臺灣博碩士論文加值系統

姿勢控制通常用來研究人體平衡和姿勢控制。感覺整合臨床測試（Clinical Test for Sensory Interaction in Balance ,CTSIB）是一個評估在站立時，感覺輸入對姿勢穩定的影響。有些已研發動態平衡評估系統被用來做某些特別的試驗或評估功能，不過，所能提供平板干擾的方向有限，此外，也不能反應出現實生活的狀態。本研究的目的在於研發一套具有多方向干擾的動態平衡評估系統。
本動態平衡評估系統包括三個模組，分別為機構模組、重量感知模組和氣壓模組。機構模組為一個六連桿機構，它包含一個100 cm × 80 cm的底座、兩個直流伺服馬達各接100:1的減速機、兩根主動連桿、兩根被動連桿和一塊60 cm× 60 cm見方的平板且在平板四個角落各有一個重量感知器，馬達帶動主動連桿，主動連桿帶動平板運動。此外，自由度為「1」表示此機構的運動為「拘束運動」，代表此機構的輸出是唯一的。另外，藉由逆向求解求得六個運動方程式用以精確的控制平板運動。平板運動可作前後晃動、左右晃動和旋轉晃動。重量感知模組可由四個重量感知器、四個放大器和一塊A/D轉換卡量得重心的位置。氣壓模組則是提供受測者穩定的站上受測平板。
有12名年輕男女參與本實驗。本實驗使用了0.3Hz和0.6Hz的平板干擾頻率，5度和10度的搖晃角度，前後晃動、左右晃動和旋轉晃動等三種晃動型態，張眼和閉眼兩種狀態，所以整個有22項試驗。配重量感知模組所量測的資料，使用自行撰寫之程式計算平衡分數和總路徑長。另外，使用肌電訊號量測儀量測每位受測者兩側之股直肌、股二肌、脛骨前肌、腓腸肌和背直肌在平板干擾時肌肉的觸發情形。還有，使用Fscan薄膜式腳壓量測系統量測在平板干擾時腳底壓力的變化。
結果顯示女性平衡分數高於男性。在未熟悉干擾源時，受測者在0.3Hz有較佳的協同動作，但熟悉干擾源後，受測者在0.6Hz有較佳的協同動作。另外，本研究發現肌電訊號和足底分區壓力在前後晃動0.6Hz、5度，左右晃動0.6Hz、5度和旋轉晃動0.3Hz、5度時有明顯相關，其它種類之干擾或因受測者在干擾測試時改變平衡策略而無法完整判別，有待進一步探討。

Postural perturbations were often used in investigation of human balance and postural control . The Clinical Test for Sensory Interaction in Balance is one method that has been proposed for clinically assessing the influence of sensory interaction on postural stability in the stance .
Many dynamic balance evaluation systems have been developed to fulfil particular task or evaluation function . However, the available perturbation features are limited and can not reflect the real daily living situations. The purpose of this study was to develop a dynamic balance evaluation system, which can perform multiple direction of perturbations to mimic the actual balance perturbations in real life.
The innovated balance system consisted of three modulus, namely motor driven system, center of gravity measuring system, pneumatic inflation system. The driving mechanism system was a six—bar linkage structure,which was include a 100cm x 80cm base, two servo-motors that each one, combined a 1:100 gear box,two main linkages,two slave linkages,a 60cm x 60cm square platform with one load cell at each corner had its bottom freely attached to a ball and socket base. The motion of the platform was controlled by two main linkage. One degree of freedom means the mechanism motion is a “constrained motion”. Besides, the motion equations must be established for controlling the platform motion. So, the platform could be rotated in anterior-posterior (AP), medial-lateral (ML), and circumduction (CC) direction . The center of gravity measuring system included 4 load cells , 4 amplifies,and an A/D data acuisition card. Load cells give an analog DC-signal via amplifies proportional to the A/D card , then progrmming to calculate the center of gravity . The pneumatic inflation system provides stable base,so that the subject can stand up onto the platform safety.
