告别 “轴” 心难题：AFAJTM 系统如何革新关节扭矩测量

为解决传统关节扭矩测量中因轴不对齐导致的误差问题，研究人员开展 AFAJTM 系统相关研究。结果显示该系统测量精度高、稳定性好。推荐阅读，助您了解关节扭矩测量新突破，把握科研前沿动态。

　　

在康复医学和运动科学领域，精准评估人体肌肉骨骼系统的性能至关重要。肌肉力量测量能够量化伤病程度，还能在康复过程中监测患者恢复情况；在体育界，关节扭矩评估为优化运动员表现提供科学依据。比如，了解运动员关节扭矩状况，能帮助教练制定更精准的训练计划，提升运动员的竞技水平。

当前，关节扭矩测量方法主要分为手动和自动化设备测量两种。手动测量通常使用带扭矩传感器的手持测力设备，在肢体等长运动时评估关节被动阻力。不过这种方法存在诸多问题，它高度依赖检查者经验，缺乏标准化流程，难以覆盖多种活动或高速运动场景，测量运动末端范围和峰值扭矩角度时也不可靠，测量误差较大，无法满足个体层面的评估需求。

自动化测量则能收集关节力和运动学数据，结果更客观精确，还支持多种测量模式，弥补了手动测量的不少局限。像 Cybex Norm、Biodex System 和 IsoMed 等测力计，是市面上常用的标准设备，广泛应用于康复和运动科学研究中。但这些自动化设备有个大麻烦，就是要求被测关节的旋转轴与设备驱动轴严格对齐。由于设备部件的灵活性和人体软组织的变形，要实现完美对齐几乎不可能，这就导致关节扭矩测量不可避免地出现误差。而且现有的手动对齐方法不仅耗时，还容易受主观因素影响，增加了对齐误差。这些误差不仅会让受试者感到不适，严重时还可能损伤关节或皮肤，影响测量结果的准确性。

为了解决这些难题，作者[第一作者单位] 的研究人员进行了深入探索，并在《期刊原文名称》上发表了名为《论文原文标题》的论文。他们提出了一种可转移的免校准自适应关节扭矩测量（AFAJTM）系统，这一系统就像是为关节扭矩测量领域带来的一场及时雨，能有效解决传统测量中因关节和设备轴不对齐产生的各种问题，大大提高测量的准确性和可靠性。

研究人员在这项研究中运用了多个关键技术方法。首先是设计了 AFAJTM 系统，通过测量测力计施加的力和测量点到关节旋转轴的距离间接计算扭矩。系统中的角度传感器和力传感器协同工作，实时监测相关数据。同时，为了保证测量精度，还设计了一套控制机制，让测量连杆始终垂直于肢体。另外，研究人员还设计了基于 AFAJTM 的自适应运动轨迹控制方法，以及专门的肘关节扭矩测量装置（EJTMD），用于具体的实验测量。

下面来看看具体的研究结果。

回归模型分析

研究人员通过 Shapiro–Wilk 检验发现，所有数据都符合正态分布。回归模型显示，模型扭矩和 EJTMD 测量扭矩之间的回归系数高达 0.99，这意味着两者存在极强的线性关系，而且系数决定值（）达到 0.993，说明模型的拟合优度非常高。这就好像是给 EJTMD 的测量准确性打了一剂强心针，表明它在测量关节扭矩方面表现十分出色。

不同错位位置的扭矩比较

在不同错位位置，研究人员对 EJTMD 和模拟模型的测量结果进行了对比。结果发现，EJTMD 与模拟模型在五个错位位置的 Pearson 相关系数都大于 0.99，呈现出极强的线性相关性。同时，t 检验的 p 值都大于 0.05，这表明 EJTMD 的测量值和模拟模型的标准值之间没有统计学上的显著差异。这说明无论关节处于何种错位状态，EJTMD 都能稳定、准确地测量扭矩。

