《骨科生物力学》PPT课件.ppt
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1、第一章骨科生物力学第一章骨科生物力学一、概述一、概述.简介简介骨是一种器官,主要由骨组织骨是一种器官,主要由骨组织(骨细胞、胶原纤维和基质)构成,具有一定(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、磷盐沉积,是钙、磷的储存库,参与体内钙、磷代谢,
2、骨髓还有造血功能。代谢,骨髓还有造血功能。成人有成人有206块骨,可分为块骨,可分为颅骨颅骨、躯干骨躯干骨和和四四肢骨肢骨三部分。前二者统称中轴骨三部分。前二者统称中轴骨 1.骨骼的作用骨骼的作用:支撑身体自重:支撑身体自重与关节配合实现运动功能与关节配合实现运动功能.形态形态:长骨长骨(long bone)呈长管状,分布于四肢,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,容分一体两端。体又称骨干,内有空腔称髓,容纳骨髓。体表面有纳骨髓。体表面有 l2个血管出入的孔,称滋个血管出入的孔,称滋养孔。两端膨大称骺,有一光滑的关节面,与养孔。两端膨大称骺,有一光滑的关节面,与相邻关节
3、面构成关节。骨干与骺相邻的部分称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。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,其成年后,骺软骨骨化,骨干与骺融为一体,其间遗留一骺线间遗留一骺线。2长骨长骨短骨扁骨不不规规则则骨骨3 短骨短骨(short bone)形似立方体,多成形似立方体,多成群分布于连结牢固且稍灵活的部位,如群分布于连结牢固且稍灵活的部位,如腕骨。腕骨。扁骨扁骨(flat bone)呈板状,主要构成呈板状,主要构成颅腔、胸腔和盆
4、腔的壁,起保护作用,颅腔、胸腔和盆腔的壁,起保护作用,如颅盖骨和肋骨。如颅盖骨和肋骨。不规则骨不规则骨(irregular bone)形状不规形状不规则,如椎骨。有些不规则骨内有腔洞,则,如椎骨。有些不规则骨内有腔洞,称含气骨称含气骨,如上颌骨。,如上颌骨。4 .结构结构 骨质骨质 由骨组织构成,分密质和松质。由骨组织构成,分密质和松质。骨密骨密质质 质地致密,耐压性较大,分布于质地致密,耐压性较大,分布于骨的表面。骨的表面。骨松质骨松质 呈海绵状,由相互交织的呈海绵状,由相互交织的骨小梁骨小梁排列而成,分布于骨的内部,骨小梁的排列排列而成,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
5、方向一致,因而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。能承受较大的重量。颅盖骨表层为密质,分别称外板和内板,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,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故颅骨骨折多见于内板。56 骨膜:骨膜:覆盖在新鲜骨的表面(关节面除外)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。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,外层致密有许作用。骨膜可分为内外两层,外层致密有许多胶原纤维束穿
6、入骨质,使之固着于骨面。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,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。如骨膜剥离太多或损伤过大,则骨折愈合困难。合困难。7骨髓骨髓充填于骨髓腔和松质间隙内。胎儿充填于骨髓腔和松质间隙
7、内。胎儿和幼儿的骨髓内含发育阶段不同的红细胞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,有造和某些白细胞,呈红色,称红骨髓,有造血功能。血功能。5岁以后,长骨骨干内的红骨髓逐岁以后,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,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,终生都是红肽骨和股骨的近侧端松质内,终生都是红骨髓。骨髓。8
