觀察走與跑不對稱性的現象以及疲勞對步態不對稱之影響
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(2) 觀察走與跑不對稱性的現象以及疲勞對步態不對稱之影響 2017 年 10 月 研 究 生：李尹鑫 指導教授：相子元. 摘要. 不對稱的步態在長時間的累積下不但會影響運動表現，甚至進一步造成慢性傷害， 然而針對健康的一般人而言，步態不對稱的現象在長時間走跑的累積下其變化的情形， 目前還未有一明確的指標來觀察。目的：實驗一：找出適當的運動學參數以及感測器擺 放之部位來評估步態的不對稱現象；實驗二：釐清疲勞對步態不對稱之影響。方法：本 研究分為兩個部份，實驗一：透過不對稱狀態的操弄 (單側加重、加長)，利用實驗室現 有的儀器來觀察人體在不同步態及不對稱狀態下的不對稱現象，並驗證慣性感測器在人 體步態不對稱現象應用的可能性。實驗二：透過疲勞的介入，來觀察不對稱現象的變化。 結果：實驗一：以感測器安裝部位而言，下肢與軀幹較能觀察出不對稱操弄的影響，以 參數而言矢狀面上的加速度與角速度較佳，以分期而言為支撐期較能觀察到不對稱操弄 的影響；實驗二：隨著動作時間的增加步態不對稱性會有下降的趨勢，下肢相對其它部 位較能觀察出不對稱指標的變化。結論：慣性感測器可以用來量測步態的不對稱性，下 肢是較適合的位置、支撐期矢狀面上的加速度與角速度是較適合的運動學參數；步態會 隨著疲勞的累積而越對稱。 關鍵詞：不對稱指標、穿戴式科技、加速度、角速度. II.
(3) . Determination of gait asymmetry and the effect of fatigue on gait asymmetry in walking and running. 2017, Oct. Student: Lee Yin-shin Advisor: Shiang Tzyy-Yuang Abstract A prolonged asymmetric gait could not only affect the sports performance but also cause the chronic injury. For healthy people, there is no clear and definite index to observe the gait asymmetry during prolonged walking or running. The purposes of this study were to determine which kinematics indexes and where were the suitable sensor placement for observing gait asymmetry (study I), and to determine the effect of fatigue on gait asymmetry in walking and running (study II). Method: Motion capture system and inertial measurement unit sensors (IMU) were used to observe the artificial asymmetric gait through the unilateral weighted and lengthen. To determine the practicality of applying IMU sensor in gait asymmetry observation. And to observe the change of gait asymmetry during a prolonged walking and running. The results showed that the lower extremity and trunk were the suitable placement, and the acceleration and angular velocity on the sagittal plane in stance phase can better determine gait asymmetry. The asymmetry index will get smaller with the fatigue increasing. Conclusion: The IMU sensor can be used to determine gait asymmetry. The kinematics indexes of lower extremity on the sagittal plane in stance phase are the most suitable combination to determine gait asymmetry. The gait may become more symmetrical with fatigue. Keywords: Asymmetry index, Wearable technology, Acceleration, Angular velocity. III.
(4) . 謝誌 漫長的研究生生涯終於告一段落，在力學實驗室裡待了這麼「長」的時間，真的感 謝有大家的陪伴，在這個階段其實心中並沒有特別澎湃的情緒，反而感覺異常的平靜， 首先我要感謝的是我的指導教授，相子元教授，相老師是我見過最「正向」也最「實際」 的人了，滿滿的正能量以及實務的作法，讓整個團隊可以勇敢的面對一個個特殊的難題， 在團隊的訓練過程中，「沒有速度就不叫創新」、「效率」、「邏輯」一直是老師再三強調 的重點，這些訓練除了做研究之外，在做任何事也讓我受用無窮；再者，我要感謝我的 口試委員，蔚順華教授、翁梓林教授、張雅如教授、何金山教授，你/妳們所提出的問題 與建議，讓我可以更清楚的抓住重點以及瞭解到邏輯的重要性；也感謝實驗室其它老師， 黃長福老師、蔡虔祿老師、張家豪老師、李恆儒老師平時的照顧與關心，讓學生受益良 多。 另外感謝力學實驗室的所有伙伴，感謝依蘋在行政上的支持，讓我們不用被繁瑣的 行政業務所擾；感謝冠勛、京叡在實驗上的協助，讓實驗可以順利進行；感謝動悉科技 團隊振芳、一涵、旭芳、庭葳，在嘗試創業過稱中的努力與付出，過程中真的學到很多； 也感謝實驗室其它成員：子享學長、柏潔、耀毅、瑭勻、金本登、建志、虹臻、昱安、 之譽、柏穎、舜評、詠璇、長欣、笠哲、煜程、麥基在實驗室的陪伴與紓壓。 最後要感謝我的家人，總是給我最大的支持，包容我的一切讓我可以自由的發揮， 走我自己的路；要感謝的人實在是太多了，無法全部提及，在此一併表達我由衷的感謝， 學生的生涯告一段落，但是學習的路程永無止境，希望在未來的日子裡可以保持動力， 盡力發揮自己的所學。 尹鑫 2017/10. IV.
(5) . 目次. 摘要 ...................................................................................................................................................... II Abstract ............................................................................................................................................. III 表次 ................................................................................................................................................... VII 圖次 ...................................................................................................................................................... X 第壹章、緒論 ................................................................................................................................... 1 第 一 節 、 前 言 ......................................................................................................................................... 1 第 二 節 、 問 題 背 景 ............................................................................................................................... 2 第 三 節 、 研 究 目 的 ............................................................................................................................... 4 第 四 節 、 研 究 範 圍 與 限 制 ................................................................................................................. 5 第 五 節 、 操 作 性 名 詞 定 義 ................................................................................................................. 5 第貳章、文獻探討 .......................................................................................................................... 6 第 一 節 、 造 成 步 態 不 對 稱 現 象 的 原 因 與 其 影 響 ....................................................................... 6 第 二 節 、 觀 察 不 對 稱 現 象 的 相 關 參 數 ， 不 對 稱 指 標 的 發 展 ................................................ 7 第 三 節 、 慣 性 感 測 器 在 步 態 動 作 研 究 中 所 扮 演 的 角 色 ......................................................... 8 第 四 節 、 疲 勞 所 造 成 的 影 響 ............................................................................................................. 9 文 獻 總 結 10 第參章、研究方法 ........................................................................................................................ 11 預 先 檢 測 項 目 .......................................................................................................................................... 11 肢段參數測量 .......................................................................................................................................................... 11 下肢伸肌肌力測量 ................................................................................................................................................. 11 轉換速度測量 .......................................................................................................................................................... 11 最大跑速測量 .......................................................................................................................................................... 12 實 驗 一 、 不 對 稱 現 象 的 觀 察 .......................................................................................................... 13 受試者 ......................................................................................................................................................................... 13 儀器設備 .................................................................................................................................................................... 13 實驗設計與流程 ...................................................................................................................................................... 15 資料處理 .................................................................................................................................................................... 17 實 驗 二 、 疲 勞 對 不 對 稱 現 象 的 影 響 ............................................................................................ 19 受試者 ......................................................................................................................................................................... 19 儀器設備 .................................................................................................................................................................... 19 實驗設計與流程 ...................................................................................................................................................... 20 資料處理 .................................................................................................................................................................... 21 第肆章、結果 ................................................................................................................................. 22. V.
(6) . 慣 性 感 測 器 之 效 度 檢 驗 ........................................................................................................................ 22 不 對 稱 現 象 觀 察 ...................................................................................................................................... 24 步態時空結果： ...................................................................................................................................................... 24 動力學結果-地面反作用力參數： .................................................................................................................. 26 慣性感測器參數： ................................................................................................................................................. 28 疲 勞 對 不 對 稱 現 象 的 影 響 ................................................................................................................... 36 動力學結果-垂直方向地面反作用力參數： .............................................................................................. 36 慣性感測器參數： ................................................................................................................................................. 38. 第伍章、討論 ................................................................................................................................. 47 慣 性 感 測 器 與 三 維 動 作 分 析 系 統 之 效 度 檢 測 .............................................................................. 47 不 對 稱 操 弄 對 步 態 時 空 參 數 與 地 面 反 作 用 力 之 影 響 ................................................................ 48 透 過 慣 性 感 測 器 來 觀 察 不 對 稱 現 象 ................................................................................................ 48 疲 勞 對 不 對 稱 參 數 之 影 響 ................................................................................................................... 50 第陸章、結論 ................................................................................................................................. 52 參考文獻： ...................................................................................................................................... 53 附錄 1. 慣性感測器與三維動作分析系統效度檢驗結果圖 ........................................... 60 附錄 2. 實驗一慣性感測器之完整結果 ................................................................................ 63 附錄 3. 實驗二慣性感測器之完整結果 ................................................................................ 87. VI.
