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第1章 临床生物力学概述 1

1.1 引言 1

1.2 生物力学的基本内涵 2

1.3 生物力学的研究内容与范畴 2

1.3.1 生物固体力学 2

1.3.2 生物流体力学 3

1.3.3 运动生物力学 4

1.4 临床生物力学概念 4

1.5 临床医学中的生物力学问题 5

第2章 临床生物力学基础知识 6

2.1 基本指标及其定义 6

2.1.1 力（Force）与载荷（Load） 6

2.1.2 应力（Stress） 6

2.1.3 应变（Strain） 7

2.1.4 强度（Strength） 7

2.1.5 力-位移（Force-displacement）曲线和应力-应变（Stress-strain）曲线 7

2.1.6 刚度（Stiffness） 7

2.1.7 弹性模量（Elastic modulus） 8

2.1.8 屈服强度（Yield strength） 8

2.1.9 弹性应变能（Strain energy） 8

2.2 基本变形及其描述 9

2.2.1 单轴拉伸实验（Tensile test） 9

2.2.2 单轴压缩实验（Compression test） 9

2.2.3 单纯剪切实验（Shear test） 10

2.2.4 弯曲实验（Flexure test） 10

2.2.5 扭转实验（Torsion test） 11

2.2.6 推出实验（Push-out test） 12

2.2.7 应力松弛实验（Stress relaxation） 12

2.2.8 蠕变实验（Creep test） 13

2.2.9 滞后环实验（Hysteresis loop test） 13

2.2.10 疲劳实验（Fatigue test） 14

第3章 临床生物力学基本理论 15

3.1 生物固体弹性理论 15

3.2 流体黏性理论 16

3.3 生物黏弹性理论 17

3.3.1 Maxwell模型 17

3.3.2 Voigt模型 18

3.3.3 三参数黏弹性模型 18

3.4 Laplace方程 19

3.5 伯努利方程 21

第4章 骨组织生物力学 23

4.1 骨组织的组成与结构 23

4.1.1 骨组织的化学组成 23

4.1.2 骨组织的生物学组成 23

4.1.3 骨组织的物理结构 24

4.2 骨组织的力学特性 25

4.2.1 骨的受力 25

4.2.2 骨的变形 25

4.2.3 骨的应力与应变 26

4.2.4 骨的应力-应变曲线 26

4.2.5 骨的生物力学特性 27

4.2.6 骨组织受载荷时的生物力学性能 27

4.3 骨折的生物力学 28

4.3.1 骨的受载形式与骨折类型的关系 28

4.3.2 骨折的生物力学成因 28

4.3.3 骨折固定与治疗的生物力学 29

4.4 骨组织的功能适应性 30

4.4.1 骨形态结构的功能适应性 30

4.4.2 骨塑形、骨重建的功能适应性 30

第5章 软骨组织的生物力学 31

5.1 软骨的结构与组成 31

5.1.1 软骨的结构与分类 31

5.1.2 关节软骨的物理结构 32

5.1.3 软骨的生物学功能 32

5.2 软骨的力学特性 33

5.2.1 关节软骨的黏弹性 33

5.2.2 关节软骨的张力特性 33

5.2.3 关节软骨内应力的分布 34

5.3 软骨退变的生物力学 35

5.4 软骨下骨生物力学特性与骨关节炎 35

5.4.1 软骨下骨的解剖构成 36

5.4.2 软骨下骨的生物学功能 36

5.4.3 骨关节炎中软骨下骨的生物力学性能 36

5.4.4 软骨下骨生物力学改变与关节软骨退变的关系 37

第6章 肌肉的生物力学 38

6.1 肌肉的分类特点 38

6.2 骨骼肌的生物力学特性 38

6.2.1 骨骼肌的特点 38

6.2.2 骨骼肌的基本结构 39

6.2.3 肌肉收缩的纤维滑行学说 39

6.2.4 肌肉的收缩形式 39

6.2.5 Hill方程 40

6.2.6 Hill的三元素模型 40

6.2.7 肌肉的张力特性 41

6.3 心肌的力学性质 42

6.3.1 心肌与骨骼肌的差异 42

6.3.2 静息心肌的力学性质 42

6.3.3 激活心肌的力学性质 42

6.4 平滑肌的力学性质 43

6.4.1 平滑肌的特点 43

6.4.2 平滑肌的被动张力与主动张力 43

第7章 肌腱与韧带的生物力学 44

7.1 肌腱与韧带概述 44

7.2 肌腱和韧带的组成和结构 44

7.3 肌腱／韧带的生物力学特性 45

7.3.1 肌腱／韧带的拉伸性能 46

7.3.2 肌腱／韧带的黏弹性 46

7.3.3 肌腱和韧带的生理负荷 47

7.4 肌腱／韧带受力与断裂损伤机制 47

7.5 影响肌腱和韧带生物力学特性的因素 48

第8章 血管组织生物力学 49

8.1 血管壁的组成与结构 49

8.1.1 血管壁的结构 49

