行走與跑步是人類日常所賴以行動的動作模式，這兩個幾乎不假思索的雙腿 交換動作技能，並非是天生就會，而是經過幼兒時期神經肌肉的逐漸發展，與自 身不斷的學習，進而發展成不假思索就能完成的反射性動作，但是這看似簡單的 動作中，卻包含著超乎想像的複雜機制，且步態分析的基礎研究就是從測量步態 的週期開始。
在人類行走時的步態週期分析方面，可以分為擺動期與支撐期 (Novacheck, 1998; J. C. Wall, Charteris, & Turnbull, 1987; James C Wall & Crosbie, 1997; Weyand, Sternlight, Bellizzi, & Wright, 2000)。而步態週期是從某一側的腳接觸地面開始，
結束於同一側的腳再次接觸到地面 (Novacheck, 1998)。
圖 2-1 正常人典型步態週期 (DeLisa, United States. Veterans Health Administration,
& Technical Publications, 1998)
與行走的步態週期相比，跑步的步態週期則是多了雙腳皆離開地面的飛程 (Novacheck, 1998)，而在兩個相鄰的雙腿騰空期之間，先前蹬地的腳則是進入擺 動期。
圖 2-2 跑步飛程 (Weyand, Sternlight, Bellizzi, & Wright, 2000)
雖然許多實驗研究對於行走或是跑步週期的定義有所不同，但是最基本的分 類是以行走具有雙支撐期，而跑步則具有騰空期為其判定的原則。
成人由行走變成跑步的臨界速率大約 2 m/s 至 2.14 m/s 之間 (Tseh, 2000)，
且隨著前進速率的增加，下肢擺動期在整個步態週期中所佔的比率也會逐漸增 加，而支撐期所佔的比率卻會逐漸減少（圖 2-3），以行走速率 1.2 m/s 而言，支 撐期佔整個步態週期的 62 % ，而擺動期則佔 38 % ，如果速率提升到了 9 m/s，
則擺動期所佔百分比會大幅提升到 80 % ，而支撐期的比率則是下降為 20 % (Novacheck, 1998)，因此各關節與肌肉的活動狀態均會隨著速率改變而有所變化。
圖 2-3 速率不同支撐期與擺動期比較 (Novacheck, 1998)
Jordan, Challis, 與 Newell (2007) 在步行速率對步態週期變化影響的研究 中，使用 11 名女性實驗參與者（平均年齡為 24.9 歲、平均身高 1.64 公尺、平均 體重 57.2 公斤），使用測量儀器為跑步機上埋設兩塊測力板（250Hz），用來紀
錄垂直反作用力（VGRF），在實驗之前會先讓實驗參與者熟悉跑步機，並測量他
們覺得舒適的跑步速率（Preferred running speed, PRS），正式實驗的測試速率為 在跑步機上設定 80 %、90 %,、100 %、110 %和 120 %的 PRS，測驗時間為 12 分 鐘以求記錄到穩定的步態週期，最後根據實驗結果認為在每個移動速率中，各肢 段都會有相對應的擺動週期，並且認為在移動的步態中較低的移動速率身體會有 較佳的穩定性。
Weyand, Sternlight, Bellizzi, 與 Wright (2000) 在跑步機上，利用 33 名實驗參 與者（男性 24 名、女性 9 名）測試選手最大跑速時的力學現象，使用測力板做 為測量工具，發現在賽跑選手的加速過程，一旦步頻到了一定程度之後，就非透 過雙腿騰空期時快速交換雙腿來達成加速的目的，而是透過腿部肌纖維輸出更大 的蹬地力量來使跑步速率增加。因此我們可以瞭解，達到一定步頻後，如要增加 跑步的速率，下肢肌肉就必須產生更大的力量來因應。
