一、简介
生物力学是一门用简单的参数来描述复杂的运动系统的结构和功能的工程科学。在生物力学研究中,这些参数可以用来定量地描述骨骼肌肉系统的功能和假体的性能特征。与临床研究相比,通过减少不可控参数的数量,生物力学研究能够更敏感地反映不同骨科治疗方案的效果差异。相反,过度地简化会影响生物力学研究的结果和临床研究的可比性。因此,在设计和进行生物力学研究的过程中所面临的最大挑战是如何选择和简化参数,同时避免对临床研究进行不恰当的过度简化。
文献中有对骨科生物力学的很多参数及基本原则的详细描述,本章节通过对现有生物力学研究中常用的机械原则和测试参数进行描述,来帮助读者对该研究的相关性与限制性进行了解。
一 骨骼生物力学
骨骼生物力学反映了骨骼肌肉系统中最基本的承受负荷的结构元素。骨骼必须有足够的强度和刚度来充分满足它的力传递的基本功能。骨骼的强度和刚度依赖于它的材料属性和几何结构。
1.材料属性材料属性描述了一种材料的机械性能和性能极限。为了测量材料属性,会对小立方体样块进行渐进的压力负载,随着压力的增大,立方体的高度会降低(图11)。载荷的大小和立方体被压缩的程度之间的比值反映了材料的刚度,对一个给定的压力,刚性材料的变形比弹性材料要小。
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