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生物力学分析一对一培训
jnu2009 2017-3-22 18:14
自2017年3月开始，力算科技（www.lisuancn.com）开始进行生物力学分析（软件套餐）培训（共10天） 1、 软件安装及生物力学分析知识系统介绍，共1天。 2、Mimics培训及一对一实践操作指导，共1天。 ① 数据导入导出（dicom与stl格式文件导入，stl格式输出） ② 阈值分割 （区域增长，mask编辑，布尔操作） ③ 三维重建 （mask区域重建，数据测量） 3、Geomagic培训及一对一实践操作指导，共2天。 ① 数据导入导出（stl格式输入，igs格式输出，3d打印格式输出） ② 多边形阶段（打磨 光滑 修补 缩放等） ③ 形状阶段（曲面片编辑，手绘曲面片，轮廓线提取、实体化） 4、Solidworks培训及一对一实践操作指导，共2.5天。 ① 草绘 （样条曲线 转换实体引用 草绘平面建立 3d草绘等） ② 特征（拉伸 旋转 弯曲 组合 比例缩放等） ③ 种植钉制作（螺纹画法，螺纹收尾） ④ 钛板、钛笼、Cage、椎间盘、小关节等制作 ⑤ 装配（钛板 螺钉等内固定与骨表面贴合装配） ⑥ 格式转换（装配体与零部件相互转换） 5、Workbench培训及一对一实践操作指导，共2.5天。 ① 材料定义（非线性材料） ② 几何模型处理（布尔运算 切片 移动 工作平面 韧带建立 壳单元建模等） ③ 材料赋予 接触设置 网格划分 非线性韧带建立 ④ 边界条件 荷载施加 inp文件导出及apdl插入 ⑤ 非线性时间歩设置，收敛曲线查看 ⑥ 后处理操作（结果提取，高清出图，局部坐标系的建立等） 6、知识复习，共1天，根据掌握情况可适当增加时间。 ① 知识回顾，笔记整理 ② 完整实例操作辅导 7、远程操作指导，相互学习，长期有效。 本贴长期有效!
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David HU博士报告随想 - 学好数理化
zhuchaodong 2014-7-19 19:45
最近连续接待了3位专家的来访： 美国 加州大学的Robert Dudley教授（ 加州大学Robert Dudley教授来访学术报告 ）、德国弗赖堡大学的Michael Staab博士（研究助理）（ Michael Staab博士来访学术报告 ）和美国佐治亚理工学院的David Hu博士（副教授）（ 蚁舟渡水等现象的生物动力学研究 - David HU博士来访学术报告 ）。他们三 位专家都有一个共同的特点，对大自然和生 物学现象充满了持久的好奇心，有非常独到的发现，并乐于将自己的研究成果及时向公众科普。其中David的报告被面向小朋友的美国科普杂志报道。 Robert和我联系有段时日，他对飞行、酗酒等开展行为和演化生物学研究；Michael和我研究组研究亚热带森林传粉蜜蜂物种多样性和传粉功能的研究工作，却意外地发现了同样利用芦苇管筑巢的独特护巢现象；David的兴趣更加广泛，但主线是用应用数学和流体力学思路剖析了蚁筏等多种有趣的生物学现象。 David从媒体和PLoS ONE上得知蚁墙蜂的报道后，就邮 件联系了我，看看近期他来北京能否见面交流一下。他在MIT曾经研究水面活动的节肢动物，并发表了2篇Nature论文（Hu, Chan, Bush, 2003; Hu, Bush, 2005)）。当时我在英国，曾经阅读过他们2003年的Nature论文。收到他的邮件后，我立即安排了7月18日的会议室，希望他能过来讲讲他最近的研究进展。 David邮件中希望做1.5个小时的报告，并希望每个学生能够带纸和笔，就数学和力学做几道测试。由于接待来访比较多，40分钟报告的占多数；也很少有专家提出在报告过程中进行测试。由于各种原因，David18日凌晨4点才到达他亲戚家，9：30多才赶到所里。我再次告知他，我们攻读动物学的学生，特别是昆虫学的研究生，大部分不太擅长高等数学或力学，或者以前学得不错，现在已经把大多数基础知识换给了老师。 10：00-11：45左右的报告，David做得非常精彩。除了漂亮的PPT，他还充分使用了白板，进行现场公式推研。研究生们也在他的带动下，进行了良好的互动。上午，动物研究所肖治术研究员、葛斯琴副研究员、我和多个研究组的研究生听取了报告，并积极参与了讨论；下午David和张建旭研究员、王宪辉研究员、葛斯琴副研究员和陈立副研究员等进一步探讨了合作的可能性。 我个人感觉受益匪浅。生物系统非常复杂，有趣的生物学现象几乎无处不在。我们的学生要敢于提出问题，大胆表达自己对生物现象的好奇心，提出自己的问题。有些提问在细究和解决之前可能显得比较“幼稚”，但是为什么不先认真地好奇一下呢？我喜欢听各种报告，也喜欢提出不同的问题。有些问题可能在别人看来不够大、不好玩，但是我自己觉得好玩、有趣就开了个好头。再小的问题，也可以涓涓细流，汇成大海。美国自然历史博物馆的Jim Carpenter博士1997年访问动物所的时候，我请教他关于Hennig86和NONA的问题的时候，他就说我要play your own sciences。 好奇心是一个良好的开端。能否有足够的基础知识和技能来提出自己独特的方案，科学地剖析自己提出的问题，并给出一个普遍存在问题的答案（之一）？David在雨中飞蚊的科普视频（ How Mosquitoes Fly in the Rain (English) ）给出了非常好的想法。尽管我把高等数学和力学的很多基础知识已经还给了我的高中和大学老师，但是，我感觉David在MIT本科和博士的背景给了他交叉学科发展有力的支持。现在的同学，能否在钻进昆虫学和动物学，深究生物学现象的同时，把自己曾经特别喜欢的数学、物理、化学等不同学科的公式，和自己研究的对象联系起来？有了问题、基本的思路和预期的数据，就可以寻找合适的导师、拥有仪器和设备的实验室，获取必要的数据。 David的联系方式： Dr. David L. Hu Associate Professor of Mechanical Engineering and Biology, Adjunct Associate Professor of Physics (photo by Candler Hobbs) The George W. Woodruff School of Mechanical Engineering e-mail : hu@me.gatech.edu Phone : 4 04 894 0573 Office : LOVE 007, the basement of 801 Ferst Drive. Lab : LOVE 224 Mailing address: Georgia Institute of Technology Woodruff School of Mechanical Engineering ATTN: David Hu 771 Ferst Dr. Love 120 Atlanta, Ga. 30332
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结构工程师和骨科医生的产儿——沃尔夫定律
热度 15 武际可 2013-11-26 10:24