在探討下肢運動生物力學，慣用腳的問題經常被有意無意的提起，在許多研 究中慣用腳的測定常利用踢球、登階、跳遠、往前踩步、恢復平衡、鋭劍防衛以 及自我認定的方式來做慣用腳的判定，雖然有許多的測定方法，但經實驗驗證結 果發現被個人認定所謂的慣用腳和非慣用腳，在對地反作用力、單腳站立平衡和 踢腿速率方面的測驗皆未達到顯著差異的水準，因此一般人所謂的慣用腳應該是
「習慣用腳」，而非是真有能力較強的腳(蔡佳良、黃啟煌、吳昇光，2005)。
第參章第參章
（一）BTS Bioengineering Workstation 一部
（二）BTS Bioengineering PackEMG 一組（內含六組表面肌電訊號感應套件與兩 組 Footswitch 組件）
（三）Access Point 一組
（四）電極貼片數個(Ambu Blue Sensor P, made in Denmark)
（五）除毛刀、棉花、酒精
（六）Myolab-2.9.113.0
（七）Dyna3D-1.0.0.0
第四節 實驗流程與場地布置圖
本研究為確保肌電貼片在每位實驗參與者身上，測驗跑步機與地面上跑走時 皆在相同的位置，因此採用交替施測器材的實驗設計，即同ㄧ實驗參與者一次做 完跑步機與地面跑走的測驗，避免肌電貼片在兩測驗中位置相異所造成的誤差，
且為避免實驗參與者穿著不同運動鞋所造成的實驗誤差，故要求實驗參與者在實 驗進行時不得穿著運動鞋。
一、運動學器材架設與資料處理
（一）地面施測
1.架設及校正高速攝影機焦距與拍攝範圍，務求拍攝到動作全景，拍攝頻 率定為 250Hz，光圈為 1/1000 秒。
2.高速攝影鏡頭離欲拍攝物體距離為 8.76 公尺，離地面高度為 0.77 公尺。
3.在高速攝影機正後方架設三組 500W 強光燈補光，並拍攝比例板。
4.移除比例板，並在離預測驗範圍中心點橫向各 1.5 公尺處架設一組百米 分段計時器。
5.測量每位實驗參與者的身高、體重。
6.分別在實驗參與者右側的肩關節（Shoulder）、髖關節（Hip）、膝關節
（Knee）、踝關節（Ankle）與第五蹠趾關節（Toe）處黏貼反光貼片。
圖 3-1 反光貼片貼點示意圖
7.利用百米分段計時器測量實驗參與者的 PRS，並計算其在 40％、60％、
80％、100％、120％、140％與 160％所應達到的速率。
8.場地佈置圖
圖 3-2 地面測驗場地佈置圖
（二）跑步機施測
1.在地面施測的場地中，先移除百米分段計時器。
2.在拍攝範圍內架上跑步機，並於跑步機下方放置鋼板，以求跑步機跑帶 維持水平。
3.起始測試時，將跑步機調至欲施測速率，待實驗參與者走跑動作穩定後 再起始收集資料。
4.場地佈置圖
圖 3-3 跑步機測驗佈置圖
（三）資料處理
1.利用 VFCIC 軟體剪接並轉檔高速攝影機 VFC-1000 所拍攝的影片，再 使用 Kwon3D 動作分析軟體做反光貼片座標的數位化分析。
2.反光貼片的點取順序依次為肩關節（Shoulder）、髖關節（Hip）、膝關節
（Knee）、踝關節（Ankle）與第五蹠趾關節（Toe）。
二、肌電器材架設與資料處理
（一）器材架設
1.利用除毛刀刮除在欲施測部位的毛髮，而後用 75 % 酒精擦至皮膚泛紅 為止。
2.分別在右側臀大肌、股直肌、股二頭肌、脛前肌、內側腓腸肌、外側腓 腸肌的肌腹貼上肌電貼片，兩兩貼片電極約相距一公分，並裝置擷取電 極端 (1000 Hz)。
3.各在左右足底部份貼上三個 Footswitch 感應電極，黏貼的位置依序為足 底的球部、足中部及足跟部，但為避免裸足對 Footswitch 產生傷害與不
同運動鞋對於實驗結果所造成的差異，因此要求實驗參與者穿著厚底襪 子。
圖 3-4 Footswitch 黏貼位置
4.利用 Smart D 擷取軟體連接 PackEMG 與 Workstation。
（二）資料處理
