生物力学与医学工程精选(九篇)

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第1篇：生物力学与医学工程范文

关键词 创新教育；生物医学工程专业；医用物理学；教学改革；实验教学

中图分类号：G642.0 文献标识码：B

文章编号：1671-489X（2015）16-0118-03

同志曾指出：“创新是一个民族进步的灵魂，是一个国家兴旺发达的不竭动力。”创新的主体是人才，人才的培养靠教育。唯有积极主动地实施创新教育，才能培养出具有创新精神和实践能力的高素质人才。创新教育就是以培养人们创新精神和创新能力为基本价值取向的教育。

《教育部关于进一步深化本科教学改革全面提高教学质量的若干意见》（教高〔2007〕2号）和《国家中长期教育改革和发展规划纲要（2010―2020年）》都强调，要着力提高学生的学习能力、实践能力、创新能力。教育部、卫生部2012年5月联合的《关于实施临床医学教育综合改革的若干意见》（教高〔2012〕6号）中指出，更新教育教学观念，改革教学内容、教学方法与课程体系，创新教育教学和评价考核方法，推进以学生自主学习为导向的教学方法改革，完善以能力为导向的形成性与终结性相结合的评定体系。其根本目的是培养适应国家医学创新和国际竞争需要的高水平的复合型创新人才。

在创新教育视角下生物医学工程专业医用物理学的教学目标：不仅使学生掌握学习专业课程所必需的医用物理学基本理论、基本知识、基本技能，而且帮助学生树立正确的科学观念，启迪学生的创新思维，训练学生掌握科学的思维方法，提高学生发现问题、提出问题、分析问题、解决问题的能力及创新能力。医用物理学是生物医学工程专业重要的基础课程之一，该课程的教学改革对该专业学生创新能力的培养至关重要。但由于学生对该课程不够重视，学习兴趣不高，再加上各章节之间联系不大，学生普遍反映很难学；而且学生刚刚进入大学不久就开始学习该课程，难以适应课程学习要求。如何在创新教育视角下搞好该课程的教学改革，就成为要不断探讨的重要课题。

1 更新教学内容、丰富教学资源

教学内容的更新与教学资源的丰富是教学改革最基本、最重要的途径之一，也是创新教育的基础与前提。传统的教学资源就是教师手中的几本书，非常匮乏。

教材建设 在创新教育视角下，对原有教材内容不断进行优化、重组、更新，多次修订出版《医学物理学》和《医用物理学》。这些教材适当降低了对高等数学的要求，删除了与医学联系不紧密的内容，精选了物理与医学结合的案列，压缩了篇幅；充分考虑到了教材的实用性、科学性、先进性和前沿性；重点阐述物理学的基本思想、概念、原理和方法，加强基础理论和基本知识在医学上的应用，克服了理论化、公式化等枯燥乏味、繁琐的内容[1]，让学生在学习过程中真正体会到学有所用，更有利于学生自主学习。

将物理学史、医学史引入教材 在创新教育视角下，在传授物理知识的同时，特别注重物理思想和物理方法的介绍，其特色是“溯源通今”，将物理学史、医学史引入教材。在每一章后面介绍与本章内容有关的物理、医学、生命科学等诺贝尔奖获得者的成长经历及重大理论发现的经过或相关的新概念、新方法及新技术应用等，帮助学生树立正确的科学发展观，培养创新思维，提高综合素质及独立分析问题、解决问题的能力。通过问卷调查发现，学生普遍对改革后的教材反映良好。特别是每章后面的阅读材料，对学生来说，极大地开拓了视野，丰富了知识，提高了学习兴趣[1]，激励了他们奋发向上、永攀高峰的信心和斗志。

将教研、科研成果充实教学内容 在创新教育视角下，将教研、科研成果及时充实到教学内容中，使教学与学科前沿相结合，从而形成科研促进教学的良性发展。出版适合PBL教学、案例式教学、任务型教学的《医用物理学》《医学物理学实验》等教材。在教学过程中，确保将最新的知识和信息传递给学生，根据医学中出现的新技术、新方法和医学生实际需要及时调整教学内容，拓展教育途径，促进教学质量和教学效率的不断提高。制作多媒体教学课件及建立网上教学资源库等，构建以纸质教材、电子教案和网络课程等为一体的立体化教材体系，极大地丰富了教学资源。

2 创新教学方法，丰富教学手段

在创新教育视角下，在转变教学思想，更新教育观念和教学内容的同时，还必须进行教学方法的有效改革，才能更好地发挥育人功能。传统单一的教学方法是以教师讲授为主的“填鸭式”教学，即以教师为中心、以课堂为中心、以教材为中心。传统的教学手段是一张嘴、一块黑板、几支粉笔、几张挂图，学生只能被动接受知识，导致学生缺乏学习主动性与自主性，缺乏发现问题、提出问题、分析问题、解决问题的能力，缺乏创新意识与创新能力。

运用多种教学方法 在创新教育视角下，教学过程因材施教，提倡以学生为中心、以教师为主导的教学模式[2]，如启发式、讨论式、提问式、PBL、CBL、基于项目的探究性学习模式、医学模拟教学等。这些教学方法有利于培养学生独立分析问题、解决问题的能力以及创新能力，真正达到“授人以渔”的教学目的，真正做到让学生不仅是“学会”，更重要的是“会学、乐学”，实现“要我学”向“我要学”的转化。

多种教学手段并存 在创新教育视角下，合理而有效地使用计算机多媒体辅助教学，做到多媒体辅助教学与传统教学手段的有机结合。通过PPT将各种声音、图像、视频等多种资料应用到教学中，使得教学内容富多彩，在一定程度上增强了学生听课的兴趣，提高学生学习的主动性，也增强了互动性，从而能够达到教学效果的最优化。还部分地开展了双语教学的尝试，教师的教案、讲稿及多媒体课件中的各级标题、专业名词等均采用中英文对照形式，讲授时以英文形式读写。通过双语教学，促进师生学习英语的积极性，提高学生阅读专业英文文献和技术资料的兴趣和能力，从而提高学生专业英语水平。构建讲授法、启发式、讨论式、PBL、CBL和基于项目的探究性学习模式、医学模拟教学等多种教学方法并存，融计算机多媒体辅助教学、双语教学为一体的适应21世纪人才培养需要的新型教学模式。

3 改革实验教学，提高创新能力

传统的医用物理学实验存在内容陈旧、教学模式单一、方法简单等问题，而且医学特色不突出，过分强调本课程的系统性、完整性，忽视整体培养目标。这在很大程度上束缚了学生学习的主动性和创造性，不利于学生创新能力的培养。

改进实验内容 在创新教育视角下，组织教师每年编辑修订《医用物理学实验》讲义，使之更贴近医学实际：1）充分利用现有实验仪器和设备对原有实验进行改革，如非正常眼的模拟与矫正实验；2）减少过时的内容，增加新的生物信息测量技术内容，如生物机能实验系统的原理与应用、心电图机的性能测定、霍尔效应医用换能器原理与实验等；3）增加综合性实验和设计性实验的比例，进行创新性实验的尝试等，注重学生实践能力和创新能力的培养。并通过实验室开放，让学生多做实验，进一步培养学生的综合应用能力、创新思维和创新能力。

改革实验教学方法与手段 在创新教育视角下，在更新实验教学内容的基础上，又进行教学方法改革的尝试，将国际上流行的任务型教学模式（Task-based teaching，TBT）引入医用物理实验教学中，打破传统的实验教学模式，而代之以“设计任务―明确任务―完成任务―评价任务”[3]模式，采用多媒体技术和黑板板书、示教相结合的教学手段，从而培养学生提出问题、独立分析问题、解决问题及创新的能力。构建内容与医学实际联系紧密，采用国际上流行的任务型教学法和多样化教学手段，提高学生的综合素质和培养学生动手能力和创新能力的新型物理实验教学体系。充分发挥医用物理学实验课在提高生物医学工程专业学生自然科学素质、激发创新意识、培养创新精神、启迪创新思维和提高创新能力方面的重要作用[3]。

4 改革评价体系，发挥导向作用

传统的考核方式是单一的期末闭卷考试，注重对学生学习结果的评价，缺少对学生学习过程的监控，考核内容侧重于基本知识的记忆、理解，缺少反映知识的运用能力、创新能力的综合性、提高性题目，不利于学生分析问题、解决问题能力和创新能力的培养。

物理学课程考核评价体系 在创新教育视角下，按照医学生创新能力培养的要求，在对教学效果的评价中，突破传统的单纯期末闭卷考核的方法，采用开卷和闭卷相结合，加强对学生学习过程的监控，构建知识评价与能力评价相结合、形成性评估和终结性评估相结合的多元化评价体系，使评价内容多元化、评价方式多样化。课程考核分为理论考核、实验考核和平时考核三部分：理论考核占70%，着眼于考查学生的综合分析能力和解决问题的能力，并实行教考分离，期末由教务处统一组织；实验考核占20%，其中实验报告占10%，操作考试占10%，操作考试由教研室在课程学习结束后安排；平时考评占10%，包括上课考勤、课程作业（平时作业和写小论文）、课堂测验、抽查提问等。

PBL等教学模式教学考核评价体系 在创新教育视角下，在PBL、CBL、基于项目的探究性学习模式、医学模拟教学及任务型教学模式教学评价中，采用有效评估标准进行。在以上模式的教学活动中，学生通过演讲报告会以PPT课件，或者通过小型展览会以书面报告形式来展示他们的学习收获与体会；评价主体上采用学生自评与互评、教师评价相结合；教学活动之前、教学活动过程中、教学活动结束后分别采用诊断性评价、形成性评价、终结性评价；评价内容上尽可能地将知识与能力、过程与方法、情感态度与价值观目标纳入评价体系中，形成评价主体、评价方式及评价内容等多元化评价体系。经过几年的实践证明， 实施多元化评价较为客观、全面地反映学生对本门课程的学习情况，充分发挥教学评价体系的导向和激励作用，促进学生全面综合发展，培养学生发现问题、分析问题、解决问题的能力及创新能力，提高教育教学质量。

5 结论

创新教育视角下对生物医学工程专业医用物理学课程在教学内容、教学模式、实验教学、评价体系等方面进行改革，通过课后访谈和问卷调查发现，效果良好。学生感到医用物理学不再枯燥无味，而是非常有趣，与身边的生活和医学现象都密切相关[1]；医用物理学课程不仅是生物医学工程专业学生学习后继专业课程的基础，而且对启迪学生的创新思维，训练学生掌握科学的思维方法，提高学生发现问题、提出问题、分析问题、解决问题的能力及创新能力起着至关重要的作用。目前，潍坊医学院医用物理学课程已成为深受学生欢迎和喜爱的、在全院有较高知名度的校级精品课程。

参考文献

[1]张婷，陈涛，王光昶，等.《医用物理学》课程教学改革的实践探索[J].中国医学物理学杂志，2012，29（5）：3512-3714.

