骨生物力学教学ppt课件
合集下载
骨组织的生物力学ppt课件
老年人的骨其无机质的含量相对较多，其骨脆 性大，容易骨折，且骨折后不易愈合。
因此，在日常生活及体育运动中应充分注意其 年龄特征，以避免骨变形或骨折的发生。
编辑版ppt
23
四、骨的代谢
是通过成骨细胞和破骨细胞参与的骨形成与 骨吸收来实现的， 其代谢活动是一个动态平衡 过程。
在人的生长期，骨形成大于骨吸收，骨量呈 线性增长，表现为骨皮质增厚，骨松质更密集， 这一过程称为骨构建或称骨塑形。
编辑版ppt
14
1.骨细胞
在成年人骨骼中90%以上的骨组织细胞是骨细 胞，几乎所有骨基质表面都被骨细胞体和质突覆盖。
骨细胞的大面积覆盖和复杂的网状结构可以很 敏感地感觉作用于骨上的各种应力，具有控制离子 进出骨基质的作用。
此外，骨细胞和成骨细胞等所形成的细胞网络 关系可以很好地感觉和处理骨骼变形，调节骨吸收 和形成，调节矿物质离子在骨基质和细胞外液之间 的流动和交换。
编辑版ppt
19
骨非胶原蛋白 包括骨钙素、骨结合素、骨涎蛋白、骨磷蛋白和少量
粘蛋白。 骨非胶原蛋白可影响基质结构、骨钙化和骨细胞的功
能。 其他：
骨基质中还含可能影响骨细胞功能的生长因子如 β-转化生长因子簇(FGFs-β)、胰岛素样生长因子Ⅰ和 Ⅱ(IGF-Ⅰ和 IGF-Ⅱ)、骨形成蛋白(BMP)、血小板源性生 长因子(PDGF)、白介素-1和6(IL-1和IL-6)和集落刺激因子 (CSF)等。
★每年在骨表面上出现的BRU数量称为BRU的激活率，激活 率越高，骨表面BRU数量则越多，更新的骨量也就越多，一 般将其称为高转换，反之则称之为低转换。
编辑版ppt
28
★1年中全身骨的95％参与骨重建过程。 ★影响骨重建的因素： 即促进骨吸收和促进骨形成的因素。 ★影响骨吸收的因素：
因此，在日常生活及体育运动中应充分注意其 年龄特征，以避免骨变形或骨折的发生。
编辑版ppt
23
四、骨的代谢
是通过成骨细胞和破骨细胞参与的骨形成与 骨吸收来实现的， 其代谢活动是一个动态平衡 过程。
在人的生长期，骨形成大于骨吸收，骨量呈 线性增长，表现为骨皮质增厚，骨松质更密集， 这一过程称为骨构建或称骨塑形。
编辑版ppt
14
1.骨细胞
在成年人骨骼中90%以上的骨组织细胞是骨细 胞，几乎所有骨基质表面都被骨细胞体和质突覆盖。
骨细胞的大面积覆盖和复杂的网状结构可以很 敏感地感觉作用于骨上的各种应力，具有控制离子 进出骨基质的作用。
此外，骨细胞和成骨细胞等所形成的细胞网络 关系可以很好地感觉和处理骨骼变形，调节骨吸收 和形成，调节矿物质离子在骨基质和细胞外液之间 的流动和交换。
编辑版ppt
19
骨非胶原蛋白 包括骨钙素、骨结合素、骨涎蛋白、骨磷蛋白和少量
粘蛋白。 骨非胶原蛋白可影响基质结构、骨钙化和骨细胞的功
能。 其他：
骨基质中还含可能影响骨细胞功能的生长因子如 β-转化生长因子簇(FGFs-β)、胰岛素样生长因子Ⅰ和 Ⅱ(IGF-Ⅰ和 IGF-Ⅱ)、骨形成蛋白(BMP)、血小板源性生 长因子(PDGF)、白介素-1和6(IL-1和IL-6)和集落刺激因子 (CSF)等。
★每年在骨表面上出现的BRU数量称为BRU的激活率，激活 率越高，骨表面BRU数量则越多，更新的骨量也就越多，一 般将其称为高转换，反之则称之为低转换。
编辑版ppt
28
★1年中全身骨的95％参与骨重建过程。 ★影响骨重建的因素： 即促进骨吸收和促进骨形成的因素。 ★影响骨吸收的因素：
骨骼的生物力学
骨骼模型的应用
骨骼模型在人体工程学、康复医学、假肢设计等领域有广泛应用， 为相关研究和产品设计提供依据。
骨骼模型的验证与优化
通过实验数据验证模型的准确性和可靠性，并根据实际需求对模型 进行优化和改进。
假肢设计的生物力学基础
假肢设计的需求分析
01
了解截肢者的功能需求和身体状况，为个性化假肢设计提供依
高精度测量技术
