敘述本研究所達到之成果，並提出未來發展可以改善的方向與建議。
第二章系統材料與架構
握力測量儀器：Grip Dynamometer G100扭力感測器：FUTEK’s Reaction Torque Sensor TDF400 表面肌電圖:SX-230 EMG
資料擷取卡: NI USB-6211 自製施測平台及施測模具 軟體: LabVIEW 2011 32bit 軟體: MATLAB R2009b
可攜式智慧型手腕肌力評估系統 握力測量儀器：Grip Dynamometer G100
扭力感測器：FUTEK’s Reaction Torque Sensor TDF400 自製施測平台及施測模具
微處理器: Arduino NANO V3.0 藍牙模組：CSR BC04-B 自製放大、濾波電路 軟體: LabVIEW 2013 32bit
可攜式握力球訓練系統 壓力感測晶片: Motorola MPX53D
微處理器: Arduino NANO V3.0 藍牙模組：CSR BC04-B 自製放大電路
吹球.軟式網球
軟體: LabVIEW 2013 32bit
2.2.1 握力儀器: Grip Dynamometer G100
本研究使用 Biometrics 公司研發的握力計。原理為壓力傳感器技術並有高測試 靈敏度和精密度，儀器精密度優於±1%，測量範圍是 0-90 公斤。
2.2.2 扭力感測器: FUTEK Reaction Torque Sensor TDF400
本研究使用之扭力計為美國 FUTEK 公司研發的感測器。輸入電壓為 10V，最 大測量扭力值可達 7.5Nm。
2.2.3 表面肌電圖: SX-230 EMG
SX-230 是 Biometrics 公司研發。測量中不需導電凝膠即可獲得良好信號，獨 特設計是大於 10,000,000M ohms 放大器的輸入阻抗。
2.2.5 自製施測平台及施測模具
為符合生活中手腕扭力活動情形，本研究扭力施測模具採用較常接觸的門 把、寶特瓶瓶蓋(小瓶蓋)和玻璃罐瓶蓋(大瓶蓋)，如圖 2-1。
圖 2-1 自製施測模具(小瓶蓋、大瓶蓋、門把)
本研究自製可攜式固定平台，如圖 2-2。平台上固定扭力感測器，而且在平台 的四個角落設置真空吸盤，用來防止平台在光滑接觸面上的滑動。由於量測動作 需求，平台可平放也可垂立狀態。
圖 2-2 自製施測平台
2.2.6 微處理器: Arduino Nano V3.0
利用微處理器將類比訊號轉成數位訊號並搭配藍芽傳輸來取代資料擷取卡的 功能。Arduino Nano 是一塊極小 Simple I/O 平台，並且有 8 個 A/D 輸入端，具有 USB 電源和外接電源自動切換功能。
Arduino Nano V3.0 技術規格：
Digital I/O 數位輸入/輸出端 0~13，Analog I/O A/D 輸入 0~7。
支援單晶片 TX/RX 端子，尺寸為寬 18mm X 高 45mm。
輸入電壓：接上 USB 時無須外部供電或外部 6V~12V DC 輸入。
輸出電壓：5V DC 輸出和 3.3V DC 輸出。
2.2.7 藍牙模組：CSR BC04-B
將數位訊號傳送到 LabVIEW 程式中，本研究採用藍芽模式傳輸訊號。BC04-B 採用 Blue2.0、支援主從模式、支援串列傳輸速率 1200 到 1382400。
CSR BC04-B技術規格：
採用 CSR 主流藍牙晶片，藍牙 V2.0 協定標準。
模組工作電壓 3.3V。
串列傳輸速率默認出廠 9600，用戶可設置。
支援低功耗模式，不休眠。
2.2.8 自製放大、濾波電路
本研究自製放大、濾波電路包含供電、放大訊號、平移訊號電壓準位、低通 濾波等功能。電路架構如圖 2-3 所示:
圖 2-3 自製放大、濾波電路架構圖
升壓電路(Wide Adjust Output Boost Converter)
由於系統輸入電壓為 5 伏特電壓，為提供足夠電壓給扭力計與握力計，
利用 PTN04050C 升壓電路將 5 伏特提高成 10 伏特。
虛接地電路(Simple Buffered Virtual Ground Circuit)
為提供後級放大電路所需之正負電源，透過虛接地電路將 0 伏特至 10 伏 特的電壓範圍切換成-5 伏特至+5 伏特的電壓範圍。此電路的運算放大器型號
