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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

61 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 肢 體 側 依 變 數 無 支 架 M±SD 背 曲 支 架 M±SD 回 饋 性 背 曲 支 架 M±SD 患 側 站 立 期 0.91± ± ±0.17* 雙 腳 支 撐 期 0.26± ± ±0.13 擺 盪 期 0.60± ± ±0.11 健 側 站 立 期 1.13± ± ±0.29 雙 腳 支 撐 期 0.27± ± ±0.10 擺 盪 期 0.40± ± ±0.13 註 : M 表 示 平 均 值 ; SD 表 示 標 準 差 ; 單 位 : 秒 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 肢 體 側 依 變 數 變 異 來 源 離 均 差 平 方 和 自 由 度 均 方 F 值 P 值 患 側 站 立 期 時 間 組 間 * 組 內 全 體 擺 盪 期 時 間 組 間 組 內 健 側 站 立 期 時 間 擺 盪 期 時 間 全 體 組 間 組 內 全 體 組 間 組 內 全 體 註 : * 表 示 P 值 <

62 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 肢 體 側 依 變 數 變 異 離 均 差 自 由 度 均 方 F 值 P 值 來 源 平 方 和 患 側 雙 腳 支 撐 期 組 間 組 內 全 體 健 側 雙 腳 支 撐 期 組 間 組 內 全 體 表 9. 受 試 者 在 三 種 不 同 測 試 情 況, 患 側 站 立 期 時 間 之 Bonferroni 事 後 多 重 比 較 分 析 肢 體 側 依 變 數 測 試 情 況 測 試 情 況 平 均 差 P 值 (I) (J) (I-J) 患 側 站 立 期 無 支 架 背 曲 支 架 時 間 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 註 : * 表 示 P 值 <

63 * NB KLB KLFB Duration(sec) Stance Gait cycle Swing 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 NB: no brace; KLB: knee lock brace; KLFB: knee lock brace with feedback. * : P<

64 二 患 側 站 立 期 及 健 側 擺 盪 期 佔 步 態 週 期 百 分 比 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 後, 站 立 期 及 擺 盪 期 佔 步 態 週 期 百 分 比 之 敘 述 統 計 分 析 結 果, 發 現 受 試 者 患 測 站 立 期 百 分 比 從 60.11±5.99 分 別 增 加 至 63.93±3.36 及 66.79±3.98, 健 側 擺 盪 期 百 分 比 則 從 26.18±6.74 分 別 增 加 至 27.56±7.27 及 減 少 至 25.93±8.40( 表 10) 由 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, 患 側 站 立 期 百 分 比 均 增 加, 健 側 擺 盪 期 百 分 比 在 穿 戴 膝 背 曲 支 架 後 也 增 加, 但 在 穿 戴 回 饋 性 膝 背 曲 支 架 後 則 減 少 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 站 立 期 百 分 比 及 健 側 擺 盪 期 百 分 比 之 差 異, 結 果 顯 示 患 側 站 立 期 百 分 比 在 三 種 不 同 測 試 之 間 有 顯 著 差 異 (P<0.05), 健 側 擺 盪 期 則 無 顯 著 差 異 ( 表 11) 進 一 步 以 Bonferroni 事 後 多 重 比 較 分 析, 顯 示 受 試 者 患 側 站 立 期 百 分 比 在 穿 戴 回 饋 性 膝 背 曲 支 架 測 試 前 後 有 顯 著 差 異 (P<0.05)( 表 12), 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 百 分 比 顯 著 增 加, 穿 戴 膝 背 曲 支 架 後 及 穿 戴 膝 背 曲 支 架 與 回 饋 性 膝 背 曲 支 架 之 間 雖 無 顯 著 差 異, 但 患 側 站 立 期 百 分 比 有 增 加 趨 勢, 但 健 側 擺 盪 期 百 分 比 在 穿 戴 回 饋 性 膝 背 曲 支 架 後 則 有 減 少 趨 勢 ( 圖 十 六 ) 55

65 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 肢 體 側 依 變 數 無 支 架 M±SD 背 曲 支 架 M±SD 回 饋 性 背 曲 支 架 M±SD 患 側 站 立 期 60.11± ± ±3.98* 擺 盪 期 39.89± ± ±3.98* 健 側 站 立 期 73.82± ± ±2.33 擺 盪 期 26.18± ± ±8.40 註 : M 表 示 平 均 值 ; SD 表 示 標 準 差 ; 單 位 : 步 態 週 期 百 分 比 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 之 單 因 子 變 異 數 分 析 摘 要 肢 體 側 依 變 數 變 異 來 源 離 均 差 平 方 和 自 由 度 均 方 F 值 P 值 患 側 站 立 期 組 間 * 組 內 全 體 健 側 擺 盪 期 組 間 組 內 全 體 註 : * 表 示 P 值 <0.05; 單 位 :% of gait cycle 56

66 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 之 Bonferroni 事 後 多 重 比 較 分 析 肢 體 側 依 變 數 測 試 情 況 (I) 測 試 情 況 (J) 平 均 差 (I-J) P 值 患 側 站 立 期 百 分 比 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

67 * NT KL KLFB % of gait cycle Affected stance gait cycle Sound swing 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 NB: no brace; KLB: knee lock brace; KLFB: knee lock brace with feedback. * : P<

68 三 不 對 稱 指 數 不 對 稱 指 數 是 指 患 側 步 態 參 數 與 健 側 步 態 參 數 的 比 值, 在 這 裡 是 指 站 立 期 與 擺 盪 期 的 不 對 稱 指 數 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 三 種 不 同 測 試 下, 不 對 稱 指 數 之 敘 述 統 計 分 析 結 果, 發 現 站 立 期 的 不 對 稱 指 數 從 0.81±0.14 分 別 增 加 至 0.90±0.12 及 0.94±0.11, 擺 盪 期 的 不 對 稱 指 數 則 從 1.60±0.46 分 別 減 少 至 1.44±0.50 及 1.53±0.75( 表 13) 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 的 不 對 稱 指 數 增 加, 而 擺 盪 期 的 不 對 稱 指 數 則 減 少 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 站 立 期 及 擺 盪 期 不 對 稱 指 數 之 差 異, 結 果 顯 示 站 立 期 的 不 對 稱 指 數 在 三 種 不 同 測 試 之 間 有 顯 著 差 異 (P<0.05), 而 擺 盪 期 的 不 對 稱 指 數 則 無 顯 著 差 異 ( 表 14) 進 一 步 以 Bonferroni 事 後 多 重 比 較 分 析, 顯 示 受 試 者 站 立 期 的 不 對 稱 指 數 在 穿 戴 回 饋 性 膝 背 曲 支 架 測 試 前 後 有 顯 著 差 異 (P<0.05)( 表 15), 即 受 試 者 患 側 膝 關 節 在 穿 戴 回 饋 性 背 曲 支 架 後, 站 立 期 的 不 對 稱 指 數 會 顯 著 增 加 趨 近 於 1, 使 患 側 與 健 側 的 站 立 期 時 間 趨 近 於 對 稱, 穿 戴 膝 背 曲 支 架 後 及 穿 戴 膝 背 曲 支 架 與 回 饋 性 膝 背 曲 支 架 之 間 雖 無 顯 著 差 異, 但 站 立 期 的 不 對 稱 指 數 均 有 增 加, 而 擺 盪 期 的 不 對 稱 指 數 則 均 有 降 低 趨 勢 ( 圖 十 七 ) 59

