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腰部彎曲角度回饋剛性適應控制與肌力刺激之下背肌訓練模組開發與應用

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外骨骼結構磁流變液阻尼調控下肢步行復健系統開發與功能測試

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氧氣濃度補償與運動強度控制步行訓練系統開發 海報
顳顎關節運動力學評估器具及吞嚥復健評估與電刺激訓練系統之開發驗證 海報
具外骨骼結構暨動力輔助之膝關節承重負擔轉移與動作控制強化下肢輔具設計開發與臨床應用 海報
全人工髖關節術後病患脫位防止、運動控制及本體感覺訓練之復健系統開發與驗證 海報
人體呼吸功能視聽覺回饋訓練平台開發與應用測試 海報
電刺激仿生肩關節復健裝具設計開發與臨床驗證 海報
具仿生氣控承筒之機電刺激膝上義肢雛型設計開發 海報
人體質量中心穩定度評估系統開發與臨床應用

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氣控式前十字韌帶仿生護膝裝具設計開發與臨床應用

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生理回饋閉迴路運動強度恆定控制之跑步復健設備開發及臨床應用研究

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上肢運動功能定量評估系統設計開發與臨床應用研究

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遠距監控智慧型生理回饋多功能跑步機之設計開發與臨床驗證

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前十字韌帶重建術術後動作控制及回饋刺激復健訓練系統

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下肢截肢者腳底感覺補償及平衡控制復健訓練系統開發

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顳顎關節運動力學定量評估與術後復健器材開發測試
 

顳顎關節障礙會造成張口受限、下巴脫臼、吞嚥困難等病癥。臨床上對顳顎關節運動評估多採用量表、以直尺量測張口距離等,易造成評估無法客觀、量測易有誤差,影響病患療效。除此,病患術後復健多以壓舌板為張口訓練工具,操作不便、無法連續作動,降低復健療效,也常錯失治療黃金週期,影響術後功能恢復。爰此,本研究之系統係針對上述問題首先以Zebris CMS-20動作分析模組、肌電訊號量測模組與Coretac咬合力量測模組,整合成顳顎關節運動軌跡、咬合力及肌電反應量測系統,並提出運動力學評估指標、進行實驗。另外,本研究也開發一套顳顎關節病患術後連續被動式復健器材,以克服其術後復健之瓶頸。本研究臨床實驗共收集正常人20位、術前病患10位、術後門診病患3位。結果顯示術後病患族群運動評估指標(最大張口距離、下顎張口髁頭移動距離、下顎前凸髁頭移動距離及下顎左右側移髁頭移動距離等)均較術前病患族群為高。在咬合力評估方面,術後病患族群左、右臼齒及門牙最大咬合力仍較正常人為低。在咀嚼肌及顳肌肌電圖均方根值評估方面,發現術後病患族群不論有無口咬棉捲之測試條件下,均較術前病患族群為高,顯見病患在手術後顳顎關節運動功能及肌電反應均有改善。本研究整合顳顎關節臨床評估模組及評估指標,作為臨床上各類顳顎關節障礙病患(如顏面外傷、磨牙症等)術前或術後療效之定量評估工具;所開發完成之顳顎關節術後復健器材具有連續被動及間歇被動兩種模式,也可透過無線手機操控介面,應用於術後居家復健訓練。

 

 

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運動強度與氧氣補償適應控制跑步機開發測試及漸進式氣道負壓呼吸肌訓練療效臨床評估
 

本研究開發之『運動強度與氧氣補償適應控制跑步機系統』係採用主控制器,配合資料擷取卡(NI-DAQ 6009及6015)與USB藍牙接收器,控制跑步機轉速、供氧量,並量測使用者生理參數(心跳數、血氧濃度、呼吸頻率等),也透過Labview軟體開發人機介面。本項系統在實體開發完成後也進行了功能測試;另外,本研究也針對12位OSAS病患進行臨床試驗,採用漸進式與穩定式兩種氣道負壓訓練模式,進行為期一個月訓練,訓練前、中、後三次回診並量測呼吸生理及肌動圖實驗數據。實驗結果發現骸舌肌之肌動圖(均方根值)與氣道負壓呈現正相關,另外四組呼吸肌肌群之誘發敏感度也以骸舌肌為最高,此外病患嗜睡指數(AHI)經過訓練平均改善28.62%。 本研究所完成之『運動強度與氧氣補償適應控制跑步機系統』未來可進行臨床驗證;另外實驗證明漸進式氣道負壓訓練方法確實能改善OSAS病患呼吸肌肌力及嗜睡指數,將可成為臨床治療之新策略。

