大学精品课件:骨骼.pptx
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- 大学 精品 课件 骨骼
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1、第四章 骨骼系统 Skeletal System,周 钢 生物与医学工程学院 zhougang,一、骨 二、全身骨的分布概况与特征 三、骨连结,一、骨,骨 骨连结(关节) 肌肉 运动中,骨起杠杆作用,关节是运动的枢纽,骨骼肌是动力器官。 骨是一种器官,由骨组织(骨细胞、胶原纤维和基质)构成。,骨骼系统,运动系统,4,纳米晶 CaP 与胶原的组装有序(Periodic ultrastructure in collagen fibril),是适合成骨与破骨细胞代谢的微环境。,人骨的纳米尺度上的微结构,(一)骨骼的作用,1. 支持功能:坚硬的支架,软组织和器官附于骨 2. 保护功能:颅、脊柱、胸廓、
2、盆腔 3. 运动功能:杠杆作用 4. 造血功能:红骨髓 5. 贮存矿物质:钙盐、磷酸盐 6. 为肌肉提供附着点/面,!,(二)骨的分类,1. 按位置 颅骨 躯干骨 四肢骨附肢骨 appendicular skeleton,2. 按形态,长骨long bone:呈长管状,分布于四肢,起 支持和杠杆作用,如肱骨、股骨 短骨short bone:形似正方形,多成群分布于连接牢固且灵活的部位,如腕骨、跗骨 扁骨flat bone:呈板状,主要围成空腔,如颅腔、胸腔和盆腔的壁,起保护作用,如颅盖骨、肋骨 不规则骨irregular bone:如椎骨、蝶骨,有些内有腔,称含气骨pneumatic bone
3、,图 骨的分类 Classification of bones.,长 骨,短 骨,扁 骨,不规则骨,圆 骨,长骨 骨干 diaphysis 一体两端 骨骺 epiphysis 干骺端 骺软骨 骺线 metaphysis epiphysil cartilage epiphysial line,(三)骨的表面形态,骨表面受肌肉牵拉、血管神经的经过和贯通、与脏器邻接等产生特定的形态,1. 骨面突起,突 process:突然高起 棘 spine:较尖锐的小突起 隆起 eminence:基底较广的突起 粗隆 tuberosity:粗糙的隆起 结节 tubercle/小结节tubercle:圆形的隆起 嵴
4、 crest:细长的锐缘 线 line:低而粗涩的嵴,2. 骨面凹陷 窝 fossa:大的凹陷 凹 fovea/小凹 foveola:小的凹陷 沟 sulcus:长形的凹 压迹 impression:浅的凹陷,3. 骨的空腔 腔cavity / 窦sinus / 房antrum:骨内的腔洞 小房 cellules:小的腔洞 管canal / 道meatus:长形的腔 口aperture / 孔foramen:腔或管的开口 裂孔 hiatus:不整齐的口,4. 骨端的膨大 头head / 小头capitulun:较圆的膨大 颈neck:头下略细的部分 髁condyle:椭圆的膨大 上髁epicn
5、dyle:髁上的突出部分,5. 骨面 面surface:平滑的骨面 缘border:骨的边缘 切迹 notch:边缘的缺口,1. 骨膜 periosteum 组成:由纤维结缔组织构成,含有丰富的血 管和神经 功能:对骨的营养、再生和感觉有重要作用 分层:内、外两层,(四)骨的构造,骨 膜,骨内膜:髓腔内和骨松质间隙,内层:骨原细胞,成骨细胞, 破骨细胞 神经,血管,淋巴 作用:再生,外层:,胶原纤维束穿入骨质, 使之固着于骨面,骨原细胞,!,骨膜,骨内膜,骨髓,骨 的 解 剖 结 构,* 骨质,* 骨髓,* 骨膜,骨密质,骨松质,黄骨髓,红骨髓,!,2. 骨质 骨密质 compact bone