[2]唐伟跃，李云涛，刁振琦，等.卓越医师教育背景下《医用物理学》课程改革与建设[J].中国医学物理学杂志，

第2篇：生物力学与医学工程范文

关键词：理工科院校 生物医用材料学 课程教学 临床病理性检查 医疗器械组件材质

中图分类号：G64 文献标识码：A 文章编号：1674-098X（2015）09（b）-0143-02

Thinking and Exploration on the Course Teaching of Biomedical Materials Science in Science and Engineering Colleges

Wang Fuping Chen Zhongmin

（College of Pharmacy and Bioengineering，Chongqing University of Technology，Chongqing，400054，China）

Abstract：Biomedical engineering is set up in science and engineering college relying on their various advantages，medical instrument is the profession feature.The main part of courses is electronic science and technology， biology and medical courses are few and neglected by most of the undergraduates.Therefore，in order to promote students learning interest，and improve the quality of this course，enhance the students’comprehensive quality， put forward a teaching method， which involve adding a few of clinical pathological examination and studying the materials of medical equipment with the knowledge of the biomedical materials.This teaching method left a deep influence on the students.

Key Words：Science and engineering college；Biomedical materials； Course teaching； Clinical patholog； Materials of medical equipment

目前，国内大约有六、七十所大学设立生物医学工程专业，其中大多数是综合或理工科大学，医学院校仅十几所，各个高校依托各自的各种办学优势，以创办出有自己鲜明特色的生物医学工程专业[1]。作为理工科高校，医疗器械成为了生物医学工程专业的主要方向，主干课程包括电路及模拟电子技术、数字电子技术、医用电力电子技术、单片机原理及应用、医学图象处理、医学信号处理、生物医学传感器，基础医学、生物医学化学、生物医用材料等，该专业学生较明显投入大量的时间和精力于电路、信号、软件等课程，但在《生物医用材料学》课程学习中表现出明显不重视，更有甚者认为该课程与医疗器械方向相差甚远，导致该课程教学中，学生兴趣不高，学习效果差，为了改变此现状，与同组老师进行了相关教学经验探讨，查阅其他老师教学经验总结[2-3]，均是需要从教学内容、教学策略等方面着手，提出了紧跟学科发展前沿，优化课程教学内容、改善教学策略及方法、加强实验教学、加强自主学习能力等等。这些前人总结对本课程教学过程教学起到了重要的指导意义，在此基础上，通过对该课程教学实际情况思考，提出从教学内容上，采取增加少量临床病理知识和用生物医用材料学的知识解剖医疗器械组件材质两种模式，这也符合了生物医用材料交叉学科的特点，交叉学习[4]。并通过两年时间，确有提高该课程教学质量。

1 增加少量临床病理知识

医疗器械是指直接或者间接用于人体的仪器、设备、器具、体外诊断试剂及校准物、材料以及其他类似或者相关的物品，包括所需要的计算机软件。效用主要通过物理等方式获得，不是通过药理学、免疫学或者代谢的方式获得，或者虽然有这些方式参与但是只起辅助作用。目的是疾病的诊断、预防、监护、治疗或者缓解；损伤的诊断、监护、治疗、缓解或者功能补偿；生理结构或者生理过程的检验、替代、调节或者支持；生命的支持或者维持；妊娠控制；通过对来自人体的样本进行检查，为医疗或者诊断目的提供信息。而在此过程中，涉及大量的医用耗材，均属于生物医用材料的范畴，同时涉及大量的临床病例知识，而理工院校同时具备生物，医学，材料，医疗器械类知识的人才匮乏，相应课程设置较少，学生医学方面知识薄弱，在讲解相关知识时需要补充少量的临床病例知识。

如：慢性肾衰竭是指各种肾脏病导致肾脏功能渐进性不可逆性减退，直至功能丧失所出现的一系列症状和代谢紊乱所组成的临床综合征，即尿毒症。尿毒症以代谢性酸中毒和水、电解质平衡紊乱，蛋白质、糖类、脂肪和维生素的代谢紊乱等，血液检查以尿素氮，肌酐为主，尿素氮与二乙酰反应，缩合生成红色的二嗪衍生物，肌酐与苦味酸反应生成红色复合物，二者通过光电二极管在特定波长下检查其吸光度值，即可得到相应的含量。

血管疾病主要指动脉粥样硬化、炎症性血管疾病、功能性血管疾病、血管的真性肿瘤性疾病等。其中以动脉粥样硬化最为常见。动脉粥样硬化是一组动脉硬化的血管病中常见的最重要的一种，其特点是受累动脉病变从内膜开始。一般先有脂质和复合糖类积聚、出血及血栓形成，纤维组织增生及钙质沉着，并有动脉中层的逐渐蜕变和钙化，病变常累及弹性及大中等肌性动脉，一旦发展到足以阻塞动脉腔，则该动脉所供应的组织或器官将缺血或坏死。在正常情况下，血管跟周围软组织密度相近，导致CT等不能清晰检查，因此，可以通过显影剂在X光下所显示的影像来诊断血管病变。随着介入放射学的发展，血管造影已经成为临床的一种重要的诊断方法，尤其在介入治疗中起着不可替代的作用。血管造影在头颈部及中枢神经系统疾病、心脏大血管疾病、及肿瘤和外周血管疾病的诊断和治疗中都发挥着重要作用。常用的造影剂有碘普罗胺注射液和含碘类造影剂，其中含碘类造影剂注入体内都有可能产生过敏反应，症状严重程度不一，重症可致命。

原发性肝癌，是我国常见恶性肿瘤之一。死亡率高，在恶性肿瘤中排列第三位。原发性肝癌的病因和发病机制尚未确定。目前认为与肝硬化、病毒性肝炎以及黄曲霉素等化学致癌物质和环境因素有关。甲胎蛋白是诊断原发性肝癌的特异性肿瘤标志物，具有确立诊断、早期诊断、鉴别诊断的作用。目前常用化学发光法、酶标法、酶标电泳法、放射免疫法检测。

通过临床病理知识的学习，可以明确相关检测仪器的检测目标，检测方法，检测原理，其中涉及的相关试剂既属于检测试剂范畴，同时又是医疗器械必不可少的部分，可以使学生在在学习生物材料的同时，与自己学的医疗器械相关知识重组，从而提高本课程的学习质量。

2 用生物医用材料学的知识解剖医疗器械组件材质

除了用来检查，还有很多医疗器械属于治疗类的，如心脏起搏器，人工心脏，人工耳蜗，血液透析机等，其部分材质必须达到生物医用材料的要求，因此可以通过用生物医用材料的知识分析（见图1）。

如：心脏起搏器可以有效治疗严重的心跳慢、心脏收缩无力、心跳骤停等心脏疾病，人工心脏起搏系统主要包括两部分：脉冲发生器和电极导线。常将脉冲发生器单独称为起搏器。起搏系统除了上述起搏功能外，尚具有将心脏自身心电活动回传至脉冲发生器的感知功能。起搏器主要由电源（亦即电池，现在主要使用锂-碘电池）和电子线路过程，能产生和输出电脉冲。电极导线是外有绝缘层包裹的导电金属线，其功能是将起搏器的电脉冲传递到心脏，并将心脏的腔内心电图传输到起搏器的感知线路。导管电极需要长期起搏，因此需用生物相容性好、韧性好、抗老化、耐腐蚀的材料制成，电极导线通常采用爱尔近合金（Elgiloy）或用镍铬钴钼合金丝绕成螺旋管，导线的外层绝缘材料都选用高纯硅橡胶或医用聚氨酯，电极头的材料以表面活化各向同性低温热解碳或铂为优。

胶囊内镜全称为“智能胶囊消化道内镜系统”，又称“医用无线内镜”。原理是受检者通过口服内置摄像与信号传输装置的智能胶囊，借助消化道蠕动使之在消化道内运动并拍摄图像，医生利用体外的图像记录仪和影像工作站，了解受检者的整个消化道情况，从而对其病情做出诊断。典型的胶囊内镜由七部分组成，透明外壳、光源、成像元件、传感器、电池、发射模块和天线组成。其外壳材料会与人体消化道粘膜接触，并进入胃肠，胶襄外壳采用耐腐蚀医用高分子材料，对人体无毒、无刺激性，能够安全排出外。

血液透析机是治疗尿毒症的一个重要仪器，血液透析是将血液抽出体外，经过血液透析机的渗透膜，清除血液中的新陈代谢废物和杂质后，再将已净化的血液输送回体内。首先输血管道必须符合生物医用材料的安全性要求，另外血液透析膜的材质及特性直接决定了血液透析机的治疗效果，要求膜材料具有扩散对流特性、血液相容性、黏附特性、稳定的物理特性等，膜孔径在1μm以下的有机高聚物的均质膜，是一类不带电荷的多孔膜，目前主要用于透析机的纤维素渗析膜常用的制备材料有铜氨法再生纤维素、醋酸纤维素、聚丙烯晴、乙烯-乙烯醇共聚物以及聚甲基丙烯酸甲酯、聚砜、聚丙烯酰胺等，以及现在膜设计的非对称结构的原理。

这种通过分析医疗器械原理，各部分材质，生物医用材料的要求，材料特性，以及相关生物医用材料的学习，既有利于学生掌握相关生物医用材料的特性，生物学功能，以及应用领域，又可以将知识与医疗器械相结合，构建学生相关知识，进而提高本课程教学质量。

3 结语

针对理工院校生物医学工程专业侧重医疗器械方向，学生易忽视生物、医学知识的现实情况，通过在生物医用材料学课程教学内容中，增加少量临床病理知识和用生物医用材料学的知识解剖医疗器械组件材质，以助于学生掌握生物医用材料相关知识，并与其所学医疗器械相关知识进行知识重构，将交叉型的生物医用材料知识交叉性的学习，交叉性的应用，以此提高学生对本课程的兴趣，及该课程教学质量，增强该专业学生的综合素质。

参考文献

[1] 刘元东.生物材料学教学实践与心得[J].科学・自然，2012（8）：173.

