骨折生物力学PPT课件

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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）
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应变率 表示骨受力过程中变形迅速的程度 （单位/S） 如 正常骨 低于0.01/S 骨折瞬间 超过10.0/S
负荷类型
纵向 拉力 压力 剪力（纵向扭转）
极限程度（MPa）
133 193 68
横向 拉力 压力
51 133
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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。
骨生物力学
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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）
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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。
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骨折原因
创伤 骨病 积累劳损
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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。
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轴向压力 易在长管状骨纵轴 方向形成最大的剪力 进而造成骨干斜行骨折
通常长管状骨的轴向压力 不是单一的。
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骨病 骨肿瘤、骨缺损 造成：骨的几何学改变 骨的强度改变 骨缺损部位产生应力集中 （骨折机制）
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2.疲劳断裂
疲劳断裂
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骨每天承受负荷，或长时间锻炼，积累损 伤，导致疲劳骨折 常见于长途行军，从事长距离行走及长跑 者 最常见于双足第二趾骨远端
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疲劳： 材料在周期性和间歇负荷下发生的进行性 损伤(显微镜下损伤)，在周期性负荷条件下， 材料负荷水平低于能引起的材料损伤的单 次负荷时，就会发生损伤。
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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。
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第二节 骨折与固定生物力学
骨折与固定的生物力学
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1.骨折力学原理
骨某一区域应力超过极限强度，发生骨折。 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.
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材料的疲劳极限（Fatigue limit） 任何材料具有一应力水平，低于该水平疲 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。
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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。
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不同的组织在断裂前可以承受不同的最大 张力应变，肉芽组织可以承受100%的应变， 纤维组织和软骨组织承受的应变明显降低， 软骨组织约为10%，致密的骨组织只能承 受2%的应变。
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经过加压固定的骨折获得坚强固定，在生 理活动情况下所有应力由钢板承受，骨折 端间不受应力，无活动，骨折端间隙内的 细胞（干细胞）无形变（＜2%），所以细 胞成骨，骨愈合。
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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
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4.弯曲联合轴向负荷
长管状骨 受两方向外力压力负荷 弯曲负荷—侧张应力 侧压应力 压力+弯曲=联合负荷（常见）
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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。 长骨骨折，因长力臂易移位。骨痂形成使 骨折稳定。 骨折愈合有利：一定活动量和允许小的剪 力。不利：剪力或弯曲力过度。
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所有的活体细胞都有自己的特性，有自己 的应变。
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如固定不牢靠，骨折端在外力下出现活动， 如形变在10%，则形成软骨，软骨连接。
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如不固定或仅简单外固定，骨折端在外力 下出现活动，如形变在100%，则形成纤维， 不愈合。
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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
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第二节：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%）， 松质骨（骨端）（骨孔30%-90%）
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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。
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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）
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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
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不同载荷造成的骨折类型 拉力 压力 旋转
弯曲
压力
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成人股骨骨皮质极限程度
2.拉力和压力
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
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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。