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第1篇：生物力學與醫學工程范文

關鍵詞 創新教育；生物醫學工程專業；醫用物理學；教學改革；實驗教學

中圖分類號：G642.0 文獻標識碼：B

文章編號：1671-489X（2015）16-0118-03

同志曾指出：“創新是一個民族進步的靈魂，是一個國家興旺發達的不竭動力?！眲撔碌闹黧w是人才，人才的培養靠教育。唯有積極主動地實施創新教育，才能培養出具有創新精神和實踐能力的高素質人才。創新教育就是以培養人們創新精神和創新能力為基本價值取向的教育。

《教育部關于進一步深化本科教學改革全面提高教學質量的若干意見》（教高〔2007〕2號）和《國家中長期教育改革和發展規劃綱要（2010―2020年）》都強調，要著力提高學生的學習能力、實踐能力、創新能力。教育部、衛生部2012年5月聯合的《關于實施臨床醫學教育綜合改革的若干意見》（教高〔2012〕6號）中指出，更新教育教學觀念，改革教學內容、教學方法與課程體系，創新教育教學和評價考核方法，推進以學生自主學習為導向的教學方法改革，完善以能力為導向的形成性與終結性相結合的評定體系。其根本目的是培養適應國家醫學創新和國際競爭需要的高水平的復合型創新人才。

在創新教育視角下生物醫學工程專業醫用物理學的教學目標：不僅使學生掌握學習專業課程所必需的醫用物理學基本理論、基本知識、基本技能，而且幫助學生樹立正確的科學觀念，啟迪學生的創新思維，訓練學生掌握科學的思維方法，提高學生發現問題、提出問題、分析問題、解決問題的能力及創新能力。醫用物理學是生物醫學工程專業重要的基礎課程之一，該課程的教學改革對該專業學生創新能力的培養至關重要。但由于學生對該課程不夠重視，學習興趣不高，再加上各章節之間聯系不大，學生普遍反映很難學；而且學生剛剛進入大學不久就開始學習該課程，難以適應課程學習要求。如何在創新教育視角下搞好該課程的教學改革，就成為要不斷探討的重要課題。

1 更新教學內容、豐富教學資源

教學內容的更新與教學資源的豐富是教學改革最基本、最重要的途徑之一，也是創新教育的基礎與前提。傳統的教學資源就是教師手中的幾本書，非常匱乏。

教材建設 在創新教育視角下，對原有教材內容不斷進行優化、重組、更新，多次修訂出版《醫學物理學》和《醫用物理學》。這些教材適當降低了對高等數學的要求，刪除了與醫學聯系不緊密的內容，精選了物理與醫學結合的案列，壓縮了篇幅；充分考慮到了教材的實用性、科學性、先進性和前沿性；重點闡述物理學的基本思想、概念、原理和方法，加強基礎理論和基本知識在醫學上的應用，克服了理論化、公式化等枯燥乏味、繁瑣的內容[1]，讓學生在學習過程中真正體會到學有所用，更有利于學生自主學習。

將物理學史、醫學史引入教材 在創新教育視角下，在傳授物理知識的同時，特別注重物理思想和物理方法的介紹，其特色是“溯源通今”，將物理學史、醫學史引入教材。在每一章后面介紹與本章內容有關的物理、醫學、生命科學等諾貝爾獎獲得者的成長經歷及重大理論發現的經過或相關的新概念、新方法及新技術應用等，幫助學生樹立正確的科學發展觀，培養創新思維，提高綜合素質及獨立分析問題、解決問題的能力。通過問卷調查發現，學生普遍對改革后的教材反映良好。特別是每章后面的閱讀材料，對學生來說，極大地開拓了視野，豐富了知識，提高了學習興趣[1]，激勵了他們奮發向上、永攀高峰的信心和斗志。

將教研、科研成果充實教學內容 在創新教育視角下，將教研、科研成果及時充實到教學內容中，使教學與學科前沿相結合，從而形成科研促進教學的良性發展。出版適合PBL教學、案例式教學、任務型教學的《醫用物理學》《醫學物理學實驗》等教材。在教學過程中，確保將最新的知識和信息傳遞給學生，根據醫學中出現的新技術、新方法和醫學生實際需要及時調整教學內容，拓展教育途徑，促進教學質量和教學效率的不斷提高。制作多媒體教學課件及建立網上教學資源庫等，構建以紙質教材、電子教案和網絡課程等為一體的立體化教材體系，極大地豐富了教學資源。

2 創新教學方法，豐富教學手段

在創新教育視角下，在轉變教學思想，更新教育觀念和教學內容的同時，還必須進行教學方法的有效改革，才能更好地發揮育人功能。傳統單一的教學方法是以教師講授為主的“填鴨式”教學，即以教師為中心、以課堂為中心、以教材為中心。傳統的教學手段是一張嘴、一塊黑板、幾支粉筆、幾張掛圖，學生只能被動接受知識，導致學生缺乏學習主動性與自主性，缺乏發現問題、提出問題、分析問題、解決問題的能力，缺乏創新意識與創新能力。

運用多種教學方法 在創新教育視角下，教學過程因材施教，提倡以學生為中心、以教師為主導的教學模式[2]，如啟發式、討論式、提問式、PBL、CBL、基于項目的探究性學習模式、醫學模擬教學等。這些教學方法有利于培養學生獨立分析問題、解決問題的能力以及創新能力，真正達到“授人以漁”的教學目的，真正做到讓學生不僅是“學會”，更重要的是“會學、樂學”，實現“要我學”向“我要學”的轉化。

多種教學手段并存 在創新教育視角下，合理而有效地使用計算機多媒體輔助教學，做到多媒體輔助教學與傳統教學手段的有機結合。通過PPT將各種聲音、圖像、視頻等多種資料應用到教學中，使得教學內容富多彩，在一定程度上增強了學生聽課的興趣，提高學生學習的主動性，也增強了互動性，從而能夠達到教學效果的最優化。還部分地開展了雙語教學的嘗試，教師的教案、講稿及多媒體課件中的各級標題、專業名詞等均采用中英文對照形式，講授時以英文形式讀寫。通過雙語教學，促進師生學習英語的積極性，提高學生閱讀專業英文文獻和技術資料的興趣和能力，從而提高學生專業英語水平。構建講授法、啟發式、討論式、PBL、CBL和基于項目的探究性學習模式、醫學模擬教學等多種教學方法并存，融計算機多媒體輔助教學、雙語教學為一體的適應21世紀人才培養需要的新型教學模式。

3 改革實驗教學，提高創新能力

傳統的醫用物理學實驗存在內容陳舊、教學模式單一、方法簡單等問題，而且醫學特色不突出，過分強調本課程的系統性、完整性，忽視整體培養目標。這在很大程度上束縛了學生學習的主動性和創造性，不利于學生創新能力的培養。

改進實驗內容 在創新教育視角下，組織教師每年編輯修訂《醫用物理學實驗》講義，使之更貼近醫學實際：1）充分利用現有實驗儀器和設備對原有實驗進行改革，如非正常眼的模擬與矯正實驗；2）減少過時的內容，增加新的生物信息測量技術內容，如生物機能實驗系統的原理與應用、心電圖機的性能測定、霍爾效應醫用換能器原理與實驗等；3）增加綜合性實驗和設計性實驗的比例，進行創新性實驗的嘗試等，注重學生實踐能力和創新能力的培養。并通過實驗室開放，讓學生多做實驗，進一步培養學生的綜合應用能力、創新思維和創新能力。

改革實驗教學方法與手段 在創新教育視角下，在更新實驗教學內容的基礎上，又進行教學方法改革的嘗試，將國際上流行的任務型教學模式（Task-based teaching，TBT）引入醫用物理實驗教學中，打破傳統的實驗教學模式，而代之以“設計任務―明確任務―完成任務―評價任務”[3]模式，采用多媒體技術和黑板板書、示教相結合的教學手段，從而培養學生提出問題、獨立分析問題、解決問題及創新的能力。構建內容與醫學實際聯系緊密，采用國際上流行的任務型教學法和多樣化教學手段，提高學生的綜合素質和培養學生動手能力和創新能力的新型物理實驗教學體系。充分發揮醫用物理學實驗課在提高生物醫學工程專業學生自然科學素質、激發創新意識、培養創新精神、啟迪創新思維和提高創新能力方面的重要作用[3]。

4 改革評價體系，發揮導向作用

傳統的考核方式是單一的期末閉卷考試，注重對學生學習結果的評價，缺少對學生學習過程的監控，考核內容側重于基本知識的記憶、理解，缺少反映知識的運用能力、創新能力的綜合性、提高性題目，不利于學生分析問題、解決問題能力和創新能力的培養。

物理學課程考核評價體系 在創新教育視角下，按照醫學生創新能力培養的要求，在對教學效果的評價中，突破傳統的單純期末閉卷考核的方法，采用開卷和閉卷相結合，加強對學生學習過程的監控，構建知識評價與能力評價相結合、形成性評估和終結性評估相結合的多元化評價體系，使評價內容多元化、評價方式多樣化。課程考核分為理論考核、實驗考核和平時考核三部分：理論考核占70%，著眼于考查學生的綜合分析能力和解決問題的能力，并實行教考分離，期末由教務處統一組織；實驗考核占20%，其中實驗報告占10%，操作考試占10%，操作考試由教研室在課程學習結束后安排；平時考評占10%，包括上課考勤、課程作業（平時作業和寫小論文）、課堂測驗、抽查提問等。

PBL等教學模式教學考核評價體系 在創新教育視角下，在PBL、CBL、基于項目的探究性學習模式、醫學模擬教學及任務型教學模式教學評價中，采用有效評估標準進行。在以上模式的教學活動中，學生通過演講報告會以PPT課件，或者通過小型展覽會以書面報告形式來展示他們的學習收獲與體會；評價主體上采用學生自評與互評、教師評價相結合；教學活動之前、教學活動過程中、教學活動結束后分別采用診斷性評價、形成性評價、終結性評價；評價內容上盡可能地將知識與能力、過程與方法、情感態度與價值觀目標納入評價體系中，形成評價主體、評價方式及評價內容等多元化評價體系。經過幾年的實踐證明， 實施多元化評價較為客觀、全面地反映學生對本門課程的學習情況，充分發揮教學評價體系的導向和激勵作用，促進學生全面綜合發展，培養學生發現問題、分析問題、解決問題的能力及創新能力，提高教育教學質量。

5 結論

創新教育視角下對生物醫學工程專業醫用物理學課程在教學內容、教學模式、實驗教學、評價體系等方面進行改革，通過課后訪談和問卷調查發現，效果良好。學生感到醫用物理學不再枯燥無味，而是非常有趣，與身邊的生活和醫學現象都密切相關[1]；醫用物理學課程不僅是生物醫學工程專業學生學習后繼專業課程的基礎，而且對啟迪學生的創新思維，訓練學生掌握科學的思維方法，提高學生發現問題、提出問題、分析問題、解決問題的能力及創新能力起著至關重要的作用。目前，濰坊醫學院醫用物理學課程已成為深受學生歡迎和喜愛的、在全院有較高知名度的校級精品課程。

參考文獻

[1]張婷，陳濤，王光昶，等.《醫用物理學》課程教學改革的實踐探索[J].中國醫學物理學雜志，2012，29（5）：3512-3714.