(7) . 表次 表一、受試者基本資料 (n=15) ................................................................................................................. 13 表二、慣性感測器與動作分析系統之相關係數 (n=15) ................................................................ 22 表三、不對稱狀態操弄對跑步步態時空參數不對稱指標之影響表 ......................................... 24 表四、不對稱狀態操弄對走路步態時空參數不對稱指標之影響表 ......................................... 25 表五、不對稱狀態操弄對跑步地面反作用力參數不對稱指標之影響表 ............................... 26 表六、不對稱狀態操弄對走路地面反作用力參數不對稱指標之影響表 ............................... 27 表七、不同部位狀態間達顯著差異之軸向數量統計表 (軸向分類) ......................................... 29 表八、不同部位狀態間達顯著差異之軸向數量統計表 (特徵值分類) .................................... 29 表九、疲勞對垂直方向地面反作用力參數不對稱指標之影響表 .............................................. 36 表十、疲勞對垂直方向地面反作用力參數不對稱指標之影響表 .............................................. 37 表十一、走路疲勞狀態間達顯著差異之軸向數量統計表 (部位與軸向) ............................... 39 表十二、跑步疲勞狀態間達顯著差異之軸向數量統計表 (部位與軸向) ............................... 39 表十三、走路疲勞狀態間達顯著差異之軸向數量統計表 (部位與特徵值) .......................... 40 表十四、跑步疲勞狀態間達顯著差異之軸向數量統計表 (部位與特徵值) .......................... 40 表十五、不對稱狀態操弄對跑步 IMU 最大值參數不對稱指標之影響表 ............................. 63 表十六、不對稱狀態操弄對走路 IMU 最大值參數不對稱指標之影響表 ............................. 64 表十七、不對稱狀態操弄對跑步 IMU 最小值參數不對稱指標之影響表 ............................. 65 表十八、不對稱狀態操弄對走路 IMU 最小值參數不對稱指標之影響表 ............................. 66 表十九、不對稱狀態操弄對跑步 IMU 平均值參數不對稱指標之影響表 ............................. 67 表二十、不對稱狀態操弄對走路 IMU 平均值參數不對稱指標之影響表 ............................. 68 表二十一、不對稱狀態操弄對跑步 IMU 積分值參數不對稱指標之影響表 ........................ 69 表二十二、不對稱狀態操弄對走路 IMU 積分值參數不對稱指標之影響表 ........................ 70 表二十三、不對稱狀態操弄對跑步支撐期 IMU 最大值參數不對稱指標之影響表 ......... 71 表二十四、不對稱狀態操弄對走路支撐期 IMU 最大值參數不對稱指標之影響表 ......... 72 表二十五、不對稱狀態操弄對跑步支撐期 IMU 最小值參數不對稱指標之影響表 ......... 73 表二十六、不對稱狀態操弄對走路支撐期 IMU 最小值參數不對稱指標之影響表 ......... 74 表二十七、不對稱狀態操弄對跑步支撐期 IMU 平均值參數不對稱指標之影響表 ......... 75 表二十八、不對稱狀態操弄對走路支撐期 IMU 平均值參數不對稱指標之影響表 ......... 76 表二十九、不對稱狀態操弄對跑步支撐期 IMU 積分值參數不對稱指標之影響表 ......... 77 表三十、不對稱狀態操弄對走路支撐期 IMU 積分值參數不對稱指標之影響表 .............. 78 表三十一、不對稱狀態操弄對跑步擺盪期 IMU 最大值參數不對稱指標之影響表 ......... 79 表三十二、不對稱狀態操弄對走路擺盪期 IMU 最大值參數不對稱指標之影響表 ......... 80 表三十三、不對稱狀態操弄對跑步擺盪期 IMU 最小值參數不對稱指標之影響表 ......... 81 表三十四、不對稱狀態操弄對走路擺盪期 IMU 最小值參數不對稱指標之影響表 ......... 82 表三十五、不對稱狀態操弄對跑步擺盪期 IMU 平均值參數不對稱指標之影響表 ......... 83 表三十六、不對稱狀態操弄對走路擺盪期 IMU 平均值參數不對稱指標之影響表 ......... 84 表三十七、不對稱狀態操弄對跑步擺盪期 IMU 積分值參數不對稱指標之影響表 ......... 85 表三十八、不對稱狀態操弄對走路擺盪期 IMU 積分值參數不對稱指標之影響表 ......... 86 表三十九、跑步跨步分期中疲勞對於 IMU 最大值參數不對稱指標(ASI. %)之影響表 .. 87. VII.
(8) . 表四十、跑步跨步分期中疲勞對於 IMU 最大值參數不對稱指標(SI. %)之影響表 .......... 88 表四十一、走路跨步分期中疲勞對於 IMU 最大值參數不對稱指標(ASI. %)之影響表 .. 89 表四十二、走路跨步分期中疲勞對於 IMU 最大值參數不對稱指標(SI. %)之影響表 ..... 90 表四十三、跑步跨步分期中疲勞對於 IMU 最小值參數不對稱指標(ASI. %)之影響表 .. 91 表四十四、跑步跨步分期中疲勞對於 IMU 最小值參數不對稱指標(SI. %)之影響表 ..... 92 表四十五、走路跨步分期中疲勞對於 IMU 最小值參數不對稱指標(ASI. %)之影響表 .. 93 表四十六、走路跨步分期中疲勞對於 IMU 最小值參數不對稱指標(SI. %)之影響表 ..... 94 表四十七、跑步跨步分期中疲勞對於 IMU 平均值參數不對稱指標(ASI. %)之影響表 .. 95 表四十八、跑步跨步分期中疲勞對於 IMU 平均值參數不對稱指標(SI. %)之影響表 ..... 96 表四十九、走路跨步分期中疲勞對於 IMU 平均值參數不對稱指標(ASI. %)之影響表 .. 97 表五十、走路跨步分期中疲勞對於 IMU 平均值參數不對稱指標(SI. %)之影響表 .......... 98 表五十一、跑步跨步分期中疲勞對於 IMU 積分值參數不對稱指標(ASI. %)之影響表 .. 99 表五十二、跑步跨步分期中疲勞對於 IMU 積分值參數不對稱指標(SI. %)之影響表 ... 100 表五十三、走路跨步分期中疲勞對於 IMU 積分值參數不對稱指標(ASI. %)之影響表 101 表五十四、走路跨步分期中疲勞對於 IMU 積分值參數不對稱指標(SI. %)之影響表 ... 102 表五十五、跑步支撐期中疲勞對於 IMU 最大值參數不對稱指標(ASI. %)之影響表 .... 103 表五十六、跑步支撐期中疲勞對於 IMU 最大值參數不對稱指標(SI. %)之影響表 ........ 104 表五十七、走路支撐期中疲勞對於 IMU 最大值參數不對稱指標(ASI. %)之影響表 .... 105 表五十八、走路支撐期中疲勞對於 IMU 最大值參數不對稱指標(SI. %)之影響表 ........ 106 表五十九、跑步支撐期中疲勞對於 IMU 最小值參數不對稱指標(ASI. %)之影響表 .... 107 表六十、跑步支撐期中疲勞對於 IMU 最小值參數不對稱指標(SI. %)之影響表 ............. 108 表六十一、走路支撐期中疲勞對於 IMU 最小值參數不對稱指標(ASI. %)之影響表 .... 109 表六十二、走路支撐期中疲勞對於 IMU 最小值參數不對稱指標(SI. %)之影響表 ........ 110 表六十三、跑步支撐期中疲勞對於 IMU 平均值參數不對稱指標(ASI. %)之影響表 .... 111 表六十四、跑步支撐期中疲勞對於 IMU 平均值參數不對稱指標(SI. %)之影響表 ........ 112 表六十五、走路支撐期中疲勞對於 IMU 平均值參數不對稱指標(ASI. %)之影響表 .... 113 表六十六、走路支撐期中疲勞對於 IMU 平均值參數不對稱指標(SI. %)之影響表 ........ 114 表六十七、跑步支撐期中疲勞對於 IMU 積分值參數不對稱指標(ASI. %)之影響表 .... 115 表六十八、跑步支撐期中疲勞對於 IMU 積分值參數不對稱指標(SI. %)之影響表 ........ 116 表六十九、走路支撐期中疲勞對於 IMU 積分值參數不對稱指標(ASI. %)之影響表 .... 117 表七十、走路支撐期中疲勞對於 IMU 積分值參數不對稱指標(SI. %)之影響表 ............. 118 表七十一、跑步擺盪期中疲勞對於 IMU 最大值參數不對稱指標(ASI.%)之影響表 ...... 119 表七十二、跑步擺盪期中疲勞對於 IMU 最大值參數不對稱指標(SI.%)之影響表 ......... 120 表七十三、走路擺盪期中疲勞對於 IMU 最大值參數不對稱指標(ASI. %)之影響表 .... 121 表七十四、走路擺盪期中疲勞對於 IMU 最大值參數不對稱指標(SI. %)之影響表 ........ 122 表七十五、跑步擺盪期中疲勞對於 IMU 最小值參數不對稱指標(ASI. %)之影響表 .... 123 表七十六、跑步擺盪期中疲勞對於 IMU 最小值參數不對稱指標(ASI. %)之影響表 .... 124 表七十七、走路擺盪期中疲勞對於 IMU 最小值參數不對稱指標(ASI. %)之影響表 .... 125 表七十八、走路擺盪期中疲勞對於 IMU 最小值參數不對稱指標(SI. %)之影響表 ........ 126 表七十九、走路擺盪期中疲勞對於 IMU 平均值參數不對稱指標(ASI. %)之影響表 .... 127 表八十、走路擺盪期中疲勞對於 IMU 平均值參數不對稱指標(SI. %)之影響表 ............. 128 表八十一、走路擺盪期中疲勞對於 IMU 平均值參數不對稱指標(ASI. %)之影響表 .... 129 表八十二、走路擺盪期中疲勞對於 IMU 平均值參數不對稱指標(SI. %)之影響表 ........ 130. VIII.