8、.骨的成分骨的成分骨主要由有机质和无机质组成。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,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。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。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,但柔软脱钙骨(去掉无机质)仍具原骨形状,但柔软有弹性;有弹性;煅烧骨(去掉有机)虽形状不变,但脆而易碎。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。幼儿两种成分比例,随年龄的增长而发生变化。幼儿两种成分比例,随年龄的增长而发生变化
9、。幼儿两种成分比例,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,易发有机质和无机质各占一半,故弹性较大,柔软,易发有机质和无机质各占一半,故弹性较大,柔软,易发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,称青枝生变形,在外力作用下不易骨折或折而不断,称青枝生变形,在外力作用下不易骨折或折而不断,称青枝生变形,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状骨折。成年人骨的有机质和无机质比例约为状骨折。成年人骨的有机质和无机质比例约为状骨折。成年人骨的有机质和无机质比例约为3 3:7 7,最为合适
10、,因而骨具有很大硬度和一定的弹性,较坚最为合适,因而骨具有很大硬度和一定的弹性,较坚最为合适,因而骨具有很大硬度和一定的弹性,较坚最为合适,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,韧。老年人的骨,无机质所占比例更大,脆性较大,韧。老年人的骨,无机质所占比例更大,脆性较大,韧。老年人的骨,无机质所占比例更大,脆性较大,易发生骨折。易发生骨折。易发生骨折。易发生骨折。.性能要求性能要求:足够的强度:抵抗破坏的能力:足够的强度:抵抗破坏的能力:足够的强度:抵抗破坏的能力: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刚度:抵抗变形的能力足够的刚度
11、:抵抗变形的能力足够的刚度:抵抗变形的能力足够的稳定性:保持原有形状的能力足够的稳定性:保持原有形状的能力足够的稳定性:保持原有形状的能力足够的稳定性:保持原有形状的能力耐磨损耐磨损耐磨损耐磨损10二、骨组织的力学特性二、骨组织的力学特性.骨骼的力学特点骨骼的力学特点骨骼受力性能好:所受应力分布合理,关节之骨骼受力性能好:所受应力分布合理,关节之间摩擦力小间摩擦力小骨骼的性能有变异性:机械性能随年龄、性别、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骨骼的力学体系处于平衡状态以适应人体任何体位体位骨骼有自
12、动反馈控制的特点骨骼有自动反馈控制的特点.骨形态对力学性能的影响骨形态对力学性能的影响.化学成分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、骨的机械性质三、骨的机械性质.骨在拉伸时的机械性能骨在拉伸时的机械性能在线性范围内应力应变成正比,在线性范围内应力应变成正比,干燥骨:干燥骨:=0.4%=0.4%,湿润骨,湿润骨,=1.2%=1.2%人和动物骨的机械性能见表人和动物骨的机械性能见表.骨压缩时的机械性质见表骨压缩时的机械性质见表.人体骨的力学特性见表人体骨的力学特性见表12四、应力遮挡四、应力遮挡.应力遮挡:应力遮挡
13、:发生骨折的骨经固定后,负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重情况下产生应力重新分配导致骨受力减小的现象。的现象。.影响因素影响因素:内外固定器械的刚度与固定方:内外固定器械的刚度与固定方式式骨折类型与骨端接触程度骨折类型与骨端接触程度肢体负重的方式与程度肢体负重的方式与程度13第二章骨科内固定器械第二章骨科内固定器械一、一、螺丝钉螺丝钉1.1.自攻丝螺丝钉自攻丝螺丝钉:使用时在骨上打导向孔,: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骨密质时时阻力较大非自攻丝螺丝钉非自攻丝螺丝钉:使