69 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 不 對 稱 指 數 無 支 架 M±SD 背 曲 支 架 M±SD 回 饋 性 背 曲 支 架 M±SD 站 立 期 0.81± ± ±0.11* 擺 盪 期 1.60± ± ±0.75 註 : M 表 示 平 均 值 ; SD 表 示 標 準 差 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 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 不 對 稱 指 數 站 立 期 擺 盪 期 註 : * 表 示 P 值 <0.05 組 間 * 組 內 全 體 組 間 組 內 全 體

70 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 依 變 數 步 態 分 期 測 試 情 況 測 試 情 況 平 均 差 P 值 (I) (J) (I-J) 不 對 稱 指 數 站 立 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

71 NB KLB KLFB Index R * Stance Sub cycle Swing 圖 十 七 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 NB: no brace; KLB: knee lock brace; KLFB: knee lock brace with feedback; R: ratio. * : P<

72 四 步 頻 本 研 究 受 試 者 在 無 穿 戴 支 架 穿 戴 背 曲 支 架 及 回 饋 性 背 曲 支 架 三 種 不 同 測 試 下, 步 頻 的 敘 述 統 計 分 析 結 果, 發 現 受 試 者 患 側 膝 關 節 在 穿 戴 膝 背 曲 支 架 後, 步 頻 從 每 分 鐘 80.48±8.75 步 增 加 至 每 分 鐘 81.39±8.97 步, 而 穿 戴 回 饋 性 膝 背 曲 支 架 後, 步 頻 則 減 少 至 每 分 鐘 75.24±2.96 步 ( 表 16) 以 上 結 果 顯 示, 受 試 者 患 側 膝 關 節 在 穿 戴 膝 背 曲 支 架 後, 步 頻 有 增 加 現 象, 而 穿 戴 回 饋 性 膝 背 曲 支 架 後, 步 頻 則 有 減 少 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 步 頻 之 差 異, 結 果 顯 示 步 頻 在 三 種 不 同 測 試 之 間 無 顯 著 差 異 ( 表 17) 表 16. 受 試 者 在 三 種 不 同 測 試 情 況, 步 頻 之 敘 述 統 計 分 析 依 變 數 無 支 架 M±SD 背 曲 支 架 M±SD 回 饋 性 背 曲 支 架 M±SD 步 頻 80.48± ± ±2.96 註 : M 表 示 平 均 值 ; SD 表 示 標 準 差 ; 單 位 : 步 / 分 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 依 變 數 變 異 離 均 差 自 由 度 均 方 F 值 P 值 來 源 平 方 和 步 頻 組 間 組 內 全 體

73 第 五 章 討 論 第 一 節 軟 硬 體 架 構 本 研 究 所 發 展 的 回 饋 性 膝 背 曲 支 架, 是 在 膝 背 曲 支 架 的 架 構 上 另 增 加 以 聲 音 為 主 的 回 饋 裝 置, 使 受 試 者 的 過 度 膝 伸 直 角 度 除 了 被 動 的 機 構 限 制 外, 還 可 主 動 參 與 膝 關 節 的 動 作 控 制 與 表 現 由 研 究 結 果 表 三 得 知 膝 背 曲 支 架 的 限 制 機 構 在 站 立 中 期 對 大 部 分 受 試 者 膝 關 節 過 度 伸 直 角 度 有 限 制 作 用, 僅 少 數 個 案 的 膝 關 節 角 度 超 越 零 度 限 制 點 ( 最 小 負 1.1 度 ), 顯 示 此 限 制 機 構 之 設 計 強 度 在 立 即 效 應 (immediate effect) 測 試 中 對 抵 抗 膝 關 節 的 過 度 伸 直 力 矩 仍 稍 嫌 不 足, 因 此 在 支 架 限 制 機 構 的 設 計 及 材 料 選 擇 上 仍 有 待 改 善 雖 然 本 研 究 所 發 展 的 膝 背 曲 支 架 重 量 僅 690 克, 因 在 研 究 中 只 強 調 限 制 膝 關 節 矢 狀 面 的 伸 直 角 度, 並 不 考 慮 內 外 側 的 穩 定 性, 所 以 支 架 的 兩 側 鋁 材 支 撐 桿 厚 度 應 可 從 3 毫 米 減 為 1~2 毫 米, 支 架 重 量 將 再 減 輕, 並 可 增 加 支 架 與 下 肢 的 順 應 性 過 去 有 關 中 風 病 患 膝 背 曲 的 回 饋 研 究, 其 回 饋 裝 置 是 以 電 子 量 角 器 或 微 開 關 (micro switch) 為 感 應 器 (sensor) 8, 10, 12, 19, 並 無 限 制 膝 關 節 過 度 伸 直 的 機 構, 且 回 饋 裝 置 的 閾 值 設 定 都 是 以 膝 關 節 原 始 解 剖 位 置, 即 膝 關 節 伸 直 零 度 為 標 的 角 度, 對 於 膝 關 節 嘗 試 控 制 表 現 的 反 應 時 間 可 能 不 足 過 去 研 究 的 膝 過 度 伸 直 的 感 應 裝 置 大 部 分 是 以 開 關 接 觸 的 電 位 變 化 啟 動 警 示 聲 音, 且 結 果 測 量 (outcome measure) 大 部 分 是 以 步 行 測 試 中 的 錯 誤 次 數 或 錯 誤 次 數 百 分 比 為 評 估 參 數, 僅 Morris 等 人 64

