨伤科生物力学是研究人体骨骼系统在生理和病理状态下的力学特性和运动机制的学科。
它结合了生物学、物理学和工程学的原理，通过对骨骼系统的结构和功能进行分析，来研究骨骼系统的生物力学特性，为骨伤科的临床诊断和治疗提供科学依据。
骨伤科生物力学研究的重点之一是骨骼系统的力学特性。
骨骼是人体最重要的支撑结构之一，具有一定的强度和刚性。
通过研究骨骼的力学特性，可以了解骨骼的负荷分布、应力分布和变形情况，进而为骨伤科的手术设计和康复训练提供指导。
例如，骨折的治疗常常需要通过外固定或内固定的方式来恢复骨骼的正常结构和功能，而骨伤科生物力学的研究可以帮助医生选择合适的治疗方法和手术方案，以提高治疗效果和降低并发症的风险。
另一个重要的研究方向是骨骼系统的运动机制。
骨骼系统是人体运动的基础，它通过肌肉的收缩和关节的活动来实现身体的各种动作。
通过研究骨骼系统的运动机制，可以了解人体各个关节的运动范围、力学特性和稳定性，进而为骨伤科的关节置换和运动康复提供指导。
例如，在关节置换手术中，医生需要选择合适的人工关节来替代受损的关节，而骨伤科生物力学的研究可以帮助医生评估不同人工关节的运动特性，从而选择最适合患者的人工关节。
除了骨骼系统的力学特性和运动机制，骨伤科生物力学还涉及到一些其他的研究内容。
例如，骨骼系统的生长和发育是一个复杂的过程，它受到遗传和环境等多种因素的影响。
通过研究骨骼系统的生长和发育，可以了解骨骼的形态变化和力学特性的发展规律，为儿童骨科的诊断和治疗提供科学依据。
此外，骨骼系统还受到各种外界因素的影响，例如运动、药物和营养等。
通过研究这些因素对骨骼系统的影响，可以了解骨骼系统的适应性和可塑性，从而为骨伤科的预防和康复提供指导。
骨伤科生物力学是一个综合性的学科，它研究人体骨骼系统在生理和病理状态下的力学特性和运动机制，为骨伤科的临床诊断和治疗提供科学依据。
骨伤科生物力学的研究内容包括骨骼系统的力学特性、运动机制、生长发育和外界因素的影响等。
骨科生物力学暨力学生物学
骨科生物力学暨力学生物学
骨科生物力学和力学生物学是现代医学领域的研究热点。
这两个
学科，一个主要关注生物组织与生物力学之间的相互作用，另一个则
更注重对生物系统本身力学特点的研究。
它们的应用范围非常广泛，
涉及人体的各个方面，对人体健康的保护和恢复起着重要的指导作用。
从骨科生物力学的角度来看，我们可以深入了解骨骼系统受力特
点及其适应能力。
骨骼系统是人体最基本的支撑系统，保持人体的整
体结构稳定和姿势平衡。
我们常说“骨质越多越好”，但实际上，骨
骼系统的生物力学适应能力是更加关键的因素。
利用生物力学的分析
方法，我们可以了解到骨骼在受压、拉伸等不同载荷作用下的应变变
化和本质反应，从而为治疗骨质疏松、骨折等骨科疾病提供更加科学
合理的指导。
而力学生物学更着重于研究生物系统的本质力学特点。
人体是一
个高度复杂的生物系统，其内部的力学变化和相互作用十分复杂，深
入了解其特征对于判断人体的生理状况具有重大的作用。
对于人体内
部器官、细胞、分子等微观生物系统的力学特点的研究，可以更好地
了解人体生物系统的内部机理，为良好的生理状态和治疗疾病提供有
力的基础。
骨科生物力学和力学生物学的应用范围非常广泛，不仅可以被广
泛应用于医学领域，也涉及到工业、物理学、材料学等多个领域，对
于整个人类社会的科学发展都发挥了至关重要的作用。
在未来，这两
个学科的发展将更加深入和全面，为人类社会的各项事业带来积极的有益影响。
第五章-人体生物力学与施力特征
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第五章 人体生物力学与施力特征 3.刺激的清晰度和可辩性（环境影响） （1）信号与背景的亮度、颜色、信噪比及频率 的对比程度越强，反应时间越短； （2）刺激信号的刺激时间；参阅表3-4 （3）刺激的数目、颜色；表3-5 B （4）显示器及操纵器的设计。
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第五章 人体生物力学与施力特征
生物力学模型的基本原理建立在牛顿的三大定律上： （1）物体在无外力作用下会保持匀速直线运动或
静止状态； （2）物体的加速度跟所受的合外力大小成正比； （3）两个物体之间的作用力和反作用力总是大小
相等，方向相反，作用在一条直线上。
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图5-3 举物时腰部的生物力学静止平面模型
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第五章 人体生物力学与施力特征
5.3 人体的施力特征 5.3.1 主要关节的活动范围