 

 

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漸進式氣道正壓阻力吸氣訓練及氣流回饋電刺激頦舌肌系統

    開發與睡眠呼吸中止症療效驗證

 

本研究之目的係開發「呼吸生理-肌力評估量測平臺」與「漸進式氣道阻力吸氣訓練系統」,量測平臺係透過三軸慣性加速規、氣流感測器及壓力感測元件同步量測受測者呼吸時之呼吸肌肌動圖(Mechanomyography)、氣流量及氣道壓力等呼吸生理響應;氣道阻力吸氣訓練系統係藉由吸氣肌肉訓練器(Inspiratory Muscle Trainer, IMT),提供上呼吸道阻力負載,以誘發使用者全身呼吸肌收縮,達到強化呼吸肌訓練效果。為了驗證所開發系統之臨床應用性,本研究也提出一種漸進式氣道阻力規範(protocol),並進行先導性實驗。實驗過程係以10、20、30、40 cmH2O不同氣道阻力條件,量測七位健康受測者之頦舌肌、胸鎖乳突肌、橫膈肌與腹直肌等四組呼吸肌群肌動圖與呼吸生理參數並進行比較分析。實驗結果發現四組呼吸肌群之肌動圖與外加之氣道阻力呈現良好相關性(R2>0.79),代表本次訓練可同時誘發全身不同部分之主要、輔助呼吸肌群;其中頦舌肌之肌動圖為四組肌群中相關性最高(R2=0.87),顯示本項上呼吸道阻力訓練對頦舌肌之肌力強化最為明顯。另外,在呼吸生理參數表現上,部分受測者在每分鐘通氣量(minute ventilation)與肌動圖在不同阻力條件下有良好相關性(R2>0.84)。本研究所開發之設備期望能對呼吸肌肌力不足患者(例如長期臥床呼吸器依賴、阻塞性肺疾或肌少症患者等),提供一種新的訓練工具與定量評估器材,達到誘發呼吸肌肉收縮與強化肌力之療效。

 

 

 

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腰部彎曲角度回饋剛性適應控制與肌力刺激之下背肌訓練模組開發與應用

 

非特定下背痛(non-specific low back pain)的成因為病患腹、背部核心肌群收縮無力或收縮時序不正確,以致失去穩定和保護脊椎的功能。另外,下背痛會造成病患穩定脊椎肌群之動作控制機能發生障礙,此機能無法因下背痛症狀消失而恢復,且易導致病患下背痛復發,因此強化腹、背部核心肌群之肌力/肌耐力復健訓練便成為改善病患下背痛及脊椎動作控制機能之重要關鍵。因此,本研究之目的係開發一套「腰部彎曲角度回饋剛性適應控制與肌力刺激之下背肌訓練模組」,並設計人機互動介面及模組化阻力式表現回饋和結果回饋復健訓練處方程式,以期能透過病患腰部彎曲阻力設定、角度即時監測及視聽覺回饋機制,發揮閉迴路腰部彎曲動作控制訓練之功效。

 

 

 

 

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外骨骼結構磁流變液阻尼調控下肢步行復健系統開發與功能測試

 

腦血管疾病,俗稱腦中風,2009年列居台灣地區死大死因第三名,而腦中風成因有出血性腦中風與缺血性腦中風,造成患者其同一側上肢及下肢肌肉癱瘓,俗稱偏癱。然而,腦中風病患常出現大腿肌力不足與膝關節步態不對稱之現象,影響其日常生活功能性活動,也會造成跌倒之危險。爰此,本研究之目的係整合跑步機裝置、體重支撐裝置、磁流變液阻尼器、外骨骼機構與外骨骼機構支撐裝置,開發「外骨骼結構磁流變液阻尼調控下肢步行復健系統」,並設計復健訓練軟體,進行功能測試。

