骨科生物力學.ppt

1、1,第一章骨科生物力學一、概述.簡介骨是一種器官，主要由骨組織（骨細胞、膠原纖維和基質）構成，具有一定形態(tài)和構造，外被骨膜，內(nèi)容骨髓，含有豐富的血管、淋巴管及神經(jīng)，不斷進行新陳代謝和生長發(fā)育，并有修復、再生的能力。經(jīng)常鍛煉可促使骨良好發(fā)育，基質中有大量鈣鹽和磷酸鹽沉積，是鈣、磷的儲存庫，參與體內(nèi)鈣、磷代謝，骨髓還有造血功能。成人有206塊骨，可分為顱骨、軀干骨和四肢骨三部分。前二者統(tǒng)稱中軸骨,2,.骨骼的作用：支撐身體自重與關節(jié)配合實現(xiàn)運動功能.形態(tài)：長骨(long bone)呈長管狀，分布于四肢，分一體兩端。體又稱骨干，內(nèi)有空腔稱髓，容納骨髓。體表面有 l2個血管出入的孔，稱滋養(yǎng)孔。兩端膨大

2、稱骺，有一光滑的關節(jié)面，與相鄰關節(jié)面構成關節(jié)。骨干與骺相鄰的部分稱于骺端，幼年時保留一片軟骨，稱骺軟骨，骺軟骨細胞不斷分裂繁殖和骨化，使骨不斷加長。成年后，骺軟骨骨化，骨干與骺融為一體，其間遺留一骺線。,3,長骨,短骨,扁骨,不規(guī)則骨,4,短骨(short bone)形似立方體，多成群分布于連結牢固且稍靈活的部位，如腕骨。 扁骨(flat bone)呈板狀，主要構成顱腔、胸腔和盆腔的壁，起保護作用，如顱蓋骨和肋骨。不規(guī)則骨(irregular bone)形狀不規(guī)則，如椎骨。有些不規(guī)則骨內(nèi)有腔洞，稱含氣骨 ，如上頜骨。,5,.結構 骨質 由骨組織構成，分密質和松質。 骨密質 質地致密，耐壓性較大

3、，分布于骨的表面。 骨松質 呈海綿狀，由相互交織的骨小梁排列而成，分布于骨的內(nèi)部，骨小梁的排列與骨所承受的壓力和張力的方向一致，因而能承受較大的重量。 顱蓋骨表層為密質，分別稱外板和內(nèi)板，外板厚而堅韌，富有彈性，內(nèi)板薄而松脆，故顱骨骨折多見于內(nèi)板。,6,7,骨膜：覆蓋在新鮮骨的表面（關節(jié)面除外）。骨膜由纖維結締組織構成，含有豐富的神經(jīng)和血管，對骨的營養(yǎng)、再生和感覺有重要作用。骨膜可分為內(nèi)外兩層，外層致密有許多膠原纖維束穿入骨質，使之固著于骨面。內(nèi)層疏松有成骨細胞和破骨細胞，分別具有產(chǎn)生新骨質和破壞骨質的功能，幼年期功能非?；钴S，直接參與骨的生成；成年時轉為靜止狀態(tài)，但是，骨一旦發(fā)生損傷，如骨折

4、，骨膜又重新恢復功能，參與骨折端的修復愈合。如骨膜剝離太多或損傷過大，則骨折愈合困難。,8,骨髓充填于骨髓腔和松質間隙內(nèi)。胎兒和幼兒的骨髓內(nèi)含發(fā)育階段不同的紅細胞和某些白細胞，呈紅色，稱紅骨髓，有造血功能。5歲以后，長骨骨干內(nèi)的紅骨髓逐漸被脂肪組織代替，呈黃色，稱黃骨髓，失去造血活力。但在慢性失血過多或重度貧血時，黃骨髓可轉化為紅骨髓，恢復造血功能。而在椎骨、骼骨、肋骨、胸骨及肽骨和股骨的近側端松質內(nèi)，終生都是紅骨髓。,9,.骨的成分骨主要由有機質和無機質組成。有機質主要是骨膠原纖維束和粘多糖蛋白等，作成骨的支架，賦予骨以彈性和韌性。無機質主要是堿性磷酸鈣，使骨堅硬挺實。脫鈣骨（去掉無機質）仍