骨与骨之间除了由关节相连外，还由肌肉和韧带 联接在一起。因韧带除了有联接两骨、增加关节的稳 固性的作用外，还有限制关节运动的作用。因此，人 体各关节的活动有一定的限度，超过限度，将会造成 损伤。
（1）操作手柄的布 置要使人在操作时 的各个关节在舒适 的调节范围内。
（2）在机器的纵向 布置上，要方便操作 者观察。减少颈部和 腰部的疲劳。
（c）开挖沟渠作业时操作人员的姿势
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第五章 人体生物力学与施力特征
5.3.2 肢体的出力范围
1、肌力：肌肉的力量来自肌肉收缩，肌肉收缩时产生 的力称为肌肉力。人的一条肌纤维所发挥的力量约为 0.01～0.02N，肌力是多条肌纤维的收缩力总和。人体 肌肉的生理特征。见表5-2
骨科生物力学
抗张性
骨骼能够抵抗拉伸和扭曲 力，保持身体的完整性和 运动能力。
弹性
骨骼具有一定的弹性，能 够在一定程度上吸收和分 散外力，减少损伤。
骨骼的生物力学模型
有限元分析
通过将骨骼划分为有限个元素，并分 析这些元素在各种外力作用下的反应， 可以预测骨骼在各种情况下的行为。
生物力学实验
数值模拟
利用计算机技术模拟骨骼在各种外力 作用下的行为，可以预测骨骼在不同 情况下的响应，为骨科疾病的诊断和 治疗提供依据。
通过实验方法测量骨骼在不同外力作 用下的响应，可以了解骨骼的实际生 物力学特性。
03
关节的生物力学特性
关节的结构与功能
总结词
关节的结构与功能是相互关联的，其结构决定了其功能，而功能的需求又会影 响其结构的发展。
详细描述
关节的结构复杂，包括骨骼、软骨、韧带、肌肉等组织，这些组织协同工作， 使关节能够进行各种运动。关节的功能主要包括运动、支撑和缓冲等。
运动医学
骨科生物力学在运动医学领域的应用主要涉及运动损伤的 预防和治疗，如肌肉拉伤、韧带撕裂、骨折等。
康复工程
在康复工程中，骨科生物力学可以帮助设计康复训练设备 ，制定康复治疗方案，提高康复效果。
骨关节炎治疗
骨科生物力学可以帮助理解骨关节炎的发病机制，为骨关 节炎的治疗提供理论支持和实践指导。
骨科生物力学的发展历程
位。
应力分散
内固定物应能够分散骨折部位的应 力，降低局部应力集中，减少骨折 端的活动。
材料选择
内固定物的材料应具备足够的强度 和耐久性，能够承受骨折愈合过程 中的生理应力。
外固定物的生物力学原理
稳定性
外固定物应提供足够的稳定性， 保持骨折部位的固定和位置。
第5章 人体生物力学与施力特征
（2）椎弓间的连结：
韧带和关节突关节
（3）寰椎与枕骨及枢椎的 关节
2. 脊柱的整体观及其 运动
避 免 静 态 肌 肉 施 力 的 设 计 要 点
①避免弯腰或其他不自然的身体姿势。 ②避免长时间地抬手作业。 ③坐着工作比立着工作省力。 ④双手同时操作时，手的运动方向应相反或者对称运 动，单手作业本身就造成背部静态肌肉施力。另外， 双手对称运动有利于神经控制。 ⑤作业位置高度应按工作者的眼睛和观察时所需的距 离来设计。
第5章 人体生物力学与施力特征
5.1人体运动与骨杠杆
主Байду номын сангаас要 讲 授 内 容
5.2 人体生物力学模型 5.3 人体的施力特征 5.4 合理施力的设计思路
主要关节的 活动范围
人 体 各 部 分 活 动 示 意 图
人 体 不 同 姿 势 的 施 力
(一）脊
柱
1. 椎骨间的连结：
（1）椎体间的连结：
避 免 静 态 肌 肉 施 力 的 设 计 要 点
•⑥常用工具，如钳子、手柄、工具和其他零部件、 材料等，都应按其使用的频率或操作频率安放在人的 附近。 •⑦当手不得不在较高位置作业时，应使用支撑物托 住肘关节、前臂或者手。 •⑧利用重力原则。
避 免 弯 腰 提 起 重 物
图2 -25人体侧面数学模型的构成
人体生物力学分析人体骨骼肌肉系统的运动特性
人體生物力學分析人體骨骼肌肉系統的運動特性人体生物力学分析人体骨骼肌肉系统的运动特性人体生物力学是一门研究人体结构与功能之间相互关系的学科，它通过运用物理学和工程学原理，分析和评估人体在各种运动状态下的运动特性。
在人体运动过程中，骨骼和肌肉系统起着重要的作用，其结构和功能对于人体的运动表现具有重要影响。
本文将以人体生物力学的视角，对人体骨骼肌肉系统的运动特性进行深入分析。
一、骨骼系统骨骼系统是人体结构的基础，由骨骼和关节组成。
骨骼具有支撑和保护内脏器官的功能，同时也为肌肉运动提供支撑和固定点。
运动过程中，骨骼通过关节的活动，使身体的各个部位能够协调运动。
二、肌肉系统肌肉系统由肌肉和肌腱组成，是人体力量和动作的主要来源。
肌肉通过肌腱与骨骼相连接，通过收缩和放松来实现骨骼的运动。
肌肉的主要功能包括产生力量、维持身体姿势、稳定关节和调节身体的运动。
三、人体运动特性的测量方法为了分析人体骨骼肌肉系统的运动特性，研究者们采用了多种测量方法。
