Microsoft Word - 全文v3.1.doc

Transcription

1 回 饋 性 膝 背 曲 支 架 對 中 風 病 患 膝 過 度 伸 直 步 態 之 矯 治 Biofeedback Genu-Recurvatum Brace used to correct Knee Hyperextension Gait for Stroke Patient 研 究 生 : 張 文 欽 (Wen-Ching Chang) 指 導 教 授 : 蔚 順 華 (Shun-Hwa Wei) 國 立 陽 明 大 學 復 健 科 技 輔 具 研 究 所 碩 士 論 文 National Yang-Ming University Institute of Rehabilitation Science and Technology Master Thesis 中 華 民 國 九 十 四 年 七 月 July 2005

2 謝 誌 兩 年 研 究 所 生 涯 隨 著 論 文 的 付 梓 而 劃 下 句 點 重 拾 書 本 的 生 活 是 單 純 幸 福 的, 與 家 人 聚 少 離 多 的 生 活 是 苦 悶 的, 夢 想 的 堅 持 與 家 人 的 殷 殷 期 望, 讓 自 己 不 敢 有 所 懈 怠, 不 斷 的 從 挫 折 中 修 改 方 向, 最 後 將 汗 水 化 為 文 字, 深 深 體 認 研 究 之 路 的 艱 辛, 於 論 文 完 成 之 際 心 中 五 味 雜 陳 論 文 得 以 順 利 完 成, 要 感 謝 的 人 真 的 好 多 感 謝 我 的 指 導 教 授 蔚 順 華 老 師 在 生 活 及 研 究 上 的 關 心 與 指 導, 感 謝 台 北 榮 總 復 健 部 詹 瑞 棋 主 任 長 庚 大 學 張 雅 如 老 師 撥 冗 擔 任 學 生 的 口 試 委 員, 並 提 出 許 多 寶 貴 的 建 議 及 指 正, 及 台 北 榮 總 復 健 部 神 經 治 療 組 的 治 療 師 們 熱 心 協 助 受 試 者 的 召 募, 更 衷 心 感 謝 所 有 參 與 研 究 的 受 試 者, 因 為 您 們, 本 論 文 才 得 以 從 最 初 的 計 畫 付 諸 實 現, 並 完 成 付 梓 感 謝 游 忠 煌 老 師 張 寅 老 師 在 電 子 學 相 關 知 識 的 啟 發 與 教 導, 那 是 我 從 前 都 不 懂 的 在 整 個 研 究 過 程 中 備 極 艱 辛 與 最 感 自 豪, 莫 過 於 整 個 研 究 工 具 從 構 思 硬 體 設 計 軟 體 撰 寫 硬 體 組 裝 到 整 合 測 試 都 是 自 己 親 手 親 為, 不 假 他 人, 當 然 其 中 有 很 多 人 不 吝 給 予 指 導 與 建 議, 謝 謝 堂 弟 肇 峰 弘 仁 學 長 皇 任 學 長 曉 昀 學 姐 及 哲 文, 有 您 們 的 臨 門 一 腳, 使 我 的 論 文 更 臻 完 善 當 然 還 有 實 驗 室 的 夥 伴, 少 絲 佳 慧 文 婷 紀 邦 及 朝 傑, 謝 謝 您 們 為 我 這 兩 年 的 研 究 生 涯 增 添 許 多 美 好 的 回 憶 感 謝 羅 東 博 愛 醫 院 與 吳 雪 玉 主 任 的 栽 培, 還 有 復 健 技 術 科 所 有 工 作 夥 伴 的 打 氣 與 加 油 這 兩 年 陪 在 家 人 身 邊 的 時 間 不 多, 課 業 的 無 形 壓 力 更 讓 自 己 常 在 無 意 中 傷 害 到 您 們, 是 您 們 的 默 默 承 受, 成 就 了 我 感 謝 這 段 日 子 內 人 對 我 的 包 容 與 照 顧 女 兒 的 辛 勞, 還 好 有 您 們 陪 我 走 過 兩 年 苦 悶 的 歲 月 最 後, 僅 將 此 成 就 與 榮 耀 獻 給 我 親 愛 的 老 婆 與 愛 女 I

3 中 文 摘 要 背 景 動 機 : 中 風 患 者 在 步 行 復 健 的 療 程 中, 約 有 40% 到 68% 的 病 患 會 發 生 患 側 站 立 期 有 膝 過 度 伸 直 的 現 象, 反 覆 膝 過 度 伸 直 會 造 成 膝 關 節 後 方 的 軟 組 織 關 節 囊 及 關 節 軟 骨 等 受 到 過 度 牽 拉 作 用 傷 害, 造 成 關 節 慢 性 不 穩 定 及 退 化 問 題, 導 致 步 行 中 疼 痛 耗 能 及 無 效 率 等 問 題 因 此 復 建 中 足 夠 的 處 置 是 必 需 的, 支 架 是 矯 正 步 行 中 膝 過 度 伸 直 的 有 效 方 法, 此 外 以 目 標 導 向 為 架 構 的 聲 音 回 饋 訓 練 可 以 代 償 中 風 患 者 的 感 覺 缺 損, 促 進 膝 關 節 的 主 動 控 制, 然 而 這 方 面 的 結 果 評 估 或 效 益 研 究 卻 十 分 有 限 因 此 本 研 究 之 目 的 是 發 展 以 聲 音 為 主 的 回 饋 裝 置 合 併 可 限 制 膝 關 節 過 度 伸 直 機 構 的 回 饋 性 膝 背 曲 支 架, 並 比 較 在 無 穿 戴 支 架 穿 戴 膝 背 曲 支 架 及 穿 戴 回 饋 性 膝 背 曲 支 架 三 種 不 同 測 試 情 況, 中 風 病 患 之 過 度 膝 伸 直 步 態 在 膝 關 節 角 度 及 時 間 參 數 之 差 異 性 材 料 與 方 法 :13 位 符 合 收 案 條 件 並 簽 署 受 試 者 同 意 書 的 中 風 患 者 參 與 本 研 究, 於 六 米 長 步 道 隨 機 接 受 三 種 不 同 情 況 的 步 行 測 試 : 無 穿 戴 支 架 穿 戴 膝 背 曲 支 架 及 回 饋 性 膝 背 曲 支 架, 每 種 測 試 情 況 進 行 三 次, 使 用 電 位 計 回 饋 性 膝 背 曲 支 架 足 底 開 關 及 生 理 訊 號 同 步 轉 換 儀 等 研 究 工 具 記 錄 受 試 者 每 次 步 行 的 運 動 學 參 數 及 時 間 參 數 本 研 究 以 單 因 子 變 異 數 及 事 後 多 重 分 析 比 較 檢 定 三 種 不 同 測 試 對 膝 關 節 角 度 及 時 間 參 數 的 差 異 情 形 結 果 : 在 步 行 站 立 中 期, 患 側 膝 關 節 的 過 度 伸 直 角 度 在 穿 戴 膝 背 曲 支 架 ( 從 -8.28±3.94 度 增 加 至 ±0.63 度 ) 與 回 饋 性 膝 背 曲 支 架 ( 從 -8.28±3.94 度 增 加 至 2.92±5.37 度 ) 後 都 有 顯 著 改 善 (P<0.05), 穿 戴 膝 背 曲 支 架 與 回 饋 性 膝 背 曲 支 架 之 間 則 無 顯 著 差 異 在 時 間 參 數 方 面, 結 果 顯 示 患 側 站 立 期 時 間 ( 從 0.91±0.14 秒 增 加 至 1.09±0.17 秒 ) 站 立 期 時 間 百 分 比 ( 從 60.11±5.99% 增 加 至 66.79±3.98%) 及 站 立 期 對 稱 性 ( 從 0.81±0.14 增 加 至 0.94±0.11) 在 穿 戴 回 饋 性 膝 背 曲 支 架 後 都 有 顯 著 改 善 (P<0.05), 在 穿 戴 膝 背 曲 支 架 前 後 及 穿 戴 膝 背 曲 支 架 與 回 饋 性 膝 背 曲 架 之 間 則 無 顯 著 差 異, 步 頻 在 三 種 不 同 測 試 間 無 顯 著 差 異 結 論 : 回 饋 性 膝 背 曲 支 架 可 以 促 進 膝 關 節 的 主 動 控 制, 減 少 中 風 病 患 站 立 期 的 膝 過 度 伸 直 角 度, 改 善 患 者 的 步 行 能 力 與 步 行 品 質 未 來 的 研 究 需 藉 由 更 多 的 樣 本 數 及 精 確 的 研 究 設 計 以 確 立 回 饋 性 膝 背 曲 支 架 的 效 應 關 鍵 字 : 中 風 過 度 膝 伸 直 膝 背 曲 回 饋 支 架 II

4 Abstract Background: Nearly one half of stroke patients suffered from knee hyperextension during stance phase of the gait cycle. Repeated hyperextension may damage the posterior soft tissue, the articular cartilage and subchondral bone of the knee joint, leading to chronic instability and degenerative change of the joint. So, prevention of knee deformity is essential. Orthotic is an effective method in correction hyperextension knee during walking. Additionally, effect of auditory feedback in motor training within the framework of a goal-directed action has been stressed. However, studies in these fields are still inadequate. Further investigation and development an effective orthotic device is important. Objective: the purpose of this study were (1) to develop biofeedback genu-recurvatum brace using auditory cue for correction genu-recurvatum during stance phase of walking; and (2) to valid gait correction in parameter of temporal and knee joint angle changes for using developed biofeedback genu-recurvatum brace. Methods and materials: Thirteen stroke patients were invited in this study. All participated subjects must fit inclusive criteria and with consent inform. Electrogoniometer, auditory biofeedback genu-recurvatum brace, foot switch, and data acquisition system were used to measure gait temporal and joint kinematic parameters for each subject. All signals were simultaneously collected. All subjects received 3 test conditions in random: no brace, brace with lock, brace with lock and auditory feedback. All subjects performed three 6m walking trails with a two minute rest between each trail during 3 test condition. One-way ANOVA and multiple comparison was used for between group comparison of above mentioned measures. Results: The affected knee hyperextension angle(-8.28±3.94 to 2.92±5.37 ) at mid-stance, stance time(0.91±0.14s to 1.09±0.17s), stance time percentage(60.11±5.99% to 66.79±3.98%) and stance asymmetry ratio index(0.81±0.14 to 0.94±0.11) improved significantly after applying biofeedback genu-recurvatum brace, the variable changed significantly after applying genu-recurvatum brace was only the affected knee hyperextension angle(-8.28±3.94 to -0.31±0.63 ) at mid-stance during walking. The mentioned measures had no significance between biofeedback genu-recurvatum brace and genu-recurvatum brace, the cadence also showed non-significant among three testing conditions. Conclusion: The use of biofeedback genu-recurvatum brace developed in this study would decrease knee hyperextension and improve gait quality. Key words: Stroke, Genu-Recurvatum, knee hyperextension, biofeedback, orthoses III

5 目 錄 謝 誌..Ⅰ 中 文 摘 要.....Ⅱ 英 文 摘 要..Ⅲ 目 錄..Ⅳ 表 目 錄..Ⅵ 圖 目 錄..Ⅷ 附 錄..80 第 一 章 緒 論...1 第 一 節 研 究 背 景 與 動 機.1 第 二 節 研 究 目 的.. 4 第 三 節 操 作 型 定 義...5 第 四 節 研 究 問 題 與 假 說 7 第 二 章 文 獻 探 討...9 第 一 節 中 風 病 患 的 歩 態 特 性 9 第 二 節 中 風 病 患 膝 背 曲 的 形 成 原 因 及 影 響..13 第 三 節 膝 背 曲 的 臨 床 處 理 方 式 探 討 17 第 四 節 支 架 在 膝 背 曲 治 療 上 的 重 要...21 第 五 節 任 務 導 向 方 法 24 第 六 節 感 覺 回 饋 與 動 作 控 制 及 動 作 學 習 的 關 係...25 第 七 節 文 獻 探 討 總 結...28 第 三 章 研 究 材 料 與 方 法 29 iv

6 第 一 節 研 究 設 計 29 第 二 節 受 試 樣 本 29 第 三 節 研 究 工 具 31 第 四 節 實 驗 步 驟.. 38 第 五 節 資 料 處 理.. 40 第 六 節 統 計 分 析 第 四 章 研 究 結 果 43 第 一 節 軟 硬 體 架 構 及 功 能 特 色..43 第 二 節 三 種 不 同 測 試 情 況 對 膝 關 節 角 度 之 影 響..46 第 三 節 三 種 不 同 測 試 情 況 對 時 間 參 數 之 影 響..51 第 五 章 討 論 64 第 一 節 軟 硬 體 架 構...64 第 二 節 三 種 不 同 測 試 情 況 對 膝 關 節 角 度 之 影 響..66 第 三 節 三 種 不 同 測 試 情 況 對 時 間 參 數 之 影 響..69 第 六 章 結 論.71 第 一 節 結 論...71 第 二 節 研 究 限 制 與 未 來 方 向..72 參 考 文 獻...74 附 錄.80 v

7 表 目 錄 表 1. 受 試 者 基 本 資 料 與 身 體 功 能 評 估.30 表 2. 電 位 計 角 度 之 轉 換 公 式.36 表 3. 受 試 者 在 三 種 不 同 測 試 情 況, 患 側 與 健 側 膝 關 節 角 度 在 足 跟 著 地 及 站 立 中 期 之 敘 述 統 計 分 析.47 表 4. 受 試 者 在 三 種 不 同 測 試 情 況, 患 側 與 健 側 膝 關 節 角 度 在 足 跟 著 地 及 站 立 中 期 之 單 因 子 變 異 數 分 析 摘 要.47 表 5. 受 試 者 在 三 種 不 同 測 試 情 況, 患 側 膝 關 節 角 度 在 站 立 中 期 的 Bonferroni 事 後 多 重 比 較 分 析.48 表 6. 受 試 者 在 三 種 不 同 測 試 情 況, 患 側 與 健 側 站 立 期 雙 腳 支 撐 期 及 擺 盪 期 時 間 之 敘 述 統 計 分 析.52 表 7. 受 試 者 在 三 種 不 同 測 試 情 況, 患 側 與 健 側 站 立 期 及 擺 盪 期 時 間 之 單 因 子 變 異 數 分 析 摘 要.52 表 8. 受 試 者 在 三 種 不 同 測 試 情 況, 患 側 與 健 側 雙 腳 支 撐 期 時 間 之 單 因 子 變 異 數 分 析 摘 要.53 表 9. 受 試 者 在 三 種 不 同 測 試 情 況, 患 側 站 立 期 時 間 的 Bonferroni 事 後 多 重 比 較 分 析.53 表 10. 受 試 者 在 三 種 不 同 測 試 情 況, 患 側 與 健 側 站 立 期 及 擺 盪 期 佔 步 態 週 期 百 分 比 之 敘 述 統 計 分 析..56 表 11. 受 試 者 在 三 種 不 同 測 試 情 況, 患 側 站 立 期 及 健 側 擺 盪 期 佔 步 態 週 期 百 分 比 的 單 因 子 變 異 數 分 析 摘 要..56 表 12. 受 試 者 在 三 種 不 同 測 試 情 況, 患 側 站 立 期 佔 步 態 週 期 百 分 比 的 Bonferroni 事 後 多 重 比 較 分 析..57 表 13. 受 試 者 在 三 種 不 同 測 試 情 況, 站 立 期 及 擺 盪 期 的 不 對 稱 指 數 之 敘 述 統 計 分 析 vi

