結 合 視 / 聽 覺 生 物 回 饋 髖 關 節 本 體 感 覺 訓 練 系 統

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1 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 2007 摘要 髖關節置換手術後患者由於股骨頭、周邊韌帶及關節囊在手術中遭受切除，同時髖部外展肌(hip abductor)也受到剝離而損壞，進而導致髖部本體感覺缺失(proprioception deficit)及外展肌力不足(hip abductor weakness)。究其原因，主要係人體感覺接受器是附著於韌帶與關節囊上，由於韌帶及關節囊被切除，而降低了髖部本體感覺能力。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，因此當術後患者同時執行髖關節彎曲與內收時，由於髖臼杯與人工股骨頭間的關節附著力不足，則易導致發生髖關節脫位，而須接受二次重置手術。然而，目前臨床上對於髖關節手術後病患本體感覺復健治療尚未有共同一致性的方法，常見方法如下肢承重訓練、髖外展肌力訓練、下肢協調運動訓練及動態平衡訓練等，然而這些訓練均無法從人體內在感覺傳導路徑根本地重建本體感覺。再者，臨床上多係由治療人員以口訴、徒手方式進行，不但無客觀之量化標準，而且治療效果及治療品質也無法確保。另外根據文獻指出，患者進行運動控制復健訓練時如能給予適切的視覺(visual)及聽覺(auditory)之生物回饋，將有助於重建其缺失之本體感覺、達到動作學習之療效。另外，國內骨科醫師也有研究報告指出，當術後病患髖關節彎曲(hip flexion)至90度時，限制其髖部同時發生內收(hip adduction)動作，將可有效降低髖關節脫位之發生。因此，如何設計一套結合視/聽覺生物回饋機制之髖部本體感覺訓練系統及一組被動式防止髖關節脫位復健護具，將是改善目前臨床上髖關節置換手術後病患於本體感覺復健治療上訓練效果不佳及術後關節容易脫位之重要研究課題。爰此，本研究之主要目的係為了改善上述髖關節置換手術後病患本體感覺缺失及關節脫位之問題，開發一套「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」，以期改善髖關節置換術後病患復健治療之瓶頸。 2007 研究架構 2007 設備開發、軟硬體整合、功能驗證 2007 臨床測試 生物回饋髖關節本體感覺訓練系統 本研究係與台中市立復健醫院合作進行臨床試用測試，測試過程評估療效之指標係採用髖關節角度誤差值(Joint Position Sense, JPS)與靜態站立閉眼下身體晃動軌跡值(Static Balance test, SBT)，兩項指標數據分別由Zebris超音波三維動作分析儀及Zebris測力板所量測。測試對象為單側髖關節置換手術後患者，其Harris髖關節功能評估量表分數界於70~79，意識清楚且無嚴重疼痛或其他併發症發生者。臨床測試分為三階段進行，第一階段為比較新開發系統與傳統訓練治療策略之療效，共收測14位受試病患(5位男性及9位女性)，隨機分為實驗組與控制組。實驗組採用本研究新開發之系統進行30分鐘生物回饋之訓練(視覺回饋、聽覺回饋訓練)，而控制組則採用傳統本體感覺訓練治療策略(承重訓練、肌力訓練、協調訓練、平衡訓練)30分鐘。第二階段為比較前述六種訓練治療策略之個別療效，共收測6位受試者(3位男性及3位女性)，各分別進行六種訓練治療策略為時30分鐘，接著分別比較訓練前、訓練後一天至五天中，其個別療效差異。第三階段為本體感覺三種治療機制三天療程之療效，共收測3位受試者(2位男性及1位女性)，分別進行視覺回饋訓練(改變傳導機制)、肌力訓練(刺激受器機制)及平衡訓練(強化傳導機制)等，每次30分鐘，每天訓練一次，共進行三天。接著分別比較三種訓練機制於三天療程中之療效差異。臨床測試結果係使用SPSS統計分析工具軟體，以無母數統計法之魏克森訊號等級測驗法(Wilconxon Signed Ranks Test)進行分析。 本研究導入視聽覺回饋機制與閉迴路控制理論進行系統設計。本訓練系統係自行設計碳質電位計做為關節角度量測裝置，透過音頻電路產生音頻回饋。另外也利用8051控制板做為主控單元。再以LabView工具程式設計軟體進行訓練系統人機界面開發，所開發系統共有四大模組，分別為即時角度測量、視聽覺回饋訓練、訓練處方規劃及訓練結果分析等。 第一階段實驗結果 第二階段實驗結果 第三階段實驗結果 髖關節角度誤差值 髖關節角度誤差值 身體重心晃動軌跡值 本體感覺訓練系統之訓練介面 本體感覺訓練系統之分析介面 身體重心晃動軌跡值 被動式防止髖關節脫位復健護具 本研究導入TRIZ創新設計理論進行護具機構概念之創思設計，最後採用封閉式曲柄半球面運動結構為此護具設計之概念。接著，以Solid Works 2007繪圖軟體進行護具之設計圖繪製，再以PE材料實體製作。本研究也進行護具功能測試，其功能為在髖彎曲90度前可自由活動不限制其功能；當超過90度時，限 制髖內收，並導引至外展。 髖關節角度誤差值 身體重心晃動軌跡值 2007 臨床測試結果 本研究第一階段在比較新開發系統與傳統訓練治療策略之療效方面，實驗結果發現兩組受試者訓練前後之髖關節角度誤差值與身體重心晃動軌跡值方面均有顯著改善( P = < 0.05)，而實驗與控制兩組相比則無顯著差異(P = 0.612)，其髖關節角度誤差值改善率分別為11.5%(實驗組)與9.3%(控制組)；在身體重心晃動軌跡值改善率則為13.0%(實驗組)與14.3%(控制組)。本研究第二階段在比較六種訓練治療策略之個別療效，結果發現肌力訓練及視覺回饋等兩項策略對本體感覺強化療效最佳，其髖關節角度誤差值改善率分別為8.5%(肌力訓練)與2.8%(視覺回饋)；在身體重心晃動軌跡值改善率則為12.6%(肌力訓練)與10.2%(視覺回饋) 。最後，本研究進行本體感覺三種治療機制三天療程之療效，實驗結果發現肌力訓練與平衡訓練在持續訓練後，其療效隨著訓練次數而增加，三天後髖關節角度誤差值改善率分別為4.2%(肌力訓練)與5.3%(平衡訓練) ；而視覺回饋訓練則有當日最佳立即治療成效(髖關節角度誤差值改善率為32.4%)。 Solid Works繪製之設計圖 PE材料加工之實際成品 醫療機電工程研究所碩士班 研究學生：林俊杰 指導教授：李明義