[2]唐偉躍，李云濤，刁振琦，等.卓越醫師教育背景下《醫用物理學》課程改革與建設[J].中國醫學物理學雜志，

第2篇：生物力學與醫學工程范文

關鍵詞：理工科院校 生物醫用材料學 課程教學 臨床病理性檢查 醫療器械組件材質

中圖分類號：G64 文獻標識碼：A 文章編號：1674-098X（2015）09（b）-0143-02

Thinking and Exploration on the Course Teaching of Biomedical Materials Science in Science and Engineering Colleges

Wang Fuping Chen Zhongmin

（College of Pharmacy and Bioengineering，Chongqing University of Technology，Chongqing，400054，China）

Abstract：Biomedical engineering is set up in science and engineering college relying on their various advantages，medical instrument is the profession feature.The main part of courses is electronic science and technology， biology and medical courses are few and neglected by most of the undergraduates.Therefore，in order to promote students learning interest，and improve the quality of this course，enhance the students’comprehensive quality， put forward a teaching method， which involve adding a few of clinical pathological examination and studying the materials of medical equipment with the knowledge of the biomedical materials.This teaching method left a deep influence on the students.

Key Words：Science and engineering college；Biomedical materials； Course teaching； Clinical patholog； Materials of medical equipment

目前，國內大約有六、七十所大學設立生物醫學工程專業，其中大多數是綜合或理工科大學，醫學院校僅十幾所，各個高校依托各自的各種辦學優勢，以創辦出有自己鮮明特色的生物醫學工程專業[1]。作為理工科高校，醫療器械成為了生物醫學工程專業的主要方向，主干課程包括電路及模擬電子技術、數字電子技術、醫用電力電子技術、單片機原理及應用、醫學圖象處理、醫學信號處理、生物醫學傳感器，基礎醫學、生物醫學化學、生物醫用材料等，該專業學生較明顯投入大量的時間和精力于電路、信號、軟件等課程，但在《生物醫用材料學》課程學習中表現出明顯不重視，更有甚者認為該課程與醫療器械方向相差甚遠，導致該課程教學中，學生興趣不高，學習效果差，為了改變此現狀，與同組老師進行了相關教學經驗探討，查閱其他老師教學經驗總結[2-3]，均是需要從教學內容、教學策略等方面著手，提出了緊跟學科發展前沿，優化課程教學內容、改善教學策略及方法、加強實驗教學、加強自主學習能力等等。這些前人總結對本課程教學過程教學起到了重要的指導意義，在此基礎上，通過對該課程教學實際情況思考，提出從教學內容上，采取增加少量臨床病理知識和用生物醫用材料學的知識解剖醫療器械組件材質兩種模式，這也符合了生物醫用材料交叉學科的特點，交叉學習[4]。并通過兩年時間，確有提高該課程教學質量。

1 增加少量臨床病理知識

醫療器械是指直接或者間接用于人體的儀器、設備、器具、體外診斷試劑及校準物、材料以及其他類似或者相關的物品，包括所需要的計算機軟件。效用主要通過物理等方式獲得，不是通過藥理學、免疫學或者代謝的方式獲得，或者雖然有這些方式參與但是只起輔助作用。目的是疾病的診斷、預防、監護、治療或者緩解；損傷的診斷、監護、治療、緩解或者功能補償；生理結構或者生理過程的檢驗、替代、調節或者支持；生命的支持或者維持；妊娠控制；通過對來自人體的樣本進行檢查，為醫療或者診斷目的提供信息。而在此過程中，涉及大量的醫用耗材，均屬于生物醫用材料的范疇，同時涉及大量的臨床病例知識，而理工院校同時具備生物，醫學，材料，醫療器械類知識的人才匱乏，相應課程設置較少，學生醫學方面知識薄弱，在講解相關知識時需要補充少量的臨床病例知識。

如：慢性腎衰竭是指各種腎臟病導致腎臟功能漸進性不可逆性減退，直至功能喪失所出現的一系列癥狀和代謝紊亂所組成的臨床綜合征，即尿毒癥。尿毒癥以代謝性酸中毒和水、電解質平衡紊亂，蛋白質、糖類、脂肪和維生素的代謝紊亂等，血液檢查以尿素氮，肌酐為主，尿素氮與二乙酰反應，縮合生成紅色的二嗪衍生物，肌酐與苦味酸反應生成紅色復合物，二者通過光電二極管在特定波長下檢查其吸光度值，即可得到相應的含量。

血管疾病主要指動脈粥樣硬化、炎癥性血管疾病、功能性血管疾病、血管的真性腫瘤性疾病等。其中以動脈粥樣硬化最為常見。動脈粥樣硬化是一組動脈硬化的血管病中常見的最重要的一種，其特點是受累動脈病變從內膜開始。一般先有脂質和復合糖類積聚、出血及血栓形成，纖維組織增生及鈣質沉著，并有動脈中層的逐漸蛻變和鈣化，病變常累及彈性及大中等肌性動脈，一旦發展到足以阻塞動脈腔，則該動脈所供應的組織或器官將缺血或壞死。在正常情況下，血管跟周圍軟組織密度相近，導致CT等不能清晰檢查，因此，可以通過顯影劑在X光下所顯示的影像來診斷血管病變。隨著介入放射學的發展，血管造影已經成為臨床的一種重要的診斷方法，尤其在介入治療中起著不可替代的作用。血管造影在頭頸部及中樞神經系統疾病、心臟大血管疾病、及腫瘤和外周血管疾病的診斷和治療中都發揮著重要作用。常用的造影劑有碘普羅胺注射液和含碘類造影劑，其中含碘類造影劑注入體內都有可能產生過敏反應，癥狀嚴重程度不一，重癥可致命。

原發性肝癌，是我國常見惡性腫瘤之一。死亡率高，在惡性腫瘤中排列第三位。原發性肝癌的病因和發病機制尚未確定。目前認為與肝硬化、病毒性肝炎以及黃曲霉素等化學致癌物質和環境因素有關。甲胎蛋白是診斷原發性肝癌的特異性腫瘤標志物，具有確立診斷、早期診斷、鑒別診斷的作用。目前常用化學發光法、酶標法、酶標電泳法、放射免疫法檢測。

通過臨床病理知識的學習，可以明確相關檢測儀器的檢測目標，檢測方法，檢測原理，其中涉及的相關試劑既屬于檢測試劑范疇，同時又是醫療器械必不可少的部分，可以使學生在在學習生物材料的同時，與自己學的醫療器械相關知識重組，從而提高本課程的學習質量。

2 用生物醫用材料學的知識解剖醫療器械組件材質

除了用來檢查，還有很多醫療器械屬于治療類的，如心臟起搏器，人工心臟，人工耳蝸，血液透析機等，其部分材質必須達到生物醫用材料的要求，因此可以通過用生物醫用材料的知識分析（見圖1）。

如：心臟起搏器可以有效治療嚴重的心跳慢、心臟收縮無力、心跳驟停等心臟疾病，人工心臟起搏系統主要包括兩部分：脈沖發生器和電極導線。常將脈沖發生器單獨稱為起搏器。起搏系統除了上述起搏功能外，尚具有將心臟自身心電活動回傳至脈沖發生器的感知功能。起搏器主要由電源（亦即電池，現在主要使用鋰-碘電池）和電子線路過程，能產生和輸出電脈沖。電極導線是外有絕緣層包裹的導電金屬線，其功能是將起搏器的電脈沖傳遞到心臟，并將心臟的腔內心電圖傳輸到起搏器的感知線路。導管電極需要長期起搏，因此需用生物相容性好、韌性好、抗老化、耐腐蝕的材料制成，電極導線通常采用愛爾近合金（Elgiloy）或用鎳鉻鈷鉬合金絲繞成螺旋管，導線的外層絕緣材料都選用高純硅橡膠或醫用聚氨酯，電極頭的材料以表面活化各向同性低溫熱解碳或鉑為優。

膠囊內鏡全稱為“智能膠囊消化道內鏡系統”，又稱“醫用無線內鏡”。原理是受檢者通過口服內置攝像與信號傳輸裝置的智能膠囊，借助消化道蠕動使之在消化道內運動并拍攝圖像，醫生利用體外的圖像記錄儀和影像工作站，了解受檢者的整個消化道情況，從而對其病情做出診斷。典型的膠囊內鏡由七部分組成，透明外殼、光源、成像元件、傳感器、電池、發射模塊和天線組成。其外殼材料會與人體消化道粘膜接觸，并進入胃腸，膠襄外殼采用耐腐蝕醫用高分子材料，對人體無毒、無刺激性，能夠安全排出外。

血液透析機是治療尿毒癥的一個重要儀器，血液透析是將血液抽出體外，經過血液透析機的滲透膜，清除血液中的新陳代謝廢物和雜質后，再將已凈化的血液輸送回體內。首先輸血管道必須符合生物醫用材料的安全性要求，另外血液透析膜的材質及特性直接決定了血液透析機的治療效果，要求膜材料具有擴散對流特性、血液相容性、黏附特性、穩定的物理特性等，膜孔徑在1μm以下的有機高聚物的均質膜，是一類不帶電荷的多孔膜，目前主要用于透析機的纖維素滲析膜常用的制備材料有銅氨法再生纖維素、醋酸纖維素、聚丙烯晴、乙烯-乙烯醇共聚物以及聚甲基丙烯酸甲酯、聚砜、聚丙烯酰胺等，以及現在膜設計的非對稱結構的原理。

這種通過分析醫療器械原理，各部分材質，生物醫用材料的要求，材料特性，以及相關生物醫用材料的學習，既有利于學生掌握相關生物醫用材料的特性，生物學功能，以及應用領域，又可以將知識與醫療器械相結合，構建學生相關知識，進而提高本課程教學質量。

3 結語

針對理工院校生物醫學工程專業側重醫療器械方向，學生易忽視生物、醫學知識的現實情況，通過在生物醫用材料學課程教學內容中，增加少量臨床病理知識和用生物醫用材料學的知識解剖醫療器械組件材質，以助于學生掌握生物醫用材料相關知識，并與其所學醫療器械相關知識進行知識重構，將交叉型的生物醫用材料知識交叉性的學習，交叉性的應用，以此提高學生對本課程的興趣，及該課程教學質量，增強該專業學生的綜合素質。

參考文獻

[1] 劉元東.生物材料學教學實踐與心得[J].科學?自然，2012（8）：173.