[2] 王建方，邢欣，吴文健，等.生物材料学课程的设置与改革思考[J].高等教育研究学报，2011，34（1）：95-97.

第3篇：生物力学与医学工程范文

【关键词】 脉冲电磁场 骨质疏松症 骨密度 骨钙素

0引言

随着生物医学工程学的快速发展，脉冲电磁场（pulsed electromagnetic fields，PEMFs）作为一种可施加于人体的外来物理因子，对其热及非热生物效应的研究已成为国内外生物工程学界的研究热点［1-3］. PEMFs在骨科领域已用于治疗假关节、骨不连或延迟愈合、新鲜骨折、骨移植、骨关节炎等，近年来又被用来预防和治疗骨质疏松症 ［4-5］. 本实验我们利用低强度PEMFs，通过建立骨质疏松动物模型，探讨PEMFs对骨质疏松症的影响，以期为骨质疏松症的预防和治疗提供新的思路和理论依据.

1材料和方法

1.1材料

1.1.1仪器骨质疏松治疗仪（GZY型）由第四军医大学生物医学工程系研制（专利号：ZL02224739.4），匀强场的输出采用三个半径均为R的线圈来实现（图1）.

图1仪器输出三线圈系统

线圈串联在一起，电流为I. 其中，线圈1， 3的匝数相同，均为N，线圈2的匝数为kN，k为比例系数；3个线圈间隔距离为a：

据此，可以求出轴向OX的磁场B(x). 其中， B(2)(O)， B(4)(O)分别表示B(x)的二阶、四阶导数在中心点O的值：

B(x)=μ0NIR2〖〗2{［R2+(a+x)2］-3/2+［R2+

(a-x)2］-3/2+k(R2+x2)-3/2}（1）

B(2)(O)=3μ0NIR2〖〗2［2(4a2-R2)〖〗(R2+a2)7/2-k〖〗R5］（2）

B(4)(O)=μ0NIR2〖〗2［1890a4〖〗(R2+a2)11/2-1260a2〖〗(R2+a2)9/2+

90〖〗(R2+a2)7/2+45k〖〗R7］（3）

合理选择a和k的值，使得B(2)(O)， B(4)(O)均为零，即：联立公式（2），（3）求解方程，得：a=0.7601R; k=0.5315;

仪器三个输出线圈半径均为R=400 mm，间距a=0.7601R≈300 mm，线圈匝数N=500（2号线圈匝数=0.5315N≈266）， 均采用0.8 mm漆包线绕制.

1.1.2动物分组与处理30只3月龄SD雌性大鼠，体质量（225±15）g，第四军医大学实验动物中心提供. 动物随机等分为三组（n=10）：两个磁场组和一个对照组. 三组大鼠均采用下腹部切口、行双侧卵巢切除术，动物分笼饲养（环境温度17～25℃，湿度40%～50%）［6］. 两个磁场组采用GZY型骨质疏松治疗仪进行辐照，磁感应强度分别调节为4×10-4 T和15×10-4 T，时间为6 h/d（9：00～15：00），对照组饲养于线圈中但不暴磁，动物可自由活动、饮水，实验的全过程在第四军医大学实验动物中心完成.

1.2方法大鼠饲养12 wk后处死，处死前用速眠新(1 mL/kg)麻醉，用Lunar DPXIQ型骨密度仪（LUNAR公司，美国），附小动物全身骨密度（Bone mineral density，BMD）测定软件进行大鼠全身BMD测量. 从心脏抽取血标本，离心后取血清，至于-20℃冰箱保存，用放免法测定血清骨钙素（bone carboxyglutamic acid containing prorein，BGP）浓度，试剂盒由解放军总医院放免所提供. 取左胫骨近端（1/3）置于4081型光测弹性仪（北京科学仪器厂）上进行三点弯曲试验. 支点跨距为20 mm，加载速度为2 mm/min. 用函数记录仪（上海自动化仪表二厂）描绘载荷变形曲线，并根据该曲线计算得出最大载荷和结构刚度［7］.

统计学处理： 所有数据以x±s表示， 组间比较采用SPSS 10.0软件进行方差分析及LSDt检验， 以P

2结果

与对照组比较，两磁场组BMD、最大载荷、结构刚度均有增加（P

3讨论

骨质疏松症是一种全身性的骨骼疾病，其特点是骨质减少，骨组织的细微结构被破坏，结果使骨的脆性增加，骨折的危险性增加. 骨质疏松症的发病率随着人口的老龄化而逐渐增高，依照世界卫生组织的资料说明，全世界绝经后的妇女有近30%的人患有骨质疏松症，世界范围内妇女由于患有骨质疏松而有骨折危险的高达40%［8-9］. 另外，空间飞行中的航天员由于受微重力(失重)影响的原因，相应的骨骼负荷减少，即微重力诱导的骨质减少，从而导致航天员骨质丢失，造成骨质疏松［10］.

妇女绝经后骨质疏松防治中备受关注且疗效确切的治疗方案是雌激素替代疗法，但雌激素替代疗法的副作用使其在临床上的应用仍存疑虑［11］. 也有许多措施被用来防治空间飞行中微重力引起的骨质疏松，但是用于治疗常人骨质疏松的药物如口服双膦酸盐(抑制骨吸收活性) 等对于空间飞行或卧床试验导致的骨质疏松并无明显疗效［12］. 因此，探索防治骨质疏松的新途径十分必要.

磁疗的最大优点是无创伤、无感染、费用低廉. 低强度PEMFs在生物体内引起一系列的生物学效应为今后临床上骨质疏松症的预防和治疗提供了新的思路和理论依据［13-14］. 我们采用GZY型骨质疏松治疗仪，设计制作了输出线圈，获得了更大的匀场范围，满足开展动物实验的需求，提高了实验设计的整体水平. 通过建立绝经后骨质疏松大鼠模型开展实验，结果显示低强度PEMFs可以提高卵巢切除大鼠的BMD，改善骨的生物力学特性，降低血清BGP，提示对骨质疏松症有预防和治疗作用. 结合本次实验，就其疗效而言， 4×10-4 T磁场组效果要明显优于15×10-4 T磁场组，说明PEMFs强度选择的不同疗效也不相同.

国内外学者所做的大量研究工作从不同角度探讨了电磁场对骨质疏松的影响，但是由于实验环境（个体差异、照射系统和外围杂散场等等）及磁场参数的选择上存在差异，势必影响实验的结果和可重复性，对电磁场影响骨重建作用机制的解释还不透彻，但详细作用机制还需进一步探索［15-16］，这也是以后研究的难点和重点.

【参考文献】

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第4篇：生物力学与医学工程范文

关键词：人体脊柱；跌到冲击载荷；力学响应特性

胸腰段是人体脊柱易发生骨折部位之一，约有79.5%的脊柱损伤为胸腰段骨折，且多由高处坠落所致。由于该处损伤机制十分复杂，治疗费用昂贵，严重增加了患者家庭及社会的经济负担[1]。人体胸腰段有限元研究的主要方向为评价手术内固定与构建脊柱骨折模型，而关于脊柱保护器的研究集中于矫形治疗脊柱侧弯的领域。目前，临床对脊柱保护器的正确运用仍缺乏相应有的有限元研究[2]。本研究通过建立脊柱胸腰段模型，设计并建立脊柱保护器及三维模型，根据生物力学原理分析人体脊柱骨折机制，探讨保护人体胸腰段的有效途径。现报道如下。

1资料与方法

1.1一般资料 选取中国力学虚拟人数据集切片，共9000张图片，格式为冷冻切片。给予三维有限元分析，观察单一样本。

1.2方法 ①建立胸腰段三维模型：经中国力学虚拟人数据库提取软组织、骨等轮廓曲线，通过软件构建人体躯干模型，包括简化的躯干轮廓软组织，骨盆、肋骨、骶骨、脊柱等轮廓曲线，软组织应用Mooney-Rivlin超弹性材料，应用Hypermesh软件将几何面模型划分成网格，建立人体躯干三维仿真模型，截取T11～L12节段模型为观察对象。应用四面体单元划分模型中软组织与松质骨，三角形壳单元划分皮质骨。②建立脊柱护具模型：运用Hypermesh软件构建脊柱保护器模型，其形状贴合腰背部、胸腹部与双侧肩部轮廓，下缘与骶尾部水平持平。选用1 cm厚海绵材料与厚度为3 mm的聚乙烯硬性材料，要求具有韧性。为固定脊柱保护器，模拟束缚带，分别于腰部与肩关节前面两侧施以60N与80N的预紧力。③边界条件与加载：对照组胸腰段模型未使用脊柱保护器，而观察组应用脊柱保护器。两组模型均模仿真人体自高处坠落时坐骨着地情形，重力加速度设为9.8 m/s2，人体落地瞬间速度设为2 m/s，地面与模型之间摩擦系数为0.5。④采样等效应力单元：将胸腰椎横断面分为4个区，为中柱中心、前柱中心、后柱左右侧中心。取4个区域等效应力并计算平均值，予以分析。