(9) . 表八十三、跑步擺盪期中疲勞對於 IMU 積分值參數不對稱指標(ASI. %)之影響表 .... 131 表八十四、跑步擺盪期中疲勞對於 IMU 積分值參數不對稱指標(SI. %)之影響表 ........ 132 表八十五、走路擺盪期中疲勞對於 IMU 積分值參數不對稱指標(ASI. %)之影響表 .... 133 表八十六、走路擺盪期中疲勞對於 IMU 積分值參數不對稱指標(SI. %)之影響表 ........ 134. IX.
(10) . 圖次. 圖 3- 1、Plug-In-Gait 反光球黏貼位置及名稱 ................................................................. 14 圖 3- 2、IMU 感測器固定位置及軸向定義 ...................................................................... 15 圖 3- 3、實驗一流程圖 .............................................................................................................. 16 圖 3- 4、實驗二流程圖 .............................................................................................................. 20 圖 4- 1、走路動作不同部位慣性感測器與三維動作分析系統所量測之加速度與 角速度(sb1) ......................................................................................................................... 23 圖 4-2、實驗一慣性感測器參數的結果分類圖 .............................................................. 28 圖 4-3、走路跨步分期不同部位、速度達顯著之軸向與特徵值 ............................. 30 圖 4-4、跑步跨步分期不同部位、速度達顯著之軸向與特徵值 ............................. 31 圖 4-5、走路支撐期不同部位、速度達顯著之軸向與特徵值 .................................. 32 圖 4-6、跑步支撐期不同部位、速度達顯著之軸向與特徵值 .................................. 33 圖 4-7、走路擺盪期不同部位、速度達顯著之軸向與特徵值 .................................. 34 圖 4-8、跑步擺盪期不同部位、速度達顯著之軸向與特徵值 .................................. 35 圖 4-9、實驗二慣性感測器參數的結果分類圖 ............................................................... 38 圖 4-10、走路與跑步跨步分期 (ASI.) 達顯著之軸向與特徵值 .............................. 41 圖 4-11、走路與跑步跨步分期 (SI.) 達顯著之軸向與特徵值 .................................. 42 圖 4-12、走路與跑步支撐期 (ASI.) 達顯著之軸向與特徵值 ................................... 43 圖 4-13、走路與跑步支撐期 (SI.) 達顯著之軸向與特徵值 ....................................... 44 圖 4-14、走路與跑步擺盪期 (ASI.) 達顯著之軸向與特徵值 ................................... 45 圖 4-15、走路與跑步擺盪期 (SI.) 達顯著之軸向與特徵值 ....................................... 46. X.
(11) . 第壹章、緒論. 第一節、 前言 隨著經濟的發展以及健康意識的抬頭，社會大眾逐漸瞭解到，養成規律的運動習慣 對身體健康的重要性。基本的走路、跑步運動是簡單、入門門檻低的一項選擇，對於解 決肥胖問題、降低心血管疾病的發生機率上被認為是一個經濟且有效的方法 (D.-c. Lee et al., 2017)，近幾年我們更可以觀察到一個現象，就是路跑運動的風行，每個週末，在 臺灣各地都有路跑活動的舉辦，每場動輒上千人、萬人參與，可以發現有可觀的人數在 從事相關活動，然而在享受路跑運動所帶來的正面效益，同時，也可能造成負面的結果， 如：運動傷害的發生，而發生運動傷害的原因有許多，訓練量的不足或過多、不恰當的 動作或習慣、下肢骨骼排列的異常...等 (van Mechelen, 1992)，迫使其必須中斷運動行為， 甚至影響到生活，即使是隨著科技不斷的進步，運動傷害的比例並未明顯下降 (Taunton et al., 2002; van Mechelen, 1992)。 步態不對稱現象對於運動傷害而言可以說扮演著一個關鍵的角色，各有研究指出因 為步態的不對稱而造成運動傷害，或是因為運動傷害所以呈現出步態不對稱的現象 (Zifchock, Davis, & Hamill, 2006)，因此我們認為在預防運動傷害的發生，步態不對稱的 現象是一項重要的指標，不對稱的步態對於運動表現以及傷害方面都有許多潛在的負面 影響，長期的不對稱現象會造成單側受到較大的負擔，進而造成許多慢性傷害的累積以 及不對稱的發展，如：慢性肌肉、軟組織傷害、關節炎、壓迫式骨折...等 (Croisier, Forthomme, Namurois, Vanderthommen, & Crielaard, 2002; Ferber, Davis, Hamill, & Pollard, 2003; Perttunen, Anttila, Södergård, Merikanto, & Komi, 2004; Rumpf et al., 2014)，現今在 步態不對稱的議題方面已經累積了許多相關研究，透過實驗室的步態分析，可以觀察出 個人的步態特徵，更進一步亦可以瞭解個人與特殊族群的差異，然而最大的限制就是實. 1.
(12) . 行上的耗時以及場地的限制，必須在實驗室進行，結果可能無法推及實際狀況，且與一 般大眾有比較遠的距離。 然而隨著量化自我 (Quantified self, QS) 的概念以及穿戴式科技的發展，大眾也越 來越習慣透過一些科技的產品來監控運動的過程 (Shull, Jirattigalachote, Hunt, Cutkosky, & Delp, 2014)，例如透過手機的 GPS 來紀錄跑步時的速度變化與路徑，或是透過計步器 來記錄一天的身體活動量，除了產品之外，也越來越多研究開始應用慣性感測器 (Inertial Measurement Unit, IMU) 來量測人體活動，不論是日常生活的活動還是專業的運動，慣 性感測器最大的優勢就是不受場地的限制、比較不會影響到原本的動作並且可以長時間 的監控與量測 (Brandes, Zijlstra, Heikens, van Lummel, & Rosenbaum, 2006; Butte, Ekelund, & Westerterp, 2012; Chen, Janz, Zhu, & Brychta, 2012)，透過大數據的蒐集可以 更進一步獲得更多的資訊 (Chan, Estève, Fourniols, Escriba, & Campo, 2012; Reilly et al., 2008)，不過目前大部份的應用尚僅處於記錄與監控，尚未提供即時回饋及提醒，透過 上述科技的協助，我們相信可以突破現有的研究限制，讓研究的結果更能應用在實際的 狀況，讓更多人受惠。. 第二節、 問題背景 步態不對稱的發生對於人體會有許多潛在的影響，大部份都是長時間累積所產生的， 除了會影響運動表現之外也會造成許多慢性傷害的累積，對於年長者而言更有可能提升 跌倒的風險，換言之步態的不對稱現象可以說是一個重要的指標，也許是傷害開始累積 或是已經發生，因此如何有效的觀察到不對稱現象的發生，會是一項重要的議題。 根據我們的瞭解，造成步態不對稱現象的成因大致上可以分成三個面向：慣用測神 經優勢與文化發展、兩側身體條件差異、傷害與特殊疾病。雖然每個人一出生會有慣用 側優勢的狀況發生 (Serrien, Ivry, & Swinnen, 2006)，然而研究指出先天的影響僅佔 10~20%，外在的影響如：文化、家庭教育、同儕影響等因素的影響反而佔了 80~90% (Ashton, 1982)，顯示出後天環境所造成的影響大於先天基因的影響，另一方面亦透露出. 2.
(13) . 後天的可塑性大於先天的限制。 兩側身體條件的差異也會造成步態不對稱的現象，研究指出兩側肌力條件差異過大， 大於 15~20%或是兩側肢段長度差超過肢段長度比例的 37%，就會造成步態不對稱的現 象發生 (Kaufman, Miller, & Sutherland, 1996; Laroche, Cook, & Mackala, 2012)，也造成左 右肢段使用上的不對稱，間接造成兩側差距的放大以及傷害的累積。 受傷、過度使用以及特殊疾病的患者往往也會有步態不對稱的現象發生，不論是疲 勞或是急性、慢性的運動傷害甚至下背痛，都會對步態的對稱性產生影響 (Clanton & Wood, 2010; James & Jones, 1990; Keefe & Hill, 1985; Paschalis et al., 2007)，特殊疾病包 含：帕金森式症、偏癱以及中風的患者，在患病後會有步態不對稱的現象發生，進而影 響了步態的穩定性，增加跌倒的風險以及受到額外傷害的可能性 (Griffin, Olney, & McBride, 1995; Laroche et al., 2012; Plotnik, Giladi, Balash, Peretz, & Hausdorff, 2005)。 然而，我們目前對於傷患與特殊疾病者在步態不對稱現象的瞭解遠大於健康的一般 人，換言之，在傷患受傷之前，特別是慢性運動傷害患者，如果步態不對稱現象是一個 與傷害有關的指標，基於預防勝於治療的概念，我們是否可以透過長時間觀察健康人的 步態不對稱指標，及早發現代償現象的發生，及早修正動作以避免傷害的發生？再者長 時間的從事跑走運動，肌肉骨骼系統的疲勞，對於步態不對稱表現上的影響亦尚未釐 清。 目前在觀察步態的不對稱方面，可以透過臨床人員的主觀評估以及客觀儀器評估， 主觀評估主要透過臨床人員如物理治療師，透過評估患者一連串各項動作，分級給分後 透過量表的方式來評定結果，這樣的評估方式可能會因治療師本身主觀認定上的差異而 產生結果的異同，且依照總分來定等級，無法更進一步的瞭解到各部位的差異 (Terrier, Dériaz, Meichtry, & Luthi, 2009; Tinetti, 1986)。如果需要在更進一步的瞭解，就必須透過 實驗室的步態分析做進一步檢測，透過運動學參數、動力學參數甚至是肌電訊號，來評 估步態的不對稱性 (Karamanidis, Arampatzis, & Bruggemann, 2003; Pierotti, Brand, Gabel, Pedersen, & Clarke, 1991; Plotnik, Bartsch, Zeev, Giladi, & Hausdorff, 2013)，不但可以獲得 客觀的數據資料更可以針對特定的部位進行觀察，然而最大的限制就是僅能做短時間的. 3.