14、用时先在骨上钻导向孔,: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,无骨屑排然后在导向孔上攻丝,拧入时阻力小,无骨屑排出出.皮质骨螺钉皮质骨螺钉:应用在骨密质的螺钉,属于:应用在骨密质的螺钉,属于非自攻丝,整个长度上都有螺纹。非自攻丝,整个长度上都有螺纹。松质骨螺钉松质骨螺钉:螺纹外径较大底径较小,为:螺纹外径较大底径较小,为自攻螺钉,使用时不需攻丝。自攻螺钉,使用时不需攻丝。14螺丝钉螺丝钉钢板螺丝钉螺丝钉钢板、螺丝钉1516.使用使用:能通过对侧皮质骨对骨折端施加压:能通过对侧皮质骨对骨折端施加压力达到固定目的。力达到固定目的。二、钢板二、钢板.钢板钢板:是紧贴在骨骼通过与螺
15、钉配合而进行:是紧贴在骨骼通过与螺钉配合而进行:是紧贴在骨骼通过与螺钉配合而进行:是紧贴在骨骼通过与螺钉配合而进行骨折内固定的方法。骨折内固定的方法。骨折内固定的方法。骨折内固定的方法。.保护性钢板保护性钢板(中和钢板):骨折部位由拉(中和钢板):骨折部位由拉(中和钢板):骨折部位由拉(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。力螺钉固定,由钢板对骨折区域进行保护。力螺钉固定,由钢板对骨折区域进行保护。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,使钢板外形钢板使用前通常要进行塑性变形,使钢板外形钢板使用前通常要进行塑性变形,使钢板外形钢板使用前通常要
16、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。与骨骼的外形一致。变形时常使用模板。与骨骼的外形一致。变形时常使用模板。与骨骼的外形一致。变形时常使用模板。.支持钢板支持钢板:骨的干骺区由骨松质和很薄的骨:骨的干骺区由骨松质和很薄的骨:骨的干骺区由骨松质和很薄的骨: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密质组成,该组织损伤后用于固定的钢板叫支持钢密质组成,该组织损伤后用于固定的钢板叫支持钢密质组成,该组织损伤后用于固定的钢板叫支持钢板。板。板。板。17.特殊形状的支持钢板特殊形状的支持钢板:有些骨骼两端有特殊形状,:有些骨骼两端有特殊形状,:有些骨
17、骼两端有特殊形状,: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。用于这些骨骼的钢板叫特殊形状支持钢板。用于这些骨骼的钢板叫特殊形状支持钢板。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,这种钢板有、形钢板、匙形钢板、三叶形钢板,这种钢板有、形钢板、匙形钢板、三叶形钢板,这种钢板有、形钢板、匙形钢板、三叶形钢板,这种钢板结构薄、强度较低。结构薄、强度较低。结构薄、强度较低。结构薄、强度较低。.加压钢板加压钢板:横断和斜断形的骨折不能用拉力螺钉进:横断和斜断形的骨折不能用拉力螺钉进:横断和斜断形的骨折不能用拉力螺钉进:横断和斜断形的骨折不能用拉力螺钉进行
18、固定,通过加压钢板与加压器配合使用使骨骼在轴线方行固定,通过加压钢板与加压器配合使用使骨骼在轴线方行固定,通过加压钢板与加压器配合使用使骨骼在轴线方行固定,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。向产生压力进行固定。向产生压力进行固定。向产生压力进行固定。.角钢板角钢板:由刃板和钢板组成,刃板与钢板间有一定:由刃板和钢板组成,刃板与钢板间有一定:由刃板和钢板组成,刃板与钢板间有一定:由刃板和钢板组成,刃板与钢板间有一定角度(角度(角度(角度(130130)。)。)。)。18钢板钢板钢板钢板三叶型钢板三叶型钢板19钢板钢板2021加压器加压器加压器的使用加压器的使用22三、
19、髓内钉三、髓内钉:在骨骼髓腔内置入一生物相容性好、:在骨骼髓腔内置入一生物相容性好、:在骨骼髓腔内置入一生物相容性好、: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具有一定强度的内在物,以达到骨折连接与固定的具有一定强度的内在物,以达到骨折连接与固定的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。作用,这种方法叫髓内钉固定,该内置物叫髓内钉。作用,这种方法叫髓内钉固定,该内置物叫髓内钉。作用,这种方法叫髓内钉固定,该内置物叫髓内钉。1.1.材料材料:要求生物相容性好、化学性能稳定、良好:要求生物相容性好、化学性能稳定、
