第一節 研究對象
一、實驗參與者
本研究主要以國立臺灣師範大學運動代表隊員為研究對象 (運動能力水平為國內 運動賽事甲一級運動員)，以坎伯蘭踝關節不穩定問卷 (Cumberland Ankle Instability Tool, CAIT) 作為篩選實驗參與者納入與排除條件，共發放 235 份問卷，扣除無效問卷 (凡有 隨便作答、相同答案連續出現或資料缺漏不全者) 後，回收有效問卷共 185 份。本研究 招募的 30 位運動員由 185 份問卷中，挑選 10 位健康控制組、10 位潛在組與 10 位不穩 定組，實驗參與者的配對均依健康控制組的性別、年齡、身高、體重進行配對，其中不 穩定組將額外由運動防護員進行踝關節理學測試。本研究實驗參與者的運動項目人數分 別為籃球 6 人、網球 6 人、排球 4 人、羽球 3 人、桌球 3 人、跆拳道 3 人、田徑 3 人、
足 球 2 人 。 本 研 究 內 容 通 過 臺 北 醫 學 大 學 暨 附 屬 醫 院 人 體 實 驗 委 員 會 審 查 (TMU-JIRB201403009)，並遵守赫爾新基宣言的聲明召募自願實驗參與者，所有實驗參 與者在實驗前，均確實了解實驗工作並填寫研究同意書與健康調查表，並在實驗工作進 行中盡力達到研究所要求目標。
二、樣本篩選與排除
對於踝關節不穩定的描述狀況具有良好的再測信度 (intraclass correlation coefficient, ICC = 0.96) (Cynthia et al., 2013; Kathy et al., 2013)。藉由 CAIT 問卷可明確區別實驗參與 者的踝關節情況作為納入各組標準，為了確保每位參與者的踝關節類型是否符合 CAIT 區別標準，將額外接受合格防護員與物理治療師檢測踝關節穩定度，包括前拉測試 (anterior drawer test) 與距骨傾斜測試 (talar tilt test) 作為評估踝關節為穩定或不穩定 (stable or unstable) (Park & Singh, 2014)。
表 3-1-1 不同組別定義與排除條件
第二節 實驗儀器與器材
本研究動力學資料使用 Kistler 測力板收集地面反作用力參數，無線肌肉電訊號擷取 系統收集下肢肌肉活化情形，運動學資料使用 Vicon 三度空間影像擷取系統，搭配 Nexus 軟體內建 Plugin gait Full body Model (SACR) 進行參數的收集 (表 3-2-1)。實驗進行前，
先以馬丁尺量測各關節肢段維度資料，再以 10 台紅外線攝影機 (包含 4 台廣角鏡頭、2 台長鏡頭與 4 台一般鏡頭)，收集實驗參與者反光球點之運動學資料。測力板訊號收集 以四個單軸力量傳感器，將所感測的電壓輸出至訊號放大器，再經由類比數位訊號轉換 器，將訊號傳輸至 Vicon 64 通道數位轉接盒，使其資料輸入 Vicon 系統，再利用 Nexus 軟體進行影像資料與地面反作用力資料同步收集與計算。而 Delsys 無線肌肉電訊號利用 64 pin 訊號連接線，將 8 條 EMG 訊號以 BNC 連接線分送至 64 通道轉接盒再轉入 Vicon 系統，作為肌電訊號與人體動作擷取系統同步收集方法。
本研究收集運動學與動力學參數，使用之相關實驗器材與分析軟體，茲陳述如下：
一、儀器設備
1. 測力板 3 塊 (2 塊 Kistler 9260AA6、一塊 Kistler 9287BA)
2. 紅外線高速攝影機 10 台 (Vicon MX13+; Oxford Metrics Ltd., Oxford, UK)。
3. 無線肌肉電訊號 8 條 (Trigno Wireless EMG System, Delsys Inc., MA, USA)。
4. 64 通道數位訊號轉換盒 1 台 (訊號同步接收)。
5. 64 pin 訊號傳輸線 1 條 (Delsys 與 Vicon 訊號同步)。
6. 自製反應燈訊號盒。
7. LED 反應燈 3 組。
8. 紅外線感應光閘。
9. 馬丁尺 1 組。
10. 木箱高台 30 cm。
11. 壓克力製跳欄 (高：15 cm)。
12. BNC 訊號線 3 條 (長：10 米)。 圖 3-2-1 紅外線感應光閘製作流程
二、資料處理相關軟體
1. Visual 3D motion analysis 動作分析軟體 (C-Motion, Rockville, MD, USA)。
2. Vicon Nexus 1.8.2 影像系統資料分析軟體。
3. SPSS 18.0 統計分析軟體。
4. Origin Pro 9.0 版繪圖軟體。
圖 3-2-2 Vicon Plugin gait Model (SACR) 反光球黏貼位置參照