8 表 14. 受 試 者 在 三 種 不 同 測 試 情 況, 站 立 期 及 擺 盪 期 的 不 對 稱 指 數 之 單 因 子 變 異 數 分 析 摘 要..60 表 15. 受 試 者 在 三 種 不 同 測 試 情 況, 站 立 期 不 對 稱 指 數 之 Bonferroni 事 後 多 重 比 較 分 析..61 表 16. 受 試 者 在 三 種 不 同 測 試 情 況, 步 頻 之 敘 述 統 計 分 析 63 表 17. 受 試 者 在 三 種 不 同 測 試 情 況, 步 頻 之 單 因 子 變 異 數 分 析 摘 要.63 vii

9 圖 目 錄 圖 一 正 常 膝 關 節 在 步 態 週 期 中 的 角 度 曲 線 圖 圖 二 膝 過 度 伸 直 現 象 16 圖 三 從 足 跟 著 地 至 擺 盪 前 期 地 面 反 力 線 與 膝 關 節 的 關 係 16 圖 四 瑞 典 式 膝 背 曲 支 架 圖 五 CHECK 膝 背 曲 支 架.23 圖 六 閉 鏈 式 動 作 控 制 示 意 圖 27 圖 七 開 鏈 式 動 作 控 制 示 意 圖 27 圖 八 中 風 病 患 膝 過 度 伸 直 之 回 饋 機 制 示 意 圖 27 圖 九 本 研 究 之 儀 器 設 備 架 設 圖 31 圖 十 回 饋 裝 置 之 軟 體 設 計 架 構 圖 35 圖 十 一 本 研 究 所 發 展 之 膝 背 曲 支 架 45 圖 十 二 本 研 究 所 發 展 之 回 饋 裝 置 及 功 能 說 明 45 圖 十 三 受 試 者 在 三 種 不 同 測 試 情 況, 患 側 在 足 跟 著 地 及 站 立 中 期 膝 關 節 角 度 之 平 均 數 與 標 準 差 圖 十 四 受 試 者 在 三 種 不 同 測 試 情 況, 患 側 及 健 側 膝 關 節 角 度 在 步 態 週 期 中 之 變 化...50 圖 十 五 受 試 者 在 三 種 不 同 測 試 情 況, 患 側 站 立 期 及 擺 盪 期 時 間 之 平 均 數 與 標 準 差...54 圖 十 六 受 試 者 在 三 種 不 同 測 試 情 況, 患 側 站 立 期 及 健 側 擺 盪 期 佔 步 態 週 期 百 分 比 之 平 均 數 與 標 準 差...58 圖 十 七 受 試 者 在 三 種 不 同 測 試 情 況, 站 立 期 及 擺 盪 期 不 對 稱 指 數 之 平 均 數 與 標 準 差...62 viii

10 第 一 章 緒 論 第 一 節 研 究 背 景 與 動 機 中 風 是 腦 血 管 疾 病 的 一 種, 是 九 十 三 年 度 台 灣 地 區 十 大 死 亡 原 因 的 第 三 名 1, 除 了 造 成 死 亡 外, 患 者 會 依 其 中 風 的 病 變 位 置 及 損 傷 程 度 造 成 不 同 程 度 功 能 缺 損 (functional impairment) 和 障 礙 (handicap), 其 中 最 常 見 的 就 是 步 行 能 力 的 喪 失 或 步 態 障 礙 因 此 步 行 能 力 與 品 質 的 改 善 常 是 復 健 治 療 處 理 中 風 病 患 的 主 要 目 標 2-7 在 步 行 能 力 的 恢 復 中, 約 有 40% 到 68% 的 中 風 病 患 在 步 行 的 站 立 期, 患 側 下 肢 會 有 過 度 膝 伸 直 (hyperextension knee) 的 現 象 8-11, 也 就 是 所 謂 的 膝 背 曲 (Genu-Recurvatum) 膝 過 度 伸 直 之 不 正 常 步 態 會 降 低 患 者 步 行 的 效 率, 增 加 步 行 的 耗 能 需 求 8, 10, 使 得 中 風 病 患 的 步 行 愈 增 困 難, 嚴 重 影 響 復 建 計 畫 的 進 展 假 若 病 患 長 期 以 此 不 正 常 的 步 態 行 走, 由 於 地 面 反 力 線 落 於 膝 關 節 前 方, 反 覆 增 加 的 伸 直 力 矩 會 造 成 膝 關 節 後 方 的 軟 組 織 受 到 過 度 的 牽 拉 作 用 傷 害, 如 : 關 節 囊 後 膝 韌 帶 (oblique popliteal ligament) 及 前 十 字 韌 帶 (anterior cruciate ligament), 造 成 膝 關 節 的 疼 痛 及 不 穩 定, 長 時 間 下 來 更 可 能 造 成 膝 關 節 的 慢 性 退 化 8-13, 影 響 患 者 的 心 理 狀 態 及 生 活 品 質 甚 巨 9-11, 臨 床 上 對 於 中 風 患 者 的 膝 背 曲 處 置 方 式, 包 括 : 物 理 治 療 支 架 及 手 術 14 物 理 治 療 對 於 異 常 步 態 的 治 療 從 40 年 代 的 肌 肉 再 教 育 (muscle re-education) 觀 點 轉 變 到 以 神 經 誘 發 (neurofacilitation) 模 式 為 主 的 治 療, 包 括 布 朗 斯 壯 的 動 作 治 療 (movement therapy), 玻 巴 斯 的 神 經 發 展 治 療 (neurodevelopment therapy, NDT ) 1

11 及 本 體 感 覺 神 經 肌 肉 誘 發 術 (proprioceptive neuromuscular facilitation, PNF) 等 15 雖 然 這 些 方 法 均 可 用 來 誘 發 患 者 下 肢 的 動 作 控 制, 但 僅 有 少 數 研 究 顯 示 上 述 方 3, 4, 法 對 過 度 膝 伸 直 有 效, 且 在 很 多 的 研 究 裡 沒 有 一 個 方 法 被 證 明 是 較 優 越 的 16, 因 為 過 去 的 治 療 常 依 賴 近 端 關 節 的 概 括 化 訓 練 (generalization training), 而 不 是 將 治 療 直 接 導 向 以 膝 部 控 制 為 主 的 步 行 訓 練 10, 把 患 者 視 為 被 動 接 受 治 療 的 個 體, 強 調 坐 姿 或 站 姿 下 的 張 力 抑 制 方 式 (tone-inhibiting maneuvers) 和 步 行 準 備 工 作 (gait-preparatory tasks), 忽 略 患 者 主 動 參 與 學 習 過 程 的 重 要 性 4, 15 支 架 也 是 處 理 膝 背 曲 的 一 種 保 守 治 療 方 式, 可 分 為 膝 背 曲 支 架 及 踝 足 支 架 (ankle-foot orthoses), 都 是 功 能 性 支 架 (functional brace) 的 一 種, 膝 背 曲 支 架 主 要 用 於 步 行 的 站 立 中 期 或 後 期 出 現 膝 背 曲 現 象, 若 於 站 立 初 期 足 跟 著 地 (heel-strike) 即 出 現 膝 背 曲 則 採 用 踝 足 支 架, 將 踝 關 節 維 持 在 小 角 度 的 背 曲 (dorsiflexion) 來 避 免 初 期 的 過 度 膝 伸 直 14 踝 足 支 架 (ankle-foot orthoses, AFO) 目 前 國 內 已 有 廠 商 生 產 製 造 且 有 社 會 福 利 補 助, 而 常 用 的 膝 背 曲 支 架 僅 有 二 種, 為 代 理 商 代 理 進 口, 價 格 昂 貴, 一 般 中 風 患 者 不 易 取 得 此 外 藥 物 和 手 術 治 療 也 是 處 理 膝 背 曲 的 方 式, 藥 物 主 要 是 用 於 降 低 因 過 度 膝 伸 直 張 力 (extensor spasticity) 及 踝 蹠 曲 張 力 (ankle plantarflexsor spasticity) 所 造 成 的 過 度 膝 伸 直 ; 而 手 術 則 因 過 程 中 可 能 產 生 的 合 併 症 及 術 後 可 能 造 成 的 併 發 症, 目 前 很 少 採 用, 因 此 在 膝 背 曲 的 治 療 上 仍 以 保 守 治 療 為 主 近 代 對 於 神 經 誘 發 觀 念 的 修 正, 已 逐 漸 引 入 環 境 情 境 動 作 控 制 與 動 作 學 2

12 習 的 理 論, 認 為 病 患 應 主 動 學 習, 強 調 任 務 導 向 方 法 (task-oriented approach), 由 病 患 主 動 嘗 試 解 決 功 能 任 務 的 問 題, 來 學 習 動 作 的 方 法, 並 由 感 覺 回 饋 來 強 化 學 習 的 效 果 3, 15, 17, 18 儘 管 過 去 的 研 究 有 些 許 干 擾 限 制 因 子 存 在, 仍 歸 納 出 以 8, 電 子 量 角 器 的 生 理 回 饋 合 併 物 理 治 療 可 以 降 低 中 風 病 患 過 度 膝 伸 直 錯 誤 的 頻 率 10, 12, 19, 特 別 是 當 介 入 目 標 為 動 作 形 式 活 動 角 度 或 身 體 位 置 的 控 制, 且 關 節 角 度 的 生 理 回 饋 訓 練 易 於 與 日 常 的 功 能 性 訓 練 合 併, 如 : 坐 到 站 站 立 及 行 走, 亦 可 由 病 患 攜 回 家 中 自 行 訓 練, 在 治 療 上 極 為 便 利, 但 缺 點 為 價 格 昂 貴, 多 仰 賴 進 口, 一 般 患 者 不 易 取 得 中 風 患 者 除 了 明 顯 的 動 作 缺 損, 也 會 有 表 皮 (cutaneous) 和 本 體 覺 (proprioception) 的 感 覺 缺 損 20, 本 體 覺 的 缺 損 是 造 成 患 側 膝 背 曲 的 原 因 之 一, 會 導 致 關 節 穩 定 和 活 動 控 制 的 改 變, 膝 背 曲 支 架 的 目 的 即 在 以 支 架 的 關 節 機 構 來 限 制 膝 關 節 的 過 度 伸 直, 及 支 架 內 襯 (soft inner) 與 皮 膚 的 緊 密 接 觸 增 加 表 皮 感 覺 的 輸 入, 改 善 膝 關 節 的 本 體 覺 和 循 跡 (tracking) 能 力 21, 22 因 此 本 研 究 欲 利 用 支 架 的 限 制 機 構, 避 免 中 風 患 者 偏 癱 側 之 膝 關 節 在 中 風 初 期 受 到 反 覆 過 度 伸 直 的 傷 害, 及 防 滑 內 襯 增 加 支 架 與 皮 膚 間 的 感 覺 輸 入, 改 善 患 者 膝 關 節 本 體 覺, 並 合 併 以 警 示 聲 音 為 主 的 回 饋 訊 號, 促 進 患 者 主 動 的 動 作 控 制 及 動 作 學 習, 發 展 出 以 聲 音 為 回 饋 訊 號 合 併 有 膝 伸 直 限 制 的 回 饋 性 膝 背 曲 支 架 3

13 第 二 節 研 究 目 的 所 以 本 實 驗 的 目 的 如 下 : 一 發 展 以 聲 音 為 主 的 回 饋 裝 置 合 併 可 限 制 膝 關 節 過 度 伸 直 機 構 的 回 饋 性 膝 背 曲 支 架 二 比 較 中 風 病 患 之 過 度 膝 伸 直 步 態 在 無 穿 戴 支 架 穿 戴 膝 背 曲 支 架 及 回 饋 性 膝 背 曲 支 架 三 種 不 同 測 試 情 況, 在 膝 關 節 角 度 及 時 間 參 數 (temporal parameter) 之 差 異 性 4

14 第 三 節 操 作 型 定 義 為 了 瞭 解 受 試 者 在 三 種 不 同 測 試 情 況 的 步 態 變 化, 所 以 本 研 究 所 量 測 變 數, 包 括 : 運 動 學 參 數 及 時 間 參 數, 其 操 作 型 定 義 分 述 如 下 : 一 運 動 學 參 數 (kinematic) 在 整 個 步 態 週 期 中, 膝 關 節 的 活 動 角 度 在 最 初 足 跟 著 地 時 約 彎 曲 5 度, 到 站 立 後 期 (terminal stance) 幾 乎 伸 直 ( 平 均 彎 曲 3 度 ), 此 後 逐 漸 彎 曲, 在 擺 盪 中 期 (mid swing) 的 起 始 有 最 大 彎 曲 角 度 約 60~70 度, 之 後 又 開 始 伸 直, 直 到 擺 盪 末 期 (terminal swing) 又 幾 乎 伸 直 ( 約 彎 曲 0~3 度 ), 準 備 再 次 足 跟 著 地 也 就 是 在 整 個 步 態 週 期 中, 膝 關 節 幾 乎 未 曾 完 全 伸 直 過 因 此, 本 文 的 運 動 學 參 數 如 下 : 膝 關 節 角 度 (knee angle) 為 電 子 量 角 器 於 步 行 站 立 期 所 量 測 到 受 試 者 患 側 膝 關 節 伸 直 的 角 度, 若 小 於 原 始 解 剖 位 置 ( 即 0 度 ), 則 以 負 號 表 示 ( 單 位 : 度 ) 二 歩 態 的 時 間 參 數 (temporal parameter) 站 立 期 時 間 (duration of stance phase) 一 側 下 肢 於 步 行 中 接 觸 地 面 之 時 間 擺 盪 期 時 間 (duration of swing phase) 一 側 下 肢 於 步 行 中 離 開 地 面 之 時 間 5

