生理回饋技術 (biofeedback technique)

生理回饋的方式主要是藉由儀器可以自我掌握自身之生理訊息，並透過儀器 的回饋來學習生理控制，亦是幫助我們可以看到或聽到身體內部的活動情形，而 一般的生理回饋儀器中常會運用到的生理參數包含皮表阻抗、心跳次數、腦波圖、

心跳速率、血壓、體表溫度…等。藉由這些生理之具體參數來得到有關身體內部 與心理狀態的資料資訊，並將訊息透過一個訊號來傳遞至使用者，此一訊息如聲 音或是燈光，透過這類的提示可讓使用者瞭解目前自己生理狀況之變化與緊張程 度（陳佑嘉，2002；黃致憲，2005）。以下分別為本研究所採用非侵入式的生理參 數客觀指標。

2.6.1 肌電圖 (Electromyography, EMG)

肌電圖 (Electromyography，簡稱 EMG) 是由神經發出刺激的電位促使 肌肉收縮而產生動作電位，再經由電極片接收後，得以記錄骨骼肌收縮時所 產生的動作電位變化量之電位活動，而此變化通常被運用在觀察疲勞的變 化。因此，對於電腦工作者長時間維持一個姿勢時，就很容易產生肌肉的疲 勞，且肌肉的疲勞亦常常被忽視而不斷累積，可能會對人體造成一定的傷害。

而在現今已有許多學術研究文獻上顯示，肌肉動作上，可利用肌電圖 (EMG) 作為判斷有無肌肉疲勞現象的指標。而一般的肌電圖可分成侵入式 與非侵入式，分別為侵入式的針狀電極 (needle electrodes)，即利用探針插入 皮膚下的肌肉組織中，用以探測肌肉或運動單為活動時的電極變化，而通常 用在醫學診斷和治療方面；非侵入式為表面電極 (surface electrodes) ，又稱為 表面肌電圖 (surface electromyography, sEMG) ，一般大多使用的是表面肌電 圖，此種電極是用一種鍍上氯化銀的銀版，覆在皮膚表面，並在銀版與皮膚 表面之間塗上一種糊狀物，以測量皮膚下方肌肉的活動。其所產生的肌電訊 號是肌肉收縮時不同運動單位（motor unit, MU）的動作電位（action potential）

總和，透過貼在人體肌肉表面的電極所記錄的生物電訊號，由於每一個運動 單位的活化受中樞神經一部分的脊髓中的運動神經元所支配，因此肌電訊號 反應神經肌肉的興奮性，通常用來評估神經與肌肉的功能狀態。此方法所測 得的肌電圖，實際上是許多運動單位的活動電位之總合。然而，本研究將採 非侵入式偵測生理訊號，亦為上述之表面肌電圖的方式進行肌電圖的量測。

並於近年研究中發現，肌肉骨胳傷害和電腦工作之間有密切的關連性（周太 一，2005；劉一凡，2005；黃宏凱，2006；白宜晋，2007），且有研究指出 工作傷害的增加，而造成與工作有關的肌肉骨骼傷害多數因長時間使用電腦 所致 (Shuval et al., 2005)，以及整天性的資料輸入作業。根據Carter 和Banister (1994) 在電腦工作肌肉骨骼的不舒適是歸因於靜態負荷和重覆性工作，以及 持續性鍵盤上的作業所致。

因此，本研究客觀實驗指標，將納入生理回饋儀之表面肌電圖之均方根 值 (Root Mean Square, RMS) ，表示肌電訊號振福(Amplitude)大小的指標，即 可評估使用者於電腦作業時身體持續某種動作所引發之上肢局部肌肉疲勞程 度。且表面肌電圖黏貼電極部位可分為窄與寬兩種，窄位置 (Narrow placement) 亦即針對特定部位；而寬位置 (Wide placement) 其範圍較廣 (Blaesi, Hinson,

& Peper, 2006) 。然而，本實驗無針對其上肢各部位的肌電值，並配合電腦打 字任務，並以上肢局部肌肉為主，進而採取窄的位置電極紀錄特定上肢前臂 肌肉 (forearm extensors) 。最終，將所量測之表面肌電圖的平均值來評估電腦 疲勞防護系統對於電腦使用者肌肉疲勞的改善程度。

