在地面反作用力的所有分力中，水平剪力為比例較小的分力，但與 垂直分力相比下有較長的作用力臂，表示水平剪力對人體的影響程度仍 占有一定的重要性，對於特殊疾病患者而言，水平剪力避震的重要性甚 至更勝於垂直分力。不論是改變運動表面或是改變接觸面結構設計來產 生位移量，都可以達到減緩水平剪力衝擊的效果，對於下肢肌肉骨骼系 統的傷害及能量消耗也有著相當程度的影響。在市面上鮮少見到針對水 平剪力避震的結構設計，必是因為水平剪力的研究與相關文獻探討仍非
常有限，且水平剪力的作用方式尚未完整了解，需要更多相關的研究整 合才能夠去釐清問題。
第參章 材料與方法 一、實驗對象
本研究預計受試者為十二位健康男性大專生，六個月內下肢無神經 或肌肉骨骼系統傷害或心血管方面相關疾病，所有受試者的跑步著地情 形均為後足跟著地，實驗進行前請受試者閱讀受試須知，並請受試者簽 署受試者同意書與填寫基本資料，之後由施測者說明實驗流程與實驗注 意事項。
表 3-1 受試者基本資料
身高 (cm) 體重 (kg) 年齡 (years) 平均數 173.3 67.1 23.2
標準差 2.5 7.2 1.3
二、研究設備
（一） 測力板
地面反作用力數據收集使用 Kistler 9287 三軸測力板 (Kistler, SW)，
取樣頻率訂為 1000Hz，其中可分為垂直方向與水平剪力方向進行討論。
（二） 自製移動平台
使用自製的移動平台，並將平台固定鎖在力板上，平台結構如圖。
在平台底部設有滾輪以供平台移動，平台的接觸表面以軟木墊進行防滑 處理。在平台前後兩側置有剪力避震材料，藉材料個數來調整剪力避震 勁度大小，以控制平台的移動情形，本實驗中剪力避震勁度大小組別控 制為下列五組 k=0.28 kgf/mm (Stiff)、k=0.23 kgf/mm (Medium Stiff)、
k=0.17 kgf/mm (Medium Soft) 、 k=0.11 kgf/mm (Soft) 與 固 定 對 照 組 (fixed)。左右兩側置有輪軸控制平台的移動情形，僅有前後方向的位移，
以減少左右方向移動對實驗造成的誤差。
圖 3-1 自製移動平台
（三） 三維動作分析系統
實驗中使用的 Vicon 三維動作擷取系統 (Vicon Motion Analysis
System, Vicon, UK)，由十台紅外線攝影機所組成，分析系統搭配 Nexus 1.8 版軟體，進行紅外線攝影機的設定與校正，並由軟體進行反光點座標資 料收集，捕捉三度空間中受試者身上 17 顆反光球之正確位置，第一顆反 光球貼置於胸骨凸起處，以該反光球為監控受試者速度的追蹤訊號，另 外 16 顆為下肢 Plug-in-Gait 人體肢段模組所使用，黏貼反光球後並量測 受試者的下肢肢段資料，以建立下肢 Plug-in-Gait 模組，紅外線攝影機取 樣頻率訂為 200Hz。
（四） 高速攝影機
實驗過程中以高速攝影機 Casio EXILIM Pro EX-F1 (F50, Casio，JP) 記錄受試者每次測試的足部著地情形，用以檢測該次測試的著地情形與 著地範圍是否符合實驗限制條件。
（五） 慢跑鞋
使用市面上一般軍用慢跑鞋為實驗測試鞋，因其鞋底無特殊結構設 計，可簡易做出實驗所需設計，故以軍用慢跑鞋為受試鞋。
圖 3-2 軍用慢跑鞋
三、實驗設計
本研究分為兩階段，第一階段以五種不同剪力避震勁度的移動平台
