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不同背墊之呼吸與舒適滿意度評估

為了解決痛風位置圖的問題，作者林琮尉 這樣論述：

在過去一個世紀中，辦公室作業的工作者比例增加，這些工作者也因為腰椎的活動幅度較少，長期之下有可能造成腰背部疼痛風險提高。現今市面上已有各種不同的抒壓背墊，但缺乏科學的依據和客觀的訊息來證明使用上的效果，目前尚未有個明確的指標。本研究將導入生物力學，以一辦公室座椅搭配市面上常見的四種背墊，並量化受測者使用背墊時的數據：腰椎角度曲線、肺功能以及BPD問卷。本研究將徵求30 名男性成年人，實驗主要目的是比較下列市面上較常見的四種背墊。並利用生物力學觀點進行各個背墊在實驗測試下個別比較出差異，由一個坐姿比較腰椎及骨盆時的角度變化、呼吸功能之差異，以上的儀器實驗完成後再請受測者填寫不舒適評量表。結果發

現，在使用背墊上確實可以使得腰椎前凸的現象更加明顯，除了可以使骨盆較前旋以外，也可減緩臀部的帄均壓力，使得壓力集中部分遠離坐骨粗隆的位置，並使胸腔在吸氣是能有較大的空間，這部分雖說受測者大多都無法感覺出這細微的差距，但在數據中確實比無使用背墊的情況來的優越。

動力輔助膝上義肢機構設計與本體感覺補償暨協同控制系統開發

為了解決痛風位置圖的問題，作者徐啟峰 這樣論述：

病患下肢截肢後負責腿部伸屈動作之主肌肉群及膝關節以下構造均被切除，導致下肢肌力不足及本體感覺喪失，因此病患穿戴義肢行走時，須使用殘肢髖關節甩動義肢結構使膝關節彎曲，但易造成義肢膝關節晃動，無法精準地控制膝關節角度，導致運動控制不良，且病患行走時也會消耗較多能量，容易產生步態不穩而跌倒。爰此，本研究係針對上述截肢病患下肢運動控制不良、本體感覺喪失等問題，擬整合動力輔助義肢膝關節機構設計、本體感覺補償模組開發、協同控制系統設計，完成一套「動力輔助膝上義肢機構與本體感覺補償暨協同控制系統」，並進行功能性驗證。本研究工作將分三部分進行。第一部份動力輔助義肢膝關節機構設計，其工作細項包括義肢膝關節機構

設計、動態模擬分析、義肢結構分析、雛型加工與製作等。其中義肢膝關節機構設計工作，係採用Solidworks工程繪圖軟體建構3D模型，再進行細部機械設計及工程繪圖；接著，進行義肢膝關節機構動態模擬分析，以確認義肢結構元件間無干涉現象發生；除此，本研究也使用COSMOSWorks軟體之有限元素分析(Finite Element Analysis)模組進行義肢膝關節結構力學分析；最後，進行實體雛型加工製作與組裝。第二部份本體感覺補償暨協同控制系統開發工作，研究工作包括步態資料庫建立、關節角度量測單元製作、腳壓感測單元製作、控制單元製作、協同控制法則程式設計、人機介面程式開發等。首先，本研究係利用Ze

bris 超音波三度空間動作分析系統測量正常人行走時站立期及擺盪期之單側髖與膝關節角度，並建立正常人常模步態資料庫。另外，也設計關節角度量測支架，並在膝關節旋轉中心上附加旋轉式可變電阻(Variable Resistor , VR)以完成關節角度量測單元，以使關節角度改變時可即時帶動旋轉軸心，改變可變電阻訊號。至於腳壓感測單元則是使用薄膜壓阻式壓力感測元件(Force Sensing Resistor , FSR)貼附於鞋墊上腳底蹠骨頭與腳跟位置，藉由腳底壓力感測訊號判斷步態週期之站立期及擺盪期。控制單元之主要元件包括總電源開關、繼電器、變壓穩壓器、端子板與馬達驅動器等。本研究也利用LabVI

