生物力學( Biomechanics ) 簡介

1. 生物力學(Biomechanics)簡介 朱銘祥教授 國立成功大學機械系

2. 生物力學 泛指研究生物體的力學現象,包括生物的肢體運動,神經肌肉控制,生物體內的血液循環,呼吸,骨骼力學,肌肉力學, 器官力學現象等°生物力學的發展非常早, 近年隨著力學理論及實驗技術的發展, 生物力學研究由人體體外往體內,由生物體往器官,組織,至細胞發展°例如組織力學(tissue mechanics)細胞力學(cell mechanics).

3. 1.力學發展史 • William Harvey 1615 血液循環 • Marcello Malpigi 1661 微血管 • Galileo Galilei 1564-1642 單擺與心跳、溫度計 • Rene Descartes 1662，1664 機械模型研究生理學 • Giovanni A Borelli 1689 肌肉運動及人體運動、鳥類飛行、魚類游行 • Robert Boyle 1627-1691 肺、魚鰓功能 • Robert Hook 1664 細胞（cell） • Leonhard Euler 1775 動脈中波動

4. 1. 力學發展史 • Thomas Young 1773-1829 楊氏彈性係數、眼球焦距、人類彩色視覺 • Jean Poiseuille 1799-1829 水銀壓力計、血壓、黏流定律 (Poiseuille’s Law) • Hermann Von Helmholtz 1821-1894 生物工程之父、能量守恆律、眼睛對焦機轉、聽覺、共振器、神經波速（30m/s） • D.J..Korteweg&H. Lamb 1898 血管內波動 • B..Van der Pole 1929 心臟之非線性振盪模式

5. 1-2 生理學 • Marcello Malpighi 1628-1694 肺循環 • Stephen Hales 1677-1761 量動脈壓力、周邊血管阻抗 • Otto Frank 1865-1944 血液循環之流體動力學、膜間之質量傳輸、人體水平衡 • August Krogh 1874-1949 微循環力學（諾貝爾獎） • A.V. Hill 1886-1977 肌肉力學（諾貝爾獎）

6. 2. 生物力學範疇 2-1 心肺系統臨床問題 a. 人工心瓣 b. 心臟輔助系統 c. 體外循環、心肺機、血液透析機 d. 換心 e. 外傷、肺水腫、肺壞死 f. 動脈內血液分析 g. 超音波應用

7. 2-2 量化生理學 a. 生理系統分析 b. 生物組織流變學（Rheology）：血液、肌肉、骨、連結組織、植入學 c. 血管及膜間之流動分析 d. 擴散分析 e. 介面、肺泡、血凝分析 f. 微循環

8. 2-3 應用 a. 外科：外傷生物力學、傷口復原分析 b. 植入學：義肢材料、生物相容性 c. 骨科、牙科：骨及韌帶之力學、關節磨潤、人工關節、骨科植入物 d. 人造義肢：人工義肢設計 e. 人造器官：腎植入、人工腎臟、人工心臟 f. 輪椅及病床：癱瘓病人用輪椅

9. 2-3 應用 g. 職業安全與衛生：肺之生物力學、黑肺病診斷、運動生物力學 h. 高速公路安全：頭傷研究、安全帶氣囊、撞擊分析、汽車設計 i. 飛行安全：人體振動及撞擊分析

10. 3. 研究方法 (1. 形態學(morphology)、解剖學(anatomy)、組織學(histology)、結構(structure) (2. 材料及組織之機械特性 (3. 基本物理原理 守恆定律 材料之構成方程（constitutive equation） 控制方程（governing equation） (4. 環境與邊界條件（boundary conditions）

11. 3. 研究方法 (5. 解邊界值問題（boundary－value problems） (6. 生理學實驗 (7. 比較實驗與理論解 (8. 應用及推廣