new生物力学教学课件8

1、第八章 脊柱与颅脑生物力学与临床研究,脊柱的功能：,1.保护脊髓,2.在各种体位支撑躯干，保证躯干的生理活动,3.将头和躯干的重量及弯矩传递给骨盆,第一节 脊柱的功能解剖与生物力学特性,一、脊柱的功能解剖,7+12+5+1+1,生理弧度的作用：,1.适应直立姿势,2.有利于跑跳时吸震作用,3.,chinaspine,功能单位、活动节段,从工程上看，脊柱为独特结构，并非由一种物质组成，而是坚硬的椎体，高形变的椎间盘，排列在一个复杂的既有滑动，又有制约的椎间关节内。,二、椎体、椎间盘、韧带的生物力学特性,1.椎体,皮质壳层,松质骨核,软骨终板,40岁,45%,55%,40岁,65%,35%,韧性,

2、脆性,椎体,椎体的损伤,中心型,周围型,全板型,2.椎间盘,髓核,纤维环,临床上出现的椎间盘突出，并非一时受压力所致，而是椎间盘内应力不均导致纤维环松弛，髓核外突。,髓核是理想的传力结构,1.不依赖血液营养,2.滚珠和弹簧作用,3.充分的顺应性,年龄增大,髓核水分减少,弹性下降,贮藏能量减少,分布应力能力下降,抗载能力下降,下腰背疼痛,3.脊柱的韧带,前纵韧带、后纵韧带、黄韧带、棘上韧带、棘间韧带,第二节 脊柱的运动,C1与C2间，关节面与水平面平行,C2与C7间，关节面与水平面成450,T1与T12间，关节面与水平面成600,L1与L5间，关节面与水平面成900,脊柱的运动形式：屈伸、侧屈、

3、旋转,1.脊柱节段的运动幅度,屈伸活动：腰椎范围最大，因为关节面与水平面垂直，与冠状面成450 胸椎范围最小，因为关节面与水平面成600，与冠状面成200,侧屈活动：腰椎范围小，80 胸椎范围小，680,旋转活动：腰椎几乎不能，20 胸椎范围，90,2.脊柱的功能活动,3.屈曲和伸直,动力：前屈重力矩,平衡力：底棘肌,第三节 脊柱的受力,一、站立姿势的脊柱力学,生理弧度的作用：,1.适应直立姿势,2.有利于跑跳时吸震作用,3.承受更大的载荷,4.侧屈和旋转,动力：同侧的棘突横肌、横突棘肌、腹肌等,平衡力：异侧的棘突横肌、横突棘肌、腹肌等,脊柱的稳定因素,内在：1.韧带，2.髓核受压时的反作用力

4、， 3.关节突的压力,外在：背肌、腹肌,站立姿势躯干的重力线通过第4腰椎的腹侧,二、身体姿势对腰段脊柱载荷的影响,椎间盘受压力来自于：,1.椎间盘内的压力,2.人体上部的压力,3.平衡重力矩的肌力,三、提物或携物时对腰段脊柱载荷的影响,影响脊柱上载荷的因素：,1.物体大小、形状（密度、体积等性质）,2.身体的屈曲程度,3.与脊柱运动中心有关的物体的位置,G=200N, dG=0.4m W=450N, dW=0.25m,dm=0.05m,求：1.背伸肌收缩力的大小 2.椎间盘上受到的压力,举重运动员 G=200Kgf,T=21000N,重物的重量、加速度越大，腹压越大,三、运动时对腰段脊柱载荷的