[2] 王建方，邢欣，吳文健，等.生物材料學課程的設置與改革思考[J].高等教育研究學報，2011，34（1）：95-97.

第3篇：生物力學與醫學工程范文

【關鍵詞】 脈沖電磁場 骨質疏松癥 骨密度 骨鈣素

0引言

隨著生物醫學工程學的快速發展，脈沖電磁場（pulsed electromagnetic fields，PEMFs）作為一種可施加于人體的外來物理因子，對其熱及非熱生物效應的研究已成為國內外生物工程學界的研究熱點［1-3］. PEMFs在骨科領域已用于治療假關節、骨不連或延遲愈合、新鮮骨折、骨移植、骨關節炎等，近年來又被用來預防和治療骨質疏松癥 ［4-5］. 本實驗我們利用低強度PEMFs，通過建立骨質疏松動物模型，探討PEMFs對骨質疏松癥的影響，以期為骨質疏松癥的預防和治療提供新的思路和理論依據.

1材料和方法

1.1材料

1.1.1儀器骨質疏松治療儀（GZY型）由第四軍醫大學生物醫學工程系研制（專利號：ZL02224739.4），勻強場的輸出采用三個半徑均為R的線圈來實現（圖1）.

圖1儀器輸出三線圈系統

線圈串聯在一起，電流為I. 其中，線圈1， 3的匝數相同，均為N，線圈2的匝數為kN，k為比例系數；3個線圈間隔距離為a：

據此，可以求出軸向OX的磁場B(x). 其中， B(2)(O)， B(4)(O)分別表示B(x)的二階、四階導數在中心點O的值：

B(x)=μ0NIR2〖〗2{［R2+(a+x)2］-3/2+［R2+

(a-x)2］-3/2+k(R2+x2)-3/2}（1）

B(2)(O)=3μ0NIR2〖〗2［2(4a2-R2)〖〗(R2+a2)7/2-k〖〗R5］（2）

B(4)(O)=μ0NIR2〖〗2［1890a4〖〗(R2+a2)11/2-1260a2〖〗(R2+a2)9/2+

90〖〗(R2+a2)7/2+45k〖〗R7］（3）

合理選擇a和k的值，使得B(2)(O)， B(4)(O)均為零，即：聯立公式（2），（3）求解方程，得：a=0.7601R; k=0.5315;

儀器三個輸出線圈半徑均為R=400 mm，間距a=0.7601R≈300 mm，線圈匝數N=500（2號線圈匝數=0.5315N≈266）， 均采用0.8 mm漆包線繞制.

1.1.2動物分組與處理30只3月齡SD雌性大鼠，體質量（225±15）g，第四軍醫大學實驗動物中心提供. 動物隨機等分為三組（n=10）：兩個磁場組和一個對照組. 三組大鼠均采用下腹部切口、行雙側卵巢切除術，動物分籠飼養（環境溫度17～25℃，濕度40%～50%）［6］. 兩個磁場組采用GZY型骨質疏松治療儀進行輻照，磁感應強度分別調節為4×10-4 T和15×10-4 T，時間為6 h/d（9：00～15：00），對照組飼養于線圈中但不暴磁，動物可自由活動、飲水，實驗的全過程在第四軍醫大學實驗動物中心完成.

1.2方法大鼠飼養12 wk后處死，處死前用速眠新(1 mL/kg)麻醉，用Lunar DPXIQ型骨密度儀（LUNAR公司，美國），附小動物全身骨密度（Bone mineral density，BMD）測定軟件進行大鼠全身BMD測量. 從心臟抽取血標本，離心后取血清，至于-20℃冰箱保存，用放免法測定血清骨鈣素（bone carboxyglutamic acid containing prorein，BGP）濃度，試劑盒由解放軍總醫院放免所提供. 取左脛骨近端（1/3）置于4081型光測彈性儀（北京科學儀器廠）上進行三點彎曲試驗. 支點跨距為20 mm，加載速度為2 mm/min. 用函數記錄儀（上海自動化儀表二廠）描繪載荷變形曲線，并根據該曲線計算得出最大載荷和結構剛度［7］.

統計學處理： 所有數據以x±s表示， 組間比較采用SPSS 10.0軟件進行方差分析及LSDt檢驗， 以P

2結果

與對照組比較，兩磁場組BMD、最大載荷、結構剛度均有增加（P

3討論

骨質疏松癥是一種全身性的骨骼疾病，其特點是骨質減少，骨組織的細微結構被破壞，結果使骨的脆性增加，骨折的危險性增加. 骨質疏松癥的發病率隨著人口的老齡化而逐漸增高，依照世界衛生組織的資料說明，全世界絕經后的婦女有近30%的人患有骨質疏松癥，世界范圍內婦女由于患有骨質疏松而有骨折危險的高達40%［8-9］. 另外，空間飛行中的航天員由于受微重力(失重)影響的原因，相應的骨骼負荷減少，即微重力誘導的骨質減少，從而導致航天員骨質丟失，造成骨質疏松［10］.

婦女絕經后骨質疏松防治中備受關注且療效確切的治療方案是雌激素替代療法，但雌激素替代療法的副作用使其在臨床上的應用仍存疑慮［11］. 也有許多措施被用來防治空間飛行中微重力引起的骨質疏松，但是用于治療常人骨質疏松的藥物如口服雙膦酸鹽(抑制骨吸收活性) 等對于空間飛行或臥床試驗導致的骨質疏松并無明顯療效［12］. 因此，探索防治骨質疏松的新途徑十分必要.

磁療的最大優點是無創傷、無感染、費用低廉. 低強度PEMFs在生物體內引起一系列的生物學效應為今后臨床上骨質疏松癥的預防和治療提供了新的思路和理論依據［13-14］. 我們采用GZY型骨質疏松治療儀，設計制作了輸出線圈，獲得了更大的勻場范圍，滿足開展動物實驗的需求，提高了實驗設計的整體水平. 通過建立絕經后骨質疏松大鼠模型開展實驗，結果顯示低強度PEMFs可以提高卵巢切除大鼠的BMD，改善骨的生物力學特性，降低血清BGP，提示對骨質疏松癥有預防和治療作用. 結合本次實驗，就其療效而言， 4×10-4 T磁場組效果要明顯優于15×10-4 T磁場組，說明PEMFs強度選擇的不同療效也不相同.

國內外學者所做的大量研究工作從不同角度探討了電磁場對骨質疏松的影響，但是由于實驗環境（個體差異、照射系統和外圍雜散場等等）及磁場參數的選擇上存在差異，勢必影響實驗的結果和可重復性，對電磁場影響骨重建作用機制的解釋還不透徹，但詳細作用機制還需進一步探索［15-16］，這也是以后研究的難點和重點.

【參考文獻】

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第4篇：生物力學與醫學工程范文

關鍵詞：人體脊柱；跌到沖擊載荷；力學響應特性

胸腰段是人體脊柱易發生骨折部位之一，約有79.5%的脊柱損傷為胸腰段骨折，且多由高處墜落所致。由于該處損傷機制十分復雜，治療費用昂貴，嚴重增加了患者家庭及社會的經濟負擔[1]。人體胸腰段有限元研究的主要方向為評價手術內固定與構建脊柱骨折模型，而關于脊柱保護器的研究集中于矯形治療脊柱側彎的領域。目前，臨床對脊柱保護器的正確運用仍缺乏相應有的有限元研究[2]。本研究通過建立脊柱胸腰段模型，設計并建立脊柱保護器及三維模型，根據生物力學原理分析人體脊柱骨折機制，探討保護人體胸腰段的有效途徑?，F報道如下。

1資料與方法

1.1一般資料 選取中國力學虛擬人數據集切片，共9000張圖片，格式為冷凍切片。給予三維有限元分析，觀察單一樣本。

1.2方法 ①建立胸腰段三維模型：經中國力學虛擬人數據庫提取軟組織、骨等輪廓曲線，通過軟件構建人體軀干模型，包括簡化的軀干輪廓軟組織，骨盆、肋骨、骶骨、脊柱等輪廓曲線，軟組織應用Mooney-Rivlin超彈性材料，應用Hypermesh軟件將幾何面模型劃分成網格，建立人體軀干三維仿真模型，截取T11～L12節段模型為觀察對象。應用四面體單元劃分模型中軟組織與松質骨，三角形殼單元劃分皮質骨。②建立脊柱護具模型：運用Hypermesh軟件構建脊柱保護器模型，其形狀貼合腰背部、胸腹部與雙側肩部輪廓，下緣與骶尾部水平持平。選用1 cm厚海綿材料與厚度為3 mm的聚乙烯硬性材料，要求具有韌性。為固定脊柱保護器，模擬束縛帶，分別于腰部與肩關節前面兩側施以60N與80N的預緊力。③邊界條件與加載：對照組胸腰段模型未使用脊柱保護器，而觀察組應用脊柱保護器。兩組模型均模仿真人體自高處墜落時坐骨著地情形，重力加速度設為9.8 m/s2，人體落地瞬間速度設為2 m/s，地面與模型之間摩擦系數為0.5。④采樣等效應力單元：將胸腰椎橫斷面分為4個區，為中柱中心、前柱中心、后柱左右側中心。取4個區域等效應力并計算平均值，予以分析。

1.3觀察指標 對兩組模型目標單元等效應力及應變進行賦值、加載、運算。

1.4統計學方法 采用SPSS19.0統計軟件處理數據，采用Bartlett方差齊性檢驗模型中T11～L12椎體所受應力，P>0.1為滿足方差齊性；采用樣本t檢驗，P

