下肢外骨骼技術(shù)可為行動不便的老年人與肢體殘疾患者提供輔助訓(xùn)練，幫助恢復(fù)受損運動機(jī)能。然而，現(xiàn)階段研究由于缺乏可靠的交互評估基準(zhǔn)，在臨床轉(zhuǎn)化方面遇到了瓶頸?，F(xiàn)有方法多集中于驗證輔助策略的效果，對交互質(zhì)量關(guān)注不足；傳統(tǒng)生物力學(xué)指標(biāo)則忽視人機(jī)雙向作用與外骨骼性能退化，且依賴外部傳感器和結(jié)構(gòu)化環(huán)境，難以滿足臨床康復(fù)對評估實時性、動態(tài)性和安全性的要求。
近日，中國科學(xué)院沈陽自動化研究所機(jī)器人學(xué)研究室科研團(tuán)隊提出了一種“輔助正常度”評估方法，用于系統(tǒng)刻畫外骨骼在名義狀態(tài)(nominal?state)下的人機(jī)耦合特征。針對傳統(tǒng)評估偏重“方法優(yōu)劣”而忽視交互質(zhì)量的問題，科研團(tuán)隊首次將評價視角從單一主體拓展到整體耦合系統(tǒng)，構(gòu)建了一個多維、低成本的量化指標(biāo)框架，涵蓋步態(tài)重塑性、相位偏差權(quán)重和多關(guān)節(jié)協(xié)同三項指標(biāo)，能夠動態(tài)反映不同時段的人機(jī)交互表現(xiàn)。
同時，科研團(tuán)隊進(jìn)一步提出了同源差異評估范式，通過在健康人與偏癱患者中使用同一外骨骼系統(tǒng)，并以兩類人群步態(tài)差異作為校準(zhǔn)基準(zhǔn)，實現(xiàn)了評估指標(biāo)的有效標(biāo)定。該方法為康復(fù)外骨骼提供了一種面向交互質(zhì)量、可推廣、可標(biāo)準(zhǔn)化的評價方法，可助力提升訓(xùn)練的安全性、個體化調(diào)節(jié)和臨床部署。
科研團(tuán)隊在8名健康受試者和9名偏癱患者中開展了實驗驗證。結(jié)果表明，“輔助正常度”能夠揭示外骨骼訓(xùn)練過程中步態(tài)逐步恢復(fù)的趨勢，并反映出人機(jī)交互的顯著時變特性，驗證了其作為交互質(zhì)量評估指標(biāo)的有效性與敏感性。該方法對硬件依賴性和輔助策略約束較低，展現(xiàn)出良好的泛化性與推廣潛力，為外骨骼臨床康復(fù)應(yīng)用和個性化調(diào)控提供了新的方法論。
該研究以Manifesting Nominal Assistance in Hemiplegia Gait Training Through an Assistive Normality Framework為題發(fā)表于系統(tǒng)工程領(lǐng)域期刊IEEE Transactions on Systems,Man,and Cybernetics: Systems。沈陽自動化所博士陳萬鑫為該論文第一作者，張弼副研究員、趙新剛研究員為通訊作者。
該研究得到了國家自然科學(xué)基金項目、遼寧省自然科學(xué)基金項目的支持。
同源差異評估范式
