范德強

牛文鑫

2002年，我國康復醫(yī)學剛剛萌芽。武漢大學附屬中南醫(yī)院的康復科團隊頗有前瞻性地意識到：康復醫(yī)學要發(fā)展，必須走學科交叉融合的路子。于是，他們主動為工學部的本科生開設了一門選修課，名為“康復醫(yī)學”。他們以講座和專題報告的形式，啟迪學生們思考本專業(yè)與康復醫(yī)學的關系。

一位叫田駿的中醫(yī)老師，曾在課堂上演示中醫(yī)推拿手法，并提出一個問題：“我雖然知道我的技術對病人有效，但并不知道我手上的力是如何作用到病人的組織，又是如何發(fā)揮作用的。如果你們感興趣，以后可以考慮從事這方面的研究?！?/p>

這個問題，被講臺下的一名學生牢記在心。從那時起，他就立志：用工科技術和方法解決醫(yī)學問題，做一名學科交叉的科學人。他就是牛文鑫。十余年來，他默默耕耘在運動和康復生物力學研究領域，不辭辛勞，不計得失，以匠心踐行初心，在科學研究、科研管理、教學實踐等方面均做出了突出成績，取得了多項開創(chuàng)性科研成果，受到國內外同行和患者的高度認可。近年來，他和所在團隊曾多次獲得高等學?？茖W研究優(yōu)秀成果獎自然科學獎一等獎、上?？祻歪t(yī)學科技獎一等獎、黃家駟生物醫(yī)學工程獎一等獎、中國康復醫(yī)學會科技進步獎一等獎、浦東新區(qū)科技進步獎、上海醫(yī)學科技獎等榮譽。

“復活”一個研究方向

為了實現夙愿，牛文鑫做了一個驚人的決定：放棄保研，并跨專業(yè)考研。他將目標鎖定為同濟大學生物醫(yī)學工程專業(yè)。經過兩年多的精心準備，他成功以專業(yè)課滿分的成績，考入理想學府，開始了逐夢之旅。

生物醫(yī)學工程雖然也是工科專業(yè)，卻與機械有著天壤之別，研究對象從冷冰冰的機器變成活生生的人，相關研究方法、研究思路等通通要隨之轉變。對于成績優(yōu)異的牛文鑫來說，考進去或許問題不大，學得好才更是挑戰(zhàn)。

既然選擇了遠方，便只顧風雨兼程。牛文鑫從頭學起，在生命科學與技術學院丁祖泉教授的指導下，開始了生物力學的學習和研究。為了獲得最新鮮的實驗標本，他曾半夜獨自前往郊區(qū)生豬屠宰場；為了獲得翔實的實驗數據，他曾連續(xù)半個月做尸體實驗，每天只睡四五個小時；為了解決模型中的小問題，他曾目不轉睛地盯著老式CRT顯示器，一盯就是幾個小時?？嘈娜?，天不負。就這樣，僅用了3年時間，他就快速入門并做出創(chuàng)新性工作，以優(yōu)秀的科研成績碩士畢業(yè)。

為了繼續(xù)深造，牛文鑫在導師的推薦下，選擇北上，前往北京航空航天大學攻讀博士學位，師從樊瑜波教授?！胺淌谑蔷哂泻暧^戰(zhàn)略思維的學者，當時大多數人都認為生物力學是服務臨床的，樊教授就提出生物力學不單單要服務臨床，而是要站在更高的高度上，去引導臨床、指導臨床?！迸Ｎ啮位貞浀溃げń淌诘倪@種“站在高處，縱覽全局”的思維方式和科研理念，讓他受益匪淺，也成為他今后科研路的行動指南。

讀博時，樊教授給牛文鑫布置的研究方向是，結合北航特色進行空降兵防護研究。通過閱讀大量的文獻和資料，牛文鑫將題目定為“跳傘著陸踝關節(jié)損傷防護”。然而，題目甫一報出，就遭到了很多同行的“勸退”。他們說，這個領域的研究只在20世紀80年代有過，此后國內再無人涉足，可見這個領域已經相當狹窄，而且很難做出成果。

這些問題，牛文鑫也不是沒有考慮過。但是，當他發(fā)現當時美國、澳大利亞官方背景的團隊還在做這個領域的研究時，就敏銳地意識到：還有待解決的問題。而且，由于歷史原因，我國跳傘方式與國外不同。西方國家普遍采用滾翻式跳傘著陸姿勢，即通過身體的翻滾將著陸時的巨大動能“滾”出去。而我國軍隊是學習的蘇聯跳傘著陸方式，為半蹲式，即通過身體深度下蹲來延長緩沖時間，將能量慢慢吸收。因此，單純參考國外的研究結果，并不能解決我國空降兵的防護問題。

