不同阻力與不同座墊位置對自行車踩踏效率的影響

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(1)國立臺灣師範大學. 運動科學研究所. 碩士學位論文. 不同阻力與不同座墊位置對自行車踩踏效率的影響. 研究生：張柏苓指導教授：相子元. 中華民國 101 年 7 月中華民國臺北市.

(2) 不同阻力與不同座墊位置對自行車踩踏效率的影響 2012 年 7 月. 研究生：張柏苓指導教授：相子元摘要. 座墊位置明顯影響自行車的下肢踩踏，但是阻力改變後的影響仍鮮少被探究。目的：考量阻力介入的情況，以 90 rpm 的固定節奏探討不同座墊位置對下肢踩踏的影響，從中評估最佳運動效率的座墊位置。文獻探討回顧了座墊高度的定義，調整座墊的影響，以及過去研究中的方法學差異。方法：招募 11 名無經歷過自行車專業訓練的大專學生（身高 174.5 ± 6.1 公分、體重 70.8 ± 6.2 公斤、年齡 25.3 ± 1.3 歲），經過知情同意書的閱讀後自願參與本實驗。實驗設計以 2 種功率 × 9 種座墊位置進行，並擷取運動學、動因學、肌電圖數據，以及舒適度量表的主觀舒適感受。統計方法使用二因子重複量數變異數分析考驗阻力與座墊位置的相互影響。結果：座墊位置越低越前，下肢關節 ROM 會減少，踏板衝量不改變，下肢肌肉活化量會降低。舒適度量表則顯示中間座墊高度主觀最舒適。結論：90 rpm、低座墊位置，有較佳的踩踏效率。. 關鍵詞：座墊高度、功率、衝量、肌電圖、舒適度. i.

(3) Effects of different resistances and saddle positions on cycling efficiency July, 2012. Graduate Student: Po-Ling Chang Advisor: Tzyy-Yuang Shiang Abstract. Purpose: To investigate the effect of cycling efficiency with different saddle position when resistance increased at 90 rpm. This thesis presented numerous saddle height definitions, and the difference of methodology among previous studies in literature review. Methods: Eleven college participants (height 174.5 ± 6.1 cm, weight 70.8 ± 6.2 kg, age 25.3 ± 1.3 years) joined this experiment voluntarily, riding on a bicycle simulator, which could adjust the saddle position and cycling work rate. In the experiment design with 2 work rates × 9 saddle positions, lower limb kinematic, pedal kinetic, lower limb electromyography, comfort scale data were recorded to assess the efficiency. A two-way repeated measures ANOVA was used for statistics. Results: When resistance increased, lower and more forward saddle position would lead to the decrease of lower limb joint ROM, unchanged pedal impulse, decrease of lower limb muscle activation, and the middle saddle height showed the most comfortable by comfort scale. Conclusion: This thesis found that riding with 90 rpm and lower saddle position would perform more efficiently when resistance increased.. Key words: saddle height, work rate, impulse, electromyography, comfort. ii.

(4) 謝誌這兩年來，一直不斷思考許多問題，至今仍然只有些抽象的答案。所幸 2010 年下列長輩曾說過：為了什麼而來讀研究所？（李老師），要先找出自己的專業（張老師），不要懷疑應該要懷疑這件事（謝老師），要做自行車的研究要先長距離騎過（相老師），沒有人能夠一次全部都記住（明昇學長），這些數據真的有意義嗎？（易廷學長），積極！（家祥學長）。給予了我許多方向感，讓論文能夠順利地起頭。進展到實驗階段，尹鑫學長、陳奕伶、郭宥汝、洪鈴雅、羅瑭勻、謝維駿、戴一涵、謝振芳、庭睿學長、曾同熙，在儀器操作、協助收資料、儀器保養、故障排除、導航性實驗皆提供了莫大的協助，感謝你們。接下來，資料的分析處理、論文後兩章的撰寫，是自己緊鑼密鼓、全力以赴的階段。歷經口試委員何老師、許老師的評論建議，指導教授相老師的意見修改，論文終於大體底定了。師大的人們、北體的人們、文化的人們、國體的人們、還有其它許許多多人，這兩年來我認識了許許多多人，受到許許多多人的提醒、指點、幫助，真的是非常非常感謝。從頭到尾，這個漫長的過程，有喜、有悲、有煩、有氣餒、有決意、有成就、有榮耀、有所領悟、有所獲得。最後，感謝這段路上一直有親人的關心與支持，謹以此論文，獻給他們。. iii.

(5) 目次中文摘要 ................................................................................................................................ i 英文摘要 ............................................................................................................................... ii 謝誌 ...................................................................................................................................... iii 目次 ...................................................................................................................................... iv 圖次 ...................................................................................................................................... vi 表次 ..................................................................................................................................... vii 第壹章緒論 ....................................................................................................................... 1 一、研究背景 ............................................................................................................... 1 二、研究問題 ............................................................................................................... 5 三、研究目的 ............................................................................................................... 6 四、研究假設 ............................................................................................................... 6 五、研究限制 ............................................................................................................... 6 六、名詞操作性定義 ................................................................................................... 7 七、研究的重要性 ..................................................................................................... 10 第貳章文獻探討 ............................................................................................................. 11 一、座墊在自行車調整中扮演的角色 ..................................................................... 11 二、標準座墊高度調整指標的發展 ......................................................................... 12 三、各種座墊調整的下肢踩踏情況 ......................................................................... 15 四、踩踏節奏與阻力的關聯 ..................................................................................... 18 五、舒適度與踩踏效率的評估方式 ......................................................................... 20 六、文獻總結 ............................................................................................................. 22 第參章研究方法 ............................................................................................................. 23 一、實驗對象與地點 ................................................................................................. 23 二、實驗設計 ............................................................................................................. 24 三、實驗儀器與設備 ................................................................................................. 24 （一）車體 ......................................................................................................... 24 （二）運動學 (kinematic) 儀器 ....................................................................... 25 （三）動因學 (kinetic) 儀器............................................................................ 25 （四）肌電圖 (electromyography) 儀器 ......................................................... 26 （五）儀器之同步與座標系定義 ..................................................................... 26 （六）舒適度量表 ............................................................................................. 27 （七）其它 ......................................................................................................... 27 四、實驗控制 ............................................................................................................. 27 五、實驗流程 ............................................................................................................. 29 （一）儀器校正與實驗說明 ............................................................................. 30 iv.

(6) （二）黏貼反光球與肌電圖 ............................................................................. 30 （三）10 秒衝刺測試 ........................................................................................ 31 （四）18 種騎乘情境實驗 ................................................................................ 31 六、資料處理 ............................................................................................................. 32 （一）分析範圍與動作分期 ............................................................................. 32 （二）原始資料處理 ......................................................................................... 32 （三）參數分析 ................................................................................................. 34 （四）統計分析 ................................................................................................. 36 第肆章結果 ..................................................................................................................... 37 一、全週期之踩踏結果 ............................................................................................. 37 二、下踩期之踩踏結果 ............................................................................................. 41 三、回昇期之踩踏結果 ............................................................................................. 45 四、舒適度 ................................................................................................................. 49 五、參數間之相關 ..................................................................................................... 50 六、踩踏效率比 ......................................................................................................... 51 七、下肢關節活動比例 ............................................................................................. 52 八、下肢肌肉活化貢獻度 ......................................................................................... 54 第伍章討論 ..................................................................................................................... 56 一、不同座墊位置對下肢踩踏的影響 ..................................................................... 56 二、阻力提高對下肢踩踏的影響 ............................................................................. 62 三、不同座墊位置對主觀舒適度的影響 ................................................................. 67 四、踩踏效率評估 ..................................................................................................... 69 五、結論 ..................................................................................................................... 72 六、建議 ..................................................................................................................... 74 引用文獻 ............................................................................................................................. 75 附錄 ..................................................................................................................................... 82 一、全週期之二因子重複量數變異數分析 p 值摘要表 ......................................... 82 二、下踩期之二因子重複量數變異數分析 p 值摘要表 ......................................... 83 三、回昇期之二因子重複量數變異數分析 p 值摘要表 ......................................... 83 四、踩踏週期運動學原始資料圖 ............................................................................. 84 五、踩踏週期動因學原始資料圖 ............................................................................. 88 六、踩踏週期大腿肌肉活化原始資料圖 ................................................................. 92 七、踩踏週期小腿肌肉活化原始資料圖 ................................................................. 96 八、實驗須知與受試者告知同意書 ....................................................................... 100 九、受試者實驗次序分配表 ................................................................................... 101 十、實驗記錄表格 ................................................................................................... 102 十一、舒適度量表 ................................................................................................... 103 十二、個人小傳 ....................................................................................................... 104 v.