2結果

2.1胸腰椎體所受應力變化情況 觀察組各椎體受力較對照組均勻平緩，且各椎體所受應力較對照組均呈不同程度的下降，其中T11椎體降幅最小，T12椎體降幅最大。應用脊柱保護器后總體上減輕了胸腰段椎體所受應力。兩組模型應力峰值最大的椎體均為L2，見表1。

2.2成對樣本分析 配對t檢驗發現，T12段與L2段P分別為0.21、0.13，均P0.05，故此處應用脊柱保護器o顯著差異，見表2。

3 討論

胸腰段位于活動的腰椎與固定的胸椎之間，包括T11、T12、L1、L2四個節段。胸椎與腰椎之間關節突關節排列在解剖結構上由冠狀位轉化為矢狀位，椎體受外力作用時其剛度迅速增加[3-4]。脊柱承受軀干與上肢垂直載荷后即刻傳至胸腰段生理彎曲，再經骨盆傳至雙側下肢，從而形成X形分布的應力，同時應力高度集中的X形中點正是胸腰段部位。由于自上肢傳導的有害應力過度集中于胸腰段，無法迅速分散至骨盆及雙下肢，故易造成胸腰段骨折[5]。

臨床研究表明[6]，正常情況下，人體重心部位是脊柱椎體前緣，依靠后部韌帶與肌肉的收縮力及椎體前方重力，形成一個力學天平，且支點為椎體。兩端正常條件下處于平衡狀態，但軀體受外力作用而導致重心前傾時，必然增加支點與重心之間的力臂，若需維持平衡狀態，后部韌帶與肌肉需產生強大的力量進行對抗[7]。脊柱保護器可盡量阻止重心前移，同時可增加后部肌肉后伸力量，以最大限度的平衡脊柱力學。本研究中脊柱保護器的主要作用原理如下[8]：①脊柱保護器可通過與腰圍良好的貼合，將腰腹區覆蓋，并均勻加壓周圍組織。腹部可作為密閉水囊，起到一定的緩沖作用，從而自椎旁肌分散并吸收由脊柱傳導的應力，最終減輕脊柱的應力。②脊柱保護器通過對軀干前傾的有效抑制，促使重心后移，可起到良好的平衡作用。③脊柱保護器可跨過包圍腹部的腰圍與雙肩的肩帶，通過預緊力對軀干起到束縛的作用，進而較好的分流應力。本研究發現，兩組椎體應力均分布于L2椎體后緣、椎板周緣、雙側上下關節突處及雙側椎弓根處，這與大多數學者關于胸腰段應力集中部位的研究結果相似。另外，觀察組各椎體所承受的應力較對照組明顯降低，其中T12與L2段降幅最為明顯，P均

綜上所述，基于有限元的分析結果，對比研究兩組模型沖擊下載荷力學的響應特性，運用脊柱保護器可有效分散、減小脊柱胸腰段不良應力，能夠較好的保護脊柱胸腰段，值得應用。

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第5篇：生物力學與醫學工程范文

【摘要】 以應力松弛的試驗方法研究氣管軟骨的應力松弛特性，為臨床提供氣管軟骨的應力松弛特性參數。在日本島津電子萬能試驗機上對10個軟骨進行應力松弛實驗，應力松弛實驗應變增加速度為50%/min，實驗溫度為(36.5±0.65)℃，設定實驗時間7 200 s，采集100個實驗數據，以一元線性回歸分析的方法處理實驗數據。結果表明：氣管軟骨7 200 s應力松弛量為0.316 MPa，7 200 s時應力松弛曲線基本達到平衡。氣管軟骨應力松弛曲線是以對數關系變化的，氣管軟骨為非線性粘彈性材料。

【關鍵詞】 氣管軟骨;應力松弛;粘彈性;力學特性

Abstract：To research the tracheal cartilage stress relaxation characteristic and provide the tracheal cartilage stress relaxation characteristic parameter for the clinical.10 cartilages were taken on the electronic universal testing machine to carry on the stress relaxation experiment.The increasing speed of the stress relaxation experiment strain was 50%/min.Experimental temperature was (36.5±0.65)℃，the experimental time was set at 7 200 s.Then 100 empirical data were gathered and processed by the method of Unary Linear Regression Analysis.The tracheal cartilage 7 200 s stress relaxation quantity was 0.316 MPa，the 7 200 s stress relaxation curve achieved the balance basically.The tracheal cartilage stress relaxation curve is changed by the logarithm relations，the tracheal cartilage is the non-linear viscoelastic material.

Key words：Tracheal cartilage;Stress relaxation;Viscoelastic;Mechanics characteristic

1 引 言

國內外學者對氣管損傷氣道功能重建，對人工氣管的基礎研究和臨床實踐做了一定的研究，但對氣管軟骨的生物力學研究報道較少。前田富興等[1]對人工氣管的抗變形能力進行了研究。ToomesH等[2]以人工氣管氣道再建進行運動物實驗研究。劉德若等[3]對人工氣管進行了實驗研究。徐艷等[4]研究了紡織結構復合材料人工氣管。關于氣管軟骨的生物力學特性實驗國內、外學者們也進行了一定的研究，鄧衛軍等[5]對成年離體豬氣管進行了生物力學的特性實驗。王憶勤[6]等對大鼠氣管的零應力狀態進行了研究。 楊林等[7]對旋轉生物反應器用于提高組織工程氣管軟骨力學強度進行了研究。以往對氣管軟骨力學特性研究多以動物氣管軟骨和一維拉伸實驗居多[5-7]，對人氣管軟骨應力松弛粘彈性力學特性研究較少。生物材料的粘彈性主要以應力松弛蠕變為表現形式，應力松弛是軟組織在恒應變作用下，對載荷松弛適應性的反應，雖然機制尚不清楚，但氣管軟骨的應力松弛力學特性對于認識吻合口張力，確定氣管損傷后的張力臨界點具有重要意義。

氣管由于炎癥、腫瘤、損傷等疾患需要進行氣道再建，現代呼吸道(氣道)外科手術對氣管病變不超過1/2程度，可切除病變部位氣管后直接縫合吻接，修復和重建氣管的功能。當氣管切除超過其直接的吻合長度，則需要置換人工氣管。鑒于臨床實際需要，我們對正常國人尸體氣管軟骨進行了應力松弛實驗，得出了氣管軟骨7 200 s應力松弛量，得出了應力松弛曲線和歸一化應力松弛函數曲線。以一元線性回歸分析的方法處理實驗數據，得出了應力松弛函數方程。

2 材料與方法

2.1 材料

實驗標本正常國人新鮮尸體氣管標本2個，均為男性，25歲尸體1具，30歲尸體一具。由白求恩醫科大學解剖教研室提供。將氣管標本生理鹽水浸泡的紗布包裹，裝入塑料袋中密封后置于-20℃冰箱內保存。實驗前取出標本在常溫下解凍后，以手術刀切取軟骨環試樣10個。

2.2 試驗裝置

日本島津AG-10TA自動控制電子萬能試驗機，該機具有自動控制應力、應變增加速度和使應力或應變保持恒定的功能。載荷通過載荷傳感器傳遞，載荷傳感器最大量程100 N，使用量程10 N。

2.3 應力松弛實驗方法

首先測量式樣的原始尺寸。在軟組織測量實驗中，測量試樣的原始尺寸非常關鍵。作者采用國內外均認可的準長度理論，即在每一給定條件下式樣的長度等尺寸。將試樣裝夾在軟組織實驗夾具上，給予滿量程1%的初載做為準長度的基礎。利用讀數顯微鏡測量其長度、寬度和厚度，試樣的長度為25 mm，寬度為5 mm，厚度為1.8～2.2 mm，韌帶和其他軟組織一樣，其彈性主要來自熵的改變。因而不存在唯一的自然狀態，所以首先對試樣進行預調處理，即在同一應力水平下加載-卸載20次。對每個試樣分別預調處理后進行實驗。

將經過預調的10個試樣分別裝夾到軟組織專用夾具上，夾具與有機玻璃缸連接，玻璃鋼內裝pH值為7.4的生理鹽水，試樣置于生理鹽水中，裝有試樣的夾具與實驗機上、下頭連接。試驗機帶有-35℃～250℃環境溫箱?？勺詣诱{節溫度并保持恒溫。本實驗模擬正常人體溫，在(36.5±5)℃的溫度場下進行。預先設定好程序，記錄方式為X-T，其中X軸為應力，T軸為時間。本實驗以50%/min的速度對試樣施加載拉應變，當應變達到9.28%，應力達到1.207 MPa時保持恒定，應力隨時間的改變不斷下降。

計算機程序設定從時間t0開始采集數據，每10 s采集一個數據40次，之后每136 s采集一個數據，采集50次，共采集90個數據，歷時7 200 s達到設定時間后，計算機自動輸出實驗曲線和數據。

3 結果

3.1 應力松弛實驗數據和歸一化應力松弛函數數據

10個氣管軟骨試樣應力松弛實驗數據經統計分析后結果見表1。10個氣管軟骨試樣歸一化應力松弛函數數據見表2。表1 應力松弛實驗數據(x±s)表2 歸一化應力松弛函數數據

3.2 應力松弛曲線

對每組10個應力松弛試樣的實驗數據擬合應力松弛曲線見圖1。對每組10個試樣歸一化應力松弛函數數據擬合曲線見圖2。圖1 應力松弛曲線

Fig 1 The stress relaxation curve

圖2 歸一化應力松弛函數曲線

Fig 2 Normalized stress relaxation function curve

3.3 歸一化應力松弛函數方程的計算歸一化應力松弛函數方程的建立：以一元線性回歸方法處理實驗數據，松弛曲線是以對數關系變化的，因此設

G(t)=1

c lnt+d t=0

t>0(1)

令φ(a，d)=∑nt=1[G(t)-G(實)]2

則φc=0 φd=0

c∑11i=1ln2t+d∑11i=1lnt-∑11i=1G實=0

c∑11i=1lnt+d∑11i=1d-∑11i=1G實=0(2)

