臺灣博碩士論文加值系統

臨床研究發現，對於本身手掌收縮功能有障礙者，如骨折、肌腱斷裂、斷指及肌肉麻痺之患者，會導致手指無法正常運作與握力損失，而目前市面上的手部復健器皆無法簡便的提供患者有效的握力復健。本研究目的在研發一穿戴型可調式手部復健器，需要達到價格便宜、移動性高以及方便調整設定。以協助手部病患，能夠藉由此設計之穿戴型可調式手部復健器在復健黃金期內，有效的使患者達到治療師所規範的復健效果。主要提出一創新結構的穿戴型可調式手部復健器設計，方便治療師以及患者自行調整設定，並導入人因工程設計原理，簡化複雜機構外型，降低患者排斥感，增加使用舒適度，以達到最佳使用效果並降低患者對於復健器的心理排斥。

　　根據臨床驗證測試中所取得的實驗數據，將數據加以統計與分析，進而調整本研究之手部復健器的各項設計參數，以達到最佳化機構設計，患者可根據需求方便做調整，包含手指彎曲角度、握力阻尼及穿戴舒適度等。並希望借此復健器能節省治療師的設定時間，提高治療品質與縮短療程，使患者在黃金周期內能更長時間自行復健，快速回復手指及手掌握力等功能。同時，治療師可以有更多的時間治療更需要幫忙的患者。

　According to clinical research, lesions in palm flexion, e.g. bone fracture, tendon rupture, severed finger, and muscular paralysis, can possibly lead to the loss of normal function and gripping strength of the fingers. Currently, most hand rehabilitation devices on the market are not user-friendly in providing effective rehabilitation in gripping strength. The purpose of this research is to develop a wearable and adjustable hand rehabilitation device that is affordable, highly movable, and easy to adjust and set up. The aim of this wearable and adjustable hand rehabilitation device is to assist patients with hand injuries to achieve rehabilitation results that their therapists anticipated. This research aims at creating an innovative wearable and adjustable hand rehabilitation device. Offering easy equipment adjustment for both the patient and the therapist, the design of the proposed device is ergonomic with a simple and aesthetic appearance, instead of complicated machinery as traditional hand rehabilitation device is. Its innovated appearance will also help lowering the sense of resistance that most patients feel regarding hand rehabilitation devices and improve their comfort level during rehabilitation, in order to achieve the best rehabilitation outcome.

　　Test results and statistics from clinical research conducted for the creation of the proposed device were analyzed for the purpose of setting each design parameter, in order to accomplish the best possible design. With this proposed hand rehabilitation device, the patient will be able to make quick equipment adjustment, including finger curling angle, hand grip damping, the level of comfort in wearing, etc. The research also targets reducing in-person therapy length for therapists, for the purpose of improving the quality of therapy and shortening therapy duration. This way, patients will be able to perform rehabilitation on their own within the treatment’s golden cycle, rapidly finger strength and palm grip. In the meantime, therapists will be able to help more patients with shortened in-person therapy sessions.

誌謝iv
中文摘要v
英文摘要vi
目 錄viii
圖目錄x
表目錄xiii
第一章 緒論1
　　1.1 研究背景1
　　1.2 研究動機2
　　1.3 研究目的2
　　1.4 研究架構3
　　1.5 章節簡介3
第二章 文獻回顧與探討4
　　2.1 手部復健器之機構設計相關文獻調查5
　　2.2 手指(掌)的握力與屈曲量測評估相關文獻調查6
　　2.3 手指(掌)的骨骼、肌肉分析相關文獻調查8
　　2.4 手部復健器之驅動方式相關文獻調查11
　　2.4.1 主動式型手部復健器11
　　2.4.2 被動式型手部復健器12
　　2.4.2.1固定型被動式手部復健器12
　　2.4.2.2活動型被動式手部復健器13
　　2.5 手指(掌)的握力訊號收集方法相關文獻調查14
　　2.6 手部復健器之國內外專利分析相關文獻調查15
　　2.7 文獻總結17
第三章 研究方法與相關理論19
　　3.1 復健醫學理論19
　　　3.1.1 復健治療方式20
　　3.2 人因工程理論22
　　3.3手部復健器之機構設計原則23
　　3.4 加工材料的選擇27
　　3.5 實驗方法27
　　3.6 量測方法31
第四章 臨床實驗結果35
第五章 結論與未來展望45
　　5.1 結論45
　　5.2 未來展望45
參考文獻
附錄

