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

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).

1. 力學發展史 William Harvey 1615 血液循環 Marcello Malpigi 1661 微血管 Galileo Galilei 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 肺、魚鰓功能 Robert Hook 1664 細胞（ cell ） Leonhard Euler 1775 動脈中波動

1. 力學發展史 Thomas Young 楊氏彈性係數、眼 球焦距、人類彩色視覺 Jean Poiseuille 水銀壓力計、血壓、 黏流定律 (Poiseuille ’ s Law) Hermann Von Helmholtz 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

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

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

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

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

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

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 ）

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