骨科生物力学

二、发展趋势
１.结构形式多元化、系列化、通用性好 ２.钢针直径减小，粗针与细针、全针与半针相结合 ３.功能上更实用，有固定、牵伸、加压兼顾骨折的再 整形。 ４.材料强度高、生物相容性好、重量轻
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外固定器械
指骨用外固定器械
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第二节骨外固定器械的特点及适应症 一、特点
１.对各种复杂骨折都可以进行及时有效的固定 ２.不影响伤肢的血液循环 ３.可改变固定的刚度，实现早期的牢固固定与后期的 弹性固定。 ４.提供多种生物力学环境，可根据不同骨折实行固定。 ５.架空创伤处，很好地解决了固定与伤口处理之间的 矛盾
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４.结构
骨质 由骨组织构成，分密质和松质。 骨密质 质地致密，耐压性较大，分布于 骨的表面。 骨松质 呈海绵状，由相互交织的骨小梁 排列而成，分布于骨的内部，骨小梁的排列 与骨所承受的压力和张力的方向一致，因而 能承受较大的重量。 颅盖骨表层为密质，分别称外板和内板， 外板厚而坚韧，富有弹性，内板薄而松脆， 故颅骨骨折多见于内板。
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人 工 髋 关 节
人工髋关节 人 工 膝 关 节
人 工 膝 关 节
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第二节人工关节常用材料
一、人工关节材料要求 足够的强度、疲劳强度、耐磨损、抗腐蚀 有较好的生物相容性，无毒副作用，耐腐蚀 弹性模量接近人体 二、金属材料 １.不锈钢：杂质含量低、延展性好，易加工，疲 劳强度、耐腐蚀性及生物相容性比钛合金差，以被 其他材料替代。 ２.钛合金：弹性模量低，生物相容性好，疲劳强 度高，耐腐蚀性好，摩擦系数高。缺点是耐磨性差 ３.钴合金：耐磨性、耐磨性和综合机械性能好， 是较优良的植入材料
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２.骨骼的作用：支撑身体自重
与关节配合实现运动功能
３.形态：
长骨(long bone)呈长管状，分布于四肢， 分一体两端。体又称骨干，内有空腔称髓，容 纳骨髓。体表面有 l～2个血管出入的孔，称滋 养孔。两端膨大称骺，有一光滑的关节面，与 相邻关节面构成关节。骨干与骺相邻的部分称 于骺端，幼年时保留一片软骨，称骺软骨，骺 软骨细胞不断分裂繁殖和骨化，使骨不断加长。 成年后，骺软骨骨化，骨干与骺融为一体，其 间遗留一骺线。
第一章骨科生物力学
一、概述
１.简介 骨是一种器官，主要由骨组织
（骨细胞、胶原纤维和基质）构成，具有一定 形态和构造，外被骨膜，内容骨髓，含有丰富 的血管、淋巴管及神经，不断进行新陈代谢和 生长发育，并有修复、再生的能力。经常锻炼 可促使骨良好发育，基质中有大量钙盐和磷酸 盐沉积，是钙、磷的储存库，参与体内钙、磷 代谢，骨髓还有造血功能。 成人有206块骨，可分为颅骨、躯干骨和四 肢骨三部分。前二者统称中轴骨
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螺丝钉
螺丝钉
钢板、螺丝钉
钢板
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３.使用：能通过对侧皮质骨对骨折端施加压
力达到固定目的。 二、钢板
１.钢板：是紧贴在骨骼通过与螺钉配合而进行
骨折内固定的方法。 ２.保护性钢板（中和钢板）：骨折部位由拉 力螺钉固定，由钢板对骨折区域进行保护。 钢板使用前通常要进行塑性变形，使钢板外形 与骨骼的外形一致。变形时常使用模板。 ３.支持钢板：骨的干骺区由骨松质和很薄的骨 密质组成，该组织损伤后用于固定的钢板叫支持钢 板。
固定架
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第四节组合式骨外固定器的使用方法 一、操作步骤
1、使用前对产品、工具进行常规术前消毒。 2、清创消毒铺无菌巾，根据骨折部位X光片选好穿 针位置方向。 3、穿针位置用手术刀切开5~10mm，用止血钳分离 组织达骨膜。 4、将肌肉护套插入切口处达骨膜，拔出内芯，用骨 锤轻扣护套顶部使尖端入骨。 5、选用与骨针相对应的钻头钻至对侧骨膜。 6、取出钻头旋入骨针使其穿出对侧1~2mm为宜，取 下护套。 7、用同样方法旋入其余三只骨针。
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骨膜：覆盖在新鲜骨的表面（关节面除 外）。骨膜由纤维结缔组织构成，含有丰富 的神经和血管，对骨的营养、再生和感觉有 重要作用。骨膜可分为内外两层，外层致密 有许多胶原纤维束穿入骨质，使之固着于骨 面。内层疏松有成骨细胞和破骨细胞，分别 具有产生新骨质和破坏骨质的功能，幼年期 功能非常活跃，直接参与骨的生成；成年时 转为静止状态，但是，骨一旦发生损伤，如 骨折，骨膜又重新恢复功能，参与骨折端的 修复愈合。如骨膜剥离太多或损伤过大，则 骨折愈合困难。
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二、注意事项 1、严重骨质疏松者禁用。 2、紧固螺丝（7）时先紧两端再紧其他，以减少内应 力。 3、加压不易过紧，以免影响骨折生长。 4、本产品禁止二次使用。
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骨 科 外 固 定 示 意 图
