骨科生物力學技術的發展及應用生物力學演講骨科生物力學技術的發展及應用生物力學演講發展背景1.隨著社會經濟的發展，人口老齡化帶來的骨病日益增多，而交通事業的飛速發展導致了創傷事故不斷增多，所有這些問題都使得骨科成為綜合醫院中的中堅科室，部分經濟發達地區甚至涌現出專門的骨科醫院。2.骨科技術的飛速發展離不開其基礎研究所提供的技術平臺的支持，而生物力學研究技術的應用在骨科器械和術式創新中具有非常重要的意義，為骨科學的發展提供了有力的保障。發展背景1.隨著社會經濟的發展，人口老齡化帶來的骨病日益增多3|INSERTPRESENTATIONTITLE發展背景3.自20世紀70年代以來，在現代生物力學之父美籍華人馮元楨先生的積極推動下，生物力學作為一門新興的邊緣學科開始在中國起步。4.骨科領域的發展始于1979年夏天，美國的“骨骼生物力學三巨頭”趙以憋、毛昭憲、胡留源組織了45位美國的骨外科醫生、基礎科學家、生物力學專家訪華，在廣州、成都和北京做了2周半的巡回演講，使中國骨科醫生和工程專業人員第一次接受了大量近代西方有關肌肉骨骼的生物力學基礎知識，并對國際上骨外科手術和生物力學專業進展的情況有了初步的了解。3|INSERTPRESENTATIONTITLE發展傳統的生物力學測試方法4|INSERTPRESENTATIONTITLE常規的生物力學測試技術在骨科基礎生物力學研究領域非常重要，主要是利用工程學的原理和測試技術對骨肌系統的力學性質和功能進行檢驗和評價，同時許多骨肌系統的術式和器械在應用到臨床之前都需要進行生物力學的測試和評價。常規的生物力學測試方法主要是參考美國ASTM標準(AmericanSocietyforTestingandMaterials)、IS0或英國標準BS(BritishStandards)。傳統的生物力學測試方法4|INSERTPRESENTAT骨科常規的生物力學測試手段5|INSERTPRESENTATIONTITLE壓縮、拉伸、彎曲和扭轉是人體承受的主要載荷，因此骨科常規的生物力學測試手段主要包括拉伸、壓縮、彎曲和扭轉等條件下的應力和應變分析及彈性模量的獲取。拉伸測試主要是用于肌腱、韌帶等軟組織的力學性能的測試。壓縮測試一般用于測試負重的骨或關節的生物力學強度，比較骨折后不同固定器械的固定效果等。骨科常規的生物力學測試手段5|INSERTPRESENT傳統的力學測試方法的特點6|INSERTPRESENTATIONTITLE傳統的力學測試方法獲得的是實驗對象整體的生物力學性質情況，對于需要了解局部應力或應變的變化可采用應變片技術。該技術用于測量顱骨受撞擊時的應力分布，脊柱運動過程中椎弓根的應力分布，關節置換后局部的骨應力分布等方面的研究，取得了良好的效果。傳統的力學測試方法的特點6|INSERTPRESENTA生物力學的運動分析7|INSERTPRESENTATIONTITLE運動分析是生物力學功能評價的另一個重要指標，常用的有離體測量和在體測量2種方法，在體測量又包括了傳統的步態分析技術和X線立體攝影測試分析。生物力學的運動分析7|INSERTPRESENTATIO8|INSERTPRESENTATIONTITLE1離體運動分析

(Motionanalysisinvitro)8|INSERTPRESENTATIONTITLE1離離體運動分析9|INSERTPRESENTATIONTITLE離體運動分析是評價關節穩定性和固定器械穩定性的有效工具。最早使用的技術是對不同加載狀態的標本進行平面攝影，手工測量不同標志之間的角度，原始的系統誤差較大。激光三維掃描儀的精度可以達到0．015mm，該技術應用于運動分析測試后，極大地提高了測試的精度。離體運動分析9|INSERTPRESENTATIONT10|INSERTPRESENTATIONTITLE2在體運動分析10|INSERTPRESENTATIONTITLE2在體運動分析相對于離體標本的生物力學運動分析而言，在體運動分析則起源于步態分析(gaitanalysis)技術。步態分析是運用力學方法和技術，并基于人體機能解剖學和生理學的基本理論對人體行走功能狀態進行測量、分析、評價的應用研究。治療前后的運動分析對比，對療效評定等方面具有積極的意義。返回11|INSERTPRESENTATIONTITLE在體運動分析相對于離體標本的生物力學運動分析而言，在體運動分12|INSERTPRESENTATIONTITLE3X線立體攝影測量分析法

