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1、医学物理学教学内容纲要第一章 生物力学第一节 生物组织的力学特性1. 应力和应变 应变外力作用下，物体发生的形状和大小的相对变化。应变是量纲为1的量。 弹性形变：在一定的限度内，当外力撤消后物体能完全恢复原状所对应的形变。塑性形变：超过一定的限度后，当外力撤消后物体不再能完全恢复原状所对应的形变。张应变：物体在受到外力牵拉或压缩时，所发生的长度变化l与物体原长度l之比；体应变：物体受到压力时，在形状没有改变的情况下，所发生的体积变化V与物体原体积V之比；剪应变（切应变）：物体受到切向力时，在只发生形状变化而没有体积变化的弹性形变的情况下，其切向形状的变化x与其厚度d的比值。 应力物体发生形变时
2、，单位面积上的弹性力： 张应力：使物体处于拉伸状态的应力 体应力：使物体体积变化的力？ 剪应力（切应力）：单位截面受到沿切向的内力？2. 弹性模量 应力-应变的关系：正比极限：O点到A点一条直线，应力与应变成正比。弹性极限：A点到B点应力与应变不再成正比，但是将O点到B点之间将引起形变的外力除去后，材料可以顺着原曲线返回，B点则为弹性极限。断裂点： 弹性模量(elastic modulus)：某一种材料的应力与应变的比值。杨氏模量E：正应力与张应变的比值；剪切模量（切变模量）G：切应力与切应变的比值；体变模量：体积形变中的压力p与体应变V/V之比。3. 物质的粘弹性 粘弹性的特点：应力松驰或张
3、驰(relaxation)：在物体突然发生应变时，在应变保持一定的情况下，相应的应力随时间的增加而下降。蠕变(creep)：物体的应变随时间的增加而增大，而应力保持一定。滞后(hysteresis)：对物体作周期性的加载和卸载，加载卸载时的应力-应变曲线不重合。 粘弹性体的力学模型Maxwell 模型：两个元件应力相同，应变是二元件应变的总和；Voigt模型：两个元件应变相同，应力是二元件应力的总和；四元模型：应变为弹性应变、延迟弹性应变和粘性应变的总和。4. 生物组织的力学性质 软组织的一般力学性质：大变形特点；应力-应变非线性关系；对应变率不敏感；呈现应力松弛；蠕变特性。 硬组织骨的力学性
4、质骨的力学性质：骨骼的应力与应变的关系；具有各向异性的力学性质；骨的弹性模量；强度与密度之比很大；具有非常优良的机械结构。软骨的力学性质：应力-应变关系具有滞后环，应力峰值随应变率增大而略有增长；具有良好的润滑性能。复习题名词概念1. 弹性形变 塑性形变2. 应力 张应力 体应力 剪应力3. 应变 张应变 体应变 剪应变4. 应变率 剪变率5. 正比极限 弹性极限 断裂点6. 弹性模量 扬氏弹性模量 切变弹性模量 体变弹性模量7. 粘弹性 应力松驰 蠕变 滞后问答题1. 粘弹性和弹性材料比较有何不同？（1）弹性材料的特点是其内部任意一点、任意一刻的应力，完全取决于当时、该处的应变，与应变的历史
5、过程无关。（2）粘弹性材料任一点任一时刻的应力状态，不仅取决于当时、该点的应变，而且与应变的历史过程有关，即材料是有记忆的。2. 试推导粘弹性体的Voigt模型。3. 粘弹性物质的特点？4. 蠕变与松弛有和区别？5. 软组织的一般力学性质有哪些？6. 骨骼的力学性能质有哪些特点？第二章 生物流变力学第一节 生物流变学物理基础理想流体 稳定流动 牛顿流体 非牛顿流体 流动曲线 屈服应力 触变性片流 湍流 流阻 泊肃叶流动 雷诺数表观粘度 相对粘度 Casson方程FahraeusLindqvist效应毛细管逆转现象 临界半径红细胞的变形能力 红细胞的聚集性理想流体：绝对不可压缩完全没有粘滞性的流
6、体。稳定流体：如果流体流经空间各点的速度不随时间改变，这种流动状态称为稳定流动。牛顿液体：遵从牛顿粘滞性定律的液体。非牛顿液体：不遵从牛顿粘滞性定律的液体。流动曲线：在任一时刻，可以在流场中划出一系列假想的曲线，并使曲线上任意点的切线方向与流经该点的流体粒子的速度方向一致，这些线就成为这一时刻流体的流线。屈服应力：某些非牛顿流体，形成疏松的空间结构，当施加的剪应力比较小时，这种结构可以有所改变，流体变形，但不至于流动。当剪应力增大到一定值时，流体才开始流动，该力为该流体的屈服应力。触变性：形成上述疏松结构的流体受到较大剪应力的作用，会溶解成分散状态，静置后再凝固成输送结构，这成为触变现象。其黏
7、度不仅依赖于剪变率的大小，也依赖于剪变率作用的时间，称为触变性。片流：湍流：指当处于层流的流体速度增大到某一数值时，层流状态就会被破坏，各液流层间流体粒子大量互相掺混，流动紊乱，甚至出现涡旋。表观粘度：流体的切应力与剪变率的比值。相对粘度（比粘度）：样品表现粘度与溶剂粘度的比值。1. 连续性原理和伯努利方程 连续性原理 伯努利方程（理想流体）（粘性流体）2. 牛顿粘滞性定律 层流（片流）：当粘性液体流速不太大时，液体将分层流动。层流具有如下特点：分层流动，各层的流速不相同；流速v的方向与层面相切，没有法向向量；层与层之间无质量交换。 粘滞性：流体在流动过程中，内部是存在相对运动形式的；在做相对