6、:质地致密,耐压性较大,配布于骨的表面 骨松质 spongy bone:呈海绵状,由相互交织的骨小梁trabeculae排列而成,配布于骨的内部,骨小梁的排列与骨所承受的压力和张力的方向一致 板障diploe,* 骨密质 compact bone,* 骨松质 spongy bone,骨板结和紧密,质地致密,抗压。,骨小梁,海绵状排列 方向与该骨承受压力/张力的方向一致。,长骨骨干,扁骨和短骨表层,长骨的骨垢和骨干内表面,扁骨的板障, 短骨的中心等处,!,3. 骨髓bone marrow: 填充于骨髓腔和松质间隙; 分红骨髓、黄骨髓,* 红骨髓 Red bone marrow,* 黄骨髓 Yel
7、low bone marrow,沉积大量脂肪, 失去造血活力,有造血功能,胎儿及幼儿:骨髓腔和骨松质间隙,成人:椎骨,髂骨,肋骨,胸骨及肱骨和股骨等长骨的骨垢内,五岁后的长骨骨干内,!,4. 骨的血管、淋巴管和神经,骨 组 织,骨组织的细胞,* 骨原细胞 (osteogenic cell),* 成骨细胞 (osteoblast),* 骨细胞 (osteocyte),* 破骨细胞 (osteoclast),骨外膜内层,骨内膜 及中央管的腔面,分化为成骨细胞和成软骨细胞,位于骨组织表面,形成类骨质,分泌细胞因子调节骨组织的形成和吸收, 促进骨组织钙化,胞体位于骨陷窝中,突起位于骨小管中,骨组织边缘
8、的骨质 吸收部位凹陷处,释放溶酶体酶和乳酸,使骨质吸收,!,(五)骨的显微结构,长骨骨干,* 环骨板,* 哈弗斯系统,* 间骨板,骨单位,32,(五)骨的化学成分和性质,有机物:成人1/3,骨胶原、粘多糖 骨的弹性和韧性 无机物:成人2/3,钙盐(磷酸钙、碳酸钙) 机体内最大的钙库,儿童1:1,青枝状骨折 成人 3:7 最适 新鲜成人骨密度的生物力学特性(mechanical characteristics of fresh bone ): 弯曲强度160MPa,剪切硬度54MPa,拉伸强度120150MPa,杨氏模量18GPa 老人 无机盐增加,出现骨质疏松osteoporosis,骨是一种
9、有生命的器官,力学因素对骨的生长发育和改造重建起着非常重要的作用 最适宜的应力范围,一般在2001000 -strain(微应变),骨吸收骨形成,骨吸收 骨形成,骨吸收 骨形成,骨重建,骨塑形,骨折,Frost,38,应力过高或过低都引起骨的吸收和委缩 应力过低:长期失重和瘫痪 脱钙、蜕行性改变 应力过高,受力点应力集中骨质的破坏和吸收 不受力点应力遮挡骨质蜕变,骨折内固定,39,募集成骨细胞形成新骨,机械负荷,微裂痕和微损伤,破骨细胞增加,沿主要负荷方向进行骨吸收,40,破骨细胞活化,继而发生骨吸收,成骨细胞活化,继而发生骨生成,41,42,(六)骨的发生和发育,骨发生于中胚层的间充质 膜化
10、骨 intramembranous ossification 胚胎第8周开始,间充质先分布成膜状,以后有的在膜的基础上骨化 软骨化骨endochondral ossification 有的发育成软骨,以后再骨化,,在透明软骨基础上骨化而成,* 膜化骨:多见于扁骨,* 软骨化骨:长骨,短骨,不规则骨,* 加长,骺板,* 增粗,骨外膜中的骨原细胞,长骨的进一步生长,图 软骨内成骨的主要步骤 Major stages in the development of an endochondral bone,46,软骨细胞增殖 软骨细胞肥大 软骨基质矿化,软骨内成骨,47,力学因素通过骨吸收与骨形成的相互
