正畸治疗的生物机械原理 内科医生——药 外科医生——刀 正畸学——科学与艺术的统一 正畸医生（Orthodontist）——力服务对象是患有各种各样错合畸形（malocclusion）的生物体——人 使用工具是力（矫治力）力是一门科学，也是一门艺术 科学是规律的总结和归纳艺术是建立在科学基础上的灵感和创造正畸学可以理解为科学与艺术地应用力对口－颌－肌进行改造和重建的复杂系统工程。 正畸生物机械原理是重要的理论指导支柱之一。 正畸组织改建(remodeling)： 牙移动中牙周组织改建 颌骨矫形中骨缝区改建 颞下颌关节区域组织改建 正畸治疗阶段： 生物力学阶段 —矫治力作用于牙、颌、颅面软硬组织 生物学阶段 —矫治力使牙颌系统发生的组织改建 正畸治疗的过程 错合畸形 矫治力 生物力学阶段机械性牙，骨移动 矫治力再分布 牙与骨形成两个区 压力区骨吸收张力区骨沉积 组织学改变 组织学阶段 骨牙移位 保持
完成矫治 正畸生物力学原理The Principle of Biomechanics of Orthodontics 生物力学特点 一、力、力矩和力偶(P90) 1.力（Force）： 力指物体间的相互机械作用。力为矢量，有三个基本要素，即力的大小、方向和作用点。 2.力矩(Moment)： 物体的转动作用是由力的大小和力到旋转中心的垂直距离(力臂)的乘积来决定 力矩是力对旋转中心点之矩。 M=F×d。使物体产生转动。 3.力偶(Couples)： 指大小相等、方向相反、且不在同一直线上的两个平行力所组成的力系。 力偶矩等于基中的一个力乘力偶臂(力偶臂为两力间的垂直距离)。其作用引起单纯的转动。 力学原理 (1) 力偶无合力，即不能用一个力代替，它是一个不能合成的特殊力系。 (2) 可根据各种目的改变其力和力偶臂的大小，但如果力偶矩的值不变，则对物体作用的效应也不变。 (3) 力偶对物体的作用与矩心无关，故可以在不改变力偶矩的条件下，将力偶在平面内任意移动。 力学原理 四、力学法则 1.平行四边形法则 F=F1+F2（矢量相加） 2.力效果叠加法则/F=??F+??M =(F1+F2)+(M1+M2) 五、阻力中心和旋转中心（P91） 1.阻力中心(Center of Resistance)： 物体周围约束其运动的阻力的简化中心。在自由空间中，物体的阻力中心即是其质心。在重力场中，物体的阻力中心即是其重心。受约束的物体(如牙槽骨中的牙)其阻力中心决定于周围环境的约束状态。通过物体阻力中心的外力，都使物体产生平行移动。
四、正畸矫治的生物学基础 对于牙颌畸形的矫治，无论采取那一种矫治方法，都必须对错位的牙、牙弓或颌骨施加一定的矫治力，以引起牙周组织、颌骨在生理限度内的组织改建，这样才能产生牙移动、引导颌骨正常生长，以恢复或重建咬合平衡，从而使牙颌系统获得正常的外形，发挥正常的功能，达到畸形矫治的目的。因此如果只有力的作用而无组织的改建，那么矫治目的是不会达到的。 颌骨、牙骨质、牙周膜的生物学特性 1．颌骨的可塑性骨组织最显著的特性是其固体状态和其坚硬性质，但它又是人体内可塑性很大、适应性很强的组织，随着人体的运动负荷、生长发育等功能的需要而不断增生长大，并修改其形态和结构。即使成年后，外部形态和内部结构似乎没有多大变动，但实际上在进行着不断的更新和改建。颌骨尤其是牙槽骨是人体骨骼中最活跃的部分。颌骨的改建包括增生和吸收两个过程，由于此二者巧妙地配合与调整，进行质和量的变化，以达到新的平衡。这是颌骨的重要生理特征，也是正畸治疗的生物学基础；所以矫治过程中颌骨的变化主要是破骨与成骨的平衡的生理过程，如果颌骨无可塑性，根本谈不上正畸治疗。 2．牙骨质的抗压性牙骨质随着年龄的增长而不断地缓慢沉积。在同一正畸施力条件下往往只有牙槽骨的吸收，却没有或
只有少量的牙骨质的吸收，这是由于牙根表面总是覆盖着一薄层尚未钙化的类牙骨质，其对压力较牙骨质有更强的抵抗力，对深层牙骨质有保护作用。 3．牙周膜内环境的稳定性牙周组织和牙体既是一个对外界和内在因素能作出积极反应的整体，又能保持相对衡定，牙靠牙周膜与邻近的牙槽骨相连接。正常情况牙周膜厚度约0.5mm，绝大多数的牙周膜间隙由胶原纤维所占据，呈网状、平行的，在根向包绕牙根尖，冠向深入牙龈固有层，它的一侧插入根面的牙骨质，另一端插入牙槽骨比较致密的骨板（硬板），从而使此两种钙化组织获得软性连接，在牙行使功能时，抵抗牙齿的移位，保持其稳定性。 正畸力仅加在牙上，却能影响整个牙体牙周组织，外力去除后，牙又可在新的位置上恢复正常的牙体、牙周组织的解剖结构、形态与功能以及相互关系。如正畸矫治完成后经过保持，牙周间的宽度、牙周膜与牙槽骨以及牙骨质的连接都能恢复正常，维持这种内环境的稳定性与牙周膜关系很大。
