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1 绪论1

1.1 生物摩擦学的世界1

1.1.1 滑膜关节（synovial joint）和人工关节（joint prosthesis）的摩擦学2

1.1.2 皮肤（表皮，epidermis）的摩擦学3

1.1.3 腱（tendon）、韧带（ligament）的摩擦学3

1.1.4 人工心脏瓣膜（heart valve prosthesis）的摩擦学4

1.1.5 牙齿的摩擦学5

1.1.6 关于生殖器的摩擦学7

1.2 润滑、摩擦和磨损8

1.2.1 流体润滑8

1.2.2 边界润滑14

1.2.3 磨损18

1.3 步行时髋关节的载荷和运动20

参考文献24

2 关节的构造27

2.1 滑膜28

2.1.1 构造28

2.1.2 功能32

2.2 软骨32

2.2.1 表面构造33

2.2.2 软骨实质的构造34

2.2.3 软骨细胞和细胞外基质（matrix）36

2.3 关节液（滑液）39

2.3.1 组成39

2.3.2 黏性40

2.4 关节液的边界润滑性43

参考文献49

3 关节的摩擦50

3.1 关节摩擦的测定技术50

3.2 活体膝关节的摩擦测定53

3.3 关节的摩擦特性58

3.3.1 周围软组织的影响58

3.3.2 加载后的持续时间和关节摩擦59

3.3.3 软骨表面的凝胶状物质的影响60

参考文献61

4 关节的润滑机制62

4.1 活体关节的润滑机制62

4.1.1 活体关节摩擦面上可能成立的润滑机制62

4.1.2 以往关于关节润滑的观点64

4.1.3 再论边界润滑和流体润滑68

4.2 载荷变形引起的正常活体关节的摩擦增大70

4.2.1 用动物关节实测的载荷变形和摩擦力的关系71

4.2.2 变形量和摩擦系数的理论关系73

4.3 关节运动引起摩擦增大的缓和75

参考文献79

5 人工关节的润滑80

5.1 人工关节润滑的基本原理82

5.1.1 不期待流体润滑时的人工关节的设计83

5.1.2 关节所处的力学环境85

5.1.3 流体润滑的概略分析88

5.2 人工髋关节的弹性流体润滑91

5.2.1 基础公式的引入92

5.2.2 数值计算的方法94

5.2.3 表面形状（流体膜厚）和压力分布随时间的变化97

5.2.4 最小流体膜厚97

5.3 实现流体润滑的最优设计99

5.3.1 设计条件和周围条件100

5.3.2 最小流体膜厚及其最小值100

5.3.3 设计条件和流体膜厚100

5.3.4 周围条件变化时的（润滑）稳定性104

5.4 固体接触开始后，流体润滑膜的保持108

5.4.1 固体接触开始后的人工髋关节的摩擦109

5.4.2 载荷分担比的计算112

5.5 人工膝关节的润滑115

5.5.1 通过测定摩擦面的形状推算摩擦面单位压力115

5.5.2 通过振子法测定摩擦系数118

5.5.3 摩擦面单位压力和润滑性能的关系118

5.5.4 人工膝关节的设计和润滑性能120

参考文献121

6 植入材料的磨损与疲劳122

6.1 人工关节材料的耐磨性122

6.2 步行模拟器试验124

6.3 磨损毒性129

6.4 体内人工材料的疲劳强度132

参考文献135

7 关节机构的轴承功能136

7.1 韧带的力学特性136

7.1.1 准静态拉伸条件下韧带的力学特性136

7.1.2 高速拉伸时韧带的力学行为146

7.2 从运动学看关节功能150

7.2.1 关节的运动自由度150

7.2.2 膝关节的运动自由度151

7.3 人膝关节的约束结构155

7.3.1 轴向力对膝关节的回旋稳定性的影响156

7.3.2 成人膝关节的回旋稳定性157

7.3.3 “爬坡”效应的定量计算162

7.3.4 因韧带张力引起的回旋力矩162

参考文献164

8 人工关节的设计166

8.1 人工髋关节的材质与摩擦面形状166

8.1.1 材质的选择166

8.1.2 摩擦面形状171

8.2 作为轴承机构的人工膝关节的功能175

8.2.1 从铰链型到解剖学设计176

8.2.2 解剖学设计存在的问题178

8.2.3 各种人工膝关节的内在稳定性180

8.2.4 对人工膝关节期望的稳定性182

8.2.5 润滑性能和运动功能183

8.3 圆柱面型人工膝关节184

8.4 人工软骨194

参考文献198

索引199