賦生命以力 奏康復(fù)之歌
——記同濟(jì)大學(xué)智能康復(fù)臨床研究中心副主任牛文鑫

范德強(qiáng)

牛文鑫

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

這個問題，被講臺下的一名學(xué)生牢記在心。從那時起，他就立志：用工科技術(shù)和方法解決醫(yī)學(xué)問題，做一名學(xué)科交叉的科學(xué)人。他就是牛文鑫。十余年來，他默默耕耘在運(yùn)動和康復(fù)生物力學(xué)研究領(lǐng)域，不辭辛勞，不計得失，以匠心踐行初心，在科學(xué)研究、科研管理、教學(xué)實(shí)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(nèi)外同行和患者的高度認(rèn)可。近年來，他和所在團(tuán)隊曾多次獲得高等學(xué)校科學(xué)研究優(yōu)秀成果獎自然科學(xué)獎一等獎、上海康復(fù)醫(yī)學(xué)科技獎一等獎、黃家駟生物醫(yī)學(xué)工程獎一等獎、中國康復(fù)醫(yī)學(xué)會科技進(jìn)步獎一等獎、浦東新區(qū)科技進(jìn)步獎、上海醫(yī)學(xué)科技獎等榮譽(yù)。

“復(fù)活”一個研究方向

為了實(shí)現(xiàn)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(biāo)鎖定為同濟(jì)大學(xué)生物醫(yī)學(xué)工程專業(yè)。經(jīng)過兩年多的精心準(zhǔn)備，他成功以專業(yè)課滿分的成績，考入理想學(xué)府，開始了逐夢之旅。

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

既然選擇了遠(yuǎn)方，便只顧風(fēng)雨兼程。牛文鑫從頭學(xué)起，在生命科學(xué)與技術(shù)學(xué)院丁祖泉教授的指導(dǎo)下，開始了生物力學(xué)的學(xué)習(xí)和研究。為了獲得最新鮮的實(shí)驗(yàn)標(biāo)本，他曾半夜獨(dú)自前往郊區(qū)生豬屠宰場；為了獲得翔實(shí)的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)，他曾連續(xù)半個月做尸體實(shí)驗(yàn)，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(zhuǎn)睛地盯著老式CRT顯示器，一盯就是幾個小時。苦心人，天不負(fù)。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(dǎo)師的推薦下，選擇北上，前往北京航空航天大學(xué)攻讀博士學(xué)位，師從樊瑜波教授。“樊教授是具有宏觀戰(zhàn)略思維的學(xué)者，當(dāng)時大多數(shù)人都認(rèn)為生物力學(xué)是服務(wù)臨床的，樊教授就提出生物力學(xué)不單單要服務(wù)臨床，而是要站在更高的高度上，去引導(dǎo)臨床、指導(dǎo)臨床。”牛文鑫回憶道，樊瑜波教授的這種“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(jié)合北航特色進(jìn)行空降兵防護(hù)研究。通過閱讀大量的文獻(xiàn)和資料，牛文鑫將題目定為“跳傘著陸踝關(guān)節(jié)損傷防護(hù)”。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(lǐng)域的研究只在20世紀(jì)80年代有過，此后國內(nèi)再無人涉足，可見這個領(lǐng)域已經(jīng)相當(dāng)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(dāng)他發(fā)現(xiàn)當(dāng)時美國、澳大利亞官方背景的團(tuán)隊還在做這個領(lǐng)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(xué)習(xí)的蘇聯(lián)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(jié)果，并不能解決我國空降兵的防護(hù)問題。

“我們自己的問題，還是要靠我們自己來解決。”牛文鑫擲地有聲地說。為此，他和團(tuán)隊緊鑼密鼓地展開了相關(guān)研究。他們在步態(tài)分析實(shí)驗(yàn)室里，用最先進(jìn)的人體運(yùn)動學(xué)和動力學(xué)測量設(shè)備，采集、模擬了半蹲式跳傘著陸動作的各個參數(shù)，分析了不同因素對動作損傷風(fēng)險的影響，為后續(xù)開展踝關(guān)節(jié)損傷防護(hù)的研究提供了扎實(shí)的理論基礎(chǔ)。

獲上海康復(fù)醫(yī)學(xué)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(rèn)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(fù)使用“非標(biāo)準(zhǔn)著陸技術(shù)（non-standard technique）”來描述牛文鑫所研究的著陸姿勢，認(rèn)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(fù)據(jù)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(biāo)準(zhǔn)。我們認(rèn)為這不是一個小數(shù)目。”經(jīng)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。“其實(shí)，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(xué)領(lǐng)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。”牛文鑫無奈地表示。