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氧氣濃度補償與運動強度控制步行訓練系統開發

       
中風病患在發病後因中樞神經系統障礙衍生下肢肌力不足、腳底感覺缺失、姿勢控制不良、肌肉誘發異常等現象,易造成步態異常、肌耐力強度減弱及跌倒風險提高。另外,由於中風病患日常生活中活動量降低,也會導致身體代謝功能與心肺能力下降。研究指出利用跑步機提供病患任務導向型訓練(task-oriented approach)可對中樞型態產生器(central pattern generator CPG)產生刺激,使得病人步態參數(如:步長、步頻)得以改善。爰此,本研究係整合市售跑步機與生理訊號量測、步態姿勢監控、安全懸吊支撐、視/聽覺回饋、氧氣濃度補償及運動強度控制等功能為一體,開發『氧氣濃度補償與運動強度控制步行訓練系統』,並進行功能測試與應用驗證。

 

  

 

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顳顎關節運動力學評估器具及吞嚥復健評估與電刺激訓練系統之開發驗證

 

顳顎關節(Temporo-Mandibular Joint, TMJ)是人體顏面兩側下頜骨與頭顱骨間之關節,無論我們講話、吃東西、唱歌等動作需要嘴巴移動時,顳顎關節就須派上用場。除此,該關節活動時除了旋動外還合併有「滑動」,而且在咀嚼時,兩側關節的運動也各有不同。因此顳顎關節可說是人體一個很忙而又獨特的關節。然而,病患顳顎關節及其附著之軟組織發生疼痛和功能異常,造成顳顎關節障礙(Temporo-Mandibular Disorder, TMD)時會影響其下顎運動及其功能性活動如咀嚼、吞嚥與發聲等。然而,臨床治療師大多憑外觀目測或量尺進行下顎移動量評估,容易產生量測誤差、影響治療品質,而且再現性不高也無法記錄下顎及顳顎關節動態運動軌跡。在咬合力學評估方面,尚停留在利用咬合紙以壓痕來記錄牙齒接觸點之壓力,不但缺乏規律可循之客觀量測量測數據也不足以作為診斷參考基準。另外,顳顎關節障礙病患在張閉口時產生喀嚓聲響也因缺乏定量量測工具而被忽略或只能靠人為主觀診斷。因此,顳顎關節運動力學及其功能性活動評估與訓練儀器之開發及應用便成為顱顏口腔外科評估、治療及復健極待解決之研究課題。爰此,本研究為突破前述顳顎關節障礙病患運動力學臨床評估之瓶頸,整合開發一系列臨床定量評估儀器與方法外,也針對改善病患顳顎關節運動對稱性、咬合與吞嚥等功能,開發電刺激訓練系統,並進行臨床評估驗證。

 

 

 

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外骨骼結構磁流變液阻尼調控下肢步行復健系統開發與功能測試

 

腦血管疾病,俗稱腦中風,2009年列居台灣地區死大死因第三名,而腦中風成因有出血性腦中風與缺血性腦中風,造成患者其同一側上肢及下肢肌肉癱瘓,俗稱偏癱。然而,腦中風病患常出現大腿肌力不足與膝關節步態不對稱之現象,影響其日常生活功能性活動,也會造成跌倒之危險。爰此,本研究之目的係整合跑步機裝置、體重支撐裝置、磁流變液阻尼器、外骨骼機構與外骨骼機構支撐裝置,開發「外骨骼結構磁流變液阻尼調控下肢步行復健系統」,並設計復健訓練軟體,進行功能測試。

 

 

 

 

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全人工髖關節術後病患脫位防止、運動控制及本體感覺訓練之復健系統開發與驗證

 