(7) 圖次圖1. 矢狀面運動學角度定義圖 ........................................................................................ 9. 圖2 圖3 圖4 圖5 圖6 圖7 圖8 圖9 圖 10 圖 11 圖 12 圖 13 圖 14 圖 15 圖 16 圖 17. 18 種騎乘情境示意圖（2 種功率 × 9 種位置） .................................................. 24 自行車模擬台 .......................................................................................................... 25 實驗環境空照圖 ...................................................................................................... 26 實驗流程圖 .............................................................................................................. 29 右腳黏貼整體圖 ...................................................................................................... 30 大轉子位置定義圖 .................................................................................................. 30 股直肌黏貼位置 ...................................................................................................... 31 股二頭肌-長頭黏貼位置 ......................................................................................... 31 脛前肌黏貼位置 .................................................................................................... 31 內側腓腸肌黏貼位置 ............................................................................................ 31 原始資料處理流程圖 ............................................................................................ 32 參數總攬 ................................................................................................................ 34 全週期垂直衝量 150W 立體長條圖 .................................................................... 63 全週期垂直衝量 250W 立體長條圖 .................................................................... 63 全週期下肢肌電總量 150W 立體長條圖 ............................................................ 64 全週期下肢肌電總量 150W 立體長條圖 ............................................................ 64. 圖 18 圖 19. 全週期踩踏效率比 150W 立體長條圖 ................................................................ 70 全週期踩踏效率比 250W 立體長條圖 ................................................................ 70. vi.

(8) 表次表1. 座墊高度量化指標一覽表 ...................................................................................... 15. 表2 表3 表4 表5 表6 表7 表8 表9 表 10 表 11 表 12 表 13 表 14 表 15 表 16 表 17. 過去研究之座墊調整刻度比較 .............................................................................. 17 受試者基本資料表 .................................................................................................. 23 各騎乘情境之節奏與功率總表 .............................................................................. 29 全週期運動學參數總表 .......................................................................................... 38 全週期動因學參數總表 .......................................................................................... 39 全週期肌電圖參數總表 .......................................................................................... 40 下踩期運動學參數總表 .......................................................................................... 41 下踩期動因學參數總表 .......................................................................................... 42 下踩期肌電圖參數總表 ........................................................................................ 43 回昇期運動學參數總表 ........................................................................................ 45 回昇期動因學參數總表 ........................................................................................ 46 回昇期肌電圖參數總表 ........................................................................................ 47 各騎乘情境之舒適度總表 .................................................................................... 49 不同座墊位置各參數相關矩陣表 (150W) .......................................................... 50 不同座墊位置各參數相關矩陣表 (250W) .......................................................... 50 踩踏效率比總表 .................................................................................................... 51. 表 18 表 19 表 20 表 21 表 22. 全週期下肢關節活動比例 .................................................................................... 52 下踩期、回昇期下肢關節活動比例總表 ............................................................ 53 全週期下肢肌肉活化貢獻度 ................................................................................ 54 下踩期、回昇期下肢肌肉活化貢獻度總表 ........................................................ 55 早期研究之控制變項比較 .................................................................................... 60. vii.

(9) 緒論. 第壹章. 1. 緒論. 一、研究背景隨著自行車運動蓬勃發展，騎乘的時間增加，部分族群也開始以更高的運動強度去踩踏自行車，譬如說 40 公里連續不停歇的騎乘，或是長時間登山爬坡的騎乘。因為運動強度越高對身體的體適能要求就越高，當騎士們應用變速系統在平地上疾馳或是征服陡坡之前，仍應先考量車架大小、座墊高度、車把寬度、曲柄長度等車體參數是否與自身的體型達到最佳搭配。如果結構調整得宜，可以改善騎乘姿勢、增加舒適度、提升運動表現，但是不適當的調整會增加運動傷害的風險。所以如何騎乘地更有效率、更舒適、更安全，是騎士們普遍關注的議題。「怎樣選擇一台適合自己的自行車？」「如何把自行車調整最佳化？」這些問題牽涉到了自行車調整領域的研究。自行車的眾多結構中，座墊一般是最優先調整的，這是因為座墊有調整較容易的特性，並支撐人體約 60%的體重 (Silberman, Webner, Collina, & Shiple, 2005)。另外當座墊高度調整 5%，發現膝關節活動範圍改變 25% (Sanderson & Amoroso, 2009)，而座墊高度調整 3%就會使踝關節活動範圍改變 13% (Bini, Tamborindeguy, & Mota, 2010)，由此可知座墊位置改變對下肢踩踏有相當大的影響。然而決定座墊高度的指標有相當多種，質性指標以「腳跟踩在踏板上膝關節可以伸直」、「腰部髂骨上端與座墊等高」.

(10) 緒論. 2. 較常見。量化指標則有 109%恥骨到地面 (Hamley & Thomas, 1967) 的長度、104%坐骨到地面 (Shennum & deVries, 1976)、100%大轉子到地面 (Nordeen-Snyder, 1977)、113%坐骨到內踝 (Ericson, Nisell, Arborelius, & Ekholm, 1985)、88.3%車褲縫線 (Burke, 1994) 到地面等。過去一系列的研究依據以上量化指標，去探討不同座墊高度的下肢踩踏狀況，包括關節角度 (Nordeen-Snyder, 1977)、踏板受力 (Ericson & Nisell, 1988)、關節力矩 (Ericson, Bratt, Nisell, Nemeth, & Ekholm, 1986)、肌肉活化 (Jorge & Hull, 1986) 的測量。然而除了關節角度與踏板受力的結果較無爭議，關節力矩與肌肉活化的結果迄今仍然有許多不明確之處 (Bini, Hume, & Croft, 2011a)，踩踏過程中肌肉長度不斷改變可能是原因之一 (Too, 1990)，此外姿勢不同（前傾、俯臥）、族群差異（高度訓練、業餘）、踩踏節奏快慢、阻力大小也會對結果產生影響，因此目前建議最佳座墊高度的設定，是先根據指標調整在參考位置，然後再依照個人感受去微調 (So, Ng, & Ng, 2005)，至於先選擇何種指標仍是看法各異。現今的座墊結構除了可以上下調整高度，亦可水平調整前後位置，然而先前研究探討的座墊高度，並沒有同時考量座墊的前後移動。聚焦在前後位置的研究結果發現髖關節角度改變明顯，不過膝關節角度改變不明顯 (Hanaki-Martin, Mullinaeux, Jeon, & Shapiro, 2010)，對肌肉力矩也沒有顯著影響 (Vrints, Koninckx, Van Leemputte, & Jonkers, 2011)，這可能.

(11) 緒論. 3. 是因為踝關節活動範圍改變。肌肉活化的差異已有 Diefenthaeler, Bini, Karolczak, 與 Carpes (2008) 進行實驗，但是樣本數只有 3 名造成結果無法推論至其他族群。目前可知座墊前後位置如果控制不明確，對上下調整的效果有一定的影響。整體而言，單以運動表現的變項尚無法分析出最佳座墊位置，必須再根據運動傷害預防的觀點加以探討。排除環境、衝撞等外部因素，周正亮、陳俊忠、劉作仁、徐道昌（1990）統計國內亞運級自行車選手最易受傷部位的前三名，依序是膝關節、下背部、手部。這些傷害同樣好發於業餘族群身上，且普遍歸因在過度使用與姿勢不良，而車體的結構調整對這兩個原因皆有影響。如果騎士在不符合解剖生理的座墊位置持續踩踏，容易致使肌肉與周圍軟組織重複累積微小的傷害。Holmes, Pruitt, 與 Whalen (1994) 建議踩踏在下死點時膝關節角度在 25-35 度的範圍內，對預防膝關節傷害是有幫助的。Peveler, Bishop, Smith, Richardson, 與 Whitehorn (2005) 指出 109%恥骨到地面、88.3%車褲縫線、腳跟法調整的座墊高度皆落在膝關節角度 25-35 度的範圍內，但是 Ferrer-Roca, Roig, Galilea, 與 García-López (2011) 發現座墊高度調整要超過 109%恥骨，才會使膝關節角度在 25-35 度的範圍內。下肢長度（大腿長、小腿長）、角度量測方法（靜態、動態）、鞋踏介面（定趾夾、卡踏）皆會影響踩踏的關節角度，此外座墊前後位置也是重要影響因素之一。.

(12) 緒論. 4. 當一般人騎乘自行車時，往往以舒適度做為調整座墊高度的主要依據，但是個人感受到之舒適度跟量化指標調整出的結果常常是不一致的 (Christiaans & Bremner, 1998)，因此單以舒適度調整座墊不能保證有好的運動表現及傷害預防，然而要有好的運動表現也不一定會感受到舒適。運動表現、傷害預防、舒適度三者間的平衡需要考量很多因素，實際道路騎乘時的踩踏阻力因素，是可以優先探討的。Hug 與 Dorel (2009) 已界定爬坡騎乘是屬於阻力較高的踩踏情況，對踏板受力與肌肉活化影響明顯，此外還須考量阻力-迴轉速關係 (MacIntosh, Neptune, & Horton, 2000) 對踩踏表現的影響。因為路況不同，實際道路騎乘會遭遇不斷變化的阻力。當阻力增加，肌肉的收縮程度、軟組織的張力、關節的受力與力矩皆會提高，因此受傷的風險也較高。能在阻力較高的情況下找到安全又省力的座墊位置，進而改善姿勢，對自行車騎士是有助益的。總攬過去研究可發現，以下肢長度比例做為調整座墊的指標較缺乏傷害預防的根據，而膝關節角度指標可以初步評估傷害預防，但是有研究間測量方法不一致的問題。此外，座墊前後位置之操作性定義描述較少，也較少研究聚焦在阻力與座墊位置的交互影響，而且某些騎士以量化指標調整座墊後，卻發現有踏板踩空的現象，可能是亞洲與歐美人種的體型差異所致。目前國內自行車運動人口的年齡以 21-40 歲為最多（葉珮如，2010；鄭峰茂、許龍池，2011），而且有一定比例的人數騎乘以速.

