赋生命以力 奏康复之歌——记同济大学智能康复临床研究中心副主任牛文鑫

范德强

牛文鑫

2002年，我国康复医学刚刚萌芽。武汉大学附属中南医院的康复科团队颇有前瞻性地意识到：康复医学要发展，必须走学科交叉融合的路子。于是，他们主动为工学部的本科生开设了一门选修课，名为“康复医学”。他们以讲座和专题报告的形式，启迪学生们思考本专业与康复医学的关系。

一位叫田骏的中医老师，曾在课堂上演示中医推拿手法，并提出一个问题：“我虽然知道我的技术对病人有效，但并不知道我手上的力是如何作用到病人的组织，又是如何发挥作用的。如果你们感兴趣，以后可以考虑从事这方面的研究。”

这个问题，被讲台下的一名学生牢记在心。从那时起，他就立志：用工科技术和方法解决医学问题，做一名学科交叉的科学人。他就是牛文鑫。十余年来，他默默耕耘在运动和康复生物力学研究领域，不辞辛劳，不计得失，以匠心践行初心，在科学研究、科研管理、教学实践等方面均做出了突出成绩，取得了多项开创性科研成果，受到国内外同行和患者的高度认可。近年来，他和所在团队曾多次获得高等学校科学研究优秀成果奖自然科学奖一等奖、上海康复医学科技奖一等奖、黄家驷生物医学工程奖一等奖、中国康复医学会科技进步奖一等奖、浦东新区科技进步奖、上海医学科技奖等荣誉。

“复活”一个研究方向

为了实现夙愿，牛文鑫做了一个惊人的决定：放弃保研，并跨专业考研。他将目标锁定为同济大学生物医学工程专业。经过两年多的精心准备，他成功以专业课满分的成绩，考入理想学府，开始了逐梦之旅。

生物医学工程虽然也是工科专业，却与机械有着天壤之别，研究对象从冷冰冰的机器变成活生生的人，相关研究方法、研究思路等通通要随之转变。对于成绩优异的牛文鑫来说，考进去或许问题不大，学得好才更是挑战。

既然选择了远方，便只顾风雨兼程。牛文鑫从头学起，在生命科学与技术学院丁祖泉教授的指导下，开始了生物力学的学习和研究。为了获得最新鲜的实验标本，他曾半夜独自前往郊区生猪屠宰场；为了获得翔实的实验数据，他曾连续半个月做尸体实验，每天只睡四五个小时；为了解决模型中的小问题，他曾目不转睛地盯着老式CRT显示器，一盯就是几个小时。苦心人，天不负。就这样，仅用了3年时间，他就快速入门并做出创新性工作，以优秀的科研成绩硕士毕业。

为了继续深造，牛文鑫在导师的推荐下，选择北上，前往北京航空航天大学攻读博士学位，师从樊瑜波教授。“樊教授是具有宏观战略思维的学者，当时大多数人都认为生物力学是服务临床的，樊教授就提出生物力学不单单要服务临床，而是要站在更高的高度上，去引导临床、指导临床。”牛文鑫回忆道，樊瑜波教授的这种“站在高处，纵览全局”的思维方式和科研理念，让他受益匪浅，也成为他今后科研路的行动指南。

读博时，樊教授给牛文鑫布置的研究方向是，结合北航特色进行空降兵防护研究。通过阅读大量的文献和资料，牛文鑫将题目定为“跳伞着陆踝关节损伤防护”。然而，题目甫一报出，就遭到了很多同行的“劝退”。他们说，这个领域的研究只在20世纪80年代有过，此后国内再无人涉足，可见这个领域已经相当狭窄，而且很难做出成果。

这些问题，牛文鑫也不是没有考虑过。但是，当他发现当时美国、澳大利亚官方背景的团队还在做这个领域的研究时，就敏锐地意识到：还有待解决的问题。而且，由于历史原因，我国跳伞方式与国外不同。西方国家普遍采用滚翻式跳伞着陆姿势，即通过身体的翻滚将着陆时的巨大动能“滚”出去。而我国军队是学习的苏联跳伞着陆方式，为半蹲式，即通过身体深度下蹲来延长缓冲时间，将能量慢慢吸收。因此，单纯参考国外的研究结果，并不能解决我国空降兵的防护问题。