接受全人工髖關節置換手術之病患因手術時髖關節週邊肌群(如外展肌等)及關節囊遭受切除,因而喪失髖部本體感覺能力;當病患術後返家常會因姿勢不當造成人工髖關節脫位,須接受二次手術;另外,髖部外展肌與內收肌互為協同與拮抗肌,當外展肌受損時將造成其肌纖維鬆弛無力,若同時發生內收肌因肌纖維張力增加而攣縮,將導致髖部運動控制失衡。然而,目前臨床上對於髖關節術後病患復健治療,多以關節活動、肢體擺動、股四頭肌訓練及衛教為主,並沒有針對病患之外展肌進行復健訓練。爰此,本研究之目的主要係開發一套具聽、觸覺回饋防止髖關節脫位警示功能之穿戴式護具,並進行功能評估。除此,本研究也將設計一套具視、聽、觸覺回饋運動控制與本體感覺訓練軟體,並進行功能驗證。

 

 

   

 

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人體呼吸功能視聽覺回饋訓練平台開發與應用測試

 

高位脊髓損傷患者頸椎以下中樞神經受損,導致其交感神經失調、心血管功能不足、呼吸功能低落、體感覺異常、肌肉癱瘓和動作失能等。其中呼吸功能低落會造成排痰功能不足,導致肺炎等相關肺部併發症的發生,嚴重時將會危害患者生命。因此對於高位脊髓損傷患者來說,呼吸復健便成為臨床上重要之治療工作。目前呼吸訓練方式分為綁帶式與吹吸式兩類,綁帶式係透過綁帶給予吸氣肌群內縮阻力來進行吸氣肌之肌力訓練,但在裝配上步驟繁瑣,需將綁帶環繞過身體,使用在癱瘓病人身上較為不便;而吹吸式的呼吸訓練設備使用氣流感知浮球,當病患吹氣時因氣流量變化時,導致浮球上升高度改變,作為視覺回饋;另一種吹吸訓練設備運用吹吸嘴口徑大小變化造成病患吹氣時氣流阻力來進行呼吸訓練,但此些吹吸式訓練設備均需經由使用者口部接觸之固定吹嘴,有病菌感染之虞。除此,上述訓練設備所測得之結果無法量化,常須由治療師主觀判斷,易造成評估判斷不一致之現象。因此本研究之目的係開發一套「人體呼吸功能視聽覺回饋訓練平台」,擬整合慣性感測元件量測受測者呼吸時胸廓活動變化,透過生物回饋、無線傳輸及視聽覺回饋機制,達到呼吸功能訓練之效果。

 

 

 

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電刺激仿生肩關節復健裝具設計開發與臨床驗證

 

肩關節半脫位係指肱骨頭(humeral head)與肩臼窩(glenoid fossa)錯位超過兩者接觸面四分之一距離,是腦中風、肩部外傷或手臂過度荷重所常見之病癥。肩關節半脫位會使病人肩部關節活動度受限、疼痛,進而影響上肢動作功能,嚴重時會導致肩關節囊炎(adhesive capsulitis)或臂神經叢受損(brachial plexus injury)等上肢疾病。然而治療肩關節半脫位之關鍵為重建肩關節肱骨頭與肩臼窩之正常解剖位置和強化肩關節周邊肌肉收縮功能等兩項,臨床上治療方式分別為使用肩護具(shoulder sling)和電刺激(electrical stimulation)。但根據文獻指出,肩護具因設計不良或因病患穿著肩護具不當,反而造成解剖位置異常;病人也因脊上肌無法長期且固定地接受電刺激治療,而無法達成強化肌肉收縮能力的目的。爰此,本研究將針對治療肩關節半脫位之臨床需求,結合外穿式軟性支架結構、仿生牽拉肌肉與固定動點電刺激機制於一體,設計開發一套「電刺激仿生肩關節半脫位復健裝具」,並進行臨床驗證評估,以期能夠提供病患重建肩關節解剖位置並強化周邊肌肉收縮能力。

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具仿生氣控承筒之機電刺激膝上義肢雛型設計開發

 