與三種步態速度，來探討地面反作用力、下肢關節角度與關節力矩的影 響，藉由結果確定最佳剪力避震效果的範圍，並將第一階段結果應用到 下階段，第二階段將以第一階段最佳效果的平台勁度範圍，印證該勁度 範圍套用到鞋子上的情況是否能達到預期剪力避震效果。
第一階段實驗以 12 位大專男性為研究對象，實驗開始前請受試者進 行熱身，熱身結束後練習不同速度下的行走與跑步，速度控制分為三組，
分別為速度 1.5 m/s 行走，速度 2.5 m/s 慢跑，速度 3.5 m/s 快跑。熱身與 練習結束後，將 16 顆反光球依下肢 Plug-in-Gait 模組貼置於各下肢關節 位置，同時測量受試者下肢肢段參數並再次確定貼置位置，並將 1 顆用 以監控速度的反光球貼置於胸骨骨突處。實驗在 12 公尺直線跑道上進行 測試，測力板置於直線跑道中 6 公尺處，實驗進行依平衡次序法為原則，
受試者以赤足方式在三種不同步態速度與五種平台條件下進行實驗，每 次測試完畢需檢查該次速度是否控制在限定範圍(步態速度±0.2 m/s)中，
並檢查影片是否有以右腳完整踩踏於移動平台內才算有效的數據收取，
各狀況下收取三筆成功數據進行資料分析。
圖 3-3 第一階段實驗流程圖 說明實驗流程並填寫受試者同意書
進行熱身並練習三種步態速度
第一部分實驗：以五種平台條件與三種步態速度進行實 驗，以高速攝影機記錄該次實驗足部著地情形
確定速度符合範圍，以高速影片確認著地位置，擷取地 面反作用力與下肢動力學相關資料。
推由第一部分實驗結果可以得知，各步態 速度下，最佳的剪力避震範圍
黏貼 16 顆反光球(Plug-in-Gait)與 1 顆反光球 (監控速度)，測量記錄受試者下肢肢段參數
場地布置與實驗校正
第二階段實驗利用改良式鞋底的方式 (如圖 3-4) 來仿照三種步態速 度的最佳剪力勁度條件，觀察將勁度條件套用到鞋子上的實際狀況。
圖 3-4 改良式鞋底實驗用鞋
圖 3-5 足跟結構機制 (左為正常狀況，右為擠壓後狀況)
第二階段實驗在 12 公尺直線跑道上進行測試，攝影機置於直線跑道 中 6 公尺處，實驗進行依平衡次序法為原則，受試者以三種鞋款在三種 不同步態速度下進行實驗，每次測試完畢需檢查該次速度是否控制在限 定範圍中 (步態速度±0.2m/s)，並檢查影片是否有以右腳完整踩踏於拍 攝範圍內才算有效的數據收取，各狀況下收取三筆成功數據進行資料分 析。熱身結束後練習三種不同步態速度，速度控制仍為速度 1.5 m/s 行走，
速度 2.5 m/s 慢跑，速度 3.5 m/s 快跑，受試鞋分為三種勁度條件，編號 分為 a、b、c 三種勁度條件，分別為低、中、高速三種步態速度下最佳 勁度條件，依鞋款配對速度進行實驗，著 a 鞋款進行速度 1.5 m/s 走路測 試，著 b 鞋款測試進行 2.5 m/s 慢跑測試，著 c 鞋款測試進行 3.5 m/s 走路 測試。
四、資料分析
資料分析主要分為動力學地面反作用力與下肢運動學兩方面，第一 階段實驗分析不同步態速度與不同平台條件的動力學與運動學相關參數，
比較不同條件下對人體是否會有顯著影響，第二階段實驗在同樣勁度條 件下，進行地面反作用力分析比較。
(一) 地面反作用力資料分析
將分析不同狀況下，水平方向地面反作用力的相關參數，分析參數 如下，(a) 達第一峰值時間 (time to impact peak force)：從足部著地為起 時時間到第一力量峰值出現的時間間距，稱達第一峰值時間。(b) 第一力 量峰值 (Impact peak force)：足部著地後，地面反作用力的第一個力量 峰值，力量單位以倍體重 (BW) 表示。(c) 最大負荷率 (Max loading