15 雙 腳 支 撐 期 時 間 (duration of double support phase) 兩 側 下 肢 於 步 行 中 同 時 接 觸 地 面 之 時 間 站 立 期 時 間 百 分 比 (percentage of stance time) 站 立 期 時 間 佔 步 態 週 期 時 間 的 百 分 比, 在 本 研 究 中 是 指 患 側 下 肢, 其 公 式 如 下 : 站 立 期 時 間 百 分 比 = 站 立 期 時 間 步 態 週 期 時 間 100 擺 盪 期 時 間 百 分 比 (percentage of swing time) 擺 盪 期 時 間 佔 步 態 週 期 時 間 的 百 分 比, 在 本 研 究 中 是 指 健 側 下 肢, 其 公 式 如 下 : 擺 盪 期 時 間 百 分 比 = 擺 盪 期 時 間 步 態 週 期 時 間 100 步 頻 (cadence) 每 分 鐘 所 走 的 步 數 不 對 稱 比 指 數 (asymmetry ratio index) 其 定 義 為 受 試 者 患 側 與 健 側 在 步 態 參 數 上 的 比 值, 當 對 稱 指 數 等 於 一, 為 一 交 替 對 稱 的 步 態 (reciprocal gait pattern), 若 此 指 數 大 於 或 小 於 壹 表 示 為 一 不 對 稱 步 態 26, 27, 公 式 如 下 : ( affected side) 患 側 在 站 立 期 或 擺 盪 期 的 時 間 (Duration of phase ) 不 對 稱 比 指 數 = 健 側 在 同 一 期 的 時 間 (Duration of same phase( unaffected side)) 6

16 第 四 節 研 究 問 題 與 假 設 膝 部 支 架 的 使 用, 乃 是 基 於 力 學 作 用 的 原 理, 透 過 外 力 直 接 作 用 於 膝 關 節, 改 變 原 本 靜 態 不 正 常 的 關 節 角 度 或 是 動 態 不 正 常 的 關 節 活 動 度 然 而, 對 於 中 風 患 者 的 膝 背 曲 現 象, 除 了 以 機 構 被 動 限 制 膝 關 節 過 度 伸 直, 提 供 聲 音 回 饋 使 刺 激 與 反 應 產 生 連 結, 激 勵 患 者 在 膝 關 節 達 到 被 動 限 制 之 前 即 主 動 學 習 控 制 膝 關 節, 進 而 導 向 較 正 常 的 動 作 過 去 針 對 膝 部 支 架 的 效 益 研 究 都 是 以 前 後 十 字 韌 帶 及 退 化 性 關 節 炎 專 用 支 架 為 主, 對 於 膝 背 曲 支 架 的 治 療 機 轉 與 效 益 探 討 之 研 究 鮮 少 因 此, 透 過 臨 床 試 驗, 量 化 分 析 回 饋 性 膝 背 曲 支 架 對 於 中 風 病 患 在 步 態 週 期 中 的 運 動 學 及 時 間 參 數 效 益, 可 以 進 一 步 了 解 本 研 究 所 發 展 之 回 饋 性 膝 背 曲 支 架 的 矯 正 效 果 及 適 用 性 所 以 本 研 究 目 的 可 以 回 答 下 述 特 定 問 題 與 假 設 : 問 題 1: 中 風 患 者 在 穿 戴 本 研 究 所 發 展 之 回 饋 性 膝 背 曲 支 架 前 後, 步 行 中 的 運 動 學 參 數 是 否 有 差 異? 假 設 1-1 中 風 患 者 於 穿 戴 此 回 饋 性 膝 背 曲 支 架 後, 於 步 行 站 立 期 過 度 伸 直 角 度 會 改 善 問 題 2: 中 風 患 者 在 穿 戴 本 研 究 所 發 展 之 回 饋 性 膝 背 曲 支 架 前 後, 步 行 中 的 時 間 參 數 是 否 有 差 異? 假 設 2-1 中 風 患 者 於 穿 戴 此 回 饋 性 膝 背 曲 支 架 後, 步 行 的 時 間 參 數, 如 患 7

17 側 站 立 期 時 間 站 立 期 時 間 百 分 比 步 態 對 稱 性 (Symmetry) 及 步 頻 會 改 善 問 題 3: 中 風 患 者 在 穿 戴 本 研 究 所 發 展 之 回 饋 性 膝 背 曲 支 架, 在 步 行 中 的 運 動 學 及 時 間 參 數 變 化, 是 否 優 於 穿 戴 傳 統 膝 背 曲 支 架? 假 設 3-1 中 風 患 者 於 穿 戴 此 回 饋 性 膝 背 曲 支 架, 在 步 行 中 的 運 動 學 及 時 間 參 數 的 改 善, 會 與 穿 戴 膝 背 曲 支 架 有 顯 著 差 異 8

18 第 二 章 文 獻 探 討 第 一 節 中 風 病 患 的 步 態 特 性 中 風 病 患 的 步 態, 因 為 腦 部 受 傷 的 位 置 與 程 度 上 的 差 異, 在 步 態 的 分 類 上 有 實 際 困 難 之 處 步 行 的 過 程 是 一 複 雜 的 動 作 技 巧, 須 要 神 經 肌 肉 骨 骼 系 統 平 衡 系 統 及 姿 勢 控 制 的 協 調 作 用, 既 使 中 風 後 能 恢 復 步 行 能 力 的 患 者 仍 會 有 一 些 步 態 偏 差 (gait deviation) 的 特 質, 這 些 包 括 了 姿 勢 偏 移 (postural sway) 不 穩 定 (unstable) 步 行 速 度 (walking speed) 的 降 低 歩 頻 的 減 少 (cadence) 患 側 承 重 的 減 少 歩 長 不 均 站 立 期 的 縮 短 及 患 側 擺 盪 期 的 增 加 等 不 對 稱 之 步 態 行 為 3, 一 般 對 於 比 較 偏 癱 患 者 與 正 常 人 的 步 態 形 式 會 以 時 間 - 距 離 參 數 運 動 學 參 數 動 力 學 參 數 及 不 同 關 節 上 肌 肉 作 用 的 差 異 呈 現 32, 33, 在 本 研 究 中 僅 對 時 間 - 距 離 參 數 及 運 動 學 參 數 加 以 回 顧, 分 述 如 下 : 一 距 離 - 時 間 參 數 的 偏 差 (Deviation of distance-temporal parameter) 步 態 周 期 (gait cycle) 始 於 一 側 下 肢 足 跟 著 地 至 同 側 下 肢 再 次 著 地, 整 個 過 程 包 含 了 60% 的 站 立 期 與 40% 的 擺 盪 期, 站 立 期 包 含 了 雙 腳 支 撐 期 (double-support phase) 及 單 腳 支 撐 期 (single-support phase) 兩 期, 此 時 的 單 腳 支 撐 期 即 等 於 對 側 腳 的 擺 盪 期 時 間 參 數 則 包 含 步 頻 (cadence) 步 幅 時 間 (stride time) 與 步 距 時 間 (step time) 步 頻 是 指 單 位 時 間 所 走 的 步 數 (steps), 步 幅 時 間 是 指 跨 一 大 步 的 時 間, 即 一 個 步 態 週 期 的 時 間, 步 距 時 間 則 是 指 完 成 左 步 或 右 步 的 時 間, 也 是 步 頻 的 倒 9

19 數 時 間 因 素 是 目 前 最 普 遍 量 測 的 步 態 參 數, 也 許 是 因 為 它 們 可 客 觀 地 輕 易 取 得 27 正 常 人 的 兩 側 下 肢 在 站 立 期 擺 盪 期 及 站 立 期 / 擺 盪 期 比 值 是 很 相 似 的, 而 且 對 稱 比 率 (Symmetry ratio) 和 步 行 速 度 是 無 關 的 3, 27, 除 非 是 人 為 故 意 的 作 用 中 風 患 者 的 步 態 和 正 常 人 比 較 上 除 了 步 行 速 度 的 降 低, 還 有 步 態 不 對 稱 性 他 們 在 步 行 時 易 於 偏 向 健 側 縮 短 患 側 的 站 立 期, 相 對 地 增 加 患 側 的 擺 盪 期 28 此 外 證 據 顯 示 腦 性 麻 痺 的 偏 癱 兒 童 在 步 態 的 時 間 參 數 的 改 善 會 伴 隨 著 承 重 對 稱 的 改 善 27 雖 然 正 常 人 的 步 態 也 有 不 對 稱 表 現, 然 而 中 風 患 者 步 態 的 不 對 稱 特 質 比 正 常 人 顯 著, 因 此 在 評 估 步 態 偏 差 時, 對 稱 性 是 重 要 的 指 標 之 一 27, 28, 研 究 也 顯 示 擺 盪 期 的 對 稱 性 和 動 作 的 恢 復 有 顯 著 的 相 關 32 Wall and Turnbull 以 不 對 稱 比 指 數 (Asymmetry ratio index) 來 檢 視 中 風 病 患 時 間 上 的 步 態 形 式 26, 27, 其 公 式 如 下 : ( affected side) 患 側 在 站 立 期 或 擺 盪 期 的 時 間 (Duration of phase ) 不 對 稱 比 指 數 = 健 側 在 同 一 期 的 時 間 (Duration of same phase( unaffected side)) 此 比 值 可 以 呈 現 中 風 病 患 步 態 的 不 對 稱 性 及 此 不 對 稱 在 步 態 週 期 中 的 位 置 在 非 常 對 稱 的 步 行 方 式 此 公 式 比 值 會 等 於 1, 大 於 1 表 示 患 者 在 步 行 中 在 患 側 所 花 的 時 間 較 多, 小 於 1 則 表 示 在 健 側 的 時 間 較 多 中 風 步 態 的 不 對 稱 性 起 因 於 不 正 常 的 肌 肉 活 動 姿 勢 控 制 和 感 覺 缺 失 27, 因 此 藉 由 改 善 肌 肉 的 活 動 姿 勢 控 制 及 增 加 感 覺 輸 入 可 以 改 善 不 正 常 的 步 態 形 式 10

20 二 膝 關 節 運 動 學 的 評 量 (Kinematic assessment of knee joint) 除 了 距 離 - 時 間 參 數, 肢 段 及 關 節 的 運 動 學 表 現 亦 是 常 用 來 評 量 步 態 的 方 法 膝 關 節 的 運 動 為 一 三 度 空 間 的 運 動, 分 別 為 矢 狀 面 (sagittal plane) 冠 狀 面 (frontal plane) 及 水 平 面 (transverse plane) 三 個 運 動 面, 其 中 以 矢 狀 面 運 動 量 最 多, 其 次 是 冠 狀 面, 最 少 為 水 平 面 此 外 膝 關 節 存 在 三 個 平 移 運 動, 和 三 個 旋 轉 運 動, 共 六 個 自 由 度 23-25, 37 正 常 的 步 態 週 期 始 於 站 立 期 足 跟 著 地 (heel strike), 此 時 膝 彎 曲 約 5 度, 至 站 立 期 前 半 段 逐 漸 彎 曲 至 20 度 然 後 由 站 立 中 期 足 平 放 (foot flat) 至 站 立 末 期 足 跟 離 地 (heel off) 再 伸 展 成 0 至 5 度, 之 後 進 入 擺 盪 期, 膝 關 節 開 始 彎 曲, 至 擺 盪 中 期 初 始 達 到 最 大 彎 曲 65~70 度, 至 擺 盪 末 期 準 備 進 入 下 回 步 態 週 期 膝 關 節 才 幾 乎 伸 直 接 近 零 度 23-25, 也 就 是 膝 關 節 在 整 個 的 步 態 週 期 中 幾 乎 未 曾 完 全 伸 直 ( 圖 一 ) 而 在 中 風 後 步 行 過 程 中 下 肢 關 節 角 度 受 到 的 干 擾, 包 括 站 立 期 膝 屈 曲 的 減 少 或 喪 失, 擺 盪 期 膝 屈 曲 的 降 低, 有 時 還 會 喪 失 擺 盪 期 及 足 跟 著 地 時 的 踝 背 曲, 且 會 普 遍 降 低 關 節 的 行 程 (excursion) 29 11

21 圖 一 正 常 膝 關 節 在 步 態 週 期 中 的 角 度 曲 線 圖 (Perry, 1992) 23, 正 常 的 關 節 面 在 相 對 運 動 時 其 瞬 時 旋 轉 中 心 (instant center) 為 近 似 半 圓 形 37, 但 對 於 關 節 穩 定 度 差 的 個 案 及 罹 患 關 節 疾 病 的 患 者, 在 整 個 步 行 運 動 過 程 中, 其 膝 關 節 瞬 時 旋 轉 中 心 都 可 能 在 某 一 階 段 出 現 不 正 常 的 軌 跡 23 如 果 瞬 時 旋 轉 中 心 循 不 正 常 軌 跡 移 動 時, 膝 關 節 的 運 動 便 不 會 以 正 常 的 滑 動 及 滾 動 的 方 式 進 9, 行, 因 此 膝 關 節 可 能 會 在 互 相 分 離 或 壓 迫 的 情 況 下 活 動, 會 加 速 關 節 面 的 磨 損 23, 所 以 在 中 風 病 患 出 現 過 度 膝 伸 直 的 不 正 常 步 態, 即 要 予 以 處 理, 以 免 造 成 日 後 膝 關 節 面 的 磨 損 破 壞, 進 而 造 成 嚴 重 的 退 化 問 題 12

22 第 二 節 中 風 病 患 膝 背 曲 的 形 成 原 因 及 影 響 中 風 病 患 在 步 行 能 力 恢 復 的 過 程, 約 有 40% 到 68% 的 病 患 在 步 行 站 立 期, 患 側 下 肢 會 有 過 度 膝 伸 直 的 現 象 8-11, 也 就 是 所 謂 的 膝 背 曲 ( 圖 二 ) 膝 背 曲 的 定 義 是 指 在 步 行 的 站 立 期, 患 側 膝 關 節 角 度 伸 直 超 過 膝 關 節 的 原 始 解 剖 位 置 (neutral anatomic position) 10, 13, 38, 而 過 度 膝 伸 直 在 步 態 週 期 中 發 生 的 時 間 點, 會 因 下 肢 神 經 肌 肉 交 替 作 用 的 影 響 而 有 差 異, 可 能 在 站 立 初 期 (20% of the gait cycle) 即 發 生, 也 可 能 在 站 立 中 期 (40% of the gait cycle) 才 發 生, 甚 至 可 能 在 整 個 站 立 期 都 維 持 膝 過 度 伸 直 12 因 此, 在 站 立 期 膝 關 節 持 續 或 過 度 伸 直 成 膝 背 曲 現 象 是 一 種 不 正 常 的 情 況 造 成 中 風 病 患 發 生 膝 背 曲 現 象 的 原 因 可 能 有 下 列 幾 點 8, 10-12, 19, 24, 31, : 1. 股 四 頭 肌 無 力 (quadriceps weakness) 在 著 地 初 期 膝 關 節 需 微 彎 曲 以 離 心 收 縮 來 吸 收 地 面 震 力, 但 因 股 四 頭 肌 無 力, 患 者 會 以 膝 背 曲 的 代 償 方 式 鎖 住 (lock) 膝 關 節, 以 增 加 膝 關 節 穩 定 度, 避 免 患 側 下 肢 塌 陷 (buckling) 2. 股 四 頭 肌 和 小 腿 後 肌 的 過 度 張 力 (spasticity of the quadriceps and calf muscles) 患 側 之 股 四 頭 肌 及 腓 腸 肌 等 肌 肉 出 現 過 強 之 伸 展 肌 協 同 作 用 (extensor synergy), 使 下 肢 以 過 度 伸 直 的 姿 勢 進 入 站 立 期, 造 成 地 面 反 力 線 提 前 越 過 膝 關 節 而 形 成 伸 直 力 矩 (extensor torque), 形 成 膝 背 曲 之 狀 態 13