傳統膝上義肢均屬被動式結構,能提供膝關節屈曲-背屈之活動度,無法產生人體自然步行時膝關節瞬心移動軌跡,因此,病患穿上義肢後常無法達到正常步態。另外,病患在接受膝上截肢後,負責腿部屈曲與伸展之前後主肌肉群(股四頭肌、半腱肌和骨二頭肌等)以及膝關節均被切除,且大腿組織不健全,會導致大腿肌力不足,因此病患穿戴膝上義肢步行時,必須透過髖關節屈肌收縮才能甩動義肢,不但造成步態異常、殘肢肌肉過度使用,也會使病患行走時能量消耗過量。除此,病患在截肢後,因淋巴液集中於殘肢底部,又因缺乏骨骼肌壓縮,截肢後均會產生殘肢水腫現象,而且傳統膝上義肢之承筒與殘肢接觸面因須承載體重,易發生施力點集中,產生患部疼痛、接觸面皮膚因磨擦破皮、潰爛甚至組織壞死的現象。再者,病患在穿戴義肢初期,因患側猶如踩高蹺,無法由義肢感知觸地時地面之反作用力,造成感覺回饋喪失,因而無法確切掌握步態週期,容易造成步態不穩而跌倒。爰此,本研究係針對上述病患在膝上截肢後產生之殘肢水腫、肌力不足、感覺缺失等問題及傳統膝上義肢關節無法產生人體膝關節瞬心移動軌跡之設計缺失,結合氣囊承筒與步態週期充放氣義足結構、肌電刺激肌力誘發補償模組、腳底壓力感測回饋感覺補償模組及仿生膝關節機構等設計一組「具仿生氣控承筒之肌電刺激式膝上義肢」,並進行功能驗證。

 

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人體質量中心穩定度評估系統開發與臨床應用

 

姿勢穩定度是中風病患面對內外環境刺激與干擾挑戰時保持平 衡、避免跌倒的重要關鍵。臨床上治療師多使用平衡量表評估病人 姿勢穩定度,然而平衡量表多由治療師針對病人功能性動作表現評 定等級或分數,無法呈現患者姿勢穩定度量化數據。而實驗室研究 常使用測力板與動作分析系統量測人體姿勢穩定度,不但可準確量 測,並且能取得科學化定量數據;不過,由於此些設備價格昂貴、 操作複雜且佔空間,因此,臨床部門很少配置。中風病患除了失去 動作功能,其姿勢穩定能力也會下降,目前臨床上穩定度訓練之相 關設備缺乏,導致復健訓練多著重功能改善,而未強調增加穩定度 的訓練策略。因此,復健醫療評估與訓練,兼具數位化、無線傳輸、 輕薄短小、容易操作等優點之姿勢穩定度評估系統,將是突破上述 臨床姿勢穩定度瓶頸之研究課題。爰此,本研究主要係建構新世代 人體穩定度評估系統,並整合「表現回饋訓練模式」、「結果回饋訓 練模式」及次閥值電刺激訓練策略,開發能改善中風患者姿勢穩定 能力之訓練設備並進行臨床評估。

 本研究不但完成開發「人體質量中心穩定度評估系統」, 可提供有效穩定度量測以評估臨床患者平衡能力,也建構了完整的 臨床回饋平衡訓練療程及次閥值電刺激模式,用以改善中風患者的 穩定度。

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氣控式前十字韌帶仿生護膝裝具設計開發與臨床應用

 

上 膝關節前十字韌帶功能為限制脛骨前移及提供膝關節旋轉穩定度;病患發生前十字韌帶斷裂,會造成股、脛骨關節前後位移量過大、關節軟骨過度磨損、半月板撕裂、退化性關節炎等後遺症,而須接受重建手術;另外文獻指出術後病患有五分之一會出現膝關節旋轉穩定度不足而須使用護具;然而市售護具多僅提供膝關節活動角度限制,無法達到限制脛骨前移及增加膝關節旋轉穩定度之功能。爰此,本研究係整合仿生人工肌肉設計、氣壓剛性調控及外穿式支架結構製作等技術,開發一套「氣控式前十字韌帶仿生護膝裝具」,具有兩組模仿人體前十字韌帶限制脛骨前移及提供膝關節旋轉穩定度之仿生結構與機制,以避免膝關節前十字韌帶復發性傷害。