rate)：足部接觸地面開始到第一力量峰值間所有瞬間的最大力量斜率值，
單位以倍體重/秒 (BW/sec) 表示。(d) 平均負荷率 (average loading rate)：
足部接觸地面開始到第一力量峰值之間的平均力量斜率值，單位以倍體 重/秒 (BW/sec) 表示。
(二) 關節角度與力矩資料分析
下肢運動學部分，實驗進行中受試者身上有貼置反光點，數據處理 利用 Nexus 軟體透過反光點與肢段參數建立下肢 Plug-in-Gait 模組，從中 擷取由人體足跟接觸平台開始到腳尖離開平台這段期間內的數據進行資 料分析，分析矢狀面的關節角度與下肢關節力矩，矢狀面下肢關節角度 定義如圖，其中主要參數為膝關節、踝關節最大關節角度與膝關節、踝 關節最大關節力矩，探討是否會受到不同平台條件與不同步態狀況的影 響而有所差異。
矢狀面下肢關節角度定義 (圖 3-6)，由下而上依序為 1.踝關節蹠屈/
背屈角度，2.膝關節屈曲角度，3. 髖關節伸展角度，本研究中僅討論膝 關節、踝關節角度變化。
圖 3-6 下肢關節角度定義
(c)
五、統計方式
資料分析後，所有數據以平均數與標準差表示，本研究以 SPSS 19.0 統計分析軟體，使用二因子混合設計變異數分析 (Two-way mixed design ANOVA)，分析實驗受試者在五種剪力避震勁度條件、三種步態速度下，
地面反作用力相關參數、關節力矩與角度之差異，來探討各項參數是否 達顯著差異，若有達顯著差異則以 Tukey 主要效果做探討，本實驗中所 有統計的顯著水準均定為 α=.05。
第肆章 結果
實驗結果分三部分呈現：一、平台組合對於平台位移與相關動力學 參數結果之影響。二、平台組合對膝關節與踝關節下肢運動學參數之影 響。三、改良式鞋底的實驗觀察結果。
一、平台組合對於平台位移與相關動力學參數結果之影響。
1、平台組合對平台位移之影響
本研究所計算之移動距離為移動平台向前位移的距離，再將其對受 試者體重做標準化而得，如圖 4-1-1 所示。由二因子混和設計之統計結 果得知平台位移距離之交互作用達顯著水準 (F0.95(6,66)=2.783，p= .018)，
表示不同步態速度與不同平台條件間，有顯著之交互作用，進行單純主 要效果檢定。單純主要效果比較，不同步態速度組別的主要效果在慢跑 與快跑有達顯著 (走路：F0.95(3,33)=1.999，p= .113；慢跑：F0.95(3,33)=55.802，
p= .000；快跑：F0.95(3,33)=22.975，p= .000)。在慢跑與快跑步態速度下，
不同平台的移動距離間達顯著差異 (p < .05)，一開始隨著平台勁度增 加而延長移動距離，但在快跑步態速度時，Soft 組的移動距離有減少的 情形發生。
圖 4-1-1 三種步態速度下四種平台組合之位移差異
註：不同平台組別間表現若達顯著水準 (p< .05) 用*表示。
本實驗所使用單一緩震材料之特性如圖 4-1-2 所示，單一緩震材料 K 值為 0.057 kgf/mm，單一材料測試形變量範圍在 4 mm~15 mm，而實驗進 行時形變量範圍約 3.5 mm~9 mm 不等，各平台組合的形變量均在測試的 容忍形變範圍內。
圖 4-1-2 單一緩震材料特性曲線 2、水平力達第一峰值時間
水平力達第一峰值時間，如圖 4-2 所示，由二因子混和設計之統計結
水平力達第一峰值時間，如圖 4-2 所示，由二因子混和設計之統計結