23 3. 小 腿 後 肌 的 過 度 張 力 或 阿 基 里 斯 腱 的 攣 縮 (calf muscle spasticity or contracture of Achilles tendon) 在 著 地 初 期, 因 小 腿 後 肌 的 過 度 張 力 或 阿 基 里 斯 腱 的 攣 縮, 而 以 踝 蹠 曲 (ankle plantarflexion) 動 作 取 代 踝 背 曲 (ankle dorsiflexion), 造 成 地 面 反 力 線 提 前 越 過 膝 關 節 而 形 成 伸 直 力 矩, 使 之 成 為 膝 背 曲 之 狀 態 4. 股 四 頭 肌 張 力 合 併 小 腿 後 肌 無 力 (quadriceps spasticity in conjunction with calf weakness) 在 站 立 中 期 至 末 期 因 小 腿 後 肌 無 力 無 法 作 出 踝 蹠 曲 推 離 (push off) 的 動 作 又 合 併 股 四 頭 肌 張 力, 使 得 地 面 反 力 線 落 於 膝 關 節 前 方, 造 成 伸 直 力 矩, 成 為 膝 背 曲 之 狀 態 5. 髖 攣 縮 合 併 小 腿 後 肌 張 力 (hip contracture with calf spasticity) 6. 髖 伸 直 肌 無 力 (hip extensor weakness) 7. 膝 關 節 動 作 控 制 差 (poor motor control of knee joint) 8. 膝 關 節 的 位 置 感 覺 差 (poor position sense) 本 體 感 覺 缺 損 可 能 導 致 關 節 穩 定 度 的 改 變 和 關 節 活 動 的 控 制, 且 可 能 是 造 成 退 化 性 關 節 疾 病 和 前 十 字 韌 帶 缺 失 導 致 膝 關 節 持 續 不 穩 定 的 一 個 主 要 潛 在 因 子 上 述 現 象 會 造 成 步 態 站 立 期 地 面 反 力 線 (ground reaction force) 前 移, 使 膝 關 節 過 度 伸 直 的 瞬 間 力 矩 增 加 10, 40 ( 圖 三 ) 14

24 中 風 病 患 的 步 態 偏 差 從 功 能 上 來 看 可 分 為 站 立 期 與 擺 盪 期 的 異 常 歸 類 在 站 立 期 以 下 肢 的 不 正 常 支 撐 底 面, 如 : 馬 蹄 足 和 腳 趾 屈 曲 及 下 肢 的 不 穩 定, 包 括 : 膝 塌 陷 (knee collapse) 與 膝 過 度 伸 直 ; 在 擺 盪 期 則 以 下 肢 的 離 地 不 足 (inadequate clearance) 與 前 進 不 足 (inadequate advancement) 為 主, 這 些 步 態 偏 差 都 可 能 造 成 不 安 全 的 步 行 及 能 量 的 無 效 率 33 正 常 步 態 在 站 立 期 時 下 肢 關 節 的 活 動 是 由 各 種 精 細 力 量 平 衡 產 生 的, 可 分 為 內 在 力 量 及 外 在 力 量, 外 在 力 量 包 括 作 用 在 身 體 質 心 的 垂 直 重 力 與 身 體 慣 量 (inertial momentum), 雖 然 內 在 限 制 機 制, 如 : 膝 後 方 關 節 囊 韌 帶 和 肌 肉 群, 會 提 供 被 動 或 主 動 對 抗 外 在 的 伸 直 力 矩 10, 13, 24 然 而 時 日 一 久, 由 於 步 行 中 反 覆 過 度 伸 直 力 量 的 牽 拉 作 用, 會 造 成 膝 關 節 後 方 軟 組 織 的 傷 害, 包 括 關 節 囊 及 韌 帶 的 鬆 弛, 導 致 膝 關 節 疼 痛 不 穩 定 及 慢 性 退 化 等 問 題, 在 後 期 常 發 展 成 退 化 性 關 節 炎 9, 10, 40 研 究 顯 示 中 風 病 患 的 過 度 膝 伸 直 角 度 的 尖 峰 值 (peak knee hyperextension) 可 能 達 到 22 度 10 因 此 這 種 不 正 常 步 態 會 造 成 步 行 的 不 穩 定, 功 能 性 的 步 態 偏 差, 包 括 : 步 幅 步 距 步 行 速 度 及 步 頻 的 減 少, 此 外 有 軀 幹 側 偏 步 行 效 率 降 低 及 步 行 耗 能 增 加 等 問 題 31, 甚 至 造 成 步 行 中 膝 部 疼 痛, 使 中 風 病 患 的 行 走 益 增 困 難, 阻 礙 復 建 計 畫 的 進 展 中 風 病 患 若 長 期 以 此 不 正 常 的 步 態 步 行, 將 嚴 重 影 響 其 身 心 狀 態 及 生 活 品 質 因 此 瞭 解 膝 背 曲 的 步 態 特 質 及 差 異, 才 能 在 臨 床 治 療 決 策 與 輔 具 處 方 上 做 出 適 當 且 充 足 的 處 置 15

25 θ 圖 二 膝 過 度 伸 直 現 象 圖 三 從 足 跟 著 地 至 擺 盪 前 期 地 面 反 力 線 與 膝 關 節 的 關 係 (Perry, 1992) 16

26 第 三 節 膝 背 曲 的 臨 床 處 理 方 式 探 討 臨 床 上 對 於 中 風 偏 癱 患 者 的 異 常 步 態 處 置, 基 於 特 殊 發 現 可 能 會 有 不 同 的 治 療 介 入, 但 一 般 包 括 : 物 理 治 療 支 架 藥 物 及 手 術 9-11, 14, 對 於 年 輕 活 動 力 高 或 對 非 侵 入 性 治 療 沒 反 應 的 病 患, 我 們 可 以 考 慮 其 他 的 介 入 方 式 來 改 善 病 患 的 功 能 性 行 走, 如 以 酚 或 肉 毒 桿 菌 的 肌 肉 注 射 方 式 來 做 為 中 長 期 的 處 置 方 式 或 以 手 術 作 為 長 期 處 置 之 考 量 然 而, 由 於 手 術 過 程 可 能 產 生 的 合 併 症 及 術 後 可 能 造 成 的 併 發 症, 使 得 臨 床 醫 療 的 介 入 更 重 視 保 守 療 法 對 於 中 風 患 者 的 步 態 改 善 物 理 治 療 對 於 異 常 步 態 的 治 療 技 術 包 括 : 肌 肉 再 教 育 神 經 誘 發 感 覺 刺 激 (sensory stimulation) 和 源 於 動 作 學 習 和 動 作 控 制 的 任 務 導 向 方 法 及 回 饋 15 一 肌 肉 再 教 育 無 力 (Weakness) 被 認 為 是 中 風 後 動 作 復 健 的 一 個 限 制 因 素, 玻 巴 斯 也 主 張 收 縮 肌 的 無 力 可 歸 因 於 拮 抗 肌 群 所 受 的 張 力 限 制 41, 年 代 的 肌 肉 再 教 育 學 派 強 調 評 估 單 一 肌 肉 之 收 縮 能 力, 對 較 弱 之 肌 肉 進 行 訓 練, 然 而 由 於 大 部 分 的 日 常 生 活 動 作 都 要 有 收 縮 肌 拮 抗 肌 協 同 肌 等 肌 肉 的 共 同 作 用 才 能 達 成, 非 單 一 肌 肉 即 可 達 成 15 Shelley(1997) 等 人 以 每 秒 30,60 和 120 度 的 等 速 肌 力 儀 來 訓 練 19 位 中 風 至 少 6 個 月 以 上 的 病 患 膝 伸 直 肌 和 膝 曲 肌, 結 果 顯 示 等 速 肌 力 訓 練 (isokinetic training) 可 以 增 加 成 人 中 風 患 者 的 肌 力 和 步 行 表 現, 同 時 不 會 有 肌 張 力 的 變 化 42, 但 在 上 樓 梯 及 坐 到 站 (up and go) 的 測 試 則 無 改 善, 反 映 出 功 能 性 表 現 非 單 一 肌 群 可 達 成, 需 其 它 肌 群 平 衡 與 協 調 的 完 美 作 用 此 外 這 種 訓 練 僅 適 合 中 風 後 有 一 定 17

27 下 肢 力 量 的 病 患, 且 該 設 備 價 格 昂 貴 非 每 家 醫 療 院 所 皆 有 二 神 經 誘 發 此 模 式 是 當 今 運 用 最 廣 的 臨 床 治 療 模 式, 採 由 上 而 下 的 控 制 觀 念, 在 治 療 上 強 調 抑 制 異 常 動 作 誘 發 正 常 動 作 臨 床 治 療 中 風 患 者 的 動 作 缺 損 常 用 的 神 經 誘 發 模 式 包 括 布 朗 斯 壯 的 動 作 治 療 玻 巴 斯 的 神 經 發 展 治 療 及 卡 巴 特 等 人 的 本 體 感 覺 神 經 肌 肉 誘 發 術 等 布 朗 斯 壯 認 為 患 者 應 依 據 恢 復 期 的 進 展 練 習 不 同 的 各 期 動 作, 利 用 某 些 反 射 來 誘 發 主 動 動 作, 強 調 走 路 的 準 備, 避 免 進 行 大 量 的 走 路 練 習, 以 免 發 生 異 常 的 步 態 15 神 經 發 展 治 療 的 原 則 以 遵 循 正 常 發 展 程 序 及 關 鍵 點 控 制 (key point control), 達 到 張 力 正 常 化 抑 制 或 整 合 原 始 姿 勢 反 映, 誘 發 正 常 原 始 姿 勢 反 映 等 目 標 6, 15, 16, 43 在 比 較 玻 巴 斯 治 療 與 懸 吊 輔 助 的 步 行 訓 練 療 效 研 究, 顯 示 中 風 患 者 須 於 站 立 姿 勢 實 際 練 習 步 行 才 有 益 於 行 走 功 能 的 學 習, 若 只 是 在 墊 上 練 習 行 走 時 的 分 解 動 作 並 無 益 於 整 體 動 作 的 學 習 6, 44 Shelia Lennon(2001) 以 玻 巴 斯 的 觀 念 (Bobath concept) 對 兩 個 中 風 病 患 施 以 步 態 再 教 育, 結 果 顯 示 二 人 在 步 行 中 矢 狀 面 上 髖 關 節 膝 關 節 和 踝 關 節 的 水 平 上 都 呈 現 較 正 常 的 移 動 形 式, 且 移 動 能 力 都 有 改 善 43 但 此 研 究 是 屬 於 病 例 報 告, 很 多 變 數 並 無 控 制, 樣 本 僅 二 人 且 都 是 中 風 初 期, 對 於 中 風 後 期 是 否 仍 有 效 呢? 本 體 感 覺 神 經 肌 肉 誘 發 術 亦 遵 循 正 常 發 展 模 式, 強 調 近 端 至 遠 端 的 訓 練, 利 用 各 種 感 覺 刺 激 及 最 大 阻 力 造 成 放 射 現 象 (irradiation) 等 誘 發 手 法 刺 激 動 作 的 產 生, 練 習 動 作 多 採 用 旋 轉 和 斜 角 方 向 的 動 作, 來 增 進 主 動 肌 和 拮 抗 肌 之 間 的 平 18

28 衡 與 協 調 研 究 結 果 顯 示 本 體 感 覺 神 經 肌 肉 誘 發 術 對 中 風 病 患 治 療 的 累 積 效 果 會 比 立 即 效 果 更 有 益 處, 但 中 風 初 期 患 者 在 步 行 速 度 及 步 頻 上 對 於 治 療 的 反 應 比 中 風 後 期 的 患 者 快, 顯 示 誘 發 治 療 對 於 中 風 初 期 患 者 是 有 立 即 效 果 的, 但 對 於 中 風 後 期 患 者 需 長 期 誘 發 治 療 才 有 效 45 神 經 誘 發 模 式 最 為 人 詬 病 之 處 就 是 常 視 患 者 為 被 動 接 受 治 療 的 個 體, 過 度 倚 賴 治 療 師 的 誘 發, 非 將 治 療 直 接 導 向 以 膝 部 控 制 為 主 的 步 行 訓 練, 忽 略 患 者 主 動 參 與 學 習 過 程 的 重 要 性 10, 15 雖 然 上 述 方 法 在 理 論 與 實 務 彼 此 不 同, 但 均 可 促 進 中 風 患 者 下 肢 的 動 作 控 制, 不 過 僅 有 少 數 研 究 顯 示 這 些 方 法 對 過 度 膝 伸 直 有 效, 且 多 數 的 結 果 研 究 (outcome study) 未 證 實 這 些 技 巧 是 較 優 越 的 3, 4, 10 三 功 能 性 電 刺 激 電 刺 激 也 是 誘 發 中 風 患 者 動 作 學 習, 恢 復 步 行 能 力 的 一 種 技 術 46 過 去 以 功 能 性 電 刺 激 矯 治 中 風 病 患 的 垂 足 問 題 已 見 到 許 多 成 功 和 失 敗 的 個 案, 缺 乏 大 量 的 臨 床 試 驗 技 術 上 的 問 題 ( 如 精 確 偵 測 站 立 期 與 擺 盪 期 和 電 極 的 擺 放 位 置 等 ) 及 治 療 師 對 此 知 識 的 不 足, 阻 礙 了 功 能 性 電 刺 激 在 臨 床 上 的 廣 泛 運 用 3 近 年 針 對 32 位 有 垂 足 可 步 行 的 慢 性 中 風 病 患 所 做 之 研 究, 顯 示 接 受 功 能 性 電 刺 激 的 病 患 在 有 刺 激 時 其 步 行 速 度 顯 著 加 快 且 較 有 效 率, 控 制 組 則 無 此 現 象, 然 而 一 旦 沒 有 電 刺 激 則 無 任 何 改 善, 也 就 是 功 能 性 電 刺 激 之 治 療 沒 有 延 續 效 果 (carryover effect) 47 在 多 頻 道 功 能 性 電 刺 激 和 傳 統 治 療 的 比 較 研 究, 顯 示 功 能 性 電 刺 激 合 併 傳 統 治 療 對 於 強 化 步 行 的 動 作 學 習 是 有 效 的, 然 而 此 類 電 刺 激 通 常 很 笨 重 且 龐 19