其中包括：1.运动学：通过测量身体不同部位的位置和角度的变化，来研究运动的过程和特性。
运动学可以提供运动的轨迹、速度和加速度等信息。
2.动力学：通过测量外界施加在身体上的力和人体做出的反作用力，来研究运动的动力学特性。
动力学可以提供力和力矩等信息，用于分析运动过程中的力学变化。
3.电生理学：通过测量神经和肌肉的电活动，来研究肌肉收缩和神经控制的特性。
电生理学可以提供肌肉的激活和疲劳状态等信息。
四、人体骨骼肌肉系统的运动特性1.力学特性：人体骨骼肌肉系统的运动特性受到肌肉的力量和韧性的影响。
肌肉产生的力量决定了人体的运动能力，而肌肉的韧性则决定了人体的柔韧性和弹性。
力学特性的测量可以通过力平台和力传感器实现。
2.运动的稳定性：人体运动过程中，骨骼肌肉系统需要保持稳定性以避免受伤。
稳定性的测量可以通过加速度计和陀螺仪等设备实现。
3.动作的协调性：人体运动需要各个部位的协调配合才能完成复杂的动作。
人体生物力学与施力特征
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５.２ 人体生物力学模型
• 引起腰部疼痛的主要原因是用手进行的一些操作，如抬起重物、折弯 物体、拧转物体等，这些动作造成的疾病也是最严重的。除此之外， 长时间保持一个静止的姿势也是引起腰部问题的主要原因。因此，生 物力学模型应该详细分析这两个问题的原因。
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５.３ 人体的施力特征
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５.１ 人体运动与肌骨系统
• 每块肌纤维还可以更进一步地细分成更小的肌原纤维，直到最后的提 供收缩机制的蛋白质丝。这些蛋白质丝可以分为两类，一种是有分子 头的粗长蛋白质丝，称为肌球蛋白；一种是有球状蛋白质的细长丝， 称为肌动蛋白。
• ５.１.２骨杠杆
• 人体有２０６块骨头，它们组成坚实的骨骼框架，从而可以支撑和保 护肌体。骨骼系统的组成使得它可以容纳人体的其他组成部分并将其 连接在一起。
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５.１ 人体运动与肌骨系统
• （１）平衡杠杆 • 支点位于重点与力点之间，类似天平秤的原理，例如通过寰枕关节调
节头的姿势的运动，见图５-２（ａ）。 • （２）省力杠杆 • 重点位于力点与支点之间，类似撬棒撬重物的原理，例如支撑腿起步
抬足跟时踝关节的运动，见图５-２（ｂ）。 • （３）速度杠杆 • 力点在重点和支点之间，阻力臂大于力臂，例如手执重物时肘部的运
• 肌肉的收缩是运动的基础，但是，单有肌肉的收缩并不能产生运动， 必须借助于骨杠杆的作用，方能产生运动。人体骨杠杆的原理和参数 与机械杠杆完全一样。在骨杠杆中，关节是支点，肌肉是动力源，肌 肉与骨的附着点称为力点，而作用于骨上的阻力（如自重、操纵力等 ）的作用点称为重点（阻力点）。人体的活动，主要有下述三种骨杠 杆的形式：
生物力学与人体运动分析
生物力学与人体运动分析生物力学是研究生物体运动和力学性质的学科，通过运用力学原理和方法，对人体运动进行深入分析。
在医学、运动科学、康复治疗等领域中，生物力学的应用非常广泛，可以帮助我们更好地理解人体运动的机理和特点，从而为运动训练、康复治疗等提供科学依据。
一、生物力学的基本原理生物力学的研究对象主要是人体骨骼系统和肌肉系统。
在人体运动过程中，骨骼系统提供支撑和保护，肌肉系统则负责产生力量和控制运动。
通过运用牛顿力学的基本原理，生物力学可以分析人体运动的力量、速度、加速度等参数，并研究骨骼关节的力学特性。
二、人体运动的力学分析1. 步态分析：步态是人体行走过程中的一种运动模式，通过对步态的力学分析，可以了解人体行走的步幅、步频、步态稳定性等参数。
这对于康复治疗、运动训练等具有重要意义。
2. 动作分析：生物力学可以帮助我们分析人体各种动作的力学特点。
例如，通过运用生物力学方法，可以研究运动员在进行跳高、跳远等项目时的起跳力量、着地冲击力等参数，从而为运动员提供科学的训练指导。
3. 姿势分析：生物力学可以帮助我们分析人体在不同姿势下的力学特点。
例如，通过运用生物力学方法，可以研究人体在坐姿、站姿、躺姿等不同姿势下的脊柱压力分布、关节力量分布等参数，从而为人体工程学设计提供科学依据。
三、生物力学在康复治疗中的应用生物力学在康复治疗中发挥着重要作用。
通过对患者运动过程的力学分析，可以帮助康复医生了解患者的运动能力和运动障碍，从而制定出科学的康复治疗方案。
例如，在关节置换手术后的康复治疗中，通过生物力学分析，可以确定患者在康复过程中的运动范围、负荷等参数，从而帮助患者尽早恢复正常功能。