20、良好:要求生物相容性好、化学性能稳定、良好: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、无致癌性等的韧性、高机械强度、无毒、无致癌性等的韧性、高机械强度、无毒、无致癌性等的韧性、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、钴镍合主要有:不锈钢、铬钴合金、钛合金、钴镍合主要有:不锈钢、铬钴合金、钛合金、钴镍合主要有:不锈钢、铬钴合金、钛合金、钴镍合金金金金.髓内钉截面髓内钉截面:形状:三叶草形、菱形、正方形、圆环形等,形状:三叶草形、菱形、正方形、圆环形等,形状:三叶草形、菱形、正方形、圆环形等,形状:三叶草形、菱形、正方形、圆环形等,对承载能力有影响。对承载
21、能力有影响。对承载能力有影响。对承载能力有影响。截面直径:直径越大,髓内钉刚度越好。截面直径:直径越大,髓内钉刚度越好。截面直径:直径越大,髓内钉刚度越好。截面直径:直径越大,髓内钉刚度越好。23髓内钉髓内钉加压骑缝钉加压骑缝钉24髓内钉髓内钉25髓内钉髓内钉26.髓内钉长度髓内钉长度:总长太长从远端突出,太短不易固定总长太长从远端突出,太短不易固定总长太长从远端突出,太短不易固定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工作长度髓内钉承担大部分载荷的长度工作长度髓内钉承担大部分载荷的长度工作长度髓内钉承担大部分载荷的长度.附加固定装置附加固定装置:锁钉、固定翼、钩子等
22、:锁钉、固定翼、钩子等:锁钉、固定翼、钩子等:锁钉、固定翼、钩子等、常见的髓内钉系统、常见的髓内钉系统单钉系统单钉系统单钉系统单钉系统多钉系统多钉系统多钉系统多钉系统带锁髓内钉带锁髓内钉带锁髓内钉带锁髓内钉.髓内钉类型髓内钉类型:不扩髓的髓内钉:不扩髓的髓内钉:不扩髓的髓内钉:不扩髓的髓内钉扩髓的髓内钉扩髓的髓内钉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四、形状记忆合金内固定器械.形状记忆合金形状记忆合金:在设定温度下具有形状记忆功能在设定温度下具有形状记忆功能在设定温度下具有形状记忆功能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。同时具有超弹性功能的新型材料。同时
23、具有超弹性功能的新型材料。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(该温度可在发生塑性变形后,经升温至某一温度(该温度可在发生塑性变形后,经升温至某一温度(该温度可在发生塑性变形后,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。钛镍基形以设定)之上,可完全回复到变形前的形状。钛镍基形以设定)之上,可完全回复到变形前的形状。钛镍基形以设定)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。状记忆合金、铜基形状记忆合金。状记忆合金、铜基形状记忆合金。状记忆合金、铜基形状记忆合金。.加压骑缝钉加压骑缝钉加压骑缝钉加压骑缝钉:挑选大小合适
24、的骑缝钉,浸入在消毒:挑选大小合适的骑缝钉,浸入在消毒:挑选大小合适的骑缝钉,浸入在消毒: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,量取骑缝钉变形冰水中,用特制的工具使骑缝钉变形,量取骑缝钉变形冰水中,用特制的工具使骑缝钉变形,量取骑缝钉变形冰水中,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,将骑缝钉从冰水后的跨距,在对合后的骨上钻两个孔,将骑缝钉从冰水后的跨距,在对合后的骨上钻两个孔,将骑缝钉从冰水后的跨距,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,起到固定中取出后插入孔中,骑缝钉受热后恢复原形,起到固
25、定中取出后插入孔中,骑缝钉受热后恢复原形,起到固定中取出后插入孔中,骑缝钉受热后恢复原形,起到固定效果。效果。效果。效果。28.环抱器环抱器环抱器环抱器:采用镍钛形状记忆合金制成,用于治疗长:采用镍钛形状记忆合金制成,用于治疗长:采用镍钛形状记忆合金制成,用于治疗长: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,减少对压缩应力骨骨折。旨在保持骨折稳定性的同时,减少对压缩应力骨骨折。旨在保持骨折稳定性的同时,减少对压缩应力骨骨折。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。的遮挡作用和骨骼的损伤。的遮挡作用和骨骼的损伤。的遮挡作用和骨骼的损伤。4.4.
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