口腔正畸学课程教学大纲 课程简介 一、课程简介 《口腔正畸学》是口腔医学中的一个重要分支学科。是研究牙、颌、面发育畸形的症状、病因、检查诊断、预防和治疗的独立学科。它与口腔颌面部各科，尤其是牙周组织、颞颌关节功能以及颜面部形态学、修复学、生物力学、组织学、美学等都有着密切的关系。由于对正畸学认识的不断提高，将拥有越来越多的青少年正畸患者，随着改革开放、国际交流的频繁，成年人矫正人数与日俱增，使正畸学科发展有着非常美好的前景。 二、总体要求 1．掌握错合畸形常用检查、诊断分析法。 2．了解牙、颌、面发育与错的形成 3．熟悉错畸形发生及与周围环境的关系及预防。 4．掌握口腔正畸固定矫治器的矫治原理、作用及其应用。 5．掌握口腔正畸治疗中支抗应用 6．掌握口腔正畸中生物力学变化 7．了解常见错的表现、病因机制及治疗原则。 8．熟悉正畸治疗后保持的意义。 根据教学计划安排，口腔正畸学教学总学时为30学时，其中理论课22学时，实验课8学时。要求学生在较短的时间内了解正畸学的基本理论知识和正畸临床的总体概貌。掌握牙、颌、面畸形的预防和早期矫治的基本理论和基本方法。 三、时数分配 章节讲授内容讲授时数见习时数 第一章绪论 1 第二章颅面部的生长发育 1 第三章错合畸形的病因 1 第四章错合畸形的分类 1 第五章错合畸形的检查诊断 2 第六章正畸治疗的生物机械原理 2 第七章矫治器的矫治技术 2 第八章错合畸形的早期矫治 2 第九章常见错合畸形的矫治 5 第十章成人正畸 1 第十一章正畸治疗中的口腔健康教育和卫生保健 1 第十二章保持 1
四、考核要求 按照掌握、熟悉、了解三个层次进行考核。理论考核题型为：单项选择题、填充题、名词解释、问答题等。
正畸矫治中的生物力学及生物学原理 四川大学华西口腔医学院正畸教研室 赵志河 第一部分牙移动的生物力学 一、力学基本概念 （一）力、力矩和力偶 1．力（Ｆｏrce)： 力指物体间的相互机械作用。使物体运动状态发生变化（外效应）或使物体发生变形(内效应)。 力为矢量，有三个基本要素:大小、方向和作用点。 2．力矩(Momenｔ)： 力的大小×力到旋转中心的垂直距离(力臂) 该乘积取正负号以区别转动的方向,(一般以逆时针方向为正,反之为负)。 Ｍ=Ｆ×d （二）阻力中心和旋转中心 １.阻力中心（Cｅnter oｆResｉstanｃｅ）： 物体周围约束其运动的阻力的简化中心。 在自由空间中，物体的阻力中心即是其质心。 在重力场中，物体的阻力中心即是其重心。 受约束的物体(如牙槽骨中的牙）其阻力中心决定于周围环境的约束状态。 牙根长度、形状、数目、牙槽嵴顶高度?影 响 牙周面积 决 定?阻力中心位置 ?单根牙:牙长轴上，牙根冠向1/3与中1/３之间(约冠向2/5 ) ?多根牙：根分叉下根下1-2mm处。 组牙的阻力中心(了解) 2.旋转中心（Ｃeｎter of Roｔatｉon)： 物体在外力作用下转动时所围绕的点。 旋转中心随外力及力矩的变化而变化。 阻力中心是物体固有的,不变的。与外力的大小、方向、作用点和力矩的大小无关 旋转中心是可变的，随外力的改变而改变
二、正畸牙移动的类型 (一）正畸牙移动的类型 1．倾斜移动(tipｐing mｏvｅmeｎｔ)：牙冠与牙根作相反方向移动（最常见)。 ２.整体移动（bodilｙmovemenｔ):牙冠与牙根作相同方向等距离移动。 ３．控根移动(cｏntrolling root mｏvement):牙冠不动而牙根移动。 (1)转矩(torｑue)：唇（颊)舌向控根移动 （２）竖直(uｐｒiｇｈt)：近远中向控根移动 4.垂直移动(ｖｅrtiｃａl mｏvement)：整体移动另一形式。 ⑴伸出移动（exｔｒuｓiｏn mｏvemｅnt)：向hｅ方垂直移动 ⑵压入移动(ｉnｔｒuｓion movｅment):向根方垂直移动。 ５．旋转移动(ｒoｔatｉon moｖement）:牙体绕牙长轴的转动。 (二)牙移动的最基本方式： 1.平动（ｔｒａｎslatiｏn)：当一外力力线通过牙的阻力中心时,牙产生单纯平动，此时旋转中心距阻力中心无穷远。 2．转动(rｏtation）：当一力偶在以阻力中心为圆心在对应的等距离处反向作用于牙体时，牙产生单纯转动，此时旋转中心在阻力中心处。 单纯的平动+单纯的转动＝复合类型牙移动 经过牙阻力中心的力F＋单纯的力偶矩M（Ｍ’)=产生复合类型牙移动 三、牙控制性移动的力学原理 矫治力的的第一和第二要素：方向和作用点 ①矫治力作用线通过牙的阻力中心:牙平移 ②矫治力作用线不通过牙的阻力中心：牙转动 牙的阻力中心在根部,而临床的力作用点位于冠部,矫治力的作用线不通过牙的阻力中心。这样就只能产生转动-倾斜移动 已知：单纯的平动+单纯的转动=复合类型牙移动 已知：复合类型牙移动=单纯的平动+单纯的转动 结论:要达到平动—加一个反方向力偶矩来平衡 为了达到整体移动就必须在牙冠上加一个反方向（逆时针）的力偶矩-对抗牙转动 由此可见：当M’＝Ｍ时－牙平移 当M’＜M时-牙冠移＞根移 当Ｍ’>M时－牙冠移＜根移 牙移动的控制原理(了解）:
运动生物力学 运动生物力学：是生物力学的一个重要分支，是研究体育运动中人体机械规律的科学。 运动生物力学的主要任务：提高运动能力，预防运动损伤 运动生物力学的研究方法分为测量方法和分析方法，其中测量方法可以分为运动学测量、动力学测量、人体测量、肌电图测量 运动学测量的参数：（角）位移、（角）速度、（角）加速度 动力学测量的参数：主要界定在力的测量方面。 人体测量是用来测量人体环节的长度、围度及,（质量、转动惯量等） 肌电图测量是用来测量肌肉收缩时的神经支配特性。 动作结构：运动时所组成的各动作间相互联系、相互作用的方法或顺序 动作结构的特征主要表现在运动学和动力学，运动学特征指完成动作时的时间、空间和时空方面表现出来的形式或外貌上的特征；动力学的特征指决定动作形式的各种力（力矩）相互作用的形式和特点，包括力、惯性和能量特征。 运动学特征：时间特征、空间特征和时空特征 时间特征反映的是人体运动动作和时间的关系：半蹲起立和深蹲起立 空间特征是指人体完成运动动作时人体各环节随时间变化所产生的空间位置 改变状况：下肢和躯干等空间移动轨迹 时空特征指人体完成运动动作时人体位置变化的快慢情况。 