29 大, 常 會 造 成 病 患 額 外 的 揹 負 重 量, 且 電 極 片 繁 多 固 定 複 雜 耗 時, 需 由 受 過 訓 練 且 相 當 熟 悉 的 治 療 師 使 用, 因 此 日 常 治 療 上 並 不 建 議 使 用 四 藥 物 肉 毒 桿 菌 (botulinnum toxin) 和 酚 阻 斷 (phenol block) 的 肌 肉 內 注 射 是 目 前 常 用 在 治 療 小 腿 後 肌 張 力 過 強 所 造 成 的 膝 背 曲 藥 物, 研 究 顯 示 在 踝 蹠 曲 肌 注 射 肉 毒 桿 菌 可 以 降 低 肌 張 力, 改 善 足 部 觸 地 (initial contact) 的 模 式 踝 關 節 的 活 動 度 步 態 對 稱 性 及 步 行 速 度 持 續 達 四 個 月, 而 且 若 能 搭 配 功 能 性 活 動 電 刺 激 及 石 膏 固 定 牽 張 (tonic stretch) 應 能 幫 助 提 昇 治 療 的 效 益 3, 18 酚 注 射 主 要 適 應 症 為 內 縮 張 力 及 馬 蹄 足 畸 形, 優 點 為 價 錢 較 肉 毒 桿 菌 低 廉 且 治 療 效 益 能 持 續 達 數 月 之 久, 缺 點 是 必 需 配 合 單 極 電 刺 激 定 位 出 最 佳 的 動 作 點 (motor point) 來 注 射 研 究 顯 示 在 治 療 初 期 肉 毒 桿 菌 在 肌 張 力 值 (Ashworth scale) 上 顯 著 優 於 酚, 但 持 續 追 蹤 兩 者 並 無 顯 著 差 異, 然 而 酚 在 注 射 後 約 有 20% 的 病 患 會 有 紅 腫 的 發 炎 反 應 及 疼 痛 的 感 覺 異 常, 且 可 能 持 續 3 至 4 星 期, 肉 毒 桿 菌 注 射 則 無 此 副 作 用 3 20

30 第 四 節 支 架 在 膝 背 曲 治 療 上 的 重 要 踝 足 支 架 與 膝 關 節 支 架 也 常 被 用 來 處 理 膝 過 度 伸 直 的 現 象, 其 原 理 皆 是 以 三 點 應 力 (three-point force system) 或 四 點 應 力 系 統 (four-point force system) 的 生 物 力 學 及 特 殊 關 節 限 制 機 構 來 加 以 設 計 49 在 踝 關 節 以 限 制 踝 蹠 曲 的 踝 足 支 架 或 以 墊 高 腳 跟 (heel lift) 合 併 踝 足 支 架 來 處 理 有 踝 蹠 曲 攣 縮 的 個 案 為 主 33 在 探 討 腦 性 麻 痺 兒 童 膝 背 曲 的 運 動 學 及 肌 電 圖 特 質 的 研 究 中, 研 究 者 提 出 在 步 態 初 期 有 膝 背 曲 的 腦 性 麻 痺 兒 童 可 以 考 慮 給 予 小 角 度 踝 背 曲 的 踝 足 支 架, 將 踝 關 節 維 持 在 背 曲 的 角 度 可 以 避 免 因 地 面 反 力 線 過 早 落 於 膝 關 節 前 方 所 造 成 的 早 期 過 度 膝 伸 直 對 於 膝 背 曲 出 現 在 站 立 中 後 期 的 腦 性 麻 痺 兒 童, 則 較 適 合 以 膝 支 架 將 膝 關 節 維 持 在 稍 微 彎 曲 的 角 度, 來 克 服 在 站 立 中 後 期 因 身 體 往 前 的 慣 性 所 導 致 之 膝 背 曲 現 象 14 在 以 瑞 典 式 膝 支 架 (Swedish Knee Cage) 合 併 踝 足 支 架 來 控 制 膝 背 曲 的 研 究, 結 果 顯 示 上 述 方 式 可 以 改 善 中 風 病 患 站 立 期 的 對 稱 性, 增 加 跨 步 長 度 和 步 行 速 度 9 膝 部 支 架 依 用 途 可 分 為 預 防 性 膝 支 架 (prophylactic knee brace) 功 能 性 膝 支 架 (functional knee brace) 與 復 健 性 膝 支 架 (rehabilitative knee brace) 三 大 類 50, 51 預 防 性 膝 支 架 主 要 用 於 保 護 膝 關 節 免 於 因 外 力 衝 擊 導 致 膝 關 節 內 翻 或 外 翻 所 造 成 的 內 側 韌 帶 傷 害 (medial collateral ligament), 也 可 保 護 十 字 韌 帶 免 於 旋 轉 應 力 所 造 成 的 傷 害 此 型 膝 支 架 常 用 於 從 事 激 烈 運 動 的 使 用 者, 如 美 式 足 球 員, 所 以 必 須 有 足 夠 的 剛 性 來 保 護 膝 關 節 一 般 人 的 十 字 韌 帶 約 可 承 受 400 牛 頓 的 力 量, 但 目 前 市 面 上 的 預 防 性 膝 支 架 有 些 無 法 承 受 超 過 300 牛 頓 的 外 力 52, 且 學 術 21

31 界 對 其 效 益 還 有 爭 論, 因 此 臨 床 上 並 不 建 議 使 用 功 能 性 膝 支 架 主 要 是 提 供 不 穩 定 的 膝 關 節 在 旋 轉 和 前 後 力 量 作 用 時 有 較 佳 的 穩 定 度, 通 常 是 用 在 前 十 字 韌 帶 重 建 術 後 6 至 12 個 月 來 達 到 保 護 52, 同 時 可 以 改 善 病 患 膝 關 節 的 位 置 感 覺 雖 然 功 能 性 膝 支 架 可 以 避 免 膝 關 節 過 度 伸 直, 但 對 於 旋 轉 力 量 的 控 制 是 較 困 難 的 雖 然 這 些 支 架 對 於 運 動 參 與 的 幫 助 缺 乏 科 學 證 據, 但 病 患 主 觀 認 為 穿 戴 後 的 穩 定 度 及 表 現 有 正 面 反 應 50, 51 目 前 實 驗 證 據 顯 示 功 能 性 膝 支 架 並 不 會 顯 著 影 響 表 現 53 復 健 性 膝 支 架 主 要 是 在 術 後 及 復 健 初 期 穿 戴, 以 保 護 受 傷 的 韌 帶 和 限 制 膝 關 節 的 屈 曲 與 伸 直 角 度, 避 免 過 度 的 關 節 活 動 造 成 重 建 韌 帶 的 鬆 脫 或 再 次 斷 裂 一 般 是 使 用 在 術 後 或 急 性 傷 害 後 2 至 8 週 的 期 間 50 依 照 不 同 的 功 能 需 求 活 動 關 節 轉 軸 的 機 構 設 計 是 決 定 膝 支 架 具 有 幾 個 自 由 度 的 關 鍵 點, 本 研 究 所 設 計 的 膝 背 曲 支 架 僅 考 慮 膝 關 節 矢 狀 面 伸 直 角 度 的 限 制, 對 於 活 動 的 精 確 度 並 不 強 調 目 前 針 對 膝 背 曲 的 常 用 膝 關 節 支 架 僅 有 二 款, 一 款 為 瑞 典 式 膝 背 曲 支 架 (swedish Knee Cage)( 圖 四 ), 另 一 款 為 CAMP 公 司 之 CHECK(Comfortable Hyper Extension Control Knee) 膝 背 曲 支 架 ( 圖 五 ) 瑞 典 式 膝 背 曲 支 架 與 CHECK 膝 背 曲 支 架 在 機 構 設 計 是 有 差 異 的, 瑞 典 式 膝 背 曲 支 架 的 樞 軸 設 計 是 一 單 軸 關 節 (single axis joint), 其 運 動 軌 跡 與 實 際 關 節 仍 有 一 段 差 異 運 動, 而 CHECK 膝 背 曲 支 架 則 是 類 似 齒 輪 式 內 含 一 彈 性 元 件, 較 接 近 膝 關 節 在 矢 狀 面 上 的 運 動, 且 其 兩 側 支 撐 桿 (upright bars) 較 長, 可 提 供 較 穩 定 的 關 節 角 22

32 度 限 制, 而 瑞 典 式 膝 背 曲 支 架 其 兩 側 支 撐 桿 較 短, 可 能 會 在 其 上 下 遠 端 兩 處 產 生 較 大 壓 力, 造 成 病 患 不 適 上 述 二 款 膝 背 曲 支 架 皆 為 國 內 代 理 商 代 理 進 口, 價 格 昂 貴, 約 在 新 台 幣 9000 元 至 元, 一 般 中 風 患 者 不 易 取 得 圖 四 瑞 典 式 膝 背 曲 支 架 圖 五 CHECK 膝 背 曲 支 架 23

33 第 五 節 任 務 導 向 方 法 過 去 的 治 療 常 視 患 者 為 被 動 接 受 治 療 的 個 體, 忽 略 患 者 主 動 參 與 學 習 過 程 的 重 要 性, 近 代 對 於 神 經 誘 發 觀 念 的 修 正, 已 逐 漸 引 入 環 境 情 境 動 作 控 制 與 動 作 學 習 的 理 論, 認 為 病 患 應 主 動 學 習, 強 調 任 務 導 向 方 法, 由 病 患 主 動 嘗 試 解 決 功 能 任 務 的 問 題 來 學 習 動 作, 其 定 義 是 以 目 標 為 導 向 的 功 能 性 行 為 (goal-directed functional behaviors) 為 核 心 的 動 作 控 制, 也 就 是 說 要 學 會 走 路 就 必 須 去 練 習 走 路 3, 4, 15 近 期 的 理 論 則 提 出 以 系 統 模 式 (system model) 為 基 礎 的 任 務 取 向 方 法 (system-based task-oriented approach), 以 系 統 模 式 為 基 礎, 強 調 動 作 並 不 是 全 由 周 邊 或 全 由 中 樞 驅 動 的, 而 是 許 多 系 統 中 交 互 作 用 的 結 果, 是 一 種 分 佈 控 制 的 觀 念, 並 加 入 了 任 務 取 向 的 概 念, 認 為 動 作 不 是 一 成 不 變 的 反 射, 是 由 個 人 任 務 與 環 境 等 三 方 面 互 動 後 自 然 呈 現 的 結 果 15 因 此 任 務 導 向 方 法 強 調 直 接 練 習 整 體 任 務, 非 僅 練 習 部 份 或 分 解 動 作, 利 用 強 迫 原 則 (forced-use principle) 讓 病 患 主 動 地 反 覆 嘗 試 解 決 功 能 性 任 務 的 問 題, 學 會 動 作 的 方 式 因 為 膝 背 曲 現 象 是 出 現 在 步 行 的 站 立 期, 所 以 在 處 理 中 風 患 者 的 膝 背 曲 現 象, 本 研 究 主 張 讓 患 者 穿 戴 回 饋 性 膝 背 曲 支 架 重 複 練 習 步 行 時 的 膝 部 控 制, 而 不 是 僅 在 墊 上 練 習 局 部 的 膝 部 控 制 或 站 立 時 的 膝 部 控 制 研 究 顯 示 在 治 療 偏 癱 患 者 的 步 行 障 礙 時, 發 現 功 能 導 向 組 的 行 走 速 度 恢 復 較 傳 統 治 療 組 快 且 住 院 日 數 較 少 17, 54 24

34 第 六 節 感 覺 回 饋 與 動 作 控 制 及 動 作 學 習 的 關 係 表 現 的 回 饋 是 當 代 動 作 學 習 模 式 上 一 必 須 要 件 7, 55 過 去 學 者 對 於 感 覺 在 動 作 控 制 的 各 種 階 段 有 不 同 的 看 法, 周 圍 學 派 認 為 感 覺 系 統 是 動 作 啟 動 及 完 成 的 唯 一 必 要 條 件, 而 中 樞 學 派 則 強 調 動 作 可 由 中 樞 系 統 內 存 在 的 中 央 形 式 產 生 器 (central pattern generator) 及 動 作 程 式 (motor program) 控 制, 能 自 動 產 生 有 規 律 的 固 定 動 作, 不 需 感 覺 回 饋 即 可 完 成 動 作 15 如 今 多 數 的 動 作 控 制 理 論 認 為 動 作 不 一 定 靠 感 覺 刺 激 來 引 發, 但 感 覺 回 饋 可 幫 助 個 體 正 確 的 完 成 動 作 所 以 當 動 作 程 式 未 完 善 建 立 時, 就 需 要 閉 鏈 式 (closed-loop) 的 表 現 回 饋 (feedback of performance), 對 進 行 中 的 動 作 提 供 立 即 回 饋 來 偵 測 錯 誤 和 矯 正 錯 誤 7, 56 ( 圖 六 ); 基 模 理 論 (schema theory) 則 認 為 一 旦 動 作 產 生 的 回 饋 建 立 較 好 的 基 模, 則 無 須 依 賴 動 作 的 即 時 回 饋 來 完 成 下 個 動 作, 是 一 種 開 鏈 式 的 動 作 控 制 7, 15 ( 圖 七 ) 內 在 回 饋 是 動 作 產 生 過 程 中 自 然 發 生 的 訊 息, 如 本 體 感 覺, 是 感 覺 回 饋 的 必 要 來 源, 感 覺 功 能 缺 失 的 病 患 可 能 失 去 此 類 訊 息 ( 即 動 作 結 果 ) 而 影 響 其 動 作 控 制 與 動 作 表 現, 此 時 就 需 要 外 在 回 饋, 如 : 視 覺 (visual) 聽 覺 (auditory) 或 接 觸 訊 息 (tactile information), 以 人 為 方 式 促 進 動 作 的 表 現 (knowledge of performance, KP) 15, 56 本 研 究 所 發 展 之 回 饋 性 背 曲 支 架, 即 是 利 用 外 在 的 聲 音 回 饋 來 代 償 病 患 內 在 的 感 覺 缺 損 ( 圖 八 ), 在 行 走 過 程 中 提 供 立 即 矯 正 的 聲 音 訊 息, 幫 助 患 者 學 習 動 作 控 制 與 動 作 表 現, 促 進 反 應 的 正 確 性 過 去 常 用 於 中 風 復 健 的 二 種 生 理 回 饋 形 式 : 肌 電 回 饋 (electromyographic feedback) 與 電 子 量 角 器 回 饋 (electrogoniometric 25

