第一章 前言與簡介
1-1 前十字韌帶生理解剖構造、其損傷機制、及重建手術後復健
膝 關 節 主 要 韌 帶 包 括 前 十 字 韌 帶 (anterior cruciate ligament, ACL)、後十字韌帶(posterior cruciate ligament, PCL)、內側副韌帶 (medial collateral ligament, MCL)、以及外側副韌帶(lateral collateral ligament, LCL) [1]，其中前十字韌帶以及後十字韌帶位於股骨(femur) 和脛骨(tibia)間，呈交叉十字狀(如圖 1-1 所示)，因此得其名[2]。於上 述韌帶當中，部分或完全斷裂的情形好發於前十字韌帶，其主要的功 能是限制脛骨相對於股骨向前位移(anterior translation)。除此之外，
前 十 字 韌 帶 也 能 夠 減 少 脛 骨 相 對 於 股 骨 旋 轉 以 及 膝 關 節 內 翻 (inversion) 或 外 翻 (eversion) 的 應 力 ， 並 提 供 調 節 螺 旋 機 轉 的 機 制 (screw-home mechanism)，進而避免超出正常活動幅度[1]。其中螺旋 機轉主要由脛骨和股骨的接合面所導引，當膝關節由屈曲(flexion)動 作到伸展(extension)動作時，前十字韌帶張力開始慢慢增加，使得脛 骨隨著前十字韌帶的張力而外轉，故當膝關節彎曲在任何角度時，前 十字韌帶中總有一部分的纖維仍然維持一定的張力，其目的是為了要 維持此角度下膝關節的穩定度。
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圖 1-1、前十字韌帶於膝關節的位置(依“Color atlas of anatomy: a photographic study of the human body.”(6th ed.) Fig.73.8, Fig.73.9[3]轉製)
前 十 字 韌 帶 損 傷 的 情 形 主 要 分 為 三 種 ， 分 別 為 ： 過 度 伸 展 (hyperextension) 、 脛 骨 外 旋 轉 (external rotation) 以 及 過 度 屈 曲 (hyperflexion)[1]，其中以第一種情形之過度伸展最常發生，尤其是在 激烈運動當中，股骨前側受到激烈撞擊時，前十字韌帶可能過度拉扯 而產生斷裂或損傷的現象。
雖然近年來之前十字韌帶重建手術能夠經由微小鏡頭及纜線引 導(arthroscopic)避免較大手術傷口[4]，但不論遭遇前十字韌帶斷裂後 是否進行重建手術，原則上均需配合長期的復健訓練才能恢復原來之 肌力狀態。其中復健訓練之成果好壞將決定患者恢復的時程，這對於 必須在短時間內回到運動場的頂尖運動員來說極為重要[5]。
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1-2 前十字韌帶損傷之術後復健
1-2-1 等長收縮訓練、等張收縮訓練、及等速收縮訓練
膝關節等長(isometric)收縮的訓練方式是指在訓練過程當中，肌 肉長度維持在一特定長度進行訓練，或者是膝關節角度維持在某特定 角度進行訓練；膝關節等張(isotonic)收縮訓練則指在一活動範圍時，
膝關節肌肉承受固定的張力值；膝關節等速(isokinetic)收縮訓練則是 在訓練的過程當中，訓練動作的速度是維持固定的，意即儀器所給予 的阻力值會根據受試者肌力而有所變化，當受試者能達到儀器預設速 度時，儀器會給予受試者適當阻力使得運動速度能夠維持在一預設值
[6]。此三種訓練方式皆已廣泛運用在膝關節復健訓練上，等長收縮 訓練能夠依特定角度(30 度、60 度、90 度等)進行靜態的動作訓練，
故在安全考量上較不像動態運動模式容易在訓練過程中再度使得韌 帶發生斷裂的意外。然而，這樣的訓練方式與日常生活中的動作較不 一致，訓練的成果將非常有限。等張收縮訓練雖屬於動態動作的訓練 方式，但為遷就前十字韌帶在膝關節各運動角度所能承受最大張力值 而必須選擇一最低張力值作為訓練標準以避免在訓練過程當中再度 發生斷裂等傷害，因此無法使得膝關節相關肌群在不同膝關節角度得 到最佳的訓練效果[7]。等速收縮訓練則改良此兩種模式之缺點，讓 復健訓練符合動態運動的訓練方式，亦能讓膝關節在不同的角度下依
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不同的肌力表現得到不同的阻力。在一定的角速度訓練下，只要使用 者產生越大的力量則等速肌力訓練儀將相對提供越大的抵抗，使得整 體訓練過程能夠在一預設之特定角速度下進行，以達到最佳訓練成 效。