(14) . 觀察、資料處理耗時以及必須在實驗室環境透過精密的儀器才能量測。 近幾年穿戴式科技的進步，感測器不但越來越精準而且也越來越小，透過無線傳輸 技術，已經可以說幾乎做到「穿戴無感」的程度，不論是市面上的產品或是研究領域， 越來越容易看到感測器的身影，感測器最大的好處就是輕巧、好攜帶，可以突破場域的 限制，將資料的收集拉出實驗室，針對現實環境進行長時間的觀測 (Kavanagh & Menz, 2008)，在人體動作的觀測方面，目前最常被使用的感測器為慣性感測器 (Gubbi, Buyya, Marusic, & Palaniswami)，包含三軸加速規 (Accelerometer)、陀螺儀 (Gyro)以及地磁計 (Magnetometer)，一共提供 9 個軸向的資料，可直接放置在人體肢段上進行量測該肢段 的動作，或是多個感測器放置在不同的肢段上，進行人體動作、關節活動的監控，其性 效度已經過許多研究的驗證 (Butte et al., 2012; Kavanagh & Menz, 2008; Shiang, Shih, & Ho, 2012)。雖然慣性感測器是一項方便的工具，然而要將其應用於步態不對稱性的觀察 尚有許多挑戰必須克服，如：可觀察且具有代表性的參數、感測器放置的位置...等。. 第三節、 研究目的 因此，為解決上述問題，本研究決定以健康一般人為對象，搭配現有實驗室儀器與 慣性感測器，嘗試以慣性感測器來觀察步態不對稱的現象以及疲勞對其的影響，本研究 目的為： 1. 藉由實驗室中的動作分析系統搭配慣性感測器，比較受試者進行單側有無負重以 及肢段長度之調整之不對稱步態操弄與正常步態間之差異，希望透過實驗結果能找出適 當的運動學參數來評估不對稱的現象，並確定適合用來評估步態不對稱現象的感測器放 置位置。 2.根據目的 1 之結果，利用動作分析系統與慣性感測器，在實驗室環境中進行疲勞 介入對於步態不對稱現象影響的測試，以釐清疲勞對步態不對稱現象之影響。. 4.
(15) . 第四節、 研究範圍與限制 一、本研究的研究對象為 20~40 歲之健康 (對稱) 男性，研究結果未必可以推論到 不同性別、不同年齡層或是天生不對稱之族群。 二、本研究所定義之對稱健康男性為，兩側伸肌肌力差小於 10% (Vagenas & Hoshizaki, 1991)，以及下肢肢段左右腳長度差異必須小於 2cm (3.7%) (Kaufman et al., 1996)。 三、本研究所定義的疲勞，非心血管系統的疲勞，本研究僅針對局部肌肉組織之疲 勞進行操弄結果未必可以推論至心血管系統的疲勞。. 第五節、 操作性名詞定義 一、步態週期：本研究僅將步態簡單分為兩個週期，不論走路或是跑步，分別為支 撐期 (Stance phase) 及擺盪期 (Swing phase)，支撐期定義為足部與地面接觸的 時期，擺盪期定義為足部離開地面的時期 (Novacheck, 1998)。 二、步態不對稱：個體在步態週期中，左右兩側參數以統計方式發現兩者達顯著差 異，定義為步態不對稱 (Gabbard, 1997)。 三、疲勞：本研究所定義的疲勞為局部肌肉組織之疲勞。. 5.
(16) . 第貳章、文獻探討 第一節、 造成步態不對稱現象的原因與其影響 步態動作是生活一項主要的基本活動，看似平常但是所示一項複雜的動作，其中包 含了許多複雜的動作技巧，包含了許多神經與肌肉的連結，當步態產生不對稱現象的狀 況發生，往往我們可以歸因於一些病理上的原因，例如：兩側身體條件差異過大、傷害 與特殊疾病等原因，兩側身體條件的差異如：兩側肌力條件差異過大，大於 15~20%或 是兩側肢段長度差超過肢段長度比例的 37% (Kaufman et al., 1996; Laroche et al., 2012)， 傷害與特殊疾病如：急性、慢性的運動傷害、帕金森式症、偏癱以及中風 (Clanton & Wood, 2010; Griffin et al., 1995; James & Jones, 1990; Laroche et al., 2012; Paschalis et al., 2007; Plotnik et al., 2005)，然而人並非百分之百對稱，除了上述傷害或病理上的原因所造成的 步態不對稱現象之外，發生在一般人的步態不對稱現象又是什麼原因呢？Sadeghi 等人 提出一個功能性不對稱步態的概念 (Functional gait asymmetry)，指出不同的肢段在步態 的過程中所扮演的角色不同，有的肢段負責推進 (Propulsion) 另一肢段負責穩定 (Stabilizing)，而且肢段功能角色的選擇似乎與慣用邊 (Limb dominance) 無直接關連 (Potdevin, Gillet, Barbier, Coello, & Moretto, 2008; Sadeghi, Allard, & Duhaime, 1997; Sadeghi, Allard, Prince, & Labelle, 2000)。 步態不對稱對於健康人所帶來的影響主要都是跟傷害有關，需多研究都指出步態不 對稱是過度使用或是慢性運動傷害的一項危險因子 (Perttunen et al., 2004; Zifchock et al., 2006)，由於不對稱的使用，導致特定部位的負擔過大，所以造成傷害的累積與發生， 如：肌肉、軟組織傷害、關節炎、壓迫式骨折...等 (Croisier et al., 2002; Ferber et al., 2003; Perttunen et al., 2004; Rumpf et al., 2014)，受傷後在傷側結構上的脆弱或是代償動作的出 現所造成的動作策略改變，可能讓不對稱的現象加劇，進而讓傷側再次受傷或是其它部 位的傷害 (Ferber et al., 2003; Paschalis et al., 2007; Zifchock, Davis, Higginson, McCaw, & Royer, 2008)，陷入傷害的惡性循環中，所以如何觀察步態不對稱的程度，建立觀察方式 以及不對稱指摽，對於運動傷害的預防以及傷後復健的目標設定，都有正面的幫助。. 6.
(17) . 第二節、 觀察不對稱現象的相關參數，不對稱指標的發展 不對稱指摽 (Asymmetry index)，是透過公式來判斷左右兩側各項參數差異的一項 指標，透過公式的發展我們可以標準化左右側差異，早期的不對稱指摽如公式一，R 代 表右側參數、L 代表左側參數，分母為平均值，參數的正負值可以觀察到左右兩側參數 大小的差異，但是如果受試間左右側大小有不同的趨勢，加總平均的結果會讓總結果零 移動的趨勢 (Robinson, Herzog, & Nigg, 1987)。 !!!. 𝑆𝐼 (%) = (!!!) ×100. 公式(一). !. 因次有研究在分子加上了絕對值，如公式二，隨然無法辨別參數大小的方向性，但 是可以使數據不受到正負之的影響，單純討論不對稱程度的大小 (Karamanidis et al., 2003; Knapik, Bauman, Jones, Harris, & Vaughan, 1991)。 (!!!). 𝐴𝑆𝐼 (%) = (!!!) ×100. 公式(二). !. 另外，也有研究發展出其它的數學計算方式如：比例 (Ration Index, RI 公式三)、 自然對數 (Gait Asymmetry, GA 公式四)、三角函數 (Symmetry Angle, SA 公式五) 等指 標 (Andres & Stimmel, 1990; Plotnik, Giladi, & Hausdorff, 2007; Zifchock, Davis, Higginson, & Royer, 2008)，因應不同的對象或是目的，透過數學的方式來放大對稱與不 對稱結果之間的差異。 !. RI (%) = 1 − ! ×100. 公式(三). !. Ga (%) = 𝑙𝑛 ! ×100 𝑆𝐴(%) =. !"°!!"#$!% ! ! !"°. 公式(四) ×100. 公式(五). 有關不對稱指標的發展我們可以觀察到，目前似乎並沒有一項被廣泛接受的標準流 程與指標，使用不同不對稱指標的研究之間，其研究結果是否可以一起比較？並提出臨 床診斷上可使用的準則？Blazkieewicz 等人 2014 年曾比較過四種不對稱指標 (RI, SI, GA, & SA) 之間的差異，指出 SI 在針對不對稱步態的時空參數 (Spatial-temporal. 7.