动力学特征包括，力的特征、能量特征和惯性特征 能量特征：人体运动时完成的功、能和功率方面的表现形式。 惯性特征：人体运动中人的整体、环节以及运动器械的质量、转动惯量对运动 动作所具有的影响。 动作系统：大量单一动作按一定规律组成为成套的动作技术，这些成套的动作技术叫做动作系统。 人体基本运动动作形式可主要归纳为推与拉动作、鞭打动作、缓冲和蹬伸动作及扭转、摆动和相向运动等动作形式 上肢基本运动动作形式——推（铅球）、拉（单双杠）、鞭打（标枪）★人体基本运动下肢基本运动动作形式——缓冲、蹬伸、鞭打 动作形式全身基本运动动作形式——摆动、躯干扭转、相向运动 人体的运动是由运动器系的机能特征所决定的，即以关节为支点，以骨为杠杆，在肌肉力的牵拉下绕支点转动，各肢体环节运动的不同组合使人完成千变万化的动作。 生物运动链根据其结构特点可以分为开放链和闭合链。见书P28-图2-15 生物运动链中的杠杆同机械杠杆一样也分为平衡杠杆、省力杠杆和速度杠杆 人体中的三类骨杠杆：见书P30-图2-16 ★人体惯性参数是指人体整体及环节质量、质心位置、转动惯量和转动半径 人体简化模型：质点模型、刚体和多刚体模型
最新口腔正畸学教学大纲 口腔医学院口腔医学专业（本科）二〇〇五年修订
一、课程性质、目的与任务 口腔正畸学是口腔医学中的一个分支学科。其学科内容是研究错牙合畸形的病因机制、诊断分析及其预防和治疗。错牙合畸形是牙齿、牙弓、颌骨和颅面间的关系不调，是一种发育畸形。错牙合畸形能造成口颌系统的形态和功能异常，也能对全身健康造成影响。错牙合畸形的矫治目标为平衡、稳定和美观。口腔正畸学科与遗传演化、生物力学、骨的生物学和材料学等基础学科有着重要的联系。 二、课程基本要求 口腔正畸学是口腔医学重要组成部分之一，它对预防龋齿、牙周病及颞下颌关节功能障碍等起到重要作用，通过防治工作可以提高儿童及青少年的口腔健康水平，从而进一步提高全身的健康水平。所以□腔正畸学是口腔医学中有重要预防意义的一个分支科学。错牙合畸形是指由牙、颌、颅面间关系不调而引起的各种畸形，颅面和口腔的生长发育是口腔正畸的专业基础课，掌握了颅面和口腔正常生长发育的基础知识，才能理解错牙合畸形产生的机理及错牙合畸形与颅面、口腔生长发育相互制约的关系。从而进一步理解错牙合畸形的早期防治对儿童颅面口颌正常发育的重要性。 学生通过颅面和口腔的生长发育及口腔正畸学理论知识的学习，通过临床技工室的实习课训练，能掌握本专业的基本知识、基本原理和基本技能，毕业后可独立诊断早期错牙合畸形及开展预防性矫治工作，对常见牙颌畸形的防治提供必要的咨询。并且通过病例讨论可进一步培养学生科学思维方法，分析问题和解决问题的能力。通过此专业课的学习给学生毕业后的口腔正畸学深造及开展科研工作打下一定的基础。 三、课程教学基本内容 （一）绪论 1. 错牙合畸形的临床表现 掌握：错牙合畸形的概念。 熟悉: 错牙合畸形的临床表现的多样性。 了解: 口腔正畸学的学科内容及发展现状。 2. 错牙合畸形的患病率。 掌握：何为个别正常牙合和理想正常牙合。 熟悉：国内外错牙合的患病率。 3. 错牙合畸形的危害性: 掌握：错牙合畸形的局部危害性。 了解：错牙合畸形的全身危害性。
运动生物力学研究方法综述 摘要：采用文献资料法、逻辑分析法,根据现代运动生物力学发展的规律与特点,对现代运动生物力学研究方法进行一定层次的归纳分类、特征分析,认为现代运动生物力学研究方法具有科学化特征、实用性特征和实验研究与辩证思维分析相结合特征,并进一步提出应用现代运动生物力学研究方法应注意的主要问题与建议。 关键词：运动生物力学;研究方法;测量手段 一、运动生物力学的发展过程 1 启蒙阶段 早在公元前,就有很多自然科学家和哲学家对日常生活中人和动物的力学问题产生了浓厚的兴趣,15世纪末,意大利著名科学家列奥纳多·达·芬奇(Leonardo Da Vinci)用人的尸体研究解剖学,并在此基础上借助力学研究人体的各种姿势和运动,指出人体运动符合力学定律,奠定了运动生物力学的雏形。 1 . 2 初步形成 20世纪,由于体育学及医学的飞速发展,很多运动中的力学问题日益凸显并亟待解决,随着各类电子设备、精密仪器等测试工具的发明为解决这些问题创造了前提条件。结合解剖学、物理学使运动生物力学这门边缘学科应运而生。 1 . 3 发展阶段 1967年苏黎世召开了第一届国际生物力学会议,1973年8月在美国宾夕法尼亚大学召开的第四届国际生物力学会议上将运动生物力学从生物力学中划分出来,成立了国际运动生物力学学会(简称ISBS),运动生物力学正式成为独立的一门学科。1982年6月20日,在美国加利福尼亚召开第一次国际运动生物力学会议,从此,运动生物力学的研究工作在全世界蓬勃开展。我国于1980年成立了下属中国体育科学学会的运动生物力学分会,并于2005年在北京成功举办了第23届国际运动生物力学会议。 二、运动生物力学研究方法的分类 从研究的形式上，可分为理论研究方法和实验研究方法两大类，实验研究方法又分实验室测量法和运动测量法。从研究的领域上，可分为物理学研究方法、生物学研究方法和系统研究方法。从研究材料的来源上可分为原始资料数据的采集整理和资料分析方法。研究运动项目主要以运动学和动力学研究方法为主，生物学的研究方法为辅，综合运用多种实验手段[3]。 美国的理查德·C.尼尔森把运动生物力学的研究方法大致概括为如下五种：（1）研究特定的运动项目或其中的某一环节的生物力学，这种主要对于运动员、尤其是只对某一运动专项感兴趣的教练员非常有用。（2）研究多个运动项目中共同包含的运动动作（如着地、起跑等动作）的生物力学。最大好处是建立一种一般性的理论，这个理论是建立在经典力学定律之上，或是建立在共同的神经控制模式之上。（3）被称为运动生物力学的评定方法，如从能耗观点去评价运动技术的优劣等。（4）指对某一专项运动所涉及的生理学、运动学、动力学以及专项特点等有关方面进行综合考虑。（5）讨论在运动中人体器官的生物力学。 中国的周里将研究的方法分为高速摄影（二维与三维）、录像、测力、肌电、肌力测试系统、同步测试、理论分析和CT、核磁共振其他方法[4]。 三、运动生物力学研究方法的现状分析