如圖 1-2 左圖所示，膝關節在一般活動範圍內(range of motion,
ROM)，其肌力強度會在不同角度對應不同之最大力矩值。因此，在 等速肌力訓練以及等張肌力訓練兩種訓練過程中不同的肌力輸出百 分比會呈現如圖 1-2 右圖所表示之差異[7]。由此可知，等速肌力訓練 於不同之 ROM 均可產生 100%的肌力輸出。
圖 1-2、於關節活動範圍(range of motion, ROM)所產生之力矩強度(左) 以及 等速肌力訓練與等張肌力訓練肌力輸出百分比之差異(右) (圖式依 Davies GJ, “A compendium of isokinetics in clinical usage and rehabilitation techniques” (2nd ed.) Fig.1-2, Fig.1-6[7]轉製)
雖然等速肌力訓練有較好之訓練成效，但受限於等速肌力訓練下 特定運動模式所伴隨的問題，於實際應用上仍有許多急待克服之處，
其內容將詳述於下文中。
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1-2-2 閉鎖動力鏈運動與開放動力鏈運動
一般來說，膝關節復健就訓練模式另可分為閉鎖式動力鏈運動 (CKCE: closed kinetic chain exercise)與開放式動力鏈運動(OKCE:
open kinetic chain exercise)兩種訓練模式，其定義上的差別是以受試 者腳底部是否承受阻力來做區分。CKCE 訓練模式指的是受試者在復
表 1-1、膝關節閉鎖式動力鏈運動(CKCE)及開放式動力鏈運動(OKCE)之比較 閉 鎖 式 動 力 鏈 運 動
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CKCE 訓練模式通常是以登階或踏車(圖 1-3 左)等方式來施行，
而 OKCE 訓練模式的訓練則較多樣化，包括了各式抬腿、踢腿、或 再以沙包綁腿增加阻力等方式進行。在 CKCE 訓練模式下，由於肢 體會受限於硬體的架構(階梯、踏車等設備)，故無法針對特定肌肉進 行訓練。相反的，使用 OKCE 訓練模式則可以針對特定肌群做訓練 以提高特定肌群的訓練成效。其中等速肌力訓練儀(圖 1-3 右)即是針 對特定肌群而設計的 OKCE 訓練裝置，不過也因為如此，等速肌力 訓練儀所提供之訓練也伴隨了所有 OKCE 訓練模式之缺點。最明顯 的情形就是當前十字韌帶受損或斷裂後，於 OKCE 訓練模式下脛骨 向前位移的情形[8, 10]。由於脛骨前移會造成生理上的疼痛進而影響 訓練成果，故此類的復健訓練常常必須延後至開刀後三個月的時間，
以待膝關節穩定度提升至一定程度後方能實施。如此不但錯過一般復 健上的黃金時期，更可能導致更多相關肌群的萎縮。
圖 1-3、閉鎖式動力鏈運動之踏車系統(HASOMED GmbH)(左)與開放式動力 鏈運動之等速肌力復健系統(HUMAC NORM)(右)
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因此，為能夠及早以等速肌力訓練儀進行有效率之訓練，市面上 提供了一套被動預防脛骨前移的機械性裝置(圖 1-4 左)用以改善在使 用一般固定裝置(圖 1-4 右)時所產生的脛骨前移現象。
圖 1-4、被動預防脛骨前移的機械裝置(CYBEX option: Johnson anti-shear accessory)( 左 ) 與 一 般 使 用 之 固 定 裝 置 (CYBEX basic component: Knee/Hip Stabilizer Pad)(右)
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然而，使用此預防脛骨前移裝置所得到之力矩值常常呈現不正常 之改變趨勢(圖 1-5 右所示之 10 至 40 度之間)，故在臨床判讀上將會 面臨許多問題以致於無法正確評估膝關節等速肌力訓練之成效。有鑑 於此，本研究欲另開發一預防脛骨前移裝置用以同時改善脛骨前移以 及力矩值不正常等情形，並期待能夠以類似穿戴一般固定裝置的方式 (圖 1-4 右)，安全的達到等速肌力訓練之成果。
圖 1-5、使用一般固定裝置(左)以及使用機械性預防脛骨前移裝置(右)
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