结构工程师和骨科医生的产儿——沃尔夫定律 恩格斯在《自然辩证法》中说： “数学 的应用：在固体力学中是绝对的，在气体力学中已经比较困难了，在物理学中多半是尝试性的，在化学中是最简单的一次方程式，在生物学中等于零。 ” 恩格斯的这本书是写于 1873 至 1886 年之间的。 他所说的“固体力学”实际上应当指的是刚体和质点力学。在他的时代按照通常的理解，连续介质力学，包括流体力学和现今所称的固体力学，是属于物理的领域，当时流体力学的纳维 - 斯托克斯方程刚提出不久，弹性力学也没有太丰富的内容，所以恩格斯认为“在物理学中多半是尝试性的”。 在生物学中，当时数学的应用虽然比起力学来说要少，但也并不就是零。孟德尔宣读自己关于豌豆遗传实验的统计结果的时间是 1865 年。伽利略 1638 年出版的《关于两门新科学的对话》中已经用相当准确的语言论证了：“身体愈小，它的相对的强度就愈大。因此一只小狗也许能够在它的背上携带和它一样大的两只或三只小狗，但是我相信一匹马甚至驮不起和它大小一样的一匹马。”更不必说丹尼尔 · 伯努利在 1738 年出版的《流体动力学》所阐述的精密流体力学中的第一个普遍原理，伯努利定律，就是从研究血液的流动和血压的关系中得到的。而 1840 年泊萧叶发表的《流体通过细管运动的实验研究》，论文说明在圆形管道中流体的流速是按照半径的抛物线规律分布的，这是管道粘性流体力学的第一个准确解，也是从仔细观察血管中血液的流动中得到的。而后面这两篇著作，既是生理学的经典著作，也是力学的经典著作。这些成果都是发表在恩格斯自然辩证法发表之前的。 力学是和数学结伴而生并且携手成长和发展起来的学科。尽管从 19 世纪中叶，大约就是从恩格斯写《自然辩证法》的那个时代起，在哲学界，就不断兴起对自然科学中的机械论和还原论的讨伐，并且为力学的发展划定了一定的范围，力学的研究者不可越雷池一步。但是，用数学力学的方法研究天体、研究化学反应、研究地质、研究气象和天气预报，乃至研究生物，都在不断发展并且不断取得辉煌的成果，历史的发展表明力学的研究是在不断扩大自己的范围，从未受那些批判和限制的影响。 我们在这里要介绍的是，在 19 世纪后半叶逐渐明朗起来的关于生物学和力学的密切关系，也就是生物力学发展比较早期的一个重要定律的形成过程。这就是以沃尔夫命名的沃尔夫定律。 沃尔夫定律指的是：骨在需要的地方就生长，在不需要的地方就吸收。即骨的生长、吸收、重建都与骨的受力状态有关。是十九世纪德国的外科医生朱利叶斯 · 沃尔夫（ Julius Wolff ， 1836 – 1902) 的重大发现。后来被称为沃尔夫定律。 两位隔行名家的交往 俗话说“隔行如隔山”。是说，不同行的人之间很少交往。我们这里却说的是两位不同行的名家的交往。他们是生理和解剖学家迈尔（ Georg Hermann von Meyer ， 1815-1892 ）和结构力学家和土木工程师库耳曼（ Carl Culmann ， 1821 – 1881) 。他们二人都出生在当时的德国，后来都到瑞士的苏黎世当教授。迈尔是在苏黎世大学的解剖学院教学，后来当上了医学院的院长。而库耳曼从 1855 年成为瑞士工学院（ Swiss Federal Institute of Technology, Zürich ）工程科学的主持人。 迈尔像 库耳曼像 苏黎世有一个自然科学协会（ Society for Natural Science ， Zurich ），这两位于 1866 年都参加了这个协会。从此交往便多起来，并且相互产生了很深的影响。 库耳曼在 1866 年出版了一本重要著作《图解静力学》（ Graphical Statics ），这是一本大学教科书，书中根据他以往的学习经验和独立研究得到的关于用图示的方法来计算结构的受力分析。特别是，他发展了一套分析结构中主应力轨道的方法，用来揭示应力在固体内传递的过程。下图就是他解释悬臂梁的主应力轨道的一幅插图。瑞士工学院成立于 1854 年，库耳曼是该校第一个土木工程方面的教授。他被誉为工程中图形法的先驱，影响了整个一代工程师。他的杰出学生中有莫尔（ Christian Otto Mohr , 1835 –1918) ，以提出材料力学中莫尔圆和改进求解超净定结构的力法而著名，有柯什林（ Maurice Koechlin ， 1856- 1946) ，他受雇于埃菲尔公司部，以协助埃菲尔进行巴黎埃菲尔铁塔的结构设计而出名，在设计中使用了由库耳曼总结的图解法。 库耳曼关于悬臂梁的主应力轨线 1867 年迈尔发表了一篇很重要的论文《海绵状结构》（ Architectur der Spongiosa ） ，他发现骨头的微细承力部分是一种海绵状的结构。论文说不同的骨骼乃至同一骨骼的不同部位的结构是有区别的。文中他强调与库耳曼讨论对于他得到这些结果的作用。他描述当他表达人体大趾和后跟形成的脚拱的骨小梁结构时，库耳曼建议图样应当是按照由于外載而产生的主应力轨道来分布的。迈尔和库耳曼对人的大腿骨的上端的骨小梁结构与一个弯曲的、起重机样的、无回转的实体的单腿受力条件下的大腿模型由数学计算得到的主应力轨道进行了对比。后面的这种假想的结构，人们称之为库耳曼起重机，后来有人真的按照他提供的主应力轨道做出了一架实际的起重机。迈尔说，除了外力之外，还有一些因素对骨骼有影响，如截面的分布、肌肉和韧带的机械影响，都能够解释和修正骨小梁系统的分布。 迈尔论文的插图 其实，迈尔在与库耳曼相遇之前， 1861 年出版过一本通俗小册子《为什么鞋子会夹脚》（ Why the Shoe Pinches ），在迈尔的著作和论文中经常是引用结构和力学的概念来处理问题。这本书是从脚的解剖以及行走受力的角度来讨论舒适的鞋子的式样。并且讨论了由于鞋子不合适导致的脚变形，诸如拇趾外翻等毛病。这其中就有一种朴素的力学方面的思考。在与库耳曼交流后，迈尔的解剖学就进一步和力学知识相结合，达到了一个新的高度。 1883 年他又出版了一本通俗小册子《语言的器官》（ The Organ of Speech ），书中对语言的发声和共鸣器官进行了解剖学上的仔细讨论。他在序言中说：“这本书将激起所有的受过教育的人的兴趣，特别是引起那些从事语言学研究以及全部音乐家的兴趣。” 库耳曼则从交流中获得由解剖学带来的灵感，把它用于结构设计。他认为骨骼上的每一个小的单元格都不会是混乱无序的，它们都分别承担总体结构所要它承担的一块砖石的作用。他的学生柯什林在设计埃菲尔铁塔结构时，在铁塔基部的桁架构造上就是按照库耳曼起重机的主应力轨迹来布置桁杆的。这被后人引述为仿生学最著名的案例。即开始了人类在工程建设中自觉地模仿生物的器官和结构的某种功能，作为仿生学的开端。 沃尔夫的工作 迈尔 1867 年的论文发表后，并没有引起多少人的注意。这可能一方面是由于迈尔没有进一步给出通俗的解释，另一方面是由于当时的生理学和解剖学的学者缺少力学知识。不过他的结果却引起了一位年轻的外科医生的注意。他就是沃尔夫。 沃尔夫像 在 1869 年沃尔夫见到了迈尔，向他请教了一些问题，并且获赠了迈尔的论文。此外，他还拜访了一些有名的力学家，如库耳曼和他的学生莫尔。 1870 年沃尔夫发表了一篇论文《骨头的内部结构和对于骨头转换的重要性》 。论文继承了迈尔的分析方法。沿着迈尔的论文 做进一步的探讨。他首先说：迈尔的工作“并没有引起足够的重视。而我看来，它也许是在生理学中迄今最异乎寻常的发现。因而这是一个恰当的时机去唤起对迈尔的发现的重视并沿着它进行研究，这也许是我的责任。” 沃尔夫后来集中精力与人体大腿骨上端的力学与内部结构的研究。他说：“这是由于我异常高的兴趣所在以及去填补迈尔研究的空隙的必要。”沃尔夫的这篇文章篇幅有六十多页。仔细介绍了大腿骨的剖面和内部结构。他不仅接受了库耳曼关于主应力轨道的概念，而且具体发现和进一步研究了沿主应力轨道分布的骨内部结构。他还发现，在腿骨中部的外层骨质比较密实的部分，愈到顶端愈变薄，最后完全消失。沃尔夫认为，在腿骨的中部，其承力作用比较接近一根梁，所以比较密实的骨质分布在骨头的周边。而接近腿骨的端部，受力比较复杂，并不只是简单地受拉伸和压缩。还会有剪应力。而且由于人的姿势的变动，受拉伸和压缩部位和方向也在变动，所以骨头的构造就由分散的内部骨小梁来承受。 他在论文结束时阐述了这样的观点，当在正常的受力条件下骨质切除后，还会恢复原来的骨结构，对于一个佝偻病人的骨头，当恢复正常时，他的骨质结构也会恢复正常。看来当骨头不再受弯曲时，它的骨小梁就会消失。遵照这种想法，他开展了整形外科的手术，成为德国较早的整形外科医生，并且使整形外科成为外科的一个新的门类。 经过二十多年的潜心研究和临床观察，到 1892 年沃尔夫发表了他最重要的著作《骨转换的定律》（ Das Gesetz der Transformation der Knochen. August Hirschwald, Berlin ） 。 在这本书中沃尔夫阐述了骨骼生长和所受应力的关系。他说：“ 人或者动物的骨骼受应力的影响，负荷增加骨增粗，负荷减少骨变细。骨折再塑过程的变化规律。骨折后如有移位，在凹侧将有明显骨痂形成，其内部骨小梁将沿着压应力的传递方向排列，而在凸侧将有骨的吸收。骨力求达到一种最佳结构，即骨骼的形态与物质受个体活动水平的调控，使之足够承担力学负载，但并不增加代谢转运的负担。” 沃尔夫给出的大腿骨上端的剖图 沃尔夫给出的大腿骨主应力轨道和实际骨小梁分布图及其结构比拟 上面两幅图取自沃尔夫的著作。人的股骨，在人体的各种骨骼中，所受的工 况比较简单，所以沃尔夫主要以它为对象进行分析。结论表明骨密度和所受应力是密切相关的。沃尔夫还说：“骨骼重新形成的规律是一种数学定律，遵照它骨骼的内部结构和外形的改变是骨骼所受应力变化的结果。”沃尔夫的这些论述，被后人概括为沃尔夫定律。 沃尔夫的著作，在很长的时间里很少有人注意。直到 1989 年才被翻译为英文。成为生物力学的经典文献。近年来的研究愈来愈证实他的结论的正确。