“我们自己的问题，还是要靠我们自己来解决。”牛文鑫掷地有声地说。为此，他和团队紧锣密鼓地展开了相关研究。他们在步态分析实验室里，用最先进的人体运动学和动力学测量设备，采集、模拟了半蹲式跳伞着陆动作的各个参数，分析了不同因素对动作损伤风险的影响，为后续开展踝关节损伤防护的研究提供了扎实的理论基础。

获上海康复医学科技奖一等奖

然而，就在牛文鑫等将这一突破性成果撰写成论文投到Aviation、Space &Environmental Medicine时，却遭到了审稿专家的“冷嘲热讽”。他们不承认世界上有一种所谓的“半蹲式跳伞着陆”姿势。在审稿过程中，一个审稿人反复使用“非标准着陆技术（non-standard technique）”来描述牛文鑫所研究的着陆姿势，认为开展这样的研究毫无意义，甚至嘲讽：“为什么要研究一个不存在的东西？”“除了作者，谁会用这种方式跳伞着陆？”

面对国外审稿人的刁难，牛文鑫等反复据理力争。在回信中，他们写道：“很多士兵在用，但不包括作者。我们只是做这方面的研究而已……目前，至少所有的中国伞兵以此为标准。我们认为这不是一个小数目。”经过几番较量，最终，他们成功打破了审稿专家的“成见”，论文也得以发表。“其实，我们并不是特别想在国外期刊发表，但这个期刊是航空航天医学领域唯一的SCI期刊，而发SCI论文是毕业的硬性要求，没办法。”牛文鑫无奈地表示。

后来，他们在Aviation，Space &Environmental Medicine上连续发表了3篇相关论文。国外专家已经接受了这种“不可思议”的“半蹲式跳伞着陆”。相关描述也出现在国外学者的著作中。目前，“半蹲式跳伞着陆”已经作为中国科协“科普中国”科学百科词条，被“百度百科”收录。在牛文鑫等的带动下，近年来越来越多的相关研究陆续发表，这个沉寂了20余年的研究方向，在新的技术和研究方法的助力下“复活”了，也使我国空降兵防护研究前进了一大步。

此后，在这项研究的基础上，牛文鑫等还将衍生的技术和方法应用到体育和运动康复中，设计了新型非对称护踝和相关工艺，获得了发明专利，并实现了转化。

守正创新

作为一种健身运动，太极拳在我国民间有着广泛拥趸，是我国传统健身文化的代表。近年来，国际上关于太极拳的康复应用研究方兴未艾，美国、澳大利亚、德国、加拿大等国家的科研人员开展了大量临床对照实验，证实太极拳在治疗关节炎、神经系统疾病、精神类疾病、预防跌倒等方面有着惊人效果。

牛文鑫告诉记者，在国外，很多国家已经将太极拳列入多个高级别临床指南，如“2012年，美国风湿病学会就在最新骨关节炎非手术和药物治疗指南中，将太极拳列为膝骨关节炎运动干预方式，并且推荐等级是最高级别”。由此可见，很多国外的机构对太极拳在康复方面的应用已经有了较为深入的研究。“太极拳是我们民族的瑰宝，我们中国人更应该好好地挖掘和利用它。”他表示。

据了解，国外很多研究机构对太极拳的研究，大多是做临床对照实验。一般是招募一批病人，一组练习太极拳，一组不练习，然后经过一段时间，评估治疗效果。“跟着国外跑”没什么意思，牛文鑫和团队将目光投向了更深层次。

“虽然已经得知太极拳对关节炎疼痛、腰背痛、精神抑郁等疾病作用显著。然而，太极拳产生康复疗效的机理却始终不甚明了。”牛文鑫说。为此，他和团队另辟蹊径，从2016年起，在国家自然科学基金等项目的支持下，开始研究太极拳对下肢关节炎的生物力学影响。