生物力学材料试验机测试中经常遇到的2个问题与解决 方案 生物力学材料试验机是指应用于生物材料如生物软组织，如肌腱、韧带、 肌膜、皮肤、肠膜、胶原蛋白和水凝胶等生物材料等等材料拉伸压缩三点弯曲 剪切等测试仪器设备。测试软组织和生物材料应力应变、弹性变形、弹性极限、弹性模量、屈服强度、塑性变形、断裂强度、延伸率等等测试。在名称上又可 以称为生物材料力学试验机，生物材料拉力测试机，或生物材料万能材料试验 机等。按照驱动电机的配置不同和实际应用的不同，可以分为生物材料静态拉 伸试验机和生物材料动态拉伸疲劳试验机。由于软组织和生物材料的特殊性，在实际测试中经常遇到的两个问题，米力光国际贸易有限公司阐述一下解决方案，如测试拉伸工装固定装置和精确的应变测量装置。电子不易滑脱冷冻式 夹持夹具，关键是用半导体制冷片，是一种热泵，它的优点是没有滑动部件， 应用在一些空间受到限制，可靠性要求高，无制冷剂污染的场合。是利用半导 体材料的Peltier 效应。当直流电通过两种不同半导体材料串联成的电偶时,在电偶的两端即可分别吸收热量和放出热量,可以实现制冷的目的。在生物力学实验 中经常会碰到生物软组织夹持固定的难题。以往的夹持方法都是采用坚硬的金 属夹具对组织块进行钳夹,对于硬度高的组织如骨还可行,但对于生物软组织如 肌肉、肌腱、韧带、皮肤和水凝胶等就很难。软组织柔软湿滑的特性使其被稳 固夹持非常困难。传统方法是利用夹具与软组织之间接触面产生的摩擦力来发 挥作用的,如手动式或气动是拉伸固定装置，而生物软组织具有强烈的黏弹特性,摩擦力仅仅是作用于其表面,其内部受力与外部受力是不同的。在夹持固定的过程 中势必形成应力集中导致软组织的打滑脱落和损伤,所以必须有一种均衡应力的 无创夹持方法来解决这一问题。运用冷冻技术提高软组织硬度使之与夹头牢固
根据我的临床经验，当将矫形鞋垫直接热塑形至患者足部或使用承重泡沫盒石膏时，前线方法是找到患者立姿跟骨中立位(NC SP)的最好方法。我认为，使用此方法可在使用和安装ICB矫形鞋垫时获得更为成功的疗效。 我发现在跟骨等分和胫骨下方1／3处排成直线的位置打上石胃对患者非常有益。这个位置通常称为立姿跟骨中立位(NCSP)。我研究并茌我的诊所中应用的一个简单方法是基于对齐胫骨前侧，从而对齐胫骨后侧。 热塑形矫形鞋垫时，－IAS前线方法尤其有用，因为患者穿上鞋子后，只能从前方观察到“中立”位置。根据我的病例研究和诊所应用，此方法能够获得所需效果－NCSP。因此，前侧调整和后侧调整呈现出某种联系。 此方法还可用于在患者仰卧或在足部STJN位置使用管形石膏或泡沫箱时，确定STJN 位置。 我了解目前关于在患者的NCSP使用矫形鞋垫以及是否会让患者受益还存在很多猜想。然而，我自己和我的诊所中其他足病诊疗师以及专业医疗人员已成功采用了这个系统，处方了超过110,000双矫形鞋垫。我们收到的患者结果和反馈意见就是不言自明的证据。当然，矫形鞋垫不能严格维持患者走路时的立姿跟骨中立位，因为我们需要患者的生物力学允许一些代偿性旋前一约40-50使用100%EVA制作的热塑形ICB矫形鞋垫时，这一点通常可以做到。 过去我使用距舟骨方法找到立姿跟骨中立位，偶然发现一些患者出现骨性肿块通常是在外侧一让我无法使用此方法获得关节的一致性。出现这种称为“伪距骨头”的原因尚不明确。可能是由于受伤或遗传原因出现骨质增生无论怎样，当我尝试找到一致性时，患者的足部似乎呈现外翻/旋前。为解决此问题，我开发了NAS前线方法，作为获得一致性（中立位>快速有效的方式。此方法还可用于在患者处于承重姿势时，向患者示范和讲授（此技术的视频片段可在。 我在该方法中加入了局部参考点，因为我们无法将手指放人实际的距下关节内。因此，我们需要使用局部参考点才能获取距舟关节的一致性，建立中立位(NCSP)。 该NAS前线方法还可用于在患者仰卧位检查前足畸形时获得相同的结果：前足外翻、前足内翻和内翻足、背屈和跖屈的第一跖骨。仰卧位让患者在检查台上移动最少，以进行更为高效的评估过程。 N AS前线方法过程包括如下步骤：
肌肉骨骼系统基础生物力学（第3版翻译版）【(美)Margareta Nordin 等著邝适存郭霞译 本书分3篇18章，深入讨论了肌肉骨骼系统的组织结构、关节力学及 临床应用，包括对肌肉骨骼的发育、组成结构、功能及功能评定、创伤 的力学机制、临床力学结构重建等相关的最新研究信息。同时也涉及肌 肉骨骼系统的分子和细胞生物学的研究进展 郭霞 博土早年毕业于北京医科大学，曾做过骨科临床医生，后在德国从事骨科临床及基础研究工作多年。现任职于香港理工大学康复医疗科学系，从事骨科康复研究及教学工作。她文通中英语，学贯骨科临床与基础，具备了编写这部词书的优越条件。本书编校人员本着治学严谨的原则，用六年时间参阅了中英文有关名词的权威性著作8部，相关的临床及科研期刊7种，专业网址4个编辑成此书。