后來，他們在Aviation，Space &Environmental Medicine上連續(xù)發(fā)表了3篇相關(guān)論文。國外專家已經(jīng)接受了這種“不可思議”的“半蹲式跳傘著陸”。相關(guān)描述也出現(xiàn)在國外學(xué)者的著作中。目前，“半蹲式跳傘著陸”已經(jīng)作為中國科協(xié)“科普中國”科學(xué)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(guān)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(shù)和研究方法的助力下“復(fù)活”了，也使我國空降兵防護(hù)研究前進(jìn)了一大步。

此后，在這項研究的基礎(chǔ)上，牛文鑫等還將衍生的技術(shù)和方法應(yīng)用到體育和運(yùn)動康復(fù)中，設(shè)計了新型非對稱護(hù)踝和相關(guān)工藝，獲得了發(fā)明專利，并實(shí)現(xiàn)了轉(zhuǎn)化。

守正創(chuàng)新

作為一種健身運(yùn)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(guān)于太極拳的康復(fù)應(yīng)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(shí)驗(yàn)，證實(shí)太極拳在治療關(guān)節(jié)炎、神經(jīng)系統(tǒng)疾病、精神類疾病、預(yù)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(jīng)將太極拳列入多個高級別臨床指南，如“2012年，美國風(fēng)濕病學(xué)會就在最新骨關(guān)節(jié)炎非手術(shù)和藥物治療指南中，將太極拳列為膝骨關(guān)節(jié)炎運(yùn)動干預(yù)方式，并且推薦等級是最高級別”。由此可見，很多國外的機(jī)構(gòu)對太極拳在康復(fù)方面的應(yīng)用已經(jīng)有了較為深入的研究。“太極拳是我們民族的瑰寶，我們中國人更應(yīng)該好好地挖掘和利用它。”他表示。

據(jù)了解，國外很多研究機(jī)構(gòu)對太極拳的研究，大多是做臨床對照實(shí)驗(yàn)。一般是招募一批病人，一組練習(xí)太極拳，一組不練習(xí)，然后經(jīng)過一段時間，評估治療效果。“跟著國外跑”沒什么意思，牛文鑫和團(tuán)隊將目光投向了更深層次。

“雖然已經(jīng)得知太極拳對關(guān)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(chǎn)生康復(fù)療效的機(jī)理卻始終不甚明了。”牛文鑫說。為此，他和團(tuán)隊另辟蹊徑，從2016年起，在國家自然科學(xué)基金等項目的支持下，開始研究太極拳對下肢關(guān)節(jié)炎的生物力學(xué)影響。

短短幾年時間里，牛文鑫和團(tuán)隊對太極拳典型動作的踝關(guān)節(jié)、膝關(guān)節(jié)和髖關(guān)節(jié)生物力學(xué)，與人體日常動作進(jìn)行了系統(tǒng)的研究。通過運(yùn)動學(xué)和動力學(xué)測試，他們測量到了太極拳的動作特征。然后，在計算機(jī)模型中計算出肌肉力和關(guān)節(jié)力，還用有限元模型來分析具體組織任意點(diǎn)上任意時刻的應(yīng)力分布和力傳導(dǎo)情況，保證了對動作力學(xué)影響的全面認(rèn)識，為研究太極拳康復(fù)功效的產(chǎn)生機(jī)理奠定了堅實(shí)的基礎(chǔ)。到目前為止，牛文鑫團(tuán)隊是國際上唯一實(shí)現(xiàn)對太極拳動作進(jìn)行有限元分析的團(tuán)隊。

近期，牛文鑫和團(tuán)隊還采集了太極拳練習(xí)過程中近紅外腦功能數(shù)據(jù)，將腦區(qū)的激活與力學(xué)指標(biāo)協(xié)同分析，為了解太極拳的康復(fù)機(jī)理提供了豐富而可靠的數(shù)據(jù)。通過研究發(fā)現(xiàn)，太極拳是比走路更加精細(xì)化的動作，為下肢提供了周期性復(fù)雜而柔和的載荷，在安全范圍內(nèi)保證了康復(fù)治療所需的力學(xué)刺激，同時又因其對肌肉協(xié)調(diào)性較高，對關(guān)節(jié)運(yùn)動和軟組織拉伸，對深層小肌肉和神經(jīng)系統(tǒng)起到訓(xùn)練作用，對于運(yùn)動系統(tǒng)和神經(jīng)系統(tǒng)都有康復(fù)效果。