11、平衡来 调整骨的形状、大小及有机组成,骨骼结构朝有利于其承载负荷的方向优化生长,骨 折 分 类,形态,青枝骨折,压缩性骨折,粉碎性骨折,螺旋性骨折,骨质部分断裂,骨膜及部分骨质未断,松质骨因压缩而变形,骨碎裂成两块以上,骨折前骨组织 是否正常,外伤性骨折,病理性骨折,骨结构正常,骨折因暴力引起,骨折前骨本身存在着影响 其结构坚固性的内在因素,胫腓骨骨折及固定,50,能够工作在危险环境 如:X线引导下的手术操作。以骨折髓内钉内固定为例,医生可以远距离控制机器人完成定位操作,避免射线对医生的伤害。,意义,有效改善手术的操作流程 如:Zeus的主从式遥操作方式,改善了流程,大大提高了医生操作的舒适性
12、和准确性(传统方法中,医生直接操纵杠杆式的腔镜和工具,缺乏人机工效)。 显著提高手术的定位精度 如:将定位误差降低到1mm以下。在脑外科和骨科的立体定向手术中,传统方法多为徒手操作,误差高达几个mm,且不稳定。 灵活完成精细的微操作 如:DaVinci机器人可以利用末端的自由度进行分离、切割、止血、缝合等外科操作,实现微创手术。,与人相比,机器人辅助操作具有明显优势,体现在,骨科器械,52,微创,准确,安全,现代外科不仅要求准确、安全,更要求微创。 机器人以其准确性、灵活性、抗疲劳等特点,在微创外科具有明显优势,面临的技术挑战和可能的技术途径,精密的微小操作机构 用于微创或无创的诊断和治疗,突
13、出灵活性和精密操作 应用特点:狭小空间操作+(小切口 or 自然腔道入口) 技术挑战:适用于人体狭小空间的微机械和MEMS理论、传感器技术,10mm,无疤痕胆囊摘除术 (法国,2008),小型机构:手持式、patient-mounted等,10mm*75mm,手持式,Bone-mounted,太空手术机器人(切割) (美国,2005),Praxiteles磨削机器人 (法国,2005),SpineAssist定位机器人 (以色列,2004) (10mm75 mm,重200g),韩国全南大学:动脉微型机器人概念 ( 1 mm10 mm,2007),日本立命馆大学:超小医用机器人模型 (10mm2
14、0 mm,重5 g,2007),美国卡耐基梅隆大学:HeartLander (高5 mm,宽8 mm,长10 mm,2007),面临的技术挑战和可能的技术途径,精密的微小操作机构,微机构:动力源问题,突出自主性(Autonomous unit),视频,日本RF System Lab:Sayaka内镜胶囊 (9mm23mm,2005),骨科机器人研究进展,自动化操作 动作精确 不怕疲劳 体积庞大,占用手术室操作空间,髋关节置换手术中磨削假体用凹腔(磨削时间25-35min),ORTHODOC 规划工作站,RoboDoc系统 Integrated Surgical Systems 公司研制 3个部
15、分:规划工作站(OrthoDoc)、机器人本体、机器人导引与控制工作站 FDA认证,视频,研究进展,SpineAssist系统 Mazor Surgical Technologies公司研制 用于图像引导微创手术的半主动机器人设备,刚性连接到解剖体 小型化,高60mm,重240g 定位精度1mm,操作简单 可靠精确 不需要额外的操作人员 FDA认证 售价约10万美元,视频,by Joshua Davis,骨科医疗机器人前景光明 机器人手术:更安全、微创、准确 处在发展初期,仅仅是冰山一角,仍有大量工作要完成,* 血肿机化期,* 原始骨痂形成期,骨折后2-3周,骨性骨痂主要经骨膜内骨化形成,其次
16、为软骨内骨化,约需4-8周,约需8-12周完成,* 血肿形成期,* 改造塑型期,骨 折 愈 合,!,人体的骨骼系统,206块,中轴骨,附肢骨骼,颅骨,29块,躯干骨,椎骨,肋骨,胸骨,成人26块,上肢骨,下肢骨,64块(每侧32块),锁骨,肩胛骨,肱骨,尺骨,桡骨,手骨,62块(每侧31块),髋骨,股骨,髌骨,胫骨,腓骨,足骨,24块(每侧12块),1块,!,(一)颅骨 skull (29) 1. 脑颅骨cranium(8) 额骨frontal bone (1)、 顶骨parietal bone(2)、 颞骨temporal bone(2)、蝶骨sphenoid bone(1)、 筛骨ethm