將實驗數據帶入(2)式，結出屈肌腱c=-0.0396，d=1.0306。將c、d代入(1)式得出氣管軟骨：

G(t)=1t=0

-0.0313lnt+1.0626t>0

4 討論

試驗結果表明，氣管軟骨7 200 s應力松弛量為0.316 MPa，應力松弛最初600 s變化較快，達總松弛量的30%，之后應力緩慢下降，達到7 200 s時曲線基本達到平衡，氣管軟骨的應力松弛曲線是以對數關系變化的。氣管軟骨在生理上主要是具有一定的舒張性，吸氣時伸長而變粗，呼氣時復原。氣管具有一定的屈、伸性，屈、伸時氣管和氣管軟骨都承受著一定的生理載荷。氣管的力學性能的保持主要是膠原纖維的合理排列分布為彈性支架，通過蛋白多糖的親水作用來形成局部的張力和滲透張力，當組織受載時，由于壓力差大于局部張力使水緩慢流出，當去載時由于組織的膨脹壓和滲透壓使水流回組織內[8]。在正常的生理狀態下，氣管軟骨能在生理載荷范圍內適應外力的牽拉，表現出一定抗張性。

氣管組織內含有膠原纖維，膠原纖維具有一定的韌性，膠原蛋白是動物體內含量最豐富的蛋白質，它是一種高級結構，可形成最佳的力學特性。膠原蛋白最最重要的力學性質是拉伸剛度和抗拉強度。

軟骨是一種多孔的粘彈材料，組織間隙為液體所充滿。在應力作用下，液體可在組織中流進或流出(當組織膨脹時流進，收縮時流出)，軟骨力學性能隨液體的含量而變化。事實上，液體在應力下的流動似乎是這種無血管組織取得營養的主要途徑。因此，研究氣管軟骨應力-應變的關系不僅對于了解軟骨傳遞載荷的特性有必要，而且對于了解組織的健康狀況也是非常重要的[9]，軟骨是由一種液相和固相組成，液相主要是水，固相主要是包括膠原纖維和彈性纖維，蛋白多糖和細胞成份。液相主要功能是通過自身的媒介作用把小的溶質傳送或擴散于組織內外，固相膠原纖維的網狀支架是張應變和張應力的表述[10-11]。蛋白多糖的親水性很強，對維持軟骨的粘彈性及對抗壓力起著重要作用。

本實驗初始應力與文獻[12]相同，但本實驗7 200 s應力松弛量低于文獻[12]中髖關節軟骨和膝關節軟骨。承重部位軟骨和非承重部位軟骨具有不同的力學特性。本實驗結果支持軟骨的力學性質與軟骨的膠原含量呈正相關的觀點。軟骨所處不同的生理解剖位置及不同的生理功能決定了其粘彈性的存在和其間的差異。

本實驗以正常人青年新鮮尸體氣管軟骨為研究對象。更充分地揭示氣管軟骨作為生物粘彈性材料的力學特性，對臨床更具有實際意義。

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第6篇：生物力學與醫學工程范文

【關鍵詞】 多孔磷酸鈣陶瓷; 骨水泥; 微孔; 生物相容性

Preparation and Characteration of Porous Calcium Phosphate Bioactive Material for Bone Tissue Engineering

【Abstract】 Objective To prepare the adaptive porous calcium phosphate bioactive material. Methods The hydroxyapatite/tricalcium phosphate biphasic powder was synthesized by the wet coprecipitation method. Then polymer sponge immersion method and appropriate progeny were used to prepare porous calcium phosphate (CaP) .The morphology and structure of CaP ceramics and CPC were observed by scanning electronic microscopy (SEM).Their phase composition were analyzed by Xray diffraction(XRD). Results The porosities of CaP ceramics and CPC were 72% and 67% respectively. Their pore sizes were 200 to 280 μm. The results of XRD showed that CaP ceramics composed of HA and βTcp， CPC composed of HA， βTCP. Conclusion The preparation by the experiment has appropriate pore size and porosity and excellent biocompatibility which are suitable to the bone ingrowth.

【Key words】 porous calcium phosphate (CaP) ceramics; cement; micropore; biocompatibility

1 前 言

磷酸鈣生物材料由于具有與自然骨組織相似的無機成分，因此表現出優良的生物相容性，植入體內后能夠與骨組織形成骨鍵合，被稱為生物或材料，并已經成功地被應用于臨床骨缺損的修復和填充［1］。但是，臨床常常會遇到病理情況下的骨缺損，如骨質疏松導致的骨缺損，患者的骨密度低，骨修復能力差；或者大體積的骨缺損。由于無機的磷酸鈣生物材料缺乏生長因子、蛋白質等，引導新骨長入磷酸鈣生物材料的能力有限，上述原因常常導致臨床不愈合或延遲愈合。因此，有研究提出通過體外培養細胞或在磷酸鈣生物材料中添加一定的生物因子，如骨形態發生蛋白［2］（BMP），轉移生長因子［3］（TGFβ）等，或者在生物材料體外培養細胞，通過添加生長因子或細胞賦予生物材料誘導組織再生的能力［4］ ，有巨大的發展前景。因此，如何制備模仿自然骨組織的孔隙結構，尤其是適合細胞長入的孔隙結構，包括適當的孔隙尺寸、以及孔隙的貫通性等，是當前骨組織工程研究的熱點［5］。

2 材料制備和方法

2.1 雙相磷酸鈣粉末合成

本研究采用Ca(NO3)2和(NH4)2HPO4作為起始原料濕法合成混合均勻的羥基磷灰石（hydroxyapatite， HA）/磷酸三鈣(Tricalcium Phosphate， TCP)。通過控制反應液中的pH值和Ca/P原子比可以制備不同HA/βTCP比例的共沉淀粉體?；瘜W反應方程式如下：

Ca(NO3)2+(NH4)2HPO4+NH4OH Ca5(OH)(PO4)3+ Ca3(PO4)2＋NH4NO3（式－1）

經老化，將沉淀過濾并用蒸餾水反復清洗至pH 7，烘干，球磨機研磨成粉末備用。

2.2 磷酸鈣多孔支架的制備

磷酸鈣陶瓷多孔支架材料采用有機泡沫浸漿法，將上述合成的磷酸鈣粉料加入蒸餾水調制成磷酸鈣漿料，浸漬有機泡沫，干燥，然后經過1 250℃的高溫燒結，去除有機泡沫，即可制備多孔磷酸鈣陶瓷。

根據文獻［6］，多孔磷酸鈣骨水泥粉末由αTCP（αCa3(PO4)2）、DCPD（CaHPO4.2H2O）、HA（Ca5(PO4)3OH）、CaCO3按58∶25∶8.5∶8.5的質量比混合而成。采用NaCl顆粒作為致孔劑，致孔劑占70 wt ％，其中60％的致孔劑的粒徑小于200 μm，剩下的40％分布在200～450 μm之間。采用磷酸緩沖液作為液相，將粉相和液相混合后，磷酸鈣骨水泥發生固化。在蒸餾水中將易溶造孔劑溶解，即形成多孔磷酸鈣骨水泥。

2.3 磷酸鈣多孔組織工程多孔材料的表征

2.3.1 孔隙率的測定 本研究采用直接稱重體積計算法測定多孔磷酸鈣陶瓷的孔隙率。先切取形狀規則且大小合適的多孔材料樣品，注意切割試樣時盡量不要使材料的原始孔隙結構產生變形，且試樣形狀應便于測量和進行體積計算。利用天平稱出試樣質量，利用游標卡尺進行樣品的尺寸測量，并計算其體積，根據公式得出孔率［7，8］。

本實驗中制備的骨水泥樣品，每個質量都為1g。凝固后形狀為圓柱狀，測得直徑為15 mm，高3 mm.本實驗采用的NaCl的密度為2.16 g/cm3.

2.3.2 形貌觀察 采用掃描電鏡觀察了組織工程多孔支架材料的高倍形貌。分別取兩種多孔磷酸鈣生物材料，鍍金，利用掃描電鏡（FEI，Quta 200）觀察多孔磷酸鈣生物材料的孔隙結構和形貌。

2.3.3 成分分析 采用X射線衍射測定兩種組織工程支架材料的相組成，測試條件采用X射線衍射儀（Philip，Xpert）對樣品粉末進行分析，選擇銅靶在35 mA、45 kV的測試條件［9］。

3 結果

3.1 磷酸鈣多孔材料的孔隙率

多孔材料的孔率（又稱孔隙率或孔隙度），是指多孔體中孔隙所占體積與多孔體總體積之比，一般以百分數來表示，該指標是多孔材料中的最基本的參數之一，也是決定多孔材料的其它性能的關鍵因素。多孔材料的孔隙包括貫通孔、半通孔和閉合孔3種，這3種孔率的總和就是總孔率［10］。

本研究所制備多孔磷酸鈣陶瓷的孔隙率約為72％；多孔磷酸鈣骨水泥的孔隙率約為67％.

3.2 形貌觀察

采用掃描電鏡觀察了多孔磷酸鈣陶瓷和磷酸鈣骨水泥的形貌，如圖2所示。從圖中可以觀察到，在兩種多孔支架材料大孔的孔壁上均有大量孔徑在幾個至數十微米的微孔，尤其是磷酸鈣多孔陶瓷。

3.3 成分分析

X射線衍射結果如圖3所示。從圖中可分析磷酸鈣陶瓷中主要相成分為羥基磷灰石（HA），此外還含有少量的磷酸三鈣（βTCP）。磷酸鈣骨水泥粉末主要為磷酸三鈣，其中主要包括β相的磷酸三鈣（βTCP）和少量的β相磷酸三鈣（βTCP）。磷酸鈣粉相和液相混合固化后，主要成分為HA、βTCP和βTCP，經過蒸餾水的浸泡后，其中的βTCP、βTCP的含量下降，尤其是βTCP的衍射峰基本消失，而HA的含量明顯增加［11］。

磷酸鈣骨水泥能夠自行硬化并轉化為羥基磷灰石的原理基于不同磷酸鈣鹽在水中的溶解度的差異。由于在pH 4.2～11范圍內，羥基磷灰石在水中的溶解度是最小的，因而在熱力學上是最穩定的。其它磷酸鈣鹽在水中會向HA轉化，因此，本實驗制備的磷酸鈣骨水泥隨著固化以及在蒸餾水中浸泡后，HA的含量明顯增加，而磷酸鈣骨水泥粉相中的αTCP等，溶解或轉化成HA。雖然自然骨中無機相主要為HA，但也有少量的TCP，因此HA、αTCP和βTCP三種磷酸鈣鹽均具有優良的生物相容性，已成功地被應用于臨床［12］。