四、生物力学在运动训练中的应用生物力学在运动训练中也有重要应用。
通过对运动员运动过程的力学分析，可以帮助教练员了解运动员的力量、速度等参数，从而制定出科学的训练计划。
例如，在田径运动中，通过生物力学分析，可以帮助教练员优化运动员的起跳力量、着地技术等，提高运动员的竞技水平。
骨科研究中的生物力学原理
骨科研究中的生物力学原理在医学领域中，骨科学是关于骨骼疾病的研究。
骨科研究中的生物力学原理是非常重要的。
生物力学是力学的一个分支，其研究的对象是生物体的结构和运动。
骨科研究中的生物力学原理，指的是以生物体为对象，运用力学原理研究生物体力学、运动学特性及其与环境的相互作用。
这一领域对于骨科学研究的深入理解和治疗方案的制定都有至关重要的影响。
1. 骨骼的结构从生物力学角度来看，骨骼是由组成的复杂的结构。
在结构上，骨骼主要含有两种物质，一种是钙质，一种是胶原蛋白。
钙质使骨骼硬度高，胶原蛋白则使骨骼具有韧性。
骨骼的结构对于其机械性能有着很大的影响。
骨骼的耐受能力主要来源于骨皮质和骨髓腔。
骨皮质是骨骼的外部部分，主要负责承受外部的负荷，而骨髓腔则是骨髓的储存处。
这些结构的组合形成了骨骼的复杂的力学性能。
2. 在生物体内的应力分布生物组织内的应力分布是一重要的话题，对于治疗和预防骨骼疾病非常有用。
通过生物力学的原理，我们可以了解生物体内各个部位的应力情况，从而更好地理解疾病的成因。
骨骼的应力分布主要是受到力的大小、方向和时间的影响。
比如在行走的时候，足底会受到来自地面的反作用力，同时，体重也会在膝盖、髋关节和脊柱等部位造成应力，这些应力对于骨骼的稳定和维护有很大的作用。
3. 骨骼受力的特点骨骼处于永久受压和拉伸的状态下，如何保持其稳定性是骨科研究中十分重要的话题之一。
实际上，在生物体内，骨骼受力的过程与其他技术领域的运动学和动力学密不可分。
以骨折为例，我们需要将生物力学的分析用于骨骼治疗。
在骨折的治疗中，我们需要对骨骼受力状态进行分析，并要根据特定条件来设计治疗方案。
生物力学的原理为骨科学的研究带来了极大的提升，其应用可能包括对生物体内某些部位的应力分布，以及对应力测量工具的开发。
此外，在骨折治疗和骨骼改造等方面，共同研究生物力学角度下的骨折发展可能会提供更多的可行性治疗方法。
结语生物力学与骨科研究的结合，使我们对于骨骼疾病有了更深入的理解和治疗方法。
骨伤科生物力学
骨伤科生物力学骨伤科生物力学是研究人体骨骼系统在运动中的力学特性和力学变化规律的学科。
它结合了生物学和力学的原理，通过研究骨骼系统的力学行为，可以帮助医生更好地理解和治疗骨伤疾病。
一、骨骼系统的力学特性骨骼系统是人体的支撑结构，能够承受来自外部的力和负载。
骨骼系统的力学特性包括骨骼的刚度、强度和韧性。
1. 刚度：骨骼的刚度是指骨骼对外部力的抵抗能力。
刚度越大，骨骼对外力的变形程度越小。
骨骼的刚度主要由骨组织的弹性模量决定，不同骨骼部位的刚度也不同。
2. 强度：骨骼的强度是指骨骼能够承受的最大力。
强度与骨骼的结构和组织密切相关，骨骼中的骨小梁和骨小片是承受压力和拉力的主要部位，它们的数量和分布对骨骼的强度起着重要作用。
3. 韧性：骨骼的韧性是指骨骼对外部冲击或震动的抵抗能力。
韧性主要由骨骼的韧带和骨骼间负责缓冲和吸收冲击力的软骨组织共同作用。
二、生物力学在骨伤科中的应用生物力学研究的目标是通过分析骨骼系统的力学行为，为骨伤科的临床实践提供理论依据和技术支持。
1. 骨折修复：生物力学可以帮助医生了解骨折过程中骨骼的应力和应变变化，通过设计适当的外固定装置或内固定器材来促进骨折的愈合。
此外，生物力学还可以评估不同修复方法的效果，并优化治疗方案。
2. 关节置换：生物力学可以评估关节置换术的效果和潜在的机械问题，为手术方案的选择和术后康复提供指导。
通过模拟和分析关节的力学行为，可以预测人工关节的寿命和功能，进一步优化关节置换手术的效果。
3. 运动损伤预防：生物力学可以分析运动时骨骼系统的负荷分布和运动方式，帮助预防运动损伤的发生。
通过评估运动员的运动技术和姿势，可以提出相应的建议和指导，减少运动伤害的风险。
4. 功能评估和康复训练：生物力学可以通过运动分析和力学测量来评估患者的骨骼功能，并设计个性化的康复训练方案。
通过监测康复过程中的力学变化，可以及时调整康复计划，提高康复效果。
三、发展趋势和挑战随着科技的进步和研究的深入，骨伤科生物力学面临着新的机遇和挑战。
骨科患者护理中生物力学的应用研究
骨科患者护理中生物力学的应用研究摘要】目的：对骨科患者护理中生物力学的应用效果进行研究分析。
方法：选取在我院骨科收治入院的240例患者，随机平均分为A、B两组。
B组采用常规的护理方法对患者进行护理，A组采用生物力学的方法对患者进行护理，然后对比两组的临床效果。
