研究實施程序

本研究係探討身心障礙者穿著 3D 列印 AFO 之功能表現，分為研究 準備、實驗執行以及資料處理三個階段，研究程序如圖 3-15。

圖 3-15 研究實施程序

壹、研究準備階段

一、確定研究方向與研究目的

研究者於 2016 年 12 月開始廣泛閱讀文獻，多次向指導教授請教，

並針對主題、內容和研究設計進行討論，確定本研究的目的與方向。

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二、蒐集相關文獻

研究者依據研究目的與方向，利用學校提供的電子資料庫資源，臺 灣碩博士論文加值系統、校園圖書館現有藏書以及 google 學術搜尋等多 方面蒐集國內外有關 3D 列印技術和踝足支架之相關文獻，進行整理歸 納後建立本研究之基礎理論和架構。

三、制定研究設計及工具

進行文獻探討後，與指導教授討論本研究適合採用的研究設計與方 法，並參考各式相關文獻以及準備本研究所需要之各項表單和工具。

四、選取研究對象並蒐集相關基本資料

本研究以一位肢體障礙者的成年男性作為正式研究對象，研究者親 自說明本研究之目的、進行方式等內容，並取得本人同意之後，開始蒐 集相關基本資料。

五、預試

為了確定本研究計畫之可行性，於 2017 年 11 月起實施預試研究，

藉此了解正式研究進行時可能遇到的問題以進行調整。

研究者於2017 年 12 月先對預試參與者進行下肢 3D 掃描取模建檔，

並於 2017 年 12 月進行一次基線期評量工具測驗及兩次處理期的評量工 具測驗。預試個案為一名出生於1998 年，大學一年級的腦性麻痺女學生，

身高 155 公分，體重 45 公斤，3 歲至 12 歲期間穿戴後置型 AFO，小學 三年級時接受過一次踝足跟腱鬆筋手術；目前能獨立行走，身體不適時 會使用電動輪椅，但次數極少。

基線期和處理期的評量時間皆約 20 分鐘，使用「行走速度測驗紀錄 表(Gait Speed Test, GST)」(附錄一)和「柏格氏平衡量表(Berg Balance Scale, BBS)」(附錄二)二種評量工具進行測驗。預試結果如圖 3-16、圖 3-17 及

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表 3-2 所示，在基線期，5 公尺行走速度測試時間為 7 秒，柏格式平衡量 表為 49 分。第一次處理期，5 公尺行走速度測試時間減少為 5 秒，柏格 式平衡量表為增加至 52 分。第二次處理期，5 公尺行走速度測試時間為 5 秒，柏格式平衡量表為 54 分。預試結果初步顯示受試者穿著 3D 列印 AFO 時的行走速度較不穿戴 AFO 時提升，因此所花費的時間呈下降趨 勢；而穿著 3D 列印 AFO 時，柏格式平衡量表之表現也較良好，分數呈 上升趨勢。

圖 3-16 預試參與者「行走速度測驗紀錄表(GST)」折線圖

圖 3-17 預試參與者「柏格式平衡量表(BBS)」折線圖

51 GST-行走速度測試(Gait Speed Test)

BBS-柏格氏平衡量表(Berg Balance Scale)

在基線期，先確認預試個案當日體能狀況和平常無異，受測前沒有

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2. AFO 的腳長不需完全和個案相等或超出，只需要到第一腳掌骨(即蹠 骨)關節(metatarsophalangeal joint)的位置即可，因為後置式 AFO 主要 支撐和施力點在腳跟和腳踝處，適當減少鞋底長度不僅讓個案方便

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圖 3-18 個案穿戴 3D 列印 AFO 示意圖

圖 3-19 預試個案施測過程圖

研究者依據預試過程和結果發現下列問題，於正式實踐階段中修正：

(一)選擇場地時，也可以利用地板磁磚或分界線當作行走距離標記點，

或是擺放座椅來代表起始和結束位置，對個案來說可以自在前進，較不 會因為太在意膠帶標記位置而影響表現。

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(二)有扶手和無扶手座椅於日常生活中容易取得，但仍需要考量到個 案的身高體型，太高或太低都可能影響柏格式平衡量表的表現，應該視 情況做調整或更換座椅樣式。

(三) 個案試穿 3D 列印 AFO 的步驟相當重要，根據個案主訴感受，

以及過往經驗意見做修正，如同預試個案所述，後置式AFO 的施力點和 支撐主要在腳跟與腳踝，鞋底的長度只需符合腳掌前端，約為第一腳掌 骨關節的位置即可，穿戴入鞋容易且腳趾頭的抓地力更好。

六、擬定研究計畫並進行研究計畫口試

確定研究目的方向且獲得研究對象同意後，就研究內容和預試結果 與指導教授討論，開始撰寫研究計畫，提出論文計畫口試，徵詢口試委 員與指導教授之寶貴意見，修正調整本研究計畫不當或不足之處，以進 入實驗執行階段。

貳、實驗執行階段

一、3D 列印 AFO 製作

(一)3D掃描參與者下肢模型

此步驟利用STRUCTURE SENSOR ios 3D掃描器將受試者欲穿戴 AFO 的 該 側 小 腿 形 狀 做 360 度 全 面 掃 描 ， 並 將 掃 瞄 到 的 形 狀 透 過 STRUCTURE SENSOR專屬軟體匯入電腦中，裁去多餘的掃描區域和固 化面積，留下能夠以3D列印繪圖軟體的模型。