圖目錄
圖.1 論文研究架構圖4
圖.2(a)左手手指關節位置5
圖.2(b)右手手部骨骼名稱5
圖.3 手腕骨各部位名稱6
圖.4 手部群肌7
圖.5 拇指的伸展、屈區、對指、內收、外展7
圖.6 手指三個關節的彎曲角度8
圖.7 各種型式的抓握方法9
圖.8 MP關節的損傷值對應10
圖.9 The prototype CPM machine11
圖.10(a) Toronto Medical所製造的可攜式直線運動復健機H1-11
圖.10(b) Toronto Medical所製造的可攜式直線運動復健機H2-11
圖.11(a) 屈曲機構設計12
圖.11(b) 伸展機構設計12
圖.12(a) Jace H440復健器的可移動式塑膠套12
圖.12(b) Therakinetics製造的Jace H440可攜式複合運動復健機12
圖.13(a) 實際裝置圖13
圖.13(b) 機構設計示意圖13
圖.14(a) 手指彎曲變換機構13
圖.14(b) 機構運動示意圖13
圖.15 固定型被動式手部復健器14
圖.16 活動型被動式手部復健器15
圖.17(a) 復健器機構16
圖.17(b) EMG感測晶片安置位置16
圖.18(a) 機構設計示意圖17
圖.18(b) 復健器實體圖17
圖.19 以螺旋運動造成手指拉伸的連續被動運動設備17
圖.20手腕連續被動運動設備18
圖.21 Finger exercise device19
圖.22 Continuous Passive Motion Apparatus19
圖.23 研究方法流程圖21
圖.24 手掌握力復健器實體圖25
圖.25 手指關節機構設計實體圖26
圖.26 阻尼調整結構設計實體圖27
圖.27 牽引結構設計實體圖27
圖.28 握拳動作28
圖.29(a) 伸展運動機構設計實體圖(一)28
圖.29(b) 伸展運動機構設計實體圖(二)29
圖.30 SAMMONS PRESTON 手指關節角度計32
圖.31 手指關節量測方法32
圖.32 TKK5401數位式握力計33
圖.33(a) 握力器握法-正面34
圖.33(b) 握力器握法-側面34
圖.34 受測者8週MP角度比較36
圖.35 受測者8週PIP角度比較36
圖.36 受測者A-MP彎曲角度37
圖.37 受測者A-PIP彎曲角度37
圖.38 受測者B-MP彎曲角度38
圖.39 受測者B-PIP彎曲角度38
圖.40 受測者C-MP彎曲角度39
圖.41 受測者C-PIP彎曲角度39
圖.42 受測者D-MP彎曲角度40
圖.43 受測者D-PIP彎曲角度40
圖.44 受測者8週復健握力值比較圖42
圖.45 受測者A之握力值圖43
圖.46 受測者B之握力值圖44
圖.47 受測者C之握力值圖44
圖.48 受測者D之握力值圖45