2.6.2 心電圖 (Electromyography, ECG)

心電信號是人類最早研究並應用於臨床與醫學的生物電信號之ㄧ，心電 圖 (Electrocardiogram, ECG) 在臨床診斷中具有重要價值，能為心臟的分析、

診斷、治療和監護提供正確、客觀的指標。

本研究將利用心電圖來監控使用疲勞防護系統時的生理狀況，進一步分 析出心率變異度 (Heart rate variability, HRV) 來判斷使用者的健康狀況及自 主神經活性的平衡性。心率變異率是自律神經系統藉以控制並且維持身體器 官功能活動的平衡，而心跳間距的變化是受到交感與副交感神經系統的影 響，其變異也就反應了自律神經系統的狀態 (European Heart Journal, 1996)。

心律變異度就是一個心跳與下一個心跳間之時間間距，它不是一成不變的，

而是隱藏著規律的變化。心律變異度是利用心電訊號進行 R-R 波之分析，因 在心電訊號上，以 R 波是較為顯著的波形，且 R-R 波間距能明確的代表心 臟的竇性心率（陳淑如、蔡月霞等人，2005）。在心率變異分析中可分為時 域分析 (time domain) 及頻域分析 (frequency domain) 二大部份（陳高揚、郭 正典等人，2000）。而本研究實驗在 HRV 的部份，將採短時間進行量測，並 以頻域分析 (frequency domain) 為主。如圖 2-22 所示。

圖2-22 R-R 波間距圖

資料來源：(Z. Li, K. Jiaoet al., 2005)

而自律神經系統主要控制人體各器官功能的平衡，Akselord 等人於1981 年已證實，在評估人體自律神經系統時，心率變異度 (HRV) 的分析是一項重 要且有用的工具。HRV 在頻域分析上有五項指標性的參數：(1) 高頻 (High Frequency, HF) ； (2) 低 頻 (Low Frequency, LF) ； (3) 極 低 頻 (Very low

frequency, VLF)；(4) 低高頻比值 (LF/HF)；(5) 總功率 (Total power, TP)。

Pagani 等人在1986 表示，LF/HF 代表交感與副交感神經的活性變化，可 用以評估它們之間的平衡。而以下為上述五項指標性參數之定義：

(1) 總功率 (TP) ：截取之頻率為 ≤0.4Hz ，指正常心跳間期的變異數。

可評估出整體心律變異度。

(2) 低頻功率 (LF) ：截取之頻率為 0.04-0.15Hz ，指低頻範圍的正常心 跳間期的變異數，代表交感神經活性或交感神經與副交感神經同時 調控的指標。

(3) 高頻功率 (HF) ：截取之頻率為0.15-0.4 Hz，指高頻範圍的正常心跳 間期的變異數，代表副交感神經活性的指標。

(4) 低高頻功率 (LF/HF) ：反映自主活神經活性平衡的指標，觀察自主 神經反應交感/副交感神經平衡的指標或代表交感神經調控的指標。

(5) 極低頻 (VLF) ：0~0.04 Hz，此頻段可當作交感神經活性的指標，但 建議使用於24小時長時間分析使用。因此本研究不納入此指標。

而在 1996 年由歐洲心臟學會及北美節律與電生理學會公佈國際標準心 律變異度之量測與應用，在短時間分析裡可以將頻譜分為極低頻 (VLF)、低 頻 (LF) 、高頻 (HF) 三個主要部分。且國內研究發現疲勞後，HRV頻域測量 指標中的低頻段功率值LF明顯上升，高頻功率值HF明顯下降(Todru et al., 1999)。並根據其上升及下降的速率的不同劃分疲勞等級，而上述之心電圖頻 域指標，可針對疲勞程度進行定量化的反映和評價。因此，透過上述得知，

本研究將表面肌電圖(sEMG)、眨眼頻次，以及心律變異度(HRV)之高頻(HF) 與低頻(LF)等生理參數歸納為本實驗生理客觀評估依據。

最後，本研究將以客觀實驗數據來評估電腦使用者有無使用電腦疲勞防 護系統的視覺疲勞與肌肉疲勞程度；以及主觀電腦疲勞防護系統使用前後評 估問卷來瞭解使用者對系統的使用性評價，並探討造成使用性低的影響因素。