本研究完成之「氣控式前十字韌帶仿生護膝裝具」,可提供前十字韌帶重建術後患者一種新型外穿式仿生護膝裝具,除了具有外穿式支架結構、氣壓剛性調控功能、保護前十字韌帶及提供膝關節穩定度功能外,也能使術後患者適應正常日常生活活動,提升生活品質,進而避免復發性傷害及二次手術。除此,本研究開發之「氣控式前十字韌帶仿生護膝裝具」設計方法將可進一步應用延伸發展其他人體關節之仿生復健輔具。

 

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生理回饋閉迴路運動強度恆定控制之跑步復健設備開發及臨床應用研究

 

慢性阻塞性肺病(COPD)患者由於肺臟對有害微粒、氣體的不正常發炎反應(inflammation reaction)或呼吸道過度反應(airway hyperreactivity)使肺彈力降低、呼吸道阻力增加,產生肺部通氣障礙和呼吸道氣流受阻,進而引發支氣管炎(chronic bronchitis)、肺氣腫pulmonary emphysema和支氣管性哮喘(bronchitis whistle)等症狀,臨床上對於COPD患者常須接受跑步機運動復健處方以改善其心肺功能;然而訓練時醫療人員多憑個人主觀判斷設定運動強度目標與跑步機控制參數,訓練期間也缺乏定量評估依據,因此無法確切掌握運動強度分佈區間與復健訓練療效。究其原因,主要係運動期間缺乏即時監測與掌控病患所接受運動負荷量之機制,導致運動訓練療效不彰,亦或因運動強度無法控制得當而引發病患心肺不適甚至造成猝死的危險。根據美國運動醫學會研究報告指出,適切的運動強度是避免運動傷害、確保訓練效益之關鍵。

本研究所開發完成之『生理回饋閉迴路運動強度恆定控制之跑步復健設備』,經實驗結果驗證可改善目前臨床上跑步機運動治療無法即時反應運動強度的瓶頸,在以往安全與訓練效益兩難的治療策略中,這種利用心跳率界定運動強度,再由調變跑步機速度來恆定控制運動機制之閉迴路訓練方式,即時掌握訓練歷程中病患的運動生理變化,確實可增加COPD患者對抗呼吸困難程度及增加運動耐受力的訓練效益;未來此種運動強度恆定控制機制也可設計於腳踏車上,以改善COPD復健治療 。

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結合視聽覺生物回饋髖關節本體感覺訓練系統及被動式防止髖關節脫位復健護具之開發與臨床驗證

 

髖關節置換手術後患者由於股骨頭和周邊韌帶遭受切除,同時髖部外展肌(hip abductor)也受到剝離而損壞,進而導致髖部肌肉控制失衡(muscle imbalance)、外展肌力不足(hip abductor weakness)與本體感覺缺失(proprioception deficit)。究其原因,主要係髖部外展肌與內收肌互為協同與拮抗肌,當外展肌受損時,將造成肌纖維鬆弛而無力,此時內收肌纖維張力增加而攣縮,導致髖部肌肉控制失衡及外展肌力遞減。

本研究所開發之「髖關節置換手術術後視聽覺回饋外展肌力訓練及本體感覺刺激復健訓練系統」,於臨床上可立即使用在髖關節置換術手後患者,提供髖關節角度量測、外展肌肉控制與訓練、視聽覺回饋與強化本體感覺等功效外,並可改善目前患者在接受髖關節置換手術後復健訓練之不足,且可避免關節脫位,達到安全防護與有效改善復健療效之目標。於學術上可再次證明強化髖部外展肌力、肌肉控制與本體感覺將是髖關節置換手術後患者一大關鍵性治療項目。另外,本系統提供方便攜帶性與簡易軟體介面,利於患者於居家中進行復健治療,不但可減少醫療資源消耗,同時也提高病人的參與感,此也將是未來產業上與醫病關係中的趨勢。

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上肢運動功能定量評估系統設計開發與臨床應用研究

 