短短几年时间里，牛文鑫和团队对太极拳典型动作的踝关节、膝关节和髋关节生物力学，与人体日常动作进行了系统的研究。通过运动学和动力学测试，他们测量到了太极拳的动作特征。然后，在计算机模型中计算出肌肉力和关节力，还用有限元模型来分析具体组织任意点上任意时刻的应力分布和力传导情况，保证了对动作力学影响的全面认识，为研究太极拳康复功效的产生机理奠定了坚实的基础。到目前为止，牛文鑫团队是国际上唯一实现对太极拳动作进行有限元分析的团队。

近期，牛文鑫和团队还采集了太极拳练习过程中近红外脑功能数据，将脑区的激活与力学指标协同分析，为了解太极拳的康复机理提供了丰富而可靠的数据。通过研究发现，太极拳是比走路更加精细化的动作，为下肢提供了周期性复杂而柔和的载荷，在安全范围内保证了康复治疗所需的力学刺激，同时又因其对肌肉协调性较高，对关节运动和软组织拉伸，对深层小肌肉和神经系统起到训练作用，对于运动系统和神经系统都有康复效果。

牛文鑫始终坚持生物力学服务临床、指导临床的科研理念。在前期工作基础上，研究团队改造了传统太极拳，将繁冗复杂的太极拳动作的康复成分提取出来，针对膝骨关节炎和中风等疾病研发新型太极拳或太极拳步法，教给患者，进行临床对照试验，临床效果达到预期。他们还在同济大学附属养志康复医院，与临床人员合作对脊髓损伤患者练习轮椅太极拳进行了系列研究。随机对照试验结果显示，6周的轮椅太极拳练习可以改善脊髓损伤患者的心肺功能、平衡能力和生活质量。在养志康复医院，通过实施中国残联“希望之家”脊髓损伤公益项目，研究团队已向近千名脊髓损伤患者推广了轮椅太极拳，效果明显。

康复训练，贵在坚持。为此，针对出院患者的康复训练，研究团队正积极研发太极拳动作智能评估系统，让患者在家里就可以实时接受训练指导和监督，同时加入游戏内容，增强其锻炼积极性、主动性，助力患者早日康复。

五禽戏，是我国的另一种健身运动。通过师法自然，达到强身健体的目的。研究团队也开展了相应的测试工作。大量测试结果表明：与虎戏同源的爬行锻炼可以激活腰腹部大部分肌肉，增强腰椎稳定性，同时，产生的腰椎载荷足够小。在临床允许范围以内，是一种值得推荐的腰椎康复动态运动疗法。在临床中，一种膝关节触地姿势（手膝位）是治疗腰痛的推荐疗法，与五禽戏中的鹿戏（手足位）类似。研究团队分别加以研究，以评估不同动作下全脊柱不同阶段的运动学特征，发现手足位姿势的锻炼有更多的肌肉处在高或中等激活水平。手足位姿势可以看作是手膝位姿势的高阶训练。实际训练中应根据个人需求进行特定练习。研究结果为临床应用提供了数据支撑。

指导学生

“守正创新，中国传统健身运动是康复医学和健身文化的宝库，值得深入挖掘。”牛文鑫强调，现在只是一个开端，以后还将不断深入、不断继续。

心存敬畏

2012年，牛文鑫以出色的研究成果获得博士学位。其出色的研究成果也让北京航空航天大学“五四奖章”、教育部博士研究生学术新人奖、运动生物力学“健乐新人奖”等荣誉纷至沓来。踌躇满志的牛文鑫回到母校同济大学，准备大施拳脚。

然而，现实却让他陷入了困顿和迷茫。曾经的恩师早已退休，曾经就读的生科院已完全转变学科方向，生物医学工程博士点也已取消，学科点已转到医学院。虽然牛文鑫的科研水平、各项指标表现优异，但因为种种原因，也只能从师资博士后做起，不得不开始一个人的独立科研生涯。那时，他虽然拿到了一些资助项目，也恢复了与骨科医生的合作，但他总是感到科研方向上的危机，亟需一个突围。