8.1.2 血管的几何尺度 50

8.1.3 血管壁中各组分的分布 50

8.2 血管的力学特性 51

8.2.1 血管的应力-应变关系 51

8.2.2 血管的顺应性 51

8.2.3 小动脉和毛细血管的力学特性 52

8.2.4 静脉血管的力学特性 52

8.3 血管壁的黏弹性 53

8.3.1 血管壁的应力松弛 53

8.3.2 血管壁的蠕变 53

8.3.3 血管壁的滞后环 53

8.4 血管壁的张力特征 53

8.4.1 弹性张力和主动张力 53

8.4.2 周向张力和轴向张力 53

8.5 血管壁的周向弹性模量 54

8.6 血管弹性对脉搏波传播的影响 55

8.7 血管生物力学特性的影响因素 55

8.8 心血管疾病与血管力学性能改变 56

8.9 人工血管 56

第9章 眼科生物力学 58

9.1 眼球的解剖结构 58

9.1.1 角膜的结构 58

9.1.2 巩膜的结构 59

9.1.3 中层的结构 60

9.1.4 内层的结构与功能 60

9.1.5 眼内腔和内容物 60

9.1.6 眼附属器 60

9.2 角膜生物力学及其应用 61

9.2.1 角膜的生物力学 61

9.2.2 角膜撕裂与部分切除的生物力学特性 61

9.2.3 近视激光手术后角膜生物力学改变 62

9.2.4 近视激光手术后角膜组织的伤口愈合 63

9.2.5 准分子激光切削对于角膜生物力学特性的影响 63

9.3 巩膜生物力学及其应用 64

9.4 视网膜和筛板生物力学 64

9.5 眼调节和老花的生物力学 65

9.6 其他眼部软组织的生物力学特征 65

9.7 房水流体力学及其应用 66

9.7.1 房水流体力学 66

9.7.2 虹膜根部房水压力分布 66

9.7.3 房水流体力学与瞳孔阻滞 66

第10章 听力系统生物力学 68

10.1 人耳的结构 68

10.2 耳听力系统生物力学 70

10.2.1 中耳的生物力学 70

10.2.2 中耳假体的生物力学 71

10.2.3 耳蜗及基底膜力学模型 71

10.2.4 柯蒂器的力学模型 71

10.2.5 耳蜗材料弹性力学参数的测量 72

10.2.6 耳蜗内各结构的力学相互作用 72

10.3 耳蜗力学与听觉障碍及治疗 72

10.3.1 耳蜗力学的发展 72

10.3.2 耳聋与预防 75

10.3.3 助听器与人工耳蜗 76

第11章 血液流变学基础 80

11.1 血液流变学基本知识 80

11.1.1 血液流变学基本内涵及研究内容 80

11.1.2 血液流变学基本知识 81

11.2 临床血液流变学检测指标及其测定方法 82

11.2.1 血液黏度的测定 82

11.2.2 湍流与雷诺数 84

11.2.3 血浆黏度的测定 85

11.2.4 红细胞的聚集性的测定 85

11.2.5 红细胞变形性及其测定 85

11.2.6 血液流变学检测的临床意义 86

11.3 血液黏度的影响因素 86

11.4 血浆黏度的影响因素 87

11.5 循环系统疾病与血液流变学指标异常变化 87

11.5.1 血液流变学与血栓形成 87

11.5.2 血液流变学与高血压 87

11.5.3 血液流变学和冠心病 88

11.5.4 血液流变学与急性心肌梗死 88

11.5.5 血液流变学与糖尿病 88

第12章 淋巴流动的生物力学 89

12.1 淋巴系统的组成与淋巴循环 89

12.2 淋巴生成与循环动力 90

12.2.1 淋巴生成 90

12.2.2 淋巴循环的动力 90

12.3 淋巴液形成的生物力学模型 92

12.4 淋巴系统循环障碍与疾病 93

第13章 呼吸力学 95

13.1 呼吸系统的组成 95

13.2 呼吸系统生物力学模型和指标 96

13.2.1 呼吸系统的数学模型 96

13.2.2 呼吸的动力 97

13.2.3 呼吸力学的物理量及其测量 97

13.2.4 肺的顺应性 98

13.2.5 肺泡表面张力 98

13.2.6 离体肺的生物力学特性 99

13.3 气体在呼吸道中的流动规律 99

13.3.1 气道结构特点 99

13.3.2 气道系统通气规律 100

13.3.3 肺泡的几何形态和流动规律 101

13.3.4 肺通气功能障碍及其治疗 101

13.4 鼻腔流体力学及其相关疾病 102

13.4.1 鼻腔流体力学 102

13.4.2 空鼻综合征 106

13.5 呼吸道流体力学及功能障碍 107

13.6 气道平滑肌力学特性与支气管哮喘的关系 108

第14章 上肢生物力学 110

14.1 肢体的平衡条件 110

14.1.1 肢体生物力学的基本概念 110

14.1.2 力矩的概念 110

14.1.3 力偶和力偶矩的概念 111

14.1.4 力的平移定理 111

14.1.5 肢体关节平衡的力学条件 111

14.2 肩关节的生物力学特性 111

14.2.1 肩关节的功能解剖与运动 112

14.2.2 肩关节的生物力学功能 113

