生物力学课程——生物力学绪论(新)PPT.ppt

; 科学上的新理论、新发明的产生，新的工程技术的出现，经常是在学科的边缘或交叉点上，交叉学科将使科学本身向着更深层次和更高水平发展，这是符合自然界存在的客观规律的。 ; 生物医学工程是一门由理、工、医相结合的边缘学科，是多种工程学科向生物医学渗透的产物。它是运用现代自然科学和工程技术的原理和方法，从工程学的角度，在多层次上研究人体的结构、功能及其相互关系，揭示其生命现象，为防病、治病提供新的技术手段的一门综合性、高技术的学科。生物医学工程学科是一门高度综合的交叉学科，这是它最大的特点。;例如： 在数学中，有限元法是一种为求得偏微分方程边值问题近似解的数值技术。 由于大多数实际问题难以得到准确解，而有限元不仅计算精度高，而且能适应各种复杂形状，因而成为行之有效的工程分析手段。 ;一. 生物力学的研究对象; 生物力学利用连续介质力学、多相介质力学、断裂损伤力学和流变力学等力学基本原理，结合生理学、医学、生物学来研究生物体，特别是人体的功能、生长、消亡以及运动的规律，最终服务于临床诊断与治疗，生物医学工程与技术等高新技术领域，以及人类保健事业。 目前，生物力学的研究对象主要是以复杂的人体为主。; 由此可见，生物力学是生命科学的重要组成部分，也是生物医学工程和应用力学新的分支科学。它是多种学科相互交叉、相互渗透所形成的一门新兴边缘学科。 ;例：生长与应力的关系及临床应用问题 生物组织的生长是一种细胞的活动。因而就其本质而言,它的研究属于细胞分子生物学、化学和生物化学范畴。但从分子、细胞、组织到器官,力学也是不可轻视的因素。因为各种生物活动和机体活动过程中的多个阶段都会受到各式各样的力的作用。 ; 像,食物与食道间的相互作用力,牙齿咀嚼作用产生的力,声音传播对机体的作用力,乃至红血球通过血管遇到的阻力、细胞分裂时自身产生的缢束力等等。可见,在生物体内受力的作用随处可见,有些是不可避免的。了解了力与生物体特别是人体生长的关系便可以主动采取有效的措施,使之产生良好的作用。 ;血液流动对血管壁产生的摩擦力. 红血球通过血管遇到的阻力; 长久以来，生长与应力关系的研究一直是生物力学家追求产生良好结果的目标。例如：;二. 为什么了解生物力学 如果没有生物力学就不能很好的了解生理学和医学就好象没有空气动力学就不可能很好的了解飞机的性能，也不可能进行合理的设计。不仅如此，飞机设计上的重大改进，差不多总是与固体力学和流体力学的的基本进展相关联。; 同样的，对于一个器官而言，生物力学可以有助于了解器官的功能，由功能的变化来推知变化的生理或病理，提出人为干预的方法。 例如: ;三. 21世纪生物力学的发展特点 生物力学的发展大概分成了以下三 个主要阶段 : 这一阶段大概从 18 世纪开始到20 世纪 50 年代以前,生物力学并未形成一个独立的学科。 ; 所有的研究工作均纳入固体力学、流体力学或刚体动力学范畴,人们对骨的研究主要采用工程材料实验法。对血液在血管的流动多采用简化的刚性管、弹性管模型。 主要是宏观力学行为的研究。; 第二阶段大致从20世纪50年代以后,生物力学逐渐形成了一个独立的有生命力的边缘学科,这阶段的研究工作,主要是探讨生物组织在生理环境下力学特性的研究，根据人类各器官生理功能特征构造力学模型,进行力学分析,开展了多种实验研究。; 第三阶段从20世纪末开始,这一阶段在研究方法、研究手段和研究思想上都将大为提高,主要表现在从宏观现象研究,进一步从细观、微观方法去探讨问题的物理的、化学的、生物的、力学的本质特性, 多学科结合,从组织器官水平走向细胞水平、分子水平。; 随着细胞和分子生物学的发展，生物力学的研究已从器官、组织水平深入到细胞、分子、基因水平，由此产生了一门新兴的交叉学科——力学生物学（mechanobiology）。 虽然从字面上看，力学生物仅改变了生物力学的词序，但是其概念和内涵与生物力学有很大的区别。; 力学生物学的概念和内涵与生物力学不同主要表现在： 力学生物学将力学研究重心从力学移到生物学，侧重于研究机械力如何调控组织的形态和结构，即研究组织如何通过细胞对力学刺激产生反馈，维持形态结构，并适应环境。 生物力学，侧重于研究生物体中力的作用机制。 ; 以骨的研究为例：如果为了研究多大的应力作用于骨骼后将导致其骨折，则属于生物力学研究范畴。而如果为了研究骨的形态结构如何随作用于骨的应力而变化，则属于力学生物学研究范畴。;力;; 因此，力学生物学通