8、运动的两层流体之间的接触面上，存在一对阻碍两流体层相对运动的大小相等、方向相反的内摩擦力。流体的这种性质即为粘滞性。 速度梯度：在垂直于流动方向上，每增加单位距离流体速率的增加量，称为平均速度梯度；极限即为速度梯度。 牛顿粘滞性定律： 粘滞系数：上述中的比例系数，简称粘度；是流体粘滞性的量度，在国际单位制中的单位是Pas。 剪变率：剪应变随时间的变化率。3. 牛顿流体和非牛顿流体 牛顿液体：遵从牛顿粘滞性定律的液体。 非牛顿液体：不遵从牛顿粘滞性定律的液体。（3）流动曲线：4. 泊肃叶流动 泊肃叶定律 流阻Rf：5. 雷诺数 湍流：指当处于层流的流体速度增大到某一数值时，层流状态就会被破坏，各
9、液流层间流体粒子大量互相掺混，流动紊乱，甚至出现涡旋。 雷诺数(Reynolds number)Re：（没有单位的纯数） 层流和湍流的判别第二节 血液的流变学性质1. 血液的粘度 表观粘度：流体的切应力与剪变率的比值。 相对粘度（比粘度）：样品表现粘度与溶剂粘度的比值。 还原粘度：消除浓度影响后，反映的构造粘度。2. Casson方程3. 血液的触变性和滞后现象触变性(thixotropy)：一种对于剪变率和剪变时间均有依赖性的流变特性。特征：具有一定屈服应力；扭矩衰减曲线；滞后环。第三节 影响血液粘度的因素1. 血细胞比积对血液粘度的影响 HCT a； 血浆粘度p 血液粘度a主要取决于血浆蛋
10、白。2. 血细胞的聚集性与变形性的影响 红细胞变形能力 血液粘度（高切）； 红细胞聚集 血浆粘度（低切）；P ar； 温度 HCT 红细胞聚集 白细胞与血小板 a。3. FahraeusLindqvist效应表现粘度a与管径有关。R300m，R a；R100um，R a：4. FahraeusLindqvist逆效应（毛细管逆转现象） 管径临界半径时，R a 逆效应。5. 影响全血粘度的各因素RBC表面电荷变化血浆蛋白 RBC聚集 RBC变形性 血浆粘度 全血粘度 切变率 血管口径和内壁 温度 HCT第四节 血细胞的流变性1. 红细胞的变形性 红细胞的变形 溶液渗透压改变时，RBC形状改变很显
11、著，但表面积的变化却很小，这是RBC变形的根本特点。 红细胞可变性的生理意义决定血液粘度的主要因素之一：主要影响高切时的粘度，RCD ；减少血管的血流阻力：RCD Z；保证微循环正常的重要因素：RBC可变形性 轴流现象 a Z，RBC变形性 微循环灌注量；决定体内RBC寿命的重要因素：RBC老化 变形性 寿命；使RBC更有效地发挥运输气体的功能 影响红细胞变形性的因素决定RCD的内部因素 RBC膜的流变性：膜的流动性、“坦克履样式运动”及粘弹性。 RBC内液的粘度i影响因素：a. 平均血红蛋白浓度MCHC i 变形性；b. 红蛋白理化性质（溶解度、稳定性、氧饱和度）。 RBC的几何形状：球形指
12、数Si 变形性。影响红细胞变形的外部因素：切变率 变形； 血管直径 变形； 细胞浓度 变形； 介质浓度 变形；血浆蛋白 p r 刚性； 血浆渗透压； pH 球形化及膜的弹性 变形性； 电解质； P(O2)和P(CO2)，P(O2)70 mmHg 变形性；其它，ATP水平 变形性，氧化剂自由基变形性，T41RBC刚性。2. 红细胞的聚集性 RBC聚集的必要条件：RBC变形性正常；血浆中高分子蛋白质存在。 RBC聚集的主要影响因素：灌注压和切应力；RBC表面的负电荷 不易聚集；血浆蛋白分子的桥联作用；其它因素。 RBC聚集的生理和临床意义第六节 血液流变学参数测定1. 血液粘度的测定 毛细管型粘度
13、计：惯性较小，在剪变率很高时仍可用于作定常剪切流动流变测量。 毛细管粘度计：缝隙粘度计 旋转型粘度计：有惯性、粘弹性和流体其他效应，难以保持定常剪切流动，剪变率也受到限制。共轴圆筒(Couette)粘度计：锥板粘度计2.6.2 红细胞变形性测定 粘性法（粘度法） 核孔膜滤筛法 激光衍射法 其他方法1. 微吸管法2. 电导法3. 电子自旋共振法2.6.3 红细胞聚集性测定 1 粘度测定法2 红细胞沉降率法3 触变参数测量法4 动态光学法5 红细胞电泳法等第三章 感觉的物理学* 人体感觉的分类：1、内部感觉可觉察的感觉：用于保持器官的健康与正常活动的感觉，有人体内部感受器感受。不可觉察的感觉：四肢位置的官爵和关于平衡的前庭感觉2、外部感觉味觉(舌头)、嗅觉(鼻子)、触觉(皮肤)、听觉(耳朵)、视觉(眼睛)3、感觉的产生过程：第一节 触觉的物理学一、触觉(Sense of touch)：1、皮肤的作用：* 皮肤的结构：2、触觉的产生： 包括力学感受器、伤痛感受器和温度感受器等。3、力学感受器： (1)作用：响应有关力学负载的刺激。(2)组成：毛囊感受器、环层小体、自由神经末梢(3)环层小体结构：形似一橄榄球。60层扁平细胞层叠环绕一中心核构成，而其整体
