革命性突破！免校准自适应系统如何重塑关节扭矩测量新格局？

为解决传统关节扭矩测量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，助你了解前沿测量技术，把握康复与运动科学研究新方向。

　　

在康复医学和运动科学领域，准确评估人体肌肉骨骼系统的性能就像一把万能钥匙，能打开无数健康和运动奥秘的大门。肌肉力量测量不仅能精准判断伤病程度，还能像一个尽职的 “健康小卫士”，全程监控患者康复进程；而在运动医学的世界里，关节扭矩评估更是运动员们提升竞技水平的 “秘密武器”。

以往，关节扭矩测量主要靠手动和自动化设备这两种方法。手动测量就像是 “手工制作”，医生拿着带扭矩传感器的手持测力设备，在患者肢体做等长运动时评估关节被动阻力。可这方法太依赖医生经验了，就像做菜全凭感觉放调料，没有标准化流程。它没办法测量大范围活动和高速运动时的扭矩，测量误差也大，根本没法满足个性化评估的要求。

自动化测量就高级多啦，它像一个智能小助手，能收集关节力和运动学数据，结果客观又精确，还支持多种测量模式。市面上像 Cybex Norm、Biodex System 和 IsoMed 这类商用标准测力计，在康复和运动科学研究中被广泛使用。但它们有个大麻烦，就像两个挑剔的小伙伴，要求被测关节的旋转轴和设备驱动轴必须严格对齐。可现实中，由于测力计部件的灵活性和人体软组织的变形，这俩轴根本没法完美对齐。就算手动调整，不仅费时间，还容易受主观因素影响，产生误差。这种轴不对齐，不仅会让患者不舒服，严重的话还可能损伤关节和皮肤，导致扭矩测量结果有偏差。

为了解决这些让人头疼的问题，作者[第一作者单位] 的研究人员在《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，这个系统就像给关节扭矩测量带来了一场革命。它可以消除传统测量中因轴不对齐产生的误差，还能广泛应用在各种需要测量关节扭矩的设备上。这一成果就像在黑暗中点亮了一盏明灯，为关节扭矩测量开辟了新道路。

研究人员为了开展这项研究，用了不少厉害的技术方法。他们设计了 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来间接计算扭矩。这个系统里有角度传感器和力传感器，能实时监测数据。他们还设计了自适应运动轨迹控制方法，基于改良的 D - H 参数法建立运动学模型来控制肢体运动轨迹。另外，研究人员制造了基于 AFAJTM 的肘关节扭矩测量装置（EJTMD），并通过模型实验和临床实验来评估它的性能。

下面我们来看看研究都有哪些重要发现吧。

模型实验

研究人员设计了一个关节模拟模型，就像一个超精密的 “关节替身”，来评估 EJTMD 在不同错位位置的扭矩测量一致性和重复性。在模拟实验中，他们把关节模拟模型安装在可移动的肘部支架上，让模型关节在 X 方向产生定量位移，模拟关节错位。实验时，把模拟模型的关节角度设为 90° 并锁定，然后调整关节轴的错位，设置了（ - 50, 0）、（ - 30, 0）、（0, 0）、（0, 30）和（0, 50）这几个错位位置。在每个位置，EJTMD 会随机施加 10 到 20 Nm 的拉力，进行 30 次最大自主收缩（MVC）实验，每次持续 4 秒。当模拟模型和 EJTMD 达到稳定状态，也就是扭矩波动在 ±0.5 Nm 以内时，记录扭矩数据并计算平均值。

通过一系列复杂又严谨的数据分析，研究人员发现了不少惊喜的结果。首先，回归分析显示，模型扭矩和 EJTMD 测量扭矩之间的回归系数高达 0.99，决定系数（）达到 0.993，这说明两者之间存在很强的线性关系，而且拟合度非常高。这就好像两个小伙伴配合默契，行动高度一致。在五个错位位置，EJTMD 和模拟模型之间的皮尔逊相关系数都大于 0.99，说明它们的线性相关性极强。同时，t 检验的 p 值都大于 0.05，这意味着 EJTMD 的测量值和模拟模型的标准值之间没有显著差异。绝对误差分布也显示，EJTMD 的误差极小，平均误差接近 0 Nm。这一系列结果表明，EJTMD 在不同错位位置都能保持高精度的扭矩测量，就像一个精准的小闹钟，无论环境怎么变，都能准确报时。