(18) . parameters) 比較敏感，並且發展以診斷為目的的標準化參數 (Błażkiewicz, Wiszomirska, & Wit, 2014)。. 第三節、 慣性感測器在步態動作研究中所扮演的角色 步態動作分析旨在於量化動作過程中肌肉骨骼系統的機械特徵 (Cimolin & Galli, 2014)，其中有一項主要的目的就是在辨別正常以及病理學上的步態特徵差異 (Perry & Burnfield, 2010)，透過步態分析，我們可以用來評估、診斷，透過這些量化的數據來協 助醫師、物理治療師來幫助他們的患者更有效率的復原，慣性感測器應用於步態動作可 以 追 碩 到 1990 年 ， Willemsen 等 人 透 過 加 速 規 來 進 行 下 肢 關 節 角 度 的 即 時 回 饋 (Willemsen, van Alsté, & Boom, 1990)，發展至今我們大致可以發現應用感測器的最大好 處是，體積小不影響量測對象的動作、突破場地的限制不一定要在實驗室進行、資料量 小有機會進行長時間的資料擷取等好處 (Kavanagh & Menz, 2008)，慣性感測器主要都是 針對運動學的參數進行觀察，舉凡肢段本身的加速度、角速度，或是肢段間的角度，或 是步態的時空參數，如：步頻、步幅、支撐期時間、擺盪期時間等，或是不同肢段間的 吸震現象 (Shock absorption) 等，在經過多年的研究以及驗證，大部份的研究者都認同 慣性感測器在步態動作的偵測是一項精準且可信的工具，然而在實行的過程中也是有需 多挑戰，如何取得最乾淨、純粹動作的資料？重力、雜訊以及其它訊號的干擾、感測器 要放在什麼部位、要觀察什麼參數最具有代表性、要如何進行訊號處理等，種種的問題 需要被解決，而且有些問題是環環相扣的 (Elble, 2005; Fong & Chan, 2010; Kavanagh & Menz, 2008; Picerno, 2017)，例如：加速規所測得的加速度可能包含動作所產生的加速度、 重力的影響、雜訊 (生物性的以及環境的) 等，而且我們並不知道其中每個部份所佔的 比例是多少？所以我們就必須去考量感測器要放在那裡？怎麼放？如何固定？要用什 麼資料處理的方式？可以放大我們要觀察的訊號以及減少雜訊的影響，針對不同的動作 可能會有不同的處理方式，最後最後都要回歸到是否可以達成最終的目的，來決定如何 應用感測器技術。. 8.
(19) . 第四節、 疲勞所造成的影響 疲勞對於運動傷害而言，是一項危險因子，疲勞對人體所造成的影響，如：心率的 上升、肌肉力量、收縮速度的下降、反應時間的增加、肌電延遲現象的出現、異常或代 償動作的出現等 (De Luca, 1983; Noakes, 2000; Van Gheluwe & Madsen, 1997)，進而造成 許多能力的下降以及影響運動表現以及控制能力 (Cowley, Dingwell, & Gates, 2014)，其 中異常或代償動作的出現對於傷害的發生普遍認為是一項重要的危險因子，舉例而言， 在許多跑步過度使用的傷害中，過度的足部內旋動作 (Pronation) 被認為是主要的原因， 當足部的穩定性不好時，容易產生過度內旋的現象，足部局部肌肉的疲勞就容易會發生 足部過度的內旋 (Christina, White, & Gilchrist, 2001)，這不但會讓下肢其它肌肉花費更 多的力量在穩定與推進之外，還會進而影響膝關節以及髖關節的動作，造成脛骨的內轉 (Internal rotation)，讓膝關節與髖關節承受更多橫切面的動作，長時間的累積可能會造成 的傷害包含：足底筋膜炎、脛後症候群 (Tibialis Posterior Syndrome)、髕骨關節疼痛症 候群等傷害 (Hintermann & Nigg, 1998)。 另外疲勞又可以分為局部的疲勞以及廣泛性的疲勞 (Local and widespread)，這兩種 不同的疲勞會以不同的模式來影響動作以及表現，Cowley 與 Dingwell 於 2014 針對這兩 種不同的疲勞進行觀察，發現局部的疲勞不一定會嚴重的影響表現，參與者還是可以完 成疲勞前的要求，但是對於動作的重組 (Reorganization) 有比較大的影響，廣泛性的疲 勞雖然會嚴重的影響動作的表現，但是動作的模式 (Pattern) 與疲勞前是相同的，另外 廣泛性的疲勞會嚴重的影響動作的控制能力，在沒有目標設定的作業下，動作與動作間 的變異性會變大，這些資訊告訴我們局部的疲勞會引發代償動作的發生，而廣泛性的疲 勞會降低我們對動作的控制能力，特別是在速度、時間以及力量方面。. 9.
(20) . 文獻總結 步態不對稱現象對於運動傷害，不論是原因還是結果，都是一項重要的指標，如何 有效的觀察步態不對稱的程度，對於運動傷害的預防以及傷後復健的目標設定都是一項 重要的議題，在長時間的跑走運動中，特別是疲勞的影響下，異常或代償動作容易產生， 進而增加運動傷害的風險或是慢性傷害的累積，這些異常或代償的動作往往會造成不對 稱的步態，目前針對於一般健康人在長時間的跑走運動中的步態不對稱現象的監控，似 乎並沒有一項被廣泛接受的標準流程與指標，但也已經累積了需多的研究成果，隨著穿 戴式科技的發展，感測器技術的進步，似乎可以發展出一項工具來針對步態不對稱這個 現象來進行觀察，而且可以遠離實驗室，到一般的場域進行長時間的監控，可以使更多 人受益，降低運動傷害的風險。. 10.
(21) . 第參章、研究方法 預先檢測項目 在正式實驗開始前，所有參與者必須進行以下幾項預先檢測項目，以便篩選符合條 件之受試者並決定正式實驗之操作方式與強度。. 肢段參數測量 依照 Plug-In-Gait 模組的需求，進行身體肢段參數的量測，分別為左右腳長、膝寬、 踝寬、左右肩厚、左右手肘寬、腕寬、掌厚等，下肢肢段左右腳長度差異必須小於 2cm (3.7%) (Kaufman et al., 1996)。. 下肢伸肌肌力測量 使用等速肌力儀 (S4pro, Biodex, US) 進行雙腳膝關節伸肌等長肌力測試，固定角度 為膝關節屈曲 60 度，每次試作用力時間為 3 秒，每側進行 5 次試作，每次休息時間為 30 秒，擷取 3 秒內力矩最大值代表該次試作，5 次試作中去除最大值以及最小值，取 3 個試作的平均值代表該側伸肌的肌力表現，兩側伸肌肌力差小於 10% (Vagenas & Hoshizaki, 1991)，正式測試前，受試者必須經過練習熟悉用力方式，方能進行測試，練 習必須與正式測試不同天。. 轉換速度測量 轉換速度 (Preferred Transition Speed, PTS) 之測量於跑步機上完成，跑步機速度由 實驗者控制，受試者無法得到速度的視覺回饋；以時速 5.4 公里以及 9 公里分別進行 3 分鐘以及 2 分鐘的跑步機行走作為熱身，熱身完畢後分別進行兩種轉換速度的量測，分 別為走路轉換至跑步以及跑步轉換至走路的速度量測 (Rotstein, Inbar, Berginsky, & Meckel, 2005)。 走路轉移至跑步 (PTS W-R)：起始速度為時速 5 公里，受試者在跑步機上行走，採 漸增方式，每 15 秒增加 0.2km/h，至受試者自然轉換步態為跑步，當下之速度為走跑轉. 11.
(22) . 換速度，共收取 3 試作，三次試作間休息 3 分鐘，3 次試作之平均值代表該名受試者之 走跑轉換速度。 跑步轉移至走路 (PTS R-W)：起始速度為時速 9 公里，受試者在跑步機上跑步，採 漸減方式，每 15 秒減少 0.2km/h，至受試者自然轉換步態為走路，當下之速度為跑走轉 換速度，共收取 3 試作，三次試作間休息 3 分鐘，3 次試作之平均值代表該名受試者之 跑走轉換速度。 轉換速度定義為兩次量測結果之平均值，公式：PTS=1/2*(PTS W-R + PTS R-W)。. 最大跑速測量 最大跑速測試於跑步機上進行，每位受試者先以 8.5km/h 的時速進行 3 分鐘的熱身， 之後以 9.7km/h 的速度開始最大跑速之測試，30 秒內增加 0.5km/h，直到受試者主觀認 定已達個人之極限並且無法再維持或加速為止，分別進行兩次，每次測試間讓受試者充 分休息 (Scott & Houmard, 1994)。. 12.