“我們自己的問題，還是要靠我們自己來解決?！迸Ｎ啮螖S地有聲地說。為此，他和團隊緊鑼密鼓地展開了相關研究。他們在步態(tài)分析實驗室里，用最先進的人體運動學和動力學測量設備，采集、模擬了半蹲式跳傘著陸動作的各個參數，分析了不同因素對動作損傷風險的影響，為后續(xù)開展踝關節(jié)損傷防護的研究提供了扎實的理論基礎。

獲上?？祻歪t(yī)學科技獎一等獎

然而，就在牛文鑫等將這一突破性成果撰寫成論文投到Aviation、Space &Environmental Medicine時，卻遭到了審稿專家的“冷嘲熱諷”。他們不承認世界上有一種所謂的“半蹲式跳傘著陸”姿勢。在審稿過程中，一個審稿人反復使用“非標準著陸技術（non-standard technique）”來描述牛文鑫所研究的著陸姿勢，認為開展這樣的研究毫無意義，甚至嘲諷：“為什么要研究一個不存在的東西？”“除了作者，誰會用這種方式跳傘著陸？”

面對國外審稿人的刁難，牛文鑫等反復據理力爭。在回信中，他們寫道：“很多士兵在用，但不包括作者。我們只是做這方面的研究而已……目前，至少所有的中國傘兵以此為標準。我們認為這不是一個小數目。”經過幾番較量，最終，他們成功打破了審稿專家的“成見”，論文也得以發(fā)表?！捌鋵?，我們并不是特別想在國外期刊發(fā)表，但這個期刊是航空航天醫(yī)學領域唯一的SCI期刊，而發(fā)SCI論文是畢業(yè)的硬性要求，沒辦法?！迸Ｎ啮螣o奈地表示。

后來，他們在Aviation，Space &Environmental Medicine上連續(xù)發(fā)表了3篇相關論文。國外專家已經接受了這種“不可思議”的“半蹲式跳傘著陸”。相關描述也出現在國外學者的著作中。目前，“半蹲式跳傘著陸”已經作為中國科協“科普中國”科學百科詞條，被“百度百科”收錄。在牛文鑫等的帶動下，近年來越來越多的相關研究陸續(xù)發(fā)表，這個沉寂了20余年的研究方向，在新的技術和研究方法的助力下“復活”了，也使我國空降兵防護研究前進了一大步。

此后，在這項研究的基礎上，牛文鑫等還將衍生的技術和方法應用到體育和運動康復中，設計了新型非對稱護踝和相關工藝，獲得了發(fā)明專利，并實現了轉化。

守正創(chuàng)新

作為一種健身運動，太極拳在我國民間有著廣泛擁躉，是我國傳統(tǒng)健身文化的代表。近年來，國際上關于太極拳的康復應用研究方興未艾，美國、澳大利亞、德國、加拿大等國家的科研人員開展了大量臨床對照實驗，證實太極拳在治療關節(jié)炎、神經系統(tǒng)疾病、精神類疾病、預防跌倒等方面有著驚人效果。

牛文鑫告訴記者，在國外，很多國家已經將太極拳列入多個高級別臨床指南，如“2012年，美國風濕病學會就在最新骨關節(jié)炎非手術和藥物治療指南中，將太極拳列為膝骨關節(jié)炎運動干預方式，并且推薦等級是最高級別”。由此可見，很多國外的機構對太極拳在康復方面的應用已經有了較為深入的研究?！疤珮O拳是我們民族的瑰寶，我們中國人更應該好好地挖掘和利用它?！彼硎尽?/p>

據了解，國外很多研究機構對太極拳的研究，大多是做臨床對照實驗。一般是招募一批病人，一組練習太極拳，一組不練習，然后經過一段時間，評估治療效果?！案鴩馀堋睕]什么意思，牛文鑫和團隊將目光投向了更深層次。

“雖然已經得知太極拳對關節(jié)炎疼痛、腰背痛、精神抑郁等疾病作用顯著。然而，太極拳產生康復療效的機理卻始終不甚明了?！迸Ｎ啮握f。為此，他和團隊另辟蹊徑，從2016年起，在國家自然科學基金等項目的支持下，開始研究太極拳對下肢關節(jié)炎的生物力學影響。