初稿完成后又广泛征求意见，反复推敲内容，最后定稿。序言 生物力学是了解人类肌肉骨骼系统的根基，用以协助医科和康复专业人士进行有效的评估，设计实证治疗方案，为肌肉骨骼疾病患者提供有效的治疗服务。 本书的英文原著深受学生、老师、研究员和临床医师的欢迎，是学习生物力学的热门教科书。课本内容按组织类型、结构和关节三大篇章依序编辑，大大方便了读者掌握不同课题的概念和原理；课本也收进了几篇有关生物力学应用的文章，以解决常见的临床问题。这样的内容编排迎合了医科和康复科学生及临床医师们的学习需求。本书内容丰富，附有详细图解，适合专业学习及深造研究之用，并且透过实例解析，加深读者对生物力学的概念。 这本教科书的中文译本由香港理工大学康复治疗科学系的副教授邝适存博士和郭霞博士领导编译。邝博士专攻生物工程，郭博士则专长研究骨骼成长与修复。出版中文译本的原意与本系的学术理念非常相符，同样着重可转化和以实证为本的临床研究。作为亚洲区内康复治疗科学领域的学术先锋，中文译本的出版，让以中文为母语的学生和临床医师们，能够学习和应用生物力不于医科和康复治疗领域，获益良多。
一指禅推法生物力学模型设计及其运动学特性研究 发表时间：2014-07-22T10:06:21.593Z 来源：《中外健康文摘》2014年第17期供稿作者：卢群1 王宇峰2 丛德毓3（通讯作者） [导读] 此方法可测量扌衮法操作过程中各作用点所产生的力的大小、方向、作功大小以及累积数值等。 卢群1 王宇峰2 丛德毓3（通讯作者） (1长春中医药大学针灸推拿学研究生吉林长春 130000) (2吉林省中医院二部推拿科吉林长春 130000) (3吉林省中医院二部推拿科吉林长春 130000) 【中图分类号】R244.1 【文献标识码】A 【文章编号】1672-5085（2014）17-0266-02 1 推拿手法的基本研究方法 自上个世纪80年代以来，国内学者利用推拿手法测力分析仪、三维测力平台[1]、压力传感器检测系统、三维运动分析系统等多种技术方法，研究推拿手法的生物力学特征，并取得了较好的研究成果。 王氏等[2] 分别作一实时监测于专家组、普通临床医生组和学生组，使用TN-2中医推拿手法测试仪采集手法图形作为参数，以研究其半定量化，作为滚法的规范量化依据。3 组测试者静息15分钟，排除精神因素，按照传统操作方法，在TN- 2 中医推拿手法测试仪上操作，每名测试者操作2次，每次5分钟，实时记录手法操作图形信号，以10分钟为间隔，确保同一条件和可重复性。结果表明，TN- 2中医推拿手法测试仪上峰值、谷值、冲量值、量效关系曲线等是描述手法操作特性的重要因素。 秦氏等构建3个三维测力传感器，5个压力传感器的测力平台，通过A/D转换，使用计算机采集数据和实时处理，并以扌衮法为例进行测试。此方法可测量扌衮法操作过程中各作用点所产生的力的大小、方向、作功大小以及累积数值等，并可用图形、数据等进行定量描述。结果表明在体手法测量系统可准确实时地记录手法操作过程中三维共6个自由度内力的大小及相关特征。 李氏等[3] 应用压力传感器检测系统，检测并记录旋转手法作用时出现咔哒声响时术者拇指推扳腰椎棘突的最大推扳力。研究腰椎定点旋转手法作用时咔哒声响与拇指最大推扳力的量效关系，为推拿手法提供定量化依据。以出现咔哒声响作为腰椎旋转手法成功的标志，操作者左、右手拇指的最大平均推扳力分别为：5.1±1.3kg与6.6±1.5kg。结论:利手对拇指的推扳力有显著的影响(P<0.001)，咔哒声响的发生与拇指推扳力的大小无直接关系。 吕氏等[4] 采用摄像技术，采集一指禅推法(屈指)的运动学数据，同时利用 FZ-I 型中医推拿手法测力分析仪采集作用力数据，依此建立手法的生物力学模型并计算各主要关节的作用力。建立了 4 杆件、5 结点的中医一指禅推法(屈指)生物力学模型，计算得到了拇指指间关节、拇指掌指关节、腕关节和肘关节的作用力，分析了各关节在手法运动中的作用。结果显示可用中医一指禅推法(屈指)的生物力学模型来计算推拿过程中各关节的作用力，并为推拿手法临床应用提供帮助，为教学研究开拓一个新的方向。 方氏等[5]利用摄像机与推拿手法测定仪对推拿专家进行扌衮法的运动学和力信号测试，建立包括手部、尺骨及桡骨的简化的生物力学模型和方程，求解手部桡骨和尺骨远端点处的受力。结果表明当扌衮法外推时，手部桡骨、尺骨远端点处X方向(扌衮动方向)受力方向不变，出现两个峰值，近外推结束时受力最大；收时两处受力大小和方向出现波动。手部桡骨和尺骨远端点处，Y方向和Z方向受力趋势相同，在逐步上升后出现了一个平缓变化的阶段，之后急骤下降。本实验的简化生物力学模型可对操作者手部受力进行较明确的定量分析。由于研究技术条件有限、学科交叉融合不够等多种因素的制约，当前的研究成果尚未全面反映推拿手法的运动规律，同时推拿手法生物力学研究中的生物力学建模技术、动作测试技术和数据处理等关键研究环节都需要进一步的完善和规范。 2 推法手法的国内外发展现状及趋势 国内学者始终将推拿手法的生物力学研究作为推拿学的研究重点，并且取得了大量的研究成果。例如，周氏[6]等利用FZ-I型中医推拿手法测力分析仪研究了扌衮法的合力作用点轨迹发现，由于手部着力部位的不同，可以形成“心”型、“葫芦”型、“8”字型、“棒椎”型等不同的作用点轨迹；秦氏[7]等利用三维测力平台和测力手套，研究了扌衮法操作时手掌不同部位的接触力，得到的总体比重分别为大鱼际点31.7%，小鱼际13.9%，小指点30.1%，无名指点8.2%，中指点16.1%。