74 (1992) 所 做 的 研 究 是 以 電 子 量 角 器 量 測 中 風 患 者 步 行 中 患 側 膝 關 節 伸 直 角 度 峰 值 (peak knee extension) 為 評 估 參 數 10, 本 研 究 則 以 精 密 電 位 計 做 為 電 子 量 角 器 的 感 應 器, 其 線 性 值 為 0.5%, 在 校 正 後 可 精 確 反 應 膝 關 節 的 真 實 活 動 角 度 本 研 究 合 併 運 用 膝 背 曲 支 架 與 聲 音 回 饋 裝 置, 使 受 試 者 在 嘗 試 膝 關 節 主 動 動 作 控 制 失 敗 時, 仍 有 限 制 機 構 可 以 提 供 保 護, 避 免 患 側 膝 關 節 過 度 伸 直, 且 回 饋 裝 置 啟 動 的 閾 值 設 定 為 膝 關 節 彎 曲 10 度, 一 旦 膝 關 節 彎 曲 小 於 10 度 則 蜂 鳴 器 響 起, 使 受 試 者 在 達 到 被 動 限 制 之 前, 有 時 間 嘗 試 膝 關 節 的 主 動 控 制, 此 外 本 研 究 所 發 展 的 回 饋 裝 置 配 合 薄 膜 式 足 底 開 關, 可 即 時 精 確 的 呈 現 步 行 測 試 中 特 定 時 間 點 的 膝 關 節 角 度, 如 : 足 跟 著 地 期 及 站 立 中 期 的 膝 關 節 角 度, 較 過 去 相 關 研 究 可 更 深 入 量 化 回 饋 裝 置 對 中 風 患 者 膝 關 節 過 度 伸 直 步 態 在 運 動 學 及 時 間 參 數 的 影 響 65

75 第 二 節 三 種 不 同 測 試 情 況 對 膝 關 節 角 度 之 影 響 由 研 究 結 果 顯 示, 受 試 者 患 側 下 肢 在 足 跟 著 地 期 的 膝 關 節 角 度 在 三 種 不 同 測 試 之 間 無 顯 著 差 異, 患 側 下 肢 在 穿 戴 膝 背 曲 支 架 後 及 穿 戴 回 饋 性 膝 背 曲 支 架 後, 在 站 立 中 期 的 患 側 膝 關 節 角 度 有 顯 著 差 異 ; 在 足 跟 著 地 期 及 站 立 中 期 的 健 側 膝 關 節 角 度 在 三 種 不 同 測 試 之 間 則 無 顯 著 差 異 本 研 究 受 試 者 在 無 穿 戴 支 架 測 試 時, 患 側 下 肢 在 足 跟 著 地 期 的 膝 關 節 角 度 大 部 分 是 彎 曲 的, 不 會 使 用 到 支 架 的 限 制 機 構, 這 可 解 釋 患 側 膝 關 節 角 度 在 三 種 不 同 測 試 之 間 無 顯 著 差 異 的 原 因 在 足 跟 着 地 期 的 膝 關 節 角 度 雖 無 顯 著 差 異, 但 仍 有 增 加 趨 勢, 尤 其 是 在 穿 戴 回 饋 性 膝 背 曲 支 架 後, 患 側 下 肢 在 足 跟 著 地 期 的 膝 關 節 角 度 較 未 穿 戴 支 架 及 穿 戴 膝 背 曲 支 架 明 顯 增 加 ( 圖 十 三 ), 但 未 達 統 計 顯 著 差 異, 顯 示 受 試 者 在 穿 戴 回 饋 性 膝 背 曲 支 架 後, 在 步 行 的 足 跟 著 地 期, 一 旦 膝 關 節 彎 曲 角 度 小 於 閾 值 設 定, 蜂 鳴 器 的 持 續 作 響 可 提 供 受 試 者 錯 誤 參 考 訊 號 的 回 饋, 使 受 試 者 嘗 試 控 制 過 度 膝 伸 直 角 度 在 站 立 中 期, 患 側 的 膝 關 節 角 度 在 穿 戴 膝 背 曲 支 架 後 及 穿 戴 回 饋 性 膝 背 曲 支 架 後 有 顯 著 差 異, 顯 示 膝 背 曲 支 架 的 限 制 機 構 是 可 有 效 限 制 膝 關 節 的 過 度 伸 直 角 度, 但 仍 有 少 數 受 試 者 的 膝 關 節 角 度 會 超 越 零 度 限 制 點, 表 示 支 架 的 限 制 機 構 強 度 稍 嫌 不 足, 因 此 在 限 制 機 構 的 設 計 及 材 料 選 擇 上 仍 需 加 強 雖 然 患 側 膝 關 節 角 度 在 穿 戴 膝 背 曲 支 架 與 回 饋 性 膝 背 曲 支 架 之 間 無 顯 著 差 異, 但 穿 戴 回 饋 性 膝 背 曲 支 架 的 膝 關 節 彎 曲 角 度 平 均 值 仍 較 穿 戴 膝 背 曲 支 架 多, 且 約 有 一 半 的 受 試 者 在 站 66

76 立 中 期 並 無 使 用 到 支 架 的 限 制 機 構, 顯 示 在 站 立 中 期 回 饋 性 膝 背 曲 支 架 的 聲 音 訊 息 可 能 會 促 進 受 試 者 患 側 膝 關 節 的 主 動 控 制 表 現, 但 因 在 站 立 中 期 身 體 重 心 相 對 於 地 面 的 反 力 線 落 於 膝 關 節 ( 前 方 ), 會 產 生 一 伸 直 力 矩 使 膝 關 節 伸 直 ( 約 0~10 度 ), 此 外 受 試 者 間 個 別 差 異 及 練 習 訓 練 時 間 不 足 都 可 能 造 成 穿 戴 膝 背 曲 支 架 與 回 饋 性 膝 背 曲 支 架 之 間 在 統 計 上 無 顯 著 差 異 的 結 果 在 足 跟 著 地 期 及 站 立 中 期, 健 側 膝 關 節 角 度 在 三 種 不 同 測 試 之 間 無 顯 著 差 異, 但 有 減 少 趨 勢, 顯 示 受 試 者 患 側 下 肢 在 穿 戴 膝 背 曲 支 架 及 回 饋 性 膝 背 曲 支 架 後, 健 側 膝 關 節 在 站 立 期 的 角 度 會 減 少, 此 結 果 和 先 前 研 究 者 所 做 的 研 究 相 似 65 這 可 能 是 因 為 患 側 膝 關 節 在 穿 戴 支 架 後, 健 側 必 須 改 變 原 先 為 代 償 患 側 膝 過 度 伸 直 步 態 來 順 應 (adapted) 患 側 穿 戴 支 架 後 的 步 態 改 變 造 成 中 風 病 患 步 行 中 膝 關 節 過 度 伸 直 的 原 因 有 八 點, 本 研 究 中 受 試 者 在 動 作 恢 復 分 期 肌 張 力 值 膝 伸 直 肌 (knee extensor) 肌 力 及 踝 關 節 角 度 的 差 異 都 不 會 太 大, 因 此 大 多 數 受 試 者 的 膝 背 曲 現 象 可 能 是 因 為 動 作 控 制 及 本 體 感 覺 變 差 所 造 成, 也 就 是 研 究 結 果 受 到 樣 本 基 本 資 料 變 異 性 的 影 響 不 大 過 去 有 關 回 饋 的 研 究 也 指 出, 病 患 的 年 齡 性 別 偏 癱 側 先 前 復 健 的 期 間 及 回 饋 的 訓 練 次 數 和 治 療 結 果 並 無 顯 著 關 聯 性 8, 但 後 期 的 研 究 則 指 出 感 覺 動 作 的 恢 復 (sensorimotor recovery) 及 中 風 後 的 期 間 (time since onset of stroke) 是 決 定 回 饋 結 果 的 重 要 因 素 57 受 試 者 患 側 膝 關 節 角 度 在 步 行 的 足 跟 著 地 期 及 站 立 中 期 的 改 善, 除 了 支 架 本 身 所 提 供 的 感 覺 輸 入, 回 饋 裝 置 的 聲 音 更 強 化 了 受 試 者 的 興 趣 和 動 機, 使 他 們 對 67