14.2.3 肩关节生物力学特征的应用 113

14.2.4 肩关节生物力学稳定性 114

14.2.5 肩关节中关节力的计算 116

14.3 肘关节的生物力学特性 117

14.3.1 肘关节的功能解剖 117

14.3.2 肘关节的运动功能 118

14.3.3 肘关节的力学稳定结构 118

14.3.4 肘关节的生物力学功能 119

14.3.5 肘关节的关节反作用力 120

14.4 腕关节的生物力学 121

14.4.1 腕关节解剖特点和结构稳定性 121

14.4.2 腕管综合征生物力学 121

14.5 手指生物力学 123

14.5.1 手指关节运动 123

14.5.2 手指生物力学及功能异常 123

第15章 下肢生物力学 124

15.1 髋关节的生物力学 124

15.1.1 髋关节的功能解剖 124

15.1.2 髋关节负重的静力学 125

15.1.3 髋关节运动学 125

15.1.4 髋关节生物力学特点 125

15.1.5 人工髋关节的生物力学 126

15.2 膝关节生物力学 127

15.2.1 膝关节的解剖结构 127

15.2.2 膝关节的生物力学特性 128

15.2.3 胫股和髌股关节力学特点 129

15.2.4 膝关节周围的肌肉 129

15.2.5 腓肠肌和腘绳肌之间的关系 130

15.2.6 股四头肌和腘绳肌之间的关系 130

15.3 踝关节的生物力学 131

15.3.1 踝关节解剖结构 131

15.3.2 踝关节的生物力学特点 132

15.3.3 踝关节的肌肉 132

15.3.4 跟腱的生物力学特性 133

15.4 足的生物力学 133

15.4.1 足的功能解剖 133

15.4.2 足的生物力学与足底病 134

第16章 脊柱生物力学 135

16.1 脊柱的生物力学结构特征 135

16.1.1 脊柱的功能单位 135

16.1.2 脊柱运动的特点 135

16.1.3 脊柱运动的范围 136

16.2 脊柱负荷 137

16.3 脊柱的生物力学功能 138

16.3.1 脊柱的力学稳定性 138

16.3.2 椎体的生物力学特性 138

16.3.3 脊柱的生理曲度及生物力学意义 139

16.3.4 椎间盘的生物力学特性 140

16.3.5 关节突关节的生物力学特性 141

16.3.6 脊柱韧带生物力学特性 142

16.3.7 脊柱韧带的肥厚和钙化 142

16.4 脊柱生物力学与脊柱的健康 144

16.4.1 脊柱受力与脊柱保健 144

16.4.2 脊柱受力与康复训练 146

第17章 人体运动生物力学 147

17.1 人体运动学 147

17.1.1 人体运动学基本概念 147

17.1.2 人体运动学的物理量及描述方法 148

17.1.3 人体运动的形式和原理 150

17.2 人体运动的动力学 152

17.2.1 人体运动动力学基本概念 152

17.2.2 人体运动动力学基本理论 152

17.2.3 人体运动的功能关系 154

17.3 人体运动的静力学 155

17.3.1 人体运动静力学基本概念 155

17.3.2 人体的平衡及其条件 155

17.3.3 人体重心 156

17.4 人体运动的转动力学 157

17.4.1 人体转动运动学概念 157

17.4.2 人体转动动力学概念 157

17.4.3 人体的转动作用 159

17.4.4 动量矩定理的应用 159

第18章 力学生物学 161

18.1 力学生物学基本内涵 161

18.2 应力与生长假说 162

18.3 骨组织的应力与生长 163

18.3.1 应力对骨组织的影响 163

18.3.2 应力对成骨细胞的影响 163

18.3.3 应力对骨组织影响的作用机制 163

18.4 生物力学刺激对关节软骨的影响 164

18.5 软组织的应力与生长 166

18.6 应力刺激与工程化组织生长 167

18.6.1 应力对生长的作用 167

18.6.2 骨延长术中的应力与生长 167

18.6.3 应力-生长关系用于工程化组织构建 167

第19章 临床生物力学指标及其测量方法 171

19.1 生物力学测试的对象与指标 171

19.2 生物力学测试的设计 172

19.3 基本的生物力学实验方法 172

19.3.1 单轴拉伸实验 173

19.3.2 单轴压缩实验 173

19.3.3 弯曲实验 173

19.3.4 扭转实验 174

19.3.5 剪切实验 174

19.3.6 推出实验 174

19.3.7 疲劳实验 174

19.3.8 线性黏弹性实验 174

19.4 生物力学特殊实验 175

19.4.1 近似的基本实验 175

19.4.2 理论模型与实验结果的拟合 175

19.4.3 非线性黏弹性材料力学分析 175

19.5 生物力学测定结果分析与处理 176

19.6 影响生物力学实验结果的因素 176

参考文献 178