(13) 緒論. 5. 度為取向的公路車。剛入門的騎士單以主觀感受去判斷座墊位置是否適當是有困難的，如果能即早避免不適當的座墊位置，對運動傷害預防是有幫助的。踩踏效率是評估騎乘表現的重要指標，而效率的原理概念來自於「消耗的能量越少而輸出的作功越多，則效率越佳」（林正常、林貴福、徐台閣、吳慧君，2002，105 頁）。Ericson 與 Nisell (1988) 的研究發現座墊位置改變不影響踩踏的力量效率，而陳元鴻與黃紹仁（2010）則發現低座墊位置下肢肌肉活化較少，會有較佳的效率。如果能以較少的下肢肌肉活化對踏板踩出較大的力量，代表踩踏效率較佳。然而鮮少研究直接以下肢肌肉活化與踏板力量的關聯去評估座墊位置的調整。所以本研究聚焦在：受試者沒有受過專業訓練，在阻力較高的情況騎乘公路車，探討不同座墊位置如何影響下肢的踩踏狀況，以踩踏效率的觀點提出證據，應用在自行車的座墊位置調整。二、研究問題不同阻力與不同座墊位置皆會影響實際騎乘時之踩踏表現，在短期間高阻力的踩踏情況中，踩踏效率較佳能提升運動表現也可能降低運動傷害，但是座墊調整至哪個位置有較佳的踩踏效率仍沒有定論，阻力對下肢踩踏運動學、動因學、肌電圖趨勢的影響？主觀感受是否舒適？如何更有效率、更安全、更舒適地騎乘？是本研究欲探討的問題。.

(14) 緒論. 6. 三、研究目的探討 2 種阻力交叉 9 種座墊位置對下肢關節活動範圍、踏板衝量、下肢肌肉活化量、舒適度的影響。由踩踏效率數據去推估運動表現，並參考騎乘者之主觀舒適度，查探阻力介入後騎乘在不同座墊位置時之下肢踩踏特性，做為未來調整自行車座墊位置的參考根據。四、研究假設（一）不同座墊位置與不同阻力會有顯著的交互作用。（二）阻力改變會使下肢關節角度、踏板衝量、肌肉活化量顯著改變。（三）當阻力提高，膝關節屈曲程度減少，股直肌、股二頭肌、脛前肌、腓腸肌活化增加。（四）座墊位置較高時，膝關節屈曲程度減少，腓腸肌活化增加。（五）座墊位置較前時，膝關節屈曲程度增加，股直肌活化增加。（六）座墊位置在中間時，主觀感受最舒適。五、研究限制（一）研究樣本為一般大眾，男性，年齡範圍在 23-28 歲，較無法推論至高度訓練的競技選手與老年人族群。（二）因為車體的結構差異，推論到三鐵車、登山車、小徑車、淑女車的騎乘姿勢較困難。（三）不使用卡踏與定趾夾，以一般踏板搭配運動鞋踩踏。.

(15) 緒論. 7. （四）不考量空氣阻力為前提，在實驗室環境中進行實驗。（五）車體固定，不會出現車體內外側擺盪的情況。（六）只探討人體右腳的踩踏情況，雙腳對稱性尚未確認。（七）只分析人體矢狀面的關節角度，額狀面未納入分析。（八）本研究以股直肌代表大腿前側的活化、股二頭肌代表大腿後側的活化、脛前肌代表小腿前側的活化、腓腸肌代表小腿後側的活化，更精細的同側肌肉協調尚無法評估。下肢肌電總量由這四條肌肉綜合評估，未將所有下肢肌群活化納入考量。六、名詞操作性定義（一）標準座墊位置坐上去時，臀部尾椎與座墊後端切齊 (de Vey Mestdagh, 1998)，足部以蹠趾關節踩於踏板轉軸。當曲柄 90 度時，膝關節髕骨表面向下延伸之鉛錘線通過踏板轉軸 (Silberman 等, 2005)；曲柄 180 度時，膝關節屈曲角度接近 30 度 (Bini 等, 2011a; Peveler 等, 2005)。（二）車把位置車把高度與標準座墊位置齊高，雙手抓握在車把橫桿部分，由上肩峰到握拳指節的距離 (de Vey Mestdagh, 1998)、手肘微彎、軀幹與水平線約 45 度 (Silberman 等, 2005)、上臂與軀幹約 90 度去定義座墊-車把距離，車把位置確定後即不再改變。.

(16) 緒論. 8. （三）阻力使人體運動之動作速度降低、肌肉收縮增加的抵抗力。本研究的阻力由自行車模擬台產生之踩踏功率量化，單位瓦特 (Watt, W)。（四）舒適度本研究採用胡祖武、李傳房（2006）所建立之量表去量化舒適度，分為「肩部」、「腳部」、「整體」三種向度，這三種向度的分數越少，代表主觀感受越舒適。（五）踩踏動作分期 1.上死點：踩踏週期中右腳踏板的最高點，且曲柄垂直地面。 2.下死點：踩踏週期中右腳踏板的最低點，且曲柄垂直地面。 3.下踩期：曲柄 0 至 180 度為下踩期，即由上死點開始的前半圈。 4.回昇期：曲柄 181 至 359 度為回昇期，即由下死點開始的後半圈。（六）參數定義 1.運動學角度：由向量內積 (inner product) 計算矢狀面髖關節角度、膝關節角度、踝關節角度、曲柄角度，如下頁圖 1 所示。 2.關節 ROM：由關節角度最大值減去最小值而得，代表關節的活動範圍 (range of motion)。 3.踏板衝量：踏板受力對踩踏週期的時間積分而得，代表固定時間內作用在踏板的力量整體量。.

(17) 緒論. 圖1. 9. 矢狀面運動學角度定義圖. 4.積分肌電：肌肉活化對踩踏週期的時間積分而得，代表固定時間內肌肉活化的整體量（陳元鴻、黃紹仁，2010）。 5.下肢總 ROM：由髖、膝、踝三關節的 ROM 數值加總而得，代表下肢整體的活動度，分析方法參考 Bini 等 (2010)。 6.下肢肌電總量：由股直肌、股二頭肌、脛前肌、腓腸肌四條肌肉的標準化積分肌電加總而得，代表下肢肌肉整體的活化量，分析方法參考 Duc 等 (2008)。 7.踩踏效率比：遵照「輸出的功除以能量消耗」的概念（林正常等， 2002，頁 105），由踏板衝量除以下肢肌電總量而獲得。肌肉活化越小、衝量越大，則效率比越高，代表踩踏是較有效率的。.

(18) 緒論. 10. 8.關節活動比例：髖關節、膝關節、踝關節 ROM 各自佔下肢總 ROM 的比例，比例較高代表活動度相對其它關節較高，分析方法參考 Bini 等 (2010)。 9.下肢肌肉活化貢獻度：股直肌、股二頭肌、脛前肌、腓腸肌積分肌電各自佔下肢肌電總量的比例，比例較高代表活化程度相對其它肌肉較高，分析方法參考 Bini 等 (2010)。七、研究的重要性本研究屬於應用性研究，目標在達到理論與實際相結合。自行車領域的研究有相當多的變項可以探討，包括阻力、功率、舒適度、座墊位置、車把位置、騎乘姿勢、踩踏節奏、車鞋種類、肌肉活化、攝氧量、心跳率、踩踏力量、關節內力、關節力矩、踩踏效率。而過往的座墊調整依據一直缺乏有關阻力提高後的解釋，而且自行車調整本就是一個不斷要微調的過程，並非一個量化指標調整完後就可以一勞永逸。本研究希望能從效率的觀點入手，探討運動強度較高、對人體負荷影響較大的騎乘情境，將有意義的結果應用在車體調整、姿勢修正、訓練依據、復健處方等層面上，使自行車調整的文獻資料更全面、更完整，最終回饋給社會中多數的自行車騎乘者。.

(19) 文獻探討. 第貳章. 11. 文獻探討. 學術領域的名詞關於自行車運動 (cycling)、踩踏運動 (pedalling)、測功儀運動 (ergometer exercise)，在運動型態上皆有封閉性與循環性的特徵，其中研究文獻應用最為廣泛的名詞為自行車運動，踩踏運動則聚焦在下肢與踏板的運動，測功儀運動與器材有關，能利用器材測得人體運動所產生的功 (work)，自行車、游泳、划船等運動項目都包括在內。本研究以自行車運動為出發點，下文將繼續探討「座墊在自行車調整中扮演的角色」、「標準座墊高度調整指標的發展」、「各種座墊調整的下肢踩踏情況」、「踩踏節奏與阻力的關聯」、「舒適度與踩踏效率的評估方式」，五個核心主題。一、座墊在自行車調整中扮演的角色自行車調整 (bicycle fit) 的意義在於調整車體的結構，讓人騎得更舒適、出力更有效率，減少運動傷害同時提升運動表現 (Bini 等, 2011a; Christiaans & Bremner, 1998)。Silberman 等 (2005) 進一步將自行車調整分為靜態調整與動態調整兩種類型，靜態調整以騎乘時之三大接觸部分 ──座墊 (saddle)、踏板 (pedal)、車把 (handle bar) 結構為主，動態調整以生理學、生物力學的參數為主，包括攝氧量、關節角度、肌肉活化等。靜態與動態調整是互相參照、互相評估的。.