77 表 現 設 定 更 高 的 目 標, 促 進 了 動 作 的 控 制 因 本 研 究 為 受 試 者 穿 戴 不 同 支 架 步 行 的 立 即 效 應 測 試, 並 無 法 以 學 習 或 下 肢 肌 力 增 加 來 解 釋 患 側 膝 關 節 主 動 角 度 的 改 善, 因 此 本 研 究 認 為 受 試 者 在 步 行 站 立 期 患 側 膝 關 節 主 動 彎 曲 角 度 的 改 善 是 因 為 患 測 膝 關 節 的 控 制 改 善 (improved control of knee joint), 增 加 了 動 作 單 元 的 徵 召 (motor-unit recruitment) 61 過 去 研 究 對 於 回 饋 訓 練 的 長 期 效 應 仍 有 爭 議, 有 研 究 顯 示 回 饋 訓 練 的 結 果 可 以 持 續 一 年 8, 10, 12, 也 有 研 究 顯 示 一 旦 回 饋 訓 練 停 止 後 便 難 以 維 持 已 改 善 的 動 作 控 制 61, 因 此 本 研 究 無 法 得 知 患 側 膝 關 節 過 度 伸 直 角 度 的 改 善 是 否 可 以 在 回 饋 停 止 後 持 續 維 持 過 去 的 研 究 也 曾 經 以 電 子 量 角 器 的 回 饋, 分 別 在 靜 態 (static) 及 動 態 (dynamic) 情 境 下 訓 練 中 風 患 者 踝 關 節 的 動 作 控 制, 結 果 和 肌 電 回 饋 一 樣, 在 靜 態 下 單 一 關 節 的 動 作 控 制 改 變 並 無 法 實 際 轉 移 到 較 複 雜 的 動 態 步 行 任 務 中 57, 61, 這 與 本 研 究 的 主 張 一 致, 強 調 動 作 的 任 務 導 向 及 功 能 導 向, 認 為 要 訓 練 在 步 行 站 立 期 中 有 膝 過 度 伸 直 現 象 的 中 風 患 者 膝 關 節 的 主 動 控 制 須 在 實 際 的 步 行 中 訓 練, 在 坐 姿 或 站 立 下 進 行 的 膝 關 節 角 度 回 饋 訓 練 並 無 法 將 所 學 習 的 動 作 控 制 實 際 轉 移 到 日 常 的 功 能 性 步 行 中 這 種 情 形 在 正 常 個 案 也 可 注 意 到 可 能 是 因 為 在 不 同 情 境 環 境 建 立 的 基 模 或 動 作 程 式 無 法 有 效 整 合 運 用 所 以 本 研 究 推 論 回 饋 性 膝 背 曲 支 架, 除 了 可 保 護 中 風 病 患 膝 關 節 在 步 行 中 免 於 過 度 伸 直 傷 害, 也 可 促 進 患 側 膝 關 節 在 步 行 中 的 控 制 表 現, 改 善 步 行 功 能 與 品 質 68

78 第 三 節 三 種 不 同 測 試 情 況 對 時 間 參 數 的 影 響 本 研 究 結 果 顯 示 患 側 膝 關 節 在 穿 戴 回 饋 性 膝 背 曲 支 架 後, 患 側 下 肢 在 站 立 期 時 間 站 立 期 時 間 百 分 比 及 站 立 期 對 稱 性 都 有 顯 著 差 異, 患 側 擺 盪 期 時 間 雖 無 顯 著 差 異, 但 有 減 少 現 象 ; 穿 戴 膝 背 曲 支 架 後 及 穿 戴 膝 背 曲 支 架 與 回 饋 性 膝 背 曲 架 之 間 在 步 態 的 時 間 參 數 上 並 無 顯 著 差 異, 步 頻 在 三 種 不 同 測 試 之 間 則 無 顯 著 差 異 在 站 立 中 期, 受 試 者 患 側 在 穿 戴 回 饋 性 膝 背 曲 支 架 後, 患 側 膝 關 節 過 度 伸 直 角 度 有 顯 著 差 異, 在 穿 戴 膝 背 曲 支 架 及 回 饋 性 膝 背 曲 支 架 之 間 雖 無 顯 著 差 異, 但 穿 戴 回 饋 性 膝 背 曲 支 架 的 膝 關 節 彎 曲 角 度 仍 較 穿 戴 膝 背 曲 支 架 多, 顯 示 回 饋 裝 置 的 聲 音 訊 息 可 能 促 進 受 試 者 患 側 膝 關 節 的 主 動 控 制 表 現, 受 試 者 為 了 嘗 試 在 站 立 期 彎 曲 患 側 膝 關 節, 所 以 患 側 足 底 接 觸 地 面 的 時 間 必 須 增 加, 即 患 側 站 立 期 時 間 增 加, 患 側 的 站 立 期 時 間 百 分 比 及 站 立 期 對 稱 性 也 會 增 加, 相 對 地 患 側 擺 盪 期 時 間 及 擺 盪 期 時 間 百 分 比 則 減 少, 但 健 側 擺 盪 期 時 間 卻 減 少, 可 能 是 因 為 練 習 時 間 不 足, 受 試 者 未 充 分 熟 悉 此 膝 背 曲 支 架 與 回 饋 裝 置, 導 致 穿 戴 後 動 態 平 衡 改 變, 所 以 雙 腳 支 撐 期 時 間 增 加, 以 增 加 步 行 中 的 平 衡 穩 定 ( 表 6) 受 試 者 患 側 在 穿 戴 膝 背 曲 支 架 後, 患 側 的 步 態 時 間 參 數, 如 : 站 立 期 時 間 站 立 期 時 間 百 分 比 及 站 立 期 的 不 對 稱 指 數 都 有 增 加, 擺 盪 期 時 間 則 減 少, 但 無 顯 著 差 異 ; 健 側 的 步 態 時 間 參 數 在 患 側 穿 戴 膝 背 曲 支 架 後, 也 呈 現 無 顯 著 差 異, 顯 示 受 試 者 建 側 在 步 行 中 的 時 間 參 數 並 不 會 因 為 患 側 穿 戴 膝 背 曲 支 架 後 有 顯 著 改 69

