方競

職稱職務

北京大學工學院教授，常務副院長，中心副主任

研究方向

固體力學和生物醫學工程

研究興趣

生物醫學微納米技術研究；生物醫學信息技術和醫療儀器技術研究；生物醫學材料與組織工程研究；功能成像研究

光力學方法和應用研究方面

提出了多種獲得分量解耦的形變導數條紋圖的光學微分干涉方法, 給出了具有普適性的光力學干涉的相關準則，提出了基於載波條紋圖的小波變換分析方法, 並成功地應用於動態應變場、高階導數場、局部化奇異性等問題的求解。在材料破壞與結構動力失效研究方面, 成功地將動光彈與動焦散方法結合在一起研究應力波與裂紋的相互作用, 得到了一系列彈性波傳播與裂紋響應、擴展間的作用規律; 發現了受衝擊圓環的缺陷敏感區, 給出了其對沖量的依賴關係和失效準則; 通過雙材料界面裂紋的動態焦散線分析研究, 給出了用焦散斑特徵尺度求解運動界面裂紋動態應力強度因子的實驗和分析方法。通過精細網格的傅立葉變換應變分析, 獲得了塑性材料中微孔洞的流動增長與匯合演化規律。

微機電系統（MEMS）研究方面

與北大微電子所合作，設計製造了諸如多通道光學開關、硅基材料的新型雙軸轉鏡、在位微型材料拉伸實驗機、結構等效剛度和等效模量的工藝在位檢測結構等微系統；有關微系統的分析和模擬研究包括：橫向振動微陀螺的響應研究，麥克風波紋膜片的非線性變形分析，邊界元與有限元結合的微系統的力-電耦合場分析等。2005年，將原子力顯微掃描與數字圖象相關技術相結合的研究取得重要進展，成功應用於微型加速度計中梁內納米量級的位移場測量，其發表在“Nanotechnology” （2005，26：（4），344-349）雜誌上的論文在約兩個月里下載超過250次（屬IoP期刊論文的10%範圍）。

生物醫學工程研究方面

開展了有關:

（1）細胞力學行為研究：以柔性基底材料的形變分析為基礎，研究心肌細胞在收縮舒張及腫瘤細胞在遷移過程中的位移場、力場和做功性能，研究在不同基底剛度和不同藥物作用等環境變化下細胞的動力學響應和行為特徵變化。我們建立了適合單細胞、亞細胞結構實時動態力學檢測的方法，給出了反映單細胞與基質相互作用的力信號響應特性的動力學表徵指標；提出新的根據基底變形場反解細胞應力場的精確模型。

（2）微流體技術研究：研究微流體器件的結構與流場設計、材料的力學性能測試與表徵、流體的化學物理學參數測量等，已經成功地設計和製備的通過流體聚焦實現細胞電穿孔的微器件，具有低電壓和高效率等重要特性。有關利用流體微電極進行溶液細菌濃度測量方面的研究進展，表明了在溶液細胞計數方面的新器件的簡潔性和有效性。

（3）計算機圖像技術在醫學診斷和治療中的應用研究，包括計算機輔助手術導航研究：利用圖像立體視覺的光學導航和磁場定位的磁導航，我們的研究為人工關節置換手術、肺及氣管組織的穿刺活檢等提供了有效的實時引導手術器械定向和定位的工程技術手段。利用CT圖像的三維重構及特徵提取，我們進行了中國人骨盆骨性參數的定量測量和特徵分析，其與手術分類所對應的參數結果為低位直腸癌手術提供了重要的術前設計依據。通過對MR圖像的分形特徵研究，給出了前列腺外周帶磁共振圖像中正常組織與癌組織的分形維數差異，為磁共振圖像診斷前列腺癌提供了新的定量指標。

（4）醫學信號檢測分析研究：針對睡眠呼吸暫停綜合怔等病症，研究相關的生理病理信號檢測和分析處理，我們所研製的主動電極具有高信噪比等特性，獲得了國家發明專利，可以準確方便地測量心電、腦電、肌電等不同水平的生理信號，利用時域—頻域綜合分析，給出了新的病理判別特徵指標，通過分形和小波變換等非線性分析，為睡眠醫學相關的綜合監測和健康評價提供新的方法和技術。我們所提出的利用結構光進行胸部運動測量的研究，可以在呼吸無約束和測量非接觸的條件下進行肺功能評價，並且能在左右胸腔處於不同病理情況下進行肺活量測量，從而對手術處理的結果進行定量評估。