(20) 文獻探討. 12. 不正確的動作姿勢與過度使用，是自行車運動傷害最常被提出的兩大原因 (Bini 等, 2011a; Holmes 等, 1994)。不正確的動作姿勢與車體的結構調整有直接關聯，尤其是在座墊部分 (Callaghan, 2005)。而且座墊位置調整較簡便，能夠直接影響到下肢的活動範圍與肌肉運作，成為了多數研究 (Bini 等, 2010; Nordeen-Snyder, 1977; Peveler 等, 2005; Sanderson & Amoroso, 2009) 首要探討的變項。相較於通勤訴求的騎乘者，如果是進行 40 公里以上長距離騎乘或長時間爬坡騎乘，運動時間、強度、傷害發生率都會隨之升高，因此這種以競速為目的的騎乘者主要考量在快速、省力、低傷害性。但是怎麼調整？調整多少？讓座墊調整能夠符合這三個訴求，是目前學術研究無法完善解答之處。本研究回顧座墊高度的調整指標發現有 5 種以上，而且定義上也有模糊不清的地方，這可能是迄今仍無法提出有效解釋的原因。下一節將繼續探討各式各樣的座墊高度調整指標。二、標準座墊高度調整指標的發展座墊高度的調整指標可分為質性界定與量化界定。Burke (2002) 提出適當的座墊高度，為「腳跟踩到踏板時膝關節可以伸直」。此外也有「前腳掌踩到最底時膝關節不完全伸直」、「站在自行車旁腰部跟座墊齊高」的說法，都屬於質性指標。量化指標來自於早期的研究結果，以腿長的比例為自變項，藉由各種依變項的測試來決定最佳化的座墊高度。.

(21) 文獻探討. 13. Hamley 與 Thomas (1967) 以及另一篇由 Shennum 與 deVries (1976) 所進行的研究，同樣以騎乘於測功儀上的方式，測量不同座墊高度的攝氧量差異。但是兩篇研究定義的腿長不相同，Hamley 等人定義腿長為恥骨聯合到地面 (symphysis pubis-to-floor) 的長度，有別於 Shennum 等人所定義的坐骨到地面 (ischium-to-floor) 長度。所以這兩篇研究結果提出 109%恥骨聯合到地面長度與 104%坐骨到地面長度是適當的座墊高度。 Nordeen-Snyder (1977) 改採用大轉子到地面 (trochanter-to-floor) 的腿長定義，並與 Hamley 等人的定義進行關聯性比較，其研究結果提出 100% 大轉子到地面長度等同於 107.1%恥骨聯合到地面長度，有相似的攝氧量結果。大轉子長度的定義也被 Jorge 與 Hull (1986) 用來做為探討下肢肌肉活化的自變項。此外，Ericson, Bratt, Nisell, Nemeth, 與 Ekholm (1986) 以坐骨粗隆到內踝 (ischial tuberosity-to-medial malleolus) 的定義探討測功儀踩踏時的關節力矩變化，這種定義似乎可以排除踝關節旋轉以及鞋子厚度的影響。以上研究定義的座墊高度，在車體是從座墊頂端經過五通 (bottom bracket) 到踏板旋轉中心 (pedal spindle center) 的直線長度。然而三屆環法自由車賽 (Tour de France) 總排名第一的選手 Greg LeMond 主張最佳化的座墊高度是由座墊頂端到齒盤旋轉中心 (chainwheel center)，對應人體的長度計算公式是車褲縫線 (inseam) 到地面的長度乘上 0.883。Burke.

(22) 文獻探討. 14. (2002) 所著的《Serious Cycling》以及黃小萍翻譯自 Ballantine 與 Grant (1998) 的《自行車全書》皆收錄這種調整方法。這種定義較貼近實際應用，而且能排除不同曲柄 (crank) 長度的影響 (Bini 等, 2011a)。由於膝關節傷害常發生在自行車運動中，Holmes 等 (1994) 以骨骼肌肉解剖與運動傷害的觀點，提出膝關節屈曲 25 度（從完全伸展）可能使髕骨發炎的機率提高、25-30 度可能使股四頭肌腱炎或內側韌帶傷害的機率提高、30-35 度可能使髂脛束發炎或股二頭肌腱炎的發生機率提高。膝關節活動時的角度與膝關節傷害息息相關，然而各種以腿長為根據的調整方式，不一定有同樣的下死點 (bottom dead center, BDC) 膝關節角度 (Peveler 等, 2005)。因為膝關節角度能直接對照於人體，在靜態或是動態上皆可進行評估，對於降低運動傷害提升運動表現的評估比起腿長方式來得合理 (Peveler, 2008)，使膝關節角度在自行車調整的領域中成為一個相當重要的變項。目前建議下死點膝關節角度在 25 至 35 度的範圍內是較佳的 (Bini 等, 2011a; Ferrer-Roca 等, 2011; Peveler 等, 2005; Silberman 等, 2005)，而下死點膝關節角度在 25 度時已有研究指出能提升運動表現，主要是峰值功率的提高與較低的攝氧量 (Peveler & Green, 2011)。回顧各式各樣的座墊高度調整指標後，可發現質性指標通常來自於實際經驗，使用方便但是精準度較低；量化指標是由腿長比例得出座墊高度計算公式，精準度較高但是過程繁複。然而不論是質性或量化指標，.

(23) 文獻探討. 15. 對於人體運動狀況仍然多是間接推論，無法確定踩踏力量增加或減少，肌肉使用較少力還是費力，也無法保證哪種調整方式的運動傷害發生率最小。另外，由於自行車座管 (seat tube) 是有傾斜角度的，所以一改變座墊高度，座墊的垂直位置與水平位置都發生改變。下一節所要探討的即是改變座墊位置後對人體的運動狀況會有何影響。表1 車體測量. 座墊高度 (到踏板). 座墊高度量化指標一覽表. 人體測量 109% 恥骨聯合到地面. Hamley 與 Thomas (1967). 104% 坐骨到地面. Shennum 與 deVries (1976). 100% 大轉子到地面. Nordeen-Snyder (1977)；Jorge 與 Hall (1986). 113% 坐骨粗隆到內踝. Ericson 等 (1985). 98% 車褲縫線到地面(單位吋). 座墊高度 (到齒盤). 來源文獻. Bressel 與 Larson (2003). 下死點膝關節角度 25-35 度. Holmes 等 (1994)；Peveler 等 (2005). 88.3% 車褲縫線到地面. Silberman 等 (2005). 三、各種座墊調整的下肢踩踏情況在生物力學的定義，現今的座墊結構能夠進行三種自由度的調整，高低移動、前後移動、前傾後傾。Bini 等 (2011a) 指出 5%的座墊高度改變，對關節角度、關節力矩、肌肉長度就會有明顯的影響，而 4%的差異會造成約 5%攝氧量改變 (Nordeen-Snyder, 1977)。在踏板受力的部分，座墊位置的改變不會明顯影響力量 (Ericson & Nisell, 1988)，這是樣本為業餘騎乘者的結果。有研究證實，座墊位置較高而大腿肌肉活化較少、位置較低而活化較高 (Jorge & Hull, 1986; So 等, 2005)，但是對小腿肌肉而.

(24) 文獻探討. 16. 言則不一致，座墊位置較高需要較多的腓腸肌活化 (Sanderson & Amoroso, 2009)，因為要做更多的足蹠屈動作。在骨骼肌肉系統方面的研究，座墊位置較高會有較低的膝關節內力 (Ericson 等, 1986)，從表淺的觀點來看，可能是因為力量作用往座墊集中，使作用在膝關節的內力減少。但是也有研究不支持此論點 (Fleming 等, 1998)，這其中仍有踩踏負荷的影響要考量 (Tamborindeguy & Bini, 2009)。通常在確定座墊高度後，才會進行座墊前後移動的調整。標準座墊前後位置 (saddle fore-aft position) 是以踏板在 3 點鐘位置（曲柄向前平行地面），髕骨與踏板旋轉中心連成的直線與地面垂直為指標 (Bressel & Larson, 2003; Silberman 等, 2005)。這種標準跟一般俗稱的「膝蓋不過腳尖」有類似的意義，可能是為了避免髕骨肌腱承受過大的力量。座墊傾斜 (saddle tilt) 的調整沒有普遍的一致性，Spears 等 (2003) 以電腦模型的方式探討壓力與座墊結構的關係，發現座墊前端向下傾斜 (downward tilt) 對會陰部位有較小的壓力。Silberman 等 (2005) 指出自行車計時賽的選手也會將座墊向前下傾斜，以減少會陰部位的不舒服感。但是 Thompson & Rivara (2001) 提出座墊前端向上傾斜 (upward tilt) 10 至 15 度可以避免頸部傷痛及下背痛。大部分實際經驗者的建議是維持座墊水平即可，在騎乘過程中留意自身坐姿與臀部接觸位置的舒適度，才決定是否要進行傾斜的調整。.