上運動神經元損傷病患常會造成上肢運動功能障礙、肌肉張力異常、肌肉痙攣及僵直症狀象,此類病患由於上肢運動控制功能喪失,導致病患上肢手臂運動控制不協調,使得其日常生理自理能力受到限制,進而影響到其肢體語言之溝通能力。臨床上對於此類病患上肢運動功能之評估方法,多係由治療師採用臨床評估量表之主觀式判斷,如布朗士狀分級表(Brownstorm Stage),缺乏科學評估之方法和工具,且無相關上肢運動資料庫設計,欠缺定量化、客觀性之評估工具,造成上肢運動功能評估欠缺客觀性。至於上肢運動功能復健訓練,目前也多由治療師採用徒手方式介入治療,如關節鬆動術(Joint Mobilization),為治療師主觀式判定之臨床治療策略。因此本研究之目標是針對上肢運動障礙病患臨床評估及復健訓練需求,結合三維動作分析量測技術、視聽覺回饋機制與感應式手寫輸入單元,整合開發一套『上肢運動功能評估及訓練系統』;本研究為配合臨床需求也提出了六種定量評估指標、三種圖形評估指標及綜合性五角圖形評估指標,並以連續且規則性軌跡、不連續且規則性軌跡、連續且不規則性軌跡及不連續且不規則性軌跡等四種上肢復健訓練模式。

本研究所開發完成之『第一代上肢運動功能評估系統』及『第二代上肢運動功能評估與訓練系統』,由於採用空間定位技術及定量指標評估進行上肢運動功能之診斷,對於上運動神經元病變患者而言,為一套客觀、量化之評估工具,且可利用綜合性的評估指標來診斷病患上肢運動功能,改善了臨床上主觀式判斷之缺失;除此,本研究所開發之系統亦可作為上運動神經元病變患者之客觀且互動之復健訓練工具,也許可成為臨床復健醫學治療上肢運動功能之新策略。

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遠距監控智慧型生理回饋多功能跑步機之設計開發與臨床驗證

       

        慢性阻塞性肺病(Chronic Obstructive Pulmonary Disease, COPD)患者,會因抽菸及空氣污染等因素而出現支氣管炎(chronic bronchitis)、肺氣腫(pulmonary emphysema)和支氣管性哮喘(bronchitis whistle)等症狀,目前臨床上尚無特效藥可治療上述症狀,因此患者常因呼吸困難而導致失能,最後死於呼吸衰竭。根據世界衛生組織(WHO)統計,近年來慢性阻塞性肺病(COPD)患者人數快速增加,已經成為世界上第四大死因;世界衛生組織並預估,在2020COPD將成為世界上第三死因及第五大造成失能的疾病。目前臨床上治療COPD患者之方式可分為消極的藥物治療及積極的行為治療兩種,而行為治療中又以戒菸和運動訓練為主。另外,根據文獻指出跑步機運動訓練可增加患者攝氧量及運動耐力,並可減緩呼吸困難之症狀,進而改善患者生活品質。然而,由於COPD患者運動耐受力較差,且在運動時容易產生呼吸困難之症狀,運動強度太強時,容易產生運動誘發氣喘而造成危險;運動強度太弱或是運動時間不足則達不到運動訓練效果,無法產生療效。因此,如何適時、適當地控制此類患者接收跑步機運動訓練之強度,以改善患者臨床症狀而不產生危險便成為臨床運動訓練之重要議題。綜上所述,本研究主要係針對慢性阻塞性肺病患者之臨床運動訓練需求,結合線上量測、生理訊號回饋、即時控制、遠端網路監控等技術,設計開發一套兼具生理回饋自動變速及遠距監控功能之『遠距監控智慧型生理回饋多功能跑步機』。

本研究所開發完成之『遠距監控智慧型生理回饋多功能跑步機』,利用使用者體溫回饋,提供較為量化之暖身運動;利用心跳回饋搭配使用者腳底著地位置偵測,可以適時地調整及控制使用者之運動訓練強度,同時也可更準確地判斷使用者之體能狀況,提早降低運動強度,並在不安全之情況下緊急停止跑步機,因此本研究所開發之跑步機可以適應於不同之使用者,並讓運動訓練效果更顯著且更安全;此外,本系統還可透過遠距監控伺系統進行居家運動復健,適用於未來遠距醫療之需要。

