《骨骼肌力學行為多尺度建模與仿真》是依託哈爾濱理工大學，由王沫楠擔任項目負責人的面上項目。
基本介紹
- 中文名：骨骼肌力學行為多尺度建模與仿真
- 項目類別：面上項目
- 項目負責人：王沫楠
- 依託單位：哈爾濱理工大學
項目摘要,結題摘要,
項目摘要
項目主要目標是提出依據力學行為的生理學機制建立骨骼肌多尺度模型的理論與方法，為在骨骼肌多尺度模型基礎上實現肌肉力預測的計算機仿真建立理論基礎。項目從建立模組化、複雜性、可擴展的骨骼肌力學行為多尺度模型角度開展四個方面的研究工作：(1) 基於骨骼肌形態和結構建立宏微觀幾何模型。(2) 基於興奮-收縮偶在線上制建立骨骼肌電生理特性模型。 (3) 基於主動力學行為與被動力學行為建立骨骼肌多尺度生物力學模型。(4) 基於多尺度模型實現肌肉力預測的計算機仿真和模型驗證。項目提出了將非破壞性醫學圖像獲取技術、細胞行為建模方法、電興奮擴散建模方法、多重格線法、彈性力學建模方法、查詢表法、有限元法、對比驗證方法套用於解決骨骼肌多尺度建模科學問題的創新研究思路，有希望攻克從細胞電生理到肌肉力輸出建模過程中的瓶頸問題，為利用多尺度模型輸出骨骼肌多尺度信息、理解複雜疾病潛在機理、模擬複雜生理過程提供了關鍵性技術。
結題摘要
分析和探究骨骼肌功能的研究，目前幾乎完全集中於體內、體外實驗測試上，或者採用解剖推算法判斷肌肉的作用；或者套用肌電圖配合遙測技術及快速攝影等方法，在人體做各種運動時，通過測出不同部位的肌肉活動情況，判斷肌肉的作用。由於骨骼肌複雜的解剖力學特性和實驗手段的限制，實驗結果往往只能反映骨骼肌功能的巨觀綜合特徵，不能客觀判斷出巨觀表現的微觀起源，這樣的結果無法滿足醫療、體育訓練等領域深入探究骨骼肌功能的需求。本項目正是基於以上背景提出的，研究定位於：骨骼肌力學行為多尺度建模與仿真。主要研究內容包括：(1)建立包括膜電位變化模型、鈣循環過程模型和橫橋動力學模型的骨骼肌電生理特性模型。(2)建立包括動作電位傳導模型、被動力學模型和主動力學模型的骨骼肌多尺度生物力學模型。(3)基於多重格線法和有限元方法實現骨骼肌多尺度模型仿真。包括從肌纖維到骨骼肌的幾何建模、格線劃分和有限元模型的仿真。重要結果包括：(1)構建了骨骼肌電生理模型，實現激活動作電位到橫橋動力學的骨骼肌纖維力學行為的連續表達，更加真實的描述複雜細胞行為。(2)構建了骨骼肌多尺度生物力學模型，首次實現基於骨骼肌力學行為的生理運行過程建立骨骼肌生物力學模型。(3)利用骨骼肌多尺度模型仿真了不同代謝供能系統對於骨骼肌收縮過程中的鈣離子和力的影響，利用多尺度模型實現了粗細肌絲有重合和無重合時快肌纖維的疲勞仿真。科學意義主要體現在：所構建的骨骼肌模型，融合了解剖信息、電生理信息、生物力學和部分神經生理學信息，允許對大範圍生理學參數和結構參數的影響進行分析；能夠揭示更多結構與功能之間的內在聯繫，可以用於驗證神經生理學、電生理學、病理學、生物力學等多領域研究成果；與實驗研究手段互補，在相關領域研究中為科學推斷、科學假設提供更有效的定量判定依據；可以實現真正意義上的骨肌系統前向動力學仿真，有助於推導出特定動作的肌肉運行方式，指導康復訓練模式的修正和體育訓練。