(25) 文獻探討. 17. 由於自行車之座管是傾斜的，使得調整座墊高度的同時會改變座墊在水平的絕對位置 (Silberman 等, 2005)，另外如果單純調整座墊前後位置，改變的就是座墊高度。也因為調整自行車結構有這種「牽一髮動全身」的特性，所以只調整一個結構（或稱一個自由度）不一定能達到所謂的騎乘姿勢最佳化。本研究認為必須先觀察車體在各種調整情況時之人體運動參數趨勢，將車體的參數與人體的參數做出關聯，再進一步驗證出對人體運動有最佳化的結構調整。然而過去相關研究（邱新然，2010；陳元鴻、黃紹仁，2010；陳昭慶，2010；黃英豪，2010）的實驗方法中，因為採用的車體皆不相同，對座墊調整的刻度定義也不一致（表 2）。對此本研究認為座墊調整的刻度設定，應採用類似座標系統的絕對參照方式，以消除調整座墊時垂直與水平會互相連帶變化的影響。除此之外，兩個自行車實驗的重要控制變項，將在下一節繼續說明。表2 來源文獻. 過去研究之座墊調整刻度比較座墊調整刻度. 邱新然 (2010). 高低──股骨頭到地面的 85%、95%、105%。. 陳元鴻、黃紹仁 (2010). 高低──胯下長*0.85，1 公分一個刻度。. 陳昭慶 (2010). 黃英豪 (2010). 高低──胯下長*0.885，90%、95%、100%、105%。前後──3 公分一個刻度。高低──大轉子到地面的 90%、95%、100%。前後──5 公分一個刻度。.

(26) 文獻探討. 18. 四、踩踏節奏與阻力的關聯踩踏節奏 (cadence) 代表踏板的踩踏頻率 (pedalling rate)，以每分鐘迴轉數 (revolutions per minute, rpm) 為單位，一分鐘內雙腳共踩踏 120 圈即是 60 rpm。自行車踩踏節奏主要在 50 至 100 rpm 之間變化，較高的踩踏節奏會出現在平地騎乘，約 80 至 100 rpm 之間，選手平均在 90 至 100 rpm 之間 (Chavarren & Calbet, 1999)，其中 90 rpm 被建議是最有效率的節奏 (Neptune & Herzog, 1999)。先前的實驗結果得出爬坡騎乘的踩踏節奏約在 60 至 70 rpm (Caldwell, Li, McCole, & Hagberg, 1998; Duc, Bertucci, Pernin, & Grappe, 2008)，節奏降低的主要原因可能是前進慣性沒有平地大，必須付出更多的踩踏力量維持前進。人體自覺舒適的程度也與踩踏節奏變化有關聯，Whitty, Murphy, Coutts 與 Watsford (2009) 提出非專業自行車騎士 (non-cyclist) 會為了最小化肌肉收縮的用力感受而改變踩踏節奏，這與 So 等 (2005) 的觀點一致，指出肌肉運動單位 (motor unit) 徵召趨勢會被踩踏節奏所影響。這種踩踏節奏降低的情況可以用阻力的觀點加以探討。阻力一詞普遍會聯想到阻力訓練，其概念涵蓋重量訓練，就淺顯的觀點來說，阻力 (resistance) 即是人體出力時感受到一股對抗的力量，與流體力學理論中的空氣阻力 (drag) 在原理上是不同的。測功儀研究中的阻力設定，是飛輪 (flywheel) 與摩擦帶的摩擦力原理（吳志銘、周峻忠、.

(27) 文獻探討. 19. 劉錦謀，2008，頁 107-108），其計算式為：功率輸出(kg * m * min-1) = 阻. 力(kg) * 每分鐘迴轉數(rpm) * 每圈運行距離(m * rev-1)。此算式中的阻力量化值是公斤數，所以測功儀是以公斤數改變摩擦力大小，進一步改變踩踏阻力。這種摩擦原理也被應用在固定式腳踏車或飛輪健身車的阻力設定，只是通常沒有量化值。相較於平地騎乘，爬坡騎乘在概念上即是屬於阻力變大的情況， Caldwell 等 (1998) 固定騎乘功率去探討平地騎乘與爬坡騎乘的踏板受力變化，卻發現到有另一個外在變項──踩踏節奏，影響了依變項的精準度。Duc 等 (2008) 以阻力概念將不同坡度設為自變項，並控制每位受試者之相對功率（80%最大功率），仍然指出結果數據還是可能會被不同踩踏節奏所遮蔽 (masked)，尤其是不同阻力的肌電圖結果可能會相近 (Baum & Li, 2003)。騎乘功率在概念上屬於阻力的一種，但是就先前研究結果可發現，只控制騎乘功率似乎無法排除踩踏節奏改變的影響。 Bertucci, Grappe, Girard, Betik 與 Rouillon (2005) 提出在踩踏節奏控制一致的時候，曲柄力矩的差異會最小化，也會減少影響肌肉活化的變因。踩踏節奏的變化對運動學參數的影響似乎不明顯，但如果要探討動因學及肌電圖參數，本研究認為應先固定踩踏節奏以獲得較佳的效度。.

(28) 文獻探討. 20. 五、舒適度與踩踏效率的評估方式 Too (1990) 提出環境因素、機械因素、生物力學因素、生理學因素皆會影響騎乘舒適度。環境因素包括了路面滾動阻力、風雨天氣、服裝穿著，機械因素是車體各個結構的適切程度，生物力學因素包括力量作用與傳導、肌肉的使用，生理學因素則包括呼吸攝氧量、能量代謝。 Christiaans 與 Bremner (1998) 有別於先前從靜態評估舒適度的方式，改採用動態騎乘與問卷去評估，以希望能考量到長時間、長距離騎乘的影響。Christiaans 與 Bremner 的研究以一般人為樣本，結果發現座墊高度、座墊-車把位置等車體參數與主觀舒適度沒有顯著關聯，尤其是主觀舒適的座墊高度會低於量化指標決定的座墊高度。這可能是其研究樣本是屬於較高年齡的族群，自行車的使用訴求會偏向通勤而非競速。近期研究評估舒適度的方式以量表為主，胡祖武與李傳房（2006）以自製的舒適度量表評估不同座墊位置的舒適度，黃英豪（2010）接續以此量表評估無阻力騎乘情況下，不同座墊位置的舒適程度。這兩篇研究的主要結果皆發現最舒適的座墊位置會接近 108%立姿胯下高，或是 95%大轉子腿長。另外徐文淵（2009）的研究以視覺類比量表 (visual analog scale) 評估不同座墊高度的舒適度，優點是測量刻度較細，但是早期研究定義視覺類比量表是評估患者痛苦感受為主，相似於自覺努力量表 (rating of perceived exertion scale) 跟心跳率、攝氧量有高度相關，是.

(29) 文獻探討. 21. 專門評估運動強度的量表，本研究認為使用視覺類比量表評估舒適度較不適切，所以採用直接評估騎乘動作的量表較佳。運動的效率 (efficiency)，與運動生理學的運動經濟性 (economy) 概念相近，以攝氧量為主要評估指標。徐文淵（2009）以攝氧量探討不同座墊高度的騎乘效率，但是未發現明顯改變。另一方面，運動生理學家也提出「輸出的功除以能量消耗」的概念（林正常等，2002，頁 105）去計算運動效率。而 Ericson 與 Nisell (1988) 分析踏板圓周運動的力量作用，計算切線方向力與合力的比值，以此探討不同座墊高度的踩踏效率，但是未發現明顯改變。陳元鴻與黃紹仁（2010）應用先前研究類似的概念，以標準座墊高度之積分肌電數值為基準，去探討位置高低改變後的騎乘效率，並發現位置較低而效率較高。本研究認為，攝氧量的評估可能適用於長時間的騎乘，1 分鐘內的騎乘情況可能較難發現差異，而且會有熟悉適應的可能。由於本研究欲比較阻力改變後的踩踏狀況，推測肌肉活化程度會明顯改變，而踏板的作用力量則不一定。本研究參照先前研究方法的分析概念，將踩踏力量除以肌肉活化量，據此能得到同樣概念的效率評估指標，以直接推論肌肉用力程度與踩踏效率的關係，本研究認為應是較具實際應用性。.

(30) 文獻探討. 22. 六、文獻總結許多研究聲明座墊調整的重要性並進行一系列探討，然而座墊位置的調整仍沒有辦法一勞永逸，因為有室外多變化的因素、個體間的身體組成差異、車體間的結構性能差異。目前研究普遍建議的調整流程是「先以量化指標調整，再逐步以個人感受微調」。回顧過去研究，標準座墊位置多以腿長計算公式去評估，但是有繁雜的程序，且無法直接對應運動傷害的部位。由於膝關節角度跟膝關節傷害有初步的對應關係，是近年來相關研究探討的方向。另外實際道路騎乘的阻力是不斷變化的，這正是現今座墊調整指標較缺乏的部分。自行車兩個重要的實驗變項分別為踩踏節奏與踩踏阻力，對運動學參數影響較小，但是對動因學與肌電圖參數影響較大。踩踏節奏固定後較能觀察到座墊位置改變後的影響，而舒適度與踩踏效率是將結果應用到實際調整的主要根據。經由文獻歸納後，本研究固定 90 rpm、改變兩種阻力、九種座墊位置，去探討下肢踩踏的運動學、動因學、肌電圖、舒適度因素，從踩踏效率的觀點探討座墊位置的調整依據，以達到自行車調整的最終目標─ ─「提升運動表現、降低運動傷害」。.