研发高精度、非侵入性的测量 技术，用于实时监测骨骼的力
学状态和变化。
创新实验方法
发展新型实验方法，模拟人体 骨骼在不同生理和病理状态下 的力学行为。
数据处理与分析
建立高效的数据处理和分析方 法，处理大规模的生物力学数 据，挖掘其中有价值的规律和 信息。
伦理与法律问题
关注骨骼生物力学研究中的伦 理和法律问题，确保研究的合
据。
假肢的生物力学特性
02Байду номын сангаас
研究假肢与人体骨骼、肌肉和神经系统的相互作用机制，确保
假肢能够实现自然、舒适和高效的运动。
假肢材料与工艺
03
选择合适的材料和工艺制作假肢，确保其耐用性和功能性，同
时考虑成本和美观因素。
05
骨骼生物力学的未来发展
骨骼生物力学的跨学科研究
生物学与医学
深入研究骨骼生物力学与生物学、 医学的交叉领域，探索骨骼生长、
分类
根据部位可分为颅骨、躯干骨和四肢 骨。
结构
骨骼由骨皮质和骨松质组成，内部有 骨髓腔和血管、神经等通道。
骨骼的生长与发育
生长
骨骼通过骨细胞不断增生和骨化，使骨骼逐渐增粗和变硬。
发育
骨骼的发育与生长激素、甲状腺激素等激素有关，同时受到 遗传因素的影响。
骨骼模型在人体工程学、康复医学、假肢设计等领域有广泛应用， 为相关研究和产品设计提供依据。
骨骼模型的验证与优化
通过实验数据验证模型的准确性和可靠性，并根据实际需求对模型 进行优化和改进。
假肢设计的生物力学基础
假肢设计的需求分析
01
了解截肢者的功能需求和身体状况，为个性化假肢设计提供依
高精度测量技术
研发高精度、非侵入性的测量 技术，用于实时监测骨骼的力
学状态和变化。
创新实验方法
发展新型实验方法，模拟人体 骨骼在不同生理和病理状态下 的力学行为。
数据处理与分析
建立高效的数据处理和分析方 法，处理大规模的生物力学数 据，挖掘其中有价值的规律和 信息。
伦理与法律问题
关注骨骼生物力学研究中的伦 理和法律问题，确保研究的合
据。
假肢的生物力学特性
02Байду номын сангаас
研究假肢与人体骨骼、肌肉和神经系统的相互作用机制，确保
假肢能够实现自然、舒适和高效的运动。
假肢材料与工艺
03
选择合适的材料和工艺制作假肢，确保其耐用性和功能性，同
时考虑成本和美观因素。
05
骨骼生物力学的未来发展
骨骼生物力学的跨学科研究
生物学与医学
深入研究骨骼生物力学与生物学、 医学的交叉领域，探索骨骼生长、
分类
根据部位可分为颅骨、躯干骨和四肢 骨。
结构
骨骼由骨皮质和骨松质组成，内部有 骨髓腔和血管、神经等通道。
骨骼的生长与发育
生长
骨骼通过骨细胞不断增生和骨化，使骨骼逐渐增粗和变硬。
发育
骨骼的发育与生长激素、甲状腺激素等激素有关，同时受到 遗传因素的影响。
骨科生物力学
脊柱失稳
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
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
骨骼的生物力学PPT课件
实验研究具有直接性和可靠性，但可能受到样本大小、实验条件等因素的限制。
实验研究
有限元分析具有灵活性、无损性和可重复性等优点，但需要准确的模型和参数，以及高性能计算机资源。
有限元分析是一种计算方法，用于模拟和分析复杂的结构和系统的力学行为。
通过将骨骼划分为一系列小的单元（或“有限元”），可以预测其在不同载荷下的响应，如变形、应力分布和破坏模式等。
骨骼的生长与发育
02
CHAPTER
骨骼的生物力学特性
骨骼的弹性模量决定了骨骼的刚度和变形程度，不同部位的骨骼具有不同的弹性模量，以适应不同的生理需求。
骨骼的疲劳性能也很重要，它决定了骨骼在反复受力后的性能退化。
骨骼具有很高的抗压强度和抗拉强度，能够承受身体重量和肌肉收缩产生的力量。
骨骼的力学性能
骨质疏松症
通过科学的运动和饮食，可以预防骨质疏基因组学和蛋白质组学的发展，未来可以根据患者的基因和蛋白质表达情况，制定个性化的治疗方案。