结果：A组患者的有痛率、护理人员舒适度体会、患者满意度、压疮出现率均较B组有明显优势，组间差异显著具有统计学意义（P<0.01）。
结论：骨科患者在护理人员运用生物力学护理的情况下，有满意度高、压疮出现率低、护理人员体会优等特点。
【关键词】骨科患者护理生物力学【中图分类号】R471 【文献标识码】A 【文章编号】2095-1752（2013）08-0121-021 前言骨科患者的特点是自身活动受到限制，无法自由活动，甚至翻身都是异常困难。
因此在骨科患者护理的过程中，护理工作显得至关重要。
然而现如今各大医院对骨科患者护理采用的是常规护理办法，这种常规的护理很容易造成患者出现压疮等多种并发症，而且护理过程中护理人员时常会因护理动作的不规范使得患者不满意[1]。
笔者通过研究、统计分析骨科患者护理中应用生物力学的临床效果。
2 资料与方法1.1 一般资料选取从2009年5月-2011年5月在我院骨科接受治疗并住院的240例行动受限的患者资料，年龄为53岁-75岁，平均65.5岁。
其中多发骨折8人，四肢骨折114人，关节损伤48人，软组织损伤20人，脊柱损伤50人。
疗养治疗48人，手术治疗192人，平均住院时间22天。
随即将上述患者分为A、B两组。
A为应用组，B为对照组，分别应用生物力学护理方法和常规护理方法。
2.2 护理方法B组患者护理运用传统护理方法，对于翻身受限的患者可要求两名护理人员协同护理。
A组患者护理运用生物力学护理方法，具体操作为：（1）患者需要翻身时操作：护理人员将病床的高度升高至自身的髋关节部位，这样做的目的是有助于护理人员的方便操作，有助于提升护理人员的体会。
生物力学研究在骨科医学中的应用
生物力学研究在骨科医学中的应用骨科医学是以治疗各种骨骼和肌肉疾病为主的医学专业，近年来随着生物力学研究的发展，骨科医学开始引入生物力学技术对疾病进行治疗和诊断。
本文将就生物力学技术在骨科医学中的应用进行探讨。
I. 生物力学技术在骨科医学中的意义生物力学是研究机体运动和受力机制的学科，其发展进程在很大程度上推动了现代骨科医学的发展。
生物力学技术可以解释和模拟骨骼和肌肉的力学行为，并针对不同的疾病制定相应的治疗方案和手术操作。
生物力学技术的应用可以协助医生了解受损骨骼和肌肉的结构和功能，并对治疗和康复过程进行跟踪和评估。
通过生物力学技术，医生可以获得更多准确的数据，更好地进行手术规划和治疗决策，提高治疗的有效性和安全性。
II. 生物力学技术在骨科手术中的应用1. 骨折修复生物力学技术在骨折修复中的应用是最为普遍的。
医生可以通过生物力学技术对受损的骨骼进行力学分析，确定骨折的类型和程度，制定相应的治疗方案。
在手术中，医生可以利用生物力学技术设计和选择合适的手术器械，进行手术操作。
生物力学技术可以帮助医生精确地确定骨折部位的内部和外部受力情况，避免手术时对骨折部位造成过多的伤害。
同时，生物力学技术还可以检测手术效果，评估骨骼的生理状态，为手术后的恢复提供科学依据。
2. 人工关节置换人工关节置换是治疗关节损伤和骨质疏松症的标准手术，其效果直接关系到患者的生活质量。
生物力学技术在人工关节置换中的应用有以下几个方面：（1）设计和选择合适的人工关节类型和尺寸通过生物力学技术，医生可以了解患者关节的力学分布情况和运动要求，为患者选择合适的人工关节类型和尺寸，确保患者手术后的生活质量和关节稳定性。
（2）手术操作规划和辅助生物力学技术可以辅助医生进行手术操作规划，确定关节置换的位置和角度，并配合手术器械完成手术操作。
生物力学技术可以监视手术过程中的力学变化，避免手术对周围组织和肌肉造成损伤。
（3）术后恢复检测和辅助治疗生物力学技术可以监测患者关节的力学变化和运动情况，及时调整治疗方案，进行术后恢复指导，加快患者恢复进程。
人体生物力学与施力特征讲解
骨杠杆
肌肉完成运动需要借助骨杠杆的作用才能 完成。在骨杠杆中，关节是支点，肌肉是动 力源，肌肉与骨的附着点为力点。骨杠杆主 要包括三种形式：平衡杠杆、省力杠杆和速 度杠杆。
人体生物力学模型
人体生物力学建模原理 生物力学模型是用数学表达式表示人体机械 组成部分之间的关系。肌肉骨骼系统被看做 机械系统中的联结，骨骼与肌肉是一系列功 能不同的杠杆。 生物力学模型原理基于的牛顿定律： 1.物体在无外力作用下会保持匀速直线运动或 静止状态。 2.物体的加速度跟所受的合外力大小成正比。 3.两个物体之间的作用力和反作用力总是大小 相等，方向相反，作用在一条直线上。
合理施力的设计思路
5.作业位置高度应按工作者的眼睛和观察时所 需的距离来设计。 6.常用工具放在人的附近。 7.当手不得不在较高的位置作业时，应使用支 撑物来托住肘关节、前臂或手。 8.利用重力作用，采用自由下落的方法。如图 5-11所示。
合理施力的设计思路
避免弯腰提起重物