1.3观察指标 对两组模型目标单元等效应力及应变进行赋值、加载、运算。

1.4统计学方法 采用SPSS19.0统计软件处理数据，采用Bartlett方差齐性检验模型中T11～L12椎体所受应力，P>0.1为满足方差齐性；采用样本t检验，P

2结果

2.1胸腰椎体所受应力变化情况 观察组各椎体受力较对照组均匀平缓，且各椎体所受应力较对照组均呈不同程度的下降，其中T11椎体降幅最小，T12椎体降幅最大。应用脊柱保护器后总体上减轻了胸腰段椎体所受应力。两组模型应力峰值最大的椎体均为L2，见表1。

2.2成对样本分析 配对t检验发现，T12段与L2段P分别为0.21、0.13，均P0.05，故此处应用脊柱保护器o显著差异，见表2。

3 讨论

胸腰段位于活动的腰椎与固定的胸椎之间，包括T11、T12、L1、L2四个节段。胸椎与腰椎之间关节突关节排列在解剖结构上由冠状位转化为矢状位，椎体受外力作用时其刚度迅速增加[3-4]。脊柱承受躯干与上肢垂直载荷后即刻传至胸腰段生理弯曲，再经骨盆传至双侧下肢，从而形成X形分布的应力，同时应力高度集中的X形中点正是胸腰段部位。由于自上肢传导的有害应力过度集中于胸腰段，无法迅速分散至骨盆及双下肢，故易造成胸腰段骨折[5]。

临床研究表明[6]，正常情况下，人体重心部位是脊柱椎体前缘，依靠后部韧带与肌肉的收缩力及椎体前方重力，形成一个力学天平，且支点为椎体。两端正常条件下处于平衡状态，但躯体受外力作用而导致重心前倾时，必然增加支点与重心之间的力臂，若需维持平衡状态，后部韧带与肌肉需产生强大的力量进行对抗[7]。脊柱保护器可尽量阻止重心前移，同时可增加后部肌肉后伸力量，以最大限度的平衡脊柱力学。本研究中脊柱保护器的主要作用原理如下[8]：①脊柱保护器可通过与腰围良好的贴合，将腰腹区覆盖，并均匀加压周围组织。腹部可作为密闭水囊，起到一定的缓冲作用，从而自椎旁肌分散并吸收由脊柱传导的应力，最终减轻脊柱的应力。②脊柱保护器通过对躯干前倾的有效抑制，促使重心后移，可起到良好的平衡作用。③脊柱保护器可跨过包围腹部的腰围与双肩的肩带，通过预紧力对躯干起到束缚的作用，进而较好的分流应力。本研究发现，两组椎体应力均分布于L2椎体后缘、椎板周缘、双侧上下关节突处及双侧椎弓根处，这与大多数学者关于胸腰段应力集中部位的研究结果相似。另外，观察组各椎体所承受的应力较对照组明显降低，其中T12与L2段降幅最为明显，P均

综上所述，基于有限元的分析结果，对比研究两组模型冲击下载荷力学的响应特性，运用脊柱保护器可有效分散、减小脊柱胸腰段不良应力，能够较好的保护脊柱胸腰段，值得应用。

参考文献：

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第5篇：生物力学与医学工程范文

【摘要】 以应力松弛的试验方法研究气管软骨的应力松弛特性，为临床提供气管软骨的应力松弛特性参数。在日本岛津电子万能试验机上对10个软骨进行应力松弛实验，应力松弛实验应变增加速度为50%/min，实验温度为(36.5±0.65)℃，设定实验时间7 200 s，采集100个实验数据，以一元线性回归分析的方法处理实验数据。结果表明：气管软骨7 200 s应力松弛量为0.316 MPa，7 200 s时应力松弛曲线基本达到平衡。气管软骨应力松弛曲线是以对数关系变化的，气管软骨为非线性粘弹性材料。

【关键词】 气管软骨;应力松弛;粘弹性;力学特性

Abstract：To research the tracheal cartilage stress relaxation characteristic and provide the tracheal cartilage stress relaxation characteristic parameter for the clinical.10 cartilages were taken on the electronic universal testing machine to carry on the stress relaxation experiment.The increasing speed of the stress relaxation experiment strain was 50%/min.Experimental temperature was (36.5±0.65)℃，the experimental time was set at 7 200 s.Then 100 empirical data were gathered and processed by the method of Unary Linear Regression Analysis.The tracheal cartilage 7 200 s stress relaxation quantity was 0.316 MPa，the 7 200 s stress relaxation curve achieved the balance basically.The tracheal cartilage stress relaxation curve is changed by the logarithm relations，the tracheal cartilage is the non-linear viscoelastic material.

Key words：Tracheal cartilage;Stress relaxation;Viscoelastic;Mechanics characteristic

1 引 言

国内外学者对气管损伤气道功能重建，对人工气管的基础研究和临床实践做了一定的研究，但对气管软骨的生物力学研究报道较少。前田富兴等[1]对人工气管的抗变形能力进行了研究。ToomesH等[2]以人工气管气道再建进行运动物实验研究。刘德若等[3]对人工气管进行了实验研究。徐艳等[4]研究了纺织结构复合材料人工气管。关于气管软骨的生物力学特性实验国内、外学者们也进行了一定的研究，邓卫军等[5]对成年离体猪气管进行了生物力学的特性实验。王忆勤[6]等对大鼠气管的零应力状态进行了研究。 杨林等[7]对旋转生物反应器用于提高组织工程气管软骨力学强度进行了研究。以往对气管软骨力学特性研究多以动物气管软骨和一维拉伸实验居多[5-7]，对人气管软骨应力松弛粘弹性力学特性研究较少。生物材料的粘弹性主要以应力松弛蠕变为表现形式，应力松弛是软组织在恒应变作用下，对载荷松弛适应性的反应，虽然机制尚不清楚，但气管软骨的应力松弛力学特性对于认识吻合口张力，确定气管损伤后的张力临界点具有重要意义。

气管由于炎症、肿瘤、损伤等疾患需要进行气道再建，现代呼吸道(气道)外科手术对气管病变不超过1/2程度，可切除病变部位气管后直接缝合吻接，修复和重建气管的功能。当气管切除超过其直接的吻合长度，则需要置换人工气管。鉴于临床实际需要，我们对正常国人尸体气管软骨进行了应力松弛实验，得出了气管软骨7 200 s应力松弛量，得出了应力松弛曲线和归一化应力松弛函数曲线。以一元线性回归分析的方法处理实验数据，得出了应力松弛函数方程。

2 材料与方法

2.1 材料

实验标本正常国人新鲜尸体气管标本2个，均为男性，25岁尸体1具，30岁尸体一具。由白求恩医科大学解剖教研室提供。将气管标本生理盐水浸泡的纱布包裹，装入塑料袋中密封后置于-20℃冰箱内保存。实验前取出标本在常温下解冻后，以手术刀切取软骨环试样10个。

2.2 试验装置

日本岛津AG-10TA自动控制电子万能试验机，该机具有自动控制应力、应变增加速度和使应力或应变保持恒定的功能。载荷通过载荷传感器传递，载荷传感器最大量程100 N，使用量程10 N。

2.3 应力松弛实验方法

首先测量式样的原始尺寸。在软组织测量实验中，测量试样的原始尺寸非常关键。作者采用国内外均认可的准长度理论，即在每一给定条件下式样的长度等尺寸。将试样装夹在软组织实验夹具上，给予满量程1%的初载做为准长度的基础。利用读数显微镜测量其长度、宽度和厚度，试样的长度为25 mm，宽度为5 mm，厚度为1.8～2.2 mm，韧带和其他软组织一样，其弹性主要来自熵的改变。因而不存在唯一的自然状态，所以首先对试样进行预调处理，即在同一应力水平下加载-卸载20次。对每个试样分别预调处理后进行实验。

将经过预调的10个试样分别装夹到软组织专用夹具上，夹具与有机玻璃缸连接，玻璃钢内装pH值为7.4的生理盐水，试样置于生理盐水中，装有试样的夹具与实验机上、下头连接。试验机带有-35℃～250℃环境温箱。可自动调节温度并保持恒温。本实验模拟正常人体温，在(36.5±5)℃的温度场下进行。预先设定好程序，记录方式为X-T，其中X轴为应力，T轴为时间。本实验以50%/min的速度对试样施加载拉应变，当应变达到9.28%，应力达到1.207 MPa时保持恒定，应力随时间的改变不断下降。

计算机程序设定从时间t0开始采集数据，每10 s采集一个数据40次，之后每136 s采集一个数据，采集50次，共采集90个数据，历时7 200 s达到设定时间后，计算机自动输出实验曲线和数据。

3 结果

3.1 应力松弛实验数据和归一化应力松弛函数数据

10个气管软骨试样应力松弛实验数据经统计分析后结果见表1。10个气管软骨试样归一化应力松弛函数数据见表2。表1 应力松弛实验数据(x±s)表2 归一化应力松弛函数数据

3.2 应力松弛曲线

对每组10个应力松弛试样的实验数据拟合应力松弛曲线见图1。对每组10个试样归一化应力松弛函数数据拟合曲线见图2。图1 应力松弛曲线

Fig 1 The stress relaxation curve

图2 归一化应力松弛函数曲线

Fig 2 Normalized stress relaxation function curve

3.3 归一化应力松弛函数方程的计算归一化应力松弛函数方程的建立：以一元线性回归方法处理实验数据，松弛曲线是以对数关系变化的，因此设

G(t)=1

c lnt+d t=0

t>0(1)

令φ(a，d)=∑nt=1[G(t)-G(实)]2

则φc=0 φd=0

c∑11i=1ln2t+d∑11i=1lnt-∑11i=1G实=0

c∑11i=1lnt+d∑11i=1d-∑11i=1G实=0(2)