(31) 研究方法. 第參章. 23. 研究方法. 一、實驗對象與地點受試者招募 12 名有日常運動習慣，但是無經歷過自行車專業訓練的大專體育相關系所學生，且半年內無下肢骨骼肌肉的傷害，經過告知同意書的閱讀後，自願參與本實驗。實驗地點為國立臺灣師範大學公館校區運動生物力學實驗室。實驗過程中流失受試者 1 名，故分析樣本數為 11 人，基本資料如表 3 所示。表3. 受試者基本資料表. 編號. 年齡 (歲). 身高 (cm). 體重 (kg). 上肩峰到握拳指節 (cm). 大轉子到膝關節 (cm). 膝關節到踝關節 (cm). 大轉子到座墊頂端到地面踏板轉軸 (cm) (cm). 1. 24. 173. 70. 68.5. 40. 40.5. 89. 86.5. 2. 25. 168. 63. 63.8. 38.5. 39.7. 85.5. 83.5. 3. 28. 174. 69. 67. 39.4. 43. 89. 89.5. 4. 25. 171. 68. 69. 39.7. 42. 88.5. 87.7. 5. 25. 174. 71.1. 71.5. 40.4. 43. 90. 90.3. 6. 25. 178. 78. 68. 36.5. 42. 85.5. 91.8. 7. 23. 190. 70. 73.5. 46.3. 46. 100. 97.3. 8. 26. 174. 76. 70. 37.5. 43.2. 89. 88.8. 9. 27. 178. 83. 69.5. 41. 43. 91. 90.5. 10. 25. 168. 62. 62. 37.5. 39.5. 84. 85.5. 11. 25. 172. 69. 65. 39.5. 40.3. 97.2. 88.5. 平均數. 25.3. 174.5. 70.8. 68.0. 39.7. 42.0. 89.9. 89.1. 標準差. 1.3. 6.1. 6.2. 3.4. 2.6. 1.9. 4.8. 3.6. 每位受試者皆有每週運動至少運動三次的習慣，種類有球類、跑步、重量訓練不等，皆未接受過高強度自行車運動訓練，且日常沒有從事自行車運動的習慣。.

(32) 研究方法. 24. 二、實驗設計實驗設計為二因子相依樣本（2 種功率 × 9 種座墊位置），總計 18 種騎乘情境（圖 2）外加肌電圖標準化之衝刺測試，所有測試在同一天內完成。對抗平衡方法採用拉丁方格 (Latin square) 法，詳細次序分配表如附錄 102 頁，150 W 與 250 W 以輪替方式排序。. 圖2. 18 種騎乘情境示意圖（2 種功率 × 9 種位置）. 三、實驗儀器與設備（一）車體實驗車體採用國立臺灣師範大學運動科學研究所自行設計之自行車模擬台（圖 3），座墊之水平可動範圍 10 公分、垂直可動範圍 7 公分，車把的可動範圍與座墊相同。以公路車 (road bicycle) 規格為調整出發點，包括座墊形式是以較輕、硬、窄的規格為主，車把形式採用牛角形彎把，曲柄長度 (crank length) 16.5 公分。車體能即時顯示與輸出踩踏節奏 (20 rpm/V) 與曲柄扭力 (Nm/V) 的數據，以 LabVIEW 2009 軟體收取資料並計算踩踏功率 (rpm*Nm/9.5416)。.

(33) 研究方法. 圖3. 25. 自行車模擬台. （二）運動學 (kinematic) 儀器 VICON 動作分析系統，設定取樣頻率 200 Hz，以 10 台 MX-13+型光學攝影機（紅色 LED 光燈）建構三度空間的實驗環境，使用直徑 1.6 cm 反光球 (reflective marker) 黏貼於受試者身上。當受試者在實驗環境中移動，照射在反光球上的光會回射到攝影機中之光感應器 (light sensitive plate)，產生出反光球移動之影像訊號，進入電腦後獲得反光球移動之三度空間座標數據，軟體使用 Nexus 1.6.1 版。（三）動因學 (kinetic) 儀器 Bioforce 踏板力量感測器 (multi-axis force transducer, China)，設定取樣頻率 800 Hz，可同時測得縱軸、矢狀軸兩個軸向的力量電壓值變化，再經由數學計算轉換成力學單位。為消除轉動慣性的影響，本研究使左右兩側的踏板重量相等。.

(34) 研究方法. 26. （四）肌電圖 (electromyography) 儀器 BIOPAC 表面肌電圖，設定取樣頻率 1000 Hz，鈕扣式記錄電極 (TSD150A，有前置放大器)，搭配 Tyco 公司出產之 MEDITRACE 200 型電極貼片，以電話線接頭連結至 BIOPAC MP150 擷取系統，再由 MP150 系統以網路線接頭連結至電腦，軟體使用 AcqKnowledge 3.9.1 版。（五）儀器之同步與座標系定義 VICON. 攝影機 ↑. 前進方向Ｙ. Bioforce. 車體. BIOPAC LabVIEW. Ｘ. 實驗室座標系. 筆電筆電筆電. 觸發盒 VICON 電腦. 圖4. 實驗環境空照圖. 踏板力量感測器與 VICON，以瞬間踩踏動作產生之衝擊波形進行資料同步。BIOPAC、LabVIEW、VICON 的同步採用外接式的觸發 (trigger) 訊號盒，能產生方形波電壓值做為時間序列上的標記。實驗室座標系（VICON 座標系）定義如圖 4 所示，而踏板座標系（力量感測器座標系）定義矢狀軸為水平前後方向、縱軸為垂直上下方向。.

(35) 研究方法. 27. （六）舒適度量表本研究採用胡祖武、李傳房（2006）所建立之主觀舒適性評量表，其肩部舒適度量表、腳部舒適度量表以舒適─稍微不舒適─有些不舒適─ 不舒適─非常不舒適，五個尺度之 Likert 尺度法建立。整體舒適度量表以 Borg's scale 值計測法，評分範圍 0-100 分。這三種量表的分數越少，代表主觀認知越趨舒適。（七）其它節拍器 (FZONE FMT-60)、除毛刀、酒精棉片、3M 透氣膠帶、雙面膠、透明紙膠帶、束腰、板手、螺絲起子、硬碟式攝影機 (JVC Everio GZ-MG50)。四、實驗控制 5 號、14 號為標準座墊位置（圖 2），調整時分為前後與高低兩階段：前後調整指標是靜態乘坐時右腳曲柄 90 度，髕骨表面與踏板轉軸在同一鉛錘線上 (Silberman 等, 2005)；高低調整指標是靜態右腳曲柄 180 度（下死點），膝關節角度接近 30 度 (Bini 等, 2011a; Peveler 等, 2005)。座墊位置改變參考過去研究（邱新然，2010；陳元鴻、黃紹仁，2010；黃英豪，2010）與實際器材結構，以九宮格方式定義位置改變（圖 2），每個方格中心點代表座墊頂端中點，中心點的距離皆為 3 公分。不論座.

(36) 研究方法. 28. 墊位置改變為何，本研究要求受試者骨盆與座墊的接觸位置皆固定一致，由尾椎與座墊尾端對齊評估 (de Vey Mestdagh, 1998)。在阻力設定方面，以自行車模擬台之電控磁阻力機制進行調控。參考 Sanderson (1991) 以及 Ryan 與 Gregor (1992) 的實驗，150 W 與 250 W 兩種輸出功率為本研究選用的阻力自變項。踩踏節奏控制方面，應用節拍器與視覺回饋，將所有測試的踩踏節奏控制在 90 rpm (Neptune & Herzog, 1999)，形成較快速的騎乘情境，以推論至一般大眾在快速踩踏時的情況。各騎乘情境之踩踏節奏與功率如下頁表 4 所示，1-9 號騎乘情境之功率接近 150 W，10-18 號騎乘情境的功率接近 250 W，所有騎乘情境的控制接近 90 rpm，符合實驗比較的前提。實驗過程中，車把位置的高度與標準座墊位置齊高，雙手抓握在車把橫桿部分，由上肩峰到握拳指節的距離 (de Vey Mestdagh, 1998)、手肘微彎、軀幹與水平線約 45 度 (Silberman 等, 2005)、上臂與軀幹約 90 度去定義座墊-車把距離，車把位置確定後即不再改變。受試者的騎乘姿勢為前傾騎姿 (top position)（張錚璿、羅懷保、相子元，2010），穿著自己習慣的運動鞋，以足部蹠趾關節位置進行踩踏。.

