臺灣博碩士論文加值系統

　　對於因腦傷或中風導致身體半側偏癱的患者而言，患側下肢肌肉因肌力減弱張力異常等現象，使得平衡運動控制能力不如以往，造成下肢兩側的載重不平均，重心轉移能力不良，甚致造成健側極大的負擔，影響患者的行走轉位的安全與效益。有鑑於此，本平衡訓練系統將微型加速度計加入整個控制系統的平衡訓練中，並由圖形的紀錄與即時重心視窗顯示，觀察受測者於力板上二維壓力重心(center of pressure；COP)與身體重心(center of gravity；COG)軌跡圖及隨時間變化之三維COP與COG軌跡圖之方向性，並驗證COP與COG於移動
過程中，兩者軌跡方向的一致性。
　　本研究所設計的控制系統經正常人與偏癱患者的測試，已能得到一些結果；分別由十位正常人前後兩次的測試結果，驗證本控制系統
具有極高的再現性，此一說明更提高了本控制系統於臨床研究之測試結果上的可靠性。另外，在臨床測試上將偏癱病患分為視覺迴饋組與視覺迴饋加電刺激組，並針對兩組在訓練前後(1)重心轉移能力(2) COP移動最遠距離(3)患側載重能力之改善程度進行評估比較，發現經過兩週由治療師在旁指導的平衡訓練後，視覺迴饋組與視覺迴饋加電刺激組皆有改善，而在訓練後平衡控制進步幅度的比較上，其視覺迴饋加電刺激組的進步幅度較視覺迴饋組有顯著的差異，加上從問卷調查中病患認為電刺激對於自身平衡控制的恢復程度有實質上的改
善，故輔以驗證臨床實驗結果的正確性。
　　在本研究之臨床實驗中，亦延伸出膝關節過度伸直及推者症候群為影響偏癱病患平衡訓練結果的重要因素之議題，若增加迴饋控制訊號對病患之生理狀態做更詳盡的描述，可使系統更盡完善，並輔以本研究設計之控制系統，幫助偏癱病患尋找另一改善姿勢控制的模式。

　　In this study , a micro accelerometer is included in this functional balance training control system.This system can capture both the trajectory of 2-dimensional center of pressure(COP) and center of gravity(COG) in real time and 3-dimensional trajectory with time variation for hemiplegia on the force plate .These all can be represented in the forms of graphical demonstrations.It is proved that the direction between COP and COG trajectory are similar .
　　In this study ,some results have been carried out in clinical test of normal persons and hemiplegia .The control system’s reproduction is fine across twice test from ten normal .In addition, we separated Visual Feedback group(Gr V) from Visual Feedback+FES group(Gr V+FES) to hemiplegia in the clinical experiment, and aimed at hemiplegia’s (1)weight-transfer capabilities (2)COP maximum displacement and (3)affected side loading to make objective assessment for improvement condition after training. We find that Gr V and Gr V+FES have been improved after two weeks training. At the increase rate comparison, the improvement of balance control is more prominent in Gr V+FES than Gr V. Otherwise, hemiplegia’s balance control was improved stimulated by FES from questionary.
　　It was found that the back knee and pusher syndrome are important indexes in balance training . To overcome the difficulties, we suggested to increase the numbers of the corresponding feedback signals to gather more physical status of the patients. And using the controller developed by our system, we can help the hemiplegia to find other suitable balance modes.