人的脊柱为“S”曲线形，脊柱承受的重量负 荷由上至下逐渐增加，在提起重物时加载腰 椎的负荷与人体本身负荷共同作用，使腰椎 承受极大的负担，引起腰椎疾病的发生。 改变弯腰姿势能减小腰椎承受的负荷，如图512所示，直腰弯膝提起重物所承受的负荷较 小，而弯腰直膝所承受的负荷较大。
人体的206块骨头构成人体的骨架。
骨的功能与骨杠杆
骨是体内坚硬而有生命的器官，总数约206块， 分为躯干骨、上肢骨、下肢骨和颅骨。 骨的功能： 1.支持人体的软组织和支撑全身重量。 2.骨腔保护内脏器官并协助内脏器官进行活动， 如呼吸、排泄等。 3.骨骼中的骨髓具有造血功能，并储存钙和磷。 4.肌肉牵动骨骼绕关节运动，使人体完成各种 活动。
举物时腰部生物力学模型
6人体生物力学与施力特征
主要内容：人体生物力学与施力特征
目的：1.了解骨杠杆；
2.熟悉人体肢体的出力范围与不同姿势的施力范围；
3.掌握合理施力的设计思路。
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讲授内容
（1）介绍人体运动与骨杠杆：包括人体运动系统、骨的功能与骨杠杆。
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10分钟
（2）介绍人体生物力学模型：包括人体生物力学建模原理、前臂和手的生物力学模型、举物时腰部生物力学模型。
能力训练任务及案例
训练任务：
合理施力的设计思路
案例：
如何避免静态肌肉施力、避免弯腰提起重物。
参考资料
《人机工程学》（第四版）丁玉兰主编北京理工大学出版社
《产品造型材料与工艺》程能林主编北京理工大学出版社
《工业设计史》何人可主编北京理工大学出版社
二、教学设计
步骤
教学内容
教学方法
教学手段
学生活动
时间分配
根据教学情况进行归纳总结
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10分钟
（3）介绍人体的施力特征：包括主要关节的活动范围、肢体的出力范围பைடு நூலகம்人体不同姿势的施力。
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30分钟
（4）介绍合理施力的设计思路：包括避免静态肌肉施力、避免弯腰提起重物、设计合理的工作台。
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回答问题
30分钟
总结与作业
①总结这节课内容
②课后复习所讲内容并预习下节课内容
《人机工程学》课程单元教学设计
——人体生物力学与施力特征
一、教案头
本次课标题：人体生物力学与施力特征
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第五章 人体生物力学与施力特征
图5-8 人体在不同姿势下的实力状态 （a）操作姿态
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第五章 人体生物力学与施力特征
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第五章 人体生物力学与施力特征
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第五章 人体生物力学与施力特征
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第五章 人体生物力学与施力特征
表5-1 重要活动范围和身体各部舒适姿势的调节范围
10.下摆、上摆
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第五章 人体生物力学与施力特征
表5-1（续） 重要活动范围和身体各部舒适姿势的调节范围
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第五章 人体生物力学与施力特征
（c）开挖沟渠作业时操作人员的姿势
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第五章 人体生物力学与施力特征
5.3.2 肢体的出力范围
1、肌力：肌肉的力量来自肌肉收缩，肌肉收缩时产生 的力称为肌肉力。人的一条肌纤维所发挥的力量约为 0.01～0.02N，肌力是多条肌纤维的收缩力总和。人体 肌肉的生理特征。见表5-2 2、操作力：在作业中，为了达到操作效果，操作者有
关部位（手、脚、躯干等）所施出的一定大小的力。
决定因素：肌力、施力的姿势、部位、方式和方向。 只有在这些综合条件下的肌肉出力的能力和限度才是 操纵力设计的依据。
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第五章 人体生物力学与施力特征
表5—2