Twelve healthy young subjects participated in an experiment to evaluate the operational function of the new system. The balance system provided the subjects AP, ML, and CC direction perturbation at the frequency of 0.3Hz and 0.6Hz. The perturbed amplitude was 5 and 10 degrees, and two stimulus conditions are eyes open and eyes closed.The whole experiment was 22 trails. Ten channels MA300 electromyography recoder was used to detect the muscle firing pattern and level of 5 pairs of bilateral postural muscles,. Fscan can demonstrate the foot pressure changes across the evaluation process. The data collected from the balance system, Fscan and EMG were pooled together and analysed by custom-made programming to caculate the balance score and investigate the correlation between EMG and Fscan results.
The results showed that the balance score of female subjects was heiger significantly than male subjects。Subjects showed better synergy at 0.3Hz under unknown perturbations , and showed better synergy at 0.6Hz under known perturbations . The EMG signal and foot pressure showed correlation at AP direction, 0.6Hz , 5 degrees , ML direction , 0.6Hz , 5 degrees and CC direction , 0.3Hz , 5 egrees. Subjects might changhted their balance strategies in some perturbations , so ,we could not investigate other perturbations .

目錄
第一章 前言………………………………………………………………………..1
1-1 平衡的重要性…………………………………………………………….1
1-2 控制機制………………………………………………………………….3
1-2-1平衡及運動控制的神經生理機制………………………………..3
1-2-2 姿勢控制的機制………………………………………………….4
1-3 平衡評估方法…………………………………………………………….6
1-4 研究目的………………………………………………………………….9
第二章 方法………………………………………………………………………. 12
2-1 動態平衡評估系統…………………………………………………12
2-1-1 機構模組…..………………………………………………..12
2-1-2 重量感測模組……………………………………………... 20
2-1-3 氣壓模組……………………………………………………22
2-1-4 程式設計……………………………………………………24
2-2 F-scan 鞋墊式足底壓力量測系統………………………………..24
2-3 肌電訊號量測系統…………………………………………………24
2-4實驗與評估………………………………………………………….25
2-4-1 實驗步驟……………………………………………………25
2-5 資料分析……………………………………………………………28
2-5-1 重心量測……………………………………………………28
2-5-2 足底壓力……………………………………………………29
2-5-3 肌電訊號……………………………………………………29
第三章 結果………………………………………………………………………..31
3-1 受測者………………………………………………………………31
3-2 重心量測……………………………………………………………31
3-2-1 平衡分數……………………………………………………31
3-2-2 總路徑長……………………………………………………33
3-3 分區壓力……………………………………………………………33
3-4 機電訊號……………………………………………………………34
第四章 討論…………………………………………..……………………………36
4-1 動態平衡評估系統的探討…………..………..……………………36
4-2 實驗的探討…………………………..……………………………..37
第五章 結論………………..………………………..……………………………..42