牛文鑫始終堅持生物力學(xué)服務(wù)臨床、指導(dǎo)臨床的科研理念。在前期工作基礎(chǔ)上，研究團(tuán)隊改造了傳統(tǒng)太極拳，將繁冗復(fù)雜的太極拳動作的康復(fù)成分提取出來，針對膝骨關(guān)節(jié)炎和中風(fēng)等疾病研發(fā)新型太極拳或太極拳步法，教給患者，進(jìn)行臨床對照試驗(yàn)，臨床效果達(dá)到預(yù)期。他們還在同濟(jì)大學(xué)附屬養(yǎng)志康復(fù)醫(yī)院，與臨床人員合作對脊髓損傷患者練習(xí)輪椅太極拳進(jìn)行了系列研究。隨機(jī)對照試驗(yàn)結(jié)果顯示，6周的輪椅太極拳練習(xí)可以改善脊髓損傷患者的心肺功能、平衡能力和生活質(zhì)量。在養(yǎng)志康復(fù)醫(yī)院，通過實(shí)施中國殘聯(lián)“希望之家”脊髓損傷公益項目，研究團(tuán)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(fù)訓(xùn)練，貴在堅持。為此，針對出院患者的康復(fù)訓(xùn)練，研究團(tuán)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(shí)時接受訓(xùn)練指導(dǎo)和監(jiān)督，同時加入游戲內(nèi)容，增強(qiáng)其鍛煉積極性、主動性，助力患者早日康復(fù)。

五禽戲，是我國的另一種健身運(yùn)動。通過師法自然，達(dá)到強(qiáng)身健體的目的。研究團(tuán)隊也開展了相應(yīng)的測試工作。大量測試結(jié)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(qiáng)腰椎穩(wěn)定性，同時，產(chǎn)生的腰椎載荷足夠小。在臨床允許范圍以內(nèi)，是一種值得推薦的腰椎康復(fù)動態(tài)運(yùn)動療法。在臨床中，一種膝關(guān)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(tuán)隊分別加以研究，以評估不同動作下全脊柱不同階段的運(yùn)動學(xué)特征，發(fā)現(xiàn)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(xùn)練。實(shí)際訓(xùn)練中應(yīng)根據(jù)個人需求進(jìn)行特定練習(xí)。研究結(jié)果為臨床應(yīng)用提供了數(shù)據(jù)支撐。

指導(dǎo)學(xué)生

“守正創(chuàng)新，中國傳統(tǒng)健身運(yùn)動是康復(fù)醫(yī)學(xué)和健身文化的寶庫，值得深入挖掘。”牛文鑫強(qiáng)調(diào)，現(xiàn)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(xué)位。其出色的研究成果也讓北京航空航天大學(xué)“五四獎?wù)隆薄⒔逃坎┦垦芯可鷮W(xué)術(shù)新人獎、運(yùn)動生物力學(xué)“健樂新人獎”等榮譽(yù)紛至沓來。躊躇滿志的牛文鑫回到母校同濟(jì)大學(xué)，準(zhǔn)備大施拳腳。

然而，現(xiàn)實(shí)卻讓他陷入了困頓和迷茫。曾經(jīng)的恩師早已退休，曾經(jīng)就讀的生科院已完全轉(zhuǎn)變學(xué)科方向，生物醫(yī)學(xué)工程博士點(diǎn)也已取消，學(xué)科點(diǎn)已轉(zhuǎn)到醫(yī)學(xué)院。雖然牛文鑫的科研水平、各項指標(biāo)表現(xiàn)優(yōu)異，但因?yàn)榉N種原因，也只能從師資博士后做起，不得不開始一個人的獨(dú)立科研生涯。那時，他雖然拿到了一些資助項目，也恢復(fù)了與骨科醫(yī)生的合作，但他總是感到科研方向上的危機(jī)，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(xué)的進(jìn)步和衛(wèi)生保健事業(yè)的發(fā)展，康復(fù)醫(yī)學(xué)逐漸走入人們的視野。世界衛(wèi)生組織將康復(fù)醫(yī)學(xué)、臨床醫(yī)學(xué)、預(yù)防醫(yī)學(xué)、保健醫(yī)學(xué)作為現(xiàn)代醫(yī)院的基本功能。長期以來，康復(fù)醫(yī)學(xué)不受重視，發(fā)展滯后，是個“冷門”學(xué)科。2014年，同濟(jì)大學(xué)開始設(shè)立康復(fù)治療學(xué)專業(yè)。恰逢牛文鑫博士后出站，出站考核成績?yōu)楫?dāng)年全校第一名，他主動申請要求參與康復(fù)治療學(xué)專業(yè)的教學(xué)，成為康復(fù)學(xué)科第一位專職教師。

