骨科生物力学PPT参考课件.ppt

第一章骨科生物力学 一、概述 .简介 骨是一种器官，主要由骨组织（骨细胞、胶原纤维和基质）构成，具有一定形态和构造，外被骨膜，内容骨髓，含有丰富的血管、淋巴管及神经，不断进行新陈代谢和生长发育，并有修复、再生的能力。经常锻炼可促使骨良好发育，基质中有大量钙盐和磷酸盐沉积，是钙、磷的储存库，参与体内钙、磷代谢，骨髓还有造血功能。 成人有206块骨，可分为颅骨、躯干骨和四肢骨三部分。前二者统称中轴骨,1,.骨骼的作用：支撑身体自重 与关节配合实现运动功能 .形态： 长骨(long bone)呈长管状，分布于四肢，分一体两端。体又称骨干，内有空腔称髓，容纳骨髓。体表面有 l2个血管出入的孔，称滋养孔。两端膨大称骺，有一光滑的关节面，与相邻关节面构成关节。骨干与骺相邻的部分称于骺端，幼年时保留一片软骨，称骺软骨，骺软骨细胞不断分裂繁殖和骨化，使骨不断加长。成年后，骺软骨骨化，骨干与骺融为一体，其间遗留一骺线。,2,长骨,短骨,扁骨,不规则骨,3,短骨(short bone)形似立方体，多成群分布于连结牢固且稍灵活的部位，如腕骨。 扁骨(flat bone)呈板状，主要构成颅腔、胸腔和盆腔的壁，起保护作用，如颅盖骨和肋骨。 不规则骨(irregular bone)形状不规则，如椎骨。有些不规则骨内有腔洞，称含气骨 ，如上颌骨。,4,.结构 骨质 由骨组织构成，分密质和松质。 骨密质 质地致密，耐压性较大，分布于骨的表面。 骨松质 呈海绵状，由相互交织的骨小梁排列而成，分布于骨的内部，骨小梁的排列与骨所承受的压力和张力的方向一致，因而能承受较大的重量。 颅盖骨表层为密质，分别称外板和内板，外板厚而坚韧，富有弹性，内板薄而松脆，故颅骨骨折多见于内板。,5,6,骨膜：覆盖在新鲜骨的表面（关节面除外）。骨膜由纤维结缔组织构成，含有丰富的神经和血管，对骨的营养、再生和感觉有重要作用。骨膜可分为内外两层，外层致密有许多胶原纤维束穿入骨质，使之固着于骨面。内层疏松有成骨细胞和破骨细胞，分别具有产生新骨质和破坏骨质的功能，幼年期功能非常活跃，直接参与骨的生成；成年时转为静止状态，但是，骨一旦发生损伤，如骨折，骨膜又重新恢复功能，参与骨折端的修复愈合。如骨膜剥离太多或损伤过大，则骨折愈合困难。,7,骨髓充填于骨髓腔和松质间隙内。胎儿和幼儿的骨髓内含发育阶段不同的红细胞和某些白细胞，呈红色，称红骨髓，有造血功能。5岁以后，长骨骨干内的红骨髓逐渐被脂肪组织代替，呈黄色，称黄骨髓，失去造血活力。但在慢性失血过多或重度贫血时，黄骨髓可转化为红骨髓，恢复造血功能。而在椎骨、骼骨、肋骨、胸骨及肽骨和股骨的近侧端松质内，终生都是红骨髓。,8,.骨的成分 骨主要由有机质和无机质组成。 有机质主要是骨胶原纤维束和粘多糖蛋白等，作成骨的支架，赋予骨以弹性和韧性。 无机质主要是碱性磷酸钙，使骨坚硬挺实。 脱钙骨（去掉无机质）仍具原骨形状，但柔软有弹性； 煅烧骨（去掉有机）虽形状不变，但脆而易碎。,9,两种成分比例，随年龄的增长而发生变化。幼儿有机质和无机质各占一半，故弹性较大，柔软，易发生变形，在外力作用下不易骨折或折而不断，称青枝状骨折。成年人骨的有机质和无机质比例约为3：7，最为合适，因而骨具有很大硬度和一定的弹性，较坚韧。老年人的骨，无机质所占比例更大，脆性较大，易发生骨折。 .性能要求：足够的强度：抵抗破坏的能力 足够的刚度：抵抗变形的能力 足够的稳定性：保持原有形状的能力 耐磨损,10,二、骨组织的力学特性 .