35 feedback) 肌 電 回 饋 的 缺 點 是, 以 訓 練 無 參 考 點 的 單 獨 肌 肉 或 單 一 動 作 為 主, 非 目 標 導 向 的 動 作, 訓 練 後 可 轉 化 為 日 常 功 能 性 活 動 相 當 少 7, 10, 55, 57-60, 且 可 能 造 成 病 患 不 適 ; 相 對 的, 電 子 角 度 回 饋 就 是 關 節 角 度 或 位 置 回 饋, 其 優 點 就 是 回 饋 可 提 供 患 者 即 時 正 確 的 聲 音 訊 息, 並 容 易 合 併 於 功 能 性 情 境 的 日 常 生 活, 如 坐 到 站 站 立 和 行 走, 尤 其 當 介 入 的 目 標 是 動 作 形 式 活 動 度 或 身 體 位 置 的 調 整 10 過 去 使 用 關 節 角 度 回 饋 訓 練 的 研 究 雖 然 有 一 些 研 究 上 的 限 制, 但 都 歸 納 出 感 覺 回 饋 合 併 物 理 治 療 會 比 僅 以 物 理 治 療 有 效, 在 步 行 速 度 及 步 態 的 不 對 稱 性 也 都 有 相 同 結 果, 且 感 覺 回 饋 治 療 能 使 慢 性 中 風 病 患 減 少 過 度 膝 伸 直 的 頻 率, 效 果 還 能 持 續 達 一 年 8, 10, 12, 19 這 些 結 果 建 議 標 準 物 理 治 療 合 併 關 節 角 度 的 感 覺 回 饋 可 以 加 速 中 風 病 患 膝 背 曲 的 治 療 效 益 雖 然 僅 有 少 數 關 於 關 節 角 度 的 迴 饋 訓 練 對 於 中 風 病 患 膝 背 曲 效 益 的 研 究 報 告, 然 而 相 關 的 研 究 報 告 支 持 關 節 角 度 迴 饋 訓 練 對 於 膝 背 曲 現 象 具 有 潛 在 的 使 用 價 值 7, 55, 57, 61, 62 動 作 控 制 文 獻 對 於 回 饋 的 效 益 也 提 供 一 些 理 論 上 的 支 持, 一 般 也 同 意 回 饋 在 動 作 技 巧 的 學 習 上 扮 演 了 一 個 關 鍵 角 色 10, 15 從 訊 息 處 理 (information processing) 的 觀 點 來 看, 回 饋 可 藉 由 強 化 錯 誤 偵 測 和 矯 正 機 制 (error detection and correction mechanism), 引 導 學 習 者 朝 向 想 要 的 反 應, 提 供 刺 激 與 反 應 之 間 的 聯 繫, 誘 發 技 巧 的 獲 得 15, 56, 63, 64 所 以 對 於 中 風 病 患 步 行 中 膝 過 度 伸 直 錯 誤, 本 研 究 以 關 節 角 度 閾 值 提 供 立 即 的 聲 音 回 饋, 促 使 病 患 即 時 的 矯 正 膝 過 度 伸 直 錯 誤, 並 經 由 反 覆 練 習 讓 暫 時 性 的 動 作 能 力 自 動 轉 成 較 永 久 性 的 內 在 能 力 26

36 圖 六 閉 鏈 式 動 作 控 制 示 意 圖 圖 七 開 鏈 式 動 作 控 制 示 意 圖 圖 八 中 風 病 患 過 度 膝 伸 直 之 回 饋 機 制 示 意 圖 27

37 第 七 節 文 獻 探 討 總 結 中 風 病 患 在 步 行 能 力 恢 復 的 過 程 中, 約 有 40% 到 68% 的 病 患 在 步 行 站 立 期, 患 側 膝 關 節 會 有 過 度 伸 直 的 現 象, 此 種 不 正 常 的 步 態 除 了 一 般 步 態 參 數 的 改 變, 還 會 降 低 步 行 效 率 及 導 致 步 行 耗 能 的 需 求 增 加, 若 置 之 不 理, 由 於 步 行 中 反 覆 過 度 伸 直 力 量 的 牽 拉 作 用 累 積, 會 造 成 膝 關 節 後 方 軟 組 織 的 傷 害, 甚 而 造 成 膝 關 節 的 疼 痛 及 慢 性 退 化 問 題, 將 使 得 中 風 病 患 的 行 走 愈 顯 困 難 臨 床 上 對 於 中 風 患 者 的 膝 背 曲 處 置 方 式, 包 括 : 物 理 治 療 支 架 及 手 術, 傳 統 物 理 治 療 從 早 期 以 肌 力 訓 練 為 主 的 肌 肉 再 教 育, 到 練 習 各 種 單 一 動 作 或 各 種 不 同 的 神 經 肌 肉 誘 發 技 巧 傳 統 物 理 治 療 方 法 雖 然 不 同, 並 沒 有 研 究 證 實 這 些 治 療 是 較 好 的, 且 僅 有 少 數 研 究 顯 示 上 述 方 法 對 過 度 膝 伸 直 有 效, 因 為 過 去 的 治 療 常 視 患 者 為 被 動 接 受 治 療 的 個 體, 忽 略 患 者 主 動 參 與 學 習 過 程 的 重 要 性 支 架 也 是 處 理 膝 背 曲 的 一 種 保 守 治 療 方 式, 目 前 常 用 的 膝 背 曲 支 架 為 代 理 商 代 理 進 口, 價 格 昂 貴, 一 般 中 風 患 者 不 易 取 得, 且 都 是 被 動 限 制 膝 關 節 過 度 伸 直 近 期 的 理 論 認 為 病 患 應 主 動 學 習, 強 調 任 務 導 向 方 法, 由 病 患 主 動 嘗 試 解 決 功 能 任 務 的 問 題, 來 學 習 動 作 的 方 法, 並 由 感 覺 回 饋 增 強 動 機, 間 接 促 進 學 習 的 效 果 近 來 電 子 量 角 器 的 回 饋 治 療 已 逐 漸 受 到 重 視, 特 別 是 當 介 入 目 標 為 動 作 形 式 活 動 角 度 或 身 體 位 置 的 控 制, 且 關 節 角 度 的 回 饋 訓 練 易 於 與 日 常 的 功 能 性 訓 練 合 併, 因 此 本 研 究 的 目 的 是 發 展 以 聲 音 為 回 饋 訊 號 合 併 有 膝 伸 直 限 制 的 回 饋 性 膝 背 曲 支 架, 並 進 行 臨 床 驗 證, 以 瞭 解 此 回 饋 性 膝 背 曲 支 架 是 否 能 有 效 改 善 中 風 病 患 膝 背 曲 現 象 28

38 第 三 章 研 究 材 料 與 方 法 第 一 節 研 究 設 計 本 研 究 為 一 實 驗 型 研 究 (Experimental research), 為 平 衡 樣 本 間 之 差 異 及 有 限 之 樣 本 數, 採 用 重 複 量 測 實 驗 設 計 (Repeated measure design) 第 二 節 受 試 樣 本 本 研 究 以 台 北 榮 總 復 健 部 為 病 患 來 源, 收 集 13 位 符 合 收 案 條 件 的 臨 床 受 試 者 參 加 為 達 到 樣 本 間 同 質 化 標 準, 減 少 樣 本 間 的 變 異 情 形, 本 研 究 之 選 樣 條 件 為 : (1) 經 診 斷 確 定 為 中 風 患 者 為 主 且 至 少 四 個 月 以 上,(2) 由 資 深 治 療 師 目 視 篩 選, 於 步 行 站 立 期 患 側 有 過 度 膝 伸 直 現 象 之 病 患,(3) 布 朗 斯 壯 動 作 分 期 在 第 三 期 以 上,(4) 張 力 量 表 值 <2(modified ashworth scale),(5) 生 理 狀 況 穩 定, 可 簽 署 試 驗 同 意 書,(6) 能 獨 自 行 走 六 公 尺 三 次 ( 不 可 使 用 步 行 輔 具 ),(7) 患 側 踝 關 節 可 被 動 活 動 至 背 曲 0 度 以 上 其 排 樣 條 件 為 :(1) 併 發 肌 僵 直 運 動 失 調 下 肢 骨 折 膝 關 節 炎 及 周 邊 神 經 病 變 等 足 以 影 響 步 態 之 疾 病,(2) 聽 覺 障 礙 ( 無 法 聽 到 回 饋 的 聲 音 ),(3) 知 覺 或 認 知 障 礙 於 篩 選 受 試 樣 本 時 會 調 閱 中 風 患 者 的 病 歷 資 料, 紀 錄 受 試 者 的 姓 名 性 別 年 齡 病 因 診 斷 及 中 風 病 發 至 受 測 時 的 期 間 受 試 者 基 本 資 料 如 表 1 29

39 表 1. 受 試 者 基 本 資 料 與 身 體 功 能 評 估 受 試 者 性 別 年 齡 身 高 體 重 中 風 期 間 偏 癱 側 病 因 布 朗 斯 壯 張 力 膝 伸 直 肌 膝 伸 直 編 號 ( 歲 ) ( 公 分 ) ( 公 斤 ) ( 月 ) 分 期 量 表 肌 力 ( 級 ) 角 度 ( 度 ) 1 男 左 出 血 男 右 梗 塞 男 左 出 血 男 左 出 血 女 左 出 血 男 右 出 血 女 右 出 血 男 左 出 血 男 左 梗 塞 男 右 出 血 男 右 梗 塞 男 右 出 血 男 左 梗 塞 平 均 值 標 準 差

40 第 三 節 研 究 工 具 為 收 集 實 驗 過 程 中 受 試 者 步 行 中 的 膝 關 節 角 度 及 時 間 參 數, 本 研 究 之 儀 器 設 備 架 設 如 圖 九 所 需 之 相 關 儀 器 設 備 包 括 : 電 位 計 自 行 發 展 之 膝 背 曲 支 架 及 回 饋 裝 置 生 理 訊 號 同 步 轉 換 儀 及 足 底 開 關 等 工 具, 詳 細 分 述 如 後 potentiometer DAQ system MP-100 Data analysis Acqknowledge Foot switch 圖 九 本 研 究 之 儀 器 設 備 架 設 圖 31

41 一 電 位 計 為 了 瞭 解 中 風 患 者 在 三 種 不 同 測 試 情 形 膝 關 節 的 角 度 變 化, 本 研 究 將 電 位 計 (CP-3M, Midori, Japan) 裝 置 於 膝 支 架 的 軸 心, 利 用 關 節 角 度 變 化 造 成 電 位 計 輸 出 電 位 的 改 變, 再 透 過 類 比 數 位 轉 換 (analog digital convert, ADC) 功 能, 將 電 位 計 的 類 比 電 位 值 轉 換 為 電 腦 可 辨 識 處 理 的 數 位 值 此 電 位 計 為 一 精 密 線 性 可 變 電 阻, 全 阻 抗 值 1K 歐 姆, 有 效 電 氣 角 為 350 ±2/3, 線 性 值 為 ±0.5%, 最 高 可 承 受 電 壓 12 伏 特 二 膝 背 曲 支 架 及 回 饋 裝 置 本 研 究 之 膝 背 曲 支 架 及 回 饋 裝 置, 發 展 過 程 可 分 為 支 架 及 回 饋 裝 置 的 硬 體 建 構 回 饋 裝 置 的 軟 體 發 展 及 軟 硬 體 的 整 合 測 試 三 步 驟, 分 述 如 下 : ( 一 ) 硬 體 建 構 為 了 發 展 膝 背 曲 支 架, 材 料 部 分 的 選 擇 需 考 慮 支 架 的 整 體 強 度 及 重 量 對 患 者 步 態 的 影 響 及 負 擔, 所 以 本 研 究 選 用 的 材 質 為 厚 度 3 毫 米 (mm) 的 鋁 片 在 軸 心 設 計 方 面, 因 僅 考 量 限 制 個 案 矢 狀 面 的 膝 關 節 伸 直 角 度, 對 膝 關 節 活 動 度 的 精 確 性 並 不 加 以 考 慮, 且 為 固 定 單 軸 電 位 計, 故 採 用 單 軸 關 節 設 計 為 方 便 穿 戴 及 正 確 固 定, 支 架 的 固 定 方 式 是 以 魔 鬼 氈 前 後 兩 段 式 反 扣 固 定, 並 在 兩 側 支 撐 桿 內 側 貼 附 防 滑 軟 墊 以 增 加 穿 戴 時 支 架 與 皮 膚 的 摩 擦 力, 避 免 行 走 測 試 中 有 鬆 脫 現 象 回 饋 裝 置 則 是 以 Cypress 公 司 的 PSoC(programmable system on chip) CY8C27443 晶 片 為 技 術 核 心, 該 晶 片 有 28 隻 腳 位,3 個 埠 (port), 可 重 覆 讀 寫, 系 32

