科学研究


肌肉组织生物力学(深层组织受损)

压疮是一种在长期力学载荷下的严重组织损伤。脊髓损伤患者以及久坐轮椅或卧床的虚弱老年人都是压疮易患人群。运动和感觉能力下降的残疾人士或老年人不能轻易地调整自己的坐卧姿势,同时此类人群对过量的力学载荷不敏感,无法察觉压疮早期的不适感,因此更容易患上压疮。以英国为例,针对每个病人治疗压疮的医疗成本可能超过14000英镑。国内一般医院压疮发生率为2.5%~10%不等,而脊髓损伤患者的压疮发生率为25%~85%,且8%会导致死亡。卫生部医院评审和医院管理年检查将压疮作为衡量护理质量的标准之一,将发生压疮视为未提供符合标准的护理行为的依据。积极采取有效措施,对压疮实施监控与预防,降低住院患者压疮发生率势在必行。


构建了测量肌肉细胞在压应力和氧化应激下的应力—时间损伤阈值之高通量方法,得以探索二维与三维结构中的肌肉细胞在压应力、剪切应变以及氧化应激作用下的损伤力学,获得细胞损伤量化参数。


研究基于共聚焦显微成像的肌原细胞有限元模型通过细胞骨架生物力学变化对细胞膜表面拉应变的影响,进一步研究细胞受压应力损伤的力学机理。


通过建立全新的臀部多物理场有限元模型预测细胞以及组织受力学损伤的扩散以及通过臀部表面压力可以预测组织损伤程度的数学模型。


利用周期性力学刺激研究细胞被强化的效应。提供了一种潜在的预防和治疗压疮的方法。


开发了基于气囊的功能自适应调节压力的智能坐垫,利用人工智能实时分析臀部压力传感器信息,对测试者臀部进行损伤预测,并在组织受损之前将局部臀部压力重新分布。配合另外一个模块利用间歇性震动刺激血液循环增强肌肉抗应力能力,从而使得智能坐垫可以帮助长期久坐的瘫痪病人减小压疮的发病概率以及治疗压疮。产品在人体上测试验证臀部压力分布通过智能调节可以极大的减小坐骨等易发病部位的发病风险。

神经组织生物力学(腕管综合征)

腕管综合征(CTS)是骨科中最常见的手部障碍疾病之一,在普通人群中的发病率大于3% ,在从事大量重复性劳力工作的工人人群中发病率最高。在导致丧失工作的上肢重复性运动障碍病例中,CTS占40.8%,同时该疾病也在非致命性职业疾病的病例中占比最高。据估计,在美国每年约100万CTS患者需要医疗治疗,每例的医疗费用为2万至10万美元。近几年来,虽然CTS在中国尚未见流行病学研究,但是CTS已逐渐成为中国最常见的外周神经病变之一。随着现代人大量使用个人电脑,对手与上肢的工作负荷增加,CTS病例的数量以及所引起的医疗成本持续上升。与CTS相关的手部症状包括疼痛、麻木、力量减弱以及正中神经分布部位的感觉与运动功能丧失。如果不加以治疗,CTS可导致不可逆的正中神经退化和严重手部功能障碍。


利用动态超声成像结合模式识别算法追踪正中神经的移动性,从而发现腕管综合征患者的正中神经移动性远小于正常健康人群的正中神经移动性。同时发现腕管中不同段的正中神经的移动性不同,近端的正中神经的移动性在腕管综合征病人中被影响最大。神经的移动性和神经的横截面积与扁平程度有很强的相关性。


自由臂超声快速三维重构软组织技术,结合有限元分析探索神经生物力学损伤。


声辐射力脉冲成像技术对于软组织的弹性模量进行非创评估,可以辅助评估软组织损伤以及所处力学环境。


基于腕管综合征非创治疗的3D打印个性化康复辅具设计


科研项目:

1. 上海市科学技术委员会 浦江人才计划A类

项目负责人

项目编号:19PJ1406400

项目名称:深部组织损伤中周期性压应力刺激对肌肉的生物力学作用

项目起止时间:2019年10月至2021年9月

2. 上海交通大学  医工交叉青年项目

人员分类:项目合作方负责人

项目编号:YG2021QN142

项目名称:不同假体全膝关节置换术后动力学仿真及相关研究

项目起止时间:2021年1月至2023年12月

3. 上海交通大学 医工交叉重点项目

人员分类:项目合作方负责人

项目编号:YG2019ZDB02

项目名称:基于痉挛型脑瘫患儿三维步态分析的中医康复方案规范化研究

项目起止时间:2020年1月至2022年12月

4.军队基础加强计划重点基础研究项目

人员分类:子课题负责人

子课题名称:常见军事训练肌肉骨骼损伤及恢复再生生物力学模型建立及评估

项目起止时间:2021年11月至2025年11月

5.科技部 国家重点研发计划 ”数字诊疗装备研发“ 重点专项

人员分类:项目骨干

项目编号:2019YFC0120600

项目名称:三维动态全身骨与关节数字成像及人工智能临床专家系统

项目起止时间:2019年1月至2021年12月

6.2021春季学期教学发展中心课程思政专项基金

人员分类:项目负责人

项目编号:CTLD21SIP 0016

7.上海交通大学数字医学教育部工程研究中心医工交叉研究种子基金

基于踝关节不稳的距腓前韧带三维生物力学研究(与九院骨科干耀恺主任合作)

牵张力学刺激调控骨骼肌卫星细胞分化介导骨代谢机制研究(与新华医院骨科彭建平医生合作)

膝关节粘连患者的弹性模量测定(与九院康复科蔡斌主任合作)

8.“双一流”建设项目人才科研启动经费,项目编号:WF220508204

9. 上海市教育委员会高峰高原学科建设人才启动资金,项目编号:ZXWF082101/063

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