将实验数据带入(2)式，结出屈肌腱c=-0.0396，d=1.0306。将c、d代入(1)式得出气管软骨：

G(t)=1t=0

-0.0313lnt+1.0626t>0

4 讨论

试验结果表明，气管软骨7 200 s应力松弛量为0.316 MPa，应力松弛最初600 s变化较快，达总松弛量的30%，之后应力缓慢下降，达到7 200 s时曲线基本达到平衡，气管软骨的应力松弛曲线是以对数关系变化的。气管软骨在生理上主要是具有一定的舒张性，吸气时伸长而变粗，呼气时复原。气管具有一定的屈、伸性，屈、伸时气管和气管软骨都承受着一定的生理载荷。气管的力学性能的保持主要是胶原纤维的合理排列分布为弹性支架，通过蛋白多糖的亲水作用来形成局部的张力和渗透张力，当组织受载时，由于压力差大于局部张力使水缓慢流出，当去载时由于组织的膨胀压和渗透压使水流回组织内[8]。在正常的生理状态下，气管软骨能在生理载荷范围内适应外力的牵拉，表现出一定抗张性。

气管组织内含有胶原纤维，胶原纤维具有一定的韧性，胶原蛋白是动物体内含量最丰富的蛋白质，它是一种高级结构，可形成最佳的力学特性。胶原蛋白最最重要的力学性质是拉伸刚度和抗拉强度。

软骨是一种多孔的粘弹材料，组织间隙为液体所充满。在应力作用下，液体可在组织中流进或流出(当组织膨胀时流进，收缩时流出)，软骨力学性能随液体的含量而变化。事实上，液体在应力下的流动似乎是这种无血管组织取得营养的主要途径。因此，研究气管软骨应力-应变的关系不仅对于了解软骨传递载荷的特性有必要，而且对于了解组织的健康状况也是非常重要的[9]，软骨是由一种液相和固相组成，液相主要是水，固相主要是包括胶原纤维和弹性纤维，蛋白多糖和细胞成份。液相主要功能是通过自身的媒介作用把小的溶质传送或扩散于组织内外，固相胶原纤维的网状支架是张应变和张应力的表述[10-11]。蛋白多糖的亲水性很强，对维持软骨的粘弹性及对抗压力起着重要作用。

本实验初始应力与文献[12]相同，但本实验7 200 s应力松弛量低于文献[12]中髋关节软骨和膝关节软骨。承重部位软骨和非承重部位软骨具有不同的力学特性。本实验结果支持软骨的力学性质与软骨的胶原含量呈正相关的观点。软骨所处不同的生理解剖位置及不同的生理功能决定了其粘弹性的存在和其间的差异。

本实验以正常人青年新鲜尸体气管软骨为研究对象。更充分地揭示气管软骨作为生物粘弹性材料的力学特性，对临床更具有实际意义。

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第6篇：生物力学与医学工程范文

【关键词】 多孔磷酸钙陶瓷; 骨水泥; 微孔; 生物相容性

Preparation and Characteration of Porous Calcium Phosphate Bioactive Material for Bone Tissue Engineering

【Abstract】 Objective To prepare the adaptive porous calcium phosphate bioactive material. Methods The hydroxyapatite/tricalcium phosphate biphasic powder was synthesized by the wet coprecipitation method. Then polymer sponge immersion method and appropriate progeny were used to prepare porous calcium phosphate (CaP) .The morphology and structure of CaP ceramics and CPC were observed by scanning electronic microscopy (SEM).Their phase composition were analyzed by Xray diffraction(XRD). Results The porosities of CaP ceramics and CPC were 72% and 67% respectively. Their pore sizes were 200 to 280 μm. The results of XRD showed that CaP ceramics composed of HA and βTcp， CPC composed of HA， βTCP. Conclusion The preparation by the experiment has appropriate pore size and porosity and excellent biocompatibility which are suitable to the bone ingrowth.

【Key words】 porous calcium phosphate (CaP) ceramics; cement; micropore; biocompatibility

1 前 言

磷酸钙生物材料由于具有与自然骨组织相似的无机成分，因此表现出优良的生物相容性，植入体内后能够与骨组织形成骨键合，被称为生物或材料，并已经成功地被应用于临床骨缺损的修复和填充［1］。但是，临床常常会遇到病理情况下的骨缺损，如骨质疏松导致的骨缺损，患者的骨密度低，骨修复能力差；或者大体积的骨缺损。由于无机的磷酸钙生物材料缺乏生长因子、蛋白质等，引导新骨长入磷酸钙生物材料的能力有限，上述原因常常导致临床不愈合或延迟愈合。因此，有研究提出通过体外培养细胞或在磷酸钙生物材料中添加一定的生物因子，如骨形态发生蛋白［2］（BMP），转移生长因子［3］（TGFβ）等，或者在生物材料体外培养细胞，通过添加生长因子或细胞赋予生物材料诱导组织再生的能力［4］ ，有巨大的发展前景。因此，如何制备模仿自然骨组织的孔隙结构，尤其是适合细胞长入的孔隙结构，包括适当的孔隙尺寸、以及孔隙的贯通性等，是当前骨组织工程研究的热点［5］。

2 材料制备和方法

2.1 双相磷酸钙粉末合成

本研究采用Ca(NO3)2和(NH4)2HPO4作为起始原料湿法合成混合均匀的羟基磷灰石（hydroxyapatite， HA）/磷酸三钙(Tricalcium Phosphate， TCP)。通过控制反应液中的pH值和Ca/P原子比可以制备不同HA/βTCP比例的共沉淀粉体。化学反应方程式如下：

Ca(NO3)2+(NH4)2HPO4+NH4OH Ca5(OH)(PO4)3+ Ca3(PO4)2＋NH4NO3（式－1）

经老化，将沉淀过滤并用蒸馏水反复清洗至pH 7，烘干，球磨机研磨成粉末备用。

2.2 磷酸钙多孔支架的制备

磷酸钙陶瓷多孔支架材料采用有机泡沫浸浆法，将上述合成的磷酸钙粉料加入蒸馏水调制成磷酸钙浆料，浸渍有机泡沫，干燥，然后经过1 250℃的高温烧结，去除有机泡沫，即可制备多孔磷酸钙陶瓷。

根据文献［6］，多孔磷酸钙骨水泥粉末由αTCP（αCa3(PO4)2）、DCPD（CaHPO4.2H2O）、HA（Ca5(PO4)3OH）、CaCO3按58∶25∶8.5∶8.5的质量比混合而成。采用NaCl颗粒作为致孔剂，致孔剂占70 wt ％，其中60％的致孔剂的粒径小于200 μm，剩下的40％分布在200～450 μm之间。采用磷酸缓冲液作为液相，将粉相和液相混合后，磷酸钙骨水泥发生固化。在蒸馏水中将易溶造孔剂溶解，即形成多孔磷酸钙骨水泥。

2.3 磷酸钙多孔组织工程多孔材料的表征

2.3.1 孔隙率的测定 本研究采用直接称重体积计算法测定多孔磷酸钙陶瓷的孔隙率。先切取形状规则且大小合适的多孔材料样品，注意切割试样时尽量不要使材料的原始孔隙结构产生变形，且试样形状应便于测量和进行体积计算。利用天平称出试样质量，利用游标卡尺进行样品的尺寸测量，并计算其体积，根据公式得出孔率［7，8］。

本实验中制备的骨水泥样品，每个质量都为1g。凝固后形状为圆柱状，测得直径为15 mm，高3 mm.本实验采用的NaCl的密度为2.16 g/cm3.

2.3.2 形貌观察 采用扫描电镜观察了组织工程多孔支架材料的高倍形貌。分别取两种多孔磷酸钙生物材料，镀金，利用扫描电镜（FEI，Quta 200）观察多孔磷酸钙生物材料的孔隙结构和形貌。

2.3.3 成分分析 采用X射线衍射测定两种组织工程支架材料的相组成，测试条件采用X射线衍射仪（Philip，Xpert）对样品粉末进行分析，选择铜靶在35 mA、45 kV的测试条件［9］。

3 结果

3.1 磷酸钙多孔材料的孔隙率

多孔材料的孔率（又称孔隙率或孔隙度），是指多孔体中孔隙所占体积与多孔体总体积之比，一般以百分数来表示，该指标是多孔材料中的最基本的参数之一，也是决定多孔材料的其它性能的关键因素。多孔材料的孔隙包括贯通孔、半通孔和闭合孔3种，这3种孔率的总和就是总孔率［10］。

本研究所制备多孔磷酸钙陶瓷的孔隙率约为72％；多孔磷酸钙骨水泥的孔隙率约为67％.

3.2 形貌观察

采用扫描电镜观察了多孔磷酸钙陶瓷和磷酸钙骨水泥的形貌，如图2所示。从图中可以观察到，在两种多孔支架材料大孔的孔壁上均有大量孔径在几个至数十微米的微孔，尤其是磷酸钙多孔陶瓷。

3.3 成分分析

X射线衍射结果如图3所示。从图中可分析磷酸钙陶瓷中主要相成分为羟基磷灰石（HA），此外还含有少量的磷酸三钙（βTCP）。磷酸钙骨水泥粉末主要为磷酸三钙，其中主要包括β相的磷酸三钙（βTCP）和少量的β相磷酸三钙（βTCP）。磷酸钙粉相和液相混合固化后，主要成分为HA、βTCP和βTCP，经过蒸馏水的浸泡后，其中的βTCP、βTCP的含量下降，尤其是βTCP的衍射峰基本消失，而HA的含量明显增加［11］。

磷酸钙骨水泥能够自行硬化并转化为羟基磷灰石的原理基于不同磷酸钙盐在水中的溶解度的差异。由于在pH 4.2～11范围内，羟基磷灰石在水中的溶解度是最小的，因而在热力学上是最稳定的。其它磷酸钙盐在水中会向HA转化，因此，本实验制备的磷酸钙骨水泥随着固化以及在蒸馏水中浸泡后，HA的含量明显增加，而磷酸钙骨水泥粉相中的αTCP等，溶解或转化成HA。虽然自然骨中无机相主要为HA，但也有少量的TCP，因此HA、αTCP和βTCP三种磷酸钙盐均具有优良的生物相容性，已成功地被应用于临床［12］。

