實驗設計

本節將說明本研究在實驗過程的各個步驟與實驗設計，在後續將會充分運用 實驗過程所獲取的資料做分析。

胸廓曲面資料

第一階段的實驗，先在受試者胸廓黏貼6 顆反光標記點（表 2-1）使用 Vicon

義的胸廓局部座標系統之下。有關於胸廓座標系統的定義，請參見第三章第二節 上肢局部座標系統定義。定義橢圓的三個主軸方向與胸廓座標系統一致，使用最 佳化的方法，找出最符合胸廓曲面的橢圓（圖 2-11）。其三個主要的半徑長，與 相對於胸廓座標系統的座標值。

圖2- 10 使用網格的方法取得受試者胸廓的曲面資料

圖2- 11 最佳化擬合胸廓曲面後之橢圓

反光標記點

在動作分析的過程，會先將人體活動的各個肢段假設為一個剛體。在各個剛 體上黏貼至少三顆反光標記點，追蹤取得動態過程其三維空間的座標值，便可定 義這個剛體的局部座標系統（Local coordinate system），與其在動態過程相對廣義 座標系統（Global coordinate system）的方位（Position and orientation）。透過剛體 上任兩點的相對關係不變的特性，只要知道剛體上任一點相對剛體上局部座標系 統的座標值，與局部座標系統在動態過程相對廣義座標系統的方位，就可以利用 座標轉換描述動態過程剛體上任一點相對廣義座標系統的運動軌跡，也就可以清 楚瞭解整個剛體的運動狀態。

為了獲取手推輪椅的過程，上肢各部肢段的運動狀態，考慮各肢段解剖位置 與ISB 對局部座標系統的定義，黏貼 22 顆反光標記點於各個肢段上，參見表 2-1。

其中肱骨使用四顆技術性反光標記點（Technical marker），透過這四顆反光標記點 的座標可以反求出動態過程對應解剖位置與局部座標系統定義的骨突點位置。手 掌上CM、MP2、MP5 三顆的中點視為輪椅推進過程最接近省力把手或手輪的點，

而PI3 則用於定義手掌肢段長軸方向。

表2- 1 反光標記點黏貼位置

*SC 胸骨鎖骨關節處 Upper edge of sternoclavicular joint CAE 鎖骨前突面 Clavicular anterior convexity CAA 鎖骨前凹面 Clavicular anterior concavity

*AC 肩峰鎖骨關節處 Upper edge of acromioclavicular joint

肱骨

*HLT 肱骨小結節 Humeral lesser tubercle HDT 三角肌粗隆 Humeral deltoid tuberosity HT1 肱骨中前側 Anterior mid-humerus HT2 肱骨中下側 Inferior mid-humerus HT3 肱骨中後側 Posterior mid-humerus HT4 肱骨中上側 Superior mid-humerus

*LEP 肱骨外上踝 Humeral lateral epicondyle

*MEP 肱骨內上踝 Humeral medial epicondyle 尺骨 US 尺骨骨突處 Ulna styloid process

橈骨 RAS 橈骨骨突 Radius styloid process

掌骨

CM 腕掌關節 Carpometacarpal joint

MP2 第二掌指關節 2nd Metacarpalphalangeal joint MP5 第五掌指關節 5th Metacarpalphalangeal joint PI3 第三近端指間關節 3rd Proximal interphalangeal joint

*註 1：只使用 pointer，不貼 marker

圖2- 12 省力把手(左圖)、輪椅（右上）與手輪(右下)反光標記點黏貼位置

受試者靜態校正

運動學資料靜態校正的目的有三個，一是為了取得在靜態時，受試者各肢段 上沒有皮膚移動誤差的反光標記點座標相對關係。用以計算後續上肢多連桿模型 的肢段幾何參數，並做為後續校正皮膚移動誤差的基礎。二是確定剛體上，欲分 析的各個反光標記點與解剖標記點的位置相對關係，用以「補點」或推算解剖標 記點（Anatomical marker）的座標值。以前述肱骨的反光標記點為例，以 ISB(Wu, van der Helm et al. 2005) 建 議 的 局 部 座 標 座 標 定 義 是 使 用 盂 肱 關 節 中 心

（Glenohumeral joint center）與內、外上髁（medial/lateral epicondyle）三個解剖 位置，但盂肱關節中心並無法使用反光標記點來標定，因此為了得知盂肱關節中

在廣義座標系統的動態三維座標值。此外，當動態過程有反光標記點因被身體遮 住或攝影機角度不良而無法重建三維座標時，亦可用相同的方法將消失的反光標 記點推算出來。第三個目的是從正中位置（Neutral position）計算初始的相鄰兩肢 段關節角度，待運動學分析時可視需求來決定是否需要扣掉關節初始角度，藉以 了解受試者在動態運動中的關節活動範圍或是絕對角度變化。

本研究使用迴歸的方法(Sholukha, Van Sint Jan et al. 2009)，依據文獻的定義在 靜態校正取得每個肢段的骨突點（表2-2），換算求取胸骨鎖骨關節、肩峰鎖骨關

Humerus

pointer_HLT (humeral lesser tubercle)

校正時受試者乘坐輪椅 (推輪椅預備姿勢)

pointer_MEP (humeral medial epicondyle)

pointer_LEP (humeral lateral epicondyle)

Clavicle

pointer_CSJ (upper edge of sternoclavicular joint)

校正時受試者維持站姿 (neutral position)

pointer_CAS (anterior edge of sternoclavicular joint)

pointer_CAJ (upper edge of acromioclavicular joint)

Subject

subcali_stand

fullsupination

受試者坐輪椅上

forearm_neutral (手指伸直併攏)

subcali_wheelchair (手放於預備位置、使用 locator)

Scapula

pointer_AC (acromioclavicular joint)

pointer_HCT (scapular coracoid tip)

肩胛骨定位器與指標器

（a） （b）

圖2- 13（a）肩胛骨定位器之形狀;（b）肩胛骨定位器定位肩胛骨骨圖示意圖

（a） （b）

圖2- 14（a）指標器正視圖;（b）指標器側視圖

肩胛骨定位器為一類似圓規狀之金屬器具，有三個可活動之定位腳，適當調 整三根定位腳之相對位置以符合受試者肩胛骨上三個骨突點的位置。指標器上有 三顆共線且不等距的三顆反光球，運用線性的關係，可推算指標器尖端的三維座 標值。在靜態校正時，將同時拍攝貼附在肩胛骨上的肩胛骨定位器與指標器上共 六顆的反光球，用以取得肩胛骨幾何參數。

指標器的功能除了在靜態校正中標定一三維的點座標，還兼具提供曲面的離