42 統 內 建 8 個 數 位 區 塊 (digital blocks) 和 12 個 類 比 區 塊 (analog blocks) 資 源, 使 用 者 可 以 利 用 依 需 要 及 系 統 資 源 選 擇 內 建 的 使 用 者 模 組 (user modules), 本 研 究 在 回 饋 裝 置 的 發 展 是 利 用 PSoC designer 軟 體 選 擇 發 展 回 饋 裝 置 所 需 的 3 個 模 組, 分 述 如 下 : 1. 液 晶 顯 示 幕 模 組 (LCD module) 不 佔 用 內 部 的 類 比 或 數 位 區 塊 資 源, 僅 使 用 單 一 的 輸 入 / 輸 出 埠 (I/O port), 適 用 於 2 列 16 字 元 (2*16) 的 液 晶 顯 示 幕, 主 要 功 能 為 將 C 語 言 所 撰 寫 之 功 能 模 組 以 字 元 或 字 串 顯 示 在 液 晶 顯 示 幕 上 2. 類 比 轉 數 位 模 組 (ADCINC 12 module) 該 模 組 佔 用 2 個 數 位 及 1 個 類 比 區 塊 資 源, 為 一 12 位 元 (12-bit) 之 類 比 數 位 轉 換 器, 可 將 電 位 計 的 輸 出 電 位 分 為 4096 階, 即 解 析 度 為 伏 特, 採 連 續 取 樣 3. 可 程 式 化 增 益 放 大 模 組 (PGA module) 模 組 內 建 33 種 增 益 設 定, 最 大 增 益 倍 率 為 48, 本 研 究 將 增 益 倍 率 設 為 1, 將 電 位 計 類 比 電 位 訊 號 先 經 過 增 益 放 大 模 組, 再 進 入 類 比 數 位 轉 換 器, 可 提 高 輸 入 阻 抗, 避 免 後 端 負 載 影 響, 作 為 緩 衝 介 面 在 完 成 內 部 模 組 功 能 規 劃 後, 利 用 該 軟 體 內 建 之 儀 器 編 輯 器 (device editor), 依 規 劃 將 模 組 區 塊 與 晶 片 腳 位 適 當 聯 結, 並 於 洞 洞 板 上 模 擬 晶 片 的 腳 位 配 置 ( 附 件 一 ) 及 相 關 電 子 元 件, 如 : 液 晶 顯 示 幕 蜂 鳴 器 LED 穩 壓 晶 片 (7805) 33

43 單 音 及 雙 音 插 座 及 開 關 之 電 路 規 劃 ( 附 件 二 ) ( 二 ) 軟 體 發 展 為 了 使 回 饋 裝 置 能 在 站 立 期 的 特 定 閾 值 角 度 內 產 生 警 示 的 聲 音 訊 號, 本 研 究 利 用 PSoC designer 軟 體 內 建 之 C 語 言 編 譯 器 (application editor) 及 除 錯 器 (debugger) 進 行 回 饋 裝 置 程 式 之 撰 寫 及 除 錯, 其 程 式 如 附 件 四, 軟 體 設 計 架 構 圖 如 圖 十 受 試 者 在 聽 到 回 饋 的 警 示 聲 音 到 膝 背 曲 支 架 限 制 之 前 須 有 足 夠 嘗 試 主 動 控 制 的 反 應 時 間 及 建 立 正 確 動 作 基 模 的 時 間 15, 55, 64, 因 此 本 研 究 將 回 饋 裝 置 之 角 度 閾 值 設 在 膝 屈 曲 10 度, 即 受 試 者 在 步 行 站 立 期 患 側 膝 關 節 伸 直 角 度 若 小 於 彎 曲 10 度, 則 蜂 鳴 器 持 續 響 起 回 饋 裝 置 的 錯 誤 紅 燈 亮 起 ; 若 步 行 站 立 期 患 側 膝 關 節 彎 曲 大 於 10 度, 則 蜂 鳴 器 停 止 做 動 回 饋 裝 置 的 正 確 綠 燈 亮 起, 提 供 病 患 學 習 膝 關 節 的 動 作 控 制 34

44 Power on Welcome message reset No AFSW=1 Yes AS number+1 SFSW=1 Yes SS number+1 No AFSW=1 & KA<10 KRN+1 Beep on Error red on AFSW=1 & KA>10 KRN=0 Beep off Right green on TS number KA KRN 圖 十 回 饋 裝 置 之 軟 體 設 計 架 構 圖 AFSW: 患 側 足 底 開 關 ;SFSW: 健 側 足 底 開 關 ;AS: 患 側 步 數 ;FS: 健 側 步 數 ;TS: 全 部 步 數 ;KA: 膝 角 度 ;KRN: 膝 過 度 伸 直 錯 誤 次 數 35

45 ( 三 ) 軟 硬 體 整 合 測 試 為 了 瞭 解 軟 硬 體 在 初 步 整 合 後 的 運 作 情 形, 本 研 究 利 用 PSoC 整 合 發 展 套 件 所 附 之 電 路 模 擬 器 (In-circuit emulator, ICE), 將 程 式 暫 存 在 模 擬 器 內 之 晶 片, 該 模 擬 器 可 模 擬 真 實 晶 片 之 運 作 情 形, 進 行 電 位 計 的 類 比 數 位 訊 號 轉 換 及 相 關 電 路 元 件 測 試, 由 量 角 器 校 正 導 出 電 位 計 角 度 的 轉 換 公 式, 其 公 式 如 表 2: 表 2. 電 位 計 角 度 的 轉 換 公 式 左 腳 電 位 計 角 度 =0.0853bin_ADC 右 腳 電 位 計 角 度 =0.0867bin_ADC 註 :bin_adc 表 示 類 比 電 位 轉 換 後 之 數 位 值 轉 換 後 之 角 度, 由 本 研 究 撰 寫 之 C 語 言 邏 輯 程 式 判 定, 膝 關 節 在 步 行 站 立 期 中 角 度 是 否 超 過 設 定 之 角 度 閾 值, 同 時 將 電 位 計 角 度 值 顯 示 在 液 晶 顯 示 幕 上 檢 視 模 擬 電 路 上 之 顯 示 幕 訊 息 是 否 正 確, 蜂 鳴 器 及 燈 號 是 否 依 程 式 設 定 做 動, 錯 誤 次 數 計 算 是 否 正 確 ; 按 壓 薄 膜 開 關 檢 視 步 數 計 算 是 否 正 確, 如 以 上 整 合 測 試 無 誤, 即 可 透 過 程 式 燒 錄 座 (programming board) 將 程 式 燒 錄 到 晶 片, 完 成 初 步 軟 硬 體 整 合 測 試, 即 可 著 手 進 行 回 饋 裝 置 的 實 際 電 路 整 合 組 裝 及 最 後 測 試 三 生 理 訊 號 同 步 轉 換 儀 本 研 究 為 了 同 步 擷 取 足 底 開 關 及 電 位 計 的 類 比 訊 號, 使 用 生 理 訊 號 同 步 轉 換 儀 (MP-100, Biopac system, Inc., USA), 將 上 述 裝 置 的 類 比 訊 號 轉 換 為 電 腦 可 辨 識 36

46 處 理 的 數 位 訊 號, 以 利 後 續 軟 體 評 估 步 態 的 時 間 參 數 及 步 行 站 立 期 中 膝 關 節 的 角 度 變 化 此 生 理 訊 號 同 步 轉 換 儀 可 同 時 處 理 16 個 通 道 之 數 位 與 類 比 信 號 四 足 底 開 關 為 了 收 集 步 行 過 程 中 足 底 的 接 觸 時 間 及 作 為 對 應 膝 關 節 動 作 的 時 序 圖 (timing chart), 並 提 供 回 饋 裝 置 之 邏 輯 程 式 判 定 患 側 膝 關 節 角 度 是 否 於 站 立 期 伸 直 超 過 設 定 之 閾 值 角 度, 所 以 本 研 究 採 用 可 彎 曲 的 薄 膜 式 足 底 開 關 (MA-153 Footswitch, Motion lab system, Inc., USA), 此 開 關 重 量 僅 一 克, 厚 度 一 毫 米 (1mm), 對 25 克 以 上 的 壓 力 即 可 有 效 反 應 本 研 究 將 四 個 足 底 開 關 分 別 置 於 中 風 患 者 健 側 及 偏 癱 側 的 足 跟 及 大 拇 指, 並 以 柏 格 連 接 頭 (Berg connector) 提 供 5 伏 特 電 源, 造 成 開 關 (on-off) 電 位 差 (5 volt or 0 volt), 再 將 此 信 號 接 到 生 理 訊 號 同 步 轉 換 儀, 即 可 將 電 位 差 的 類 比 信 號 轉 為 數 位 信 號, 由 軟 體 做 進 一 步 的 分 析 處 理 37

47 第 四 節 實 驗 步 驟 在 向 受 試 者 說 明 實 驗 目 的 及 流 程, 請 受 試 者 簽 署 受 試 者 同 意 書 後 ( 附 件 四 ), 進 行 受 試 者 基 本 資 料 的 詢 問 及 填 寫, 包 括 : 年 齡 身 高 及 體 重 等 資 料 並 以 張 力 量 表 (modify Ashworth Scale) 評 估 受 試 者 的 下 肢 肌 肉 張 力 程 度, 徒 手 肌 力 測 試 (manual muscle testing, MMT) 記 錄 受 試 者 患 側 膝 伸 直 肌 之 肌 力 及 布 朗 斯 壯 分 期 (Brunnstrom stage) 量 表 作 為 動 作 能 力 表 現 的 指 標 隨 即 進 行 本 實 驗 之 步 行 測 試, 其 步 驟 詳 述 如 下 : 步 驟 一 : 前 測 - 無 穿 戴 支 架 在 連 接 並 啟 動 生 理 訊 號 同 步 轉 換 儀 後, 先 進 行 電 子 量 角 器 之 校 正, 以 色 筆 及 尺 在 受 試 者 雙 下 肢 標 示 出 固 定 電 子 量 角 器 之 標 示 線, 依 照 標 示 線 以 彈 性 綁 帶 將 電 子 量 角 器 分 別 固 定 於 健 側 及 患 側 膝 關 節, 量 角 器 軸 心 固 定 在 膝 關 節 中 心, 上 端 對 準 大 轉 子 (trochanter), 下 端 對 準 外 踝 (melleolus) 以 透 氣 膠 帶 固 定 健 側 及 患 側 之 足 底 開 關, 左 右 二 足 各 有 兩 個, 一 個 在 大 腳 趾 另 一 個 在 足 跟, 將 二 足 底 開 關 訊 號 線 分 別 連 接 至 生 理 訊 號 同 步 轉 換 儀 請 受 試 者 穿 戴 電 子 量 角 器 及 足 底 開 關 練 習 步 行 3 分 鐘, 檢 視 各 頻 道 是 否 皆 有 訊 號 休 息 3 分 鐘 後, 請 受 試 者 以 自 然 速 度 於 6 米 長 步 道 步 行 3 次, 中 間 視 受 試 者 需 要 休 息 2 分 鐘, 同 步 記 錄 步 行 三 次 之 訊 號 於 休 息 3 分 鐘 期 間 將 受 試 者 患 側 膝 關 節 電 子 量 角 器 拆 下 後, 隨 機 進 行 步 驟 二 或 步 驟 三 38

48 步 驟 二 : 中 測 - 穿 戴 背 曲 支 架 先 將 有 角 度 限 制 的 膝 背 曲 支 架 的 電 位 計 訊 號 連 至 生 理 訊 號 同 步 轉 換 儀, 以 擷 取 膝 關 節 於 支 架 角 度 限 制 下 的 活 動 度 改 變 在 進 行 角 度 校 正 後, 將 此 膝 背 曲 支 架 依 前 述 方 式 固 定 於 患 側 膝 關 節, 健 側 則 仍 然 穿 戴 先 前 的 電 子 量 角 器 請 受 試 者 以 此 裝 置 練 習 步 行 3 分 鐘, 檢 視 各 頻 道 是 否 皆 有 訊 號 休 息 3 分 鐘 後, 請 受 試 者 以 自 然 速 度 於 6 米 長 步 道 步 行 3 次, 中 間 視 受 試 者 需 要 間 隔 休 息 2 分 鐘, 同 步 記 錄 步 行 三 次 之 訊 號 休 息 3 分 鐘 準 備 進 行 後 測 步 驟 三 : 後 測 - 穿 戴 回 饋 性 背 曲 支 架 將 回 饋 裝 置 黏 附 於 腰 後 之 皮 帶 並 將 膝 背 曲 支 架 的 電 位 計 訊 號 連 至 回 饋 裝 置, 在 將 此 電 位 變 化 訊 號 連 至 生 理 訊 號 同 步 轉 換 儀, 以 擷 取 膝 關 節 於 支 架 角 度 限 制 及 聲 音 回 饋 提 供 下 的 活 動 度 改 變 另 在 患 側 足 跟 貼 附 一 個 足 底 開 關, 提 供 回 饋 裝 置 之 邏 輯 程 式 判 定 患 側 膝 關 節 角 度 是 否 於 站 立 期 伸 直 超 過 設 定 之 閾 值 角 度 打 開 回 饋 裝 置 的 蜂 鳴 器 開 關, 請 受 試 者 以 此 裝 置 練 習 步 行 3 分 鐘, 檢 視 各 頻 道 是 否 皆 有 訊 號 請 受 試 者 以 自 然 速 度 於 6 米 長 步 道 步 行 3 次, 中 間 視 受 試 者 需 要 間 隔 休 息 2 分 鐘, 同 步 記 錄 步 行 三 次 之 訊 號 39

49 第 五 節 資 料 處 理 本 研 究 為 驗 證 回 饋 性 膝 背 曲 支 架 對 中 風 病 患 膝 背 曲 現 象 的 效 應, 所 分 析 處 理 的 資 料 採 離 線 分 析 (off-line analysis) 方 式, 從 所 有 的 組 內 及 組 間 試 驗, 分 別 隨 機 選 取 3 個 相 鄰 完 整 的 健 側 及 患 側 步 態 週 期, 取 此 三 次 試 驗 之 平 均 值, 包 括 : 膝 關 節 的 運 動 學 及 時 間 參 數 變 化, 再 進 行 資 料 分 析, 其 資 料 處 理 方 式 詳 述 如 下 : 一 膝 關 節 的 運 動 學 變 化 將 生 理 訊 號 同 步 轉 換 儀 所 擷 取 的 健 側 及 患 側 膝 關 節 角 度 資 料, 分 別 以 Acqknowledge 版 軟 體 進 行 6Hz 的 低 頻 濾 波, 對 應 所 選 取 的 步 態 週 期, 分 別 記 錄 健 側 及 患 側 膝 關 節 在 足 跟 着 地 站 立 中 期 時 的 膝 關 節 角 度 值, 作 為 後 續 統 計 分 析 資 料 二 步 態 的 時 間 參 數 本 研 究 所 用 的 足 底 開 關 在 未 接 通 ( 未 踩 下 ) 時 其 電 位 差 為 5 伏 特 的 方 波, 在 接 通 下 ( 即 踩 下 ) 為 等 電 位 的 0 伏 特, 為 方 便 資 料 讀 取 與 分 析, 利 用 Acqknowledge 版 軟 體 中 轉 換 功 能 (transform) 下 的 公 式 產 生 器 (equation generator) 功 能, 將 整 個 波 形 先 減 5 再 翻 正 (Abs), 再 以 波 形 加 成 (waveform math) 功 能 分 別 將 健 側 及 患 側 的 二 足 底 開 關 之 波 形 加 成, 即 可 分 別 顯 示 出 健 側 及 患 側 在 站 立 期 的 子 分 期, 包 括 : 足 跟 著 地 站 立 中 期 (mid-stance) 足 跟 著 地 (heel-off) 及 大 腳 趾 離 地 (toe-off) 從 選 取 的 步 態 週 期 分 別 記 錄 健 側 及 患 側 的 站 立 期 時 間 擺 盪 期 時 間, 進 而 換 算 為 40