5、具原骨形狀，但柔軟有彈性；煅燒骨（去掉有機）雖形狀不變，但脆而易碎。,10,兩種成分比例，隨年齡的增長而發(fā)生變化。幼兒有機質和無機質各占一半，故彈性較大，柔軟，易發(fā)生變形，在外力作用下不易骨折或折而不斷，稱青枝狀骨折。成年人骨的有機質和無機質比例約為3：7，最為合適，因而骨具有很大硬度和一定的彈性，較堅韌。老年人的骨，無機質所占比例更大，脆性較大，易發(fā)生骨折。 .性能要求：足夠的強度：抵抗破壞的能力足夠的剛度：抵抗變形的能力足夠的穩(wěn)定性：保持原有形狀的能力耐磨損,11,二、骨組織的力學特性.骨骼的力學特點骨骼受力性能好：所受應力分布合理，關節(jié)之間摩擦力小骨骼的性能有變異性：機械性能隨年齡、性別

6、、職業(yè)、個體環(huán)境差異有所不同骨骼的力學體系處于平衡狀態(tài)以適應人體任何體位骨骼有自動反饋控制的特點.骨形態(tài)對力學性能的影響.化學成分對力學性能的影響有機物使骨具有彈性，無機物使骨硬而脆,12,三、骨的機械性質.骨在拉伸時的機械性能在線性范圍內(nèi)應力應變成正比，干燥骨：=0.4%，濕潤骨，=1.2%人和動物骨的機械性能見表.骨壓縮時的機械性質見表.人體骨的力學特性見表,13,四、應力遮擋.應力遮擋：發(fā)生骨折的骨經(jīng)固定后，負重情況下產(chǎn)生應力重新分配導致骨受力減小的現(xiàn)象。.影響因素：內(nèi)外固定器械的剛度與固定方式骨折類型與骨端接觸程度肢體負重的方式與程度,14,第二章骨科內(nèi)固定器械一、 螺絲釘1.自攻絲螺

7、絲釘：使用時在骨上打導向孔，螺絲釘擰入時，自動切割出螺紋。擰入特別是在骨密質時時阻力較大非自攻絲螺絲釘：使用時先在骨上鉆導向孔，然后在導向孔上攻絲，擰入時阻力小，無骨屑排出.皮質骨螺釘：應用在骨密質的螺釘，屬于非自攻絲，整個長度上都有螺紋。松質骨螺釘：螺紋外徑較大底徑較小，為自攻螺釘，使用時不需攻絲。,15,螺絲釘,鋼板,螺絲釘,鋼板、螺絲釘,16,17,.使用：能通過對側皮質骨對骨折端施加壓力達到固定目的。 二、鋼板.鋼板：是緊貼在骨骼通過與螺釘配合而進行骨折內(nèi)固定的方法。.保護性鋼板（中和鋼板）：骨折部位由拉力螺釘固定，由鋼板對骨折區(qū)域進行保護。鋼板使用前通常要進行塑性變形，使鋼板外形與骨

8、骼的外形一致。變形時常使用模板。.支持鋼板：骨的干骺區(qū)由骨松質和很薄的骨密質組成，該組織損傷后用于固定的鋼板叫支持鋼板。,18,.特殊形狀的支持鋼板：有些骨骼兩端有特殊形狀，用于這些骨骼的鋼板叫特殊形狀支持鋼板。有、形鋼板、匙形鋼板、三葉形鋼板，這種鋼板結構薄、強度較低。.加壓鋼板：橫斷和斜斷形的骨折不能用拉力螺釘進行固定，通過加壓鋼板與加壓器配合使用使骨骼在軸線方向產(chǎn)生壓力進行固定。.角鋼板：由刃板和鋼板組成，刃板與鋼板間有一定角度（130）。,19,鋼板,鋼板,三葉型鋼板,20,鋼板,21,22,加壓器,加壓器的使用,23,三、髓內(nèi)釘：在骨骼髓腔內(nèi)置入一生物相容性好、具有一定強度的內(nèi)在物，

