生物力学概论---副本.pptx

《生物力学概论---副本.pptx》由会员上传分享，免费在线阅读，更多相关内容在教育资源-天天文库。

1、生物力学导论本课程的特点和要求力学和生物学、医学、生理学等相结合力学生物学医学生理学内容繁杂，相互之间关联性不强：“生物流体力学”、“生物固体力学”、”生物流变学”、“流体、热和质量的传递过程”、“运动生物力学”等，甚至还可以分出更为细微的教程，如“循环系统力学”、“心血管流体力学”、“动脉中的血液流”、“心脏力学”、“骨骼与关节”等涉及的范畴力学理论力学流体力学固体力学弹塑性力学理论建模水平对生理学、解剖学等生物学和医学基础的要求也很广泛考核以上课的内容为主作业占30％期末考试占70％第一章生物力学概论什么是生物力学：研究对象、目的和意

2、义生物医学工程简介生物力学在生物医学工程中的位置生物力学发展史现代生物力学的主要内容生物力学的未来和发展趋势本章主要内容1.1生物力学：它的研究对象、目的和意义“生物力学”是应用力学原理和方法对生物体中的力学问题进行定量研究的生物物理学分支。1.1.1生物力学的研究范围生物力学的研究范围从生物整体到系统、器官(包括血液、体液、脏器、骨骼等)，从鸟飞、鱼游、鞭毛和纤毛运动到植物体液的输运等。生物力学的基础是能量守恒、动量定律、质量守恒三定律，并加上描写物性的本构方程。生物力学重点是研究与生理学、医学有关的力学问题。目前热点正逐渐向细胞、分子

3、层次发展。1.1.2生物力学的意义用力学方法和原理解决生物医学问题生物力学的研究，加深了对血液流变特性与疾病的关系，骨力学特性与骨折的愈合关系，血液流动规律与心血管疾病的关系等的理解。应用生物力学的研究成果，指导人工关节、人工心脏瓣膜等人工器官的设计。例：罗叶泵1.1.3生物力学的研究对象目前在生物力学研究方面较为瞩目的研究领域包括骨组织的结构与受力分析、血液在血管及毛细血管网络中的流动规律、心脏的瓣膜运动、生物材料的制备、细胞乃至分子层次的生物力学问题等。生物材料力学生物流体力学生物固体力学运动生物力学生物热力学1.1.3.1生物材料力

4、学生物体材料力学特性本构方程：应力～应变，应力～应变率流变学：物质变形和流动实验：在体和体外多相、非均匀、各相异性特征：半经验生物力学与其他力学分支最重要的差别是：其研究的对象是生物体。因此，在研究生物力学问题时，实验对象所处的环境十分重要。作为实验对象的生物材料，有在体和离体之分。在体生物材料一般处于受力状态（如血管、肌肉），一旦游离出来则处于自由状态，即非生理状态(如血管、肌肉一旦游离，当即明显收缩变短)。两种状态材料的实验结果差异较大。在体实验分为麻醉状态和非麻醉状态两种情况。至于离体实验，在对象游离出来后，根据要求可以按整体正位进

5、行实验，或进一步加工成试件进行实验。不同的实验条件和加工条件，对实验结果的影响很大。这正是生物力学研究的特点。环境的影响环境对生理的影响也是生物力学的一个研究内容。众所周知，氧对生物体的发育有很大影响，在缺氧环境下生物体发育较慢，在富氧环境下发育较快。即使在短期内，环境的影响也是明显的。实验表明：在含10%的氧气、压力为一个大气压的环境中的幼鼠，即使只生活24小时，在直径为15～30微米的肺小动脉壁下，也会出现大量的纤维细胞。若延续4～7天，纤维细胞则会过渡为典型的平滑肌细胞，这无疑会影响肺循环中血液的流动。又如处于高加速度状态中的人，其

6、血液的惯性会有明显的改变，悬垂器官会偏离原位，从而改变体内血液的流动状态。1.1.3.2生物流体力学生物流体力学是研究生物心血管系统、消化呼吸系统、泌尿系统、内分泌以及游泳、飞行等与水动力学、空气动力学、边界层理论和流变学有关的力学问题。体液流动内流和外流心血管系统血管床的形态复杂性周期性脉动流血管壁：非线性粘弹性、血液的非牛顿性、脉搏波的传播和反射1.1.3.3生物固体力学生物固体力学是利用材料力学、弹塑性理论、断裂力学的基本理论和方法，研究生物组织和器官中与之相关的力学问题。生物固体力学结构形状功能1.1.3.4运动生物力学运动生物力

7、学是用静力学、运动学和动力学的基本原理结合解剖学、生理学等研究人体运动的学科。用理论力学的原理和方法研究生物是个开展得比较早、比较深入的领域。体育运动、宇航、运动仿生生物体运动原理康复医学工程：包括各类假肢的优化和设计，足部应力、关节运动等在运动生物力学的研究中，首先要建立人体力学模型，通常把人设想为由有限个以球铰联结的链系统。因为人体各相邻分体之间存在肌肉作用力，所以人体力学模型应是包含肌肉动力系统的特殊刚体系。人与动物的骨骼和肌肉的受力状态，如手提重物时手臂骨骼与二头肌的受力，脊柱与脊柱肌的受力等可用静力学方程求解。在人体运动中，应用

8、动力学的基本原理、方程去分析计算运动员跑、跳、投掷等多种运动项目的极限能力，其结果与奥林匹克运动会的记录非常相近。在创伤生物力学方面，以动力学的观点应用有限元法，计算头部和颈部受冲击时的频率响