骨骼的力学特点 骨骼受力性能好：所受应力分布合理，关节之间摩擦力小 骨骼的性能有变异性：机械性能随年龄、性别、职业、个体环境差异有所不同 骨骼的力学体系处于平衡状态以适应人体任何体位 骨骼有自动反馈控制的特点 .骨形态对力学性能的影响 .化学成分对力学性能的影响 有机物使骨具有弹性，无机物使骨硬而脆,11,三、骨的机械性质 .骨在拉伸时的机械性能 在线性范围内应力应变成正比， 干燥骨：=0.4%，湿润骨，=1.2% 人和动物骨的机械性能见表 .骨压缩时的机械性质见表 .人体骨的力学特性见表,12,四、应力遮挡 .应力遮挡：发生骨折的骨经固定后，负重情况下产生应力重新分配导致骨受力减小的现象。 .影响因素：内外固定器械的刚度与固定方式 骨折类型与骨端接触程度 肢体负重的方式与程度,13,第二章骨科内固定器械 一、 螺丝钉 1.自攻丝螺丝钉：使用时在骨上打导向孔，螺丝钉拧入时，自动切割出螺纹。拧入特别是在骨密质时时阻力较大 非自攻丝螺丝钉：使用时先在骨上钻导向孔，然后在导向孔上攻丝，拧入时阻力小，无骨屑排出 .皮质骨螺钉：应用在骨密质的螺钉，属于非自攻丝，整个长度上都有螺纹。 松质骨螺钉：螺纹外径较大底径较小，为自攻螺钉，使用时不需攻丝。,14,螺丝钉,钢板,螺丝钉,钢板、螺丝钉,15,16,.使用：能通过对侧皮质骨对骨折端施加压力达到固定目的。 二、钢板 .钢板：是紧贴在骨骼通过与螺钉配合而进行骨折内固定的方法。 .保护性钢板（中和钢板）：骨折部位由拉力螺钉固定，由钢板对骨折区域进行保护。 钢板使用前通常要进行塑性变形，使钢板外形与骨骼的外形一致。变形时常使用模板。 .支持钢板：骨的干骺区由骨松质和很薄的骨密质组成，该组织损伤后用于固定的钢板叫支持钢板。,17,.特殊形状的支持钢板：有些骨骼两端有特殊形状，用于这些骨骼的钢板叫特殊形状支持钢板。 有、形钢板、匙形钢板、三叶形钢板，这种钢板结构薄、强度较低。 .加压钢板：横断和斜断形的骨折不能用拉力螺钉进行固定，通过加压钢板与加压器配合使用使骨骼在轴线方向产生压力进行固定。 .角钢板：由刃板和钢板组成，刃板与钢板间有一定角度（130）。,18,钢板,钢板,三叶型钢板,19,钢板,20,21,加压器,加压器的使用,22,三、髓内钉：在骨骼髓腔内置入一生物相容性好、具有一定强度的内在物，以达到骨折连接与固定的作用，这种方法叫髓内钉固定，该内置物叫髓内钉。 1.材料：要求生物相容性好、化学性能稳定、良好的韧性、高机械强度、无毒、无致癌性等 主要有：不锈钢、铬钴合金、钛合金、钴镍合金 .髓内钉截面： 形状：三叶草形、菱形、正方形、圆环形等，对承载能力有影响。 截面直径：直径越大，髓内钉刚度越好。,23,髓内钉,加压骑缝钉,24,髓内钉,25,髓内钉,26,.髓内钉长度： 总长 太长从远端突出，太短不易固定 工作长度 髓内钉承担大部分载荷的长度 .附加固定装置：锁钉、固定翼、钩子等 、常见的髓内钉系统 单钉系统 多钉系统 带锁髓内钉 .髓内钉类型：不扩髓的髓内钉 扩髓的髓内钉,27,四、形状记忆合金内固定器械 .形状记忆合金：在设定温度下具有形状记忆功能同时具有超弹性功能的新型材料。 在发生塑性变形后，经升温至某一温度（该温度可以设定）之上，可完全回复到变形前的形状。钛镍基形状记忆合金、铜基形状记忆合金。 .加压骑缝钉：挑选大小合适的骑缝钉，浸入在消毒冰水中，用特制的工具使骑缝钉变形，量取骑缝钉变形后的跨距，在对合后的骨上钻两个孔，将骑缝钉从冰水中取出后插入孔中，骑缝钉受热后恢复原形，起到固定效果。,28,.环抱器：采用镍钛形状记忆合金制成，用于治疗长骨骨折。旨在保持骨折稳定性的同时，减少对压缩应力的遮挡作用和骨骼的损伤。 4.