(23) . 實驗一、 不對稱現象的觀察 透過單側加重以及單側加長的方式來模擬不對稱的步態，並利用實驗室現有的儀器 來觀察正常的步態狀態與不對稱狀態操弄下有什麼不同，並驗證慣性感測器在人體步態 不對稱現象應用的可能性以及釐清哪些部位、參數較適合來觀察步態的不對稱現象。. 受試者 實驗一共招募 15 位健康男性受試者參與實驗，排除條件為：六個月內無任何影響 步態之骨骼肌肉系統或神經傷害疾病以及頭部的傷害，下肢肢段左右腳長度差異小於 2cm (3.7%)且下肢伸肌肌力差小於 10%，所有受試者在實驗前接受訪查確認無心血管相 關疾病或重大疾病，另外受試者均需透過「受試者須知」了解本實驗目的、過程、以及 施測方法，由實驗操作團隊直接向受試者詢問參與意願，有意願者經過實驗條件篩選後， 簽屬受試者同意書，基本資料與左右對稱性如表一所示。. 表一、受試者基本資料 (n=15) 年紀(歲). 身高(公分). 24.5±2.9. 173.8±6.1. 體重(公斤). 肌力不對稱 指標 (%). 72.5±11.2. 4.0±2.5. 最大跑速 (km/h) 16.3±1.7. 走跑轉換速 度 (km/h) 7.6±0.4. 儀器設備 i. 三維動作擷取系統 本階段實驗預計使用 Vicon 三維動作擷取系統 (Vicon Motion Analysis System, Oxford, UK)，利用十台紅外線攝影機 (MX13+, Oxford, UK) 擷取三維空間中受試者身 上反光球的位置，反光球黏貼位置採用 Vicon 系統內建 Plug-In-Gait 全身之黏貼位置 (Plug-In-Gait marker placement, Oxford, UK) (圖 3-1)，並透過 Nexus (Nexus 1.85, Oxford, UK) 分析系統，針對運動學參數進行計算，反光球訊號取樣頻率訂為 150 Hz。. 13.
(24) . 圖 3- 1、Plug-In-Gait 反光球黏貼位置及名稱。 ii. IMU 慣性感測器： 本實驗所使用之 IMU 慣性感測器 (IM, Delsys, USA) 內含一組三軸加速規晶片與 三軸陀螺儀晶片，取樣頻率訂為 148 Hz，固定位置與方向如圖 3-2 所示，感測器分別固 定於上肢、下肢、軀幹共 5 個部位，上肢將固定於左、右手手腕處，下肢將固定於左右 腳小腿外側質量中心處，軀幹將固定於腰椎(L3~L4)；軸向定義方式：將加速度與陀螺 儀的 X 軸與該肢段的長軸平行，並將加速度方向定為前後方向為 X 軸、左右方向定為 Y 軸、垂直方向定為 Z 軸，角速度方向屈曲伸展定為 X 軸、內收外展動作為 Y 軸、旋內 旋外為 Z 軸，針對軸向正負方向之定義，定義相同動作為相同之方向，因此在加速度方. 14.
(25) . 面 X 軸定義向前為正、Y 軸定義向內為正、Z 軸定意向上為正；在角速度方面 X 軸定義 內收為正、Y 軸定義屈曲為正、Z 軸定義為旋內為正。. 圖 3- 2、IMU 感測器固定位置及軸向定義 iii. 測力板 本實驗使用測力板 (Kistler 9281B, Kistler, SW)，擷取受試者跑走過程中之地面反作 用力，擷取頻率定為 1500 Hz。. 實驗設計與流程 實驗流程如圖 3-3 所示，實驗開始先依照全身 Plug-in-Gait 模組將反光點貼置於全 身各關節位置以及固定慣性感測器，固定完畢後請受試者進行熱身，熱身結束後進行走 路 (1.5 m/s)、跑步 (2.5 m/s) 速度的練習，讓受試者熟悉速度以利實驗進行，實驗進行 依隨機分配為原則，受試者以 2 種步態 (走路、跑步)、2 種速度 (自選速度、控制速度)、 三種不對稱狀態情況 (正常狀態、單側負重 5%體重、單側加長) 來進行實驗。. 15.
(26) . 1.說明實驗目的與流程 2.填寫受試者同意書 3.架設與校正實驗儀器. 暖身、各速度練習五分鐘 (跑步機上) 走路1.5 m/s. 跑步2.5 m/s. 資料收取 (隨機分派) 走路 自選速度、1.5 m/s (正常、單側負重、單側 加長). 跑步 自選速度、2.5 m/s (正常、單側負重、單 側加長). 資料分析 圖 3- 3、實驗一流程圖。. 16.
(27) . 資料處理 本研究的自變項為：不同步態狀態 (走路、跑步)、不同的負重情況 (單側有負重、 無負重)、不同肢段長度 (長短腳、正常)。依變項為三維動作擷取系統所分析出來之動 力學參數 (地面反作用力特徵值) 與步態週期參數 (步時、步幅、步頻、站立時間、擺 盪時間) 以及慣性感測器所擷取的各肢段 (上肢、下肢、軀幹) 之三軸加速度、角速度 在步態過程中不同時期中 (跨步期、支撐期、擺盪期) 的特徵值 (最大值、最小值、平 均值、積分值)，最後將其依變相轉換成不對稱指標。. 效度檢驗：慣性感測器於實驗動作中之效度檢驗，以實驗動作中控制速度之跑走 試作中，慣性感測器所量測之各肢段 (上肢、下肢、軀幹) 三軸合加速度與肢段矢狀面 上之角速度與三維動作分析系統所測得之結果進行相關性分析。. 步態時空參數：透過 Nexus 1.85 版軟體將反光球資料進行處理，經過摽記、補點 以及修勻 (Butterworth low pass filter 6Hz) 後，透過 Matlab 2015 版軟體以及客制化程式 進行步態時空參數之計算，分別為：跨步、步長、支撐期、擺盪期時間、步幅、步長、 步寬、抬腳高度等。. 動力學資料：所有資料透過 Matlab 2015 版軟體以及客制化程式進行處理，經低通 濾波處理後 (Butterworth low pass filter 30Hz)，計算各時期之地面反作用力之特徵值， 分別為：前後方向最大、最小、積分值、左右方向最大、最小、積分值以及垂直方向最 大、平均、積分值等。. 慣性感測器：所有資料透過 Matlab 2015 版軟體以及客制化程式進行處理，所有資 料經低通濾波處理後 (Butterworth low pass filter 10Hz)，依照 Gouwanda ＆ Arosha Senanayake (2011) 所提出的方式進行標準化，公式如下，再計算各肢段之三軸加速度、. 17.
(28) . 角速度在步態過程中不同時期 (跨步期、支撐期、擺盪期) 之特徵值，分別為：最大值、 最小值、平均值以及積分值等。. (n) 代表第 n 筆資料. 標準化公式： 𝜃!"#$(!) =. 𝜃(!) − 𝜃!"# +1 𝜃!"# − 𝜃!"#. θ_max 代表所有資料之最大值 θ_min 代表所有資料之最小值. 不對稱指標：使用 (ASI) 作為不對稱指標，公式如下： (!!!). 𝐴𝑆𝐼 (%) = (!!!) ×100 !. R 代表右側肢段之結果 L 代表左側肢段之結果. 統計方法 本研究使用 SPSS for Windows 22.0 版之軟體進行統計分析，使用皮爾森積差相關， 比較慣性感測器與三維動作分析系統所測得訊號之相關性，作為效度檢驗；使用重複量 數單因子變異數分析比較不同負重情況以及不同肢段長度之間，身體各肢段運動學參數、 動力學參數、步態參數與不對稱指標是否有達顯著差異，藉以觀察負重情況以及肢段長 度對步態的影響以及找到能有效分辨不對稱現象的指標，事後比較以 Bonferroni 進行作 探討，各項數據顯著水準皆訂為 α = .05。. 18.
(29) . 實驗二、 疲勞對不對稱現象的影響 透過長時間、固定強度的跑步與走路 (疲勞的介入)，來觀察步態不對稱現象隨時間 的變化。. 受試者 與實驗一參與者為同一批受試者，針對疲勞對不對稱現象之影響進行。. 儀器設備 i. 三維動作擷取系統 本階段實驗預計使用 Vicon 三維動作擷取系統 (Vicon Motion Analysis System, Oxford, UK)，利用十台紅外線攝影機 (MX13+, Oxford, UK) 擷取三維空間中受試者身 上反光球的位置，反光球黏貼位置與實驗一相同，並透過 Nexus (Nexus 1.85, Oxford, UK) 分析系統，針對運動學參數進行計算，反光球訊號取樣頻率訂為 150 Hz。 ii. IMU 慣性感測器： 本實驗所使用之 IMU 慣性感測器 (IM, Delsys, USA) 內含一組三軸加速規晶片與 三軸陀螺儀晶片，取樣頻率訂為 148 Hz，固定位置與實驗一相同，感測器分別固定於上 肢、下肢、軀幹共 5 個部位，上肢固定於左、右手手腕處，下肢固定於左右腳小腿外側 質量中心處，軀幹固定於腰椎 (L3~L4)；軸向定義方式：與實驗一相同。 iii.跑步機 使用跑步機 (Funa-7310, Tonic Fitness Technology, TW) 控制疲勞過程中，走路及跑 步的速度，跑步機下方四個角落設置有力量感測器 (Delta Transducers, DELTA, US)，擷 取步態過程中垂直方向地面反作用力，透過類比轉數位訊號擷取系統 (MP150, Biopac, US) 收取，擷取頻率定為 1500 Hz。. 19.