随着社会发展，人民生活水平提高，以及医学的进步和卫生保健事业的发展，康复医学逐渐走入人们的视野。世界卫生组织将康复医学、临床医学、预防医学、保健医学作为现代医院的基本功能。长期以来，康复医学不受重视，发展滞后，是个“冷门”学科。2014年，同济大学开始设立康复治疗学专业。恰逢牛文鑫博士后出站，出站考核成绩为当年全校第一名，他主动申请要求参与康复治疗学专业的教学，成为康复学科第一位专职教师。

从骨科生物力学转到康复生物力学，虽只有两字之差，又同属一个学科门类，然而在科学研究上，却有着较大差异。“骨科的生物力学分析只需要保证结构不被破坏，也就是应力值不超过上限安全阈值；而在康复中，力学是一种治疗性因素，人体组织和器官只有在一定力刺激下才会保持健康状态，所以，康复力学分析要保证上限安全阈值的同时，还要保证下限治疗阈值，并兼顾疲劳等特征。”牛文鑫解释道，而且在这个过程中，力学的作用通常会与生理过程、心理、湿度、温度等内在或外在因素发生共同作用。这些影响无法完全通过标本实验或计算机模拟评估，因此，康复生物力学更多需要在临床上、生活中与活生生的人接触，获取第一手数据。病人的个性化差异、不同因素的耦合效应，以及生理过程构成的极限边界，这些问题都是工程力学不曾遇到的。

正是研究方向的转向，让牛文鑫找到突围的方向。化危为机，化挑战为动力，他慢慢学会了如何设计临床试验，如何利用临床中的康复评估技术提供指标，并与生物力学测试结合协调分析，以及如何基于实际临床和生活中取得的数据整合起来，运用人工智能算法，开发新系统，研发新设备，科研路子越走越宽。

多年来，牛文鑫始终跋涉在逐梦的路上，风雨无阻，昼夜兼程。从河北到湖北，从北京到上海，逐梦的脚步愈加坚定、愈加沉稳。现在，他身兼同济大学智能康复临床研究中心副主任、医学院生物力学实验室主任、附属养志康复医院康复医学转化研究中心副主任等职务，在科学研究、科研管理、教学实践等工作中做出了突出贡献，发表高水平学术论文几十篇，承担或参与各级各类科研项目数十个，任多个期刊编委。

现在，牛文鑫大部分时间都在同济大学附属养志康复医院（上海市阳光康复中心）。这是上海市第一家公立康复医院，也是第一家大学附属的康复专科医院。牛文鑫带领团队从无到有，建设了康复医学转化研究中心，并将医工交叉智能康复作为重点研究方向，建成生物力学与康复工程实验室、骨与关节康复实验室、神经调控与脑康复实验室、脑机接口研究实验室等实验平台。经过两年的发展，研究中心已经初具规模，并逐步取得了多项科研成果。近两年来，康复医院连续获得了国家自然科学基金、国家重点研发计划等项目的资助，也获得了多项科研奖项，医院整体发展有序快速。

“学得越多，就越是心存敬畏。”牛文鑫感叹。康复生物力学面对的是一个又一个鲜活的生命，而每一个生命背后又是千差万别的身体情况和文化背景。要取得预期的康复疗效，不仅要考虑患者的身体情况，还要综合考虑文化、家庭、心理等多方面因素。他坦言，现在作为康复医院建设的一员，他常带着康复学科的问题，主动与人工智能、大数据、虚拟现实技术、脑科学等学科进行结合，解决现实生活中的健康问题。学科交叉让他在科学问题上更加深入，涉及学科面更广，更加反映现实需求，对科研本身和生命本身都更加心存敬畏。

2020年9月，习近平总书记在主持召开科学家座谈会时提出，我国科技事业发展要坚持“四个面向”——面向世界科技前沿、面向经济主战场、面向国家重大需求、面向人民生命健康。号召广大科研工作者，不断向科学技术广度和深度进军。

当前，康复医学发展生机勃勃，未来可期。作为科研人员，牛文鑫正带领团队坚持“四个面向”，坚决践行“人民至上、生命至上”价值理念，以患者为中心，以时不我待的干劲奋发向前。