(37) 研究方法. 表4. 各騎乘情境之節奏與功率總表踩踏節奏. 踩踏功率. (rpm). (Watt). 1. 90.3 ± 1.7. 149.4 ± 4.1. 2. 90.4 ± 1.1. 150.2 ± 3.2. 3. 90.3 ± 1.3. 150.8 ± 2.9. 4. 90.8 ± 1.9. 150.7 ± 3.9. 5. 89.8 ± 1.0. 148.9 ± 2.5. 6. 90.3 ± 0.8. 150.3 ± 2.3. 7. 91.1 ± 1.7. 151.9 ± 2.1. 8. 90.3 ± 1.2. 151.1 ± 2.2. 9. 90.2 ± 1.5. 149.7 ± 2.5. 10. 90.3 ± 0.8. 250.6 ± 4.0. 11. 90.6 ± 1.5. 252.8 ± 4.7. 12. 90.0 ± 0.7. 251.5 ± 2.7. 13. 90.0 ± 1.1. 249.9 ± 3.6. 14. 90.2 ± 1.6. 250.3 ± 5.3. 15. 90.4 ± 1.3. 251.8 ± 4.2. 16. 90.2 ± 1.0. 251.2 ± 2.5. 17. 90.0 ± 0.4. 249.6 ± 1.7. 18. 90.4 ± 1.1. 251.0 ± 4.6. 騎乘情境. 五、實驗流程耗材準備、儀器校正. 暖身踩踏 5 分鐘. 說明實驗內容、記錄人體參數. 10 秒衝刺測試. 黏貼反光球、電極貼片. 18 種騎乘情境測試. 決定標準座墊位置與車把位置. 確認資料存檔. 固定肌電圖與檢測訊號. 實驗結束. 圖5. 實驗流程圖. 29.

(38) 研究方法. 30. （一）儀器校正與實驗說明一系列的儀器校正包括 VICON 攝影機位置校正、力量感測器重量校正、肌電圖基準線 (baseline) 振幅檢查。受試者來到實驗室後，說明實驗內容與填寫受試者告知同意書。（二）黏貼反光球與肌電圖 5 顆反光球放置在受試者右側之肩峰 (acromion) 後側、大轉子上端突隆（圖 7）、股骨外上髁、腓骨外踝、第五蹠骨頭 (5th metatarsal head)，依此去計算髖、膝、踝關節角度。而右側踏板轉軸放置 1 顆反光球，配合上死點 (top dead center, TDC) 與五通去計算曲柄角度。電極貼片黏貼位置參考 Konrad (2005)，以及大放異彩翻譯社（2010）翻譯的《機能解剖學的觸診技術》中所描述之觸診法，找出右腳股直肌 (rectus femoris, RF)、股二頭肌-長頭 (biceps femoris-long head, BF)、脛前肌 (tibialis anterior, TA)、內側腓腸肌 (medial gastrocnemius, MG) 之肌腹 (belly) 位置。兩電極貼片中心的距離是 3.5 公分，參考電極的位置在右腳髕骨。. 圖6. 右腳黏貼整體圖. 圖7. 大轉子位置定義圖.

(39) 研究方法. 圖8. 股直肌黏貼位置. 圖 10. 脛前肌黏貼位置. 圖9. 圖 11. 31. 股二頭肌-長頭黏貼位置. 內側腓腸肌黏貼位置. （三）10 秒衝刺測試總時間 10 秒，從靜止開始踩踏，不限制 rpm，維持個人最高速踩踏至時間結束，功率固定 200 W (Albertus-Kajee, Tucker, Derman, & Lambert, 2010)，只測一次。由此得到的股直肌、股二頭肌、脛前肌、腓腸肌活化值，做為數據標準化之用。（四）18 種騎乘情境實驗正式實驗前讓受試者先瞭解 18 種測試的踩踏情況，熟悉動作規範。.

(40) 研究方法. 32. 每個測試進行 35 秒，測試完後對受試者進行舒適度量表詢問。資料擷取時間與測驗開始時間一致，前 5 秒讓受試者達到穩定的踩踏節奏，後 30 秒則是資料分析的範圍。每個測試之間休息約 2 分鐘。六、資料處理（一）分析範圍與動作分期每個測試中的 15 個連續穩定的踩踏週期 (pedalling cycle) 做為分析之用。踩踏動作分期以上死點至下死點為下踩期（0-180 度），由下死點回到上死點為回昇期（181-359 度）。從上死點踩踏一圈回到上死點則定名為全週期（0-359 度）。（二）原始資料處理 Bioforce. VICON. LabVIEW. BIOPAC. Raw data (800 Hz). Raw data (200 Hz). Raw data (1000 Hz). Raw data (1000 Hz). Low pass 10 Hz. Label. Low pass 30 Hz. Band pass 10-500 Hz. 轉換成 200 Hz. 向量內積計算角度. 轉換成 200 Hz. RMS 50 ms window 轉換成 200 Hz 標準化. 以瞬間踩踏動作同步時間. 以外接觸發盒同步時間. 按照動作分期將資料分段. 分析參數. 圖 12. 原始資料處理流程圖.

(41) 研究方法. 33. 原始資料應用 Excel 2010 (Microsoft, USA) 、 MATLAB R2011b (MathWorks, USA) 進行分析。運動學資料 (VICON) 以 Excel 的巨集功能，進行反光球座標間的向量內積 (inner product) 計算，獲得矢狀面角度參數（圖 1）。動因學資料 (Bioforce) 以 AcqKnowledge 3.9.1 軟體進行低通濾波 (low pass, 10 Hz) 處理。所有肌電圖資料 (BIOPAC) 先以 AcqKnowledge 3.9.1 的帶通濾波 (band pass, 10-500 Hz) 與均方根 (root mean square, RMS, 50 ms window) 功能進行處理，處理流程遵照 Albertus-Kajee 等 (2010)。10 秒衝刺測試之肌電圖資料同樣經過上述處理後，分析後段 9 秒的所有峰值數據進行平均，得到肌肉活化標準化的分母，接續對各肌肉活化之單位資料進行標準化，而後獲得標準化之 RMS 肌電圖曲線。來自車體的踩踏節奏、踩踏功率數據由 LabVIEW 2009 進行低通濾波(low pass, 30 Hz) 處理，接續在 Excel 計算 15 秒範圍的平均 rpm、平均功率輸出，做為實驗控制的指標。時間同步的對齊點由數據波形的基準線與起始點決定（例如 0.007、0.007、2.981、3.722、3.723，粗體為對齊點）。本研究採用每 5 個單位資料（4 個單位資料）計算 1 個平均數的方式，將所有數據取樣同步成 200 Hz。動作分期則應用 MATLAB 之 for 迴圈、if 邏輯、find 搜尋指令等，將資料分段。.

(42) 研究方法. 34. （三）參數分析. 下肢運動學參數. 全週期. 髖 ROM 膝 ROM 踝 ROM 下死點膝關節角度. 踏板動因學參數. 水平衝量垂直衝量. 下肢肌電圖參數. 股直肌 iEMG 股二頭肌 iEMG 脛前肌 iEMG 腓腸肌 iEMG. 下肢總 ROM 髖活動比例膝活動比例踝活動比例踩踏效率比. 下踩期回昇期. 肩部舒適度腳部舒適度整體舒適度. 舒適度量表. 圖 13. 下肢肌電總量股直肌貢獻度股二頭肌貢獻度脛前肌貢獻度腓腸肌貢獻度. 參數總攬. 運動學、動因學、肌電圖參數用於探討全週期、下踩期、回昇期三個分期中踩踏表現。運動學之矢狀面角度如圖 1 所示，髖關節角度由肩峰後側、大轉子、股骨外上髁構成的前側夾角所定義，可以評估大腿與軀幹的相對活動 (Hanaki-Martin 等, 2010)。膝關節角度由大轉子、股骨外上髁、腓骨外踝構成的前側夾角所定義，可以初步評估自行車可能發生之膝關節傷害 (Bini 等, 2011a)。踝關節角度由股骨外上髁、腓骨外踝、第五蹠骨頭構成的前側夾角所定義，Bini 等 (2010) 以此定義分析踝關節作功。曲柄角度由踏板轉軸、上死點、五通構成的角度所定義，做為踩踏動作分期之用。關節活動範圍 (range of motion, ROM) 由關節角度最大值減去最小值獲得。下死點膝關節角度，代表曲柄角度數據在最接近下.

(43) 研究方法. 35. 死點時，所對應之膝關節屈曲角度，是初步評估自行車膝關節傷害的參數 (Farrell, Reisinger, & Tillman, 2003)。下肢總 ROM 由髖、膝、踝 ROM 加總後獲得，代表下肢整體的關節活動度。關節活動比例代表髖、膝、踝 ROM 各佔下肢總 ROM 的比例。下肢總 ROM、關節活動比例的分析方式參考 Bini 等 (2010)。動因學之踏板衝量 (pedal impulse) 分為水平與垂直兩個作用方向，皆採用 MATLAB 的 trapz 指令去分析，由力量曲線對時間積分後獲得，意義是作用在踏板的整體力量值。垂直衝量的數值經過翻正運算，以便於結果的呈現。積分肌電 (integrate EMG, iEMG) 同樣以 MATLAB 之 trapz 指令分析，由標準化後之 RMS 曲線對時間積分後獲得四條肌肉的 iEMG，意義是踩踏時肌肉的整體活化量（陳元鴻、黃紹仁，2010）。下肢肌電總量由股直肌、股二頭肌、脛前肌、腓腸肌 iEMG 加總後獲得，代表下肢整體的活化量 (Duc 等, 2008)，而此參數的可推論範圍已於研究限制提出。肌肉活化貢獻度代表四條肌肉在下肢肌電總量的貢獻比例，分析方式參考 Bini 等 (2010)。踩踏效率比由踩踏力量整體量與下肢肌肉活化整體量進行計算，是垂直衝量除以下肢肌電總量所得出的數值，以此計算效率符合「輸出的功除以能量消耗」的概念（林正常等，2002，頁 105）。衝量的數值先經過翻正運算、肌電的數值先經過相乘 100 的運算，再相除。效率比數值.