(30) . 實驗設計與流程 實驗流程如圖 3-4 所示，實驗開始先依照全身 Plug-in-Gait 模組將反光點貼置於全 身各關節位置以及固定慣性感測器，固定完畢後請受試者進行熱身，熱身結束後。在跑 步機上進行 2 種步態狀態 (走路、跑步) 的長時間疲勞介入，順序為隨機分派，不同步 態的測試間隔至少 48 小時，比較不同時間點不對稱指標的差異，疲勞測試開始先收取 第一筆資料作為疲勞前數據，收取完畢後便開始疲勞測試，每 3 分鐘詢問一次受試者的 自覺用力指數並擷取各運動學、動力學參數，自覺用力指數達 20 分，或達測驗時間 (30 分鐘) 便停止疲勞測試，並且收取最後一筆資料作為疲勞後數據，即可結束實驗。. 1.說明實驗目的與流程 2.填寫受試者同意書 3.實驗儀器與IMU校正、黏貼. 暖身、各速度練習五分鐘 走路1.5m/s (五分鐘). 跑步2.5m/s (五分鐘). 以 110 %轉換速 度 (PTS) 以及 75%最大跑 速進行疲勞測 試. 資料收取 走路110% PTS 每3分鐘一筆. 跑步75% max speed 每3分鐘一筆. 資料分析 圖 3- 4、實驗二流程圖。. 20.
(31) . 資料處理 本研究的自變項為：不同步態狀態 (走路、跑步)、不同的疲勞程度 (時間)。依變 項為力量感測器所分析出來之動力學參數 (地面反作用力特徵值) 與慣性感測器所擷取 的各肢段 (四肢、軀幹) 之三軸加速度、角速度在步態過程中不同時期中 (支撐期、擺 盪期) 的特徵值 (最大值、最小值、平均值、積分值)，最後將其依變相轉換成不對稱指 標。 動力學資料：所有資料透過 Matlab 2015 版軟體以及客制化程式進行處理，經低通 濾波處理後 (Butterworth low pass filter 30Hz)，計算各時期之地面反作用力之特徵值， 分別為：垂直方向最大、平均、積分值等。 慣性感測器：所有資料透過 Matlab 2015 版軟體以及客制化程式進行處理，所有資 料經低通濾波處理後 (Butterworth low pass filter 10Hz)，依照 Gouwanda ＆ Arosha Senanayake (2011) 所提出的方式進行標準化，公式如下，再計算各肢段之三軸加速度、 角速度在步態過程中不同時期 (跨步期、支撐期、擺盪期) 之特徵值，分別為：最大值、 最小值、平均值以及積分值等。 標準化公式： 𝜃!"#$(!) =. 𝜃(!) − 𝜃!"# +1 𝜃!"# − 𝜃!"#. (n) 代表第 n 筆資料 θ_max 代表所有資料之最大值 θ_min 代表所有資料之最小值. 不對稱指標：使用 (SI) 與 (ASI) 作為不對稱指標，公式如下： !!!. 𝑆𝐼 (%) = (!!!) ×100 !. 𝐴𝑆𝐼 (%) =. (𝑅 − 𝐿) ×100 (𝑅 + 𝐿) 2. R 代表右側肢段之結果 L 代表左側肢段之結果. 統計方法 本研究使用 SPSS for windows 17.0 版之軟體進行統計分析，使用重複量數單因子變 異數分析進行分析，比較不同時間點各參數間是否有顯著差異，事後比較以 Bonferroni 進行作探討，各項數據顯著水準皆訂為 α = .05。. 21.
(32) . 第肆章、結果 本章結果將分為三大個部份呈現：慣性感測器之效度檢驗、不對稱現象觀察 (實驗 一) 以及疲勞對不對稱現象的影響 (實驗二) 。 慣性感測器之效度檢驗 將慣性感測器所量測之各肢段 (上肢、下肢、軀幹) 三軸合加速度與肢段矢狀面上 之角速度與三維動作分析系統所測得之結果進行相關性分析 (圖 4.1 )，結果如表二所示， 走路與跑步動作慣性感測器與三維動作分析系統之相關係數為 0.45~0.90，在軀幹的部位 有較低的相關係數，特別是在角速度的部份，然而在四肢的結果皆呈現較高的相關係數， 結果顯示慣性感測器可獲得與動作分析系統相似之結果。. 表二、慣性感測器與動作分析系統之相關係數 (n=15). 走路 跑步. 軀幹 R. 手腕 2. R. R. R. R. R2. 加速度 角速度 加速度. 0.60* 0.45* 0.73*. 0.36 0.20 0.53. 0.78* 0.90* 0.84*. 0.61 0.82 0.72. 0.86* 0.81* 0.75*. 0.75 0.65 0.56. 角速度. 0.47*. 0.23. 0.73*. 0.54. 0.86*. 0.74. *. 備註： 代表 p<.01. 小腿 2. 22.
(33) . 圖 4- 1、走路動作不同部位慣性感測器與三維動作分析系統所量測之加速度與角速度 (sb1)。. 23.
(34) . 不對稱現象觀察 本節結果將呈現不對稱操弄對不對稱參數 (ASI.) 之影響，將分為：步態時空、動力 學 (地面反作用力) 以及慣性感測器結果三個部份呈現。. 步態時空結果： 跑步： 在跑步中不對稱操弄對於步態時空參數的影響如表三所示，僅支撐期與擺盪期時間 兩個參數在操弄的影響下，ASI.於狀態間達顯著差異，並在兩種速度中都可以觀察到同 樣的影響 (F2,28=5.81, p<.05; F2,28=7.96, p<.05; F2,28=15.05, p<.01; F2,28=19.53, p<.01)，與走 路相同，在不對稱的操弄下，都會造成不對稱指摽的變大，且在大部份的參數中單側加 長對 ASI.的影響都大於單側加重的影響。. 表三、不對稱狀態操弄對跑步步態時空參數不對稱指標之影響表 正常狀態 單側加重 單側加長 (ASI. %) 自選速度 自選速度 自選速度 2.5m/s 2.5m/s 2.5m/s 跨步時間 （stride time） 2.29±1.80 2.20±1.58 3.86±2.06 3.21±1.71 3.70±2.64 4.76±2.87 步長時間 （step time） 10.71±6.58 9.86±5.43 8.72±5.37 10.67±6.04 12.01±7.18 10.97±7.54 支撐期時間 （stance time） 4.01±2.20bc 3.87±1.76bc 7.06±3.26a 6.71±2.76a 8.05±4.00a 7.85±3.85a 擺盪期時間 （swing time） 3.62±2.87c 3.38±2.50 c 4.75±3.28c 4.72±2.62 c 10.83±4.47ab 11.50±5.24ab 步幅 （stride length） 2.96±2.76 3.45±2.92 2.61±1.52 2.96±1.30 3.45±3.12 3.58±2.90 步長 （step length） 9.85±8.05 9.10±7.51 6.64±4.54 10.04±8.42 10.08±7.97 11.70±8.65 步寬 （wide base） 43.65±35.79 37.61±22.17 33.62±15.81 41.48±24.66 39.52±30.58 36.71±24.38 抬腳高度 （Max heel height） 6.03±3.69 6.13±4.06 8.10±4.73 10.40±7.41 9.30±5.33 7.38±4.40 備註：a 代表與正常狀態達顯著差異、b 代表與單側加重狀態達顯著差異、c 代表與單側加長狀態達顯著差 異。. 24.
(35) . 走路： 在走路中不對稱操弄對於步態時空參數的影響如表四所示，我們可以觀察到步長時 間在自選速度中、支撐期時間在兩種速度中、擺盪期時間在控制速度中與抬腳高度等參 數在操弄的影響下，ASI.於狀態間達顯著差異 (F2,28=6.02, p<.05; F2,28=29.74, p<.01; F2,28=5.55.05, p<.01; F2,28=5.07, p<.05; F2,28=21.10, p<.01; F2,28=18.57, p<.01)，在不對稱的 操弄下，不對稱指摽都有變大的現象，在大部份由達顯著差異的參數中單側加長對 ASI. 的影響都大於單側加重的影響。. 表四、不對稱狀態操弄對走路步態時空參數不對稱指標之影響表 正常狀態 單側加重 單側加長. 自選速度 自選速度 自選速度 (ASI. %) 1.5m/s 1.5m/s 1.5m/s 跨步時間 （stride time） 2.20±1.21 1.97±1.04 2.07±2.33 1.59±1.06 2.25±1.09 1.49±1.21 步長時間 （step time） 4.34±2.46c 5.18±1.97 4.73±3.15 5.80±2.85 9.11±5.30a 6.38±6.13 支撐期時間 （stance time） 2.10±1.6c 2.69±1.42 c 2.86±1.48c 3.46±1.80 6.47±2.18ab 5.25±3.13a 擺盪期時間 （swing time） 5.84±3.51 3.94±1.97c 6.13±4.28 4.94±2.86 9.94±5.29 7.48±3.32a 步幅 （stride length） 2.04±1.20 2.09±1.05 2.56±2.48 2.26±1.31 2.30±1.34 2.23±1.14 步長 （step length） 3.69±2.01 4.56±2.40 4.27±2.70 4.05±2.45 5.91±3.20 6.43±3.21 步寬 （wide base） 26.06±14.39 24.39±11.10 20.79±12.95 26.50±22.13 24.83±14.25 25.29±12.08 抬腳高度 bc （Max heel height） 3.87±2.35 3.18±2.00bc 6.98±3.35ac 6.00±2.91ac 10.26±3.81ab 8.86±3.88ab 備註：a 代表與正常狀態達顯著差異、b 代表與單側加重狀態達顯著差異、c 代表與單側加長狀態達顯著差 異。. 25.