50 步 頻 站 立 期 的 不 對 稱 指 數 (stance asymmetry ratio index) 擺 盪 期 的 不 對 稱 指 數 (swing asymmetry ratio index) 站 立 期 時 間 及 擺 盪 期 時 間 的 百 分 比, 提 供 後 續 時 間 參 數 的 統 計 分 析 資 料 41

51 第 六 節 統 計 分 析 本 研 究 為 一 相 依 樣 本 重 複 量 測 的 實 驗 設 計 研 究 中 的 自 變 數 (independent variable) 為 膝 背 曲 支 架 及 聲 音 回 饋 之 介 入, 依 變 數 (dependent variable) 為 患 側 膝 關 節 的 角 度 變 化 及 時 間 參 數 變 化 本 研 究 以 SPSS 11.5 版 統 計 分 析 軟 體 做 統 計 分 析, 所 用 之 統 計 方 法 如 下 : 一 以 敘 述 統 計 分 析 受 試 者 的 年 齡 身 高 體 重 中 風 至 測 試 日 期 期 間 等 基 本 資 料, 以 平 均 數 及 標 準 差 表 示 二 以 單 因 子 變 異 數 分 析 (one-way ANOVA) 及 事 後 多 重 比 較 法 (multiple comparison) 檢 定 三 種 測 試 情 形 對 患 側 膝 關 節 角 度 及 時 間 參 數 之 差 異 影 響 所 有 數 值 以 平 均 數 及 標 準 差 表 示, 統 計 數 值 的 顯 著 信 賴 水 準 均 以 α=0.05 為 臨 界 水 準 42

52 第 四 章 結 果 第 一 節 軟 硬 體 架 構 及 功 能 特 色 ( 一 ) 軟 硬 體 架 構 本 研 究 發 展 回 饋 性 膝 背 曲 支 架 的 概 念, 是 以 中 風 病 患 常 有 感 覺 缺 損 問 題 所 導 致 之 膝 背 曲 現 象, 為 增 進 患 者 對 膝 過 度 伸 直 之 主 動 控 制 與 學 習, 以 現 有 之 膝 背 曲 支 架 為 主 體, 整 合 以 聲 音 為 主 的 回 饋 裝 置, 彌 補 傳 統 膝 背 曲 支 架 僅 能 被 動 限 制 病 患 膝 關 節 過 度 伸 直, 忽 略 病 患 主 動 參 與 控 制 及 學 習 的 重 要 性 本 研 究 所 發 展 之 膝 背 曲 支 架 是 以 鋁 片 為 主 要 材 質, 採 單 軸 關 節 設 計, 以 利 於 單 軸 電 位 計 之 固 定 為 增 進 穿 戴 的 穩 定 性 及 病 患 皮 膚 的 感 覺 輸 入, 支 架 內 襯 均 貼 附 防 滑 軟 墊, 支 架 與 肢 體 之 固 定 方 式 是 以 魔 鬼 氈, 前 後 兩 段 式 反 扣 固 定, 膝 背 曲 支 架 外 觀 如 圖 十 一 回 饋 裝 置 則 是 以 Cypress 公 司 的 CY8C27443 晶 片 為 技 術 核 心, 將 電 位 計 的 類 比 訊 號 轉 為 數 位 訊 號, 提 供 回 饋 裝 置 的 邏 輯 程 式 判 定 閾 值 角 度 及 設 定 相 關 評 估 參 數, 並 搭 配 相 關 的 電 子 元 件 及 電 路 而 成, 回 饋 裝 置 外 觀 如 圖 十 二 ( 二 ) 功 能 特 色 本 研 究 所 發 展 之 膝 背 曲 支 架 及 回 饋 裝 置, 其 功 能 特 色 如 下 : 1. 膝 背 曲 支 架 質 輕, 易 穿 戴 不 易 鬆 脫 2. 膝 背 曲 支 架 的 機 構 設 計 可 有 效 限 制 膝 關 節 過 度 伸 直 角 度 3. 回 饋 裝 置 可 即 時 顯 示 步 行 中 膝 關 節 角 度 過 度 伸 直 錯 誤 次 數 健 側 步 數 患 43

53 側 步 數 及 總 步 數 4. 回 饋 裝 置 的 角 度 閾 值 可 個 別 寫 入 晶 片 設 定 5. 回 饋 裝 置 配 合 足 底 開 關 可 在 特 定 步 態 分 期 中 給 予 回 饋 警 示 聲 音 6. 回 饋 性 膝 背 曲 支 架 開 發 成 本 低, 約 在 9000 元 以 下, 較 市 售 膝 背 曲 支 架 便 宜 7. 操 作 容 易, 可 讓 病 患 攜 回 家 中 配 合 日 常 功 能 性 活 動 練 習 44

54 圖 十 一 本 研 究 所 發 展 之 膝 背 曲 支 架 ( 含 電 位 計 ) 9V 直 流 電 源 蜂 鳴 器 患 側 足 底 開 關 電 位 計 健 側 足 底 開 關 To MP-100 內 外 埠 電 源 切 換 開 關 膝 角 度 正 確 燈 復 歸 鈕 電 源 開 關 蜂 鳴 器 開 關 膝 角 度 錯 誤 燈 圖 十 二 本 研 究 所 發 展 之 回 饋 裝 置 及 功 能 說 明 45

55 第 二 節 三 種 不 同 測 試 情 況 對 膝 關 節 角 度 之 影 響 所 有 受 試 者 在 接 受 無 穿 戴 支 架 穿 戴 膝 背 曲 支 架 及 回 饋 性 膝 背 曲 支 架 三 種 不 同 測 試 後, 患 側 及 健 側 膝 關 節 角 度 在 足 跟 著 地 及 站 立 中 期 的 敘 述 統 計 分 析, 結 果 發 現 在 足 跟 著 地 期, 中 風 患 者 患 側 膝 關 節 角 度 從 未 穿 戴 前 的 6.68±7.79 度 增 加 至 8.28±7.34 度 及 13.52±7.63 度, 站 立 中 期 膝 關 節 角 度 則 從 未 穿 戴 前 的 -8.28±3.94 度 增 加 至 -0.31±0.63 度 及 2.92±5.37 度 ( 表 3) 以 上 結 果 顯 示, 大 部 分 受 試 者 的 膝 過 度 伸 直 未 出 現 在 足 跟 著 地 期, 而 是 發 生 在 站 立 中 期, 且 在 穿 戴 背 曲 支 架 及 回 饋 性 背 曲 支 架 後, 患 側 膝 關 節 彎 曲 角 度 均 有 增 加 趨 勢, 健 側 膝 關 節 角 度 則 有 降 低 現 象 經 由 單 因 子 變 異 數 分 析, 分 別 比 較 受 試 者 在 無 穿 戴 支 架 穿 戴 膝 背 曲 支 架 及 回 饋 性 膝 背 曲 支 架 對 膝 關 節 角 度 之 差 異, 結 果 顯 示 在 足 跟 著 地 期 患 側 膝 關 節 角 度 在 三 種 不 同 測 試 之 間 無 顯 著 差 異, 在 站 立 中 期 三 種 不 同 測 試 之 間 則 有 顯 著 差 異 (P<0.05); 而 健 側 膝 關 節 角 度 在 足 跟 著 地 及 站 立 中 期, 三 種 不 同 測 試 之 間 無 顯 著 差 異 ( 表 4) 進 一 步 以 Bonferroni 事 後 多 重 比 較 分 析, 顯 示 受 試 者 在 站 立 中 期, 患 側 的 膝 關 節 角 度 在 穿 戴 膝 背 曲 支 架 前 後 及 穿 戴 回 饋 性 膝 背 曲 支 架 前 後, 二 種 測 試 情 況 均 有 顯 著 差 異 (P<0.05), 但 在 穿 戴 膝 背 曲 支 架 與 回 饋 性 膝 背 曲 支 架 之 間 則 未 達 統 計 上 顯 著 差 異 ( 表 5), 即 患 側 膝 關 節 在 穿 戴 膝 背 曲 支 架 與 回 饋 性 膝 背 曲 支 架 後 在 步 行 站 立 中 期 的 過 度 伸 直 角 度 均 有 顯 著 改 善, 穿 戴 膝 背 曲 支 架 與 回 饋 性 膝 背 曲 支 架 在 站 立 中 期 膝 過 度 伸 直 角 度 雖 無 顯 著 差 異, 但 膝 關 節 彎 曲 角 度 有 增 加 趨 勢 ( 圖 十 三 十 四 ) 46

56 表 3. 受 試 者 在 三 種 不 同 測 試 情 況, 患 側 與 健 側 膝 關 節 角 度 在 足 跟 著 地 及 站 立 中 期 之 敘 述 統 計 分 析 肢 體 側 步 態 分 期 無 支 架 M±SD 背 曲 支 架 M±SD 回 饋 性 背 曲 支 架 M±SD 患 側 足 跟 著 地 6.68± ± ±7.63 站 立 中 期 -8.28± ±0.63* 2.92±5.37* 健 側 足 跟 著 地 24.68± ± ±8.95 站 立 中 期 11.18± ± ±7.02 註 : M 表 示 平 均 值 ; SD 表 示 標 準 差 ; 單 位 : 度 表 4. 受 試 者 在 三 種 不 同 測 試 情 況, 患 側 與 健 側 膝 關 節 角 度 在 足 跟 著 地 及 站 立 中 期 之 單 因 子 變 異 數 分 析 摘 要 依 變 數 步 態 分 期 變 異 來 源 離 均 差 平 方 和 自 由 度 均 方 F 值 P 值 患 側 膝 角 度 足 跟 著 地 組 間 組 內 全 體 站 立 中 期 組 間 * 健 側 膝 角 度 足 跟 著 地 站 立 中 期 組 內 全 體 組 間 組 內 全 體 組 間 組 內 全 體 註 : * 表 示 P 值 <

57 表 5. 受 試 者 在 三 種 不 同 測 試 情 況, 患 側 膝 關 節 角 度 在 站 立 中 期 之 Bonferroni 事 後 多 重 比 較 分 析 依 變 數 步 態 分 期 測 試 情 況 (I) 測 試 情 況 (J) 平 均 差 (I-J) P 值 患 側 膝 角 度 站 立 中 期 註 : * 表 示 P 值 <0.05 無 支 架 背 曲 支 架 * 回 饋 性 背 曲 支 架 * 背 曲 支 架 無 支 架 * 回 饋 性 背 曲 支 架 回 饋 性 背 曲 支 架 無 支 架 * 背 曲 支 架

58 * NB KLB KLFB Knee flexion(deg) * HS Sub gait cycle MS 圖 十 三 受 試 者 在 三 種 不 同 測 試 情 況, 患 側 在 足 跟 著 地 及 站 立 中 期 膝 關 節 角 度 之 平 均 數 與 標 準 差 NB: no brace; KLB: knee lock brace; KLFB: knee lock brace with feedback; HS: heel strike;ms: mid-stance. * : P<

59 圖 十 四 受 試 者 在 三 種 不 同 測 試 情 況, 患 側 及 健 側 膝 關 節 角 度 在 步 態 週 期 中 之 變 化 AKa: affected knee angle; SKa: sound knee angle; NB: no brace; KLB: knee lock brace; KLFB: knee lock brace with feedback. 50

60 第 三 節 三 種 不 同 測 試 情 況 對 時 間 參 數 的 影 響 一 站 立 期 與 擺 盪 期 時 間 一 般 中 風 病 患 在 行 走 時 患 側 站 立 期 時 間 會 縮 短, 擺 盪 期 的 時 間 會 增 加, 本 研 究 受 試 者 在 接 受 無 穿 戴 支 架 穿 戴 膝 背 曲 支 架 及 回 饋 性 膝 背 曲 支 架 三 種 不 同 測 試, 患 側 及 健 側 站 立 期 及 擺 盪 期 時 間 的 敘 述 分 析 結 果, 發 現 受 試 者 患 側 站 立 期 時 間 從 0.91±0.14 秒 增 加 至 0.95±0.10 秒 及 1.09±0.17 秒, 雙 腳 支 撐 期 時 間 從 0.26±0.09 秒 增 加 至 0.28±0.09 秒 及 0.34±0.13 秒, 擺 盪 期 時 間 則 從 0.60±0.11 秒 減 少 至 0.54±0.1 秒 ; 健 側 站 立 期 時 間 從 1.13±0.20 秒 減 少 至 1.08±0.21 秒 及 增 加 至 1.18±0.29 秒, 雙 腳 支 撐 期 時 間 從 0.27±0.09 秒 減 少 至 0.24±0.07 秒 及 增 加 至 0.29±0.10 秒, 擺 盪 期 時 間 則 無 明 顯 變 化 ( 表 6) 以 上 結 果 顯 示, 受 試 者 患 側 膝 關 節 在 穿 戴 膝 背 曲 支 架 及 回 饋 性 膝 背 曲 支 架 後, 站 立 期 時 間 及 雙 腳 支 撐 期 時 間 增 加, 而 擺 盪 期 時 間 則 有 減 少 的 現 象 經 由 單 因 子 變 異 數 分 析, 分 別 比 較 受 試 者 在 無 穿 戴 支 架 穿 戴 膝 背 曲 支 架 及 回 饋 性 膝 背 曲 支 架, 對 患 側 與 健 側 站 立 期 雙 腳 支 撐 期 及 擺 盪 期 時 間 之 差 異, 結 果 顯 示 僅 患 側 站 立 期 時 間 在 三 種 不 同 測 試 之 間 有 顯 著 差 異 (P<0.05), 其 他 則 無 顯 著 差 異 ( 表 7,8) 進 一 步 以 Bonferroni 事 後 多 重 比 較 分 析, 顯 示 在 穿 戴 回 饋 性 膝 背 曲 支 架 測 試 前 後, 受 試 者 患 側 站 立 期 時 間 有 顯 著 差 異 (P<0.05)( 表 8), 即 受 試 者 患 側 膝 關 節 在 穿 戴 回 饋 性 膝 背 曲 支 架 後, 患 側 站 立 期 時 間 會 顯 著 增 加, 穿 戴 膝 背 曲 支 架 前 後 以 及 穿 戴 膝 背 曲 支 架 與 回 饋 性 膝 背 曲 架 之 間 雖 無 顯 著 差 異, 但 有 增 加 趨 勢 ( 圖 十 五 ) 51