目錄
中文摘要………………………………………………………………….I
英文摘要………………………………………………………………...II
謝誌……………………………………………………………………..III
目錄……………………….................................... IV
圖表索引……………………………………………………………….VII
第一章 緒論…………………………………………………….1
1-1 研究背景............................................1
1-2 文獻回顧………………………………………………………….2
1-2-1 功能性電刺激…………………………………………….2
1-2-2 平衡訓練………………………………………………….3
1-2-3 加速度計…………………………………………….……4
1-2-4 身體的重心……………………………………………….5
1-3 研究目的……………………………………….…………………5
第二章 理論基礎……………………………………………...8
2-1 腦中風………………………………………..……….…………..8
2-2 腦中風的治療與復健…………………………………………….8
2-3 肌肉活動..............................................9
2-4 人體平衡機制概述……………………………………………...10
2-5 功能性電刺激…………………………………………………...12
2-6 加速度計設計之原理…………………………………………...16
2-7 人體運動學……………………………………………………...18
第三章 材料與方法………………………………………….20
3-1 系統軟硬體介紹………………………………………………...20
3-1-1 硬體配備………………………………………………...20
3-1-1-1 A/D訊號擷取卡…………..……………………..20
3-1-1-2 電刺激器………………..………………………21
3-1-1-3 重量量測系統………….………….……………22
3-1-1-4 微型加速度計…………..………………………22
3-1-2 軟體配備………………………………………………...23
3-1-3 系統概述………………………………………………...24
3-2 系統人機介面操作……………………………………………...25
3-2-1 重心視窗人機介面……………………………………...25
3-2-2 加速度變化之人機視窗介面…………………………...26
3-3 實驗設計與效果評估方法..............................28
3-3-1 目的……………………………………………………...28
3-3-2 病患的選擇與分組……………………………………...29
3-3-3 偏癱病患訓練方法……………………………………...30
3-3-4 臨床實驗步驟與評估方法……………………………...31
3-3-5 評估項目………………………………………………...34
3-3-6 資料之比較分析…………………...……………………36
3-3-7 統計分析方法…………………………………………...37
第四章 結果………………………………………………….38
4-1 系統測試………………………………………………………..38
4-1-1 人機介面顯示測試...............................38
4-1-2 輸出訊號測試…………………………………………...44
4-2 正常人測試結果與系統再現性之測試…………………….…..47
4-3 V組偏癱病患測試結果…………………………………….…..52
4-3-1病患V1訓練結果…………..…………………………….52
4-3-2病患V2訓練結果……….…………..…………………....55
4-3-3病患V3訓練結果…………………….…………………..58
4-3-4病患V4訓練結果……………...……..…………………..61
4-3-5病患V5訓練結果………………………………………...64
4-3-6病患V6訓練結果…………..…………………………….67
4-3-7 V組病患訓練前後之比較結果………….………………56
4-4 V+FES組偏癱病患測試結果…….…..………………………..73
4-4-1病患(V+FES)1訓練結果…….…………….…….....……75
4-4-2病患(V+FES)2訓練結果………………………..………78
4-4-3病患(V+FES)3訓練結果…………………………..…….81
4-4-4病患(V+FES)4訓練結果………………………………..84
4-4-5病患(V+FES)5訓練結果…………………………..……87
4-4-6病患(V+FES)6訓練結果………………………………...90
4-4-7 V+FES組訓練前後之比較結果…………………………93
4-5 V組與V+FES組訓練前後進步幅度之比較結果…………….96
第五章 討論與結論………………………………………...105
5-1 討論…………………………………………………………….105
5-2 結論…………………………………………………………….106
第六章 未來展望…………………………………………...108
致謝…………………………………………………………..111
參考文獻…………………………..…………………………112