余氏等利用参照坐标系分析了9中推拿手法的自由度数、各个自由度的施力情况、速度大小和动作频率；马氏等利用推拿手法测定仪、彩超等技术研究发现，扌衮法操作中力量3.5～4.5kg、频率105～135kg、时间8.75～11.25min的组合模式提高腘动脉血流量增益率的效果最显著；吕氏等利用摄像技术和推拿手法测试分析仪等，建立了4杠杆、5结点的中医一指禅推法生物力学模型，计算得到了拇指指间关节、拇指掌指关节、腕关节和肘关节的作用力，并分析了各个关节在手法运动中的作用。这些研究成果，从不同的角度研究了推拿手法的生物力学特征，并对推拿量化评价标准的建立起到了重要的促进作用。但是，由于研究技术条件有限、学科交叉融合不够等多种因素的制约，这些研究成果尚未全面反映推拿手法的运动规律，难以满足推拿学发展建设的需要。此外，国外学者虽然在四肢运动和脊柱的运动生物力学研究方面取得了显著的研究成果，同样由于很少采用多系统的研究方法，对相邻环节之间的相对运动关系研究较少，故也没有全面反映人体的运动学特征。 推拿手法操作是一个复杂的运动过程，包括神经系统、肌肉系统、骨骼系统等多系统共同参与，有许多因素、变量的变化。已有学者用简化人体运动的方法，从多方面、多角度建立了许多类型的运动分析模型。主要包括弹簧-阻尼-质量力学模型、多刚体生物力学模型、神经-肌肉-骨骼系统模型、数字化人体图像模型等。 弹簧-阻尼-质量力学模型不能体现运动中快速的关节角度和肌肉受力的改变，局限于人机工程中预测与评估人体的振动特性；神经-肌肉-骨骼系统模型能够更加接近人体的真实动作，是人体运动学研究的新领域，并将成为人体运动研究的主要方法，但是模型建立和计算方法均十分复杂，各项研究工作正在建设之中；数字化人体图像模型应用三维重构技术建立数字化的人体模型，能够构建更加精细的人体运动模型，但是此项技术也在发展建设之中。因此，上述三种人体运动建模技术均不适合中医推拿学的需要。多刚体生物力学模型几个刚体铰接构成的多刚体模型来研究人体，广泛用于步行、跑步、体操等规则运动研究及某些特殊规律的运动，且该方法理论成熟，是人体运动分析的常用研究方法，适合用于推拿手法生物力学的建模研究，国内已有学者利用此方法进行了部分手法的生物力学特征研究工作。 多刚体生物力学模型的建模方法主要有正向运动学和逆向运动学两种模型，正向运动学模型是根据人体相关关节和环节的运动参数，计算出人体的各个部位的位姿状态，具有计算简单、运算速度快的优势，但是容易造成运动误差和失真，国内多项推拿机械的研究就是依据这一原理进行设计。逆向运动学模型是根据人体的位姿状态，计算各关节和各环节的运动参数，确定其运动特征，其优点是只需要指定
青少年脊柱侧凸 概述 脊柱侧弯的经典定义为“脊柱在额状面上发生的侧方弯曲”，实际上应为一种复杂的三维畸形。额状面上畸形大于10 度的传统标准仍然适用于现行的脊柱侧弯定义。然而由于近来对力偶合认识的加深，目前我们知道侧弯的脊柱不仅在矢状面和额状面上存在有差异，在横断面上亦存在有畸形。因此在脊柱侧弯的诊断和治疗过程中一定要对人体的三维平面进行评估。 脊柱侧弯的患病率 患病率是指在某一时点检查时可能发生某病的一定人群中患有某病的频率。由于侧弯严重程度的不同，脊柱侧弯的患病率而有所差别，角度大的侧弯发生率较低，世界范围内各种类型脊柱侧弯的患病率约为1%，且在各种群中相对恒定。勿将患病率与发病率相混淆。发病率是指在观察期内（通常为一年），可能发生某种疾病的一定人群中新发生该病的频率。绝大多数研究所涉及的是脊柱侧弯的患病率。
脊柱侧凸的病因学 脊柱侧弯的病因多种多样。Moe 在其经典的教科书中列举的病因多达50 余种。我们将其粗略地将脊柱侧弯分为以下四类： ?神经肌肉性侧弯 ?先天性侧弯 ?某些疾患（疾病，肿瘤和创伤）导致的侧弯 神经肌肉性侧弯 神经肌肉性侧弯通常在儿童期发病。 神经病性和肌病性。然而， 为脊柱侧弯。 多数神经肌肉性侧弯患者需接受脊柱融合手术。 上并能够拥有较好的生活质量。坐立有助于改善患儿的肺通气， 减少肺部并发症。 神经病性疾患使神经系统受累。神经病性侧弯包括脑瘫， 碍及脊髓灰质炎。 肌性侧弯的病因在于肌肉组织疾患。Duchenne 肌萎缩和关节弯曲是肌 性疾患的典型病例，并有可能导致脊柱侧弯。 先天性侧弯
先天性侧弯是由于发育过程中胚胎受到损伤而造成的椎体或椎节 这种先天性脊柱缺陷可分为以下三个基本类型： ? 形成不良 ? 分节不全 ? 混合型 形成不良可累及单一椎体或多个椎体，指脊柱在宫内发育过程中，一个椎 体的部分或全部不能完整发育成型。形成不良最常见的情况是半椎体。该种畸形在侧弯中较为常见，并可使侧弯畸形加重。若脊柱后部结构发生形成不良，可导致脊柱裂或脊髓脊膜突出。右方插图显示的形成不良为半椎体。 混合型是指形成不良和分节不全同时发生。这一类型较难判别和评估，需加以定期随访。混合型最重的情况通常为脊柱的一侧存在有多个未分节的骨桥，而另一侧则为半椎体。单纯的形成不良或分节不全较为少见，相反大多数患者表现为形成不良和分节不全两者并存。 某些疾患造成的侧弯 某些全身性疾患也可导致脊柱侧弯的发生，如：感染、肿瘤或创伤。诸如间质病变的 Marfan 综合征和遗传性结缔组织病变的 神经纤维瘤病往往同时伴随有脊柱侧弯的发生。但并非这类疾病都有脊柱侧弯的发生。 急性和慢性感染（例如：结核）有可能造成明显的脊柱侧弯。脊柱肿瘤及楔变的骨折，最终也会导致脊柱侧弯，但这些情况在儿童中罕见。多节段椎板切除术往往造成医源性侧弯，此在成年中亦较为常见。