例如宇航员在失重状态下， 腿和脊椎内骨质损失速度为每月 2.7% ，髋骨内骨质损失速度缓慢些，为每月 1.7% 。 在太空中待了三个月后，一些宇航员可能会出现肌肉萎缩，甚至会失去多达 30% 的肌肉块。有的人回到地球上后还会出现骨折的严重问题。近年来 有人把老年运动员和年龄相仿的一般老年人的腰椎骨的骨密度进行比较，发现老年长跑运动员的骨密度非常显著地高于一般老年人的骨密度，这说明运动不但使人骨增粗、皮质骨加厚，而且也使骨密度增高、关节活动灵活，能够承受较大负荷。对老年人来说，尤其是绝经后妇女可预防和少患骨质疏松症，减少老年人骨折发生率。 将沃尔夫定律用于骨折治疗上，以往对骨折的病人，主张病人减少活动，主张静止。由于有沃尔夫的研究，说明当骨骼承受载荷时生长比较快。所以现今主张骨折病人今尽早活动。 与此相关联的，有人将沃尔夫定律拓广。得到人体或动物的肌肉和软组织也是，在承受外力的条件下会生长得强壮。 沃尔夫定律，是把力学与生命现象相联系的一个定律。尽管它的精确性没有像数学、物理和力学中许多定律那样精密。不过，由于生命现象的复杂性，能够有这样一个定性的定律，已经是经过许多年的观察和实验的总结。直到近年来它的进一步精确化和定量化仍然是人们研究所关心的热门问题。这类研究内容也成为一门新的学科 - 生物力学的主要内容。 沃尔夫定律的总结是和不同行业的学者相处和交流密切相关的。在现今多学科交叉和新的交叉学科不断涌现的情况下，提倡不同学科的学者交流和合作是很有意义的。科学不仅要师徒传承，更需要同行和不同行之间切磋才能发展。 参考文献 John G.SkedrosMD Richard A. Brand MD, Biographical Sketch-GeorgHermann von Meyer(1815-1892),Clinical Orthopadicsand Related Research,(2011)469:3072-3076 Von Meyer GH. Die Architectur derSpongiosa. Reichert und Du Bois-Reymond’s Archiv. 1867:615-628. JuliusWolff ， ber die innere Architekturder Knochen und ihre Bedeutung für die Frage vom Knochenwachstum. Virchow’sArchiv 50(3): 389-453 Julius Wolff ， THE ‘LAW OF BONETRANSFORMATION’, Biological Reviews,Volume 66, Issue 3, pages 245–273, August1991
个人分类: 科技史|15550 次阅读|19 个评论
[转载]生物力学（二）
jnu2009 2013-10-11 16:16
生物力学 　　生物力学是应用力学原理和方法对生物体中的力学问题定量研究的生物物理学分支。其研究范围从生物整体到系统、器官(包括血液、体液、脏器、骨骼等)，从鸟飞、鱼游、鞭毛和纤毛运动到植物体液的输运等。 　　生物力学的基础是能量守恒、动量定律、质量守恒三定律并加上描写物性的本构方程。生物力学研究的重点是与生理学、医学有关的力学问题。依研究对象的不同可分为生物流体力学、生物固体力学和运动生物力学等。 　　在科学的发展过程工，生物学和力学相互促进和发展着。哈维在1615年根据流体力学中的连续性原理，按逻辑推断了血液循环的存在，并由马尔皮基于1661年发现蛙肺微血管而得到证实；材料力学中著名的扬氏模量是扬为建立声带发音的弹性力学理论而提出的；流体力学中描述直圆管层流运动的泊松定理，其实验基础是狗主动脉血压的测量；黑尔斯测量了马的动脉血压，为寻求血压和失血的关系，在血液流动中引进了外周阻力的概念，同时指出该阻力主要来自组织中的微血管；弗兰克提出了心脏的流体力学理论；施塔林提出了物质透过膜的传输定律；克罗格由于对微循环力学的贡献，希尔由于肌肉力学的贡献而先后(1920，1922)获诺贝尔生理学或医学奖。到了20世纪60年代，生物力学成为一门完整、独立的学科。 　　生物固体力学是利用材料力学、弹塑性理论、断裂力学的基本理论和方法，研究生物组织和器官中与之相关的力学问题。在近似分析中，人与动物骨头的压缩、拉伸、断裂的强度理论及其状态参数都可应用材料力学的标准公式。但是，无论在形态还是力学性质上，骨头都是各向异性的。 　　20世纪70年代以来，对骨骼的力学性质已有许多理论与实践研究，如组合杆假设，二相假设等，有限元法、断裂力学以及应力套方法和先测弹力法等检测技术都已应用于骨力学研究。骨是一种复合材料，它的强度不仅与骨的构造也与材料本身相关。骨是骨胶原纤维和无机晶体的组合物，骨板由纵向纤维和环向纤维构成，骨质中的无机晶体使骨强度大大提高。体现了骨以最少的结构材料来承受最大外力的功能适应性。 　　木材和昆虫表皮都是纤维嵌入其他材料中构成的复合材料，它与由很细的玻璃纤维嵌在合成树脂中构成的玻璃钢的力学性质类似。动物与植物是由多糖、蛋白质类脂等构成的高聚物，应用橡胶和塑料的高聚物理论可得出蛋白质和多糖的力学性质。粘弹性及弹性变形、弹性模量等知识不仅可用于由氨基酸组成的蛋白质，也可用来分析有关细胞的力学性质。如细胞分裂时微丝的作用力，肌丝的工作方式和工作原理及细胞膜的力学性质等。 　　生物流体力学是研究生物心血管系统、消化呼吸系统、泌尿系统、内分泌以及游泳、飞行等与水动力学、空气动力学、边界层理论和流变学有关的力学问题。 　　人和动物体内血液的流动、植物体液的输运等与流体力学中的层流、端流、渗流和两相流等流动型式相近。在分析血液力学性质时，血液在大血管流动的情况下，可将血液看作均质流体。由于微血管直径与红细胞直径相当在微循环分析时，则可将血液看作两相流体。当然，血管越细，血液的非牛顿特性越显著。 　　人体内血液的流动大都属于层流，在血液流动很快或血管很粗的部位容易产生湍流。在主动脉中，以峰值速度运动的血液勉强处于层流状态，但在许多情况下会转变成湍流。尿道中的尿流往往是湍流。而通过毛细血管壁的物质交换则是一种渗流。对于血液流动这样的内流，因心脏的搏动血液流动具有波动性，又因血管富有弹性故流动边界呈不固定型。因此，体内血液的流动状态是比较复杂的。 　　对于外流，流体力学的知识也用于动物游泳的研究。如鱼的体型呈流线型，且易挠曲，可通过兴波自我推进。水洞实验表明，在鱼游动时的流体边界层内，速度梯度很大，因而克服流体的粘性阻力的功率也大。小生物和单细胞的游动，也是外流问题。鞭毛的波动和纤毛的拍打推动细胞表面的流体，使细胞向前运动。精子用鞭毛游动，水的惯性可以忽略，其水动力正比于精子的相对游动速度。原生动物在液体中运动，其所受阻力可以根据计算流场中小颗粒的阻力公式(斯托克斯定律)得出。 　　此外，空气动力学的原理与方法常用来研究动物的飞行。飞机和飞行动物飞行功率由两部分组成：零升力功率和诱导功率。前者用来克服边界层内的空气粘性阻力；后者用来向下加速空气，以提供大小等于飞机或飞行动物重量的升力。鸟在空中可以通过前后拍翅来调节滑翔角度，这与滑翔机襟翼调节的作用一样。风洞已用于研究飞行动物的飞行特性，如秃鹫、蝙蝠的滑行性能与模型滑翔机非常相似。 　　运动生物力学是用静力学、运动学和动力学的基本原理结合解剖学、生理学研究人体运动的学科。用理论力学的原理和方法研究生物是个开展得比较早、比较深入的领域。 　　在人体运动中，应用层动学和动力学的基本原理、方程去分析计算运动员跑、跳、投掷等多种运动项目的极限能力，其结果与奥林匹克运动会的记录非常相近。在创伤生物力学方面，以动力学的观点应用有限元法，计算头部和颈部受冲击时的频率响应并建立创伤模型，从而改进头部和颈部的防护并可加快创伤的治疗。 　　人体各器官、系统，特别是心脏—循环系统和肺脏—呼吸系统的动力学问题、生物系统和环境之间的热力学平衡问题、特异功能问题等也是当前研究的热点。生物力学的研究，不仅涉及医学、体育运动方面，而且已深入交通安全、宇航、军事科学的有关方面。 　　中国的生物力学研究，有相当一部分与中国传统医学结合。因而在骨骼力学、脉搏波、无损检测、推拿、气功、生物软组织等项目的研究中已形成自己的特色。 　　进行生物力学的研究首先要了解生物材料的几何特点，进而测定组织或材料的力学性质，确定本构方程、导出主要微分方程和积分方程、确定边界条件并求解。对于上述边界问题的解，需用生理实验去验证。若有必要，还需另立数学模型求解，以期理论与实验相一致。 　　其次作为实验对象的生物材料，有在体和离体之分。在体生物材料一般处于受力状态(如血管、肌肉)，一旦游离出来，则处于自由状态，即非生理状态(如血管、肌肉一旦游离，当即明显收缩变短)。两种状态材料的实验结果差异较大。 　　生物力学的研究要同时从力学和组织学、生理学、医学等两大方面进行研究，即将宏观力学性质和微观组织结构联系起来，因而要求多学科的联合研究或研究人员具有多学科的知识。 　　其他生物学分支学科 　　生物学概述、植物学、孢粉学、动物学、微生物学、细胞生物学、分子生物学、生物分类学、习性学、生理学、细菌学、微生物生理学、微生物遗传学、土壤微生物学、细胞学、细胞化学、细胞遗传学、免疫学、胚胎学、优生学、悉生生物学、遗传学、分子遗传学、生态学、仿生学、生物物理学、生物力学、生物力能学、生物声学、生物化学、生物数学