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第五节组合式骨外固定器常用类型 １.单边式骨外固定器
结构简单，操作方便，穿越肌肉少，对人体损 伤小
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三、骨的机械性质
１.骨在拉伸时的机械性能
在线性范围内应力应变成正比，σ ＝Ｅε 干燥骨：ε =0.4%，湿润骨，ε =1.2% 人和动物骨的机械性能见表１
２.骨压缩时的机械性质见表２ ３.人体骨的力学特性见表３
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四、应力遮挡
１.应力遮挡：发生骨折的骨经固定后，负
重情况下产生应力重新分配导致骨受力减小 的现象。 ２.影响因素：内外固定器械的刚度与固定方 式 骨折类型与骨端接触程度 肢体负重的方式与程度
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髓内钉
24 加压骑缝钉
髓内钉
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髓内钉
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３.髓内钉长度：
总长 太长从远端突出，太短不易固定 工作长度 髓内钉承担大部分载荷的长度 ４.附加固定装置：锁钉、固定翼、钩子等
５、常见的髓内钉系统
单钉系统 多钉系统 带锁髓内钉
６.髓内钉类型：不扩髓的髓内钉
扩髓的髓内钉
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四、形状记忆合金内固定器械 １.形状记忆合金：在设定温度下具有形状记忆功能
同时具有超弹性功能的新型材料。 在发生塑性变形后，经升温至某一温度（该温度 可以设定）之上，可完全回复到变形前的形状。钛镍 基形状记忆合金、铜基形状记忆合金。 ２.加压骑缝钉：挑选大小合适的骑缝钉，浸入在消毒 冰水中，用特制的工具使骑缝钉变形，量取骑缝钉变 形后的跨距，在对合后的骨上钻两个孔，将骑缝钉从 冰水中取出后插入孔中，骑缝钉受热后恢复原形，起 到固定效果。
２.双边式骨外固定器
结构较简单，牵引、加压方便 ３.方框式骨外固定器 固定可靠、穿越肌群少 ４.半环式骨外固定器 固定可靠，受力均匀，针孔少，
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骨外固定器
半环式骨外固定器
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单边式骨外固定器
双边式骨外固定器
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第五章人工关节
第一节概述
人工关节：利用人工材料制成的假体，取代被疾病破坏的 关节，缓解疼痛、畸形和功能障碍，重建一个接近正常功 能的关节， 人工髋关节、人工膝关节
电动式电钻
手摇式电钻
充电式摆锯
咬骨钳 丝锥
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下肢骨折器械包
髋关节假体器械包
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第四章骨外固定器械
第一节概述
一、定义
骨外固定技术：在骨折处穿放钢针，再用一种金属或 高强度非金属材料制成的特殊装置把裸露在皮肤外的针 端连接固定起来，用固定、加压、牵引作用达到治疗骨 折、骨与关节矫形的作用的技术。 骨外固定器：用于这种技术的装置
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钢板
三叶型钢板
钢板
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钢板
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加压器的使用
加压器
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三、髓内钉：在骨骼髓腔内置入一生物相容性好、
具有一定强度的内在物，以达到骨折连接与固定的 作用，这种方法叫髓内钉固定，该内置物叫髓内钉。 1.材料：要求生物相容性好、化学性能稳定、良好 的韧性、高机械强度、无毒、无致癌性等 主要有：不锈钢、铬钴合金、钛合金、钴镍合 金 ２.髓内钉截面： 形状：三叶草形、菱形、正方形、圆环形等， 对承载能力有影响。 截面直径：直径越大，髓内钉刚度越好。
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第三节组合式骨外固定器
一、概述
１.特点：固定牢固、机构灵巧、随意穿针、并发症少 ２.类型：治疗骨折－－固定功能为主 矫形－－固定、牵引、加压 肢体延长－－牵伸功能为主
二、结构特点
１.结构：骨外固定器各构件之间的相互联系，相互作 用方式，超静定空间结构 ２.特点 结构多元化 钢针布局灵活 刚度可调控 功能件优化组合 操作方便 39
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３.环抱器：采用镍钛形状记忆合金制成，用于治疗长 骨骨折。旨在保持骨折稳定性的同时，减少对压缩应 力的遮挡作用和骨骼的损伤。 4.优点 人为损伤小，生物相容性好，力学性能好，操作简便， 持续的自加压功能，愈合周期短，体积小重量轻，可 降低骨质疏松率。
