《生物力學(xué)》課件CHP1緒論

1、（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36 54 60 72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

2、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

3、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 Journal of BiomechanicsJournal of Biomechanical Engineering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

4、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

5、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(rèn)識生命過程的規(guī)律(定量)，并用以維持、改善人的健康?！睓C動 目錄 上頁 下頁 返回 結(jié)束 馮元楨（Yuan-ChengB.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)，

6、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(rèn)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、

7、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 ？What is Biomedical Engineering (BME)機動 目錄 上頁 下頁 返回 結(jié)束 邊緣交叉科學(xué) (Interdisciplina

8、ry)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(rèn)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)

9、用機動 目錄 上頁 下頁 返回 結(jié)束 Some Examples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 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.(2)、醫(yī)學(xué)診斷中的生物醫(yī)學(xué)工程機動 目錄 上頁 下頁 返回 結(jié)束 XCT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

10、返回 結(jié)束 激光手術(shù)、-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(3)、醫(yī)學(xué)治療中的生物醫(yī)學(xué)工程機動 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 畸形矯正人工義肢可視義眼人工耳膜(4)、醫(yī)學(xué)康復(fù)中的生物醫(yī)學(xué)工程機動 目錄 上頁 下頁 返回 結(jié)束 機動 目錄 上頁 下頁 返回 結(jié)束 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

11、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(rèn)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(biāo) 幾乎所有工程學(xué)和物理

12、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 1.2 BME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 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

13、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)防的有效方法研究內(nèi)容機動 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 生物力學(xué) 生物材料學(xué) 人工器官 生物系統(tǒng)建模與仿真 生物醫(yī)學(xué)信號與傳感器 生物醫(yī)學(xué)信息處理 醫(yī)學(xué)圖像技術(shù) 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

14、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(dāng)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

15、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

16、 目錄 上頁 下頁 返回 結(jié)束 二十世紀(jì)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(dāng)前，生物醫(yī)學(xué)工程學(xué)已發(fā)展到一個相當(dāng)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

17、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

18、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、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(jì)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 1

19、995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1520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

20、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1520的增長率，到2005年工業(yè)總產(chǎn)值達到400500億元，2010年達1000億元的發(fā)展目標(biāo)”機動 目錄 上頁 下頁 返回 結(jié)束 機遇與挑戰(zhàn)并存Opportunity and Challenge !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

21、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

22、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(biāo)：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(biāo)：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

23、流體力學(xué)問題 背景和目標(biāo)：從實驗室(生物技術(shù))到產(chǎn)業(yè)(生物化學(xué)工程)的?；⒎糯?，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(biāo)：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。機動 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

24、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

25、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

26、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

27、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，

28、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Robert Boyle（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）

29、 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 （1773-18

30、29 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(rèn)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 Jean Poiseuille（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

31、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 Von Helmholtz （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 Von Helmholtz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 Korteweg lamb(1848-1941 1849-1934 流體力學(xué)家）1898年 Kortew

32、eg lamb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(fēng)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。* 193

33、9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BMZweifachS S Sobin JLighthillRSkalak毛昭憲 等* 本世紀(jì)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

34、）吳云鵬（重慶大學(xué)）王君?。ㄈA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(jì)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