骨骼疾病的个性化治疗
未来骨骼生物力学将与多个学科进行交叉融合，如生物学、医学、物理学等，为骨骼疾病的研究和治疗提供更广阔的思路和方法。
骨骼的生长与发育是一个复杂的过程，受到多种激素和生长因子的影响。
总结词
骨骼的生长与发育主要分为三个阶段：婴幼儿期、儿童期和青春期。在婴幼儿期，骨骼主要由软骨组成，随着年龄的增长，软骨逐渐被骨组织替代。在儿童期，骨骼继续生长并逐渐变得致密坚硬。在青春期，骨骼的生长速度达到峰值，最终完成骨骼的发育。
详细描述
手术治疗需要在专业医生的指导下进行，以确保手术安全有效。
手术治疗
06
CHAPTER
骨骼生物力学的前景与展望
人工智能
人工智能在骨骼生物力学领域的应用，可以帮助医生进行更精确的诊断和治疗方案制定，提高治疗效果。
实验研究
有限元分析具有灵活性、无损性和可重复性等优点，但需要准确的模型和参数，以及高性能计算机资源。
有限元分析是一种计算方法，用于模拟和分析复杂的结构和系统的力学行为。
通过将骨骼划分为一系列小的单元（或“有限元”），可以预测其在不同载荷下的响应，如变形、应力分布和破坏模式等。
骨骼的生长与发育
02
CHAPTER
骨骼的生物力学特性
骨骼的弹性模量决定了骨骼的刚度和变形程度，不同部位的骨骼具有不同的弹性模量，以适应不同的生理需求。
骨骼的疲劳性能也很重要，它决定了骨骼在反复受力后的性能退化。
骨骼具有很高的抗压强度和抗拉强度，能够承受身体重量和肌肉收缩产生的力量。
骨骼的力学性能
骨质疏松症
通过科学的运动和饮食，可以预防骨质疏基因组学和蛋白质组学的发展，未来可以根据患者的基因和蛋白质表达情况，制定个性化的治疗方案。
骨骼疾病的个性化治疗
未来骨骼生物力学将与多个学科进行交叉融合，如生物学、医学、物理学等，为骨骼疾病的研究和治疗提供更广阔的思路和方法。
骨骼的生长与发育是一个复杂的过程，受到多种激素和生长因子的影响。
总结词
骨骼的生长与发育主要分为三个阶段：婴幼儿期、儿童期和青春期。在婴幼儿期，骨骼主要由软骨组成，随着年龄的增长，软骨逐渐被骨组织替代。在儿童期，骨骼继续生长并逐渐变得致密坚硬。在青春期，骨骼的生长速度达到峰值，最终完成骨骼的发育。
详细描述
手术治疗需要在专业医生的指导下进行，以确保手术安全有效。
手术治疗
06
CHAPTER
骨骼生物力学的前景与展望
人工智能
人工智能在骨骼生物力学领域的应用，可以帮助医生进行更精确的诊断和治疗方案制定，提高治疗效果。
骨的生物力学特性及应用(原创PPT课件
1
骨的构成 骨的基本生物力学特性 骨折的生物力学特性 骨的功能适应性
2
新鲜骨的构造 骨组织 骨膜 骨髓 关节软骨 血管 神经 淋巴（？）
3
骨组织 骨细胞 骨基质 骨单位
4
骨组织 骨细胞 骨基质 骨单位
成分 有机பைடு நூலகம்（35%）
无机质（65%）
种类（含量） 骨胶原纤维（95%） 无定形基质（5%） 羟基磷灰石（85%） 碳酸钙（9%） 其它（6%）
触锁定加压接骨 板LC—LCP
松质骨螺钉和皮 质骨螺钉
3．5毫米锁定 加压重建接骨板
可吸收骨螺钉
带锁髓内钉
10
11
12
13
14
图2 典型的应力松弛曲线
15
16
17
18
19
20
21
22
23
24
25
26
27
28
29
30
写在最后
成功的基础在于好的学习习惯
The foundation of success lies in good habits
作用 使骨具有一定的弹性和韧性
使骨具有一定的硬度和坚固性
5
骨组织 骨细胞 骨基质 骨单位
6
强度和刚度 各向异性 黏弹性 蠕变和应力松弛 应力集中 压电效应
7
强度：应力-应变曲线下方的面积(抵抗破坏的能力)。 刚度：应力-应变曲线弹性区的斜率（抵抗变形的能力）。
8
9
3．5毫米有限接
31
谢谢大家
荣幸这一路，与你同行