正畸矫治中得生物力学及生物学原理 四川大学华西口腔医学院正畸教研室 赵志河 第一部分牙移动得生物力学 一、力学基本概念 (一)力、力矩与力偶 1、力(Force): 力指物体间得相互机械作用。使物体运动状态发生变化(外效应)或使物体发生变形(内效应)。 力为矢量,有三个基本要素:大小、方向与作用点。 2、力矩(Moment): 力得大小×力到旋转中心得垂直距离(力臂) 该乘积取正负号以区别转动得方向,(一般以逆时针方向为正,反之为负)。 M=F×d (二)阻力中心与旋转中心 1、阻力中心(Center of Resistance): 物体周围约束其运动得阻力得简化中心。 在自由空间中,物体得阻力中心即就是其质心。 在重力场中,物体得阻力中心即就是其重心。 受约束得物体(如牙槽骨中得牙)其阻力中心决定于周围环境得约束状态。 牙根长度、形状、数目、牙槽嵴顶高度 影 响 牙周面积 决 定 阻力中心位置 ?单根牙:牙长轴上,牙根冠向1/3与中1/3之间(约冠向2/5 ) ?多根牙:根分叉下根下1-2mm处。 组牙得阻力中心(了解) 2、旋转中心(Center of Rotation): 物体在外力作用下转动时所围绕得点。 旋转中心随外力及力矩得变化而变化。 阻力中心就是物体固有得,不变得。与外力得大小、方向、作用点与力矩得大小无关 旋转中心就是可变得,随外力得改变而改变 二、正畸牙移动得类型 (一)正畸牙移动得类型 1、倾斜移动(tipping movement):牙冠与牙根作相反方向移动(最常见)。 2、整体移动(bodily movement):牙冠与牙根作相同方向等距离移动。 3、控根移动(controlling root movement):牙冠不动而牙根移动。 (1)转矩(torque):唇(颊)舌向控根移动
脊柱运动的生物力学基础 基础理论 - 生物力学 (脊柱) 脊柱疾病和损伤与脊柱受力的异常有明确关系，而康复治疗和预防也需要对脊柱运动的生物力学有清楚的了解。本文旨在为临床和治疗技术人员提供相关的基础知识。 1、结构特征：脊柱是人体运动的主轴。由多个椎体、多重关节（椎间“关节”、椎小关节）、众多肌肉和韧带紧紧围绕、生理弯曲，以满足脊柱的坚固性和可动性（柔韧性）。其活动有三维方向（前后、左右、旋转）和六个自由度（3个平动、3个转动）。 2、位置特征：颈段支撑头颅，重心处于颈部前2/3和后1/3的交界处；胸段重心偏后（胸廓前后径的后1/4），与胸廓共同分解胸以上躯体的重量。腰段居中，甚至前凸，以支撑体重。 3、解剖特征： （1）椎管：椎骨构成一个可褶曲的有效管腔以容纳延髓和脊髓。 （2）椎骨：由椎体、椎弓、上下关节突、棘突、横突构成。椎体是椭圆形短扁骨，一圈致密的骨皮质包围海棉状的髓质（松质骨），上下骨皮质中有较厚的软骨板衬垫，边缘由较厚的环形衬板构成。椎体的骨小梁除按应力线斜行交叉外；还可看到一组从椎体上面向后延伸，至椎弓根水平时呈扇形分布于下关节突与棘突，另一组则从椎体下面向后延伸到椎弓根水平时呈扇形分布于下关节突与棘突。椎体前缘最薄弱，易于发生压缩性骨折。横突和棘突作为脊柱肌肉的附着点，是脊柱动态稳定性的基础之一。 （3）椎间盘：内部为髓核，外部为纤维环。髓核为半液态，由富亲水性的葡萄糖胺酸聚糖的胶状凝胶所组成。除了下腰椎的髓核位置偏后外，髓核均位于椎间盘的正中。纤维环为多层致密的结缔组织彼此斜行交织而成，自边缘向心分布，致密的纤维环开始是垂直的，越接近中心越倾斜，到中心接触髓核时，几乎近水平走向，并围绕髓核成椭圆形。椎间盘受压时，髓核承受75%的压力，其余25%的压力分布到纤维环。髓核还同时具有稳定脊柱运动的功能，在伸展运动时，上方椎体向后移位，缩减了椎间隙后缘，髓核受挤向前方偏移。在前屈运动时，正好相反，从而使椎体获得较强的自稳性。椎间盘总厚度约为脊柱全长的25%。白天站立和行走的压力使髓核丧失少量水分，而在睡眠或休息时由于髓核压力减小，水分又得到重储存。因此早晚身高有2厘米的差异。20岁以后髓核对水分重储存能力减退。由于提重物和年龄增长产生的微损伤使纤维环纤维成分增加，而能复原的弹性成分相对减少。因此30－50岁的成年人纤维环易遭受损伤，继后髓核脱出而压迫神经根。 （4）椎小关节：椎小关节由相临椎体的上下关节突构成，和椎间盘的载荷分配随脊柱位置而异，一般承受0~30%的脊柱载荷。脊柱过伸位时小关节突承载力显著增加。 （5）脊柱韧带：有前纵韧带、后纵韧带、棘间韧带、棘上韧带和黄韧带。韧带主要作用于脊柱的静态稳定性。大多数脊柱韧带由延伸度较小的胶原纤维构成。黄韧带含有较高比例的弹力纤维。韧带还作用于拉伸载荷在椎体间的传递，使脊柱在生理范围内以最小的阻力进行平稳运动。 4、运动节段：由两个相临的椎体、椎间盘和纵韧带形成节段的前部。相应的椎弓、椎间关节、横突和棘突以及韧带组成节段的后部。椎弓和椎体形成椎管以保护脊髓。运动节段是脊柱的最小功能单元。 （1）前部：椎体的设计主要是为了承担压缩负荷，上部身体的重量加大时，椎体就相应变得更大，因此腰椎的椎体比胸椎和颈椎的椎体要高，其横截面积也大一些。腰椎椎体的尺寸增大，是它们能承受这部分脊柱所需的较大负荷。 （2）后部：后部控制运动节段的运动。运动的方向取决于椎间小关节突的朝向。第1、2颈椎小关节突朝向横面，其余颈椎的椎小关节突均与横面呈450夹角而与额面平行，从而能
实验报告 范本 系别 班级 姓名 南京体育学院2007—2008学年度第2学期