4 討論

通過體外培養細胞或在磷酸鈣生物材料中添加一定的生物因子，如骨形態發生蛋白（BMP），轉移生長因子（TGFβ）等，或者在生物材料體外培養細胞，通過添加生長因子或細胞賦予生物材料誘導組織再生的能力，這種在體外構建組織的方法被稱為“組織工程”，是目前研究的方向［13］。根據ASTM標準其定義為：“在體內和體外應用科學原理和方法構建組織工程醫療產品，用于醫學診斷和治療。各種原理和技術是工程學和生物醫學基本的實踐和方法，例如：制造傳統醫療器械和生物制品的細胞、基因，或藥物治療，胚胎學或其他形式的發育學和生物學，外科修復方法和技術等。組織工程也可用于生產非人體用產品。”，根據ISO標準，其定義為：“指制造一類醫療產品的技術和工藝，這類醫療產品中活組織或細胞應能修復、改善或再生受者細胞、組織和器官和/或其結果和功能”。

組織工程的三大要素分別為：細胞、細胞生長因子和細胞載體材料。由于分離的細胞自身不能形成組織，它們需要特殊的環境，通常包括細胞生長臨時的支架材料。這種三維支架材料常常模擬其自然對應物——體內的細胞外基質，既起物理支架的作用，又是細胞在體外培養和后期植入的粘附物質。運用于骨組織工程的支架材料主要有無機材料和生物可吸收高分子材料或它們的復合物，無機材料主要包括羥基磷灰石（Hydroxyapatite，HA）、磷酸三鈣（Tricalcium phosphate， TCP）以及它們組成的雙相磷酸鈣材料等［14］。但如何制備模仿自然骨組織的孔隙結構，尤其是適合細胞長入的孔隙結構，包括適當的孔隙尺寸、以及孔隙的貫通性等，是當前骨組織工程研究的難點和熱點。

貫穿式多孔結構有利于組織液的滲入，使組織液能夠進入材料內部，材料與組織液接觸面積增加，有利于材料的生物降解［15］。為了適應新生骨組織長入材料的要求，微孔的最小孔徑必須大于100μm，此時，骨細胞可以在孔內生長，有利于材料的血管彼此連通，以保證長入材料深部的組織有營養供給，同時種植體可以起到支架作用［16］。

作者采用有機泡沫浸漬法和加入致孔劑的方法，制備出多孔磷酸鈣陶瓷和磷酸鈣骨水泥，通過控制有機泡沫的孔隙率和孔隙結構，以及致孔劑的加入量和尺寸，有效控制多孔磷酸鈣陶瓷和骨水泥中的孔隙率和孔隙尺寸，并分別采用掃描電鏡、X射線研究分析其表面形貌和孔隙結構，測定磷酸鈣陶瓷和骨水泥的孔隙率，以及相成分，證實其有利于細胞和細胞生長因子在體外構建組織，是具有適合新骨長入的孔隙率、孔隙尺寸和結構的多孔磷酸鈣組織工程支架材料。

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第7篇：生物力學與醫學工程范文

【摘要】 目的觀察中藥復方紅苓肝寶對酒精致小鼠骨丟失的預防作用。方法昆明種小鼠50只隨機分組，除對照組外，各組予50%（V/V）酒精按4 g·kg-1·d-1灌胃，藥物預防組分別在酒精灌胃前給予中藥低劑量（HLGB-L），高劑量（HLGB-H）和西藥對照，60 d后處死取左側脛骨上段不脫鈣骨切片進行骨組織形態計量學參數測量，腰椎及股骨測定骨生物力學指標。結果酒精組小鼠骨小梁面積百分數(%Tb.Ar）明顯降低(-66%，P

【關鍵詞】 紅苓肝寶； 酒精致骨丟失； 骨組織形態計量學； 骨生物力學； 小鼠

Abstract：ObjectiveTo study the protective effects of Hongling Ganbao(HLGB) on bone loss induced by alcohol in mice.MethodsFifty six-week-old KM mice， were randomly pided into 5 groups except for the control group. 50%(V/V) alcohol was given to the model mice according to the dosage of 4g/（kg·d).Low dose（HLGB-L）and high dose of HLGB（HLGB-H）were given to mice respectively before the alcohol was consumed in preventive groups. After 60 days， all mice were killed and their left tibial metaphysis were processed in undecalcified sections for bone histomorphometric analysis. The tested biomechanical properties of vertebra and femccr were tested. ResultsCompared with normal group， cancellous bone area (%Tb.Ar) was decreased obviously(-66%) in alcohol group， bone formation rate BFR/TV was decreased（-35%， P

Key words：Alcohol; Hongling Ganbao; Bone histomorphometry; Bone biomechanics; Mice

飲酒是嚴重的公共衛生問題，酒精干擾骨代謝、甚至引起骨量丟失、骨質疏松等不利作用一直以來未得到足夠重視［1］。有證據表明，長期飲酒即使是中等劑量（30～50 g/d），也是骨質疏松的危險因素之一［2］，因此對于酒精性骨質疏松癥的防治就顯得極為必要。

本課題組自行研制的一種中藥復方（已獲得國家發明專利，專利號：ZL00128705.2）是由紅花、茯苓、甘草、紅棗4種藥食兩用的中藥組成，其中多種成分均有提高機體的免疫能力及解毒作用。本實驗通過骨組織形態計量學結合骨生物力學方法，探討中藥復方紅苓肝寶對酒精致骨丟失的預防作用及其作用機制。

1 材料

1.1 藥物無水乙醇，批號2004042601，廣州化學試劑二廠產品，100%分析純，加蒸餾水配制成50％（V/V）的酒精溶液；阿倫膦酸鈉（固邦），10 mg/片，石家莊制藥集團有限公司產品，批號031201；特樂定（每片含有效成分134.4 mg），羅達研究實驗室股份有限公司產品，批號020101；中藥復方紅苓肝寶由紅花、茯苓、甘草、紅棗4種藥食兩用的中藥組成復方，濃縮至含生藥2 g/ml，由本校開發中心藥廠提供。

1.2 動物及分組 清潔級6周齡昆明種小鼠50只，體重25～35 g，雌雄各半，由本院實驗動物中心提供。隨機分成5組，正常對照組以蒸餾水10 ml/kg每日灌胃；酒精組（模型組），紅苓肝寶低劑量組（HLGB -L），高劑量組（HLGB-H），50％酒精按劑量4 g·kg·d-1灌胃，中藥組在給予酒精溶液前2 h分別給予紅苓肝寶水提液5，15 g·kg-1·d-1；固邦+特樂定+酒精組：固邦1.5 mg·kg-1·d-1，特樂定7.84 mg·kg-1·d-1，均按0.1 ml/10 g灌胃，間段單獨給藥，如第1個星期給固邦，第2個星期就給特樂定，給予藥物2 h后給予酒精。所有小鼠自由攝水、攝食，每周稱體重2次，根據體重調整用藥量，共60 d。

2 方法

2.1 檢測方法及觀察指標 處死后取一側脛骨經低速鋸暴露骨髓腔，上段進行不脫鈣骨包埋，并分別切成5 μm和10 μm的骨片。薄片Goldner染色后測量破骨細胞，厚片直接封片后經骨組織形態計量學軟件測量骨代謝相關指標，其測算參數及含義參見文獻［3］。骨生物力學測定：將保存的腰椎和股骨經材料測試系統（MTS 858 Mini Bionix 型，USA）檢測和分析其生物力學性能（由南方醫科大學生物力學國家重點實驗室協助完成），腰椎進行凹入實驗，股骨頸進行側摔實驗。

2.2 統計分析 采用統計學軟件SPSS 11.0進行方差分析，再進行組間兩兩比較。

3 結果

3.1 乙醇對生長期小鼠骨代謝的影響結果見表1。與正常組相比，酒精組的各參數值骨小梁面積百分率（%Tb.Ar），骨小梁數量(Tb.N)，熒光周長（L.Pm），骨形成率(BFR/TV)等均明顯降低。骨小梁分離度（Tb、Sp）增加。骨吸收參數單位骨小梁周長破骨細胞數（Oc.N/Tb.Pm）各組間沒有統計學差異。HLGB-L與酒精組相比沒有明顯差異，HLGB-H與酒精組和低劑量組比較，各參數值均有顯著差異，與陽性藥物組的效果相當，但%Tb.Ar沒有達到正常組的水平。表1 乙醇對小鼠脛骨上段松質骨的影響與正常組比較，*P

3.2 乙醇對小鼠腰椎抗壓性能及股骨頸結構強度的影響 見表2。表2 乙醇對小鼠腰椎抗壓性能及股骨頸結構強度的影響與正常組比較，*P

酒精組各指標值均有下降，HLGB-L與酒精模型組沒有改善，HLGB-H與酒精組和低劑量組比較，各參數值均有顯著差異，與陽性藥物組的效果相當，但沒有達到正常組的水平。

4 討論

骨組織形態計量學可直接觀察骨組織的微觀形態并進行定量分析，骨生物力學指標則有助于對骨質量進行直接評價，兩者結合可對骨的“質”和“量”進行綜合的評價。椎體凹入實驗主要用于測量松質骨的生物力學強度，敏感性相對較高，能表示抵抗外力的最大載荷［4］。股骨頸側摔實驗是一種模擬人的股骨頸骨折的發生機制而進行的實驗方法，能更真實地反映外力作用于標本造成骨折時的骨力學特性。

本實驗中由松質骨的形態計量參數可知道，喂食酒精的小鼠，松質骨骨量減少，骨的微觀結構變差：骨小梁稀疏，變細。動態參數的結果可以解釋主要是因為骨形成率的下降而導致骨量的減少。生物力學指標腰椎抗壓性能和股骨頸結構強度均明顯下降，說明小鼠已經出現骨質疏松的表現，骨質量下降。乙醇對骨的影響的機制研究目前認為主要是由于酒精中的乙醇及其代謝產物對成骨細胞的直接毒性作用，實驗表明酒精抑制成骨細胞的活性和增殖，抑制其前體細胞的形成［5］；近年來更深入的研究發現，乙醇抑制骨髓間葉干細胞的分化，下調膠原I的基因表達，減少其分泌并抑制礦化結節形成；還可誘導骨髓基質細胞向脂肪細胞分化，減少向成骨細胞分化［6］，最終導致骨形成率降低。酒精對骨吸收也有影響，有報道稱酒精可能是通過IL-6介導增加核因子kB受體活化因子配體（RNAKL）mRNA的表達，從而促進骨吸收，加速骨丟失。

