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南通大学 - 《南通大学校报》

争做人工智能与医疗康复融合的先行者

我校师生研发出基于姿态捕捉的智能“康复+”评估分析系统

作者:钟钰婷   朱高杰  陆苏蒙    
2025-05-16     浏览(12)     (0)

我校电气与自动化学院的智动团队自主研发新型非接触式实时康复评估技术,获2024“华为杯”中国研究生人工智能创新大赛一等奖。团队成员通过深度学习模型和临床测验,成功设计出国内首家智能康复运动评估系统,打破国外技术壁垒,为健康中国保驾护航。系统产品在临床阶段受到患者好评。团队计划与南通市医疗机构进行深度合作,建立权威康复指南并推广。


  团队成员在赛场合影 吴承刚/摄


在全民运动的大时代背景下,康复患者基数庞大、相关人才稀缺、智能技术受国外掌控、现有设备笨重等成为重要难题。我校电气与自动化学院的智动团队自主研发新型非接触式实时康复评估技术,首创多位一体智能“康复+”分析系统,促进AI赋能医学高水平、高质量发展。获2024“华为杯”中国研究生人工智能创新大赛一等奖,这也是我校团队首次在该赛事上荣获一等奖。

“现有康复评估系统常利用可穿戴产品进行动作捕捉分析。”团队队长、控制工程专业 2022级硕士研究生张鹏程介绍,笨重的器械和厚重的检测服不仅给被测者带来闷热、不便等体验,还易出现错检、漏检现象。“我们注意到了一种动态时间规整评估算法(DTW)。”此算法最早用于运动检测领域,搭配姿态捕捉技术,提升评估准确性,即利用轻量级技术的新型非接触式实时康复评估方法———SR-POSE技术。患者仅需面向摄像头做出指定的动作,就能让系统自动对身体姿态进行分析,并提供一份全面、可靠、准确的评估报告,大大减少因为对康复情况“不确定”而带来的“无用功”,实现评估“轻、快、准”。

为了让人体关节距离的估计更加精确,成员们在三维层面也进行创新。“原有的姿态序列仅聚焦于时间与空间的交互作用,我们设计了‘时间-时间’‘空间-空间’新编解码方式。”控制科学与工程 2023级硕士研究生白浚哲自豪地介绍一种基于Transformer的 三 维 姿 态 检 测 方法———FF-POSE。提出四支路综合分析结构,打破维度制约动作分析,实现了“面”到“体”的华丽升级。

从摸索国外技术,到实现自主研发,成员们纷纷表示:“这不是一条容易的道路。”深度学习模型是计算机实现精准识别的根本保障,为了丰富电脑的“试题库”,成员们“喂”了大量的图片,甚至亲自上场贡献数据,不断地在相机前做出常见的康复动作。“我做了一下午的弓箭步。”控制科学与工程2024级硕士研究生颜凤秀回忆着成为“被测者”的一天,“虽然很累,一想到可以帮助患者们更好地评估,我就又来了劲儿。”

“这是一个勤练内功、不断努力的团队。”指导老师张堃教授评价道。为了采集更可靠的数据,成员们一有空就会跑去医院。“把一份时间当成两份用。”张鹏程笑着回忆,“我们中秋节也待在实验室,从早上八点一直到半夜。”回忆备赛历程,白浚哲表示,“虽然辛苦,但很值!”功夫不负有心人,历时四个月,该系统通过临床测验已在二维层面达到75.9AP精准度,跻身世界前列,在三维层面仅存在14.4mm误差,指标达全球最低。面对开源算法被国外垄断、装备需引进、技术溢价严重等“卡脖子”问题,“打造拥有自主产权的康复评估系统”成为成员们的目标。团队仅用深度相机和电脑系统实现轻量化特征提取,节约34%的计算资源;结合二维与三维检测技术,实现在细微人体波动下也能精准捕捉位置信息……历时两年技术攻关,成功设计出国内首家智能康复运动评估系统,促进AI赋能医学水平高质量发展,打破国外技术壁垒,把核心数据掌握在自己手中,用科技为健康中国保驾护航。

“这个系统很方便,评估让我更了解自己的康复情况。”系统产品在落地临床阶段,受到了医院康复患者们的极大好评。不仅如此,通过显示头、肩、髋等部位变化曲线以及身体重心轨迹让康复师更加迅速有针对地调整康复方案,实现康复闭环。截至目前,团队累计发表科研论文 7篇,获发明专利9项。

谈及未来规划,团队有着极大的信心,“我们的初衷是做好南通本土化的医疗服务,让南通老百姓也能享受国内一线城市的先进治疗技术。”张鹏程表示,希望能与南通市医疗机构进行深度合作,对全市的康复服务进行深入把握,建立起地区性的权威康复指南,并在此基础上面向全国进行普及推广。

(本报学生记者 钟钰婷 朱高杰陆苏蒙)