It'S An Honor To Walk With You All The Way
讲师：XXXXXX XX年XX月XX日
32
骨的构成 骨的基本生物力学特性 骨折的生物力学特性 骨的功能适应性
2
新鲜骨的构造 骨组织 骨膜 骨髓 关节软骨 血管 神经 淋巴（？）
3
骨组织 骨细胞 骨基质 骨单位
4
骨组织 骨细胞 骨基质 骨单位
成分 有机பைடு நூலகம்（35%）
无机质（65%）
种类（含量） 骨胶原纤维（95%） 无定形基质（5%） 羟基磷灰石（85%） 碳酸钙（9%） 其它（6%）
触锁定加压接骨 板LC—LCP
松质骨螺钉和皮 质骨螺钉
3．5毫米锁定 加压重建接骨板
可吸收骨螺钉
带锁髓内钉
10
11
12
13
14
图2 典型的应力松弛曲线
15
16
17
18
19
20
21
22
23
24
25
26
27
28
29
30
写在最后
成功的基础在于好的学习习惯
The foundation of success lies in good habits
作用 使骨具有一定的弹性和韧性
使骨具有一定的硬度和坚固性
5
骨组织 骨细胞 骨基质 骨单位
6
强度和刚度 各向异性 黏弹性 蠕变和应力松弛 应力集中 压电效应
7
强度：应力-应变曲线下方的面积(抵抗破坏的能力)。 刚度：应力-应变曲线弹性区的斜率（抵抗变形的能力）。
8
9
3．5毫米有限接
31
谢谢大家
荣幸这一路，与你同行
It'S An Honor To Walk With You All The Way
讲师：XXXXXX XX年XX月XX日
32
(骨生物力学课件)骨生物力学
▪ 平底行走时，所需膝关节屈曲角度很小， 在负重只需30°±，PFJRF约相当于1/2体 重。
▪ 上下楼梯时，所需膝关节屈曲角度明显增 大，在屈曲90°时，PFJRF约相当于体重 的3.3倍
▪ 。站立位下蹲时，当屈膝到90°时， PFJRF约相当于体重的2.5~3.0倍。
▪ 因此，就伸膝装置而言，如髌骨一旦缺如 或失常，则拮抗重力的功能必然大受影响。
▪ 当髌骨发生骨折，以上作用即暂时丧失。 治疗髌骨骨折的根本目的，即恢复其正常 功能，而绝非简单的恢复伸膝装置的连续 性。
谢谢！
3.保护股骨量日常生活中，行走占有极其重要的 地位。而在行走中，伸膝装置最根本的作 用是拮抗重力。髌股关节上的作用力 （patellofemoral joint reaction force， PFJRF）是和股四头肌及髌韧带的合力相 等且方向相反。
▪ PFJRF随着膝关节屈曲程度的增加而增长， 因为屈曲度加大，股四头肌与髌韧带之间 的夹角随之减少，同时，股骨和胫骨的作 用力臂也减少。
骨生物力学
温州医科大学 卢迪
141002044
髌骨生物力学
髌骨是全身骨骼中最大的籽骨，在膝 关节生理运动中主要作用有三：
2.维护膝关节的稳定
▪ 在伸屈运动中通过髌骨关节的一次传递， 伸膝装置能在股骨髁滑车间沿着一定的轨 迹稳定地运动。
▪ 在下蹲运动中，三角形的髌骨既协助了膝 关节异常的侧方运动（非生理的内移或外 移），又能抵挡股骨髁，避免其向前滑动。
骨的生物力学PPT课件
第15页/共65页
三、骨的应力与应变
骨力学包含二个最基本的元素，即应力和应变。 （一）骨的应力 概念：当外力作用于骨时，
骨以形变产生内部的阻抗 以抗衡外力，即是骨产生的应力。 特点：应力的大小等于作用于骨截面上的外力与骨横断面面积 之比，单位为Pascal(Pa=N/m2)，即牛顿/平方米。 计算公式：
由拉力、压力、旋转、弯曲和压力联合弯曲造成的骨折类 型。
第35页/共65页
五、骨折的生物力学
骨的完整性或连续性中断时称骨折。 常见原因有： 直接暴力、 间接暴力、 肌拉力、 积累劳损及骨骼疾病。
第36页/共65页
(一) 骨的受载形式与骨折类型的关系 常见的骨折类型与骨所受载荷的形式有关，
第16页/共65页
种类：根据作用于骨的力不同，其内部分别会产生相 应的应力，如压应力、拉压力等。