表目錄
表1 臨床測試相關實驗設備一覽表31
表2 手指彎曲角度量測數據表41
表3 手掌握力量測數據表46

[1] Mandelbaum BR, Browne JE, F u F, Micheli L, Mosely JB Jr,
Erggelet C, Minas T, Peterson L. Articular cartilage lesions of the
knee. American Journal of Sports Medicine. 1998;26(6):853-861
[2] Mandelbaum BR, Sepel PR, Teurlings. Articular cartilage lesions:
current concepts and results. OKU Sports medicine2. Journal of the
American Academy of Orthopaedic Surgeons 1999:19-28
[3] 詹遠華，復健醫學，環球書社印行，1991年。
[4] Salter RB, Field P. The effects of continuous compression on living articular cartilage. The journal of bone and joint surgery. 1960; 42 – A(1):31
[5] Nordin, M., Frenkel, V.H., Foressen, K., Basic Biomechanics of the
Musculoskeletal System, 1980.
[6] Frankel VH, Basic Biomechanics of the Musculoskeletal System. Third edition; 360-361., 2001.
[7] 張智仁，人體手掌部運動控制功能診斷評估及連續被動式運動復健訓練系統之開發研究，長庚大學機械工程研究所碩士論文，1999年。
[8] Hunt. J. M., The rehabilitation of the hand, 3rd. ed, St. Louis, Mosby, 1990.
[9] Saunders WB, Tubiana and Philadelphia. Hand function. The Hand 6:12-18., 1981.
[10] 史傑州，應用感應手套模擬手部復健評估之研究，國立成功大學工業設計學系碩士論文，1999年。
[11] Swanson AB: Pathomechanics of deformities in hand and wrist. In
Flexible implant resection arthroplasty in the hand and extremities,
St. Louis, 1973.
[12] Dent JA. Continuous passive motion in hand rehabilitation. Prosthetics and Orthotics International 1993; 17: 130-135.
[13] Adams KM and Thompson ST. Continuous passive motion use in hand therapy. Hand Clinics 1996; 12:109-127.
[14] Donald G. Shurr, Thomas M.Cook, Prosthetics & Orthotics, 173 - 181, 1990.
[15] URL：http://www.jacesystems.com/products/hand_h440.htm
　　JACE H440 continous passive motion device for fingers
[16] Andreas Wege, Konstantin Kondak, and Gunter Hommel,
Mechanical Design and Motion Control of Hand Exoskeleton for
Rehabilitation, IEEE Intl. Conf. on Mechatronics & Automation, pp.
155 – 159, 2005.
[17] Andreas Wege and Günter Hommel, Development and Control of a Hand Exoskeleton for Rehabilitation of Hand Injuries, 2005 IEEE/RSJ International Conference on Intelligent Robots and Systems(IROS 2005), 3046- 3051, 2005.
[18] Kevin L. Kilgore, Richard T. Lauer, and P. Hunter Peckham, A transducer for the measurement of finger joint moments, IEEE Trans. On Rehabilitation engineering, Vol. 6, No. 4, DEC. 1998.
[19] 徐正會、周承緯，手部復健器之分類與分析，2004精密機械與製造技術研會，2004年。
[20] Tanaka Hideki, Rehabilitation tool for after-surgery of finger flexing muscle and tendon, 日本公開特許公報, 1107762, 1987.
[21] Gene Charles, Christian G. Ott, Finger ecerciser, US. Patent No. 5514052, 1994.
[22] 胡順江，復建醫學與護理，匯華圖書出版有限公司，台北，1992 年。
[23] Marcello Mulas, Michele Folgheraiter and Giuseppina Gini, An EMG-controlled Exoskeleton for Hand Rehabilitation , IEEE 9th Int. Conf. on Rehabilitation Robotics, 2005.
[24] Uro˘s Mali, Nika Goljar, and Marko Munih, Application of Haptic Interface for Finger Exercise, IEEE Trans. on neural systems and rehabilitation engineering, vol. 14, NO. 3, 352 – 360, Sep. 2006.
[25] Shamir D and Groves MW. Continuous passive motion device for imparting a spiral motion to the digits of the hand. United States Patent, No. 308,437, Date of Patent: Oct. 16, 1990.（以螺旋運動造成手指拉伸的連續被動運動設備）
[26] Kaiser RT, Laurel M and Zambelli R. Contunues Passive Motion Device for a Wrist. United States Patent, No. 5,458,560, Date of Patent: Apr. 15, 1997.（手腕連續被動運動設備）
[27] Robert S. Block, Finger exercise device, US. No. Patent 6,450,924, 1999.（手指運動裝置）
[28] Taylor RL and McNutt LE. Continuous passive motion apparatus. United States Patent, No. 0,073,939A1, Date of Patent: Apr. 17, 2003. （連續被動裝置）
[29] 張權維，復健醫學的真義，台大醫院復健部，2007年。
[30] 陸以仁，復健醫學，南山堂出版社，台北市，1984年。
[31] 林銘川，骨骼肌肉疾病的物理治療原則與方法，台大醫院家庭醫師繼續教育家庭醫學與骨骼肌肉疾病講座(29-4)，2000年。
[32] 葉文裕等，人因工程肌肉骨骼傷害預防指引，2002年。
[33] URL：http://zh.wikipedia.org/wiki/人因工程學
[34] Chapanis等人《應用實驗心理學：工程設計中的人因》，1949年。
[35] 江益璋、柯忠和編譯，機械設計(上)，全華科技圖書股份有限公司，1995年。
[36] 張永賢，關節活動度的量測，合記圖書出版社發行，1993年。
[37] 張顯洋，台灣青少年學生手握力及指捏力常模的建立與研究，慈
　　濟醫學雜誌第十四卷第四期，pp.241-252，2002年。
[38] 賴劭宇等，握力測試，朝陽科技大學工業工程與管理系。
[39] URL：http://www.41kf.cn/news/2/2007-1-16_10590151069.html手外傷的康復(上海交通大學附屬第一人民醫院康復醫學科)
[40] Sofia Olandersson, Helene Lundqvist, Martin Bengtsson, Magnus Lundahl, Albert-Jan Baerveldt, IEEE 9th Int. Conf. on Rehabilitation Robotics, 135 – 138. , 2005.
[41] Lisa K Simone and Derek G Kamper, Design considerations for a wearable monitor to measure finger posture, Journal of NeuroEngineering and Rehabilitation 2005, 2:5 doi:10.1186/1743-0003-2-5
[42] 黃珮珊，連續被動式運動手部與手腕復健機研發，國立陽明大學復健科技輔具研究所，碩士論文，2004年。