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[转载]生物力学
jnu2009 2013-9-27 10:45
基本理论 　　在临床操作中，推拿师主要是根据人体的正常和异常体位姿势、正常和异常的运动大小来确定作用于患者身体上推拿力的大小、部位、方向、时机和力度以及操作时的技巧等实际问题。这与人体的力学和生物力学密切相关。人体力学的定义是：描述和预测在外力作用时，人体静态和动态力学结构变化的一门学科。力学本身是一门物理学，但将物理学应用于人体时，即称为生物力学。 一、一些基本的力学概念 　　1．刚体： 刚体是指这样一种物体，就是它的大小和形状对所讨论的问题来说，不能忽略；但它受到力的作用时，大小和形状都保持不变，即不发生变形。 　　2．力： 力是物体间的相互作用，这种作用使物体的运动状态或形状发生改变，力对物体的效应取决于力的大小、方向和作用点。 　　3．力矩： 设有一作用于物体的力及一点，力与点至力的作用线的垂直距离的乘积为力矩，即力对一点的矩。 　　4．笛卡儿坐标系：空间相互垂直的线交汇于一点，即原点，包括二维和三维坐标系.二维坐标系有X和Y轴，三维坐标系有X、Y、Z三条轴线。 　　5．平衡： 作用在一个刚体上所有力的总和以及所有力矩的总和都等于零时，我们称刚体的这种状态为平衡。 　　6．平移： 刚体运动时，如果其上任一直线始终与其初始位置平行，则这种运动称为平移。 　　7．旋转：刚体围绕某一固定轴(直线)做角位移。轴线可位于刚体之内或刚体之外。 　　8．自由度： 是指该体系运动时，用来确定其位置所需独立坐标系的数目。即刚体沿着所有的轴做前后平移或绕着轴做旋转运动的总数。 　　9．运动学： 属于力学的一个分支，在不考虑引起任何动作力的前提下，研究刚体运动学的一门学科。 　　生物力学是研究力或能量作用于生物体、生物材料或生物系统时力的运动和形式的一门科学。刚体生物力学主要分为静力学和动力学两个部分，无论那一方面都是一门独立的学科，有各自独立的研究内容和评价标准。 　　长度、作用力和时间是物理学的要素之一，与之相关的物理学概念有质量、加速度和速度等。常用的概念有移位、载荷、阻力和时间，这4项要素相互联系、相互作用，密不可分。可以用标准的力学概念分析这4项要素的性质，要了解其中任何1项要素，就必须同时了解其他3项要素的含义。 复合性关节脱位可以有这4项要素中任何1个要素的改变，例如载荷、阻力、移位和时间，其中时间要素与其他3项要素密切联系。 二、移位 　　简单地说移位是两个物体间的距离，脊柱的移位有3种基本类型，即动力型(由于运动造成的移位)、静力型(偏歪)和张力型(变形)。 　　动力型移位是测量某个物体在特定的方向上单位时间内正在移动的距离。如果移位的大小和方向是特定的，应考虑到相对移位和向量，例如速度和加速度。速度是单位时间内移位的变化情况或位置的变化情况，加速度是表示速度的变化率。 　　单纯的移位只有大小，没有向量。例如速度，即单位时间内运动的距离，而方向与距离无关。静力型移位和偏转是加速度为零时 　　在分析脊柱移位的临床意义时，常会物体在静力载荷条件下，物体内诸力相互偏斜的两个常用的方法是笛卡儿坐标系，此来测量三维空间物体移位的角度和距离。 三、载荷 　　不平衡的载荷作用于物体可影响物体的运动，改变物体的线性运动或角速度。外部载有4个比较重要的特点：载荷的大小、载荷的方向、载荷的作用线、载荷的作用点。 1．重力：重力所产生的载荷( 如人体的体重)作用于人体的组织结构有如下性质：①为连续均匀一致的作用；②作用的单向性(重力线)；③总作用力(体重)；④重力作用时可集-点(重力点)。 2．生理性载荷：如果以脊柱作为参照物，体内的其他作用力对其产生的载荷有：①肌肉作用(如平衡、动力和运动)；②韧带(弹性)；③液压(如血压)；④肺压(肺脏)。 3．功能性载荷：功能性载荷是指来自外部的动力所产生的载荷造成脊柱正负加速度的改变。这些载荷包括振动、压力和冲力。 　　由外部载荷作用而出现的组织结构后，组织将回复到原来相应的位置上。生永久性的变形。如果载荷量进一步增于组织结构结合力的情况下，在去除载荷超过组织结构的结合力，组织结构将会发织结构将发生破坏，如出现撕裂或骨折等。 四、阻力(即组织结构的内部诸力) 　　阻力是指组织结构内本身所具有的抵抗外部载荷作用时组织结构所产生的扭曲变形和移位。在临床上评价阻力时，很重要的一点是要考虑到一些因素可影响或改变组织结构的刚度，其中有：疾病、适应性训练、创伤、年龄、手术、代谢变化等。 五、时间 　　在所有的运动系统的研究中，时间是一项非常重要的因素。在评价单位时间内的力学因素时，应了解功能组成部分的3个力学因素，它们是： ①单位时间内的载荷是用压力、冲力或振动来表示的；②单位时间内的移位是用速度、速率或加速度来表示的；③单位时间内的阻力可以表示为蠕变、应力松弛、滞后和粘弹性。 　　一般认为与时间因素相关的生物学特征具有长短两种概念。 1．与短时间概念相关 (1)生理性反应：有反射活动、刺激和习惯养成等； (2)力学效应：蠕变、应力松弛(持续变形)、粘弹性(载荷量)和疲劳(反复载荷)。 2．与长时间概念相关 (1)适应(负反馈)包括组织结构大小的变化、密度的变化和纤维走行的变化。 (2)退变(正反馈)包括组织结构特征的消失、结构的丧失(萎缩)和功能的丧失等。 　　时间因素的范围很广，从零点几秒到几百万年。在静力学和动力学的定量化力学评价研究中，均要涉及时间这个概念。 六、临床应用及意义 　　移位、载荷、阻力和时间构成了半脱位的基础，借此可以描述脊柱半脱位。由此，可以进一步研究脊柱生物组织的力学特征以及脊柱推拿手法的作用机制，这有别于以往的相关研究，但其仍无法描述脊柱病变的病理学特征。 　　许多学者研究了脊柱组织的力学性质，将脊柱组织结构的力学特征概述如下几个方面： 　　1．肌肉： ①肌张力(代谢、化学和神经)； ②长度(收缩比和伸展能力)；③大小(萎缩和肥大)；④技巧。 　　2．骨骼： ①密度(应力、电现象、化学，如pH值、蛋白和矿物质等)；②骨骼内部组织结构的走行(压电现象和电势)。 　　3．软骨(胶原和蛋白多糖)： ①软化；②纤维化；③钙化；④其他原因引起的变化，如创伤性、化学性(滑膜炎)和遗传性等。 　　4．肌腱(胶原和蛋白多糖)： ①创伤可导致纤维连接的断裂；②年龄； ③持续应力(蠕变)；④持续张力(应力松弛)。 　　5．韧带(胶原和弹性蛋白)： ①超过组织结构弹性范围的可塑性变形；②纤维支架的自然断裂；③较小弹性瘢痕组织的修复；④持续应力所致的增生；⑤创伤一纤维硬化一钙化一骨化；⑥损伤载荷的作用强度。 　　6．椎间盘：①力学性质包括骨和韧带的部分性质；②疾病；③化学(渗透压)。 　　7．关节：①软组织，包括滑膜和韧带；②硬组织，有骨和软骨；③关节结构
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2013年生物力学与力生物学全国研究生暑期学校招生工作正式启动
dqlyan 2013-4-16 10:02
2013年生物力学与力生物学全国研究生暑期学校招生工作已于4月7日正式启动，本届暑期学校组委会秘书处将陆续向国外相关高校、研究机构以及北京航空航天大学相关院系等发送邀请函，并开始接收来自国内外研究生的网上报名、邮件报名以及相关咨询。 2013年生物力学与力生物学全国研究生暑期学校是教育部研究生教育创新计划项目之一，由教育部学位管理与研究生教育司和国家自然科学基金委员会共同主办，北京航空航天大学承办，中国生物医学工程协会、“生物力学与力生物学”教育部重点实验室、“康复辅具技术与系统”民政部重点实验室和“医疗器械与康复工程”中关村开放实验室共同协办。 本届研究生暑期学校依托北京航空航天大学生物医学工程和力学两个一级学科，以北京航空航天大学现有研究生教育资源为基础、特别邀请美国两院院士、中国工程院院士等多名国内外知名专家学者授课并举办学术报告会，讲授生物医学工程领域、尤其是生物力学与力生物学的基本理论及专业知识，介绍本学科领域的学术发展动态和最新研究成果。组织中外研究生开展学术研讨交流，交换学术观点，激发创新潜能。 本届研究生暑期学校举办地点为北京航空航天大学内，举办时间为2013年7月28日—8月10日，7月27日报到，7月28日开始正式上课。暑期学校期间，每天将安排4-8学时参观活动和专题交流。凡完成规定的教学活动的学员，将获得暑期学校组委会统一印制的暑期学校结业证书。 更多报名详情请登录航空航天国际研究生暑期学校官方网站（ http://bmgss2013.buaa.edu.cn ）下载招生简章。