9、以達到骨折連接與固定的作用，這種方法叫髓內(nèi)釘固定，該內(nèi)置物叫髓內(nèi)釘。1.材料：要求生物相容性好、化學性能穩(wěn)定、良好的韌性、高機械強度、無毒、無致癌性等主要有：不銹鋼、鉻鈷合金、鈦合金、鈷鎳合金.髓內(nèi)釘截面：形狀：三葉草形、菱形、正方形、圓環(huán)形等，對承載能力有影響。截面直徑：直徑越大，髓內(nèi)釘剛度越好。,24,髓內(nèi)釘,加壓騎縫釘,25,髓內(nèi)釘,26,髓內(nèi)釘,27,.髓內(nèi)釘長度：總長太長從遠端突出，太短不易固定工作長度髓內(nèi)釘承擔大部分載荷的長度.附加固定裝置：鎖釘、固定翼、鉤子等、常見的髓內(nèi)釘系統(tǒng)單釘系統(tǒng)多釘系統(tǒng)帶鎖髓內(nèi)釘.髓內(nèi)釘類型：不擴髓的髓內(nèi)釘擴髓的髓內(nèi)釘,28,四、形狀記憶合金內(nèi)固定器械.形

10、狀記憶合金：在設定溫度下具有形狀記憶功能同時具有超彈性功能的新型材料。 在發(fā)生塑性變形后，經(jīng)升溫至某一溫度（該溫度可以設定）之上，可完全回復到變形前的形狀。鈦鎳基形狀記憶合金、銅基形狀記憶合金。.加壓騎縫釘：挑選大小合適的騎縫釘，浸入在消毒冰水中，用特制的工具使騎縫釘變形，量取騎縫釘變形后的跨距，在對合后的骨上鉆兩個孔，將騎縫釘從冰水中取出后插入孔中，騎縫釘受熱后恢復原形，起到固定效果。,29,.環(huán)抱器：采用鎳鈦形狀記憶合金制成，用于治療長骨骨折。旨在保持骨折穩(wěn)定性的同時，減少對壓縮應力的遮擋作用和骨骼的損傷。 4.優(yōu)點 人為損傷小，生物相容性好，力學性能好，操作簡便，持續(xù)的自加壓功能，愈合周

11、期短，體積小重量輕，可降低骨質疏松率。,30,環(huán)抱器,加壓騎縫釘,31,第三章：基礎骨科器械,電動式電鉆,手搖式電鉆,充電式擺鋸,咬骨鉗,絲錐,32,下肢骨折器械包,髖關節(jié)假體器械包,33,第四章骨外固定器械第一節(jié)概述一、定義骨外固定技術：在骨折處穿放鋼針，再用一種金屬或高強度非金屬材料制成的特殊裝置把裸露在皮膚外的針端連接固定起來，用固定、加壓、牽引作用達到治療骨折、骨與關節(jié)矯形的作用的技術。骨外固定器：用于這種技術的裝置二、發(fā)展趨勢.結構形式多元化、系列化、通用性好.鋼針直徑減小，粗針與細針、全針與半針相結合.功能上更實用，有固定、牽伸、加壓兼顧骨折的再整形。.材料強度高、生物相容性好、重

12、量輕,34,外固定器械,指骨用外固定器械,35,第二節(jié)骨外固定器械的特點及適應癥一、特點.對各種復雜骨折都可以進行及時有效的固定.不影響傷肢的血液循環(huán).可改變固定的剛度，實現(xiàn)早期的牢固固定與后期的彈性固定。.提供多種生物力學環(huán)境，可根據(jù)不同骨折實行固定。 .架空創(chuàng)傷處，很好地解決了固定與傷口處理之間的矛盾,36,.骨愈合快、治愈率高、并發(fā)癥少，發(fā)生并發(fā)癥容易處理。.操作比鋼板內(nèi)固定簡單、易于掌握，無需廣泛切開、創(chuàng)傷小。比石膏或小夾板固定穩(wěn)固、不影響關節(jié)活動。.術后允許再調(diào)整，.骨折處不存留異物，無需二次手術10.治療時間短,37,外固定器械,指骨用外固定器械,38,二、適應癥.廣泛軟組織損傷、