作用：应力对骨的改变、生长和吸收起着调节作用， 应力不足会使骨萎缩，应力过大也会使骨萎缩。 因此，对于骨来说，存在一个最佳的应力范围。
第17页/共65页
（二）应变
概念：骨的应变是指骨在外力作用下的局部变 形。
如骨试件在压缩时，和刚度也越大。 破坏载荷及刚度的大小与横截面积成正比。
第26页/共65页
7.机械力对骨的影响 机械应力与骨组织之间存在着生理平衡。 骨对生理应力刺激的反应是处于动态平衡状态，
应力越大，骨组织增生和骨密质增厚越明显。
8.骨是人体理想的结构材料 骨具有强度大质量轻的特点。
第27页/共65页
力负荷很快减低，低于应变水平。 松质骨在拉力负荷下的能量吸收能力明显降低。
第29页/共65页
2.骨密质在受载时的生物力学特性 人类骨骼80%是皮质骨。 在受载时与骨松质相比，骨密质在断裂前应变
三、骨的应力与应变
骨力学包含二个最基本的元素，即应力和应变。 （一）骨的应力 概念：当外力作用于骨时，
骨以形变产生内部的阻抗 以抗衡外力，即是骨产生的应力。 特点：应力的大小等于作用于骨截面上的外力与骨横断面面积 之比，单位为Pascal(Pa=N/m2)，即牛顿/平方米。 计算公式：
由拉力、压力、旋转、弯曲和压力联合弯曲造成的骨折类 型。
第35页/共65页
五、骨折的生物力学
骨的完整性或连续性中断时称骨折。 常见原因有： 直接暴力、 间接暴力、 肌拉力、 积累劳损及骨骼疾病。
第36页/共65页
(一) 骨的受载形式与骨折类型的关系 常见的骨折类型与骨所受载荷的形式有关，
第16页/共65页
种类：根据作用于骨的力不同，其内部分别会产生相 应的应力，如压应力、拉压力等。
作用：应力对骨的改变、生长和吸收起着调节作用， 应力不足会使骨萎缩，应力过大也会使骨萎缩。 因此，对于骨来说，存在一个最佳的应力范围。
第17页/共65页
（二）应变
概念：骨的应变是指骨在外力作用下的局部变 形。
如骨试件在压缩时，和刚度也越大。 破坏载荷及刚度的大小与横截面积成正比。
第26页/共65页
7.机械力对骨的影响 机械应力与骨组织之间存在着生理平衡。 骨对生理应力刺激的反应是处于动态平衡状态，
应力越大，骨组织增生和骨密质增厚越明显。
8.骨是人体理想的结构材料 骨具有强度大质量轻的特点。
第27页/共65页
力负荷很快减低，低于应变水平。 松质骨在拉力负荷下的能量吸收能力明显降低。
第29页/共65页
2.骨密质在受载时的生物力学特性 人类骨骼80%是皮质骨。 在受载时与骨松质相比，骨密质在断裂前应变
骨生物力学教学ppt课件
劳寿命是无限的，该应力水平称疲劳极限。 疲劳极限是一个安全控制数据，只要应力
低于它，不管周期数目多少是不会短裂的。
43
骨单位密度较高的骨，抗疲劳性能较好， 有助于防止骨折-因骨的胶接线及中央管制 止裂隙扩展。
44
ห้องสมุดไป่ตู้
3.骨折治疗生物力学
接骨原则：1.血供。2.维持骨生理和力学环 境。
弹性固定好，活动度难掌握。牢固固定， 缺点骨愈合不牢固。
松质骨（骨端）（骨孔30%-90%）
13
1.骨皮质
骨皮质 其材料特性取决于骨组织负荷或变形率。 骨皮质快速受力较缓慢受力吸收的能量大。 骨组织应力-应变特征：骨皮质纵向骨小梁
排列比横向强度大，硬度也较强。（长骨 长轴比横轴更对抗应力）
14
应变率
表示骨受力过程中变形迅速的程度
骨骼系统的特点 几何学复杂：管状骨、不规则骨、扁骨等 力的类型复杂 应力和应变复杂
7
屈服(失控) ： 应力达到某一点时，提示骨 小梁断裂开始（屈服用Y点），且持续时间 较长，骨小梁断裂逐渐增多（极限用U点）。
材料的硬度：弹性模量（应力比应变） 拉力和压力作用于棒产生45°剪应力。
负荷，90%可瞬间恢复。 软骨的渗透性很低，通过压力梯度和挤压
渗透。机械反刍调节机制
22
4.2 软骨的张力特性