79 變 65, 這 可 能 是 因 為 受 試 者 患 側 膝 關 節 在 穿 戴 膝 背 曲 支 架 後 並 沒 有 改 變 原 來 的 步 行 策 略, 僅 是 被 動 接 受 膝 關 節 伸 直 限 制, 也 可 能 是 因 為 此 研 究 為 穿 戴 不 同 支 架 的 立 即 效 應 測 試, 練 習 及 訓 練 時 間 不 足 使 得 受 試 者 的 動 態 平 衡 策 略 有 所 變 動, 無 法 穩 定 的 反 應 步 行 中 時 間 參 數 的 改 變 步 頻 在 三 種 不 同 測 試 之 間 無 顯 著 差 異 受 試 者 患 側 在 穿 戴 膝 背 曲 支 架 後, 步 頻 無 顯 著 變 化, 其 可 能 原 因 如 同 上 述 ; 在 穿 戴 回 饋 性 膝 背 曲 支 架 後, 步 頻 明 顯 變 小, 但 未 達 統 計 顯 著 差 異, 可 能 是 回 饋 的 警 示 聲 音 誘 發 中 樞 對 患 測 膝 關 節 的 控 制 表 現, 因 為 訓 練 時 間 不 足, 患 側 膝 關 節 未 形 成 穩 定 的 控 制 表 現, 導 致 患 側 站 立 期 的 時 間 增 加, 單 位 時 間 距 離 內 所 走 的 步 數 減 少, 即 步 頻 減 少, 此 外 本 研 究 為 穿 戴 不 同 支 架 的 立 即 效 應 測 試, 樣 本 間 的 變 異 性 也 可 能 是 步 頻 在 統 計 上 無 顯 著 差 異 的 原 因 70

80 第 六 章 結 論 第 一 節 結 論 本 研 究 以 13 位 在 步 行 站 立 期 有 過 度 膝 伸 直 現 象 的 中 風 病 患 為 研 究 對 象, 探 討 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 情 況, 膝 關 節 角 度 及 時 間 參 數 之 差 異 性 根 據 本 研 究 之 問 題 與 假 說, 歸 納 出 下 主 要 結 論 : 1. 中 風 患 者 穿 戴 本 研 究 所 發 展 之 回 饋 性 膝 背 曲 支 架 後, 可 有 效 改 善 中 風 病 患 在 步 行 站 立 期 中 膝 過 度 伸 直 現 象 2. 中 風 患 者 穿 戴 本 研 究 所 發 展 之 回 饋 性 膝 背 曲 支 架 後, 患 側 的 站 立 期 時 間 站 立 期 時 間 百 分 比 擺 盪 期 時 間 百 分 比 及 對 稱 性 都 有 顯 著 改 善, 但 步 頻 無 顯 著 改 善 3. 中 風 患 者 穿 戴 本 研 究 所 發 展 之 回 饋 性 膝 背 曲 支 架, 在 步 行 中 膝 關 節 角 度 及 時 間 參 數 並 無 優 於 穿 戴 膝 背 曲 支 架 因 此 本 研 究 之 結 果 推 論 回 饋 性 膝 背 曲 支 架 可 以 促 進 膝 關 節 的 主 動 控 制, 改 善 中 風 病 患 站 立 期 的 膝 過 度 伸 直 角 度 及 步 行 品 質 71

81 第 二 節 研 究 限 制 與 未 來 方 向 本 研 究 的 主 要 目 的 在 針 對 有 膝 背 曲 的 中 風 病 患 提 供 以 聲 音 為 主 的 回 饋 訊 號, 因 此 所 發 展 之 回 饋 裝 置 的 評 估 參 數 資 料, 僅 能 即 時 顯 示 在 液 晶 顯 示 幕 上 或 透 過 生 理 訊 號 同 步 轉 換 儀 擷 取 後, 再 由 Acqknowledge3.7.3 軟 體 分 析, 並 無 RS232 可 直 接 將 資 料 同 步 傳 遞 至 電 腦 端 做 進 一 步 的 儲 存 與 處 理, 未 來 可 進 一 步 開 發 以 RS232 為 主 的 傳 輸 協 定, 方 便 資 料 的 傳 輸 與 處 理 此 外 回 饋 的 閾 值 角 度 無 法 直 接 於 回 饋 裝 置 上 調 整, 需 將 裝 置 內 的 晶 片 取 出 修 改 程 式 碼 再 燒 錄, 也 是 未 來 可 以 改 進 的 目 標 再 者 回 饋 訊 號 的 警 示 音 量 固 定 且 由 蜂 鳴 器 直 接 輸 出 無 耳 機 裝 置, 未 來 可 朝 膝 關 節 活 動 角 度 在 接 近 閾 值 時, 警 示 輸 出 音 量 可 呈 等 比 (propotional) 漸 增 方 式 努 力, 並 增 設 耳 機 裝 置, 讓 使 用 者 可 專 注 的 嘗 試 動 作 控 制 避 免 外 界 環 境 之 相 互 干 擾 雖 然 本 研 究 所 發 展 的 回 饋 性 膝 背 曲 支 架 重 量 僅 690 克, 但 過 去 研 究 並 未 對 中 風 病 患 穿 戴 膝 背 曲 支 架 的 步 行 效 能 (gait efficiency) 有 所 著 筆, 後 續 研 究 可 以 受 試 者 的 自 覺 用 力 係 數 (rate of perceived exertion) 及 耗 能 指 數 (energy expenditure index) 來 評 估 受 試 者 穿 戴 回 饋 性 膝 背 曲 支 架 後 的 步 行 效 能 由 於 本 研 究 只 針 對 有 膝 背 曲 現 象 的 中 風 病 患 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 情 況 的 步 行 測 試, 在 膝 關 節 角 度 及 時 間 參 數 上 之 立 即 效 應, 並 未 考 慮 到 影 響 表 現 的 暫 時 性 因 素, 因 此 未 來 研 究 可 讓 受 試 者 穿 戴 回 饋 性 膝 背 曲 支 架 訓 練 2 至 3 週 後, 在 表 現 曲 線 穩 定 (performance curve) 後 再 進 行 留 72