使用 Myolab-2.9.113.0 軟體來做資料處理，利用 Footswitch 定位出一 個右腿跨步週期的前後時間點，對照此時間點擷取該速率下的臀大肌、股 直肌、股二頭肌、脛前肌、內側腓腸肌與外側腓腸肌的肌電訊號，而後經 過高通濾波(High Pass Filter, Cut off frequency＝20)與低通濾波（Low Pass Filter, Cut off frequency＝500）的濾波訊號處理，利用整流（rectify）把濾 波過後的肌電訊號翻正，再經過積分（integration）處理，最後把該區段的 數值加總，得積分肌電值（IEMG）。
三、儀器啟動方法
本研究使用擷取資料的儀器分別有百米分段計時器、VFC-1000 高速攝 影機及 BTS Bioengineering Workstation 共計三部電腦，百米分段計時器為測 量前就可先啟動待機，故無同時啟動問題，但 VFC-1000 高速攝影機與 BTS Bioengineering Workstation 卻須同時啟動以獲取同一個動作資料，又肌肉肌 電圖是以 Footswitch 判定足部是否接觸地面，故不須精準同步，只求能在高
速攝影機內記憶體所能容許的拍攝時間限制下與 Workstation 能同時啟動，
高速攝影機與 PackEMG 能同時擷取實驗參與者的同一動作即可，為此研究 者自行製作「類同步啟動訊號產生裝置」能同時啟動兩部電腦的擷取軟體。
圖 3-5 類同步啟動訊號產生裝置
在正式實驗時，百米分段計時器先設定為待機狀態，能隨時擷取物體經 過百米分段計時器時的速率，其後待設定完成高速攝影機與 BTS
Bioengineering Workstation 的擷取軟體後，利用此啟動裝置連接兩台電腦主 機，即可在擷取動作資料時達到其設計此裝置的預期效果。
第五節 實驗步驟
首先佈置地面測驗場地，待一號實驗參與者到達後，請工作人員測量並記錄 其身高、體重與年齡等基本資料，接著請實驗參與者除去運動鞋後僅著襪子，並 使用百米計時器測量實驗參與者的 PRS 值，而後把 PRS 值代入修正的跑步機實 際速度與界定刻度關係曲線（附錄一）進行運算，可得一號實驗參與者在地面測 驗場地測驗時所需達到其自身 PRS 的 40 ％、60 ％、80 ％、100 ％、120 ％、
140 ％ 與 160 ％ 的速率表（附錄二），待身上反光貼片與電極貼片貼點完成後 即開始進行正式實驗。
正式實驗時，先請受試者站在離第一組百米分段計時器十五公尺處準備，工 作人員先說「預備」，過二~三秒後即說「開始」，實驗參與者聞「開始」口令後，
即起始動作，期望經過百米分段計時器時能分別得到預定 PRS 的 40 ％ 速率，
如無法達到其速率範圍，即請實驗參與者再作一次動作，大部分受試者皆能在四
次之內達到該速率，其它速率依此類推；完成該次動作後，請實驗參與者至旁邊 休息五分鐘，一方面為讓實驗參與者休息不致產生疲勞，另一方面為讓高速攝影 機有足夠的時間儲存資料。
待地面測驗七種速度測驗完畢後，即移除百米分段計時器，把跑步機移至高 速攝影機拍攝中心點與地面測驗時跑道的交匯點，請實驗參與者依照正常跑步機 啟動程序啟動跑步機，告知實驗參與者在 40 % PRS 速率時跑步機所對應的刻度
（附錄二），並調整至該刻度，待實驗參與者動作穩定之後即進行資料擷取，其
餘速率也依照此一程序完成。
待一號實驗參與者測驗完畢後，於另一地架設百米分段計時器，測驗二號實 驗參與者的 PRS，待得知各測驗速率在跑步機上對應刻度之後，即先進行跑步機 測驗，跑步機測驗結束後，移除跑步機並把百米分段計時器架回原處，再起始地
待一號實驗參與者測驗完畢後，於另一地架設百米分段計時器，測驗二號實 驗參與者的 PRS，待得知各測驗速率在跑步機上對應刻度之後，即先進行跑步機 測驗，跑步機測驗結束後，移除跑步機並把百米分段計時器架回原處，再起始地