软骨主要抗张力成分----胶原纤维 （软骨张力硬度取决于胶原纤维含量多少
和排列次序） 张力继发于压力 软骨表面胶原纤维的主要排列方向与压力
垂直关节产生的最大表面张力相一致， 张力强度随关节面下的深度增加而减少。
骨结构(弯曲)本身：减低弯应力
骨空心结构：比实心结构承受弯曲及旋转
低于它，不管周期数目多少是不会短裂的。
43
骨单位密度较高的骨，抗疲劳性能较好， 有助于防止骨折-因骨的胶接线及中央管制 止裂隙扩展。
44
ห้องสมุดไป่ตู้
3.骨折治疗生物力学
接骨原则：1.血供。2.维持骨生理和力学环 境。
弹性固定好，活动度难掌握。牢固固定， 缺点骨愈合不牢固。
松质骨（骨端）（骨孔30%-90%）
13
1.骨皮质
骨皮质 其材料特性取决于骨组织负荷或变形率。 骨皮质快速受力较缓慢受力吸收的能量大。 骨组织应力-应变特征：骨皮质纵向骨小梁
排列比横向强度大，硬度也较强。（长骨 长轴比横轴更对抗应力）
14
应变率
表示骨受力过程中变形迅速的程度
骨骼系统的特点 几何学复杂：管状骨、不规则骨、扁骨等 力的类型复杂 应力和应变复杂
7
屈服(失控) ： 应力达到某一点时，提示骨 小梁断裂开始（屈服用Y点），且持续时间 较长，骨小梁断裂逐渐增多（极限用U点）。
材料的硬度：弹性模量（应力比应变） 拉力和压力作用于棒产生45°剪应力。
负荷，90%可瞬间恢复。 软骨的渗透性很低，通过压力梯度和挤压
渗透。机械反刍调节机制
22
4.2 软骨的张力特性
软骨主要抗张力成分----胶原纤维 （软骨张力硬度取决于胶原纤维含量多少
和排列次序） 张力继发于压力 软骨表面胶原纤维的主要排列方向与压力
垂直关节产生的最大表面张力相一致， 张力强度随关节面下的深度增加而减少。
骨结构(弯曲)本身：减低弯应力
骨空心结构：比实心结构承受弯曲及旋转
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。
(骨生物力学课件)人体运动的杠杆原理
2020/10/4
3
有关杠杆的名词
▪ 力矩(M) 表示力对物体转动作用的大小，是力和力臂的乘积，即M=E×d。 ▪ 阻力矩（Mw）阻力和阻力臂的乘积为阻力矩，即Mw=W×dw。
阻力臂dw
W 阻202力0/1点0/4或重力点
力臂d 支点F
E力点
6
杠杆的分类
第1类杠杆： 又称平衡杠杆
—特征：支点在力点与阻力 点中间。
14
杠杆原理在康复医学中的应用
2. 获得速度： 许多动作不要求省力，而要求获得较大的
运动速度和幅度，如投掷物体、踢球、挥拍 击球等。为使阻力点移动距离和速度增大， 就要增长阻力臂和缩短力臂。
2020/10/4
15
2020/10/4
16
举例：
人体中大多数杠杆虽属速度杠杆，但 为了获得更大速度，常需使几个关节组 成一个杠杆臂，这就要求肢体伸展，如 掷铁饼时，就要先伸展手臂。有时甚至 需要附加物体延长阻力臂，如利用球棒 或球拍来延长阻力臂。
1. 省力：要用较小的力去克服较大阻力，就要缩 短阻力臂或延长力臂。在人体杠杆中肌肉拉力 的力臂一般都很短，人体有一些补偿机制可以 使之增大。
2020/10/4
10
2020/10/4
举例：
通过籽骨来增长力臂，如膑 骨就延长了股四头肌的力臂。
11
举例：
通过肌肉在骨上附着点的隆起、突起来 延长力臂，如股骨大转子就增大了臀中肌、 臀小肌的力臂，小转子则延长了髂腰肌的 力臂。
人体运动的杠杆原理
141002047 林威
▪ 阿基米德有一句豪言壮语――“给我一根杠 杆和一杆原理
人体在进行正常的运动时，肌肉收缩产生的实 际力矩输出，受到运动节段杠杆效率的影响， 因而人的运动均遵循杠杆原理，各种复杂的人 体运动均可以分解为一系列的杠杆运动。
骨的力学性质PPT课件
软骨结合