附錄 接受Visual Feedback+FES訓練之中風病患受測問卷……116






圖表索引
圖1-1 造成中風之原因..………………………………………………..2
圖1-2 人體重心位置………………………………………………..…..5
圖1-3回饋控制功能性電刺激整合系統之概示圖 7
圖2-1人體平衡控制關係示意圖………………………………………11
圖2-2偏癱患者平衡控制關係示意圖 11
圖2-3電刺激的應用 14
圖2-4電刺激波形圖 15
圖2-5壓電式加速度計內部原件 17
圖2-6加速度計內部結構 17
圖2-7質點的位移速度 25
圖2-8質點的加速度 25
圖3-1 instru NET A/D卡外觀 20
圖3-2刺激器外觀 21
圖3-3本系統所使用之電刺激波形 21
圖3-4力板外觀……………………………………….………………..22
圖3-5加速度計外觀 23
圖3-6本研究建立之系統架構方塊圖………………..……………….24
圖 3-7重心顯示視窗人機介面功能概示.………………………….….27
圖 3-8加速度顯示視窗人機介面功能概示…………………………...28
表3-1 Functional Ambulation Category（FAC）……………….………..29
圖4-1 重心落在參考座標軸第一象線…………..……….……………40
圖4-2 加速度落在參考座標軸第一象線……..…….….……………...40
圖4-3 重心落在參考座標軸第二象線………………………………...41
圖4-4 加速度落在參考座標軸第二象.………………………………..41
圖4-5 重心落在參考座標軸第三象線………………………………...42
圖4-6 加速度落在參考座標軸第三象線……………………………...42
圖4-7 重心落在參考座標軸第四象線………………………………...43
圖4-8 加速度落在參考座標軸第四象線……………………………...43
圖4-9 三個不同方向的COP軌跡於各自15秒內在x-y平面的分佈….45
圖4-10三個不同方向的COG軌跡於各自15秒內在x-y平面的分佈....45圖4-11三個不同方向的COP軌跡於各15秒內隨時間變化的分佈圖...46
圖4-12三個不同方向的COG軌跡於各15秒內隨時間變化的分佈圖..46
表4-1 受測者（正常人）基本資料……………………………………47
圖4-13 加速度計裝置位置…………………………………………….48
圖4-14 實際測試情況………………………………………………….48
表4-2 正常人COP往右、左、前之最遠距離測試結果……………..49
圖4-15 正常人COP最遠距離之比較………………………………….49
表4-3 正常人COP往右、左、前之重心轉移能力測試結果…………50
圖4-16正常人重心轉移能力之比較…………………………………...50
表4-4 V組病患基本資料………………………………………………51
圖4-17 視覺迴饋組（V組）實測情形………………………………51
表4-5 病患V1 COP最遠距離測試結果……………………………….53
圖4-18 病患V1最遠距離之比較……………………………………....53
表4-6 病患V1重心轉移能力測試結果………………………………..54
圖4-19 病患V1重心轉移能力之比較…………………………………54
圖4-20 病患V1患側載重能力之比較………………..………………..55
表4-7 病患V 2 COP最遠距離測試結果………………………………56
圖4-21 病患V 2最遠距離之比較……………………………………...56
表4-8 病患V2重心轉移能力測試結果………………………..………57
圖4-22 病患V2重心轉移能力之比較.………………………………..57
圖4-23 病患V2患側載重能力之比較…………………………..……..58
表4-9 病患V 3 COP最遠距離測試結果………………………………59
圖4-24 病患V3最遠距離之比較…….………………………………...59
表4-10 病患V3重心轉移能力測試結果……………………..………..60
圖4-25 病患V3重心轉移能力之比較.………………………………..60
圖4-26 病患V3患側載重能力之比較…………………………..……..61
表4-11 病患V4 COP最遠距離測試結果……………..………………62
圖4-27 病患V4最遠距離之比較……………………………………...62
表4-12 病患V4重心轉移能力測試結果……..………………..………63
圖4-28 病患V4重心轉移能力之比較.………………………………..63
圖4-29 病患V4患側載重能力之比較.…………………………..…....64
表4-13 病患V5 COP最遠距離測試結果…..………………………….65
圖4-30 病患V5最遠距離之比較……………………………….……...65
表4-14 病患V5重心轉移能力測試結果……..………………..………66
圖4-31 病患V5重心轉移能力之比較.………………………………..66
圖4-32 病患V5患側載重能力之比較…………………………..……..67
表4-15 病患V6 COP最遠距離測試結果………………...……………68
圖4-33 病患V6最遠距離之比較..…………………………………...68
表4-16 病患V6重心轉移能力測試結果……………………..……….69
圖4-34 病患V6重心轉移能力之比較.………………………………..69