13、傷口污染嚴重及難以徹底清創(chuàng)的開放式骨折.感染性骨折.多發(fā)性骨折.某些閉合性骨折：骨折粉碎嚴重或關節(jié)骨折.需多次搬動和分期處理的骨折.燒傷合并骨折.開發(fā)性骨盆骨折.因各種原因不能手術治療的骨折.作為非堅強骨內(nèi)固定的補充,39,第三節(jié)組合式骨外固定器一、概述.特點：固定牢固、機構靈巧、隨意穿針、并發(fā)癥少.類型：治療骨折固定功能為主矯形固定、牽引、加壓肢體延長牽伸功能為主二、結構特點.結構：骨外固定器各構件之間的相互聯(lián)系，相互作用方式，超靜定空間結構.特點結構多元化 鋼針布局靈活 剛度可調(diào)控 功能件優(yōu)化組合 操作方便,40,固定架,41,第四節(jié)組合式骨外固定器的使用方法 一、操作步驟1、使用前對產(chǎn)品

14、、工具進行常規(guī)術前消毒。2、清創(chuàng)消毒鋪無菌巾，根據(jù)骨折部位X光片選好穿針位置方向。3、穿針位置用手術刀切開510mm，用止血鉗分離組織達骨膜。4、將肌肉護套插入切口處達骨膜，拔出內(nèi)芯，用骨錘輕扣護套頂部使尖端入骨。5、選用與骨針相對應的鉆頭鉆至對側骨膜。6、取出鉆頭旋入骨針使其穿出對側12mm為宜，取下護套。7、用同樣方法旋入其余三只骨針。,42,8、將固定架連接器（2）上的壓緊頂絲（6）松開旋轉1/2圈，外旋加壓器（3）留出2.55mm的距離，松開模塊（4）上（7）及（9），取下（4）將模塊（4）接裝到四只骨針上，離皮膚1015mm，球柄（5）與骨桿成90旋緊（9），骨折復位達理想位置，將主

15、體（1）卡入四個模塊（4）將緊固螺絲（7）可靠固定，然后可靠固定骨針緊固頂絲（9）。9、旋轉加壓器（3）使骨折斷端融合，可靠固定壓緊頂絲（6）。10、如許跨關節(jié)固定，半環(huán)型固定可用組合塊連接主體或半環(huán)。,43,44,二、注意事項1、嚴重骨質疏松者禁用。2、緊固螺絲（7）時先緊兩端再緊其他，以減少內(nèi)應力。3、加壓不易過緊，以免影響骨折生長。4、本產(chǎn)品禁止二次使用。,45,骨科外固定示意圖,46,第五節(jié)組合式骨外固定器常用類型.單邊式骨外固定器結構簡單，操作方便，穿越肌肉少，對人體損傷小.雙邊式骨外固定器結構較簡單，牽引、加壓方便.方框式骨外固定器固定可靠、穿越肌群少.半環(huán)式骨外固定器固定可靠，受

16、力均勻，針孔少，,47,骨外固定器,半環(huán)式骨外固定器,48,雙邊式骨外固定器,單邊式骨外固定器,49,第五章人工關節(jié) 第一節(jié)概述人工關節(jié)：利用人工材料制成的假體，取代被疾病破壞的關節(jié)，緩解疼痛、畸形和功能障礙，重建一個接近正常功能的關節(jié)，人工髖關節(jié)、人工膝關節(jié),50,人工髖關節(jié),人工髖關節(jié),人工膝關節(jié),人工膝關節(jié),51,第二節(jié)人工關節(jié)常用材料一、人工關節(jié)材料要求足夠的強度、疲勞強度、耐磨損、抗腐蝕有較好的生物相容性，無毒副作用，耐腐蝕彈性模量接近人體二、金屬材料.不銹鋼：雜質含量低、延展性好，易加工，疲勞強度、耐腐蝕性及生物相容性比鈦合金差，以被其他材料替代。.鈦合金：彈性模量低，生物相容性好