短短幾年時間里，牛文鑫和團隊對太極拳典型動作的踝關節(jié)、膝關節(jié)和髖關節(jié)生物力學，與人體日常動作進行了系統(tǒng)的研究。通過運動學和動力學測試，他們測量到了太極拳的動作特征。然后，在計算機模型中計算出肌肉力和關節(jié)力，還用有限元模型來分析具體組織任意點上任意時刻的應力分布和力傳導情況，保證了對動作力學影響的全面認識，為研究太極拳康復功效的產生機理奠定了堅實的基礎。到目前為止，牛文鑫團隊是國際上唯一實現對太極拳動作進行有限元分析的團隊。

近期，牛文鑫和團隊還采集了太極拳練習過程中近紅外腦功能數據，將腦區(qū)的激活與力學指標協同分析，為了解太極拳的康復機理提供了豐富而可靠的數據。通過研究發(fā)現，太極拳是比走路更加精細化的動作，為下肢提供了周期性復雜而柔和的載荷，在安全范圍內保證了康復治療所需的力學刺激，同時又因其對肌肉協調性較高，對關節(jié)運動和軟組織拉伸，對深層小肌肉和神經系統(tǒng)起到訓練作用，對于運動系統(tǒng)和神經系統(tǒng)都有康復效果。

牛文鑫始終堅持生物力學服務臨床、指導臨床的科研理念。在前期工作基礎上，研究團隊改造了傳統(tǒng)太極拳，將繁冗復雜的太極拳動作的康復成分提取出來，針對膝骨關節(jié)炎和中風等疾病研發(fā)新型太極拳或太極拳步法，教給患者，進行臨床對照試驗，臨床效果達到預期。他們還在同濟大學附屬養(yǎng)志康復醫(yī)院，與臨床人員合作對脊髓損傷患者練習輪椅太極拳進行了系列研究。隨機對照試驗結果顯示，6周的輪椅太極拳練習可以改善脊髓損傷患者的心肺功能、平衡能力和生活質量。在養(yǎng)志康復醫(yī)院，通過實施中國殘聯“希望之家”脊髓損傷公益項目，研究團隊已向近千名脊髓損傷患者推廣了輪椅太極拳，效果明顯。

康復訓練，貴在堅持。為此，針對出院患者的康復訓練，研究團隊正積極研發(fā)太極拳動作智能評估系統(tǒng)，讓患者在家里就可以實時接受訓練指導和監(jiān)督，同時加入游戲內容，增強其鍛煉積極性、主動性，助力患者早日康復。

五禽戲，是我國的另一種健身運動。通過師法自然，達到強身健體的目的。研究團隊也開展了相應的測試工作。大量測試結果表明：與虎戲同源的爬行鍛煉可以激活腰腹部大部分肌肉，增強腰椎穩(wěn)定性，同時，產生的腰椎載荷足夠小。在臨床允許范圍以內，是一種值得推薦的腰椎康復動態(tài)運動療法。在臨床中，一種膝關節(jié)觸地姿勢（手膝位）是治療腰痛的推薦療法，與五禽戲中的鹿戲（手足位）類似。研究團隊分別加以研究，以評估不同動作下全脊柱不同階段的運動學特征，發(fā)現手足位姿勢的鍛煉有更多的肌肉處在高或中等激活水平。手足位姿勢可以看作是手膝位姿勢的高階訓練。實際訓練中應根據個人需求進行特定練習。研究結果為臨床應用提供了數據支撐。

指導學生

“守正創(chuàng)新，中國傳統(tǒng)健身運動是康復醫(yī)學和健身文化的寶庫，值得深入挖掘?！迸Ｎ啮螐娬{，現在只是一個開端，以后還將不斷深入、不斷繼續(xù)。

心存敬畏

2012年，牛文鑫以出色的研究成果獲得博士學位。其出色的研究成果也讓北京航空航天大學“五四獎章”、教育部博士研究生學術新人獎、運動生物力學“健樂新人獎”等榮譽紛至沓來。躊躇滿志的牛文鑫回到母校同濟大學，準備大施拳腳。

然而，現實卻讓他陷入了困頓和迷茫。曾經的恩師早已退休，曾經就讀的生科院已完全轉變學科方向，生物醫(yī)學工程博士點也已取消，學科點已轉到醫(yī)學院。雖然牛文鑫的科研水平、各項指標表現優(yōu)異，但因為種種原因，也只能從師資博士后做起，不得不開始一個人的獨立科研生涯。那時，他雖然拿到了一些資助項目，也恢復了與骨科醫(yī)生的合作，但他總是感到科研方向上的危機，亟需一個突圍。