圖4-35 病患V6患側載重能力之比較…………………………..……..70
表4-17 V組COP移動最遠距離之比較結果……..………………….…71
圖4-36 V組COP訓練前後移動最遠距離之比較……………………...71
表4-18 V組重心轉移能力測試之比較結果…………………..………72
圖4-37 V組重心轉移能力訓練前後之比較……………….…………..72
表4-19 V組患側載重能力測試之比較結果…………………….……..73
圖4-38 V組患側載重能力訓練前後之比較………………….………..73
表4-20 V+FES組病患基本資料………………………………………..74
圖4-39 視覺迴饋＋電刺激組實測情況……………………………….74
表4-21 病患(V+FES)1 COP最遠距離測試結果…………...…………76
圖4-40 病患(V+FES)1最遠距離之比較..…………………….……...76
表4-22 病患(V+FES)1重心轉移能力測試結果…………………...….77
圖4-41 病患(V+FES)1重心轉移能力之比較.……………..……..…..77
圖4-42 病患(V+FES)1患側載重能力之比較…………………..……..78
表4-23 病患(V+FES)2 COP最遠距離測試結果…………...…………79
圖4-43 病患(V+FES)2最遠距離之比較..…………………….……...79
表4-24 病患(V+FES)2重心轉移能力測試結果…………………...….80
圖4-44 病患(V+FES)2重心轉移能力之比較.……………..……..…..80
圖4-45 病患(V+FES)2患側載重能力之比較…………………..……..81
表4-25 病患(V+FES)3 COP最遠距離測試結果…………...…………82
圖4-46 病患(V+FES)3最遠距離之比較..…………………….……...82
表4-26 病患(V+FES)3重心轉移能力測試結果…………………...….83
圖4-47 病患(V+FES)3重心轉移能力之比較.……………..……..…..83
圖4-48 病患(V+FES)3患側載重能力之比較…………………..……..84
表4-27 病患(V+FES)4 COP最遠距離測試結果…………...…………85
圖4-49 病患(V+FES)4最遠距離之比較..…………………….……...85
表4-28 病患(V+FES)4重心轉移能力測試結果…………………...….86
圖4-50 病患(V+FES)4重心轉移能力之比較.……………..……..…..86
圖4-51 病患(V+FES)4患側載重能力之比較…………………..……..87
表4-29 病患(V+FES)5 COP最遠距離測試結果…………...…………88
圖4-52 病患(V+FES)5最遠距離之比較..…………………….……...88
表4-30 病患(V+FES)5重心轉移能力測試結果…………………...….89
圖4-53 病患(V+FES)5重心轉移能力之比較.……………..……..…..89
圖4-54 病患(V+FES)5患側載重能力之比較…………………..……..90
表4-31 病患(V+FES)6 COP最遠距離測試結果…………...…………91
圖4-55 病患(V+FES)6最遠距離之比較..…………………….……...91
表4-32 病患(V+FES)6重心轉移能力測試結果…………………...….92
圖4-56 病患(V+FES)6重心轉移能力之比較.……………..……..…..92
圖4-57 病患(V+FES)6患側載重能力之比較…………………..……..93
表4-33 V+FES組COP移動最遠距離測試之比較結果……..…………94
圖4-58 V+FES組COP訓練前後移動最遠距離之比較………………..94
表4-34 V+FES組重心轉移能力測試之比較結果……………….……95
圖4-59 V+FES組重心轉移能力訓練前後之比較……………….…….95
表4-35 V+FES組患側載重能力測試之比較結果……………………..96
圖4-60 V+FES組患側載重能力訓練前後之比較………………….….96
表4-36V組與V+FES組往患側重心轉移能力之進步幅度比較結果...98
圖4-61 V組與V+FES組往患側重心轉移能力之比較………………...98
表4-37 V組與V+FES組往健側重心轉移能力之進步幅度比較結果...99
圖4-62 V組與V+FES組往健側重心轉移能力之比較………………...99
表4-38 V組與V+FES組往前重心轉移能力之進步幅度比較結果….100
圖4-63 V組與V+FES組往前重心轉移能力之比較………………….100
表4-39 V組與V+FES組往患側移動最遠距離之進步幅度比較結果.101
圖4-64V組與V+FES組COP往患側移動最遠距離之比較…………..101
表4-40 V組與V+FES組往健側移動最遠距離之進步幅度比較結果.102
圖4-65 V組與V+FES組COP往健側移動最遠距離之比較………….102
表4-41 V組與V+FES組往前移動最遠距離之比較結果……..……...103
圖4-66 V組與V+FES組COP往前移動最遠距離之比較…………….103
表4-42 V組與V+FES組患側載重能力進步幅度之比較結果……….104
圖4-67 V組與V+FES組患側載重能力之比較……………………….104

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