骨质疏松症是老年人的常见病之一，是指全身骨量减少，骨微细结构改变而导致骨折增加的疾病。其表现为骨的生物力学性能降低，骨不能够承受正常生理性载荷。骨质疏松症骨折的发生不仅与骨密度的下降有关，而且与松质骨小梁的构筑具有密切关系。本文针对临床中存在的实际问题，对骨质疏松症中的松质骨生物力学仿真、诊断方法、诊断标准、治疗方法中相关的物理问题作一些探索研究。研究过程中，通过与实验研究相对照，对临床现象进行解释，为它们在临床上的应用提供物理学上的依据与指导。 主要内容如下： 一、松质骨的材料力学特性取决于骨小梁的结构，描述松质骨微结构的指标较多，其中体分比是最重要的指标之一。由于表观密度与体分比高度相关，只要能测出体分比，即可计算出表观密度。为此，作者采用病理切片技术和二维图形直方图计量学的方法，对不同方向不同层面的松质骨微结构进行分析，计算其体分比大小范围，研究发现股骨轴向体分比从下往上逐渐递增，但在横向变化不太大，腰椎体分比在各个方向变化也没有很大差异，该体分比的分布及变化规律，可以准确地描述松质骨微结构，为松质骨生物力学仿真研究提供实验数据。 二、用均匀化方法来预测松质骨的力学性质是一项非常有价值的工作，国内外在这方面刚刚起步，本节针对松质骨结构，提出了松质骨弹性模量计算的均匀化方法。在已有的松质骨微观结构模型的基础上，提出了新的松质骨微观结构模型，用均匀化和有限元方法对各松质骨单胞模型模拟了其宏观弹性常数，并对不用松质骨弹性模量的范围以及2种单胞模型的适应性进行了讨论。同时探讨分析了松质骨宏观弹性常数与体分比之间的关系。计算结果表明，用均匀化方法对松质骨弹性模量的生物力学仿真是可行的，有效的。 三、目前没有精确测定骨质疏松早期骨脆性以判断骨折危险性的无创检测仪器，通常用骨密度仪测定的骨密度(BMD)指标来代替，它大约反映70％的骨强度。所以仅仅依靠骨密度这样一个为临床医生所熟悉的指标不能预测或反映骨质疏松症骨折的危险性。本文研究骨密度BMD、体积骨密度(VBMD)、最大载荷和刚度的关系，通过骨密度仪测量了8具尸体标本的骨密度BMD、浸水法测出每个椎体体积骨密度(VBMD)、再利用生物力学凹入实验测量人体标本椎体的最大载荷和刚度，结果显示BMD、体积骨密度(VBMD)与生物力学强度均存在正相关的关系，体积骨密度(VBMD)的相关性更好。 四、越来越多的证据表明，除了骨密度，松质骨骨小梁的三维结构及力学加载条件研究己成为预测骨折危险性的重要因子，本文研究从生物组织连续图像中对松质骨区域图像进行分割、配准、及三维重建的技术方法。建立松质骨三维模型的数据来自于三个方面一虚拟人体、动物腰椎切片、人体CT图像。利用图像处理中的基于外置标记点和分割一计数法两种方法进行参数计算，依参数对图像进行刚体变换完成配准，将配准后的切片图像输入二维图像处理软件进行分割，提取感兴趣区域后输入三维重建软件进行三维重建。通过对三维图形的定性与定量分析，可为早期骨质疏松症的诊断、药物或仪器疗效评估提供一种直观、方便、准确的新方法。 五、近年来，骨质疏松生物物理疗法以其独特的优势正越来越多地引起人们的重视并被用于实践。干扰电流及复合脉冲电磁场(P EMFs)就是属于生物物理干预的一种手段。本文介绍了其治疗基理，在原有骨伤治疗仪研究基础上，借助于单片机系统，研制了一种治疗骨质疏松的小型微电脑物理仪器。该仪在波形的多样性、智能化程度上有了进一步提高，操作简单，方便可靠。通过动物实验证实了该仪对骨质疏松的治疗效果。