給予中藥復方紅苓肝寶預防的小鼠，動靜態參數都有改善，松質骨骨量增加，微觀結構改善，骨形成率增加，紅苓肝寶高劑量的效果明顯，低劑量完全沒有預防骨力學性能下降的作用，高劑量則可明顯提高骨力學性能的兩項指標，與西藥對照組的效果相當，但都沒有達到正常組的水平。說明紅苓肝寶對酒精造成的骨量丟失有一定的預防作用。紅苓肝寶的組方中，紅花能活血通經，散瘀止痛，提高機體免疫功能以及抗炎作用，改善骨骼局部血液循環，茯苓中的三萜類有效成分據研究有利尿，增強免疫功能和保肝降酶作用［7］，大棗中的磷酸腺苷，甘草中的甘草酸都具有保肝護肝作用［8］，中藥復方可能發揮協同作用，增強機體免疫能力，并增強肝臟清除乙醇的能力，減少對骨骼的損害，這可能是紅苓肝寶發揮預防作用的主要原因。由于不能直接對抗乙醇對成骨細胞的作用，所以不能完全阻止骨量的丟失及骨力學性能的下降。

綜上所述，酒精攝入能造成生長期小鼠的骨質量下降，中藥紅苓肝寶有一定的預防作用，但不能完全阻止酒精對小鼠骨量和力學性能的不利影響。

【參考文獻】

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第8篇：生物力學與醫學工程范文

追夢――各具魅力的研究院校

幾十年來，為了人類醫療水平的提高，生物醫學工程的追夢人堅定地做項目、搞科研，研發出一個個新的醫療技術，更培養了一代代的生物醫學人才。國內生物醫學工程院校就是這樣一個群體，從最初建立院系學科到分專業發展科研，再到如今培育人才做實際項目，每一步都走得精彩。

重點名校

清華大學

作為國內首屈一指的理工科高校，清華大學的教學科研資源得天獨厚，生物醫學工程系也不例外。該系強大的師資力量不可小覷，教授就包括院士、“長江學者”特聘教授、美國電氣和電子工程師協會院士、美國醫學和生物工程研究院院士。另一方面，清華大學生物醫學工程系硬件設施優越。院系所在的醫學科學樓擁有7個科研實驗室和4個教學實驗室，各實驗室設施齊全，更引進了世界最先進的設備供師生研究所用。

清華大學生物醫學工程學科自創立以來，在醫學信號處理、生理系統建模仿真、超聲成像等領域進行了長期系統地研究，在生物芯片、生物信息學、神經工程、分子影像等新興方向有明顯特色。畢業生中既有國際知名大學的教授，也有國內醫療儀器產業的領軍人物，更多的是國內教學、科研、國防及產業方面的優秀人才。

清華大學生物醫學工程專業每年的碩士研究生總數在30人以內，具體到校內校外是1∶1的比例，考研招生的人數大概在15人左右。

上海交通大學

上海交通大學生物醫學工程專業創建于1979 年，同樣是我國最早建立生物醫學工程學科的院校之一。正如“早起的鳥兒有蟲吃”，上海交通大學生物醫學工程起步早，發展也較為成熟。2011年，上海交通大學生物醫學工程學院成立，旨在對接國家重大需求及臨床醫學發展需要，重點建設生物醫學儀器、神經科學工程、醫學影像信息、生物納米材料4個學科領域，致力于培養具有國際競爭力的生物醫學工程領域高端研發人才。生物醫學工程學院實施精英式教育，從一年級開始就實行導師制，進行全方位的導航。學生入校后，一、二年級夯實數理生基礎及專業基礎；三、四年級根據領域方向興趣，在導師的指導下，拓展知識，提升創新能力和實踐能力。這一教育方式讓該學科的畢業生更出類拔萃。

2010年上海交通大學生物醫學工程各專業研究生報考錄取表

專業名稱 報名

人數 錄取人數 報錄比

生物學 319 53 6.18∶1

化學工程與技術 43 9 4.78∶1

生物醫學工程（83100） 95 30 3.17∶1

生物醫學工程（430131） 8 21（含推免） 未知

生物工程 7 4 1.75∶1

西安交通大學

西安交通大學的生物醫學工程在業內聲名遠揚。2000年，在原西安交通大學、西安醫科大學、陜西財經學院三校合并及學科交叉融合的基礎上，生命科學與技術學院成立。該院下設生物醫學工程系、生物科學與工程系兩個系，設有生物醫學工程研究所、生物醫學分析技術與儀器研究所、分子遺傳學研究所、癌癥研究所、生物醫學工程與儀器研究所、線粒體生物醫學研究所六個研究所。依托學校的整體實力，學院還設有現代醫學電子技術及儀器國家專業實驗室、生物醫學信息工程教育部重點實驗室、生物醫學工程陜西省重點實驗室三個重點實驗室。2011年西安交通大學生命科學與技術學院生物醫學工程招收學術型碩士研究生50人，全日制專業學位研究生20人。

復旦大學

復旦大學生命科學學院創立于1986年，是我國最早在大學中成立的生命科學學院，也是國家生命科學和生物技術人才培養基地。生命科學學院由生態與進化生物學系、微生物學和微生物工程系、遺傳學和遺傳工程系、生理學和生物物理學系、生物化學系五個系級單位組成，擁有遺傳工程國家重點實驗室、生物多樣性與生態工程教育部重點實驗室、現代人類學教育部重點實驗室三個國家和教育部重點實驗室，以及遺傳學研究所、發育生物學研究所、植物科學研究所、生物多樣性科學研究所、進化生物學研究中心等七個研究機構。學院以科學研究為主導，以爭取國家級重大項目為抓手，力爭在科研成果、科技產業化等方面實現快速發展。

2010年復旦大學生物醫學工程各專業研究生報考錄取表

專業名稱 報名人數 錄取人數 報錄比

生態與進化生物學 18 6 3∶1

微生物學和微生物工程 49 11 4.45∶1

遺傳學 90 42 2.14∶1

生理學和生物物理 8 5 1.6∶1

生物化學 128 48 2.67∶1

實力院校

浙江大學

1977年浙江大學科儀系設立國內第一個生物醫學工程專業，并相繼建成我國生物醫學工程第一個碩士學位授予點、第一個博士學位授予點和第一個博士后科研流動站，現隸屬浙江大學信息學部生物醫學工程與儀器科學學院。其生物工程系在我國生物醫學工程業內享有“黃埔軍校”的美譽。學院建有生物傳感技術國家專業實驗室、生物醫學工程教育部重點實驗室等學術研究機構。學院與國際一流大學及科研機構的交流和合作廣泛，多次舉辦高質量的國際學術會議。作為實力派院校之一，學院辦學條件優越，科研實力強勁，現有科研實驗用房6千多平方米，歷年來先后獲得國家級和省部級科技進步獎30余項，多項科研成果居國內外領先地位。

學院碩士招生按生物醫學信息處理、醫學成像與圖像處理、醫學儀器、生物傳感技術、定量與系統生理等方向進行，按下表中的小專業錄取。其中免試研究生比例約50%。

2010年浙江大學生物醫學工程各專業研究生報考錄取表

專業名稱 報名

人數 錄取

人數 推免人數

電子信息技術及儀器 110 24 未知

生物醫學工程（083100） 86 46 未知

儀器儀表工程 1 6 5

生物醫學工程（430131） 6 14 8

東南大學

作為國內生物醫學行業的佼佼者，東南大學生物科學與醫學工程學院以強大的實驗平臺和嚴謹的治學態度見長。該學科設有生物電子學國家重點實驗室、江蘇省生物材料與器件重點實驗室。另外，在蘇州、無錫等地開設科研基地，給學生提供了優良的實踐平臺，更方便學院與校外公司合作。在教學治學方面，全院師生在韋鈺院士的帶領下，在追求知識和理想中求實進取，勇于創新，創造了很多卓越的科研成果。

依托強大的學科優勢，生物科學與醫學工程學院學生學術思想活躍，專業基礎扎實，具有較強的創新意識，大受用人單位歡迎。畢業生可到生物醫學工程和電子信息工程領域的企業、高校、科研院所、醫院等單位從事研究、設計、管理等方面的工作。

在考研招生時，學科分兩個方向來錄取。對于初試，考卷一般都不會設置太難，主要是對基礎知識部分的考查。

2010年東南大學生物醫學工程各專業研究生報考錄取表

專業名稱 報名人數 錄取人數 推免人數

生物物理學 15 4 0

生物醫學工程 106 61 13

華中科技大學

華中科技大學生命科學與技術學院擁有生物醫學工程和生物物理學兩個國家重點學科。學院科研實力雄厚，依托學院建立的科研基地包括：國家納米藥物工程技術中心、科技部基因工程“國際科技合作基地”、武漢國家生物產業基地、生物醫學光子學教育部重點實驗室、中英基因工程和基因組學聯合實驗室、中德馬普生物物理與生物化學合作實驗室等。近三年承擔國家和?。ㄊ校┭芯空n題234 項，其中國家自然科學基金108項，獲得省部級以上獎勵5項，獲得授權發明專利23 項，發表SCI收錄論文418篇。

學院研究方向包括醫學圖像處理與分析、醫學成像技術與應用、生物醫學信號檢測與處理、納米生物光子學與生物傳感技術、人工器官等。近兩年的考研報錄情況未公開，但歷年報考人數一直在全國高校內居多。

逐夢――與時俱進的研究分支

近年來，隨著生物醫學工程學科的發展，生物醫學工程技術也日趨成熟，各分支方向的發展也日益明晰。那么，經過幾十年的科學探索與研究，生物醫學工程的發展現狀如何？生物醫學工程研究包括生物力學、人工器官、生物醫學信號檢測處理、生物醫學儀器、生物醫學成像、生物醫學超聲、生物材料與微納米生物技術、分子電子學以及遠程醫療與社區保健工程等分支?，F今，各分支的發展與研究進行得如火如荼，研制出一系列輔助醫療儀器與關鍵技術，并在人類醫療診斷中發揮了很大作用。一般來說，我們可以將這些分支簡分為四個方向：醫學影像學、醫學信息工程、醫學儀器和分子生物學。