• 相邻两骨之间以软骨相连接叫软骨结合。 软骨组织属结缔组织的一种，呈固态有弹 性，由大量的软骨细胞和间质构成，由于 间质的成分不同，又有透明软骨、纤维软 骨和弹力软骨的区分。第一助骨连于胸骨 的软骨属透明软骨，而相邻椎骨椎体之间 的椎间盘则由纤维软骨构成。由于软骨具 有一定弹性，所以能做轻微的活动。有的 软骨结合保持终生，而大部分软骨结合在 发育过程中骨化变为骨结合。
在骨骺、短骨及扁骨的骨松质内的 红骨髓终生保持造血功能。
骨的显微结构
骨质、骨膜（血管、神经）、骨髓
骨组织
骨细胞：多突起，位于骨陷窝内，埋藏 在固体状态基质中．
基质：基质和纤维排列成紧密的骨板。 具有一定的形状和强大的坚韧性 和弹性。
软骨组织 透明软骨、弹力软骨和纤维软骨 骨组织
作用：骨组织与软骨组织均属于具有支 持和保护作用的结缔组织。
骨的显微结构
第三节 骨的力学特性
• 具有很高的抗拉、压性能 • 有一定的硬度 • 从骨的结构而言，经过生物优化过程，具
有最优的力学性能，既优化为最大的强度、 最省的材料、最轻的重量。
• 骨的可塑性：在生长、发育过程中，由于 各种条件的影响使得骨的形态有所改变。
• 骨的粘弹性：在外力作用下，骨产生的形 变与时间相关。
骨面上。可分为内外两层，外
层为纤维层，由致密结缔组织 构成；内层为滑膜层，由薄层 疏松结缔组织构成，可分泌滑 液，起到润滑作用。
•
3、 关节腔：就是关节软
骨和关节囊间所密闭的腔隙。
第六节 骨的功能适应性原理
• Wolf定律：活体骨按其所受应力而改变成 分、内部结构以及外部形态——重建（内 部重建、表面重建）
直接骨愈合
• 无肌肉应力遮挡 • 紧密接触 • 弯曲、扭转、剪切力
- 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性，平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
- 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
- 3、如文档侵犯您的权益，请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间：9:00-18:30)。
不同载荷造成的骨折类型 拉力 压力 旋转 弯曲 压力
17
成人股骨骨皮质极限程度
负荷类型
纵向 拉力 压力 剪力（纵向扭转）
横向 拉力 压力
极限程度（MPa）
133 193 68
51 133
18
3.骨松质
骨松质：多孔 硬度较皮质骨差
屈服：当应力超过弹性极限后，变形增加 较快，此时除了产生弹性变形外，还产生 部分塑性变形。当应力达到一定程度，塑 性应变急剧增加，这种现象称为屈服。
负荷，90%可瞬间恢复。 软骨的渗透性很低，通过压力梯度和挤压
渗透。机械反刍调节机制
22
4.2 软骨的张力特性
软骨主要抗张力成分----胶原纤维 （软骨张力硬度取决于胶原纤维含量多少
和排列次序） 张力继发于压力 软骨表面胶原纤维的主要排列方向与压力
垂直关节产生的最大表面张力相一致， 张力强度随关节面下的深度增加而减少。
26
4.6关节软骨的润滑作用
界面润滑（玻尿酸盐） 滑液润滑：滑液嵌在滑动面之间，即可发
生液膜润滑，又可产生界面润滑
27
关节软骨磨损两种因素缺一不可 机械因素是软骨磨损的主要因素 特别是骨外露 酶、化学因素、代谢因素可降低软骨屈服 强度
28
软骨组织：易疲劳性材料 周期性负荷时间过长导致软骨胶原纤维疲
（单位/S）
如 正常骨 低于0.01/S
骨折瞬间 超过10.0/S
15
2.拉力、压力和剪力
骨皮质的拉力、压力和剪力 与工程材料相似，骨皮质有一定范围的弹
性变形能力 骨组织材料极限强度取决于负荷类型和承
受负荷的方向。 负荷作用下 拉力及压力超过弹性变形范围 发生骨折
16
骨生物力学
1
第一节：生物力学概念
人体活动对骨骼的三种力 1 作用于骨的外力 2 肌肉收缩和韧带的张力对骨骼的内力 3 骨的内反应力（负荷）
2