优点 人为损伤小，生物相容性好，力学性能好，操作简便，持续的自加压功能，愈合周期短，体积小重量轻，可降低骨质疏松率。,29,环抱器,加压骑缝钉,30,第三章：基础骨科器械,电动式电钻,手摇式电钻,充电式摆锯,咬骨钳,丝锥,31,下肢骨折器械包,髋关节假体器械包,32,第四章骨外固定器械 第一节概述 一、定义 骨外固定技术：在骨折处穿放钢针，再用一种金属或高强度非金属材料制成的特殊装置把裸露在皮肤外的针端连接固定起来，用固定、加压、牵引作用达到治疗骨折、骨与关节矫形的作用的技术。 骨外固定器：用于这种技术的装置 二、发展趋势 .结构形式多元化、系列化、通用性好 .钢针直径减小，粗针与细针、全针与半针相结合 .功能上更实用，有固定、牵伸、加压兼顾骨折的再整形。 .材料强度高、生物相容性好、重量轻,33,外固定器械,指骨用外固定器械,34,第二节骨外固定器械的特点及适应症 一、特点 .对各种复杂骨折都可以进行及时有效的固定 .不影响伤肢的血液循环 .可改变固定的刚度，实现早期的牢固固定与后期的弹性固定。 .提供多种生物力学环境，可根据不同骨折实行固定。 .架空创伤处，很好地解决了固定与伤口处理之间的矛盾,35,.骨愈合快、治愈率高、并发症少，发生并发症容易处理。 .操作比钢板内固定简单、易于掌握，无需广泛切开、创伤小。比石膏或小夹板固定稳固、不影响关节活动。 .术后允许再调整， .骨折处不存留异物，无需二次手术 10.治疗时间短,36,外固定器械,指骨用外固定器械,37,二、适应症 .广泛软组织损伤、伤口污染严重及难以彻底清创的开放式骨折 .感染性骨折 .多发性骨折 .某些闭合性骨折：骨折粉碎严重或关节骨折 .需多次搬动和分期处理的骨折 .烧伤合并骨折 .开发性骨盆骨折 .因各种原因不能手术治疗的骨折 .作为非坚强骨内固定的补充,38,第三节组合式骨外固定器 一、概述 .特点：固定牢固、机构灵巧、随意穿针、并发症少 .类型：治疗骨折固定功能为主 矫形固定、牵引、加压 肢体延长牵伸功能为主 二、结构特点 .结构：骨外固定器各构件之间的相互联系，相互作用方式，超静定空间结构 .特点 结构多元化 钢针布局灵活 刚度可调控 功能件优化组合 操作方便,39,固定架,40,第四节组合式骨外固定器的使用方法 一、操作步骤 1、使用前对产品、工具进行常规术前消毒。 2、清创消毒铺无菌巾，根据骨折部位X光片选好穿针位置方向。 3、穿针位置用手术刀切开510mm，用止血钳分离组织达骨膜。 4、将肌肉护套插入切口处达骨膜，拔出内芯，用骨锤轻扣护套顶部使尖端入骨。 5、选用与骨针相对应的钻头钻至对侧骨膜。 6、取出钻头旋入骨针使其穿出对侧12mm为宜，取下护套。 7、用同样方法旋入其余三只骨针。,41,8、将固定架连接器（2）上的压紧顶丝（6）松开旋转1/2圈，外旋加压器（3）留出2.55mm的距离，松开模块（4）上（7）及（9），取下（4）将模块（4）接装到四只骨针上，离皮肤1015mm，球柄（5）与骨杆成90旋紧（9），骨折复位达理想位置，将主体（1）卡入四个模块（4）将紧固螺丝（7）可靠固定，然后可靠固定骨针紧固顶丝（9）。 9、旋转加压器（3）使骨折断端融合，可靠固定压紧顶丝（6）。 10、如许跨关节固定，半环型固定可用组合块连接主体或半环。,42,43,二、注意事项 1、严重骨质疏松者禁用。 2、紧固螺丝（7）时先紧两端再紧其他，以减少内应力。 3、加压不易过紧，以免影响骨折生长。 4、本产品禁止二次使用。,44,骨科外固定示意图,45,第五节组合式骨外固定器常用类型 .单边式骨外固定器 结构简单，操作方便，穿越肌肉少，对人体损伤小 .