实验一览表 实验一摄影坐标测定 实验二重心坐标测定 实验三坐标、重心测定应用实验四测力台外力测定 实验五外力测定应用 实验六肌肉被动力—长度 性质验证 实验七肌肉主动力—长度 性质验证 八模拟小论文撰写
实验一摄影坐标测定 实验目的1．了解运动技术解析摄影方法。 2．掌握坐标解析测定的基本原理，掌握坐标解析的逻辑过程和中间数据的意义。 3．影片解析实际操作。 实验原理1.比例尺法 K为比例放大系数，是实际长度和图像长度之间的比例，X ，Y 为原点坐标的平移距离 2.DLT法 L 1 —L 8 为坐标平移、旋转、放大的系数 主要 仪器和设备1.计算机 2.自学?教学?科研一体的二维影片解析软件
实验步骤控制点: 8 摄影频率: 25帧/S 幅数: 10 人体(21)器械(3)点数: 24 身高: 164CM 体重: 60KG 用数据线将电脑与摄像机连接后，利用相关软件，采集踏板前后的10幅照片和1幅框架照片，将所采集的照片存入U盘，然后将U盘接入另一台电脑进行如下操作 ①将所提取的小幅照片存入D盘Jacky文件夹中，并存入与学号相符的子文件内， 并将其重命名。 ②打开二维影片解析软件，输入自己的学号，提取相关图片。 ③在10幅运动图片中的人体上描21个点，踏板上描3个点，数据保存在 DLT3.DAT(其中21个点依次为右手掌中心，右腕关节中心，右肘关节中心，右肩关节中心，左肩关节中心，左肘关节中心，左腕关节中心，左手掌中心，右脚中心，右脚踝关节中心，右膝关节中心，右髋关节中心，左髋关节中心，左膝关节中心，左踝关节中心，左脚中心，会阴、肚脐、剑突、第7颈椎下缘、耳屏下缘处) ④在框架上标8个点，保存数据为DLT2.DAT。 ⑤利用DOS系统，读取相关数据，在电脑上即显示出人的运动模型和现实中人的 运动坐标，该坐标存放在F2D.DAT中。 ⑥打开“File”中的“数据处理”,输edit空格F2D.DA T即可得到数据，根据数据 画图。 原始数据记录DLT1.DAT （0.1005,0.0455）（0.0945，0.5784）（0.0945，1.1033）（0.0869，1.6366）（1.15146,0.0450） (1.1546,0.5766)(1.1546,1.1036)(1.1528,1.6315) DLT2.DAT,(282.0,487.0)(284.0,388.0)(285.0,287.0)(282.0,190.0)(466.0,487.0)(466.0,386.0)(466.0,289 .0)(465.0,189.0) L1—L8.DAT -171.5615 -3.8865 -374.4215 0.9312 184.2814 -337.2925 -0.0016 0.0089 DLT3.DAT 踏板： (500.0,371.0)(492.0,364.0)(478.0,328.0)(481.0,291.0)(440.0,292.0)(422.0,325.0)(429.0,351.0)(433.0,354. 0)(376.0,393.0)(388.0,399.0)(434.0,443.0)(445.0,390.0)(470.0,385.0)(492.0,423.0)(486.0491.0)(492.0,49 8.0)(462.0,396.0)(460.0,369.0)(461.0,329.0)(469.0,272.0)(472.0,254.0)(524.0,513.0)(522.0,509.0)(518.0, 503.0)离板： (577.0,270.0)(565.0,276.0)(542.0,282.0)(562.0,263.0)(574.0,262.0)(592.0,309.0)(617.0,279.0)(622.0,283. 0)(565.0,444.0)(569.0,436.0)(614.0,395.0)(580.0,363.0)(544.0,362.0)(536.0,424.0)(495.0,470.0)(494.0,4 89.0)(562.0,359.0)(571.0,334.0)(577.0,288.0)(571.0,249.0)(578.0,233.0)(522.0,513.0)(518.0,508.0)(514. 0,503.0) JC2DC.DAT 踏板： (1.35,0.66)(1.31,0.70)(1.23,0.89)(1.24,1.09)(1.00,1.08)(0.90,0.91)(0.94,0.77)(0.96,0.75)(0.63,0.54)(0.70, 0.51)(0.97,0.28)(1.03,0.56)(1.18,0.58)(1.30,0.38)(1.27,0.02)(1.30,-0.01)(1.13,0.53)(1.12,0.67)(1.13,0.88)( 1.17,1.19)(1.19,1.29)(1.49,-0.09)(1.48,-0.07)(1.45,-0.04) 离板： (1.80,1,19)(1.73,1.16)(1.60,1.13)(1.71,1.23)(1.78,1.24)(1.89,0.98)(2.03,1,14)(2.06,1.12)(1.73,0.27)(1.75, 0.31)(2.01,0.52)(1.81,0.70)(1.66,0.70)(1.56,0.37)(1.32,0.13)(1.32,0.03)(1.71,0.72)(1.76,0.85)(1.80,1.10)( 1.77,1.31)(1.81,1.39)(1.48,-0.09)(1.45,-0.07)(1.43,-0.04)