4 讨论

通过体外培养细胞或在磷酸钙生物材料中添加一定的生物因子，如骨形态发生蛋白（BMP），转移生长因子（TGFβ）等，或者在生物材料体外培养细胞，通过添加生长因子或细胞赋予生物材料诱导组织再生的能力，这种在体外构建组织的方法被称为“组织工程”，是目前研究的方向［13］。根据ASTM标准其定义为：“在体内和体外应用科学原理和方法构建组织工程医疗产品，用于医学诊断和治疗。各种原理和技术是工程学和生物医学基本的实践和方法，例如：制造传统医疗器械和生物制品的细胞、基因，或药物治疗，胚胎学或其他形式的发育学和生物学，外科修复方法和技术等。组织工程也可用于生产非人体用产品。”，根据ISO标准，其定义为：“指制造一类医疗产品的技术和工艺，这类医疗产品中活组织或细胞应能修复、改善或再生受者细胞、组织和器官和/或其结果和功能”。

组织工程的三大要素分别为：细胞、细胞生长因子和细胞载体材料。由于分离的细胞自身不能形成组织，它们需要特殊的环境，通常包括细胞生长临时的支架材料。这种三维支架材料常常模拟其自然对应物——体内的细胞外基质，既起物理支架的作用，又是细胞在体外培养和后期植入的粘附物质。运用于骨组织工程的支架材料主要有无机材料和生物可吸收高分子材料或它们的复合物，无机材料主要包括羟基磷灰石（Hydroxyapatite，HA）、磷酸三钙（Tricalcium phosphate， TCP）以及它们组成的双相磷酸钙材料等［14］。但如何制备模仿自然骨组织的孔隙结构，尤其是适合细胞长入的孔隙结构，包括适当的孔隙尺寸、以及孔隙的贯通性等，是当前骨组织工程研究的难点和热点。

贯穿式多孔结构有利于组织液的渗入，使组织液能够进入材料内部，材料与组织液接触面积增加，有利于材料的生物降解［15］。为了适应新生骨组织长入材料的要求，微孔的最小孔径必须大于100μm，此时，骨细胞可以在孔内生长，有利于材料的血管彼此连通，以保证长入材料深部的组织有营养供给，同时种植体可以起到支架作用［16］。

作者采用有机泡沫浸渍法和加入致孔剂的方法，制备出多孔磷酸钙陶瓷和磷酸钙骨水泥，通过控制有机泡沫的孔隙率和孔隙结构，以及致孔剂的加入量和尺寸，有效控制多孔磷酸钙陶瓷和骨水泥中的孔隙率和孔隙尺寸，并分别采用扫描电镜、X射线研究分析其表面形貌和孔隙结构，测定磷酸钙陶瓷和骨水泥的孔隙率，以及相成分，证实其有利于细胞和细胞生长因子在体外构建组织，是具有适合新骨长入的孔隙率、孔隙尺寸和结构的多孔磷酸钙组织工程支架材料。

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第7篇：生物力学与医学工程范文

【摘要】 目的观察中药复方红苓肝宝对酒精致小鼠骨丢失的预防作用。方法昆明种小鼠50只随机分组，除对照组外，各组予50%（V/V）酒精按4 g·kg-1·d-1灌胃，药物预防组分别在酒精灌胃前给予中药低剂量（HLGB-L），高剂量（HLGB-H）和西药对照，60 d后处死取左侧胫骨上段不脱钙骨切片进行骨组织形态计量学参数测量，腰椎及股骨测定骨生物力学指标。结果酒精组小鼠骨小梁面积百分数(%Tb.Ar）明显降低(-66%，P

【关键词】 红苓肝宝； 酒精致骨丢失； 骨组织形态计量学； 骨生物力学； 小鼠

Abstract：ObjectiveTo study the protective effects of Hongling Ganbao(HLGB) on bone loss induced by alcohol in mice.MethodsFifty six-week-old KM mice， were randomly pided into 5 groups except for the control group. 50%(V/V) alcohol was given to the model mice according to the dosage of 4g/（kg·d).Low dose（HLGB-L）and high dose of HLGB（HLGB-H）were given to mice respectively before the alcohol was consumed in preventive groups. After 60 days， all mice were killed and their left tibial metaphysis were processed in undecalcified sections for bone histomorphometric analysis. The tested biomechanical properties of vertebra and femccr were tested. ResultsCompared with normal group， cancellous bone area (%Tb.Ar) was decreased obviously(-66%) in alcohol group， bone formation rate BFR/TV was decreased（-35%， P

Key words：Alcohol; Hongling Ganbao; Bone histomorphometry; Bone biomechanics; Mice

饮酒是严重的公共卫生问题，酒精干扰骨代谢、甚至引起骨量丢失、骨质疏松等不利作用一直以来未得到足够重视［1］。有证据表明，长期饮酒即使是中等剂量（30～50 g/d），也是骨质疏松的危险因素之一［2］，因此对于酒精性骨质疏松症的防治就显得极为必要。

本课题组自行研制的一种中药复方（已获得国家发明专利，专利号：ZL00128705.2）是由红花、茯苓、甘草、红枣4种药食两用的中药组成，其中多种成分均有提高机体的免疫能力及解毒作用。本实验通过骨组织形态计量学结合骨生物力学方法，探讨中药复方红苓肝宝对酒精致骨丢失的预防作用及其作用机制。

1 材料

1.1 药物无水乙醇，批号2004042601，广州化学试剂二厂产品，100%分析纯，加蒸馏水配制成50％（V/V）的酒精溶液；阿伦膦酸钠（固邦），10 mg/片，石家庄制药集团有限公司产品，批号031201；特乐定（每片含有效成分134.4 mg），罗达研究实验室股份有限公司产品，批号020101；中药复方红苓肝宝由红花、茯苓、甘草、红枣4种药食两用的中药组成复方，浓缩至含生药2 g/ml，由本校开发中心药厂提供。

1.2 动物及分组 清洁级6周龄昆明种小鼠50只，体重25～35 g，雌雄各半，由本院实验动物中心提供。随机分成5组，正常对照组以蒸馏水10 ml/kg每日灌胃；酒精组（模型组），红苓肝宝低剂量组（HLGB -L），高剂量组（HLGB-H），50％酒精按剂量4 g·kg·d-1灌胃，中药组在给予酒精溶液前2 h分别给予红苓肝宝水提液5，15 g·kg-1·d-1；固邦+特乐定+酒精组：固邦1.5 mg·kg-1·d-1，特乐定7.84 mg·kg-1·d-1，均按0.1 ml/10 g灌胃，间段单独给药，如第1个星期给固邦，第2个星期就给特乐定，给予药物2 h后给予酒精。所有小鼠自由摄水、摄食，每周称体重2次，根据体重调整用药量，共60 d。

2 方法

2.1 检测方法及观察指标 处死后取一侧胫骨经低速锯暴露骨髓腔，上段进行不脱钙骨包埋，并分别切成5 μm和10 μm的骨片。薄片Goldner染色后测量破骨细胞，厚片直接封片后经骨组织形态计量学软件测量骨代谢相关指标，其测算参数及含义参见文献［3］。骨生物力学测定：将保存的腰椎和股骨经材料测试系统（MTS 858 Mini Bionix 型，USA）检测和分析其生物力学性能（由南方医科大学生物力学国家重点实验室协助完成），腰椎进行凹入实验，股骨颈进行侧摔实验。

2.2 统计分析 采用统计学软件SPSS 11.0进行方差分析，再进行组间两两比较。

3 结果

3.1 乙醇对生长期小鼠骨代谢的影响结果见表1。与正常组相比，酒精组的各参数值骨小梁面积百分率（%Tb.Ar），骨小梁数量(Tb.N)，荧光周长（L.Pm），骨形成率(BFR/TV)等均明显降低。骨小梁分离度（Tb、Sp）增加。骨吸收参数单位骨小梁周长破骨细胞数（Oc.N/Tb.Pm）各组间没有统计学差异。HLGB-L与酒精组相比没有明显差异，HLGB-H与酒精组和低剂量组比较，各参数值均有显著差异，与阳性药物组的效果相当，但%Tb.Ar没有达到正常组的水平。表1 乙醇对小鼠胫骨上段松质骨的影响与正常组比较，*P

3.2 乙醇对小鼠腰椎抗压性能及股骨颈结构强度的影响 见表2。表2 乙醇对小鼠腰椎抗压性能及股骨颈结构强度的影响与正常组比较，*P

酒精组各指标值均有下降，HLGB-L与酒精模型组没有改善，HLGB-H与酒精组和低剂量组比较，各参数值均有显著差异，与阳性药物组的效果相当，但没有达到正常组的水平。

4 讨论

骨组织形态计量学可直接观察骨组织的微观形态并进行定量分析，骨生物力学指标则有助于对骨质量进行直接评价，两者结合可对骨的“质”和“量”进行综合的评价。椎体凹入实验主要用于测量松质骨的生物力学强度，敏感性相对较高，能表示抵抗外力的最大载荷［4］。股骨颈侧摔实验是一种模拟人的股骨颈骨折的发生机制而进行的实验方法，能更真实地反映外力作用于标本造成骨折时的骨力学特性。

本实验中由松质骨的形态计量参数可知道，喂食酒精的小鼠，松质骨骨量减少，骨的微观结构变差：骨小梁稀疏，变细。动态参数的结果可以解释主要是因为骨形成率的下降而导致骨量的减少。生物力学指标腰椎抗压性能和股骨颈结构强度均明显下降，说明小鼠已经出现骨质疏松的表现，骨质量下降。乙醇对骨的影响的机制研究目前认为主要是由于酒精中的乙醇及其代谢产物对成骨细胞的直接毒性作用，实验表明酒精抑制成骨细胞的活性和增殖，抑制其前体细胞的形成［5］；近年来更深入的研究发现，乙醇抑制骨髓间叶干细胞的分化，下调胶原I的基因表达，减少其分泌并抑制矿化结节形成；还可诱导骨髓基质细胞向脂肪细胞分化，减少向成骨细胞分化［6］，最终导致骨形成率降低。酒精对骨吸收也有影响，有报道称酒精可能是通过IL-6介导增加核因子kB受体活化因子配体（RNAKL）mRNA的表达，从而促进骨吸收，加速骨丢失。