那么，對生物醫學工程懷有憧憬的你，應該如何選擇自己的努力方向呢？古人云：“知己知彼，百戰不殆。”我們需要了解生物醫學工程，明白自己對哪方面感興趣。

醫學影像學

影像學診斷是20世紀醫學診斷最重要、發展最快的領域之一。20世紀50年代x光透視和攝片是臨床最常用的影像學診斷方法，而由于X線、CT技術的出現和應用，影像學診斷水平發生了飛躍，極大提高了臨床診斷水平。核磁共振計算機斷層成像系統，不僅可分辨病理解剖結構形態的變化，還能做到早期識別組織生化功能變化的信息，有利于臨床早期診斷。醫學影像學由此而生。

不同于醫學專業的影像學注重使用影像來診斷病情，生物醫學工程醫學影像學注重研究如何給醫生提供更好的圖像信息，如何將人體成像的信息更加可視化。近年來，各相關研究機構研發了許多新型的醫學影像技術，包括人體各大臟器、血液乃至皮膚的成像技術，提取出更加有效的醫學特征輔助醫生治療。

醫學影像的研究對于研究人員的計算機水平有很高的要求，如在本科階段學習的matlab/c++等軟件是較為常用的編程軟件。該方向研究生階段的學習科目有《醫學影像學》《多維信號處理與分析》《信號處理的小波變換》等，主要介紹醫學成像的基本原理與關鍵技術，是本科階段《大學物理》《高等數學》《數字信號處理》等課程的深度延續。

這一方向的研究在生物醫學工程專業中較為普遍，很多大學都開設相應的課程或實驗室。由于各院校發展情況不同，研究方向的名稱也略有不同，感興趣的考生可以利用網絡資源加深了解。典型的院校有：清華大學、上海交通大學、華中科技大學、東南大學等。

醫學信息工程

醫學信息工程研究方向包括神經功能工程、生物醫學信號的檢測與處理、生物信息獲取以及傳感生物信息系統和應用等分支。其主要工作目標一方面是為神經科學研究建立交叉的技術平臺，另一方面是為臨床神經疾病的診斷和治療提供新的解決方案。生物醫學信號是人體生命信息的集中體現，是窺視生命現象的一個窗口。通過檢測心電、腦電、肌電和細胞電活動、體溫、血壓、呼吸、心音、肌肉收縮等生物信號，提供給醫生最好的診療信息。

該方向研究生階段的課程設置主要包括《電路》《信號與系統》《數字信號處理》《數據結構》《生物系統及建模》《生物醫學模式識別》等。各院校的課程設置基本相同，或者是相關課程的拓展。同樣，該方向對學生的計算機編程能力有一定要求，在學習或實驗中需要熟練應用計算機處理實驗數據。畢業生的就業去向主要是電子信息和醫學信息類的科研院所、醫藥衛生單位、生物醫學電子信息企業等，從事科研、開發、應用設計制造及設備管理等方面的工作。國內開設該方向的院校有：四川大學、電子科技大學、西安交通大學、浙江大學、東南大學等。

醫學儀器

醫學電子儀器是生物醫學工程學科的一個重要分支。19世紀末20世紀初，人類研制成功的各種治療儀器大量進入臨床，最具代表意義的有可植入式心臟起搏器、高頻電刀、激光刀等。伴隨微電子技術和計算機技術的發展，各種物理治療類儀器發揮了越來越顯著的作用。目前的研究課題包括：面向腫瘤診斷治療的新型設備的研究開發、基于物理方法的熱治療技術、大功率驅動技術及醫學儀器的設計與制造、面向家庭和社區醫療的數字化儀器的研發等方面。

該方向研究生階段的課程主要有《智能儀器設計》《高級醫療儀器》《醫學儀器原理》等，是本科階段《微機原理與接口技術》《傳感器技術》《信號處理技術》等課程的延續。國內開設該方向的院校有：上海交通大學、清華大學、浙江大學、四川大學等。

分子生物學

分子生物學是以分子水平研究生命本質的一門新興邊緣學科，它以核酸和蛋白質等生物大分子的結構及其在遺傳信息和細胞信息傳遞中的作用為研究對象，是當前生命科學中發展最快，并正在與其他學科廣泛交叉和滲透的重要前沿領域。由于分子生物學的不斷發展，現代生物醫學工程中人工關節、人工心臟起搏器、人工心臟、人工肝、人工肺等在臨床上得到應用，使千千萬萬的患者恢復了健康。隨著社會多樣性發展，市場需求的不斷變化，該方向也會研發出新的生物能源、保健、護理產品，甚至是化妝品相關的技術。

第9篇：生物力學與醫學工程范文

關鍵詞：頸干角 股骨頸 骨質疏松 骨折

【中圖分類號】R4【文獻標識碼】A【文章編號】1008-1879(2012)02-0011-01

進入21世紀以來，伴隨著我國的人口老齡化進程逐步加快，老年常見病（骨質疏松）越來越受到全社會廣泛的關注，骨質疏松易引發骨折。世界衛生組織（WHO）將本世紀2010年前的10年確定為“骨關節病的10年”，這意味著骨質疏松、股骨頸骨折、股骨頭壞死等疾病的治療和預防已經成為當今醫學研究的主題［1］。其中，股骨頸骨折是骨疾病中的一常見病，此病好發于老年人。本文作者通過研究發現頸干角的大小與股骨頸骨折有關聯，頸干角過小是它的另一種危險因素。

骨質疏松性骨折中股骨頸骨折的發病率最高、危害性較大、治療費用較高，同時易引發其他疾病，譬如心腦血管疾病，進而危及生命。現報道如下：

1 材料和方法

1.1 研究對象。收集2006年~2011年6月期間股骨頸無移位的骨折患者35例髖關節前后位平片，所收集的患者均無嚴重暴力外傷所致骨折。35例中，男8例，女27例，年齡均在65歲或以上。在X線平片上顯示患者均有骨質疏松，即骨松質有低密度模糊影像。

1.2 測量方法。在35張X線前后位平片上測量頸干角，要求是骨折側即患側的頸干角，方法如下。①確定股骨頸軸：通過股骨頭球心至轉子間嵴連線的中點的連線即為股骨頸軸。②確定股骨干縱軸：通過股骨主干中軸和大轉子尖端的軸線。③用特制的測量儀測量傷側的股骨頸軸與股骨干縱軸的交角，即頸干角。

2 結果

本組的頸干角均在正常范圍內，經統計，最小值為110°，最大值為138°，平均值118.5°。2組的病例從小到大依次分為110°~125°為29例，126°~140°為6例。頸干角的性別差異，女性略大于男性，但無統計學意義（P>0.05）。

3 討論

股骨頸干角是指股骨頸軸與股骨干軸的交角，也稱內傾角，此角在成人介于110°~140°之間，平均為125°。股骨頸骨折是一種常見于老年人損傷。因為老年病人骨質疏松，所以在絆倒時，只需很小的扭轉暴力，就能引起骨折。

股骨頸的特殊結構和它的受力狀態是生物力學中的一個重要的問題，這種結構可以使之在不同的載荷下，隨壓力方向的不同而產生不同的彈性變形，從而可以承受較大的壓力和變形［2］。雙足站立時，髖關節支撐人體的頭、軀干和上肢，它們占人體重量的62%，其重心線通過兩股骨頭中心的連線中點，單側關節支持人體重量的31%。髖關節所受的合力R與股骨頸軸線不一致，相交在股骨頭中心［3］，R使股骨頸彎曲，因此在股骨頸引起內下側壓應力和外上側張應力，而壓應力總是大于張應力。最大壓應力在股骨頸的內側，最大張應力在其外側，頭頸的中心軸既無壓應力也無張應力，由于R作用在股骨頸是傾斜的，也引起剪應力S的大小，取決于合力R的大小以及合力和股骨頸軸線的夾角。

人體髖關節是一個復雜力學傳遞系統，從身體經股骨頭向股骨上端的載荷傳遞并不在一條直線上，而是存在較大的彎距。股骨上段的框架結構可對彎距進行轉化。根據力學的平行四邊形法則，從身體傳向股骨頭的載荷經轉化后可分解為兩個分力，其中有一個分力垂直于股骨頸，是作用于股骨頸的重要力量，它的大小也與頸干角的度數有關；即頸干角越大，垂直分力就越小，越不易骨折，反之，則越易發生骨折。

股骨頸骨折在老年人中最常見，從生物力學角度考慮，其原因主要有以下幾方面：①老年人骨質疏松，股骨頸逐漸發生退行性變，皮質薄而疏松，骨小梁稀疏，張力骨小梁及壓力骨小梁減少尤其明顯；②Ward’s三角區在老年人常常僅有脂肪填充，使此區更加脆弱；③老年人髖周肌群退變，反應遲鈍，不能有效地抵消髖部的有害應力。

老年人有骨質疏松，骨質生物力學性能急劇下降，首先是抗張應力的能力減弱，所以骨折首先發生在承受張應力最大的股骨頸外方頭頸交界處。當頸干角變小時，則內側應壓力和外側張應力均增大，故易發生骨折；當頸干角增大時，則隨增大程度的增加，張應力逐漸減小以至消失，故不易發生骨折［4］。

關于頸干角的性別差異，國內學者研究得較少。有文獻報道，女性的股骨頸干角略大于男性，但經過t檢驗，兩性之間差異無統計學意義（P>0.05）［5］。男性由于通過骶股弓傳來的負重力大于女性，所以股骨頸干角小于女性。按照這種分析，男性應該比女性更容易患股骨頸骨折，但臨床上股骨頸骨折卻是女性患者居多。這是由于女性發生骨質疏松的幾率比男性要多得多，而骨質疏松更易使老年人發生股骨頸骨折。

通過對35例患者的臨床研究，股骨頸干角小于125°的老年女性發生骨折的危險度明顯增加，則需要加強針對性的力量鍛煉，提高防護意識，避免跌倒、碰撞等容易造成股骨頸骨折的意外事故。這在預防學上有重要意義。

參考文獻

［1］ 唐瀟，錢競光，宋雅偉等，股骨頸干角、骨密度與股骨頸骨折的關聯分析.南京體育學院學報,2006,5(1):30~32

［2］ 肖德明,曾紀葵.股骨頸骨折不同角度固度的生物力學比較研究［J］.山東生物醫學工程,1994,13(2):28~31

［3］ 趙炬才,張鐵良.髖關節外科學［M］.北京:中國醫藥科技出版社,1996