全膝关节置换术后“坐下最后十厘米失控”的椅脚测力垫

1 · 创新命题

中 面向全膝关节置换术后、被物理治疗师要求练习受控坐下的居家成年人，一套放在现有椅四脚下的测力垫只量化臀部接触前最后 10 cm 的下降速度与左右载荷转移，捕捉“最后一段突然坠坐”；相对手机计次数，它给出动作质量而非重复数。
EN A four-foot chair force mat for adults practising controlled sitting after total knee arthroplasty, quantifying the final 10 cm descent and left–right loading rather than merely counting sit-to-stand repetitions.

2 · 背景与空白

30-second Chair Stand Test 等临床测试重视完成次数；Kinect/摄像运动分析和实验室测力台可分析动力学，但居家计数工具通常看不到离座/落座末段控制。Back Tracker 已做姿态监测，本题刻意不监测日常姿势，也不做通用动作 App。空白在：锁定 TKA 居家训练中的一个失败相位，以椅脚反力变化建立“坠坐事件”的低成本代理，并量化它与视频标注的一致性。项目不评价假体、不建议负重、不证明康复速度更快；真实术后招募须有伦理与治疗师许可，默认只做健康成人安全模拟。

3 · 可检验假设

H1 相对同步侧视视频的预注册人工标注，测力垫检出“末段失控坐下”的召回率与精确率均 ≥ 0.90，接触时刻偏差 ≤ 100 ms；左右载荷比相对双秤基准偏差 ≤ 8%。
H2（采纳）即时蜂鸣反馈使健康成人模拟偏侧/坠坐任务中的合格动作比例提高 ≥ 30%，撤去反馈后仍高于基线；只解释为动作学习信号，不外推临床疗效。

4 · 量化验收标准

1. 【方法学校验 · 硬门槛】 用自建四通道力测管线复现 ≥ 20 个已知砝码与已知重心位置算例，总载荷偏差 ≤ 2%、左右重心位置偏差 ≤ 10 mm。此条不过，后续全部结论无效。
2. ≥ 12 名获批健康成人，每人 ≥ 30 次动作，覆盖两种椅高、正常/刻意坠坐/偏侧三类；招募不足写实数。
3. 极不平衡事件报 PR-AUC、召回、精确率，不报 accuracy；按参与者划分开发/验证，同一人的动作不得跨集。
4. 视频标注者对条件盲法，双人标注 κ ≥ 0.80 后才作为基准；报告撤除反馈后的保持效果。
5. 致命错误是用椅脚冲击峰值直接等同膝关节载荷。 本装置只测椅子反力代理，不能做关节内力推断。

5 · 数据与工具

用途	来源 / 工具
传感	4×称重传感器/平台秤模块 + HX711 + ESP32；量程按椅与人总质量核实
运动基准	侧视手机 120 fps 视频 + 地面 10 cm 标记；不做面部识别
力基准	标准砝码与两台经校验浴室秤；仅用于校验
临床定义	30-second Chair Stand Test 与治疗师访谈；仅作任务设计对照
分析	Python 状态机；需自行实现接触检测、重心反演和参与者外验证

能力边界：软地毯、椅脚不等高和扶手用力都会改变信号；必须预注册适用地面/椅型，并把扶手使用作为单独条件而非噪声删除。

6 · 赛季执行路径

第 1–2 周完成力/重心硬校验；第 3 周与治疗师冻结“末段失控”的可观察定义；第 4–5 周建立同步视频与事件算法；第 6–7 周采集参与者外盲测数据；第 8 周做椅高、地面、扶手鲁棒性；第 9 周做反馈—撤除反馈实验；第 10 周完成隐私和安全复盘；第 11–12 周输出校验夹具、证据视频与限制说明。

证据交付：公开去面部化力曲线、双标注差异、不同椅脚垫的误差预算和失败动作库；结果页须并列展示正常坐下、偏侧坐下与使用扶手三类波形，不只展示分类分数，并单列扶手条件的误差与缺失值。第 9 周仍达不到降级阈值即 no-go，不进入付费阶段，并公开停止理由与失败数据供复核。

7 · 新颖性边界

已有工作：30-second Chair Stand Test 量次数；Nintendo Wii Balance Board 与实验室测力台能测重心；Back Tracker 做姿态/运动数据。不声称发明测力垫、诊断跌倒风险或改善 TKA 结局。本项目拟贡献 TKA 居家“最后 10 cm 坠坐”这一单相位指标及廉价椅脚反力验证。护城河为 G 的失败相位 + C 的普通椅改造；算法可复制，治疗师共同定义和动作库是较弱数据壁垒。

8 · go/no-go

第 3 周末：若双标注者对“坠坐”κ < 0.70，降级为具名、连续的 臀部接触前下降时长，不做主观分类。第 7 周末：若参与者外召回或精确率 < 0.80，则降级为“每人首次 5 次个体标定”的版本；仍检验反馈能否改变末段控制，主结论框架不变但承认不能即插即用。