17、，疲勞強度高，耐腐蝕性好，摩擦系數(shù)高。缺點是耐磨性差.鈷合金：耐磨性、耐磨性和綜合機械性能好，是較優(yōu)良的植入材料,52,三、非金屬材料.超高分子聚乙烯摩擦系數(shù)低，磨損碎屑易引發(fā)溶骨反應，影響人工關節(jié)壽命，常用來制作關節(jié)中的髖臼杯。.陶瓷：假體硬度高，組織相容性好，表面光潔，耐磨性好，產(chǎn)生的碎屑少，脆性大.聚甲基丙烯酸甲酯（骨水泥）PMMA由單體與粉劑組成，單體由聚阻劑和促進劑組成粉劑由甲基丙烯酸甲酯好引發(fā)劑組成發(fā)展方向：提高耐剪力、耐張力，減少骨水泥的松動和斷裂。.其他材料：,53,第三節(jié)人工髖關節(jié)一、簡介：髖關節(jié)受力復雜，負重大，同時承受拉、壓、扭轉、和界面剪切作用，要求材料必須有足夠的強度

18、、韌性、疲勞強度、抗磨損、抗腐蝕能力，髖關節(jié)長期植入人體，材料要具有良好的生物相容性，無毒副作用，耐腐蝕，彈性模量接近與人體的皮質骨，二、組成：髖臼、股骨頭、關節(jié)柄,54,55,56,三、骨水泥型全髖關節(jié)型置換系統(tǒng)將金屬的股骨柄用骨水泥固定到股骨髓腔內(nèi)，金屬股骨頭與超高分子聚乙烯髖臼杯連接，髖臼用骨水泥固定。四、無骨水泥型全髖關節(jié)置換系統(tǒng)通過植入人體和周圍組織間所建立的相互配合來實現(xiàn)，常通過以下形式實現(xiàn)固定：表面活性材料、表面組構材料、多孔涂層材料五、髖關節(jié)的頭臼配伍光滑的鈷合金高強度超高分子聚乙烯髖臼結合,57,第四節(jié)人工膝關節(jié)一、簡介：對運動功能要求高，解剖結構復雜材料：鈷合金超高分子聚乙

19、烯二、固定方式：骨水泥固定效果較好非骨水泥通過緊密壓配和骨組織長入假體達到固定效果三、限制程度限制型人工膝關節(jié)：手術后膝關節(jié)只能在一個平面內(nèi)活動，易引起應力集中，一般不用于初次置換的患者。非限制型人工膝關節(jié)：活動不受限制，應用廣，特別是初次置換患者。四、特殊膝關節(jié),58,人工膝關節(jié),人工膝關節(jié),59,人工肩關節(jié),人工肘關節(jié),60,人工椎間盤,61,第六章假肢、矯形器與功能輔助裝置 第一節(jié)概述當肢體形態(tài)結構與功能遭受損害，不能通過鍛煉建立適當?shù)拇鷥敼δ軙r，就必須依賴康復工程手段提供功能替代設備，以減輕功能障礙程度，改善肢體活動能力，這類設備包括假肢、矯形器、助行器、輪椅等,62,第二節(jié)假肢一、簡

20、介：假肢是人體缺損肢體的人造替代物，用于彌補缺損肢體的形狀和功能。二、假肢的發(fā)展趨勢.假肢結構、種類的更新.假肢接收腔材料工藝的改進.假肢裝配工具的科學化.綜合康復三、上肢假肢：用于替代整體或部分上肢的假肢 特點：人手的功能復雜，動作靈巧、感覺敏銳，目前很難完全替代，.分類：按截肢部位：假手、前臂假肢、肩部假肢按使用功能：裝飾性假肢、功能性假肢按作用原理：索控式上肢假肢、肌電式上肢假肢,63,上肢假肢,上肢假肢,64,上肢假肢,下肢假肢,65,.裝飾性上肢假肢是用健康手來開閉假手的被動式假肢，無自動活動功能，主要起恢復自然外表的裝飾作用，大多用塑料制成，具有仿真外形，前臂和肘部可被動活動，常用

21、于上臂殘肢過短等難以安裝功能性假肢的情況。.索控式假肢又叫主動式抓握手臂截肢者可以利用自身力量操縱控制，去完成各種特點功能的主動式上肢假肢肩部力量、殘肢力量，需要進行強化訓練,66,.肌電式上肢假肢由人體生物電控制的假肢，截肢者作手的伸屈動作，殘肢會發(fā)出一種肌電信號，啟動假肢做相應動作，是目前最先進的假肢。四、下肢假肢：從骨盆以下至趾關節(jié)以上截肢的每個部位所安裝的假肢，都叫下肢假肢，由假腳、機械關節(jié)、容納殘肢的接受腔組成,67,.分類：按截肢部位：半足假肢、趾骨截肢假肢、踝關節(jié)離斷假肢、小腿假肢、膝離斷假肢、大腿假肢、髖離斷假肢按構造形式：骨骼式、殼式假肢按適用范圍：生活型、運動型假肢.殼式下