(RSA)12|INSERTPRESENTATIONTITLE3X線立體攝影測量分析法

(RSA)13|INSERTPRESENTATIONTITLEX線立體攝影測量分析法是一種利用X線測量骨骼系統空間位置和運動的方法。它通過兩臺校準的裝置對研究對象同時行放射攝影，通過計算機輔助對研究對象進行三維運動分析。熒光鏡透視測量分析法(FRSA)是RSA技術動態應用的擴展。這種方法主要是通過1臺(平面)或2臺(立體)數字減影造影設備(DSA)、C型臂或DR獲得關節或脊柱運動的圖像數據，然后利用軟件對圖像數據進行標定、識別，從而計算、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運動情況。X線立體攝影測量分析法

(RSA)13|INSERTPR14|INSERTPRESENTATIONTITLE4生物力學仿真技術14|INSERTPRESENTATIONTITLE4生物力學仿真技術15|INSERTPRESENTATIONTITLE目前，力學實驗仿真研究主要集中在脊柱、骨盆和四肢長骨等方面。脊柱有限元的分析技術是有限元法在生物力學中研究得最早、分析得最多、也是臨床上應用最廣泛的領域。隨著有限元軟件功能的不斷完善，現在的模型可以逼真地模擬椎間盤、韌帶和肌肉等結構，分析結果對相關損傷的危險性可以進行相關的預警。有限元技術在骨科的應用包括了力學實驗仿真和醫療器械的力學性能評價及優化設計等生物力學仿真技術15|INSERTPRESENTATIO16|INSERTPRESENTATIONTITLE5有限元分析

(finiteelementanalysis，FEA)16|INSERTPRESENTATIONTITLE5有限元分析

(finiteelementanalysis，FEA)17|INSERTPRESENTATIONTITLE有限元分析是1956年Turner等提出來的概念，主要用于航天航空、交通運輸、化學化工領域，至1972年才首次應用于骨科生物力學的研究。近年來這一研究方法已被醫學工作者廣泛接受。有限元分析的原理是將1個物體或系統分解為由多個相互聯結的、簡單、獨立的點組成的幾何模型。有限元分析可被用來分析比較復雜的、用一般代數方法無法精確分析的系統，可以提供使用其他試驗方法無法提供的結果。有限元分析

(finiteelementanalysis18|INSERTPRESENTATIONTITLE6有限元的優點18|INSERTPRESENTATIONTITLE6有限元的優點19|INSERTPRESENTATIONTITLE對于許多醫療器械來說，其力學性能的好壞往往決定了其臨床應用價值的大小，因此對其力學性能的評價很重要。利用有限元法進行的模擬實驗具有實驗時間短、費用少、可模擬復雜條件、力學性能測試全面及可重復性好等優點。利用有限元軟件的優化設計功能，可以指導醫療器械的設計及改進，以獲得更好的臨床力學性能。有限元的優點19|INSERTPRESENTATION結論20|INSERTPRESENTATIONTITLE簡要評述了骨科相關的生物力學測試的主要技術，但是現有的生物力學技術尚不能完全滿足骨科技術發展進步的要求，因此只有不斷提升和創新生物力學測試技術，才能更好地為骨科事業的發展服務。結論20|INSERTPRESENTATIONTITLQ&AQuestions?Q&AQuestions?謝謝！謝謝！骨科生物力學技術的發展及應用生物力學演講骨科生物力學技術的發展及應用生物力學演講發展背景1.隨著社會經濟的發展，人口老齡化帶來的骨病日益增多，而交通事業的飛速發展導致了創傷事故不斷增多，所有這些問題都使得骨科成為綜合醫院中的中堅科室，部分經濟發達地區甚至涌現出專門的骨科醫院。2.骨科技術的飛速發展離不開其基礎研究所提供的技術平臺的支持，而生物力學研究技術的應用在骨科器械和術式創新中具有非常重要的意義，為骨科學的發展提供了有力的保障。發展背景1.隨著社會經濟的發展，人口老齡化帶來的骨病日益增多25|INSERTPRESENTATIONTITLE發展背景3.自20世紀70年代以來，在現代生物力學之父美籍華人馮元楨先生的積極推動下，生物力學作為一門新興的邊緣學科開始在中國起步。4.骨科領域的發展始于1979年夏天，美國的“骨骼生物力學三巨頭”趙以憋、毛昭憲、胡留源組織了45位美國的骨外科醫生、基礎科學家、生物力學專家訪華，在廣州、成都和北京做了2周半的巡回演講，使中國骨科醫生和工程專業人員第一次接受了大量近代西方有關肌肉骨骼的生物力學基礎知識，并對國際上骨外科手術和生物力學專業進展的情況有了初步的了解。3|INSERTPRESENTATIONTITLE發展傳統的生物力學測試方法26|INSERTPRESENTATIONTITLE常規的生物力學測試技術在骨科基礎生物力學研究領域非常重要，主要是利用工程學的原理和測試技術對骨肌系統的力學性質和功能進行檢驗和評價，同時許多骨肌系統的術式和器械在應用到臨床之前都需要進行生物力學的測試和評價。常規的生物力學測試方法主要是參考美國ASTM標準(AmericanSocietyforTestingandMaterials)、IS0或英國標準BS(BritishStandards)。傳統的生物力學測試方法4|INSERTPRESENTAT骨科常規的生物力學測試手段27|INSERTPRESENTATIONTITLE壓縮、拉伸、彎曲和扭轉是人體承受的主要載荷，因此骨科常規的生物力學測試手段主要包括拉伸、壓縮、彎曲和扭轉等條件下的應力和應變分析及彈性模量的獲取。拉伸測試主要是用于肌腱、韌帶等軟組織的力學性能的測試。壓縮測試一般用于測試負重的骨或關節的生物力學強度，比較骨折后不同固定器械的固定效果等。骨科常規的生物力學測試手段5|INSERTPRESENT傳統的力學測試方法的特點28|INSERTPRESENTATIONTITLE傳統的力學測試方法獲得的是實驗對象整體的生物力學性質情況，對于需要了解局部應力或應變的變化可采用應變片技術。該技術用于測量顱骨受撞擊時的應力分布，脊柱運動過程中椎弓根的應力分布，關節置換后局部的骨應力分布等方面的研究，取得了良好的效果。傳統的力學測試方法的特點6|INSERTPRESENTA生物力學的運動分析29|INSERTPRESENTATIONTITLE運動分析是生物力學功能評價的另一個重要指標，常用的有離體測量和在體測量2種方法，在體測量又包括了傳統的步態分析技術和X線立體攝影測試分析。生物力學的運動分析7|INSERTPRESENTATIO30|INSERTPRESENTATIONTITLE1離體運動分析