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膝关节后交叉韧带: 解剖、生物力学和临床治疗效果
GaoXurenKnee 2012-9-12 23:56
美国堪萨斯骨科与运动医学医院Voos JE在2012年1月份的The American Journal of Sports Medicine （美国运动医学杂志）上撰文，总结了膝关节后交叉韧带的解剖、生物力学和临床治疗效果。 虽然对于膝关节后交叉韧带已经有了大量最近的进展，但是对于膝关节后交叉韧带最佳的治疗方法仍然存在争议。该文全面回顾了膝关节后交叉韧带的解剖学特点、生物力学和临床治疗效果。最近的研究量化了后交叉韧带2束的解剖位置和各自的生物力学特点。这些研究涉及手术重建后交叉韧带时骨隧道的放置及重建后交叉韧带时的膝关节生物力学特点。还有一些实验室研究和尸体研究表明后交叉韧带双束重建比单束重建能够更好地恢复正常膝关节的生物力学特点。但是临床效果并没有揭示出这一不通。很多作者为了避免“杀手转角”及周期载荷引起的移植物松弛，更喜欢使用切开或关节镜下用inlay 技术重建膝关节后交叉韧带 后交叉韧带重建提高了患者主观的临床效果，可以使患者重返体育活动。但是膝关节的稳定性和膝关节的生物力学可能还是达不到象正常一样。 参考链接： http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed/21803977 Am J Sports Med. 2012 Jan;40(1):222-31. Epub 2011 Jul 29. Posterior cruciate ligament : anatomy , biomechanics , and outcomes . Voos JE , Mauro CS , Wente T , Warren RF , Wickiewicz TL . Source Orthopaedic and Sports Medicine Clinic of Kansas City, Leawood, KS 66211, USA 江苏省徐州医学院附属医院骨科　 关节镜、 膝关节外科、 骨科运动创伤 方向 高绪仁 编译 高绪仁：每天以解决膝、肩关节问题为乐：） 每天努力提高自己的技术和服务水平 不仅仅是解决其膝、肩关节问题，更是给其带来希望、未来和新生！
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肩峰撞击综合征患者康复中要考虑的生物力学
GaoXurenKnee 2012-9-12 23:31
肩峰撞击综合征患者康复中要考虑的生物力学
美国明尼苏达大学的Paula M. Ludewig博士在2012年2月的Manual Therapy（治疗指南）杂志上撰文，分析了肩峰撞击综合征患者康复中要考虑的生物力学。 肩峰撞击综合征是常见的疾病。肩峰撞击综合征可引起肩袖疾病。撞击可以发生在向外和喙肩弓或向内和关节盂缘的撞击。正常的肩胛胸壁运动发生在上臂上抬时。上臂上抬时包括向上旋转、向后倾斜，同时有内旋或外旋。这些肩胛胸壁运动和动作是胸锁关节和肩锁关节互相作用联动的结果。胸锁关节和肩锁关节对肩胛胸壁关节上旋起到作用。后倾主要是肩锁关节的运动。胸锁关节的运动和肩锁关节的运动互相作用，产生了最后的肩胛胸壁关节内旋和外旋的位置。 本文探讨了这些和肩关节功能有关的偶联互动的关节活动。本文提供了本文理论在两个病例中的实际应用。这是在理解这些相互作用及运动异常潜在机制基础上的应用。根据这些运动特点来指导治疗方法。 关键词：肩袖疾病，人体运动系统，锻炼，理疗。 全文链接： http://ukpmc.ac.uk/articles/PMC3010321;jsessionid=7viZSirLIrDFBUlrgcA3.4 江苏省徐州医学院附属医院骨科　 关节镜、 膝关节外科、 骨科运动创伤 方向 高绪仁 编译 高绪仁：每天以解决膝、肩关节问题为乐：） 每天努力提高自己的技术和服务水平 不仅仅是解决其膝、肩关节问题，更是给其带来希望、未来和新生！
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IOS 2003年创刊的《应用仿生学与生物力学》被SCI收录
热度 1 wanyuehua 2012-7-13 07:05
IOS 2003年创刊的《应用仿生学与生物力学》被SCI收录
2003 年创的 Applied Bionics and Biomechanics 《应用仿生学与生物力学》 ， ISSN: 1176-2322 ，季刊，荷兰 IOS 出版社（ IOS PRESS, NIEUWE HEMWEG 6B, 1013 BG AMSTERDAM, NETHERLANDS ）出版， 2012 年入选 Web of Science 的 Science Citation Index Expanded ，目前在 SCI 数据库可以检索到该期刊 2010 年的第 7 卷第 1 期到 2012 年第 9 卷第 1 期共 69 篇论文。 69 篇文章包括学术论文 66 篇、社论 2 篇、综述 1 篇。 69 篇文章的作者涉及 27 个国家与地区，主要国家与地区分布：美国 19 篇，意大利 12 篇，法国 8 篇，英国、德国各 5 篇，加拿大、荷兰、西班牙各 4 篇等。 62 篇文章的作者单位涉及 118 个研究机构，在该刊发表论文最多的研究机构为达贝纳内斯印度大学（ BANARAS HINDU UNIV ） 3 篇，意大利比萨圣安娜高等学校（ SCUOLA SUPER SANT ANNA ） 3 篇、南加州大学（ UNIV SO CALIF ） 3 篇等。 62 篇文章共被引用 43 次（其中 2010 年被引用 4 次、 2011 年被引用 29 次、 2012 年被引用 10 次），平均引用 0.62 次， H 指数为 3 （有 3 篇文章每篇最少被引用 3 次以上）。 Applied Bionics and Biomechanics 《应用仿生学与生物力学》投稿指南： 该刊原为 Taylor Francis 出版，现为 IOS 出版，该刊主要刊登生物力学、生物工程、生物医学工程、生物合成系统、仿生学、机器人的研究论文、通讯和综述。 主要涉及到研究领域包括： - biomechanics, bioengineering, biomedical engineering and related areas of research at the molecular, cellular and organ tissue levels with a well-identified link to practical applications - extracorporeal technologies that directly or indirectly affect biological function - implantable, attachable or wearable technologies - augmented reality and augmented perception - bio-robotics and humanoid robotics - biomimetics - diagnostic technologies based on biological systems - public policy considerations for development of bionics technologies - economic and cost issues - societal and individual acceptance, and quality of life implications - ethical matters 网址： http://www.iospress.nl/journal/applied-bionics-and-biomechanics/ 编委会： http://www.iospress.nl/journal/applied-bionics-and-biomechanics/?tab=editorial-board 作者指南： http://www.iospress.nl/journal/applied-bionics-and-biomechanics/?tab=submission-of-manuscripts 在线投稿： http://mstracker.com/submit1.php?jc=abb 热点论文： 1. 