82 存 測 驗 (retention test), 即 學 習 後 無 穿 戴 支 架 與 學 習 前 無 穿 戴 支 架 相 比 較, 以 了 解 經 過 學 習 後, 膝 關 節 控 制 能 力 較 長 久 的 改 變 情 形, 也 就 是 真 正 的 學 習 效 應, 而 非 暫 時 的 表 現 效 應 後 續 研 究 也 可 針 對 有 膝 背 曲 現 象 的 中 風 病 患, 進 行 回 饋 性 膝 背 曲 支 架 合 併 物 理 治 療 與 只 接 受 傳 統 物 理 治 療 之 比 較, 在 患 側 膝 關 節 角 度 及 時 間 參 數 之 長 期 效 應 研 究, 進 一 步 瞭 解 以 警 示 聲 音 作 為 關 節 角 度 回 饋 訓 練 對 動 作 控 制 與 動 作 學 習 的 效 應, 及 回 饋 性 膝 背 曲 支 架 在 改 善 患 側 膝 關 節 過 度 伸 直 現 象 是 否 較 傳 統 物 理 治 療 有 效 ; 此 外 本 研 究 受 限 於 受 試 樣 本 數 目 太 少 及 未 對 受 試 族 群 加 以 分 類, 未 來 應 收 集 更 多 個 案, 甚 至 採 配 對 分 組 試 驗 (matching pair design), 以 提 供 回 饋 性 膝 背 曲 支 架 對 中 風 病 患 膝 關 節 過 度 伸 直 效 益 更 有 力 的 臨 床 實 證 73

83 參 考 文 獻 1. 行 政 院 衛 生 署. 民 國 九 十 三 年 國 人 主 要 死 因 統 計 資 料 De Q, I, Simon SR, Leurgans S, Pease WS, McAllister D. Gait pattern in the early recovery period after stroke. Journal of Bone & Joint Surgery - American Volume 1996 October;78(10): Hesse S. Rehabilitation of gait after stroke: evaluation, principles of therapy, novel treatment approaches, and assistive devices. Topics in geriatric rehabilitation 2003;19(2): Hesse S. Locomotor therapy in neurorehabilitation. Neurorehabilitation 2001;16(3): Thaut MH, McIntosh GC, Rice RR. Rhythmic facilitation of gait training in hemiparetic stroke rehabilitation. Journal of the Neurological Sciences 1997 October 22;151(2): Mauritz KH. Gait training in hemiplegia. [Review] [32 refs]. European Journal of Neurology 9 Suppl 1:23-9; dicussion 53-61, 2002 May. 7. Colborne GR, Olney SJ, Griffin MP. Feedback of ankle joint angle and soleus electromyography in the rehabilitation of hemiplegic gait. Archives of Physical Medicine & Rehabilitation 1993 October;74(10): Hogue RE, McCandless S. Genu recurvatum: auditory biofeedback treatment for adult patients with stroke or head injuries. Archives of Physical Medicine & Rehabilitation 1983 August;64(8): Isakov E, Mizrahi J, Onna I, Susak Z. The control of genu recurvatum by combining the Swedish knee-cage and an ankle-foot brace. Disability & Rehabilitation 1992 October;14(4): Morris ME, Matyas TA, Bach TM, Goldie PA. Electrogoniometric feedback: its effect on genu recurvatum in stroke. Archives of Physical Medicine & Rehabilitation 1992 December;73(12): Kerrigan DC, Deming LC, Holden MK. Knee recurvatum in gait: a study of associated knee biomechanics. Archives of Physical Medicine & Rehabilitation 1996 July;77(7):

84 12. Basaglia N, Mazzini N, Boldrini P, Bacciglieri P, Contenti E, Ferraresi G. Biofeedback treatment of genu-recurvatum using an electrogoniometric device with an acoustic signal. One-year follow-up. Scandinavian Journal of Rehabilitation Medicine 1989;21(3): Simon SR, Deutsch SD, Nuzzo RM, Mansour MJ, Jackson JL, Koskinen M, Rosenthal RK. Genu recurvatum in spastic cerebral palsy. Report on findings by gait analysis. Journal of Bone & Joint Surgery - American Volume 1978 October;60(7): Sojka AM, Stuberg WA, Knutson LM, Karst GM. Kinematic and electromyographic characteristics of children with cerebral palsy who exhibit genu recurvatum. Archives of Physical Medicine & Rehabilitation 1995 June;76(6): 胡 名 霞. 動 作 控 制 與 動 作 學 習. 金 名 圖 書 有 限 公 司 ; Paci M. Physiotherapy based on the Bobath concept for adults with post-stroke hemiplegia: a review of effectiveness studies. Journal of Rehabilitation Medicine 2003 January;35(1): Langhammer B, Stanghelle JK. Bobath or motor relearning programme? A comparison of two different approaches of physiotherapy in stroke rehabilitation: a randomized controlled study.[see comment]. Clinical Rehabilitation 14(4):361-9, 2000 August. 18. Hesse S, Werner C. Poststroke motor dysfunction and spasticity: novel pharmacological and physical treatment strategies. [Review] [69 refs]. CNS Drugs 17(15): , Koheil R, Reg PT, Mandel AR. Joint position biofeedback facilitation of physical therapy in gait training. American Journal of Physical Medicine 1980 December;59(6): Bobannon RW. Evaluation and treatment of sensory and perceptual impairments following stroke. Topics in geriatric rehabilitation 2003;19(2): McNair PJ, Stanley SN, Strauss GR. Knee bracing: effects of proprioception. Archives of Physical Medicine & Rehabilitation 1996 March;77(3): Wu GK, Ng GY, Mak AF. Effects of knee bracing on the sensorimotor 75