EW程式語言開發協同控制法則及人機介面程式，其中協同控制法則之設計理念係利用健側膝關節、髖關節角度與腳壓等資料，判斷受測者處於步態週期期程，並建立受測者健側膝關節與髖關節角度動態控制用步態資料檔，再經由患側髖關節角度比對動態控制用步態資料檔，取得義肢膝關節之協同目標角度，進而利用運動學分析決定義肢膝關節馬達控制訊號，透過閉迴路控制機制使義肢膝關節能達到所決定之協同控制目標角度；另外，人機介面程式則包括感測元件校正介面、步態判斷即時顯示介面、雙側膝關節角度曲線即時顯示介面、馬達控制介面等。第三部份則是進行整合本研究第一部分及第二部分所完成之軟硬體後之功能驗證，其工作細項分為靜態功能驗證與動態功能

驗證兩項。其中靜態功能驗證包括義肢膝關節傳動機構行程控制驗證與義肢膝關節角度控制驗證，其中行程控制驗證係利用線性尺規進行義肢傳動機構行程測量，並與目標行程進行誤差計算及線性迴歸分析，行程測量平均誤差為0.023±0.175mm；透過迴歸分析所得之結果為y=x+0.027（R2 =0.9999）；至於角度控制驗證則係利用數位電子角度水平儀進行義肢膝關節角度測量，並與目標角度進行誤差計算與線性迴歸分析，實驗結果發現角度量測平均誤差為0.005±0.074°，其迴歸分析結果為y=1.0013x-0.0361（R2 = 1）。本研究在進行動態功能驗證時，首先係製作一組實驗機座，再將義肢膝關節固定於實驗

機座，以模擬受測者步行時膝關節之擺盪動作。然而經由動態功能測試發現義肢膝關節在擺盪時，因所選用之馬達扭力不足無法帶動義肢執行屈曲之動作，但為了驗證所開發之協同控制膝關節角度程式，實驗過程改為將義肢義足固定於地面，以評估義肢膝關節在協同控制程式操作時之角度變化，類似模擬人體靜止站立時執行蹲下動作時膝關節角度之改變。本研究動態功能驗證係徵召一位正常年輕人為受測者，實驗假設受測者右腳為患側、左腳為健側；首先受測者穿戴本研究所開發之關節角度量測單元與腳壓感測單元，並利用本研究所開發之協同控制系統進行前述固定於地面之義肢膝關節角度操控；實驗設計係由受測者在平地步行10公尺為一個測試週期，且共完成十個測試

週期，每個測試週期擷取3步之髖與膝關節角度進行評估，測試時係即時記錄受測者健(左)側髖、膝關節角度及模擬患(右)側髖關之角度，依照第二部分所設計之協同控制法則決定義肢膝關節目標角度後進行控制；實驗過程係比較義肢膝關節與受測者左側膝關節之角度變化曲線，以計算角度誤差和延遲時間作為協同控制評估標準。實驗結果顯示，受測者行走30步在未進行協同控制參數最佳化調整前，健側膝關節與義肢膝關節屈曲最大角度之平均誤差為3.991±1.203°，誤差百分比為10.667%；接著，本研究進行控制參數最佳化調整後膝關節角度平均誤差降為0.748±0.898°，誤差百分比為1.968%。另外，實驗數據顯示義肢膝關節動

作控制延遲時間平均為0.025±0.022秒。由上述動態功能驗證結果顯示，本研究所開發之義肢系統應可供截肢者使用於平面行走時，達雙側膝關節角度協同控制之目標。本研究完成「動力輔助膝上義肢機構設計與本體感覺補償暨協同控制系統開發」，透過協同控制法則，可達到雙側膝關節角度協同之結果，未來可應用於截肢患者，以改善病患穿戴膝上義肢後行走姿勢不協調、本體感覺回饋缺失與運動控制不良現象。