掃描一圈的時間約2-3分鐘，以下是建議較容易成功取得腳部模型的 兩種受試者腳部擺位姿勢，請見圖3-20：

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1. 受試者採坐姿，將下肢置於不反光的凳子與踏墊上，確認腳底板服貼 在踏墊上，調整腳踝並維持在正中姿勢，如同一般傳統製作AFO的姿勢。

2. 受試者採躺姿，需由物理治療師將受試者的腳部徒手擺位在正中姿勢 (neutral position)，但固定擺位的徒手技巧需要專業的解剖學識與練習，

加上躺床需要配合治療師的坐姿高度以方便擺位，不論是空間條件和人 員培訓上皆有所限制。需先讓腳踝處於放鬆狀態，以利對齊關節，外踝 (lateral malleolus)的頂點為主要參考基準點，內踝(medial malleolus)為輔 助參考點，來屈曲伸展的關節軸(compromise ankle axis, CAA)，，當與地 板垂直的線與通過CAA的水平線，其夾角45度的延伸線可剛好通過腳後 跟，即為正中姿勢(Icrc, 2010)。

圖 3-20 3D 人體掃描建議擺位範例照

(二)3D列印繪圖軟體繪製AFO

將上述掃描完成的3D下肢模型匯入3D繪圖軟體中，繪製出適合參與 者的AFO。本研究使用的軟體為Autodesk Meshmixer，繪製過程簡述如下：

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1. 開啟人體模型檔案以及一張使用Designspark Mechanical繪製好的鞋 墊圖檔，調整位置與大小，經過裁切校正後合體為單一模型檔案。

2. 利用select按鍵直接於模型上塗製AFO形狀與範圍。

3. 塗製範圍邊界容易粗糙，使用smooth boundary將邊界連續圓弧化。

4. 使用separate指令將塗製好的AFO薄殼分離開。

5. 使用extrude將薄殼均化擠出AFO可穿戴的厚度，大多為3-4mm左右。

6. 將模型與繪製的AFO分離成個別物件並儲存，以方便後續若需要修正 調整可再行使用。

7. 由於電腦軟體繪製出的物件邊緣仍會有銳利角的問題，因此可再選取 軟體中的smooth功能將其光滑平整化，避免造成穿戴者的不適感。

8. 將物件輸出成STL檔案，實際繪製案例如下圖：

圖 3-21 Autodesk Meshmixer 繪製 AFO 實際運用畫面 (三)使用切片軟體轉成列印檔

本研究使用的切片軟體為Cura 3D Slicing softwate，是目前最普遍使 用的切片軟體之一，將上個步驟的STL檔案匯入此軟體後，操作者根據列

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印物品的大小和形狀，可自行設定需要的列印層高、溫度和支撐材多寡；

另外也有等比例縮放物件大小之功能且自動計算列印的總時間。

操作者需要調整物件列印的角度和方向，列印強度會與列印方向有 顯著關聯，普通的圓柱體、長方體等形狀封閉之物件以0度方向列印可達 到最高的負荷強度，若AFO的形狀不規則，且形狀不封閉，則建議採45-60度的方向列印。

實際案例和常用設定參數請見圖3-22；最後將設定好的檔案儲存成 gcode列印檔，送入3D列印機製作。

圖 3-22 Cura 3D Slicing softwate 切片軟體實際運用畫面

(四)3D列印機列印AFO成品

本研究使用的3D列印機型號為CR-10，平台大小可製作成人AFO。讀 取欲列印的gcode檔案開始印製AFO。印製時間依據成品的大小、形狀、

列印方向和支撐材多寡而所有差異，成人AFO的印製時間約25-50小時。

印製完成的AFO需利用老虎鉗拆除支撐材和支撐延伸面，檢查有無 不平整處以砂紙及銼刀細心磨除；最後搭配常見的魔鬼氈黏扣帶與副木 襯帶，讓3D列印AFO可實際穿戴於腳上(見圖3-23)。

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圖 3-23 拆除成品支撐材暨裝配副木襯帶圖 二、參與者試穿後修正與調整

將 3D 列印 AFO 請正式研究對象試穿和簡易試走 2-3 公尺，觀察並 詢問穿戴時感受，例如：太緊、太鬆、骨凸處壓迫。若有不適，利用浸泡

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熱水的方式使 3D 列印 AFO 短暫性的軟化以調整曲線角度；另外於 AFO 裏側貼覆副木襯墊(或泡棉)來增加舒適度。

三、蒐集研究對象各項評量數據與資料

依據前述研究設計，於2018 年 3 月至 5 月進行評量工具測驗，蒐集 本研究所需之各項數據，評量測驗日程見表 3-3。

表3-3 評量測驗日程表

週次 一 二 三 四 五 六 七 八

月份 3 月 4 月 5 月

星期 二 四 六 二 四 六 二 四 六 二 四 六 二 四 六 二 四 六 二 四 六 二 四 六

裸足 A1 A2 A3 C1 C2 C3

3D 列印 AFO

B1 B2 B3 B4 B5 B6 B7 B8 B9 B10 B11 B12 B13 B14 B15 B16 B17 B18

傳統 AFO

B1 B2 B3 B4 B5 B6 B7 B8 B9 B10 B11 B12 B13 B14 B15 B16 B17 B18

註：A 基線期 B 處理期 C 撤回期

參、資料處理階段

一、分析實驗執行階段資料

研究者根據計畫過程中所蒐集到的各項數據資料進行分析，將數值 整理製成表格與折線圖，並透過視覺分析輔以 C 統計分析結果。

二、撰寫研究報告

依照前述資料所分析出來的數據，歸納並撰寫研究結果、討論與建 議，提供未來相關研究之參考。

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