标题 : Influence of magnetic field on the peristaltic flow of a viscous fluid through a finite-length cylindrical tube 作者 : Pandey S. K.; Tripathi Dharmendra 来源出版物 : APPLIED BIONICS AND BIOMECHANICS 卷 : 7 期 : 3 页 : 169-176 DOI: 10.1080/11762322.2010.490041 出版年 : 2010 被引频次 : 14 ( 来自 Web of Science) 2. 标题 : A biologically derived pectoral fin for yaw turn manoeuvres 作者 : Gottlieb Jonah R.; Tangorra James L.; Esposito Christopher J.; 等 . 来源出版物 : APPLIED BIONICS AND BIOMECHANICS 卷 : 7 期 : 1 页 : 41-55 DOI: 10.1080/11762320903537782 出版年 : 2010 被引频次 : 6 ( 来自 Web of Science) 3. 标题 : Controlling underwater robots with electronic nervous systems 作者 : Ayers Joseph; Rulkov Nikolai; Knudsen Dan; 等 . 来源出版物 : APPLIED BIONICS AND BIOMECHANICS 卷 : 7 期 : 1 页 : 57-67 DOI: 10.1080/11762320903244843 出版年 : 2010 被引频次 : 4 ( 来自 Web of Science)
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[科技之窗] 蜘蛛网的坚韧性不仅来源于蛛丝
热度 2 Enago 2012-3-15 22:47
蜘蛛网以不可思议的坚韧性而著称，它足以抵御超过飓风强度的大风。科学家对蛛丝的强度和韧性早有测量，对蜘蛛丝进行了大量的吹捧，诸如比钢丝还强，但是对于蛛网内蛛丝之间的连接还不清楚。目前科学家结合了复杂的计算机模拟和对蜘蛛网的实验观察，提出蜘蛛网的坚韧性不仅取决于蛛丝的强度，还取决于整个蛛网的整体设计，这种整体设计能够使应力和损坏局域化。 2012 年 2 月 2 日《自然》杂志的封面故事上，来自美国麻省理工学院（ MIT ）和在意大利的都灵理工大学的研究人员展示了蜘蛛网的设计如何将应变和损坏局域化进而保护了整个蛛网。 在花园和车库中发现了蜘蛛的网是多种单丝组成，粘丝及牵引丝是对于蛛网的完整性起着举足轻重的作用。粘丝是弹性的，湿湿的，它从蛛网中心蜿蜒成螺旋状，其主要功能是捕获猎物。牵引丝僵硬而干燥，它从蛛网中心呈辐射状径向分布，牵引丝对蛛网进行结构支撑，是蛛网机械行为的关键。修建蜘蛛网消耗蜘蛛大量的体能，所以蜘蛛网的耐用性是蜘蛛生存的关键。 Buehler 实验室研究生 Anna Tarakanova 和 Steven Cranford 研发了计算机模型 ，他们利用分子动力学的框架，将丝线分子对宏观世界的反应行为扩大，进而对蛛网在局部应力和应变的细节以及极端负荷下的断裂实现追踪与时实观察。研究表明，当蛛网的任何部分被扰动，整个网络都会有所反应。正是蛛网的这种敏感性能够使蜘蛛感知并捕获的在蛛网挣扎的昆虫。径向和螺旋细丝在削减震动方面起不同作用；当外界应力极端强大时，径向和螺旋细丝会断裂进而保全整个蛛网。 美国国家科学基金会生物力学和力学生物学项目主任 Dennis Carter 说： “ 蜘蛛网具有选择性和局域性的破坏这一概念十分有趣，这种独特的结构原理存在于许多生物材料和部件中。” 英语论文修改 通常设计工程结构材料只能考虑可承受的有限的大负荷，但这种设计不能包含极端负荷。蜘蛛网通过高负荷下的局域牺牲办法独特地解决了这个问题。蜘蛛不需考虑结构工程师在设计材料时必须问的问题 “设计荷载是什么？”如果负载强大到足以毁掉蜘蛛网，蜘蛛利用局域牺牲的办法消除了不可预测性的负载所可能导致的整体失效。 下一篇： 最高的超导临界转变温度铁基超导体的发现 --- 英论阁 英论阁 enago 博文目录
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浅谈生物力学学科
热度 1 luliulei666 2011-9-22 00:21
本人是对 生物力学 有着浓厚的兴趣，也正致力于从事这个行业。下文是本人对 生物力学 学科的一些认识，自知对 生物力学 的看法尚浅，恳求大家指正评论，不甚感激。 生物力学 是力学学科与生物医学类学科交叉融合的一个交叉性的学科领域，作为一门完整的现代学科。 生物力学 研究的重点是与生理学、医学有关的力学问题。 力学现象遍及所有的工程领域，在生命现象中同样是无处不在。 生物力学 —— 用 力学 了解 生命 ！ 经调研， 生物力学 与 医用 力学 、 数字 医学 、 运动科学 、 鞋业设计 、 组织 工程 、 仿生 工程 、 医疗 器械 、 生物材料 等方面有着密切联系 ，本人斗胆在这里谈谈 生物力学 在各学科的研究应用。 · 医用 力学 生物力学 是生物医学工程专业的基础学科之一，在诸如人工关节、人工心脏瓣膜、心室辅助、骨固定、康复工程、口腔正畸、修复，乃至运动员的训练、运动器械的优化方面也有很多问题需要解决。 生物力学 与临床医学的结合，如口腔正畸，牙齿排列不整齐，包括颌骨发育不良，常用的校正方法就是通过校治器施加适宜的力，其医疗的本质之一就是 生物力学 。 研究应用： 1 段连鸿 , 黄继锋 . 浮肩损伤内固定方式选择的生物力学研究 . 中国临床解剖学杂志 2 王华刚 , 杨飞 . 颈椎椎弓根螺钉置入内固定的生物力学变化及其临床特 性 . 中国组织工程研究与临床康复 …… · 数字 医学 数字 医学 的 “ 数字 ” 就是指数字化技术，指计算机科学、信息技术已经发展到了数字化的水平和阶段； “ 医学 ” 就是指计算机科学、信息技术、数字化深入渗透应用的具体领域，是经过数字化时代的革命性变化、以数字化技术武装与再造的新医学科学和新医疗技术。 研究应用： 1 马妮 , 肖丽英 . 基于LifeMOD 的个性化人工膝关节设计 中的生物力学分 析 . 中国康复医学杂志 2 王涛等 . 计算机导航有 助于精确切除骨瘤 . 中华外科杂志 3 利用3D 虚拟技术 可以仿 真 人体细 胞 4 用虚拟手段挽救真实生命：数字仿真模拟 技术进入医学领域 …… · 运动科学 、 医疗 器械 、 鞋业设计 生物力学 可在运动员的训练、运动器械的优化方面解决很多问题。 研究应用： 1 欧晓涛 , 刘仁辉等 . 中国自由式滑雪空中技巧项 目的体能训练特点 . 沈阳体育学院学报 2 生物芯片检测技术： 人类健康的侦察兵 3 运动鞋核心技术的生物力学研究 …… · 组织 工程 、 仿生 工程 、 生物材料 组织工程的三要素：干细胞、 生物材料 支架、生长信息。 骨组织的基本功能在本质上具有 生物力学 特点，因此骨组织替代物的主要实现目标是恢复缺损骨组织原有的正常 生物力学 性质。 生物材料 的种类繁多，诸如人工瓣膜、人工气管、人工心脏、血浆分离膜、血液灌流用吸附剂、细胞培养基材、医用金属、聚乙烯、 生物陶瓷 ，人工关节、牙齿、人工 骨骼 等等。毫无疑问，人工器官方面应用了 仿生 工程 学。（生物力学网： www.e3biomecha.com ）
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[转载]生物力学之父：冯元桢
热度 1 luliulei666 2011-9-21 11:27