(44) 研究方法. 36. 越大代表以較少的肌肉活化產生較大的踩踏力量。再經由統計方式考驗不同座墊位置的效率數值差異。（四）統計分析以描述統計呈現受試者基本資料、踩踏節奏、踩踏功率。以二因子重複量數變異數分析 (two-way repeated measures ANOVA) 考驗功率自變項（2 個水準）與座墊位置自變項（9 個水準）的相互影響，依變項包括運動學、動因學、肌電圖、舒適度等參數。交互作用達顯著則進行單純主要效果 (single main effects) 檢定，無則進行主要效果 (main effects) 檢定。三種實驗處理以上之事後比較採用 Bonferroni 法。以皮爾森積差相關 (Pearson product-moment correlation) 建立各參數之間的關聯。軟體使用 SPSS for Windows 12.0，所有顯著水準訂為 α = .05。.

(45) 結果. 第肆章. 37. 結果. 結果資料的呈現，第一階段分別描述全週期、下踩期、回昇期三個踩踏分期的運動學、動因學、肌電圖基本參數結果。第二階段呈現騎乘舒適度的結果，以及舒適度與基本參數間的相關統計程度。第三階段呈現踩踏效率比、關節活動比例、肌肉活化貢獻度此類相對參數的結果。 SPSS 統計結果報表與原始資料圖整理於附錄中。一、全週期之踩踏結果（一）運動學全週期之所有運動學參數皆未達顯著交互作用 (p > .05)，逐一進行主要效果檢定，SPSS 報表摘錄於附錄。整體而言，座墊位置越前越低，關節 ROM 會遞減，而下死點膝關節角度遞增。其中膝 ROM、踝 ROM 比起髖 ROM 有更多的減少幅度，可從表 5 中比較不同座墊位置的部分看出。下死點膝關節角度越大，代表膝關節屈曲越多。膝 ROM、踝 ROM、下肢總 ROM、下死點膝關節角度受到阻力的影響明顯，普遍在 4-9 號（13-18 號）位置有差異。阻力增加伴隨 ROM 增加，但是下死點膝關節角度是減少趨勢。.

(46) 結果. 表5. 38. 全週期運動學參數總表. 騎乘. 髖 ROM. 膝 ROM. 踝 ROM. 下肢總 ROM. 下死點膝關節角度. 情境. (Degree). (Degree). (Degree). (Degree). (Degree). 1 (a) 44.5 ± 2.5. 75.9 ± 3.2. 35.3 ± 4.5. 155.7 ± 8.2. 28.1 ± 2.1. 2 (b) 43.7 ± 2.3. 75.9 ± 3.6. 34.2 ± 4.9. 153.9 ± 8.2. 29.4 ± 2.3. 3 (c) 43.7 ± 2.9. 75.9 ± 3.7. 32.3 ± 4.8. 152.0 ± 8.1. 29.9 ± 3.0. 4 (d) 44.4 ± 2.6. 73.5 ± 3.5 c. 28.6 ± 6.4 a b. 146.5 ± 8.3 a. 34.5 ± 3.4 a b c. 5 (e) 44.4 ± 2.6. 72.9 ± 2.9 a b c. 26.0 ± 4.2 a b c. 143.3 ± 6.9 a b c. 35.7 ± 2.2 a b c. 6 (f). 71.6 ± 2.9 a b c. 24.6 ± 3.7 a b c. 139.9 ± 6.1 a b c. 37.4 ± 2.5 a b c. 7 (g) 43.8 ± 2.9. 69.6 ± 3.1 a b c d e. 22.9 ± 3.3 a b c d. 136.3 ± 6.2 a b c d e. 42.0 ± 2.5 a b c d e f. 8 (h) 43.5 ± 2.1. 68.6 ± 2.4 a b c d e f. 21.6 ± 4.5 a b c d e 133.8 ± 6.7 a b c d e. 44.2 ± 2.8 a b c d e f. 20.8 ± 2.9 a b c d e f 130.8 ± 7.2 a b c d e f g. 45.6 ± 3.4 a b c d e f. 9 (i). 43.7 ± 2.6. 42.5 ± 2.7 a d e 67.6 ± 3.3 a b c d e f. 10 (A) 45.1 ± 2.2. 76.6 ± 2.4. 36.1 ± 4.0. 157.8 ± 6.6. 26.8 ± 2.3 *. 11 (B) 44.2 ± 3.0. 77.1 ± 3.3 *. 35.7 ± 3.3. 157.0 ± 6.9. 28.1 ± 4.2. 12 (C) 44.4 ± 2.3. 77.6 ± 2.9 *. 33.2 ± 5.0 C. 149.6 ± 6.7 *. 28.2 ± 3.7 AB. 34.0 ± 3.4 ABC. 13 (D) 44.2 ± 3.1. 74.9 ± 3.2 *. 14 (E) 44.1 ± 2.8. 74.4 ± 2.7 *C. 29.7 ± 3.2 *AB. 148.2 ± 6.5 *ABC. 34.8 ± 2.8 ABC. 15 (F) 43.5 ± 2.8. 73.1 ± 2.8 *ABC. 28.6 ± 3.9 *AB. 145.2 ± 5.8 *ABC. 36.2 ± 2.7 *ABC. 16 (G) 44.1 ± 2.8. 71.8 ± 2.4 *ABCDE. 27.1 ± 4.8 *ABC 142.9 ± 5.1 *ABCDE. 40.1 ± 2.7 *ABCDE. 17 (H) 43.9 ± 2.2. 71.3 ± 2.6 *ABCDE. 26.3 ± 4.7 *ABCD 141.4 ± 7.3 *ABCDE. 41.3 ± 2.4 *ABCDEF. 18 (I). 30.5 ± 4.4. 155.2 ± 9.1 AB. 42.6 ± 1.9 A 69.2 ± 2.8 *ABCDEFG 25.1 ± 4.5 *ABC 136.9 ± 6.6 *ABCDEFG 44.2 ± 2.5 ABCDEFGH. 註：不同座墊位置比較，上標小寫 a 代表與 1 號情境有顯著差異 (p < .05)，小寫 b 代表與 2 號有顯著差異 (p < .05)，以此類推。上標大寫 A 代表與 10 號情境有顯著差異 (p < .05)，大寫 B 代表與 11 號有顯著差異 (p < .05)，以此類推。不同阻力比較，*號代表 1 號與 10 號或 2 號與 11 號情境有顯著差異 (p < .05)，以此類推。. （二）動因學水平衝量達交互作用顯著 (p < .05)，但是因標準差較大，事後比較皆無顯著 (p > .05)。而垂直衝量的交互作用不顯著 (p > .05)，進行主要效果檢定，SPSS 報表摘錄於附錄。水平衝量沒有明顯遞增或遞減趨勢，而 1 號、18 號位置會有較明顯的差距值。垂直衝量有座墊位置越前越低而作用量更大的趨勢，但不達.

(47) 結果. 39. 統計上的顯著差異。當阻力由 150 W 提高至 250 W，垂直衝量的作用量也會明顯增加。表6 騎乘情境. 全週期動因學參數總表水平衝量. 垂直衝量. (Newton*sec). (Newton*sec). 1. (a). 6.5 ± 8.4. 84.5 ± 10.0. 2. (b). 11.7 ± 5.9. 81.9 ± 7.3. 3. (c). 13.7 ± 7.2. 84.3 ± 8.4. 4. (d). 12.6 ± 8.6. 87.4 ± 10.4. 5. (e). 15.6 ± 8.1. 87.4 ± 10.1. 6. (f). 12.9 ± 7.6. 88.9 ± 6.8. 7. (g). 12.3 ± 7.9. 90.7 ± 10.8. 8. (h). 14.2 ± 9.1. 90.4 ± 9.3. 9. (i). 14.6 ± 7.7. 89.0 ± 10.7. 10 (A). 13.9 ± 8.2 *. 106.8 ± 9.6 *. 11 (B). 14.9 ± 8.1. 105.7 ± 6.8 *. 12 (C). 14.0 ± 7.9. 108.9 ± 7.3 *. 13 (D). 13.0 ± 8.0. 111.1 ± 13.1 *. 14 (E). 15.0 ± 8.5. 109.1 ± 10.9 *. 15 (F). 16.1 ± 9.3. 112.0 ± 11.0 *. 16 (G). 12.5 ± 7.9. 113.4 ± 10.3 *. 17 (H). 14.3 ± 11.0. 115.6 ± 11.0 *. 18 (I). 18.2 ± 9.8 *. 113.7 ± 11.0 *. 註：阻力間比較，*號代表 1 號與 10 號或 2 號與 11 號情境有顯著差異 (p < .05)，以此類推。. （三）肌電圖下踩期之所有肌電圖參數皆未達顯著交互作用 (p > .05)，逐一進行主要效果檢定，SPSS 報表摘錄於附錄。肌電圖參數的趨勢，座墊位置改變，股直肌、股二頭肌、脛前肌的活化量沒有顯著改變。而腓腸肌在中-低座墊位置（例如 4-9 號）會有明.