给予中药复方红苓肝宝预防的小鼠，动静态参数都有改善，松质骨骨量增加，微观结构改善，骨形成率增加，红苓肝宝高剂量的效果明显，低剂量完全没有预防骨力学性能下降的作用，高剂量则可明显提高骨力学性能的两项指标，与西药对照组的效果相当，但都没有达到正常组的水平。说明红苓肝宝对酒精造成的骨量丢失有一定的预防作用。红苓肝宝的组方中，红花能活血通经，散瘀止痛，提高机体免疫功能以及抗炎作用，改善骨骼局部血液循环，茯苓中的三萜类有效成分据研究有利尿，增强免疫功能和保肝降酶作用［7］，大枣中的磷酸腺苷，甘草中的甘草酸都具有保肝护肝作用［8］，中药复方可能发挥协同作用，增强机体免疫能力，并增强肝脏清除乙醇的能力，减少对骨骼的损害，这可能是红苓肝宝发挥预防作用的主要原因。由于不能直接对抗乙醇对成骨细胞的作用，所以不能完全阻止骨量的丢失及骨力学性能的下降。

综上所述，酒精摄入能造成生长期小鼠的骨质量下降，中药红苓肝宝有一定的预防作用，但不能完全阻止酒精对小鼠骨量和力学性能的不利影响。

【参考文献】

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第8篇：生物力学与医学工程范文

追梦――各具魅力的研究院校

几十年来，为了人类医疗水平的提高，生物医学工程的追梦人坚定地做项目、搞科研，研发出一个个新的医疗技术，更培养了一代代的生物医学人才。国内生物医学工程院校就是这样一个群体，从最初建立院系学科到分专业发展科研，再到如今培育人才做实际项目，每一步都走得精彩。

重点名校

清华大学

作为国内首屈一指的理工科高校，清华大学的教学科研资源得天独厚，生物医学工程系也不例外。该系强大的师资力量不可小觑，教授就包括院士、“长江学者”特聘教授、美国电气和电子工程师协会院士、美国医学和生物工程研究院院士。另一方面，清华大学生物医学工程系硬件设施优越。院系所在的医学科学楼拥有7个科研实验室和4个教学实验室，各实验室设施齐全，更引进了世界最先进的设备供师生研究所用。

清华大学生物医学工程学科自创立以来，在医学信号处理、生理系统建模仿真、超声成像等领域进行了长期系统地研究，在生物芯片、生物信息学、神经工程、分子影像等新兴方向有明显特色。毕业生中既有国际知名大学的教授，也有国内医疗仪器产业的领军人物，更多的是国内教学、科研、国防及产业方面的优秀人才。

清华大学生物医学工程专业每年的硕士研究生总数在30人以内，具体到校内校外是1∶1的比例，考研招生的人数大概在15人左右。

上海交通大学

上海交通大学生物医学工程专业创建于1979 年，同样是我国最早建立生物医学工程学科的院校之一。正如“早起的鸟儿有虫吃”，上海交通大学生物医学工程起步早，发展也较为成熟。2011年，上海交通大学生物医学工程学院成立，旨在对接国家重大需求及临床医学发展需要，重点建设生物医学仪器、神经科学工程、医学影像信息、生物纳米材料4个学科领域，致力于培养具有国际竞争力的生物医学工程领域高端研发人才。生物医学工程学院实施精英式教育，从一年级开始就实行导师制，进行全方位的导航。学生入校后，一、二年级夯实数理生基础及专业基础；三、四年级根据领域方向兴趣，在导师的指导下，拓展知识，提升创新能力和实践能力。这一教育方式让该学科的毕业生更出类拔萃。

2010年上海交通大学生物医学工程各专业研究生报考录取表

专业名称 报名

人数 录取人数 报录比

生物学 319 53 6.18∶1

化学工程与技术 43 9 4.78∶1

生物医学工程（83100） 95 30 3.17∶1

生物医学工程（430131） 8 21（含推免） 未知

生物工程 7 4 1.75∶1

西安交通大学

西安交通大学的生物医学工程在业内声名远扬。2000年，在原西安交通大学、西安医科大学、陕西财经学院三校合并及学科交叉融合的基础上，生命科学与技术学院成立。该院下设生物医学工程系、生物科学与工程系两个系，设有生物医学工程研究所、生物医学分析技术与仪器研究所、分子遗传学研究所、癌症研究所、生物医学工程与仪器研究所、线粒体生物医学研究所六个研究所。依托学校的整体实力，学院还设有现代医学电子技术及仪器国家专业实验室、生物医学信息工程教育部重点实验室、生物医学工程陕西省重点实验室三个重点实验室。2011年西安交通大学生命科学与技术学院生物医学工程招收学术型硕士研究生50人，全日制专业学位研究生20人。

复旦大学

复旦大学生命科学学院创立于1986年，是我国最早在大学中成立的生命科学学院，也是国家生命科学和生物技术人才培养基地。生命科学学院由生态与进化生物学系、微生物学和微生物工程系、遗传学和遗传工程系、生理学和生物物理学系、生物化学系五个系级单位组成，拥有遗传工程国家重点实验室、生物多样性与生态工程教育部重点实验室、现代人类学教育部重点实验室三个国家和教育部重点实验室，以及遗传学研究所、发育生物学研究所、植物科学研究所、生物多样性科学研究所、进化生物学研究中心等七个研究机构。学院以科学研究为主导，以争取国家级重大项目为抓手，力争在科研成果、科技产业化等方面实现快速发展。

2010年复旦大学生物医学工程各专业研究生报考录取表

专业名称 报名人数 录取人数 报录比

生态与进化生物学 18 6 3∶1

微生物学和微生物工程 49 11 4.45∶1

遗传学 90 42 2.14∶1

生理学和生物物理 8 5 1.6∶1

生物化学 128 48 2.67∶1

实力院校

浙江大学

1977年浙江大学科仪系设立国内第一个生物医学工程专业，并相继建成我国生物医学工程第一个硕士学位授予点、第一个博士学位授予点和第一个博士后科研流动站，现隶属浙江大学信息学部生物医学工程与仪器科学学院。其生物工程系在我国生物医学工程业内享有“黄埔军校”的美誉。学院建有生物传感技术国家专业实验室、生物医学工程教育部重点实验室等学术研究机构。学院与国际一流大学及科研机构的交流和合作广泛，多次举办高质量的国际学术会议。作为实力派院校之一，学院办学条件优越，科研实力强劲，现有科研实验用房6千多平方米，历年来先后获得国家级和省部级科技进步奖30余项，多项科研成果居国内外领先地位。

学院硕士招生按生物医学信息处理、医学成像与图像处理、医学仪器、生物传感技术、定量与系统生理等方向进行，按下表中的小专业录取。其中免试研究生比例约50%。

2010年浙江大学生物医学工程各专业研究生报考录取表

专业名称 报名

人数 录取

人数 推免人数

电子信息技术及仪器 110 24 未知

生物医学工程（083100） 86 46 未知

仪器仪表工程 1 6 5

生物医学工程（430131） 6 14 8

东南大学

作为国内生物医学行业的佼佼者，东南大学生物科学与医学工程学院以强大的实验平台和严谨的治学态度见长。该学科设有生物电子学国家重点实验室、江苏省生物材料与器件重点实验室。另外，在苏州、无锡等地开设科研基地，给学生提供了优良的实践平台，更方便学院与校外公司合作。在教学治学方面，全院师生在韦钰院士的带领下，在追求知识和理想中求实进取，勇于创新，创造了很多卓越的科研成果。

依托强大的学科优势，生物科学与医学工程学院学生学术思想活跃，专业基础扎实，具有较强的创新意识，大受用人单位欢迎。毕业生可到生物医学工程和电子信息工程领域的企业、高校、科研院所、医院等单位从事研究、设计、管理等方面的工作。

在考研招生时，学科分两个方向来录取。对于初试，考卷一般都不会设置太难，主要是对基础知识部分的考查。

2010年东南大学生物医学工程各专业研究生报考录取表

专业名称 报名人数 录取人数 推免人数

生物物理学 15 4 0

生物医学工程 106 61 13

华中科技大学

华中科技大学生命科学与技术学院拥有生物医学工程和生物物理学两个国家重点学科。学院科研实力雄厚，依托学院建立的科研基地包括：国家纳米药物工程技术中心、科技部基因工程“国际科技合作基地”、武汉国家生物产业基地、生物医学光子学教育部重点实验室、中英基因工程和基因组学联合实验室、中德马普生物物理与生物化学合作实验室等。近三年承担国家和省（市）研究课题234 项，其中国家自然科学基金108项，获得省部级以上奖励5项，获得授权发明专利23 项，发表SCI收录论文418篇。

学院研究方向包括医学图像处理与分析、医学成像技术与应用、生物医学信号检测与处理、纳米生物光子学与生物传感技术、人工器官等。近两年的考研报录情况未公开，但历年报考人数一直在全国高校内居多。

逐梦――与时俱进的研究分支

近年来，随着生物医学工程学科的发展，生物医学工程技术也日趋成熟，各分支方向的发展也日益明晰。那么，经过几十年的科学探索与研究，生物医学工程的发展现状如何？生物医学工程研究包括生物力学、人工器官、生物医学信号检测处理、生物医学仪器、生物医学成像、生物医学超声、生物材料与微纳米生物技术、分子电子学以及远程医疗与社区保健工程等分支。现今，各分支的发展与研究进行得如火如荼，研制出一系列辅助医疗仪器与关键技术，并在人类医疗诊断中发挥了很大作用。一般来说，我们可以将这些分支简分为四个方向：医学影像学、医学信息工程、医学仪器和分子生物学。