參考文獻………………..………………………..…………………………….. 44
圖目錄
圖1-1 腦的解剖圖………………………………………………………….………50
圖1-2 人體控制系統圖………………………………………………………….…50
圖1-3 四種基本站姿圖………………………………………………………….…51
圖1-4 CTSIB示意圖……..……………………………………………………….…51
圖1-5 四種干擾模式圖………………………………………………………….…52
圖1-6 Balance System…………………………………………………………..…52
圖1-7 成大醫工發展之儀器……………………………….…………………….…53
圖1-8 長庚機械發展之儀器……………………………….…………………….…53
圖2-1 動態平衡評估系統……………………………………………………….…54
圖2-2 簡化機構模型圖………………………………………………………….…55
圖2-3-1 常見連桿接頭1……………………………………………………..….…55
圖2-3-2 常見連桿接頭2……………………………………………………..….…56
圖2-4 定義向量及角度………………………………………………………….…56
圖2-5 定義平板主要向量……………………………………………………….…57
圖2-6 定義向量………………………………………………………………….…57
圖2-7 撓度方程式代號示意圖………………………………………………….…58
圖2-8 重量感測模組…………………………………………………………….…58
圖2-9 絞線效應………………………………………………………………….…59
圖2-10 重心計算示意圖…..…………………………………………………….…59
圖2-11 五口三位電池閥……………………………………………….…………..60
圖2-12 調壓閥………………………………………………………….…………..60
圖2-13 真空閥………………………………………………………….…………..61
圖2-14 氣壓模組………………………………………………………….………..61
圖2-15-1 受測者資料視窗…..………………………………………………….…62
圖2-15-2 動態平衡評估系統主程式畫面……..……………………………….…63
圖2-16 動態平衡評估系統之後處理程式主視窗……..……………………….…64圖2-17 重心分佈圖………………..…………………………………………….…64
圖2-18 雙軸重心時序圖………..………………………………………………….65
圖2-19 F-scan鞋墊式足底壓力量測系統…………………………………………65
圖2-20 MOTION LAB SYSTEMS MA-300 EMG SYSTEM…………………………….…66
圖2-21 圖示平衡分數計算方法……..………………………………………….…66
圖2-22 足底分區圖………………………………………………………….…….. 67
圖2-23 分區壓力隨時間的變化圖………..…………………………………….….68
圖3-1 靜態站立平衡分數………..……………………………………………..….69
圖3-2 0.3Hz、5度時的平衡分數………..…………………………………….….69
圖3-3 0.3Hz、10度時的平衡分數………..………………………………………70
圖3-4 0.6Hz、5度時的平衡分數………..…………………………………….….70
圖3-5 0.6Hz、10度時的平衡分數………..………………………………………71
圖3-6-1 0.3Hz時的總路徑長………..…………………………………….……...71
圖3-6-2 0.3Hz時的總路徑長（旋轉）………..…………………………………72
圖3-7-1 0.6Hz時的總路徑長………..…………………………………….……...72
圖3-7-2 0.6Hz時的總路徑長（旋轉）………..…………………………………73
圖3-8 女性前後晃動5度張眼………..…………………………………….……….74
圖3-9 男性前後晃動5度張眼………..…………………………………………..…74
圖3-10-1 女性前後晃動10度張眼………..………………………………………..75
圖3-10-2 男性前後晃動10度張眼……………………………………………..…..75
圖3-11-1 女性左右晃動5度張眼左腳………………………………………...…76
圖3-11-2 女性左右晃動5度張眼右腳………..………………………………….76
圖3-12-1 男性左右晃動5度張眼左腳………….…………………………….….77
圖3-12-2 男性左右晃動5度張眼右腳………..………………………………….77
圖3-13-1 女性左右晃動10度張眼左腳………..………………………………..78
圖3-13-2 女性左右晃動10度張眼右腳………..………………………………..78
圖3-14-1 男性左右晃動10度張眼左腳………..………………………………..79
圖3-14-2 男性左右晃動10度張眼右腳………..………………………………..79
圖3-15-1 女性旋轉晃動5度張眼左腳………..…………………………………80
圖3-15-2 女性旋轉晃動5度張眼右腳………..…………………………………80
圖3-16-1 男性旋轉晃動5度張眼左腳………..…………………………………81
圖3-16-2 男性旋轉晃動5度張眼右腳………..…………………………………81
