2020年11月20日-21日，在北京召开2020中国生物医学工程大会暨创新医疗峰会。生物力学分会组织了其中一个分论坛，S15: 医工融合中的生物力学前沿问题。分论坛主席是浙江大学季葆华教授和李德昌副教授。分论坛共邀请了8位在生物力学前沿方向研究工作具有代表性的专家进行报告，内容涵盖了组织器官和分子、运动、康复等基础及临床中的生物力学问题。本次会议采用线上模式，网站显示共有2000余人次在线观看了视频。主要报告内容如下。

西北工业大学的杨慧教授做了题为《特殊环境免疫力学生物学》的精彩报告，讲述了在航空航天航海等工程领域，失重、冲击、高过载、振动或密闭等特殊力学环境会对人员的生理功能和重要组织器官造成损伤，导致机体免疫修复功能紊乱或抑制。因此，特殊力学环境对机体免疫系统（细胞）结构—功能的影响及其长期效应的力学生物学机制成为航空航天航海医学的关键科学问题。然后，杨慧教授讲述了建立地基模拟空间失重、超重环境、模拟航空冲击、高过载、振动等环境、模拟密闭舱室环境下动物和细胞的实验加载平台和装置；构建体外三维细胞力学微环境并实现精确调控，揭示三维微环境对细胞功能的调控及其分子机制；建立特殊力学环境下免疫细胞有限元分析方法等前沿研究内容。

西安交通大学的林敏教授做了题为《整合素介导细胞力学感知的分子机制》的报告，主要介绍了通过耦合整合素分子的激活/聚集动力学过程、整合素分子键的断裂解离及其内部黏着斑激酶（FAK）磷酸化这三个过程，建立整合素团簇依赖的细胞力学信号转导模型，刻画不同的细胞外基质刚度与不同种类细胞FAK磷酸化水平的量化关系，并通过实验验证在细胞骨架牵张力作用下，基质刚度依赖的FAK磷酸化水平差异的分子机制。林敏教授进一步讲述在此基础上建立了基于黏附分子键力学理论的细胞力-化学耦合模型，分析了整合素与炎症因子协同作用对牙周膜干细胞成骨分化影响的动力学过程，预测了信号通路中关键调控分子的存在。

上海交通大学的冯原教授做了题为《基于磁共振成像的软组织生物力学测量、建模与介入》的报告。冯原教授首先简单介绍了磁共振成像具有无创、对比度好、可功能成像的优势，采用磁共振成像方法对软组织的生物力学特性开展在体测量，可以为疾病诊断和预后评估提供重要信息。进一步，冯原教授讲述了其本人最近的研究进展，基于临床3T磁共振成像平台，研制了电磁式弹性成像系统，解决了临床应用简易便携的需求，克服了现有气动系统频率测量精度的限制，实现了在体软组织生物力学特性的测量。

同济大学的牛文鑫教授做了题为《中国传统健身运动的康复生物力学》的精彩报告。该报告讲述了如何应用运动学和动力学测试、逆向动力学分析、有限元仿真等方法，对太极拳和五禽戏开展生物力学研究，并结合脑功能分析和临床试验，解释传统健身运动的康复机理。报告聚焦传统健身运动力学安全性和有效性两个关键问题，讲述研究如何解决在膝关节炎患者练习太极拳的争议问题，为太极拳治疗髋关节炎临床试验指明方向，为踝关节损伤患者练习太极拳提供科学建议，报告还比较了五禽戏动作与临床推荐的康复疗法的力学作用。同时，基于传统健身运动的力学和脑功能机制，报告讲述通过改造太极拳和五禽戏动作，为患者提供个性化运动处方。

大连理工大学的于申教授做了题为《基于医工结合的上气道与耳的结构、功能与疾病的生物力学研究》的报告。通过该报告，于申教授讲述了其课题组建立上气道与内耳前庭系统的生物力学模型，对其功能的实现以及结构和功能之间的关系进行数值理论分析，然后对阻塞性低通气睡眠呼吸暂停综合征（OSAHS）、鼻窦炎、良性阵发性位置性眩晕（BPPV）、晕动病等几种典型常见疾病与结构之间的关系，以及相应的临床诊疗措施进行研究的成果。

重庆大学的郝石磊教授做了题为《脑出血后脑损伤的力学机制与治疗》的报告。通过该报告，郝石磊教授介绍了其团队的最新研究成果：构建体外静压力细胞模型，发现40 kPa压力作用下体外细胞活性显著的降低，体内由50 µL琼脂糖凝胶诱导的占位效应出现明显的组织损伤，进一步发现力学通道蛋白Piezo-2可介导静压力对周围神经组织产生损伤，并且占位效应与继发性脑损伤具有协同效应。基于脑出血后脑损伤机制和角蛋白良好的生物相容性，设计了角蛋白原位凝胶和鼻吸入纳米粒用于治疗脑出血后的占位效应、铁超载和神经再生。

北京航空航天大学的姚杰博士做了题为《膝关节髌骨转动轴的在体测量与轨迹分析》的报告。该报告讲述通过核磁共振成像，测量并重建了髌骨的在体运动轨迹；采用离体标本实验验证了轨迹的精度；进而测量了20例健康受试者的髌骨转动轴。报告介绍结果显示，在膝关节由伸到屈的过程中，转动轴呈现出L型的运动轨迹，并在20°-90°之间与通髁线趋于平行；尽管转动轴不断变化，转动半径却相对稳定在0.6-0.8倍通髁线之间。

太原理工大学的高志鹏博士做了题为《完整角膜对生理眼压的应变响应》的报告。该报告介绍了其课题组用自制的球形探针配合传统的材料试验机（Instron 5544）测试了完整离体猪角膜的压痕行为，分析了完整角膜在梯度眼压（从20 mmHg到60 mmHg）作用下的力学行为，并利用球对称理论计算了完整角膜对不同生理眼压的应变响应，以期揭示屈光手术前后角膜响应生理眼压的生物力学机制。

图1. S15分论坛-医工融合中的生物力学前沿问题各专家报告截图

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