冯元桢： 美国国家科学院院士、美国国家工程院院士、美国国家医学院院士、中国科学院外籍院士及台 湾中央研究院院士。 个人简介： 冯元桢 1919 年生于江苏武进， 1937 年考入中央大学（ 1949 年更名南京大学）航空系， 1941 年获学士学位并留校任教，同时攻读研究生， 1943 年毕业获硕士学位。毕业后即赴美加州理工学院留学， 1948 年获博士学位。先后任加州理工学院、加州大学圣地亚哥分校教授。加州大学华裔学者协会理事会创会理事兼顾问团主席。 2000 年获美国科学最高荣誉“美国国家科学奖章”，为获此荣誉的第一位生物学家。 2007 年获得地位堪比诺贝尔奖的“拉斯奖”，以表彰他“鉴别与确定人体组织的结构与功能，使之有助于创伤的预防及减轻”的贡献。另外，还曾获得过美国“百年大奖”、美国国家工程院“奠基者奖”等多个奖项。在中国获南京大学世纪校友学术成就金质奖章。 *转攻 生物力学 冯元桢 对生物医学发生兴趣最初是出于个人原因。 1957 年他带着戈根汉基金学术奖金去德国一年。得知他母亲患上了严重的 青光眼 。焦虑的他开始认真地钻研起了医学，并将自己搜集到的资料寄给了母亲的外科医生，希望对医治母亲的眼病有所帮助。随着对医学知识的步步深入， 冯元桢 兴趣倍增，他发现现代医学上较普遍出现的问题如心血管疾病等，其病理涉及力学，需要力学专家合作研究。随后几年， 冯元桢 来了一个优美的华丽的转身，转向了研究 生物力学 。 1966 年， 冯元桢 教授在美国加州大学圣地亚哥分校创立生物工程系，并将 工程学 的原理运用于人体机能的研究，在这一领域内， 冯元桢 和他的实验室取得了三个具有里程碑性质的成就：生物软组织本构关系的研究； . 以肺毛细血流片层流动 (Sheet flow) 模型为核心的肺血流动力学规律的研究； 生物组织**生长和应力的关系 的研究。在 冯元桢 教授的领导下，加大圣地亚哥分校的生物工程研究与教学声名卓著、成果丰硕，并为开创新的医学疗法和增进人类健康建树良多，从而赢得了国际公认的领导地位。 荣誉及成就 冯元桢 近 30 年来曾获：国际循环学会的Ｌａｎｄｉｓ奖、美国土木工程学会的Ｖｏｎ　Ｋａｒｍａｎ奖、美国机械工程师学会的 Lissner 奖 ( 生物工程大奖 ) 、 " 百年大奖 " 、 WorcesterReedWarner 奖、 Timoshenko 奖和 Melville 奖、国奖生物流变学会 Poiseuille 奖及美国生物医学工程学会的 ALZA 奖， 1986 年美国机械工程学会设置了以他命名的 冯元桢 青年研究工程者奖。 1998 年获美国 NAE 年会上获美国工程院 “ 奠基者奖 ” ， 1999 年 10 月加州大学圣地亚哥分校将新建教学大楼的大礼堂冠以 “ 生物力学之父冯元桢 ” 礼 堂。 2000 年 12 月 1 日获美国科学最高荣誉美国科学奖章，并由 克林顿 总统在 白宫 颁奖。他是第一位获此奖章的生物学家，也是当时唯一的获奖的工程师。 冯元桢 教授曾获多种学术奖章，包括国际 微循环 学会的 Landis 奖 (1975) ，美国土木工程学会的 von Karman 奖 (1976 ) ，美国机械工程师学会的 Lissner 奖 ( 生物工程大奖 , 1978) 、 “ 百年大奖 “(1981) 、 Worcester Reed Warner 奖 (1984) 、 Timoshenko 奖 (1992) 和 Melville 奖 (1994) ，国际生物流变学会的 Poiseuille 奖 (1986) ，美国生物医学工程学会的 ALZA 奖 (**) ，以及美国工程院 “ 奠基者奖 “ (Founders Award) 奖（ 1998 ）。同时， 冯元桢 教授荣享五个院士头衔，分别是美国国家工程院院士 (1979) 、美国国家医学科学院院士 (1991) 、美国国家科学院院士 (1992) 、美国力学科学院院士、院长 (1983 － 84) 、** “ 中央研究院 “ 院士 (1966) 。他还是多个国际专业学术团体的创始人和主持人，曾任美国力学会主席、美国国家工程院生物工程委员会主席、世界生物力学委员会主席等，为推进世界生物工程学的发展作出了重要贡献。(摘取： 生物力学网 www.e3biomecha.com ) * 温馨提示： 2012 年考研信息及资料下载，涉及力学、生物力学、生物医学工程、口腔医学等专业，敬请关注！
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[转载]数字医学的提出
luliulei666 2011-9-20 11:01
近些年， 数字医学 已经成为国内医学界、科技界、信息产业界一个流传很广的新概念。 一方面，国内许多从事 生物 医学工程学、 基础 医学、 临床医学 和 计算机 科学的专家学者，在 北京 、广州、重庆、深圳、 上海 、厦门等地相继开展 数字化 虚拟 人体 、 三维图像重建 、外科手术辅助决策 系统 、临床诊断辅助决策系统、临床药学系统等 研究 和 应用 ，形成数字医学兴起的一支重要潮流。全国曾经召开香山科学会议等多次重要学术活动，对有关课题和进展进行深入的探讨交流。　　 另一方面，复旦 大学 数字医学 研究中心、中山学院 数字医学 研究所 、东北大学中荷生命科学与信息工程学院、上海交通大学 数字医学 研究院等机构，如雨后春笋般迅速成立。浙江大学由生物医学工程学院、 医学院 、计算机学院、信息 技术 学院联合组建 数字医学 工程研究中心，校领导亲自担任中心主任。 与此同时， 国家 新闻出版署特别批准了 卫生部 申办、主管的《中国 数字医学 》杂志， 2006 年底创刊后正式出版，并举办了两届 “ 中国 数字医学 论坛 ” 。这本刊物及其相关活动，是把 数字医学 的视野扩展到数字 医院 、数字医学工程、数字医疗技术、数宇化基础医学研究等各个方面。 由此可以得出两个印象：一是 数字医学 的专业研究和学科发展，已经出现蓬勃的势头；二是目前对于数字医学的概念，有狭义和广义两种理解。 实际上， 数字医学 作为 信息技术 与医学科技的多学科文叉新领域，是由 美国 学者最先探索和推动发展的，而后欧洲一些国家和 日本 、韩国、新加坡等陆续也有进展。较早提出 “ 数字医学 ” 这个概念的，是美国哈佛大学医学院的华纳 .V. 斯赖克教授。他从事计算机在医学领域应用研究的跨学科开拓工作已有三十多年历史，被誉为这一领域的莫基者和先驱，担任美国医学 信息学 会（ AMIA ）的刊物 M.D.COmputing 的主编，素有 “ 赛博医生 ” 的美称。什么是 “ 赛博 ” ？赛博的英文 cyber ，就是指信息传递与控制的科学，也泛指信息技术、计算机广泛应用等。华纳 .V. 斯赖克写过一本有名的著作《赛博医学 —— 计算机如何帮助医生和病人提高医疗质量》（ Cybermedicine ： how computing empowers doctors and patients for better heakth care ），书名 “ 赛博医学 ” 的意思就是计算机广泛应用于医疗领域的 数字医学 。 1999 年国内曾经出版这本书的中文版。目前 数字医学 的英文多用 digital medcine 。（转载： 生物力学网 ） * 温馨提示： 2012 年考研信息及资料下载，涉及力学、生物力学、生物医学工程、口腔医学等专业，敬请关注！
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着陆动作中两个踝关节的生物力学非对称性
热度 3 bio 2011-4-4 22:31
着陆动作在许多体育运动和特殊职业中非常重要，通常会造成不同程度的下肢损伤。对着陆动作的运动生物力学研究近年来引起持续关注。这些研究通常在实验室条件下对一定数量的受试者进行测试，应用三维运动捕捉系统或录像分析形式对受试者不同部位和关节的动作进行解析，辅以动力学和肌电图测试分析，对相关问题进行探索。但是，这些研究普遍采用单侧肢体的测量数据进行分析，而忽略了人体生物力学的非对称性，这种疏忽有可能对分析结果造成影响，从而降低研究结果的可靠性。最近，在北京航空航天大学生物与医学工程学院樊瑜波教授的领导下，牛文鑫等科研人员敏锐地抓住这一问题，对着陆动作中的踝关节生物力学响应非对称性进行了系统全面的研究，从大量的运动学、动力学和肌电图数据中抽丝剥茧，提炼总结了在着陆动作中人体踝关节生物力学非对称性的影响因素，并发现在损伤预测和预防研究中，采用右侧下肢测量数据偏向于保守。这项研究将于近期发表在《运动人体科学》(Human Movement Science)期刊，对今后该领域的研究具有借鉴意义。 原文链接： http://www.sciencedirect.com/science?_ob=ArticleURL_udi=B6V8T-52FTG48-2_user=10_coverDate=03%2F24%2F2011_rdoc=1_fmt=high_orig=gateway_origin=gateway_sort=d_docanchor=view=c_searchStrId=1705026932_rerunOrigin=google_acct=C000050221_version=1_urlVersion=0_userid=10md5=793518b0467fe8a32ccf3b9a72342ef9searchtype=a 附件： HMS.pdf