绝对误差分布

从 EJTMD 和模拟模型的绝对误差分布来看，误差分布近似对称，且集中在零附近。这意味着 EJTMD 测量产生的误差极小，红色虚线表示的平均误差仅为 -0.009 Nm，几乎接近零，进一步证明了 EJTMD 扭矩测量的高精度。研究人员还分析了不同误差源对测量结果的影响，发现肢体长度测量误差的贡献占比最大，达到 93.68%，力传感器误差贡献为 6.32%，角度测量误差贡献仅 0.0013% 。虽然肢体长度测量误差占比大，但整体误差仍在可接受范围内，EJTMD 的测量精度依旧值得信赖。

重复测量方差分析

对 EJTMD 扭矩数据进行重复测量方差分析后发现，F 值为 7.564，P 值为 0.983，这表明不同错位位置之间的差异并不显著，效果量（）为 0.033，说明位置差异对测量结果的影响微乎其微。同时，Mauchly 球形检验的 P 值为 0.973，说明数据满足球形假设，适合用重复测量方差分析进行研究。这一系列数据充分显示了 EJTMD 在不同错位位置下测量的稳定性。

临床对比

在临床实验中，研究人员将 EJTMD 与 Biodex 系统进行了对比。EJTMD 在不同错位位置的平均扭矩测量值范围是 12.289 - 12.508 Nm，标准差较小，在 2.420 - 2.700 Nm 之间，这说明 EJTMD 的测量结果一致性非常好。而 Biodex 系统的扭矩测量值范围则大得多，为 10.379 - 17.343 Nm，标准差也更高，在 4.625 - 5.140 Nm 之间，测量结果的离散程度明显更大。从变异系数（CV）来看，EJTMD 的 CV 范围是 19.6% - 21.6%，Biodex 系统的 CV 范围则是 33.4% - 42.4%，进一步证明了 EJTMD 测量的稳定性和一致性优于 Biodex 系统。

测量一致性

研究人员对 EJTMD 在每个位置进行了三次重复测量，计算得出的组内相关系数（ICC）分别为 0.992、0.981、0.973、0.989 和 0.934，这些数值都非常高，充分表明 EJTMD 在所有错位位置都具有出色的测量一致性。

位置对测量结果的影响

Mauchly 检验结果显示，EJTMD 和 Biodex 系统的 p 值都大于 0.05，说明两者的数据都满足球形假设，无需对自由度进行校正。重复测量方差分析表明，错位位置对 EJTMD 的测量结果没有显著影响（F = 0.119，P = 0.979），效果量（ = 0.061）较小；但对 Biodex 系统的测量结果影响显著（F = 46.071，P < 0.001），效果量（ = 0.837）较大。进一步的两两比较发现，EJTMD 不同错位位置之间的测量结果没有显著差异，而 Biodex 系统在多个错位位置对之间存在显著差异。这就像是一场比赛，EJTMD 在面对不同错位位置时表现得非常稳定，而 Biodex 系统则容易受到影响，发挥不太稳定。

综合研究结果，AFAJTM 系统有效地解决了传统关节扭矩测量中因设备与关节轴不对齐导致的误差问题。通过自适应机制和可调节连杆设计，它能自动校正因不对齐产生的额外力分量，实现无需精确对齐的关节扭矩测量。EJTMD 作为 AFAJTM 系统的具体应用实例，在不同错位位置都展现出了高精度的测量性能，测量结果稳定且一致，显著优于传统的 Biodex 系统。

不过，这项研究也存在一些局限性。比如实验仅在特定角度进行了最大自主收缩（MVC）实验，在其他关节角度和更高扭矩水平下，系统的性能还有待进一步验证。而且研究的样本量较小，只包含了 10 名健康志愿者，样本多样性不足。此外，AFAJTM 系统在动态运动中的适用性也尚未得到充分验证，在实际使用中，环境噪声、传感器漂移等因素可能会影响测量精度，其在现实环境中的稳定性还需要更多研究。

尽管存在这些不足，但 AFAJTM 系统的出现仍然意义重大。它为关节扭矩测量提供了一种全新的解决方案，尤其是在人机轴不对齐的情况下，大大提高了测量的准确性。这一系统具有很强的通用性和适应性，能够作为独立模块集成到各种需要测量关节扭矩的设备或外骨骼机器人中，为康复医学、运动科学等领域的研究和实践开辟了新的道路，有望推动相关领域的进一步发展，帮助更多患者进行精准康复，也能助力运动员提升训练效果，在未来有着广阔的应用前景。