隨著社會發(fā)展，人民生活水平提高，以及醫(yī)學的進步和衛(wèi)生保健事業(yè)的發(fā)展，康復醫(yī)學逐漸走入人們的視野。世界衛(wèi)生組織將康復醫(yī)學、臨床醫(yī)學、預防醫(yī)學、保健醫(yī)學作為現代醫(yī)院的基本功能。長期以來，康復醫(yī)學不受重視，發(fā)展滯后，是個“冷門”學科。2014年，同濟大學開始設立康復治療學專業(yè)。恰逢牛文鑫博士后出站，出站考核成績?yōu)楫斈耆５谝幻?，他主動申請要求參與康復治療學專業(yè)的教學，成為康復學科第一位專職教師。

從骨科生物力學轉到康復生物力學，雖只有兩字之差，又同屬一個學科門類，然而在科學研究上，卻有著較大差異?！肮强频纳锪W分析只需要保證結構不被破壞，也就是應力值不超過上限安全閾值；而在康復中，力學是一種治療性因素，人體組織和器官只有在一定力刺激下才會保持健康狀態(tài)，所以，康復力學分析要保證上限安全閾值的同時，還要保證下限治療閾值，并兼顧疲勞等特征。”牛文鑫解釋道，而且在這個過程中，力學的作用通常會與生理過程、心理、濕度、溫度等內在或外在因素發(fā)生共同作用。這些影響無法完全通過標本實驗或計算機模擬評估，因此，康復生物力學更多需要在臨床上、生活中與活生生的人接觸，獲取第一手數據。病人的個性化差異、不同因素的耦合效應，以及生理過程構成的極限邊界，這些問題都是工程力學不曾遇到的。

正是研究方向的轉向，讓牛文鑫找到突圍的方向?；闄C，化挑戰(zhàn)為動力，他慢慢學會了如何設計臨床試驗，如何利用臨床中的康復評估技術提供指標，并與生物力學測試結合協調分析，以及如何基于實際臨床和生活中取得的數據整合起來，運用人工智能算法，開發(fā)新系統(tǒng)，研發(fā)新設備，科研路子越走越寬。

多年來，牛文鑫始終跋涉在逐夢的路上，風雨無阻，晝夜兼程。從河北到湖北，從北京到上海，逐夢的腳步愈加堅定、愈加沉穩(wěn)。現在，他身兼同濟大學智能康復臨床研究中心副主任、醫(yī)學院生物力學實驗室主任、附屬養(yǎng)志康復醫(yī)院康復醫(yī)學轉化研究中心副主任等職務，在科學研究、科研管理、教學實踐等工作中做出了突出貢獻，發(fā)表高水平學術論文幾十篇，承擔或參與各級各類科研項目數十個，任多個期刊編委。

現在，牛文鑫大部分時間都在同濟大學附屬養(yǎng)志康復醫(yī)院（上海市陽光康復中心）。這是上海市第一家公立康復醫(yī)院，也是第一家大學附屬的康復?？漆t(yī)院。牛文鑫帶領團隊從無到有，建設了康復醫(yī)學轉化研究中心，并將醫(yī)工交叉智能康復作為重點研究方向，建成生物力學與康復工程實驗室、骨與關節(jié)康復實驗室、神經調控與腦康復實驗室、腦機接口研究實驗室等實驗平臺。經過兩年的發(fā)展，研究中心已經初具規(guī)模，并逐步取得了多項科研成果。近兩年來，康復醫(yī)院連續(xù)獲得了國家自然科學基金、國家重點研發(fā)計劃等項目的資助，也獲得了多項科研獎項，醫(yī)院整體發(fā)展有序快速。

“學得越多，就越是心存敬畏。”牛文鑫感嘆?？祻蜕锪W面對的是一個又一個鮮活的生命，而每一個生命背后又是千差萬別的身體情況和文化背景。要取得預期的康復療效，不僅要考慮患者的身體情況，還要綜合考慮文化、家庭、心理等多方面因素。他坦言，現在作為康復醫(yī)院建設的一員，他常帶著康復學科的問題，主動與人工智能、大數據、虛擬現實技術、腦科學等學科進行結合，解決現實生活中的健康問題。學科交叉讓他在科學問題上更加深入，涉及學科面更廣，更加反映現實需求，對科研本身和生命本身都更加心存敬畏。

2020年9月，習近平總書記在主持召開科學家座談會時提出，我國科技事業(yè)發(fā)展要堅持“四個面向”——面向世界科技前沿、面向經濟主戰(zhàn)場、面向國家重大需求、面向人民生命健康。號召廣大科研工作者，不斷向科學技術廣度和深度進軍。

當前，康復醫(yī)學發(fā)展生機勃勃，未來可期。作為科研人員，牛文鑫正帶領團隊堅持“四個面向”，堅決踐行“人民至上、生命至上”價值理念，以患者為中心，以時不我待的干勁奮發(fā)向前。