那么，对生物医学工程怀有憧憬的你，应该如何选择自己的努力方向呢？古人云：“知己知彼，百战不殆。”我们需要了解生物医学工程，明白自己对哪方面感兴趣。

医学影像学

影像学诊断是20世纪医学诊断最重要、发展最快的领域之一。20世纪50年代x光透视和摄片是临床最常用的影像学诊断方法，而由于X线、CT技术的出现和应用，影像学诊断水平发生了飞跃，极大提高了临床诊断水平。核磁共振计算机断层成像系统，不仅可分辨病理解剖结构形态的变化，还能做到早期识别组织生化功能变化的信息，有利于临床早期诊断。医学影像学由此而生。

不同于医学专业的影像学注重使用影像来诊断病情，生物医学工程医学影像学注重研究如何给医生提供更好的图像信息，如何将人体成像的信息更加可视化。近年来，各相关研究机构研发了许多新型的医学影像技术，包括人体各大脏器、血液乃至皮肤的成像技术，提取出更加有效的医学特征辅助医生治疗。

医学影像的研究对于研究人员的计算机水平有很高的要求，如在本科阶段学习的matlab/c++等软件是较为常用的编程软件。该方向研究生阶段的学习科目有《医学影像学》《多维信号处理与分析》《信号处理的小波变换》等，主要介绍医学成像的基本原理与关键技术，是本科阶段《大学物理》《高等数学》《数字信号处理》等课程的深度延续。

这一方向的研究在生物医学工程专业中较为普遍，很多大学都开设相应的课程或实验室。由于各院校发展情况不同，研究方向的名称也略有不同，感兴趣的考生可以利用网络资源加深了解。典型的院校有：清华大学、上海交通大学、华中科技大学、东南大学等。

医学信息工程

医学信息工程研究方向包括神经功能工程、生物医学信号的检测与处理、生物信息获取以及传感生物信息系统和应用等分支。其主要工作目标一方面是为神经科学研究建立交叉的技术平台，另一方面是为临床神经疾病的诊断和治疗提供新的解决方案。生物医学信号是人体生命信息的集中体现，是窥视生命现象的一个窗口。通过检测心电、脑电、肌电和细胞电活动、体温、血压、呼吸、心音、肌肉收缩等生物信号，提供给医生最好的诊疗信息。

该方向研究生阶段的课程设置主要包括《电路》《信号与系统》《数字信号处理》《数据结构》《生物系统及建模》《生物医学模式识别》等。各院校的课程设置基本相同，或者是相关课程的拓展。同样，该方向对学生的计算机编程能力有一定要求，在学习或实验中需要熟练应用计算机处理实验数据。毕业生的就业去向主要是电子信息和医学信息类的科研院所、医药卫生单位、生物医学电子信息企业等，从事科研、开发、应用设计制造及设备管理等方面的工作。国内开设该方向的院校有：四川大学、电子科技大学、西安交通大学、浙江大学、东南大学等。

医学仪器

医学电子仪器是生物医学工程学科的一个重要分支。19世纪末20世纪初，人类研制成功的各种治疗仪器大量进入临床，最具代表意义的有可植入式心脏起搏器、高频电刀、激光刀等。伴随微电子技术和计算机技术的发展，各种物理治疗类仪器发挥了越来越显著的作用。目前的研究课题包括：面向肿瘤诊断治疗的新型设备的研究开发、基于物理方法的热治疗技术、大功率驱动技术及医学仪器的设计与制造、面向家庭和社区医疗的数字化仪器的研发等方面。

该方向研究生阶段的课程主要有《智能仪器设计》《高级医疗仪器》《医学仪器原理》等，是本科阶段《微机原理与接口技术》《传感器技术》《信号处理技术》等课程的延续。国内开设该方向的院校有：上海交通大学、清华大学、浙江大学、四川大学等。

分子生物学

分子生物学是以分子水平研究生命本质的一门新兴边缘学科，它以核酸和蛋白质等生物大分子的结构及其在遗传信息和细胞信息传递中的作用为研究对象，是当前生命科学中发展最快，并正在与其他学科广泛交叉和渗透的重要前沿领域。由于分子生物学的不断发展，现代生物医学工程中人工关节、人工心脏起搏器、人工心脏、人工肝、人工肺等在临床上得到应用，使千千万万的患者恢复了健康。随着社会多样性发展，市场需求的不断变化，该方向也会研发出新的生物能源、保健、护理产品，甚至是化妆品相关的技术。

第9篇：生物力学与医学工程范文

关键词：颈干角 股骨颈 骨质疏松 骨折

【中图分类号】R4【文献标识码】A【文章编号】1008-1879(2012)02-0011-01

进入21世纪以来，伴随着我国的人口老龄化进程逐步加快，老年常见病（骨质疏松）越来越受到全社会广泛的关注，骨质疏松易引发骨折。世界卫生组织（WHO）将本世纪2010年前的10年确定为“骨关节病的10年”，这意味着骨质疏松、股骨颈骨折、股骨头坏死等疾病的治疗和预防已经成为当今医学研究的主题［1］。其中，股骨颈骨折是骨疾病中的一常见病，此病好发于老年人。本文作者通过研究发现颈干角的大小与股骨颈骨折有关联，颈干角过小是它的另一种危险因素。

骨质疏松性骨折中股骨颈骨折的发病率最高、危害性较大、治疗费用较高，同时易引发其他疾病，譬如心脑血管疾病，进而危及生命。现报道如下：

1 材料和方法

1.1 研究对象。收集2006年~2011年6月期间股骨颈无移位的骨折患者35例髋关节前后位平片，所收集的患者均无严重暴力外伤所致骨折。35例中，男8例，女27例，年龄均在65岁或以上。在X线平片上显示患者均有骨质疏松，即骨松质有低密度模糊影像。

1.2 测量方法。在35张X线前后位平片上测量颈干角，要求是骨折侧即患侧的颈干角，方法如下。①确定股骨颈轴：通过股骨头球心至转子间嵴连线的中点的连线即为股骨颈轴。②确定股骨干纵轴：通过股骨主干中轴和大转子尖端的轴线。③用特制的测量仪测量伤侧的股骨颈轴与股骨干纵轴的交角，即颈干角。

2 结果

本组的颈干角均在正常范围内，经统计，最小值为110°，最大值为138°，平均值118.5°。2组的病例从小到大依次分为110°~125°为29例，126°~140°为6例。颈干角的性别差异，女性略大于男性，但无统计学意义（P>0.05）。

3 讨论

股骨颈干角是指股骨颈轴与股骨干轴的交角，也称内倾角，此角在成人介于110°~140°之间，平均为125°。股骨颈骨折是一种常见于老年人损伤。因为老年病人骨质疏松，所以在绊倒时，只需很小的扭转暴力，就能引起骨折。

股骨颈的特殊结构和它的受力状态是生物力学中的一个重要的问题，这种结构可以使之在不同的载荷下，随压力方向的不同而产生不同的弹性变形，从而可以承受较大的压力和变形［2］。双足站立时，髋关节支撑人体的头、躯干和上肢，它们占人体重量的62%，其重心线通过两股骨头中心的连线中点，单侧关节支持人体重量的31%。髋关节所受的合力R与股骨颈轴线不一致，相交在股骨头中心［3］，R使股骨颈弯曲，因此在股骨颈引起内下侧压应力和外上侧张应力，而压应力总是大于张应力。最大压应力在股骨颈的内侧，最大张应力在其外侧，头颈的中心轴既无压应力也无张应力，由于R作用在股骨颈是倾斜的，也引起剪应力S的大小，取决于合力R的大小以及合力和股骨颈轴线的夹角。

人体髋关节是一个复杂力学传递系统，从身体经股骨头向股骨上端的载荷传递并不在一条直线上，而是存在较大的弯距。股骨上段的框架结构可对弯距进行转化。根据力学的平行四边形法则，从身体传向股骨头的载荷经转化后可分解为两个分力，其中有一个分力垂直于股骨颈，是作用于股骨颈的重要力量，它的大小也与颈干角的度数有关；即颈干角越大，垂直分力就越小，越不易骨折，反之，则越易发生骨折。

股骨颈骨折在老年人中最常见，从生物力学角度考虑，其原因主要有以下几方面：①老年人骨质疏松，股骨颈逐渐发生退行性变，皮质薄而疏松，骨小梁稀疏，张力骨小梁及压力骨小梁减少尤其明显；②Ward’s三角区在老年人常常仅有脂肪填充，使此区更加脆弱；③老年人髋周肌群退变，反应迟钝，不能有效地抵消髋部的有害应力。

老年人有骨质疏松，骨质生物力学性能急剧下降，首先是抗张应力的能力减弱，所以骨折首先发生在承受张应力最大的股骨颈外方头颈交界处。当颈干角变小时，则内侧应压力和外侧张应力均增大，故易发生骨折；当颈干角增大时，则随增大程度的增加，张应力逐渐减小以至消失，故不易发生骨折［4］。

关于颈干角的性别差异，国内学者研究得较少。有文献报道，女性的股骨颈干角略大于男性，但经过t检验，两性之间差异无统计学意义（P>0.05）［5］。男性由于通过骶股弓传来的负重力大于女性，所以股骨颈干角小于女性。按照这种分析，男性应该比女性更容易患股骨颈骨折，但临床上股骨颈骨折却是女性患者居多。这是由于女性发生骨质疏松的几率比男性要多得多，而骨质疏松更易使老年人发生股骨颈骨折。

通过对35例患者的临床研究，股骨颈干角小于125°的老年女性发生骨折的危险度明显增加，则需要加强针对性的力量锻炼，提高防护意识，避免跌倒、碰撞等容易造成股骨颈骨折的意外事故。这在预防学上有重要意义。

参考文献

［1］ 唐潇，钱竞光，宋雅伟等，股骨颈干角、骨密度与股骨颈骨折的关联分析.南京体育学院学报,2006,5(1):30~32

［2］ 肖德明,曾纪葵.股骨颈骨折不同角度固度的生物力学比较研究［J］.山东生物医学工程,1994,13(2):28~31

［3］ 赵炬才,张铁良.髋关节外科学［M］.北京:中国医药科技出版社,1996