圖 2-4 虛接地電路圖
(本圖引用自 http://tangentsoft.net/elec/vgrounds.html)
放大電路(Amplifier Circuit)
由於扭力計、握力計及壓力感測晶片輸出訊號為差動訊號且電壓訊號過 小，不適用於微處理器的類比轉數位轉換器(ADC)，因此需要雙端輸入之放大 器。本研究採用 INA128 之儀表放大器，此放大器為高精確度且省電。
調整偏移電路(Adjust the Shift Circuit)
為讓扭力計與壓力感測晶片訊號在儀器未施加外力情況下符合準位需 求，因此採用偏移電壓達到目的。此電路由兩個電阻組成，如圖 2-5 所示。利 用兩個電阻決定電壓平移值。
圖 2-5 電壓平移電路圖 [12]
低通濾波電路(Low-pass Filter Circuit)
本研究使用德州儀器公司製造之 TLC04 (Butterworth Fourth-Order Low-Pass Switched-Capacitor Filter)，於 TTL 模式達成低通濾波之目的。
單穩態振盪器(Oscillation circuit)
2.2.11 軟體: LabVIEW 2013 32bit
為方便受試者在居家量測與容易上手，本研究選用 Win8 作業系統的觸控螢幕 電腦。由於 LabVIEW 軟體程式版本 2013 支援 Win8 作業系統，且整套軟體程式所 佔據的硬碟空間約在 5G 以內，因此未來能進一步套用在 Win8 作業系統的可攜式 平板電腦上，方便攜帶與使用。
2.2.12 軟體:MATLAB R2009b
MATLAB 程 式 常 用 於 訊 號 處 理 。 本 研 究 為 將 肌 電 圖 量 化 分 析 ， 故 採 用 MATLAB 程式處理肌電訊號。
2.3 系統架構
2.3.1 手腕肌力臨床試驗平台
本系統沿用本團隊先前計畫研發之平台，並新增表面肌電圖之功能。在手腕 肌力量測時，同步收取表面肌電訊號資料，待施測完成後，再利用 MATLAB 程式 做肌電訊號量化分析。圖 2-7 為手腕肌力臨床試驗平台的架構圖。
圖 2-7 手腕肌力臨床試驗平台架構
MATLAB 量化分析
為釐清手腕肌力之力量差異，本研究觀察施測中的肌電訊號強度，利用 Root Mean Square 處理肌電訊號，將類比肌電訊號轉成 RMS 訊號，參考公式如下:
本研究採用之 Sample Rate 為 1k，而 N 值為 50(本研究嘗試 N 為 30、50、80、
100 結果的失真程度，決定最佳 N 值)。訊號轉換示意圖如 2-8。
EMG 類比訊號 RMS 訊號
圖 2-8 肌電訊號轉換 RMS 訊號示意圖
2.3.2 可攜式智慧型手腕扭力評估系統
為達成居家量測便利性與資料即時性，因而改良第一套系統，利用微處理器 搭配藍芽模組取代資料擷取卡的傳輸。為達到資料即時性，本系統也結合雲端功 能，盼能完成受試者在居家量測後，臨床醫師可即時知道受測結果。本系統在有 網路情形下執行時，受測資料能上傳至雲端；若在無網路情形下執行時，受測資 料將會暫存 Microsoft Access 資料庫，等待有網路時，再將資料從資料庫上傳至雲 端。圖 2-9 為本系統架構。
圖 2-9 可攜式智慧型手腕扭力評估系統架構 MATLAB 程式
LabVIEW 介面設計
修改人機介面並新增語音提示功能，在施測準備期間有語音講解。當受 測結束後，扭力與握力最大值資訊會顯示於程式介面中。圓形燈號為傳送燈 號，當受測資料成功傳送到 Microsoft Access 資料庫時，燈號會亮起。當資料 成功上傳雲端，上傳執行程式將會完整執行結束；若上傳雲端失敗，上傳執 行檔會警示上傳失敗畫面。
圖 2-10 可攜式智慧型手腕扭力評估系統程式介面圖
圖 2-11 上傳執行成功(左)上傳執行失敗(右) 扭握力最大值資訊 資料傳送燈號
雲端
本研究的雲端架構是利用受試者的身分證號碼做為編號，第一次量測需 提供基本個資，之後重複性測試只需輸入身分證即可。
圖 2-12 雲端介面
2.3.3 可攜式握力球訓練系統
建構可攜式握力球訓練系統，目的為受試者透過精確的數值握力訓練提升手 腕肌力之力量。原理是利用握球導致的球內壓力變化，透過壓力感測器將壓力變 化轉成電訊號，藉由藍芽模組與微處理器將訊號傳送至 LabVIEW 介面。本系統的 穩定度和力量單位轉換將於下一章系統測試與討論中陳述。圖 2-13 為本系統架構。