双边式骨外固定器 结构较简单，牵引、加压方便 .方框式骨外固定器 固定可靠、穿越肌群少 .半环式骨外固定器 固定可靠，受力均匀，针孔少，,46,骨外固定器,半环式骨外固定器,47,双边式骨外固定器,单边式骨外固定器,48,第五章人工关节 第一节概述 人工关节：利用人工材料制成的假体，取代被疾病破坏的关节，缓解疼痛、畸形和功能障碍，重建一个接近正常功能的关节， 人工髋关节、人工膝关节,49,人工髋关节,人工髋关节,人工膝关节,人工膝关节,50,第二节人工关节常用材料 一、人工关节材料要求 足够的强度、疲劳强度、耐磨损、抗腐蚀 有较好的生物相容性，无毒副作用，耐腐蚀 弹性模量接近人体 二、金属材料 .不锈钢：杂质含量低、延展性好，易加工，疲劳强度、耐腐蚀性及生物相容性比钛合金差，以被其他材料替代。 .钛合金：弹性模量低，生物相容性好，疲劳强度高，耐腐蚀性好，摩擦系数高。缺点是耐磨性差 .钴合金：耐磨性、耐磨性和综合机械性能好，是较优良的植入材料,51,三、非金属材料 .超高分子聚乙烯 摩擦系数低，磨损碎屑易引发溶骨反应，影响人工关节寿命，常用来制作关节中的髋臼杯。 .陶瓷：假体硬度高，组织相容性好，表面光洁，耐磨性好，产生的碎屑少，脆性大 .聚甲基丙烯酸甲酯（骨水泥）PMMA 由单体与粉剂组成，单体由聚阻剂和促进剂组成 粉剂由甲基丙烯酸甲酯好引发剂组成 发展方向：提高耐剪力、耐张力，减少骨水泥的松动和断裂。 .其他材料：,52,第三节人工髋关节 一、简介：髋关节受力复杂，负重大，同时承受拉、压、扭转、和界面剪切作用，要求材料必须有足够的强度、韧性、疲劳强度、抗磨损、抗腐蚀能力，髋关节长期植入人体，材料要具有良好的生物相容性，无毒副作用，耐腐蚀，弹性模量接近与人体的皮质骨， 二、组成：髋臼、股骨头、关节柄,53,54,55,三、骨水泥型全髋关节型置换系统 将金属的股骨柄用骨水泥固定到股骨髓腔内，金属股骨头与超高分子聚乙烯髋臼杯连接，髋臼用骨水泥固定。 四、无骨水泥型全髋关节置换系统 通过植入人体和周围组织间所建立的相互配合来实现，常通过以下形式实现固定： 表面活性材料、表面组构材料、多孔涂层材料 五、髋关节的头臼配伍 光滑的钴合金高强度超高分子聚乙烯髋臼结合,56,第四节人工膝关节 一、简介：对运动功能要求高，解剖结构复杂 材料：钴合金超高分子聚乙烯 二、固定方式： 骨水泥固定效果较好 非骨水泥通过紧密压配和骨组织长入假体达到固定效果 三、限制程度 限制型人工膝关节：手术后膝关节只能在一个平面内活动，易引起应力集中，一般不用于初次置换的患者。 非限制型人工膝关节：活动不受限制，应用广，特别是初次置换患者。 四、特殊膝关节,57,人工膝关节,人工膝关节,58,人工肩关节,人工肘关节,59,人工椎间盘,60,第六章假肢、矫形器与功能辅助装置 第一节概述 当肢体形态结构与功能遭受损害，不能通过锻炼建立适当的代偿功能时，就必须依赖康复工程手段提供功能替代设备，以减轻功能障碍程度，改善肢体活动能力，这类设备包括假肢、矫形器、助行器、轮椅等,61,第二节假肢 一、简介：假肢是人体缺损肢体的人造替代物，用于弥补缺损肢体的形状和功能。 二、假肢的发展趋势 .假肢结构、种类的更新 .假肢接收腔材料工艺的改进 .假肢装配工具的科学化 .综合康复 三、上肢假肢：用于替代整体或部分上肢的假肢 特点：人手的功能复杂，动作灵巧、感觉敏锐，目前很难完全替代， .分类： 按截肢部位：假手、前臂假肢、肩部假肢 按使用功能：装饰性假肢、功能性假肢 按作用原理：索控式上肢假肢、肌电式上肢假肢,62,上肢假肢,上肢假肢,63,上肢假肢,下肢假肢,64,.