身体主要部位肌肉所产生的力（单位：N，20～30岁）
结论：女性的肌力比男性低20%～30%，右手比左手强 10%，而习惯有左手的人，其左手的肌力比右手强 6%～7%。
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第五章 人体生物力学与施力特征
5.2.3 举物时腰部生物力学模型
∑（L5/S1腰骶间盘力矩）=0 （5-7）
∑（L5/S1腰骶间盘受力）=0 （5-8）
解得腰骶间盘所受的压 主要因素：货物的重力和货 力达到5458N，大多数工 物的位置到脊柱重心的距离。 其它因素还有：躯体扭转的角 人的腰骶间盘都无法承受 度、货物的大小和形状、货物 这个压力水平。 移动的距离等。
第五章 人体生物力学与施力特征
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第五章 人体生物力学与施力特征
（１）在直立姿势下弯臂时，不同角度时的力量分 布；如图5-5。 （２）在直立姿势下臂伸直时，不同角度位置上拉 力和推力的分布；如图5-6。 （３）在坐姿下手臂在不同角度和方向上的推力和 拉力；如图T1，如表5-3。 （４）坐姿时，下肢不同位置上的蹬力大小。 如图5—7(a)和5-7(b）。 注:肢体所施力量的大小，与持续时间有关. 如图T3和图T4
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第五章 人体生物力学与施力特征
（b）开渠机驾驶舱（正视图）
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第五章 人体生物力学与施力特征
（1）操作手柄的布 置要使人在操作时 的各个关节在舒适 的调节范围内。 （2）在机器的纵向 布置上，要方便操作 者观察。减少颈部和 腰部的疲劳。
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第五章 人体生物力学与施力特征
图5-1 人体骨杠杆
（a）平衡杠杆（b）省力杠杆（c）速度杠杆
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第五章 人体生物力学与施力特征
5.2人体生物力学模型 5.2.1 人体生物力学建模原理 生物力学模型是用数学表达式表示人体机械组 成各部分之间的关系。在这个模型中，肌肉骨骼系 统被看做机械系统中的联接，骨骼和肌肉是一系列 功能不同的杠杆。生物力学模型可以采用物理学和 人体工程学的方法来计算人体肌肉和骨骼所受的力 ，通过这样的分析就能帮助设计者在设计时清楚工 作环境中的危险并尽量避免这些危险。
的生物力学特性所决定。人体重量轻的部位比重的部位、短的部位比长的 部位、肢体末端比主干部位的动作更灵活。因此，设计机器及其操纵装置 时，应当充分考虑人体动作灵活性的特点。参阅表B-5 人机工程学 Ergonomics
第五章 人体生物力学与施力特征
表B—1 人体各部位动作速度与频率限度
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图5-3 举物时腰部的生物力学静止平面模型
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第五章 人体生物力学与施力特征
5.3 人体的施力特征 5.3.1 主要关节的活动范围
骨与骨之间除了由关节相连外，还由肌肉和韧带 联接在一起。因韧带除了有联接两骨、增加关节的稳 固性的作用外，还有限制关节运动的作用。因此，人 体各关节的活动有一定的限度，超过限度，将会造成 损伤。 另外，人体处于舒适时，关节必然处在一定的舒 适调节范围内。表5-1为人体重要活动范围和身体各 部姿势调节范围，表中的身体部位及关节名称可参考 相应的示意图5-4。
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第五章 人体生物力学与施力特征
生物力学模型的基本原理建立在牛顿的三大定律上： （1）物体在无外力作用下会保持匀速直线运动或 静止状态； （2）物体的加速度跟所受的合外力大小成正比； （3）两个物体之间的作用力和反作用力总是大小 相等，方向相反，作用在一条直线上。
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“不可减的最少限”：反应时间不再减少的刺激强 度增量的上限值。
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第五章 人体生物力学与施力特征 3.刺激的清晰度和可辩性（环境影响） （1）信号与背景的亮度、颜色、信噪比及频率 的对比程度越强，反应时间越短；
