课程编号：10z8001
课程名称：（中文）高级生物力学
（英文）Biomechanics
学分/学时：3/48
先修课程：连续介质力学，高等数学
一．课程教学目标
本课程的目标是简洁而较全面地介绍生物力学（包括：肌肉骨骼系统、心血管系统、口腔、细胞）的基本概念、分析方法及原理，以及研究内容和研究方法。主要由两部分组成：第一个部分为老师讲授；第二个部分是通过让学生查阅与生物力学有关的资料，进行文献综述并讲述。通过本课程的学习，学生应达到分析和研究生物力学中问题的基本能力。
二．教学内容及基本要求
本课程讲授内容为目前生物力学中的基本课题、分析方法及原理。分为肌肉骨骼系统、心血管系统、口腔、细胞（分子）生物力学四个部分，以及与之配套的实验课。通过本课程的学习，要求学生达到分析和研究生物力学中问题的基本能力。
第一章 导论 2学时
作为一门独立的学科，生物力学兴起于上个世纪60年代中、后期。但人们对生命运动的力学问题的研究却由来已久。本章主要回顾生物力学的简要历史和主要分支，以及生物力学中的研究的方法。要求学生了解生物力学与传统力学的关系、它的特殊性和研究问题的方法与传统力学的差别
第一节 生物力学的简要历史及主要分支
第二节 生物力学研究的方法，生物力学研究对象的复杂性导致其研究方法的特殊性
第二章 生物力学基础 10学时
主要讲授理论力学的基本原理，并将理论力学结合人体肌肉骨骼系统解剖学灵活应用，用以分析运动力学中的种种现象，为后续的生物力学课程打好基础
第三章 血液流变学 3学时
生理流动不同于传统流体力学问题的根源之一在于流体物性的复杂性。血液是心血管系统中的工作介质，研究心血管，首先要弄清血液的流变特性。要求学生掌握研究血液流变学的基本方法和原理、血细胞的流变性质和血液的流变性质、影响血液流变性质的主要因素
第一节 血液的基本性质
第二节 血液在微血管里的流变特性
第三节 毛细血管内血细胞的运动和阻力
第四章 心血管系统的力学性质 1学时
了解了心血管系统中的工作介质（血液）后，我们还必须了解血液流动的边界：血管。本章向学生介绍心血管系统的几何形状、各种血管壁的结构和力学性质。要求学生掌握各种血管粘弹特性测试的基本方法、动脉血管的增量线性力学性质、血管的运动。
第一节 心血管系统的几何形状
第二节 血管的构造及其力学性质
第三节 动脉血管的增量线性力学性质
第四节 血管的运动
第五章 血液流动 14学时
人体任一组织的生理机能和血液在该组织内部的灌注情况有密切的关系。因此，对血液在人体内的输运过程和各器官、组织和血液灌注的规律（定量）的了解是极其重要的。本章主要介绍伯努利方程及其在血流动力学中的应用、血管中波的传播、心血管系统物理模拟理论、大动脉、微循环中的脉流动。要求学生掌握分析血液流动中基本问题的能力。通过向学生介绍血液循环力学方面的研究主题，让学生了解目前国际上在该研究领域的动向。
第一节 伯努利方程及其在血流动力学中的应用
第二节 平直血管内的层流定常流动，Poiseuille方程及其在血流动力学中的应用
第三节 流动的动力相似性、雷诺数，Womersley数、边界层
第四节 血管中波的传播
第五节 心血管系统物理模拟理论
第六节 大动脉中的脉流动
第七节 微循环中的流动
第八节 血流动力学的数值仿真
第九节 动脉粥样硬化的局部性现象
第十节 动脉系统中的旋动流现象
第六章 骨生物力学 4学时
骨生物力学是生物力学的重要分支，本章将首先简介骨的解剖结构和生理学基础，然后介绍骨力学特性与微结构特征的测量方法以及骨重建的实验研究和计算仿真方法，最后将介绍骨生物力学在临床的应用。要求学生掌握骨的解剖结构与生理学基础，掌握骨力学特性的测量方法，了解骨重建基本理论和研究方法，并能根据临床要求进行简单的骨生物力学分析。
第一节 骨组织的解剖及生理学基础
第二节 骨组织的力学特性和测量方法
第三节 骨组织的微结构特性和测量方法
第四节 骨重建的实验研究
第五节 骨重建的计算仿真
第六节 骨生物力学的临床应用
第七章 口腔生物力学 2学时
本章将以口腔正畸和口腔修复为例介绍口腔生物力学的研究对象、研究方法与临床应用，要求学生掌握相关的基本术语和概念，了解生物力学在口腔医学中的重要作用以及相关的研究热点和研究手段。
第一节 口腔正畸中的生物力学研究
第二节 口腔修复中的生物力学研究
第八章 细胞与分子生物力学 6学时
（本章主要介绍细胞的基本结构：细胞膜和细胞骨架，细胞对力学信号的响应以及目前细胞和分子力学的研究内容和方法。要求学生从力学的角度，对细胞有更深层次的认识。）
第一节 细胞的基本结构：细胞膜和细胞骨架
第二节 细胞和分子力学的研究内容和方法
第三节 细胞对力学信号的响应
实验课安排6学时（血流动力学、骨力学/软组织、细胞与分子生物力学、数值仿真）
三．教学安排及方式
生物力学是一门理论与实践并重的课程，因而对于这门课的教学采用教师课堂讲授、学生课外查阅资料、与实验课以使学生获得感性认识相结合的教学方式。建议课内与课外学时比为1:2。
本课程安排三次实验课（共6学时），分别是：血流动力学基本试验方法、骨组织力学特性测量方法、和细胞膜的力学特性测量。
四．考核方式
作业： 25%；期中考查： 20% ；文献综述并讲述：55%
五．参考教材
《Biomechanics: Mechanical Properties of Living Tissues》, Fung, Y.C., 2nd edition， Springer-Verlag, New York, 1993.
《Biomechanics: Circulation》，Fung, Y.C.,2nd edition，pringer-Verlag, New York, 1997
《生物力学》，冯元帧，科学出版社，1981
《生物力学导论》，陶祖莱，天津科技翻译出版公司，2000
心血管 & 肌肉、骨骼方面的生理解剖：
《骨科基础科学-骨关节肌肉系统生物学和生物力学》(第二版)，Joseph A.Buckwalter等编，陈启明等译，人民卫生出版社，2001
《骨质疏松基础与临床》，郭世绂等编，天津科学技术出版社，2001
《口腔正畸学》，傅民魁等编，北京医科大学出版社， 2005