表 3-2-1 Plugin gait Full body Model (SACR) 反光球標記位置
肢段 位置
頭部 RFHD、LFHD、RBHD、LBHD 軀幹 C7、T10、CLAV、STRN、RBAK 右手臂 RSHO、RELB、RWRA、RWRB、RFIN 左手臂 LSHO、LELB、LWRA、LWRB、LFIN 髖部 LASI、RASI、SACR
左下肢 LTHI、LKNE、LTIB、LANK、LHEE、LTOE 右下肢 RTHI、RKNE、RTIB、RANK、RHEE、RTOE 追蹤光點 (tracking markers)
右手臂 RUAT、RFAT 左手臂 LUAT、LFAT
大腿 RT1、RT2、RT3、RT4；LT1、LT2、LT3、LT4 小腿 RL1、RL2、RL3、RL4；LL1、LL2、LL3、LL4 足部 RF1、RF2、RF3；LF1、LF2、LF3
第三節 實驗程序
本實驗進行過程如下：
一、實驗參與者簽署「實驗參與者同意書」
研究者對實驗參與者說明本研究動作要求、目的與相關時程後，填寫實驗參與者同 意書。
二、測驗流程
實驗開始進行前，先以馬丁尺量測人體肢段參數與基本資料測量 (最大跳躍高度、
大轉子至踝外髁長度、骨盆寬度、足長)，接續放置反光球與肌電電極，其反光球位置 依循 Plugin gait Full body Model 為依據，黏貼 60 顆反光球 (1.27 cm)，並在大腿、小腿 與足背放置追蹤光球，依此模型建構出 15 個人體肢段 (Sinsurin, Vachalathiti, Jalayondeja,
& Limroongreungrat, 2013)。接續詢問實驗參與者下肢踝關節不穩定側 (患側)，在患側欲
黏貼肌電位置的皮膚表面進行清潔，再以醫療用紗布輕刮皮膚表面至發紅或剃毛處理，
最後再次以酒精擦拭，減少皮膚表面髒汙或毛髮所產生的雜訊，接續在欲測量的肌腹上 黏貼電極貼片。
檢查無線肌肉電訊號收集患側的下肢臀中肌 (gluteus medius, GM) (側躺姿勢髖關 節呈外展動作時，髂後上棘與大轉子連線的肌腹最膨大處)、股直肌 (rectus femoris, RF) (膝關節呈屈曲動作時，髕骨上方約 10 指幅的肌腹最膨大處)、股內側肌 (vastus medialis, VM) (膝關節作屈曲動作時，股骨內髁上方約 3 指幅的肌腹最膨大處)、股二頭肌 (biceps femoris, BF) (俯臥姿勢膝關節呈屈曲動作時，膕窩上方約 10 指幅的肌腹最膨大處)、脛 骨前肌 (tibialis anterior, TA) (踝關節呈背曲收縮時，脛骨粗隆下約 4 指幅的肌腹最膨大 處)、腓骨長肌 (peroneus longus, PL) (踝關節呈外翻收縮時，腓骨頭下約 3 指幅的肌腹最 膨大處)、內側腓腸肌 (medial gastrocnemius, MG) (踝關節呈蹠曲動作時，腓腸肌外側離 膕窩下約 5 指幅的肌腹最膨大處) 與比目魚肌 (soleus, S) (踝關節呈蹠曲動作時，小腿下
三分之一處於比目魚肌肌腹最膨大處) 等 8 條肌肉。經由簡單的下蹲跳與直膝跳等動作 測試觀察肌肉活化訊號是否正常。完成肌電訊號測試後，接續測試 3 塊測力板的地面反 作用力，依動作的特性設定採樣頻率、取樣時間。每次實驗參與者進入測力板前應先進 行訊號歸零 (reset)，避免測力板電壓累積造成資料誤差。
三、實驗流程架構
圖 3-3-1 實驗流程架構
第四節 功能性動作測試
實驗參與者在進行動作測試前須進行 5 分鐘自主暖身與動作練習與試作，待實驗參 與者熟悉測試動作後再開始進行資料收集，為了 避免動作練習過程產生學習效應 (learning effect) 影響實驗數據，因此，所有實驗工作順序將以擲骰子進行隨機分配 (random assignment)。本實驗工作在水平、側向與垂直方向的動作測試中，每種動作均 採用腳趾足跟策略 (toe-heel strategy) 著地後要求單腳姿勢平衡，並以對側腳維持膝關 節屈曲約 45 度 (後勾動作)，雙手需置於髖部，眼睛直視前方保持動作平衡 5 秒鐘。若 著地時失去平衡、用對側腳著地、支撐腳腳掌移動或翻動、額外的小跳步與上半身或對 側腳的擺盪過大皆算失敗，出現上述情形視為失敗動作，標準動作為著地後快速且順利 維持平衡視為成功動作，每種運動任務將收集 5 次即算完成。
不同方向測試動作如下所示：
(一) 水平方向：跨越障礙前跳動作
動作內容：前跳動作將跨越一個高 15 cm、長 50 cm 的跳欄 (hurdle)，其跳欄擺放 位置以測力板中心點向外延伸腿長 100%距離，其跳躍距離設定之標準化方式為實驗參 與者腿長長度為依據 (髖大轉子至踝外髁) (Liu et al., 2013)。
