在全民运动的大时代背景下，运动康复患者基数庞大、康复人才稀缺、智能康复技术受到国外掌控、现有康复设备笨重等成为难以忽视的难题。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，促进了AI赋能医学高水平、高质量发展。团队研究成果实现了人工智能与医疗康复相结合的重大突破，填补了空白，并荣获2024“华为杯”中国研究生人工智能创新大赛一等奖，这也是我校团队在该赛事首次荣获一等奖。
“现有的康复评估系统往往是利用可穿戴产品，结合计算机系统对动作进行评估分析。”团队队长、控制工程专业2022级硕士研究生张鹏程介绍道，但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，识别系统还出现将陪同家属一并检测的错检、漏检现象。“研发一款轻量型、高精度的康复评估系统十分必要，我们注意到了一种动态时间规整评估算法（DTW）。”DTW算法最早用于运动检测领域，研究团队的成员们紧紧围绕“无接触式检测”“智能评估”这些核心思想，发现可以利用姿态捕捉技术搭配DTW算法实现评估系统准确性的提升，于是开始对原有的无接触康复评估方法进行再升级、再突破，首次提出了一种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。该技术“教会”电脑利用深度学习模型，在图片上准确识别被测人体，并为其刻画骨骼和肢体，患者仅需面向摄像头做出指定的动作，系统就能够自动对其身体姿态进行分析，并提供一份全面、可靠、准确的评估报告，大大减少了因为对康复情况“不确定”而带来的“无用功”，实现评估“轻、快、准”。
为了在人体关节距离的估计上更加精确，团队成员们开始尝试三维层面的发展和突破。通过不断摸索和大量学习，针对姿态序列时间和空间的不同交互方式，设计了一种基于Transformer的三维姿态检测方法——FF-POSE。“原有的姿态序列仅聚焦于时间与空间二者的交互作用，我们还设计了‘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说道。成功地在三维姿态提出了一种四支路综合分析结构，能够对部分受维度制约的动作进行优化，团队提出了新一代无接触指标测量方法，实现从“面”到“体”的华丽突破。
从摸索国外的相关技术，到成功实现自主研发，团队成员们纷纷表示：“这不是一条一帆风顺的道路。”深度学习模型是计算机实现精准识别的根本保障，需要通过不断分析不同图片，从而学会识别被测者的准确位置。“模型通常就像一个学生，我们需要‘教’它收集数据图片，这样拿到‘新卷子’的时候才会做。”张鹏程解释道。“刷的‘题’越多，才能‘考’得更好。”为了丰富电脑的“刷题库”，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供电脑分析。“我做了一下午的弓箭步，到最后实在做不动了，直接坐在测试点休息。”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，仍觉得历历在目，“虽然身体很累，但一想到可以帮助患者们更好地评估身体状况，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。为了采集更可靠的临床数据，成员们一有空就会跑去医院。“把一份时间当成两份用。”张鹏程笑着回忆道。“我们中秋节也待在实验室，从早上八点一直到半夜。”回忆起备赛历程，白浚哲表示，“虽然辛苦，但很值！”历时四个月，大家一股脑儿地扎在数据收集和分析上，只为让电脑多“学一点”，让识别精度更高一点。功夫不负有心人，目前该系统通过临床测验已在二维层面达到75.9AP的精准度，跻身世界前列，在三维层面仅存在14.4mm误差，误差指标达全球最低。
面对开源算法被国外垄断、引进装备和技术溢价严重、国内百姓信息安全得不到相应保障的国内“卡脖子”问题，“做一个拥有自主产权的康复评估系统”成为团队成员们一直以来的目标。团队仅用深度相机和电脑系统就实现轻量化特征提取，节约了34%的计算资源；结合二维与三维检测技术，实现了在细微人体波动下也能精准捕捉角度、距离信息；庞大可靠的数据库能支持百余项运动检测……团队历时近两年技术攻关，成功打造出国内首家智能康复运动评估系统，研究成果做到促进AI赋能医学水平高质量发展，打破国外技术壁垒，实现了全国产化，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，通过评估让我对自己身体的康复情况更加清楚明了。”在落地临床阶段，系统产品受到了医院康复患者们的极大好评。不仅如此，智能评估报告可以通过显示头、肩、髋等速度、位移变化曲线以及身体重心轨迹让康复师调整改良康复方案，大大提升工作效率，实现康复闭环。截至目前，团队已在包括康复领域顶级期刊《IEEE Transactions on Neural Systems&Rehabilitation Engineering》在内的多个期刊上发表了与智能康复工程相关的7篇科研论文，共获发明专利9项。
“项目参赛获奖对我们来说是一种肯定。它像是一盏指明灯，提醒我们继续努力。”谈及未来规划，团队有着极大的信心，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普及推广。张鹏程表示：“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。”
（校报学生记者 钟钰婷 朱高杰 陆苏蒙）