圖3-17 女性前後晃動5度閉眼………..…………………………………….…...82
圖3-18 男性前後晃動5度閉眼………..…………………………………….……..82
圖3-19 女性前後晃動10度閉眼………..…………………………………….….83
圖3-20 男性前後晃動10度閉眼………..……………………………………..…83
圖3-21-1 女性左右晃動5度閉眼左腳….…………………………………….…84
圖3-21-2 女性左右晃動5度閉眼右腳………..…………………………………84
圖3-22-1 男性左右晃動5度閉眼左腳………..…………………………………85
圖3-22-2 男性左右晃動5度閉眼左腳………..…………………………………85
圖3-23-1 女性左右晃動10度閉眼左腳………..………………………………..86
圖3-23-2 女性左右晃動10度閉眼右腳………..………………………………..86
圖3-24-1 男性左右晃動10度閉眼左腳………..………………………………..87
圖3-24-2 男性左右晃動10度閉眼右腳………..…………………………….….87
圖3-25-1 女性旋轉晃動5度閉眼左腳….…………………………………….…88
圖3-25-2 女性旋轉晃動5度閉眼右腳………..…………………………………88
圖3-26-1 男性旋轉晃動5度閉眼左腳…….………………………………….…89
圖3-26-2 男性旋轉晃動5度閉眼右腳….…………………………………….…89
圖3-27 男性在張眼前後晃動5度0.6Hz肌肉時序圖……………………….….90
圖3-28 男性在張眼左右晃動5度0.6Hz肌肉時序圖……………………….….91
圖3-29 男性在張眼旋轉晃動5度0.3Hz肌肉時序圖……………………….….92
圖3-30 女性前後晃動5度張眼(1st)..…………………………………….……….93
圖3-31 男性前後晃動5度張眼(1st)..…………………………………………..…93
圖3-32 女性前後晃動10度張眼(1st)..……………………………………………94
圖3-33 男性前後晃動10度張眼(1st)………………………………………..……94
圖3-34 女性左右晃動5度張眼左腳(1st)………………………………...……..95
圖3-35 女性左右晃動5度張眼右腳(1st)…..…………………………………...95
圖3-36 男性左右晃動5度張眼左腳(1st)……...…………………………….….96
圖3-37 男性左右晃動5度張眼右腳(1st)…..…..……………………………….96
圖3-38 女性左右晃動10度張眼左腳(1st)……..………………………………..97
圖3-39 女性左右晃動10度張眼右腳(1st)……..………………………………..97
圖3-40 男性左右晃動10度張眼左腳(1st)…..…………………………………..98
圖3-41 男性左右晃動10度張眼右腳(1st)…..…………………………………..98
圖3-42 女性旋轉晃動5度張眼左腳(1st)…..……………………………………99
圖3-43 女性旋轉晃動5度張眼右腳(1st)…..……………………………………99
圖3-44 男性旋轉晃動5度張眼左腳(1st)…..………………………………..…100
圖3-45 男性旋轉晃動5度張眼右腳(1st)…..…………………………………..100
圖3-46 女性前後晃動5度閉眼(1st)…..…………………………………….…..101
圖3-47 男性前後晃動5度閉眼(1st)..…………………………………..………..101
圖3-48 女性前後晃動10度閉眼(1st)…..………………………………………102
圖3-49 男性前後晃動10度閉眼(1st)…..………………………………………102
圖3-50 女性左右晃動5度閉眼左腳(1st)………………………………………103
圖3-51 女性左右晃動5度閉眼右腳(1st)…..…………………………………..103
圖3-52 男性左右晃動5度閉眼左腳(1st)…..…………………………………..104
圖3-53 男性左右晃動5度閉眼左腳(1st)…..…………………………………..104
圖3-54 女性左右晃動10度閉眼左腳(1st)…..………………………………….105
圖3-55 女性左右晃動10度閉眼右腳(1st)…..………………………………….105
圖3-56 男性左右晃動10度閉眼左腳(1st)…..………………………………….106
圖3-57 男性左右晃動10度閉眼右腳(1st)…..…………………………….……106
圖3-58 女性旋轉晃動5度閉眼左腳(1st)………………………………………107
圖3-59 女性旋轉晃動5度閉眼右腳(1st)…..………………………………..…107
圖3-60 男性旋轉晃動5度閉眼左腳(1st).………………………………..….…108
圖3-61 男性旋轉晃動5度閉眼右腳(1st)………………………………………108
表目錄
表1-1 站立姿勢…….…………………………………………………….………109
表3-1 受測者基本資料…….………………………………………………….…110
表3-2 男女在張眼時平衡分數的差異…….…………………………………….111
表3-3 男女在閉眼時平衡分數的差異…….…………………………………….112

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