圖 2-13 可攜式握力球訓練系統架構
LabVIEW 介面設計
本系統之程式介面除基本的握力最大值與瞬間握力值顯示外，特別採用 燈號方便高齡者清楚知道握力過程的施力程度，施力程度可透過個案需求不 同做調整，盼此方式能輕鬆讓高齡者使用握力球訓練系統。
圖 2-14 可攜式握力球訓練系統程式介面圖 調整施力程度
第三章系統測試與討論
3.1 測試方法
本研究有三套系統，由於第一套「手腕肌力臨床試驗平台」是沿用本團隊先 前計畫研發的量測系統，故本章不再重複校正測試與論述。
3.1.1 可攜式智慧型手腕肌力評估系統
本系統扭力計採用扭力板手校正，其校正數值範圍為 2-7Nm。為增加系統的 精確性，本研究另設計一套天秤砝碼校正裝置，砝碼數值範圍為 500g-3.5Kg，由 於 1Kg 相當於 9.8N，而天秤擺臂為 19cm，因此放 500g 砝碼相當於 0.931Nm，透 過砝碼數值變化校正實際扭力值。
圖 3-1 扭力板手圖示
圖 3-2 天平砝碼裝置圖示
圖 3-3 砝碼圖示
本系統握力計採用美國 CELTRON 公司所售之秤重傳感器(STC-25Kg)校正。
此傳感器校正範圍為 0-25Kg，並通過美國職業安全衛生署指定國家認可實驗室的 FM 認證，代表品質與準確度高。
圖 3-4 STC-25Kg 通過 FM 認證
(本圖引用自 http://www.vishaypg.com/docs/11710/STC.pdf)
3.1.2 可攜式握力球訓練系統
為將壓力感測器輸出電壓值(V)轉換為實際力量值(Kg)，本系統使用秤重傳感 器(STC-25Kg)擠壓握力球，透過擠壓之傳感器力量變化和壓力電壓值變化觀察兩 者間之關係。為驗證握力球系統的可靠性與有效性，將採納文獻提供之方式。有 效性部分，尋找受試者分別對握力球和 Jamar 握力計採取三次施力最大力之結果取 平均，並將結果作線性迴歸曲線圖，觀察判定係數的數值。可靠性部分，本研究 採用內信度方法，同一種握力球測驗對同一群受試者，前後施測三次，然後依據 三次測驗結果計算相關係數。
3.2 測試結果與討論
3.2.1 可攜式智慧型手腕肌力評估系統
提高系統量測之精確性，採用扭力板手與天秤裝置共同對扭力計校正，校正 結果作線性迴歸曲線圖，如圖 3-5 所示。
圖 3-5 扭力計校正
扭力板手校正之趨勢方程式為 y = 1.0039x - 0.0398，判定係數為 0.9968。天秤 裝置校正之趨勢方程式為 y = 1.0285x + 0.0353，判定係數為 0.9979。由圖 3-5 可 知，校正後的線性程度非常高，代表本系統之扭力計準確性高。
握力計校正採用秤重傳感器擠壓握力計，觀察實際握力的變化。校正結果作 線性迴歸曲線圖，如圖 3-6 所示。
圖 3-6 握力計校正
握力計校正之趨勢方程式為 y = 0.9829x - 0.0537，判定係數為 0.9987。由圖 3-6 可知，校正後的線性程度非常高，代表本系統之握力計準確性高。
3.2.2 可攜式握力球訓練系統
秤重傳感器擠壓握力球，壓力晶片電壓變化與秤重傳感器力量變化關係圖，
如圖 3-7 所示，其關係式如下:
實際力量值(Kg) = 10.448 差動電壓訊號(V) - 0.7368
由圖 3-7 可知，握力球輸出電壓值與秤重力量值之間為良好線性關係。
圖 3-7 握力球校正(秤重力量與輸出電壓之關係)
為驗證系統之有效性與可靠性，本測驗找尋 9 名受試者進行握力量測，使用 握力球和握力計分別施力三次最大力之平均，如表 3-1。並作線性迴歸曲線圖，如 圖 3-8 所示。
表 3-1 握力球與握力計力量平均表
圖 3-8 握力球與 Jamar 握力計力量圖
由圖 3-8 可知判定係數為 0.9079，判定係數越接近 1 代表線性程度越高，根據 文獻記載，之前相似握力球之線性程度最好的判定係數為 0.8715，故本研究研發 之握力球系統有效性更佳。
握力球內信度採用方法為握力球對同一群受試者(9 名)前後施測三次，然後依 據三次測驗結果計算相關係數，表 3-2 為受測力量結果，並利用 IBM SPSS Statistics
握力球內信度採用方法為握力球對同一群受試者(9 名)前後施測三次，然後依 據三次測驗結果計算相關係數，表 3-2 為受測力量結果，並利用 IBM SPSS Statistics