(Motionanalysisinvitro)8|INSERTPRESENTATIONTITLE1離離體運動分析31|INSERTPRESENTATIONTITLE離體運動分析是評價關節穩定性和固定器械穩定性的有效工具。最早使用的技術是對不同加載狀態的標本進行平面攝影，手工測量不同標志之間的角度，原始的系統誤差較大。激光三維掃描儀的精度可以達到0．015mm，該技術應用于運動分析測試后，極大地提高了測試的精度。離體運動分析9|INSERTPRESENTATIONT32|INSERTPRESENTATIONTITLE2在體運動分析10|INSERTPRESENTATIONTITLE2在體運動分析相對于離體標本的生物力學運動分析而言，在體運動分析則起源于步態分析(gaitanalysis)技術。步態分析是運用力學方法和技術，并基于人體機能解剖學和生理學的基本理論對人體行走功能狀態進行測量、分析、評價的應用研究。治療前后的運動分析對比，對療效評定等方面具有積極的意義。返回33|INSERTPRESENTATIONTITLE在體運動分析相對于離體標本的生物力學運動分析而言，在體運動分34|INSERTPRESENTATIONTITLE3X線立體攝影測量分析法

(RSA)12|INSERTPRESENTATIONTITLE3X線立體攝影測量分析法

(RSA)35|INSERTPRESENTATIONTITLEX線立體攝影測量分析法是一種利用X線測量骨骼系統空間位置和運動的方法。它通過兩臺校準的裝置對研究對象同時行放射攝影，通過計算機輔助對研究對象進行三維運動分析。熒光鏡透視測量分析法(FRSA)是RSA技術動態應用的擴展。這種方法主要是通過1臺(平面)或2臺(立體)數字減影造影設備(DSA)、C型臂或DR獲得關節或脊柱運動的圖像數據，然后利用軟件對圖像數據進行標定、識別，從而計算、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運動情況。X線立體攝影測量分析法

(RSA)13|INSERTPR36|INSERTPRESENTATIONTITLE4生物力學仿真技術14|INSERTPRESENTATIONTITLE4生物力學仿真技術37|INSERTPRESENTATIONTITLE目前，力學實驗仿真研究主要集中在脊柱、骨盆和四肢長骨等方面。脊柱有限元的分析技術是有限元法在生物力學中研究得最早、分析得最多、也是臨床上應用最廣泛的領域。隨著有限元軟件功能的不斷完善，現在的模型可以逼真地模擬椎間盤、韌帶和肌肉等結構，分析結果對相關損傷的危險性可以進行相關的預警。有限元技術在骨科的應用包括了力學實驗仿真和醫療器械的力學性能評價及優化設計等生物力學仿真技術15|INSERTPRESENTATIO38|INSERTPRESENTATIONTITLE5有限元分析

(finiteelementanalysis，FEA)16|INSERTPRESENTATIONTITLE5有限元分析

(finiteelementanalysis，FEA)39|INSERTPRES