17、oid bone(1)、 枕骨occipital bone(1) 2. 面颅骨facial bones (15) 下颌骨mandible(1)、上颌骨maxilla(2)、犁骨vomer(1) 颧骨zygomatic bone(2)、泪骨lacrimal bone(2)、 腭骨palatine bone(2)、鼻骨nasal bone(2)、 下鼻甲inferior nasal bone(2)、舌骨hyoid bone(1) 3. 听小骨(3对),中轴骨颅 骨Skull 23块,脑颅骨,面颅骨,脑颅骨,成对:颞骨, 顶骨,不成对:额骨, 枕骨, 蝶骨, 筛骨,颞骨,顶骨,额骨,蝶骨,枕骨,筛骨
18、,蝶骨,颅盖Calvaria :由额骨, 枕骨和顶骨构成,!,65,颞 骨Temporal Bone,颞 骨Temporal Bone,蝶 骨 Sphenoid Bone,小翼,大翼,翼突,体,筛 骨 Ethmoid Bone,筛骨迷路,垂直板,成对:,不成对:,上颌骨, 腭骨, 颧骨, 鼻骨, 泪骨, 下鼻甲,犁骨, 下颌骨, 舌骨,上颌骨,颧骨,泪骨,鼻骨,腭骨,犁骨,下颌骨,面颅骨,15块,!,下 颌 骨,72,73,74,下鼻甲,腭骨,舌 骨 Hyoid Bone,舌骨体,小角,大角,颅底内面,颅前窝,颅中窝,颅后窝,筛板筛孔,垂体窝,视神经管,眶上裂,圆孔,卵圆孔,棘孔,破裂孔,枕骨
19、大孔,舌下神经管,颈静脉孔,颅底外面,骨腭,颧弓,下颌窝,关节结节,颈乳孔,颈动脉管外口,颈静脉窝,下颌骨,额骨,筛骨,鼻骨,泪骨,颧骨,上颌骨,筛骨垂直板,颞骨,鳞状缝,蝶骨,冠状缝,顶骨,犁骨,蝶骨,下鼻甲,骨缝 冠状缝 coronal suture:额骨与两侧顶骨连接 矢状缝 sagittal suture:两侧顶骨连接 人字缝 lambdoid suture:两侧顶骨与枕骨连接,额窦,蝶窦,鸡冠,鼻骨,冠状缝,人字缝,碟鞍,筛骨垂直板(鼻中隔),下鼻甲,犁骨,腭骨,腭骨,犁骨,外耳门,枕骨大孔,人字缝,颞骨,乳突,茎突,颧弓,蝶骨,颧骨,下颌窝,颅囟cranial fontanelle
20、s 前囟anterior fontanelle:位于矢状缝与冠状缝相接处 后囟posterior fontanelle:位于矢状缝与人字缝相接处 蝶囟sphenoid fontanelle:顶骨前下角 乳突囟mastoid fontanelle:顶骨后下角,新生儿颅顶各骨尚未完全发育,骨缝间充满纤维组织膜,在多骨交接处,间隙的膜较大,85,86,前囟在1218个月时会闭合,前囟闭合过迟,佝偻病、克汀病和脑积水等患儿,前囟闭合过早,小头畸形患儿,前囟饱满隆起,颅内压增高,脑膜炎和脑积水等患儿,前囟凹陷,见于脱水、营养不良和极度消瘦的孩子,鼻旁窦 paranasal sinuses 是上颌骨、额骨
21、、蝶骨及筛骨内的骨腔, 位 于鼻腔周围并开口于鼻腔。 作用: 温暖和湿润空气; 使声音发生共鸣。,额窦frontal sinus 筛窦ethmoidal sinuses:筛骨迷路 蝶窦sphenoidal sinus,(二)躯干骨 (51) 1. 脊柱vertebral column,spine(26) 椎骨vertebrae(24)、骶骨sacrum (1)、 尾骨coccyx(1) 2. 胸骨sternum (1) 3. 肋骨ribs (12对) 椎骨:一体、一弓、七突起 横突 1对 棘突 1个 关节突 2对 胸廓thorax 胸骨、胸椎、肋和韧带共同围成,脊柱上端承托颅骨,下联髋骨,中附
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