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环抱器
加压骑缝钉
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第三章：基础骨科器械
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６.骨愈合快、治愈率高、并发症少，发生并发症 容易处理。 ７.操作比钢板内固定简单、易于掌握，无需广泛 切开、创伤小。比石膏或小夹板固定稳固、不影响 关节活动。 ８.术后允许再调整， ９.骨折处不存留异物，无需二次手术 10.治疗时间短
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外固定器械
指骨用外固定器械
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二、适应症
１.广泛软组织损伤、伤口污染严重及难以彻底清创的 开放式骨折 ２.感染性骨折 ３.多发性骨折 ４.某些闭合性骨折：骨折粉碎严重或关节骨折 ５.需多次搬动和分期处理的骨折 ６.烧伤合并骨折 ７.开发性骨盆骨折 ８.因各种原因不能手术治疗的骨折 ９.作为非坚强骨内固定的补充
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骨髓充填于骨髓腔和松质间隙内。胎儿 和幼儿的骨髓内含发育阶段不同的红细胞 和某些白细胞，呈红色，称红骨髓，有造 血功能。5岁以后，长骨骨干内的红骨髓逐 渐被脂肪组织代替，呈黄色，称黄骨髓， 失去造血活力。但在慢性失血过多或重度 贫血时，黄骨髓可转化为红骨髓，恢复造 血功能。而在椎骨、骼骨、肋骨、胸骨及 肽骨和股骨的近侧端松质内，终生都是红 骨髓。
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二、骨组织的力学特性
１.骨骼的力学特点
骨骼受力性能好：所受应力分布合理，关节之 间摩擦力小 骨骼的性能有变异性：机械性能随年龄、性别、 职业、个体环境差异有所不同 骨骼的力学体系处于平衡状态以适应人体任何 体位 骨骼有自动反馈控制的特点
２.骨形态对力学性能的影响 ３.化学成分对力学性能的影响
有机物使骨具有弹性，无机物使骨硬而脆
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扁骨 短骨
不 规 则 骨
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长骨
短骨(short bone)形似立方体，多成 群分布于连结牢固且稍灵活的部位，如 腕骨。 扁骨(flat bone)呈板状，主要构成颅 腔、胸腔和盆腔的壁，起保护作用，如 颅盖骨和肋骨。 不规则骨(irregular bone)形状不规则， 如椎骨。有些不规则骨内有腔洞，称含 气骨 ，如上颌骨。
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５.骨的成分
骨主要由有机质和无机质组成。 有机质主要是骨胶原纤维束和粘多糖蛋白等， 作成骨的支架，赋予骨以弹性和韧性。 无机质主要是碱性磷酸钙，使骨坚硬挺实。 脱钙骨（去掉无机质）仍具原骨形状，但柔 软有弹性； 煅烧骨（去掉有机）虽形状不变，但脆而易 碎。
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两种成分比例，随年龄的增长而发生变化。幼儿 有机质和无机质各占一半，故弹性较大，柔软，易发 生变形，在外力作用下不易骨折或折而不断，称青枝 状骨折。成年人骨的有机质和无机质比例约为3：7， 最为合适，因而骨具有很大硬度和一定的弹性，较坚 韧。老年人的骨，无机质所占比例更大，脆性较大， 易发生骨折。 ６.性能要求：足够的强度：抵抗破坏的能力 足够的刚度：抵抗变形的能力 足够的稳定性：保持原有形状的能力 耐磨损
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8、将固定架连接器（2）上的压紧顶丝（6）松开 旋转1/2圈，外旋加压器（3）留出2.5~5mm的距 离，松开模块（4）上（7）及（9），取下（4） 将模块（4）接装到四只骨针上，离皮肤10~15mm， 球柄（5）与骨杆成90°旋紧（9），骨折复位达 理想位置，将主体（1）卡入四个模块（4）将紧固 螺丝（7）可靠固定，然后可靠固定骨针紧固顶丝 （9）。 9、旋转加压器（3）使骨折断端融合，可靠固定 压紧顶丝（6）。 10、如许跨关节固定，半环型固定可用组合块连接 主体或半环。
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第二章骨科内固定器械
一、 螺丝钉
1.自攻丝螺丝钉：使用时在骨上打导向孔，
螺丝钉拧入时，自动切割出螺纹。拧入特别是在 骨密质时时阻力较大 非自攻丝螺丝钉：使用时先在骨上钻导向孔， 然后在导向孔上攻丝，拧入时阻力小，无骨屑排 出 ２.皮质骨螺钉：应用在骨密质的螺钉，属于 非自攻丝，整个长度上都有螺纹。 松质骨螺钉：螺纹外径较大底径较小，为 自攻螺钉，使用时不需攻丝。
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４.特殊形状的支持钢板：有些骨骼两端有特殊形状，
用于这些骨骼的钢板叫特殊形状支持钢板。 有Ｔ、Ｌ形钢板、匙形钢板、三叶形钢板，这种钢板 结构薄、强度较低。 ５.加压钢板：横断和斜断形的骨折不能用拉力螺钉进 行固定，通过加压钢板与加压器配合使用使骨骼在轴线方 向产生压力进行固定。 ６.角钢板：由刃板和钢板组成，刃板与钢板间有一定 角度（130°）。