临床实验

为了进一步验证 EJTMD 的性能，研究人员还进行了临床实验，把 EJTMD 和标准测力计 Biodex 系统进行对比。他们招募了 10 名健康志愿者，这些志愿者要在五个不同的错位位置，用 EJTMD 和 Biodex 系统分别进行三次连续的 MVC 测试。测试时，志愿者的肘关节固定在 90° 屈曲位，按照 “用力推设备 4 秒” 的指令进行等长收缩。每次测试持续 4 秒，记录稳定阶段的平均扭矩值，而且每次测试之间会休息 30 秒，避免肌肉疲劳。

实验结果就像一场精彩比赛的比分，清晰又直观。EJTMD 在不同错位位置的平均扭矩测量值范围是 12.289 到 12.508 Nm，标准差较小，在 2.420 到 2.700 Nm 之间，变异系数（CV）在 19.6% 到 21.6% 之间，这表明 EJTMD 的测量结果非常稳定，就像一个稳坐钓鱼台的垂钓者，不受外界干扰。而且，EJTMD 的组内相关系数（ICC）都在 0.93 以上，进一步证明了它测量的一致性很高。相比之下，Biodex 系统的扭矩测量值范围是 10.379 到 17.343 Nm，标准差较大，在 4.625 到 5.140 Nm 之间，CV 在 33.4% 到 42.4% 之间，这说明 Biodex 系统的测量结果波动很大，就像坐过山车一样不稳定。

重复测量方差分析（RM - ANOVA）也显示出两者的巨大差异。对于 EJTMD，错位位置对测量结果没有显著影响（F = 0.119，P = 0.979），而 Biodex 系统的测量结果却明显受错位位置影响（F = 46.071，P < 0.001）。两两比较的结果也表明，EJTMD 在不同错位位置的测量值之间没有显著差异，而 Biodex 系统在多个错位位置对之间有显著差异。这就好比 EJTMD 是一个可靠的好朋友，不管环境怎么变，它都始终如一；而 Biodex 系统就像个情绪不稳定的人，容易受外界影响。

从这项研究的结论和讨论部分可以看出，AFAJTM 系统真的是一个了不起的创新。它有效解决了传统关节扭矩测量中轴不对齐的难题，通过自适应机制和可调节连杆设计，让测量杆在测量过程中始终垂直于肢体，自动校正因对齐偏差产生的额外力分量，实现了免校准的关节扭矩测量。而且，这个系统能自动估计关节旋转轴位置和肢体长度，避免了传统方法中视觉对齐和手动测量的误差，适应性和鲁棒性都很强。

EJTMD 作为 AFAJTM 系统的具体应用，在模型实验和临床实验中都表现出色，在不同错位位置都能保持高精度、高稳定性和高一致性的扭矩测量。相比之下，传统的 Biodex 系统对错位位置非常敏感，测量结果波动大，容易产生误差。

不过，研究也有一些小遗憾。比如实验只在特定角度进行了 MVC 实验，在其他关节角度和更高扭矩水平下，系统的性能还需要进一步验证。而且样本量较小，只包含了 10 名健康志愿者，样本多样性有限。另外，AFAJTM 系统在动态运动中的适用性也没有完全验证，在现实环境中的稳定性还需要更多研究。

但这并不影响 AFAJTM 系统的重要意义。它为关节扭矩测量提供了全新的解决方案，大大提高了测量精度，就像给关节扭矩测量带来了一个 “精确导航仪”。在未来，它有望广泛应用于康复治疗设备、运动训练器械以及外骨骼机器人等领域，帮助医生更准确地评估患者的康复情况，助力运动员科学训练，提升运动表现。同时，也为相关领域的研究和发展提供了新的思路和方向，推动整个行业不断向前进步。