力—负荷 作用于骨骼可使骨发生形变 微观—显微骨折—青枝骨折—骨折 骨折因素：1.力的大小方向面积和几何学。
2.骨的材料特性。
3
1.应力和应变
应力：骨骼某点内力的强度，单位面积所
受的力
应变：骨骼受力时，其内部任何一点发生
变形，称为该点的应变。
4
两种应力：
正常应力：垂直于所给平面的单位面积的 力（使立方体前面变薄变长）
剪式应力：平行于所给平面的单位面积的 力（使立方体变为平行六面体）
5
6
2.拉力和压力
23
4.3 关节内应力分布
90~225kg/6.45c㎡ 使应力分解，吸收震荡，避免软骨下骨的
应力损伤 干骺部受力1.负重大时骨变形，2.骨松质排
列呈放射状 软骨损伤 软骨下骨损伤 骨关节炎 骨坏死
24
4.4 关节软骨的粘弹性
蛋白多糖 含有水分，调节水的流动。
胶原 组成基质内的张力，维持蛋白多糖的
含量。
软骨承受负荷 基质内液体压变化
水分由基质孔流出（海绵） 产生非线 性形变 粘弹性（有赖于应变率的形变）
变形与承受外力速度有关。
25
4.5 关节软骨的磨损力学
关节软骨的磨损力学
磨损：通过机械作用去除固体表面的物质
两个方面：承载面之间互相作用引起界面
磨损
接触体变形引起的疲劳性磨损
劳短裂
软骨负荷时，其内部的胶原纤维方向与负 荷相垂直。分解应力，软骨损害。
软骨疲劳性磨损破坏的成分：1.胶原纤维， 2.蛋白多糖 大分子网，3.纤维和原纤维基 质之间界面。
29
第三节 骨折与固定生物力学
骨折与固定的生物力学
30
1.骨折力学原理
骨某一区域应力超过极限强度，发生骨折。
松质骨（骨端）（骨孔30%-90%）
13
1.骨皮质
骨皮质 其材料特性取决于骨组织负荷或变形率。 骨皮质快速受力较缓慢受力吸收的能量大。 骨组织应力-应变特征：骨皮质纵向骨小梁
排列比横向强度大，硬度也较强。（长骨 长轴比横轴更对抗应力）
14
应变率
表示骨受力过程中变形迅速的程度
弯曲负荷—侧张应力
侧压应力
压力+弯曲=联合负荷（常见）
11
5.扭转
长管状骨
不规则骨 扭转 剪性应变
横向及纵向剪性应变
联合剪性应力
骨折方向：斜形或螺旋形
12
第二节：骨与关节软骨的生物力学
骨组织材料特性 硬组织 应力--应变关系 骨折—取决于其材料特性 骨成分：基质 胶原—骨小梁 结构 ：皮质骨（骨干）（骨孔5%-30%），
骨结构(弯曲)本身：减低弯应力
骨空心结构：比实心结构承受弯曲及旋转
应力强
棒的压力和张力和横断面面积成正比.
31
面积 张力和压力 强度 弯曲和旋转 强度
1 100%
100%
1 100%
210%
2 200%
495%
32
骨折原因
创伤 骨病 积累劳损
33
扭转应力 导致螺旋骨折 受力机制为剪应力 旋转轴45度时应力最大。
骨骼系统的特点 几何学复杂：管状骨、不规则骨、扁骨等 力的类型复杂 应力和应变复杂
7
屈服(失控) ： 应力达到某一点时，提示骨 小梁断裂开始（屈服用Y点），且持续时间 较长，骨小梁断裂逐渐增多（极限用U点）。
材料的硬度：弹性模量（应力比应变） 拉力和压力作用于棒产生45°剪应力。
19
屈服 ： 提示骨小梁断裂开始，且持续时间 较 长。骨小梁断裂逐渐增多。
骨皮质和骨松质标本负荷应变水平在0.036 和0.5时有能量吸收现象，骨松质能量吸收 超过骨皮质。Biblioteka 204.关节软骨的生物力学
关节软骨功能：1.减少接触应力 2. 润滑
21
4.1 软骨的负荷变形
软骨的负荷变形 软骨承受负荷时，发生瞬间变形 蠕动期（负荷恒定，压痕增加） 去除负荷，恢复原形。 关节软骨承受负荷2分钟内发生变形，去除
8
9
3.弯曲 （长管状骨）
1.纯弯曲：凹侧- 压应变（力），凸侧- 张 应变（力），中位轴-应变（力）为0.
压力点(横切面)不会产生剪式应力
2.三点弯曲：骨骼受力较常见.两端支撑， 对侧受力。（受力点：弯矩）
应力点(横切面)会产生剪式应力
10
4.弯曲联合轴向负荷
长管状骨 受两方向外力压力负荷