85 function of subjects with anterior cruciate ligament reconstruction. American Journal of Sports Medicine 2001 September;29(5): Hunter LY, Funk FJ. Rehabilitation of the injured knee. St.Louis: Mosby.; Neumann DA. Kinesiology of the musculoskeletal system: foundations for physical rehabilitation. St. Louis, Mosby, Inc.; Perry J. Gait analysis: Normal and pathological function. Thorofare, NJ, SLACK, Inc; Sadeghi H, Allard P, Prince F, Labelle H. Symmetry and limb dominance in able-bodied gait: a review. [Review] [162 refs]. Gait & Posture 2000 September;12(1): Wall JC, Turnbull GI. Gait asymmetries in residual hemiplegia. Archives of Physical Medicine & Rehabilitation 1986 August;67(8): Titianova EB, Tarkka IM. Asymmetry in walking performance and postural sway in patients with chronic unilateral cerebral infarction. Journal of Rehabilitation Research & Development 1995 October;32(3): Olney SJ, Griffin MP, McBride ID. Temporal, kinematic, and kinetic variables related to gait speed in subjects with hemiplegia: a regression approach. Physical Therapy 1994 September;74(9): Olney SJ, Griffin MP, Monga TN, McBride ID. Work and power in gait of stroke patients. Archives of Physical Medicine & Rehabilitation 1991 April;72(5): Fish DJ, Kosta CS. Genu recurvatum: identification of three distinct mechanical profiles. JPO 1998;10(2): Brandstater ME, de BH, Gowland C, Clark BM. Hemiplegic gait: analysis of temporal variables. Archives of Physical Medicine & Rehabilitation 1983 December;64(12): Craik RL, Oatis CA. Gait analysis : theory and application. St. Louis: Mosby; Hesse S, Reiter F, Jahnke M, Dawson M, Sarkodie-Gyan T, Mauritz KH. 76

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87 December;74(12): Daly JJ, Ruff RL. Electrically induced recovery of gait components for older patients with chronic stroke. American Journal of Physical Medicine & Rehabilitation 2000 July;79(4): Burridge JH, Taylor PN, Hagan SA, Wood DE, Swain ID. The effects of common peroneal stimulation on the effort and speed of walking: a randomized controlled trial with chronic hemiplegic patients. Clinical Rehabilitation 11(3):201-10, 1997 August. 48. Hesse S, Malezic M, Schaffrin A, Mauritz KH. Restoration of gait by combined treadmill training and multichannel electrical stimulation in non-ambulatory hemiparetic patients. Scandinavian Journal of Rehabilitation Medicine 27(4): , 1995 December. 49. Redford JB, Basmajian JV, Trautman P. Orthotics: clinical practice and rehabilitation technology. New York: Churchill Livingstone; Martin TJ. Knee brace use in the young athlete. pediatrics 2001;108(2): Cawley PW, France EP, Paulos LE. The current state of functional knee bracing research. A review of the literature. [Review] [44 refs]. American Journal of Sports Medicine 1919;(3): Liu SH, Mirzayan R. Current review. Functional knee bracing. [Review] [44 refs]. Clinical Orthopaedics & Related Research (317):273-81, 1995 August. 53. Plauska SA, McKeag DB. Prescribing functional knee braces for knee instbility. physician sportsmed 1999;27(10): Richards CL, Malouin F, Wood-Dauphinee S, Williams JI, Bouchard JP, Brunet D. Task-specific physical therapy for optimization of gait recovery in acute stroke patients. Archives of Physical Medicine & Rehabilitation 74(6):612-20, 1993 June. 55. Colborne GR, Olney SJ. Feedback of joint angle and EMG in gait of able-bodied subjects. Archives of Physical Medicine & Rehabilitation 71(7):478-83, 1990 June. 56. Mulder T, Hulstyn W. Sensory feedback therapy and theoretical knowledge 78

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89 附 錄 一 CY8C27443 晶 片 腳 位 圖 復 歸 鈕 角 度 錯 誤 紅 燈 號 患 側 足 底 開 關 健 側 足 底 開 關 外 埠 電 源 角 度 正 確 綠 燈 號 蜂 鳴 器 電 位 計 接 地 80

90 附 錄 二 回 饋 裝 置 電 路 圖 81

91 附 錄 三 回 饋 裝 置 軟 體 程 式 // // C main line // #include "m8c.h" #include "psocapi.h" #include "stdlib.h" #include "lcd_1.h" int i,j=0,bin_adc, old_bin_adc=0, angle, old_angle=0, knee_error=0, knee_error_counter=0, step_in_a=0, step_in_s=0, step_counter_a=0,step_counter_s=0, step_sum=0; char bin_adc_ascii[5], angle_ascii[3], step_ascii[3], knee_error_ascii[3]; char LCD_1_clear[]=" "; char LCD_1_clear1[]=" ",LCD_1_clear2[]=" ",LCD_1_clear3[]=" ",LCD_1_clear4[]=" ",LCD_1_clear5[]=" ",LCD_1_clear6[]=" ",LCD_1_clear7[]=" "; void main() { M8C_EnableGInt; //Enable global interrupts. LCD_1_Init(); LCD_1_Start(); //PGA_1_SetGain(PGA_1_G1_00); PGA_1_Start(2); while(1) { LCD_1_Position(0,j); LCD_1_PrCString("Welcome!!"); if(j>0) { LCD_1_Position(0,0); if(j==1) LCD_1_PrString(LCD_1_clear1); else if(j==2) LCD_1_PrString(LCD_1_clear2); else if(j==3) LCD_1_PrString(LCD_1_clear3); else if(j==4) LCD_1_PrString(LCD_1_clear4); else if(j==5) //set position //print string "KA=" //print string "KA=" //print string "KA=" //print string "KA=" //print string "KA=" 82

92 LCD_1_PrString(LCD_1_clear5); //print string "KA=" else if(j==6) LCD_1_PrString(LCD_1_clear6); //print string "KA=" else if(j==7) LCD_1_PrString(LCD_1_clear7); //print string "KA=" } for(i=0;i<10000;i++) { LCD_1_Delay50uTimes(1); //delay for a moment } j++; if(j==8) { j=0; LCD_1_Position(0,9); LCD_1_PrCString(" "); //print string "KA=" } if((prt0dr&0x80)!=0) break; } //////////////////////// ADC1 /////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////// ADCINC12_1_Start(ADCINC12_1_HIGHPOWER); //ADC1 power level set to highest power. ADCINC12_1_GetSamples(0); //The zero argument sets the ADC1 to sample continuously. LCD_1_Position(0,0); //set position LCD_1_PrString(LCD_1_clear); //clear LCD row 0 LCD_1_Position(1,0); //set position LCD_1_PrString(LCD_1_clear); //clear LCD row 1 while(1) { if(adcinc12_1_fisdataavailable()!=0) //ADC1 Data ready { ADCINC12_1_ClearFlag(); //clear flag1 bin_adc=adcinc12_1_igetdata(); //get data 1 //bin_adc&=0x0fff; bin_adc =(bin_adc & 0x07FF)-(bin_ADC & 0x0800); //2 補 數 轉 10 進 制 if((bin_adc-old_bin_adc>=5) (bin_adc-old_bin_adc<=-5)) { LCD_1_Position(0,3); //set position 83

