骨科生物力学发展及应用课件.ppt

1、骨科生物力学技术的发展及应用生物力学演讲发展背景1.随着社会经济的发展，人口老龄化带来的骨病日益增多，而交通事业的飞速发展导致了创伤事故不断增多，所有这些问题都使得骨科成为综合医院中的中坚科室，部分经济发达地区甚至涌现出专门的骨科医院。2.骨科技术的飞速发展离不开其基础研究所提供的技术平台的支持，而生物力学研究技术的应用在骨科器械和术式创新中具有非常重要的意义，为骨科学的发展提供了有力的保障。3|INSERT PRESENTATION TITLE发展背景3.自20世纪70年代以来，在现代生物力学之父美籍华人冯元桢先生的积极推动下，生物力学作为一门新兴的边缘学科开始在中国起步。4.骨科领域的发展

2、始于1979年夏天，美国的“骨骼生物力学三巨头”赵以憋、毛昭宪、胡留源组织了45位美国的骨外科医生、基础科学家、生物力学专家访华，在广州、成都和北京做了2周半的巡回演讲，使中国骨科医生和工程专业人员第一次接受了大量近代西方有关肌肉骨骼的生物力学基础知识，并对国际上骨外科手术和生物力学专业进展的情况有了初步的了解。传统的生物力学测试方法4|INSERT PRESENTATION TITLE常规的生物力学测试技术在骨科基础生物力学研究领域非常重要，主要是利用工程学的原理和测试技术对骨肌系统的力学性质和功能进行检验和评价，同时许多骨肌系统的术式和器械在应用到临床之前都需要进行生物力学的测试和评价。常

3、规的生物力学测试方法主要是参考美国ASTM 标准(American Society for Testingand Materials)、IS0或英国标准BS(British Standards)。骨科常规的生物力学测试手段5|INSERT PRESENTATION TITLE压缩、拉伸、弯曲和扭转是人体承受的主要载荷，因此骨科常规的生物力学测试手段主要包括拉伸、压缩、弯曲和扭转等条件下的应力和应变分析及弹性模量的获取。拉伸测试主要是用于肌腱、韧带等软组织的力学性能的测试。压缩测试一般用于测试负重的骨或关节的生物力学强度，比较骨折后不同固定器械的固定效果等。传统的力学测试方法的特点6|INSER

4、T PRESENTATION TITLE传统的力学测试方法获得的是实验对象整体的生物力学性质情况，对于需要了解局部应力或应变的变化可采用应变片技术。该技术用于测量颅骨受撞击时的应力分布，脊柱运动过程中椎弓根的应力分布，关节置换后局部的骨应力分布等方面的研究，取得了良好的效果。生物力学的运动分析7|INSERT PRESENTATION TITLE运动分析是生物力学功能评价的另一个重要指标，常用的有离体测量和在体测量2种方法，在体测量又包括了传统的步态分析技术和X线立体摄影测试分析。8|INSERT PRESENTATION TITLE1离体运动分析(Motion analysis in vit

5、ro)离体运动分析9|INSERT PRESENTATION TITLE离体运动分析是评价关节稳定性和固定器械稳定性的有效工具。最早使用的技术是对不同加载状态的标本进行平面摄影，手工测量不同标志之间的角度，原始的系统误差较大。激光三维扫描仪的精度可以达到0015 mm，该技术应用于运动分析测试后，极大地提高了测试的精度。10|INSERT PRESENTATION TITLE2在体运动分析在体运动分析11|INSERT PRESENTATION TITLE12|INSERT PRESENTATION TITLE3X线立体摄影测量分析法(RSA)X线立体摄影测量分析法(RSA)13|INSERT

6、 PRESENTATION TITLEX线立体摄影测量分析法是一种利用X线测量骨骼系统空间位置和运动的方法。它通过两台校准的装置对研究对象同时行放射摄影，通过计算机辅助对研究对象进行三维运动分析。荧光镜透视测量分析法(FRSA)是RSA技术动态应用的扩展。这种方法主要是通过1台(平面)或2台(立体)数字减影造影设备(DSA)、C型臂或DR获得关节或脊柱运动的图像数据，然后利用软件对图像数据进行标定、识别，从而计算、分析其中的骨骼和骨科植入物的位置、方向和全方位自由度运动情况。14|INSERT PRESENTATION TITLE4生物力学仿真技术生物力学仿真技术15|INSERT PRESE

7、NTATION TITLE目前，力学实验仿真研究主要集中在脊柱、骨盆和四肢长骨等方面。脊柱有限元的分析技术是有限元法在生物力学中研究得最早、分析得最多、也是临床上应用最广泛的领域。随着有限元软件功能的不断完善，现在的模型可以逼真地模拟椎间盘、韧带和肌肉等结构，分析结果对相关损伤的危险性可以进行相关的预警。有限元技术在骨科的应用包括了力学实验仿真和医疗器械的力学性能评价及优化设计等16|INSERT PRESENTATION TITLE5有限元分析(finite element analysis，FEA)有限元分析(finite element analysis，FEA)17|INSERT PR

8、ESENTATION TITLE有限元分析是1956年Turner等提出来的概念，主要用于航天航空、交通运输、化学化工领域，至1972年才首次应用于骨科生物力学的研究。近年来这一研究方法已被医学工作者广泛接受。有限元分析的原理是将1个物体或系统分解为由多个相互联结的、简单、独立的点组成的几何模型。有限元分析可被用来分析比较复杂的、用一般代 数方法无法精确分析的系统，可以提供使用其他试验方法无法提供的结果。18|INSERT PRESENTATION TITLE6有限元的优点有限元的优点19|INSERT PRESENTATION TITLE对于许多医疗器械来说，其力学性能的好坏往往决定了其临床应用价值的大小，因此对其力学性能的评价很重要。利用有限元法进行的模拟实验具有实验时间短、费用少、可模拟复杂条件、力学性能测试全面及可重复性好等优点。利用有限元软件的优化设计功能，可以指导医疗器械的设计及改进，以获得更好的临床力学性能。结论20|INSERT PRESENTATION TITLE简要评述了骨科相关的生物力学测试的主要技术，但是现有的生物力学技术尚不能完全满足骨科技术发展进步的要求，因此只有不断提升和创新生物力学测试技术，才能更好地为骨科事业的发展服务。谢谢！