22、肢假肢假肢的臂筒起支撐作用，木質接受腔的下肢假肢重量輕、透氣性好、保暖性好。.骨骼式下肢假肢由下肢假肢標準零部件組裝而成，能為下肢截肢患者提供優(yōu)良功能、行走步態(tài)良好的假肢，,68,下肢假肢,69,五、假肢的保養(yǎng)與維護.保持接受腔內(nèi)清潔，使用接受腔內(nèi)襯套時盡量保持干燥清潔.注意接受腔裂紋.發(fā)現(xiàn)關節(jié)及結合部有松動、異常時，及時進行檢查維修.裝飾外套易破損，要及時維修.假肢中的塑料部件，不能與酸、堿、火、有色溶液、硬物接觸.假肢中的精密機械系統(tǒng)，應避免潮濕、沖擊，定期檢查.定期到假肢生產(chǎn)廠檢查假肢,70,第三節(jié)矯形器一、簡介：矯形器又叫輔助器，是用于四肢、軀干等部位，通過力的作用以預防、矯正畸形，治

23、療骨關節(jié)及神經(jīng)肌肉疾病并補償其功能的器械。二、基本功能.穩(wěn)定與支持.矯正功能.助動功能.分擔重力負荷以減輕關節(jié)受力三、矯形器的類型：上肢矯形器、下肢矯形器、脊柱矯形器,71,.上肢矯形器：用于保持不穩(wěn)定的肢體于功能位，提供牽引力以防止變形，預防或矯正肢體畸形，幫助無力的肢體運動固定性上肢矯形器：局部相對制動，用于輔助治療骨不連、關節(jié)炎、腱鞘炎等矯正性上肢矯形器：對某些關節(jié)萎縮起到持續(xù)矯正作用，或限制關節(jié)等異常運動防止畸形。功能性上肢矯形器：上肢部分肌肉癱瘓時，通過穩(wěn)定松弛等關節(jié)來維持功能活動。,72,上肢矯形器,下肢矯形器,73,.下肢矯形器：足矯形器、膝踝矯形器、長腿支具、足矯形器（矯形鞋）

24、：通過特制等高幫皮鞋，矯治輕度等足內(nèi)翻或外翻畸形承重性下肢矯形器：用于下肢骨不連或關節(jié)融合術后愈合未愈穩(wěn)定性下肢矯形器：常用于肌肉弛緩性癱瘓，穩(wěn)定關節(jié)，以利負重行走,74,脊柱矯形器,下肢矯形器,75,.脊柱矯形器頸椎矯形器：用于輔助治療頸椎病及某些外傷引起或先天性疾病引起的頸椎不穩(wěn)， 軟式圍領、硬式圍領、頸椎矯形器固定式脊柱矯形器用于脊柱術后及骨折愈合早期，圍腰、硬式脊柱矯形器，矯正式脊柱矯形器：常用于小兒原發(fā)性脊柱側彎的矯正,76,助行器,77,第四節(jié)助行器.作用：分擔體重減輕下肢關節(jié)應力負荷擴大下肢支撐面積保證步行練習安全性.手杖：用于輕度的步行功能障礙.拐杖：有腋杖和臂杖.步行器：可提供穩(wěn)固的四點支撐，用于下肢和軀干肌力及平衡功能嚴重減弱的患者，有四輪式、二輪式、移動式、步行車。,78,第五節(jié)輪椅.普通輪椅.特性輪椅.電動輪椅第六節(jié)腿部功能訓練器.簡介：用微電腦自動控制，模擬人體自然運動，通過激發(fā)人體的自然復原力，充分激發(fā)人體自然復原力，充分發(fā)揮組織代償作用，可以促進組織愈合，減輕術后痛苦，防止關節(jié)內(nèi)粘連。,79,.適用范圍：腿部骨折關節(jié)囊切除或關節(jié)松解術后下肢股關節(jié)和膝關節(jié)置換術后