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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