前 言

力学和生命科学都是非常古老的学科，对认识、改造自然环境和人类自身都具有重要的意义。两者都具有鲜明的自身学科特征，但是，在生物力学中，两者走到一起，应用力学原理和方法对生物体的力学问题进行定量研究，一方面这是力学中最具活力的学科生长点，另一方面也为生命科学规律的定量化和数学化提供了良好的示范。人体着陆动作，是一个包含大量力学问题的生命体活动现象，对其科学的认知有助于发掘人体运动潜力，提升运动员表现，开发防护装备和完善训练计划，降低特殊职业者的损伤概率，以及针对着陆损伤设计理想的骨科内植物，制定科学的手术和康复方案等。

本书的初衷是对我们近年来的研究工作做一个小结，总结成果和经验，厘清思路并发现不足。对于着陆动作生物力学研究的涉足，起于2009年我在北京航空航天大学读博士期间，当时因参与一项空降兵防护的项目，从而在跳伞着陆方面开展了一系列实验研究。博士毕业后，我将该方向逐渐拓展到体育和医学领域，并得到国家自然科学基金和全国博士后科学基金等项目的支持。该领域的研究持续近8年，基本涵盖了我在博士研究生、博士后和助理教授阶段的研究历程。2017年1月，我在同济大学晋升为副教授，距离我从同济大学硕士毕业整整10年。从100周年校庆到110周年校庆，个人和团队都有了很大进步。这个时候，进行一次系统总结，对自己的研究历程、基金的资助、导师的支持、朋友的帮助、同行的认可和家庭的付出，都是一个交代。同时，也将部分合作者的相关研究工作纳入进来，使内容更加充实，结构更加完整。

本书共分8章。第1章为绪论，将该研究领域的内容和现状做一个简要介绍，给读者一个概念性认识。第2章介绍一系列实验研究，主要研究水平地面着陆时的下肢运动学、动力学和肌肉活动性，分析跳落高度、性别、踝关节防护、体侧偏利性、地面硬度等因素对下肢生物力学的影响。在第3章中，对斜坡着陆提出了一种替代实验模型，并对姿势稳定性问题进行了深入探讨。第4章将系统综述、荟萃分析和数学建模等数据分析方法应用于着陆生物力学。第5章通过模拟计算方法，深入研究着陆冲击对人体肌肉和关节受力、组织的应力和应变影响，从组织层次上对损伤进行评价和预测。第6章集中讨论在体育中的着陆生物力学问题。在第7章中，应用有限元方法研究着陆冲击时膝关节的生物力学响应。第8章中，对着陆损伤常见的跟骨骨折进行了临床生物力学研究。

本书第1章至第5章由本人撰写。其中，第2章和第3章的研究内容由我和姚杰老师在北京航空航天大学生物与医学工程学院完成，我们的导师樊瑜波教授对研究工作进行了指导。第5章研究内容由我和黄伟志（Duo Wai-Chi Wong）博士在香港理工大学完成，我们的导师张明教授对研究工作进行了指导。第6章由上海体育学院运动科学学院傅维杰副教授撰写，研究内容受到了刘宇教授的指导。第7章由北京航空航天大学生物医学工程学院姚杰老师撰写，研究工作由我们共同完成，并受到导师樊瑜波教授的指导。第8章由倪明医生撰写，我本人也参与了部分指导工作。

同济大学生命科学与技术学院丁祖泉教授对全书的写作给予了关心。同时，感谢同济大学出版社和同济大学科学技术研究院的支持，使本书获得同济大学学术专著（自然科学类）出版基金的资助。出版社的编辑老师对书稿的编审给予了具体的指导。

由于作者水平有限，书中难免有不足或错误之处，恳请读者批评指正。

牛文鑫

同济大学医学院康复治疗学系

上海市养志康复医院（上海市阳光康复中心）

2017年2月14日