（2）刺激信号的刺激时间；参阅表3-4
（3）刺激的数目、颜色；表3-5 B
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第五章 人体生物力学与施力特征
当身体及身体的各个部位没有运动时，可认为 它们处于静止状态。必须满足以下条件：作用在这 个物体上的外力大小之和为零；作用在该物体上的 外力的力矩之和为零。 单一部位的静止平面模型（又称为二维模型） ，通常指的是在一个平面上分析身体的受力情况。 静止模型认为身体或身体的各个部分如果没有运动 就处于静止状态。
图5-8（b）为常见的活动姿态，其对应的
实力大小见表5-6，施力时相应的移动距离已标
注在该图中。
图5-8 人体在不同姿势下的实力状态 （b）活动姿态
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第五章 人体生物力学与施力特征
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第五章 人体生物力学与施力特征
补充材料
1：影响人体能的因素
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可知大约在70°处 可达最大值，即产生相 当于体重的力量。这正 是许多操纵机构（例如 方向盘）至于人体正前 上方的原因所在。
180°
图5-5 立姿弯臂时的力量分布
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第五章 人体生物力学与施力特征 拉力
推力
最大拉力产生在180°位置上 最大推力产生在0°位置上 。 。 返回 图5-6 立姿直臂时拉力和推力分布
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第五章 人体生物力学与施力特征
图T1 坐姿时手臂的操纵力的测试方位 返回 人机工程学 Ergonomics
第五章 人体生物力学与施力特征
表5—3 手臂在坐姿下对不同角度和方向的操纵力（单位：N）
单一物体的静止平面模型是最基础的模型，它 体现了生物力学模型最基本的研究方法。复杂的三 维模型和全身模型都建立在这个基本模型上。
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5.2.2 前臂和手的生物力学模型
∑（肘部受力）=0 （5-3） ∑（肘部总力矩）=0 （5-4）
图5-2 抓捏物体时前臂和手的生物力学简化模型
人体各部分的活动范围
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第五章 人体生物力学与施力特征
人 体 上 部 及 上 肢 固 定 姿 势 活 动 角 度 范 围
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第五章 人体生物力学与施力特征
主要关节活动范围在设计中的应用实例 开渠机挖沟作业中操作手柄和座椅的设置
（a）挖沟作业示意图
反应时间（ RT）:又称为反应潜伏期，它是指刺激和反应
的时间间隔。它由反应知觉时间（tz）和动作时间（td）组
成。 即 RT=tz+td
简单反应时间、选择反应时间、析取反应时间
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第五章 人体生物力学与施力特征
影响反应时间的主要因素
1.不同的感觉器官（不同性质的刺激）
（1）支撑人体 （2）保护内脏 （3）运动的杠杆 （4）造血 （5）储备矿物盐：主要是磷 和钙等。
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第五章 人体生物力学与施力特征 2. 骨杠杆 根据支点，力点（动力点）、重点（阻力点） 三者不同的位置分布，分为：见图5-1 （1）平衡杠杆 （2）省力杠杆 （3）速度杠杆：用力大，但运动速度快 由等功原理，得之于力则失之于幅度，反之亦 然。因此，最大的力量与最大的运动范围两者是相 矛盾的，在设计操纵动作时，必须考虑这一原理。
之前是不断增长的，20岁左右达到顶峰，这种状态大约
可以保持10~15年，随后开始下降。 此外，人体所处的姿势是影响施力的重要因素，作业 姿势设计时，必须考虑这一要素。图5-8表示人体在 不同姿势下的施力状态，图中（a）为常见的操作姿
态，其对应的施力数值见表5-4，施力时对应的移动
距离见表5-5.
第五章 人体生物力学与施力特征
表B-2 人体各部分的最大运动频率
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第五章 人体生物力学与施力特征