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
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
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 -0.31 ±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
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
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
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....42 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
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......60 vi
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
圖 目 錄 圖 一 正 常 膝 關 節 在 步 態 週 期 中 的 角 度 曲 線 圖....12 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....23 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... 49 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
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
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
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
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
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 23-25 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
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
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
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
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, 28-31 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
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, 34-36 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
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
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
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, 37-40 : 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
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
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
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
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, 42 1940 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
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
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
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 46-48 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
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
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
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 15000 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
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
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
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
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
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
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
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 37 175 71 25 左 出 血 4 1 5-4 2 男 56 164 72 14 右 梗 塞 5 1 4-5 3 男 44 154 50 30 左 出 血 3 1 + 4-12 4 男 48 165 70 12 左 出 血 5 1 + 4-7 5 女 75 156 50 132 左 出 血 4 1 4-6 6 男 48 170 65 113 右 出 血 5 1 4-5 7 女 36 154 49 26 右 出 血 4 1 + 4-8 8 男 49 169 90 64 左 出 血 4 1 5-8 9 男 64 172 80 12 左 梗 塞 5 1 5-5 10 男 37 165 48 16 右 出 血 4 1 + 4-9 11 男 78 174 72 14 右 梗 塞 4 1 4-7 12 男 41 170 76 24 右 出 血 5 1 5-4 13 男 68 163 75 48 左 梗 塞 5 1 5-5 平 均 值 52.38 165.46 68.08 40.77-6.54 標 準 差 14.19 7.00 11.96 38.42 2.23 30
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
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
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 0.0012 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
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
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
( 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+288.69 右 腳 電 位 計 角 度 =0.0867bin_ADC-34.485 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
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
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
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
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 3.7.3 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 3.7.3 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
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
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
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
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
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
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
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±7.79 8.28±7.34 13.52±7.63 站 立 中 期 -8.28±3.94-0.31±0.63* 2.92±5.37* 健 側 足 跟 著 地 24.68±9.61 19.42±9.04 20.94±8.95 站 立 中 期 11.18±8.77 5.25±7.01 6.49±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 333.063 2 166.532 3.188 0.053 組 內 1880.729 36 52.242 全 體 2213.792 38 站 立 中 期 組 間 863.944 2 431.972 28.970 0.000* 健 側 膝 角 度 足 跟 著 地 站 立 中 期 組 內 536.793 36 14.911 全 體 1400.736 38 組 間 191.042 2 95.521 1.127 0.335 組 內 3050.072 36 84.724 全 體 3241.114 38 組 間 254.056 2 127.028 2.173 0.129 組 內 2104.470 36 58.458 全 體 2358.527 38 註 : * 表 示 P 值 <0.05 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 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 -7.97 0.000* 回 饋 性 背 曲 支 架 -11.20 0.000* 背 曲 支 架 無 支 架 7.97 0.000* 回 饋 性 背 曲 支 架 -3.23 0.120 回 饋 性 背 曲 支 架 無 支 架 11.20 0.000* 背 曲 支 架 3.23 0.120 48
25 20 15 * NB KLB KLFB Knee flexion(deg) 10 5 0 * -5-10 -15 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<0.05. 49
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
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
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±0.14 0.95±0.10 1.09±0.17* 雙 腳 支 撐 期 0.26±0.09 0.28±0.09 0.34±0.13 擺 盪 期 0.60±0.11 0.54±0.11 0.54±0.11 健 側 站 立 期 1.13±0.20 1.08±0.21 1.18±0.29 雙 腳 支 撐 期 0.27±0.09 0.24±0.07 0.29±0.10 擺 盪 期 0.40±0.12 0.40±0.10 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 0.225 2 0.112 5.666 0.007* 組 內 0.714 36 0.020 全 體 0.939 38 擺 盪 期 時 間 組 間 0.030 2 0.015 1.247 0.300 組 內 0.433 36 0.012 健 側 站 立 期 時 間 擺 盪 期 時 間 全 體 0.463 38 組 間 0.071 2 0.036 0.632 0.537 組 內 2.028 36 0.056 全 體 2.100 38 組 間 0.000 2 0.000 0.002 0.998 組 內 0.499 36 0.014 全 體 0.499 38 註 : * 表 示 P 值 <0.05 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 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 0.043 2 0.022 1.918 0.162 組 內 0.407 36 0.011 全 體 0.451 38 健 側 雙 腳 支 撐 期 組 間 0.014 2 0.007 0.929 0.404 組 內 0.279 36 0.008 全 體 0.294 38 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 -0.0438 1.000 時 間 回 饋 性 背 曲 支 架 -0.1785 0.008* 背 曲 支 架 無 支 架 0.0438 1.000 回 饋 性 背 曲 支 架 -0.1346 0.060 回 饋 性 背 曲 支 架 無 支 架 0.1785 0.008* 背 曲 支 架 0.1346 0.117 註 : * 表 示 P 值 <0.05 53
1.4 1.2 1.0 * NB KLB KLFB Duration(sec) 0.8 0.6 0.4 0.2 0.0 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<0.05. 54
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
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±5.99 63.93±3.36 66.79±3.98* 擺 盪 期 39.89±5.99 36.07±3.36 33.21±3.98* 健 側 站 立 期 73.82±6.74 72.44±7.27 74.07±2.33 擺 盪 期 26.18±6.74 27.56±7.27 25.93±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 291.322 2 145.661 6.938 0.003* 組 內 755.777 36 20.994 全 體 1047.100 38 健 側 擺 盪 期 組 間 19.991 2 9.995 0.178 0.838 組 內 2025.911 36 56.275 全 體 2045.902 38 註 : * 表 示 P 值 <0.05; 單 位 :% of gait cycle 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 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 -3.8111 0.123 回 饋 性 背 曲 支 架 -6.6722 0.002* 背 曲 支 架 無 支 架 3.8111 0.123 回 饋 性 背 曲 支 架 -2.8611 0.360 回 饋 性 背 曲 支 架 無 支 架 6.6722 0.002* 背 曲 支 架 2.8611 0.360 57
100 80 * NT KL KLFB % of gait cycle 60 40 20 0 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<0.05. 58
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
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±0.14 0.90±0.12 0.94±0.11* 擺 盪 期 1.60±0.46 1.44±0.50 1.53±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 0.111 2 0.055 3.592 0.038* 組 內 0.555 36 0.015 全 體 0.666 38 組 間 0.166 2 0.083 0.243 0.786 組 內 12.314 36 0.342 全 體 12.480 38 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 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 -0.088 0.234 回 饋 性 背 曲 支 架 -0.127 0.039* 背 曲 支 架 無 支 架 0.088 0.234 回 饋 性 背 曲 支 架 -0.039 1.000 回 饋 性 背 曲 支 架 無 支 架 0.127 0.039* 背 曲 支 架 0.039 1.000 61
2.5 2.0 NB KLB KLFB Index R 1.5 1.0 * 0.5 0.0 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<0.05. 62
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±8.75 81.39±8.97 75.24±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 285.994 2 142.997 1.584 0.219 組 內 3250.035 36 90.279 全 體 3536.029 38 63
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
(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
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
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
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
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
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
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
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
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
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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
附 錄 二 回 饋 裝 置 電 路 圖 81
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
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
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=-0.0853*(float)bin_adc+288.74; //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
///////////////////////////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
//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),940306 //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
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 :02-28267000#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 02-28267000#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