動作說明：實驗參與者之預備位置以跳欄為基準，向外步行兩步之距離作為實驗動 作起始點，待動作開始後實驗參與者以自身舒適之步長，行走兩步後以對側腳 (非受傷 腳) 單腳起跳跨越跳欄，接續以患側進行單腳著地於測力板上保持平衡 5 秒鐘。
圖 3-4-1 單腳跳跨越障礙著地動作示意
(二) 側向方向：側向跳動作
動作內容：實驗參與者站立於兩塊測力板間以單腳平衡預備動作，當動作開始時，須連續左右 側向跳四次，在第四次著地後須以單腳著地保持平衡 5 秒鐘。
動作說明：
連續側向跳動作分為外側側向跳動作 (誘發外翻模式) 與內側側向跳動作 (誘發內 翻模式)，實驗參與者的跳躍距離標準化方式為實驗參與者左右邊髂前上棘寬度 140%。
動作要求連續側向跳的頻率以自身舒適的側向跳速度為主，每次跳躍均須確實著地於指 定範圍內，若著地位置未於該指定距離或超出該指定距離的 30%均視為失敗動作。
圖 3-4-2 連續單腳側向跳著地動作示意
(三) 垂直方向：著地反跳動作
動作內容：實驗參與者站上高台後，以雙手叉腰在不受外力干擾下，患側單腳懸空於高台外為 預備動作，待研究者告知開始後則可執行測驗動作。當聞開始口令後，以實驗參與者以 垂直方式落下，要求在著地後盡可能以最快速進行反向垂直跳，而起跳後以慣用手觸及 目標物，其高度設定為實驗參與者站立時雙手伸展高度加上 50%的最大垂直跳高度 (Wikstrom et al., 2005)，接續要求著地反跳後的第二次著地須以患側單腳著地平衡。
動作說明：
實驗參與者頭部上方將放置三片LED反應燈，燈具大小為10*10的正方形面積，三 片反應燈間距為25 cm，反應燈的燈亮順序為事先擲骰子決定順序的編排。反應燈亮時 宜為實驗參與者由高台垂直落下後，著地瞬間遮斷紅外線感測器時 (放置於地面測力板 外側邊中心位置)，反應燈則通電發亮，當反應燈發亮時必須立刻觸及目標燈，接續單 腳著地平衡5秒鐘。
圖 3-4-3 著地反跳結合視覺任務動作示意
第五節 資料處理與分析
本實驗資料收集以測力板 (1000 Hz)、無線肌肉電訊號 (1000 Hz) 與Vicon三度空間 影像擷取系統 (200 Hz)，同步收集運動學與動力學參數。使用Visual 3D參照Dempster (1973) 提出的人體肢段參數計算下肢各關節角度、速度與力矩等生物力學參數，三度空 間反光球座標資料以Butterworth fourth order低通濾波法進行訊號平滑 (smoothing) 處 理，截止頻率為8 Hz；測力板的原始力量經過40 Hz的低通濾波處理後計算力量、力矩 等參數 (Sinsurin et al., 2013)。
無線肌肉電訊號所獲得資料以Visual 3D進行分析處理，原始肌電圖資料以寬帶濾波 (band pass 20-500 Hz) 濾波處理後，將所獲得的肌電振幅以每30 ms為時間窗格 (time window)，進行平方開根號計算均方根肌電振幅 (root mean square, RMS)，取用3次測試 結果計算平均肌電振幅，所有資料的呈現皆以3次測試結果平均後，以降低誤差的可能 性表示之。肌電訊號標準化方式以實驗動作過程的下肢各肌電活化最大值作為動態標準 化 (dynamic normalization, % max EMG) 的基準值 (Albertus-Kajee, Tucker, Derman, Lamberts, & Lambert, 2011)。動態姿勢穩定參數依據Fx、Fy、Fz三方向的地面反作用力 來量化動態姿勢穩定指數，包括前後、左右、垂直與三方向加總的整體表現 (Wikstrom
無線肌肉電訊號所獲得資料以Visual 3D進行分析處理，原始肌電圖資料以寬帶濾波 (band pass 20-500 Hz) 濾波處理後，將所獲得的肌電振幅以每30 ms為時間窗格 (time window)，進行平方開根號計算均方根肌電振幅 (root mean square, RMS)，取用3次測試 結果計算平均肌電振幅，所有資料的呈現皆以3次測試結果平均後，以降低誤差的可能 性表示之。肌電訊號標準化方式以實驗動作過程的下肢各肌電活化最大值作為動態標準 化 (dynamic normalization, % max EMG) 的基準值 (Albertus-Kajee, Tucker, Derman, Lamberts, & Lambert, 2011)。動態姿勢穩定參數依據Fx、Fy、Fz三方向的地面反作用力 來量化動態姿勢穩定指數，包括前後、左右、垂直與三方向加總的整體表現 (Wikstrom