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看冯元祯访谈
harveyho 2010-9-7 06:28
在中央四台大家节目中意外看到冯元祯的访谈。题目完美转身，谈他从航空力学到生物力学的完美转身。 公认为生物力学的教父。这于华人科学家在国际上的地位可谓仅此一人。他的几本经典书为此行业的标准课本。尤喜Biomechanics: Circulation。以至于我在博士论文答辩时还引经据典： 有个问题，湍流在非病态血管的发生，第一反应是左心室，后来马上想起这本书上的一个例子，主弓动脉在diastole的deceleration phase. 顺利过关。 冯90高龄，他身体健康，思维清晰。 在外大半辈子，中文能力没变。访谈中谈到一点：玩。科研抱着玩的态度，从兴趣出发，则动力无穷。 他也谈到在转型时有申请基金问题。这是一门全新的学科，人们怀疑它有什么用。但他不愿就资金问题而放弃自己的兴趣。 他的这些观点，尤其是以兴趣而去科研，真是讲到点上。 该段访谈的部分视频：
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一头扎进旁门去——点评北航樊瑜波教授主讲的上大力学所709期seminar
热度 2 sqdai 2010-9-7 05:38
【按】前两天的博文里讲到了科研方向的转换问题，大家的认识趋同于 科研方向转换很重要，坚守固有阵地不可少 ，用军事术语来讲：既要打好阵地战，又要打好运动战，毛泽东精于此道，因此常打胜仗。对于学人来说，既要有相对固定的阵地（科研领域），掌握较为齐备的武器（科学方法），又要因地制宜因时制宜因人而异地审时度势，在一定范围内转移阵地（转换科研方向）。今天从我的乐乎博客里捡出一份 seminar 点评，从中说明：钻进交叉学科研究领域大有可为，扎进旁门之后，做到阵地战与运动战相结合，即使拿不到大成就，也会有成绩、成果。 一头扎进旁门去 点评北航 樊瑜波 教授主讲的上大力学所 709 期 seminar 2010 年 6 月 10 日 下午，我们上大力学所迎来了国内力学界的又一位青年才俊北京航空航天大学生物与医学工程学院院长樊瑜波教授，他主讲了力学所 709 期 seminar ，题目是：医疗器械生物力学设计。 这位 1987 年毕业于北大力学系的才子，把生物医学工程讲得头头是道，讲得比医生还像医生，比生物学家还像生物学家。比方说，人工器官植入，干细胞分化，骨质疏松防治、航天医学、生物材料降解等等，话题宽泛，见解深邃，侃侃而谈，饶有兴味，而且有些话，纯粹的医生是讲不出来的（如血管的弹性模量等等）。为什么能这样？因为 20 多年来，作为力学工作者，他已经忘情地扎进了生物医学工程和生物力学领域！ 力学是一个古老而富有生命力的学科。如果从阿基米德发现浮力定律算起，力学已有 2300 年的发展史，目前已经发展得非常成熟，但是由于它有广泛的可用性，一直保持着青春的活力。倘若再要对力学学科本身做重大发展，必须有特别好的学问根底和科研功力，但是，假若寻求横向发展，投入力学有用武之地的其它领域，则可更快更好地赢得发展良机，也符合社会和学科发展的规律和需要。越来越多的科班力学出身者已悟出了这个道理，而且明白得越早的，越见成效。 樊瑜波 博士就是一个范例。 所以，我这里提出一个口号：一头扎进旁门去！ 请注意：这里说的旁门并非旁门左道之旁门，而是与力学学科紧密相关的力学的应用领域，如樊瑜波所关注的生物力学和生物医学工程。 请注意：这里说的不仅仅是走进，而是一头扎进！譬如说，樊瑜波做生物医学工程，先学通生物学、医学、化学，搞懂生物医学工程和生物力学的基本原理和发展动向，在某些方面要比原来的圈子里的人还要内行。也就是说，懂得他们的语言、学科特征、思维特点、运作方式、兴趣热点、特长特短 。竭尽全力，先把相关学科及其发展动向了解个透，把他们的从业人员琢磨个透，然后抓住一个或几个适合于自己的问题，义无反顾地扎进去，做下去。在扎进去的那个领域的同行面前，最明智的态度就是：老老实实地做小学生。最好的办法是：先不要乱说话，真正取得同行资格后再审慎地发表看法。我当年转向交通流研究领域也采取这一态度，十年不啃声，待到时机成熟，才扬眉剑出鞘。 我们来看看 樊瑜波 教授这二十几年光顾过的 研究方向：血流动力学、康复工程、口腔生物力学、骨生物力学、细胞力学与组织工程等，近来涉足航天、航空生物医学工程及人体工效学。听起来似乎花样繁多，实际上万变不离其宗：用的是生物力学（包括生物流体力学和生物固体力学）基础知识。 这些年来，樊瑜波和他的团队对社会有引人注目的贡献，他们不仅基础理论研究出色，还 开发了人体血液循环模拟实验系统、人体下肢假肢接受腔设计判断软件系统、细胞力学脉动流流动腔新型实验系统、人体体表损伤法医学鉴定软件等，直接为医疗事业出力，近来更为航天员上天的健康保障和人类的环境保护在建功立业。 在与樊瑜波的交谈中，我知道了他成功的秘诀： 1. 在北大力学系，他打好了宽广扎实的数理力学基础；在物理建模和数学建模方面经过严格的训练； 2. 在成都科技大学（现四川大学），他成为著名生物力学 家康振黄 教授的入室弟子，学到了生物力学和生物医学工程方面的真传，特别是建立了宏观大视野； 3. 进入生物力学和生物医药工程这一领域后，他 20 年如一日地埋头苦干，每天干 16 个小时是家常便饭有他的十余年朝夕相处的同窗同事作证，两个月前我在成都亲耳听到的； 4. 根据社会需要，合理选定每一阶段的主攻目标，展开有阵地的运动战； 5. 善于带领比他更年青的伙伴协力攻关。很不容易啊！要让几十个年青伙伴跟随他转战颇有艰难险阻的战场！ 这是樊瑜波精彩的 seminar 报告给我们带来的一个启示：做力学的，一头扎进旁门去，必有收获！（对于别的数理学科的人士也许也有启发）。 写于 2010 年 6 月 16 日 改写于 2010 年 9 月 7 日 http://blog.lehu.shu.edu.cn/sqdai/A226000.html
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小动物骨生物力学
bio 2009-2-16 09:15
（ Bone ） 2008 年 43 卷 5 期 Deepak Vashishth 教授应邀 Bone 杂志邀请，以《小动物骨生物力学》（ Small animal bone biomechanics ）为题对这一领域进行了权威综述。 小动物，尤其是小鼠，为自然获取和遗传学设计与疾病相关的骨骼表现型，指导为确定骨力学性质的改变进行的破坏性骨折测试提供了可能性。最近，纳米和微米压痕测试、测微张力计、微压缩测试和对凹槽完骨标本的弯曲测试取得进展，这为研究力学探测小动物骨组织和由于老化、治疗、疾病和遗传性变异而产生的影响提供了可能性。与对小动物传统的强度测量相比，断裂力学测试表现为较小的个体差异性，所以这为减小测试样本量提供了可能性。 然而为得到可靠的和精确的结果，需要对骨和测试变量的严格选择。在正确的解剖构型和最大可能长度直径外观比的情况下测试时，由于均匀的圆形厚截面，在所有的长骨中桡骨可以给出最一致的结果。为降低操作者误差和测量偏倚，需要在超过包括切迹截面的全骨干上测量小鼠长骨的皮质厚度和相关量纲的较小值，使用 micro-CT 和其他影像模式效果更好。小鼠骨小的皮质厚度也作用于裂缝顶端的平面应力状态，使得难以得到独立于几何形态的断裂强度值。在不同的断裂强度测量中，极限应力强度因子或与最大载荷或断裂失稳相关的应力强度参数是解释小动物骨对骨折阻抗的最合适的参数。 原文链接 ： http://www.sciencedirect.com/science/journal/87563282 （牛文鑫 / 编译）
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