5、影响,第四节 脊柱损伤的生物力学,一、损伤机制,超出运动范围,过分负重,损伤类型,屈曲、伸直、旋转、侧弯、压缩型,前倾 屈曲型,后倾 过伸型,压缩型,1。同样大小、方向的力，作用点不同，损伤类型不同,二、颈椎的损伤,Major Injuring Vector = MIV,1.颈部骨折,（1）环椎骨折,MIV：绕x轴向后（负力矩）,结果：后弓骨质撕裂,MIV：-y方向,结果：粉碎性骨折,2。同样大小、方向的力，由于脊柱各部位结构不同，损伤类型不同,旋转扭矩作用，腰部椎体关节突撕裂、骨折。,胸腰段，刚度突变，应力集中、关节突排列方向发生改变，骨折率最高。,后弓骨折 粉碎性骨折,（2）枢椎骨折,MI

6、V： -z方向（向后）,结果：齿状突剪切损伤,MIV：+z方向,结果：齿状突与环椎连接部、 齿状突基底部,（3）绞刑骨折,MIV：绕x轴向后（负力矩） +z方向,结果：创伤性的枢椎前移、椎间盘完全破裂,（4）颈椎压缩骨折,MIV：-y方向,结果：大 粉碎性，伤及骨髓 中 终板破裂，髓核陷入椎体 小 小损伤,齿状突,齿状突与环锥连接部,齿状突基底部,三、胸腰椎损伤,1.软骨终板破裂,MIV：-y方向,结果：中心型、周围型、全板型,2.压缩骨折,MIV：-y方向，通过中心,结果：,3.侧屈契型骨折,MIV：-y方向，不通过中心,结果：,MIV：绕z轴旋转,结果：单侧关节突骨折、横突骨折,4.安全带

7、损伤,MIV：绕x轴旋转,结果：韧带损伤、骨折,第八节 颅脑损伤力学,一、颅脑各部分组织及其生物力学,1.头皮的力学性质,吸收能量,分散外力,延缓力的作用时间,头皮,皮层,皮下层,帽状腱膜层,蜂窝组织层,颅骨膜,2.颅骨力学性质,额骨、顶骨、枕骨、颞骨2、蝶骨2、筛骨,面颅15,脑颅8,3.脑膜力学性质,硬脑膜,软脑膜,脑蜘网膜,4.脑力学性质,三、颅脑损伤的理论与实验研究,1.理论研究（数学模式）,颅脑-薄壳、球形、椭球、卵形，具有粘弹性,脑-粘性或无粘性的，不可压缩的液体,力-平移,力矩-旋转,微分方程组,求解s、a、p,性能稳定，但数学参数与生理反映无法联系,2.实验研究,（1）颅脑非生

8、物模型实验,模型：颅骨：金属、硬塑料制成颅骨形状 脑：水、尸体脑浆、动物脑浆,测量： s、a、应力、应变、压强,优点：,材料性能稳定、重复性好、可与理论值比较,缺点：,与人体相差太远,（2）动物实验,模型：动物,测量：用传感器测量 s、a、应力、应变、压强、生理反映,优点：,可测量生理反应，力学参数与生理反应相联系,缺点：,动物与人有差距（脑尺寸、生存能力、反射行为、安放传感器困难、旋转实验线速度差距大）,（3）人体的颅脑实验,模型：尸体颅脑,测量：用传感器测量 s、a、应力、应变、压强,优点：,结构、材料、形状等力学参数与人相近,缺点：,无生理反应,（4）志愿人员的颅脑撞击实验,模型：志愿者,测量：,优点：,缺点：,四、颅骨损伤分析,1.颅骨损伤分类,伤口分类,凹陷,穿透情况：,闭合、开放,部位：,颅底、颅盖,2.颅骨损伤机理,上层：压应力+薄膜力,上层：拉应力+薄膜力,缺口,3.影响颅脑损伤的几种因素,（1）外力的大小,（2）撞击物的 m v,（3）撞击时头部的运动状态,头部可后退,头部固定,头部向前加速,（4）受力位置,（5）颅骨自身因素,五、颅骨损伤诊断、治疗,鼻出血、嗅觉失灵,筛骨,脑脊液鼻漏,筛骨穿透性,框骨周围淤血、视神经受损,耳出血、脑脊液耳漏,面部神经、听觉神经受损,框部骨折,颞骨,颞骨