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冲击过载性骨损伤、防护与康复的生物力学研究
成果信息
立项支持
  • 公布年份:
    2018
  • 中图分类:
    R683, R318.01
  • 关键词:
  • 成果简介:
    该项目属生物力学领域。冲击过载伤常发生于弹射、跳伞着陆、运动、交通事故、骨质疏松者日常活动等,具有频次高、防护难、不宜康复的特点,且往往伤情重、死亡率高。例如,即使是最优秀的飞行员在低空弹射、跳伞中都常常骨折10余处。已成为制约提升战机、伞兵作战能力、运动及老年人骨折防护等共性难题,但由于问题的高度复杂性,目前针对冲击过载性骨损伤、防护及康复的机理尚缺乏系统深入的认识。 在国家自然科学基金创新群体、重大国际合作、国防基础、杰青等项目支持下,完成人长期合作,在冲击过载性骨损伤机理、防护与康复方法等方面取得重大突破。 一、揭示了冲击过载性骨损伤与防护的仿生生物力学机制: 揭示了啄木鸟舌骨安全带式防护机制和上下喙不等长的双重减振机制;突破传统观点,阐明了板状松质骨非均匀分布的抗冲击伤机理,发现了啄木鸟头部线性与旋转并存的复杂运动学规律,为探索人体冲击过载损伤和防护机制提供了重要基础。受到国际碰撞力学、材料学领域的知名学者们高度评价,著名刊物J.Exp.BioL在其“突出成果”专文长篇介绍,被录入运动损伤、仿生生物力学专著及美国生物系本科教材。还受国防军事及运动康复领域高度重视和关注,已成功用于冲击性损伤防护装备设计。 二、发现了冲击过载性骨肌损伤、防护与康复的协同作用机制: 建立了下肢-足踝-鞋生物力学建模与验证方法,揭示了我国半蹲式跳伞足踝关节活动和肌肉协同作用的内在机制,发现了着陆冲击偏利性原则和性别差异性规律,提出了生物力学瞬态稳定性概念和评价方法,揭示了软组织与骨在足踝损伤、防护中的协同机制,提出了鞋垫设计与评测方法,为我国伞兵着陆、运动伤防护与康复提供了重要依据。被工程领域最古老著名期刊Proceeding of the IEEE重点评述、录入美国足部运动医学学会主席Werd教授撰写的热销学术著作,并被用于我国伞兵着陆训练方法改进和防护装备研发。 三、建立了骨损伤风险评测与防护的跨尺度生物力学方法: 建立了跨尺度骨生物力学模型,发现骨宏微观结构和力学特性改变与骨损伤间的定量关系,提出了跨尺度骨结构分类、骨损伤评测方法;并提出了微重力导致骨退化检测与评价方法,可为骨折高风险部位早期诊断、失重性和老年性骨质疏松治疗、防护与康复提供重要依据。成果被著名期刊Curr Opin Pharmacol等综述论文大幅介绍并特别推荐。 该项目在相关领域主要期刊发表SCI论文99篇,8篇代表性论文WOS被引381次,SCI他引324次,单篇最高他引137次。获教育部自然科学奖一等奖(2015)、中国生物医学工程界最高奖“黄家驷生物医学工程一等奖”(2017)。应CRC等出版社邀请主编专著5部。授权发明专利11项,软件著作权8项,应用7项,取得良好的军事、社会经济效益。第一完成人为杰青、长江学者、美国生物与医学工程院会士,所带领团队已成为国家自然科学基金创新群体和科技部重点领域创新团队,主办世界医学物理与医学工程大会(领域内最大系列会议)等6次。
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