從骨科生物力學(xué)轉(zhuǎn)到康復(fù)生物力學(xué)，雖只有兩字之差，又同屬一個學(xué)科門類，然而在科學(xué)研究上，卻有著較大差異。“骨科的生物力學(xué)分析只需要保證結(jié)構(gòu)不被破壞，也就是應(yīng)力值不超過上限安全閾值；而在康復(fù)中，力學(xué)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(fù)力學(xué)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(xué)的作用通常會與生理過程、心理、濕度、溫度等內(nèi)在或外在因素發(fā)生共同作用。這些影響無法完全通過標(biāo)本實(shí)驗(yàn)或計算機(jī)模擬評估，因此，康復(fù)生物力學(xué)更多需要在臨床上、生活中與活生生的人接觸，獲取第一手?jǐn)?shù)據(jù)。病人的個性化差異、不同因素的耦合效應(yīng)，以及生理過程構(gòu)成的極限邊界，這些問題都是工程力學(xué)不曾遇到的。

正是研究方向的轉(zhuǎn)向，讓牛文鑫找到突圍的方向。化危為機(jī)，化挑戰(zhàn)為動力，他慢慢學(xué)會了如何設(shè)計臨床試驗(yàn)，如何利用臨床中的康復(fù)評估技術(shù)提供指標(biāo)，并與生物力學(xué)測試結(jié)合協(xié)調(diào)分析，以及如何基于實(shí)際臨床和生活中取得的數(shù)據(jù)整合起來，運(yùn)用人工智能算法，開發(fā)新系統(tǒng)，研發(fā)新設(shè)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(fēng)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(xiàn)在，他身兼同濟(jì)大學(xué)智能康復(fù)臨床研究中心副主任、醫(yī)學(xué)院生物力學(xué)實(shí)驗(yàn)室主任、附屬養(yǎng)志康復(fù)醫(yī)院康復(fù)醫(yī)學(xué)轉(zhuǎn)化研究中心副主任等職務(wù)，在科學(xué)研究、科研管理、教學(xué)實(shí)踐等工作中做出了突出貢獻(xiàn)，發(fā)表高水平學(xué)術(shù)論文幾十篇，承擔(dān)或參與各級各類科研項目數(shù)十個，任多個期刊編委。

現(xiàn)在，牛文鑫大部分時間都在同濟(jì)大學(xué)附屬養(yǎng)志康復(fù)醫(yī)院（上海市陽光康復(fù)中心）。這是上海市第一家公立康復(fù)醫(yī)院，也是第一家大學(xué)附屬的康復(fù)專科醫(yī)院。牛文鑫帶領(lǐng)團(tuán)隊從無到有，建設(shè)了康復(fù)醫(yī)學(xué)轉(zhuǎn)化研究中心，并將醫(yī)工交叉智能康復(fù)作為重點(diǎn)研究方向，建成生物力學(xué)與康復(fù)工程實(shí)驗(yàn)室、骨與關(guān)節(jié)康復(fù)實(shí)驗(yàn)室、神經(jīng)調(diào)控與腦康復(fù)實(shí)驗(yàn)室、腦機(jī)接口研究實(shí)驗(yàn)室等實(shí)驗(yàn)平臺。經(jīng)過兩年的發(fā)展，研究中心已經(jīng)初具規(guī)模，并逐步取得了多項科研成果。近兩年來，康復(fù)醫(yī)院連續(xù)獲得了國家自然科學(xué)基金、國家重點(diǎn)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(xué)得越多，就越是心存敬畏。”牛文鑫感嘆。康復(fù)生物力學(xué)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(yù)期的康復(fù)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(xiàn)在作為康復(fù)醫(yī)院建設(shè)的一員，他常帶著康復(fù)學(xué)科的問題，主動與人工智能、大數(shù)據(jù)、虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)、腦科學(xué)等學(xué)科進(jìn)行結(jié)合，解決現(xiàn)實(shí)生活中的健康問題。學(xué)科交叉讓他在科學(xué)問題上更加深入，涉及學(xué)科面更廣，更加反映現(xiàn)實(shí)需求，對科研本身和生命本身都更加心存敬畏。

2020年9月，習(xí)近平總書記在主持召開科學(xué)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(jīng)濟(jì)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(xué)技術(shù)廣度和深度進(jìn)軍。

當(dāng)前，康復(fù)醫(yī)學(xué)發(fā)展生機(jī)勃勃，未來可期。作為科研人員，牛文鑫正帶領(lǐng)團(tuán)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。