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前十字韌帶重建術術後動作控制及回饋刺激復健訓練系統

 

前十韌帶重建手術後患者常會伴隨有本體感覺(關節角度位覺、運動狀態覺)缺失之問題,進而造成膝關節穩定性不佳,使得患者容易有再發性傷害(recurrent injury)或膝關節炎(arthritis)的產生。目前臨床膝關節復健設備僅限於急性期之被動關節活動儀訓練,但是並沒有結合自主動作控制、本體感覺、視覺回饋等三項功能於一體之復健訓練設備,故必需仰賴臨床治療人員以口頭指示之方式進行訓練,此訓練方式缺乏客觀之量化標準,以致於治療品質不一致且無法降低治療成本。

本研究主要係針對前十字韌帶重建手術後患者之臨床本體感覺評估及動作控制復健訓練之需求,自行開發一套整合膝關節活動度量測、微電腦單晶片控制、生物回饋刺激及遊戲化復健訓練處方等技術於一體之「前十字韌帶重建術術後動作控制及回饋刺激復健訓練系統」,以突破現行臨床上對前十字韌帶復健缺乏量化評估工具及動作控制訓練設備之瓶頸。本研究之工作項目分為三個部份,第一部份為本系統之膝關節角度量測記錄單元硬、韌體設計製作;第二部份為本系統之動作控制及本體感覺回饋復健運動訓練軟體之設計開發;第三部份為本系統之系統驗證及臨床試用評估。

        本研究所開發完成之「前十字韌帶重建術術後動作控制及回饋刺激復健訓練系統」,除可提供臨床復健治療師對前十韌帶重建手術後病患進行科學化及定量化之膝關節角度及本體感覺評估外,亦可在「寓復健訓練於娛樂」之策略下提供前十字韌帶重建術術後患者一種創新且有效之本體感覺復健訓練。臨床實驗証明,膝關節角度位覺(JPS)及閉眼單腳站立身體晃動軌跡(BSSS)均有顯著之臨床療效。

 

 

 

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下肢截肢者腳底感覺補償及平衡控制復健訓練系統開發

 

下肢截肢常發生於糖尿病患者身上,患者在截肢以後會造成殘肢感覺缺失,此外下肢截肢患者也會面臨平衡障礙的問題,包括不正常的步態、容易跌倒及喪失日常生活自理能力等。根據國內外臨床文獻調查,目前臨床上最常用來改善下肢截肢患者感覺缺失及平衡控制之復健訓練方法多以感覺再教育、平衡桿訓練下肢截肢患者患側之承重及站立平衡訓練為主。然而,現行之感覺缺失及平衡控制復健訓練都必須仰賴物理治療師主觀的判斷,並以口訴方式矯正患者,此種訓練方式不但缺乏客觀之量化標準且必須要有治療師伴隨,因此治療成本一直高居不下,而且整個復健療程費時且效率不彰。

根據國內外文獻調查發現,目前國內外並沒有任何結合感覺補償及平衡控制之醫療器材可供下肢截肢者進行臨床復健訓練。然而,2002年美國波士頓大學生物工程學系Collins教授以實驗證實利用次閥值隨機共振刺激(sub-threshold stochastic resonance stimulation)可以改善人體之平衡控制能力,但至今仍未發展出一套真正臨床實用之次閥值隨機共振刺激平衡控制復健訓練器材。

        本研究所開發完成之「下肢截肢者腳底感覺補償及平衡控制復健訓練系統」,不但可提供下肢截肢者腳底感覺補償功能,也可以改善下肢截肢患者平衡控制能力,進而促使下肢截肢者腳底感覺回饋、不正常的步態、容易跌倒及喪失日常生活自理能力等臨床問題獲得改善。對於臨床治療人員而言,本系統除可提供一客觀的臨床復健訓練量化工具,而且可以提高治療品質、縮短復健療程。

 

 

 

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