装饰性上肢假肢 是用健康手来开闭假手的被动式假肢，无自动活动功能，主要起恢复自然外表的装饰作用，大多用塑料制成，具有仿真外形，前臂和肘部可被动活动，常用于上臂残肢过短等难以安装功能性假肢的情况。 .索控式假肢又叫主动式抓握手臂 截肢者可以利用自身力量操纵控制，去完成各种特点功能的主动式上肢假肢 肩部力量、残肢力量，需要进行强化训练,65,.肌电式上肢假肢 由人体生物电控制的假肢，截肢者作手的伸屈动作，残肢会发出一种肌电信号，启动假肢做相应动作，是目前最先进的假肢。 四、下肢假肢： 从骨盆以下至趾关节以上截肢的每个部位所安装的假肢，都叫下肢假肢，由假脚、机械关节、容纳残肢的接受腔组成,66,.分类： 按截肢部位：半足假肢、趾骨截肢假肢、踝关节离断假肢、小腿假肢、膝离断假肢、大腿假肢、髋离断假肢 按构造形式：骨骼式、壳式假肢 按适用范围：生活型、运动型假肢 .壳式下肢假肢 假肢的臂筒起支撑作用，木质接受腔的下肢假肢重量轻、透气性好、保暖性好。 .骨骼式下肢假肢 由下肢假肢标准零部件组装而成，能为下肢截肢患者提供优良功能、行走步态良好的假肢，,67,下肢假肢,68,五、假肢的保养与维护 .保持接受腔内清洁，使用接受腔内衬套时尽量保持干燥清洁 .注意接受腔裂纹 .发现关节及结合部有松动、异常时，及时进行检查维修 .装饰外套易破损，要及时维修 .假肢中的塑料部件，不能与酸、碱、火、有色溶液、硬物接触 .假肢中的精密机械系统，应避免潮湿、冲击，定期检查 .定期到假肢生产厂检查假肢,69,第三节矫形器 一、简介：矫形器又叫辅助器，是用于四肢、躯干等部位，通过力的作用以预防、矫正畸形，治疗骨关节及神经肌肉疾病并补偿其功能的器械。 二、基本功能 .稳定与支持 .矫正功能 .助动功能 .分担重力负荷以减轻关节受力 三、矫形器的类型：上肢矫形器、下肢矫形器、脊柱矫形器,70,.上肢矫形器：用于保持不稳定的肢体于功能位，提供牵引力以防止变形，预防或矫正肢体畸形，帮助无力的肢体运动 固定性上肢矫形器：局部相对制动，用于辅助治疗骨不连、关节炎、腱鞘炎等 矫正性上肢矫形器：对某些关节萎缩起到持续矫正作用，或限制关节等异常运动防止畸形。 功能性上肢矫形器：上肢部分肌肉瘫痪时，通过稳定松弛等关节来维持功能活动。,71,上肢矫形器,下肢矫形器,72,.下肢矫形器：足矫形器、膝踝矫形器、长腿支具、 足矫形器（矫形鞋）：通过特制等高帮皮鞋，矫治轻度等足内翻或外翻畸形 承重性下肢矫形器：用于下肢骨不连或关节融合术后愈合未愈 稳定性下肢矫形器：常用于肌肉弛缓性瘫痪，稳定关节，以利负重行走,73,脊柱矫形器,下肢矫形器,74,.脊柱矫形器 颈椎矫形器：用于辅助治疗颈椎病及某些外伤引起或先天性疾病引起的颈椎不稳， 软式围领、硬式围领、颈椎矫形器 固定式脊柱矫形器用于脊柱术后及骨折愈合早期，围腰、硬式脊柱矫形器， 矫正式脊柱矫形器：常用于小儿原发性脊柱侧弯的矫正,75,助行器,76,第四节助行器 .作用：分担体重减轻下肢关节应力负荷 扩大下肢支撑面积 保证步行练习安全性 .手杖：用于轻度的步行功能障碍 .拐杖：有腋杖和臂杖 .步行器：可提供稳固的四点支撑，用于下肢和躯干肌力及平衡功能严重减弱的患者，有四轮式、二轮式、移动式、步行车。,77,第五节轮椅 .普通轮椅 .特性轮椅 .电动轮椅 第六节腿部功能训练器 .简介：用微电脑自动控制，模拟人体自然运动，通过激发人体的自然复原力，充分激发人体自然复原力，充分发挥组织代偿作用，可以促进组织愈合，减轻术后痛苦，防止关节内粘连。,78,.适用范围： 腿部骨折 关节囊切除或关节松解术后 下肢股关节和膝关节置换术后 关节软