93 LCD_1_PrCString(" "); //clear LCD row 0 } bin_adc+=2048; /*LCD_1_Position(0,0); LCD_1_PrCString("ADC="); itoa(bin_adc_ascii,bin_adc,10); LCD_1_Position(0,4); LCD_1_PrString(bin_ADC_ascii); */ //10 進 制 轉 成 ASCII //set position //show (0~4095) to LCD LCD_1_Position(0,0); LCD_1_PrCString("KA="); //print string "KA=" angle= *(float)bin_adc ; //angle transfer LCD_1_Position(0,3); itoa(angle_ascii,angle,10); LCD_1_PrString(angle_ascii); //print angle value old_bin_adc=bin_adc; //save previous ADC value } ///////////////////////////reset//////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////// if((prt0dr&0x80)!=0) //pin 0-7 { knee_error_counter=0; LCD_1_Position(0,13); LCD_1_PrCString(" "); //clear knee_error_counter non-disappear step_counter_a=0; LCD_1_Position(1,2); LCD_1_PrCString(" "); //clear step_counter_a non-disaappear step_counter_s=0; LCD_1_Position(1,7); LCD_1_PrCString(" "); //clear step_counter_s non-disaappear step_sum=0; LCD_1_Position(1,13); LCD_1_PrCString(" "); //clear step_sum non-disaappear PRT0DR&=0x7F; } 84

94 ///////////////////////////knee-error/////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////// if((angle>10)&&((prt2dr&0x80)!=0)) { knee_error=0; PRT0DR&=0xCF; //disable p0_5(led off) //disable p0_4(beep off) PRT0DR =0x40; //pin 0-6,LED on } else///if angle<10 and foot switch is set then knee error increase... { ///otherwise don't care if((prt2dr&0x80)!=0) { if(knee_error==0) knee_error_counter++; knee_error=1; PRT0DR =0x30; //enable pin 0-5(knee error LED on) //enable pin 0-4(beep) PRT0DR&=0xBF; //disable p0_6(right knee angle LED off) } } old_angle=angle; LCD_1_Position(0,9); LCD_1_PrCString("KRN="); itoa(knee_error_ascii,knee_error_counter,10); LCD_1_Position(0,13); LCD_1_PrString(knee_error_ascii); ///////////////////////////step-count///////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////// ///sound side footswitch(heel) if ((PRT2DR&0x20)==0) //pin 2-5 { step_in_s=0; //no input PRT0DR&=0xBF; //LED off } else { if(step_in_s==0) step_counter_s++; //increase sound-side step step_in_s=1; //input 85

95 //PRT0DR =0x40; //pin 0-6,LED on } ///affected side footswitch(heel) if ((PRT2DR&0x80)==0) //pin 2_7 { step_in_a=0; //no input PRT0DR&=0xCF; //disable p0_5(led off), //disable p0_4(beep off) } else { if(step_in_a==0) step_counter_a++; //increase affected-side step step_in_a=1; //input } step_sum=step_counter_s+step_counter_a; LCD_1_Position(1,0); LCD_1_PrCString("A="); itoa(step_ascii,step_counter_a,10); LCD_1_Position(1,2); LCD_1_PrString(step_ascii); LCD_1_Position(1,5); LCD_1_PrCString("S="); itoa(step_ascii,step_counter_s,10); LCD_1_Position(1,7); LCD_1_PrString(step_ascii); } LCD_1_Position(1,10); LCD_1_PrCString("TS="); itoa(step_ascii,step_sum,10); LCD_1_Position(1,13); LCD_1_PrString(step_ascii); } // end while(1) 86

96 附 錄 四 臨 床 試 驗 受 試 者 同 意 書 計 畫 名 稱 : 回 饋 性 膝 背 曲 支 架 對 中 風 病 患 膝 背 曲 之 效 應 執 行 單 位 : 國 立 陽 明 大 學 復 健 科 技 輔 具 研 究 所 協 助 單 位 : 台 北 榮 民 總 醫 院 復 健 部 計 畫 主 持 人 : 蔚 順 華 副 教 授 研 究 生 : 張 文 欽 聯 絡 電 話 : #7190 行 動 電 話 :0958****** 研 究 目 的 比 較 中 風 有 膝 背 曲 現 象 的 病 患 於 穿 戴 本 研 究 所 設 計 之 新 式 回 饋 型 膝 背 曲 支 架 前 後, 對 於 步 行 中 膝 關 節 角 度 及 步 態 時 間 參 數 的 改 變, 並 藉 此 探 討 使 用 回 饋 型 膝 背 曲 支 架 對 中 風 患 者 臨 床 訓 練 正 常 步 態 之 可 行 性 研 究 內 容 與 流 程 個 人 基 本 資 料 收 集 與 一 般 身 體 功 能 評 估 於 受 試 者 兩 膝 及 足 底 固 定 電 子 量 角 器 及 足 底 開 關, 並 於 六 米 長 步 道 以 平 常 速 度 行 走 三 次 量 測 步 態 的 基 線 資 料 ( 前 測 ) 於 受 試 者 兩 膝 及 足 底 固 定 回 饋 性 膝 支 架 及 足 底 開 關, 並 於 六 米 長 步 道 行 走 三 次 量 測 步 態 的 相 關 參 數 ( 後 測 ) 步 行 測 試 次 數 不 超 過 十 次, 總 時 間 不 超 過 四 十 分 鐘 受 試 者 權 益 及 須 知 此 研 究 為 一 種 非 侵 入 性 的 測 試 與 治 療 故 所 能 導 致 的 副 作 用 與 危 險 幾 乎 不 存 在 於 測 試 過 程 中 受 試 者 若 有 任 何 不 適 皆 可 休 息 或 退 出 試 驗 退 出 試 驗, 您 一 樣 可 接 受 的 原 來 的 治 療, 且 不 會 引 起 任 何 不 愉 快 或 影 響 其 日 後 的 醫 療 照 顧 本 研 究 將 在 法 律 所 規 範 之 程 度 內 將 您 的 資 料 視 為 機 密 本 研 究 的 結 果 未 必 能 對 受 試 者 的 治 療 直 接 有 益 如 果 您 在 研 究 過 程 中 對 研 究 工 作 性 質 產 生 疑 問, 對 身 為 患 者 之 權 利 有 意 見 或 確 信 因 參 與 研 究 而 受 害 時, 您 可 隨 時 與 研 究 主 持 人 蔚 順 華 連 絡, 其 聯 絡 電 話 為 #7190 我 已 詳 讀 並 了 解 上 述 說 明, 我 願 意 參 加 此 研 究 計 畫, 為 受 試 者 自 願 受 試 者 簽 名 : 日 期 : 87