(36) . 動力學結果-地面反作用力參數： 跑步： 在跑步中不對稱操弄對於地面反作用力參數的影響如表五所示，我們可以觀察到前 後 方 向 最 小 值 以 及 垂 直 方 向 平 均 值 在 兩 種 速 度 下 ， ASI. 於 狀 態 間 皆 達 顯 著 差 異 (F2,28=24.40, p<.01; F2,28=21.89, p<.01; F2,28=9.50, p<.01; F2,28=7.38, p<.05)，在前後方向最 小值單側加重的影響較大，而在垂直方向平均值則是單側加長的影響較大；另外在左右 方向的最小值以及垂直方向的最大值我們只能在控制的速度下觀察到狀態間達顯著差 異 (F2,28=24.40, p<.01; F2,28=6.09, p<.01)，同樣不對稱操弄會造成 ASI 的變大。. 表五、不對稱狀態操弄對跑步地面反作用力參數不對稱指標之影響表 正常狀態 單側加重 單側加長. 自選速度 2.5m/s 自選速度 2.5m/s 自選速度 2.5m/s (ASI. %) 前後方向 16.24±13.12 21.57±16.54 20.49±14.19 24.26±13.53 20.41±21.49 22.42±16.50 最大值 前後方向 17.48±8.07b 20.45±14.97 b 61.67±26.86ac 57.18±20.71ac 26.30±17.13b 22.23±15.05b 最小值 前後方向 558.79±785.97 1501.59±4034.47 1638.31±1830.83 9030.36±24553.80 2041.97±3000.12 324.60±264.29 衝量 左右方向 34.05±34.10 31.99±19.64 36.83±16.82 33.46±13.80 36.63±17.68 35.50±25.81 最大值 左右方向 77.91±38.22 76.18±36.99c 79.35±29.36 72.88±27.25 349.81±972.17 131.37±82.04a 最小值 左右方向 54.78±61.44 67.29±53.68 62.55±48.47 51.85±29.27 67.88±77.10 54.74±41.45 衝量 垂直方向 3.85±2.06 2.81±1.07bc 6.23±3.25 7.49±3.87a 6.45±3.40 6.79±3.19a 最大值 垂直方向 3.96±1.85bc 4.25±1.35bc 8.79±4.55a 9.39±4.39a 9.97±4.83a 9.65±4.75a 平均值 垂直方向 4.66±2.48 3.34±2.15 4.71±3.22 5.48±3.12 5.46±2.88 4.78±3.02 衝量 備註：a 代表與正常狀態達顯著差異、b 代表與單側加重狀態達顯著差異、c 代表與單側加長狀態達顯著差 異。. 26.
(37) . 走路： 在走路中不對稱操弄對於地面反作用力參數的影響如表六所示，垂直方向平均值在 兩種速度下， ASI.於狀態間達顯著差異 (F2,28=11.05, p<.01; F2,28=14.81, p<.01)；前後方 向 最 小 值 以 及 垂 直 方 向 最 大 值 在 控 制 的 速 度 下 也 可 以 觀 察 到 狀 態 間 達 顯 著 差 異 (F2,28=7.37, p<.01; F2,28=7.37, p<.01)，另外在左右方向的最小值在自選的速度下也可以觀 察到狀態間達顯著差異 (F2,28=4.04, p<.05)。. 表六、不對稱狀態操弄對走路地面反作用力參數不對稱指標之影響表 正常狀態 單側加重 單側加長 (ASI. %) 自選速度 1.5m/s 自選速度 1.5m/s 自選速度 1.5m/s 前後方向 8.21±3.39 9.78±4.78 10.15±5.69 10.57±6.41 10.57±7.52 11.81±7.53 最大值 前後方向 20.51±11.40 16.56±9.74b 32.49±19.41 31.27±11.36a 23.66±10.34 20.59±11.66 最小值 前後方向 4954.70±16835.39 666.37±715.50 701.46±785.84 1103.04±1970.41 495.82±453.45 519.02±505.88 衝量 左右方向 19.79±9.97 25.91±13.53 31.80±16.94 35.00±18.53 27.03±15.74 29.18±14.50 最大值 左右方向 35.37±20.17c 46.57±23.49 50.65±29.34 56.14±35.62 63.86±32.16a 59.27±31.08 最小值 左右方向 30.96±16.49 36.69±24.50 34.55±14.88 39.24±20.15 40.63±28.37 35.05±18.61 衝量 垂直方向 5.43±3.58 5.41±1.78c 5.58±4.32 6.23±3.37c 8.05±5.38 9.05±3.94ab 最大值 垂直方向 2.25±0.98c 2.38±0.82c 2.18±1.37c 2.72±1.14c 5.13±3.05ab 5.35±2.28ab 平均值 垂直方向 3.34±1.50 3.27±1.36 3.55±1.77 4.93±2.76 4.17±2.95 4.16±2.36 衝量 備註：a 代表與正常狀態達顯著差異、b 代表與單側加重狀態達顯著差異、c 代表與單側加長狀態達顯著差 異。. 27.
(38) . 慣性感測器參數： 慣性感測器參數的結果分類將如圖 4.2 所示，將按照兩種動作 (走路、跑步)，兩種 速度 (自選、控制)，3 種時間的分期 (跨步分期、支撐期、擺盪期)，3 個部位 (上肢、 軀幹、下肢)，6 個軸向 (A-x 前後、A-y 左右、A-z 垂直方向加速度與 G-x 屈曲/伸展、 G-y 內收/外展、G-z 旋內/外角速度)，4 種特徵值 (最大值、最小值、平均值以及積分值) 所計算得到的不對稱指標 (ASI.)，進行 3 種狀態間之比較 (正常、單側加重、單側加長 狀態)，於結果的部份僅呈現狀態間達顯著差異的結果，我們首先會比較趨勢是否與步 態時空結果以及動力學結果一致，再統計不同分期、部位、軸向以及特徵值成功辨別狀 態間差異的數量進行討論，完整結果表格將於附錄 2 呈現。. A-x -y -z -x -y -z. Stride Stance Swing. 圖 4-2、實驗一慣性感測器參數的結果分類圖. 28.
(39) . 依照不同部位、軸向以及特徵值之狀態間達顯著差異的數量統計如表七、八所示， 我們可以觀察到與步態時空參數以及動力學參數相同的結果，以支撐期或擺盪期的分期 方式較能觀察出狀態間的差異；以部位為分類，在走路動作中以下肢數量為最多，其次 為軀幹，在跑步動作中則是以軀幹數量為最多，其次為下肢；以軸向為分類，是以 G-y 軸向 (矢狀面上的動作) 為最多，顯示該軸向的角速度最能辨別出狀態間之差異；以特 徵值為分類，在走路動作中是以平均值為最多，在跑步則是以最大值為最多，整體而言 跑步與走路動作間有類似的趨勢，僅在部位與特徵值有些許的不同，但是大部份的結果 是類似的。 表七、不同部位狀態間達顯著差異之軸向數量統計表 (軸向分類) Stride. Walk. Stance. Swing. Total. A-x A-y A-z G-x G-y G-z A-x A-y A-z G-x G-y G-z A-x A-y A-z G-x G-y G-z A-x A-y A-z G-x G-y G-z. 上肢 下肢 ASI 軀幹. 0 1 1 0 0 1 0 0 0 1 0 0 0 1 1 0 0 1 0 2 2 1 0 2 0 0 0 0 4 0 2 0 0 0 6 0 0 0 0 0 4 1 2 0 0 0 14 1 0 0 0 1 1 0 0 1 3 0 0 1 1 4 0 0 0 2 1 5 3 1 1 3. Total Run. total. 9. 14. 15. Stride. Stance. Swing. 7 17 14. 3 7 5 2 15 6 Total. A-x A-y A-z G-x G-y G-z A-x A-y A-z G-x G-y G-z A-x A-y A-z G-x G-y G-z A-x A-y A-z G-x G-y G-z total. 上肢 下肢 ASI 軀幹. 0 0 2 0 1 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 1 0 0 0 2 0 2 0 1 3 0 0 2 1 2 0 0 0 0 0 1 3 0 0 0 0 4 6 0 0 2 1 0 0 0 1 1 0 0 0 4 2 6 0 1 0 4 1 4 0 1 0 8 4 11 0. Total. 12. 14. 15. 4 13 24. 5 6 10 4 15 1 . 表八、不同部位狀態間達顯著差異之軸向數量統計表 (特徵值分類) Stride. Walk. Stance. Max Min Mean Int. Swing. Total. Max Min Mean Int Max Min Mean Int Max Min Mean Int. 上肢 下肢 ASI 軀幹. 2 0 0. 1 2 1. 0 2 1. 0 0 0. 0 2 0. 0 2 0. 0 2 3. 1 2 2. 1 2 0. 1 1 0. 0 1 4. 1 1 3. 3 4 0. 2 5 1. 0 2 5 3 8 5. Total. 2. 4. 3. 0. 2. 2. 5. 5. 3. 2. 5. 5. 7. 8. 13 10. Stride. Run. Stance. Max Min Mean Int. ASI. Swing. Total. Max Min Mean Int Max Min Mean Int Max Min Mean Int. 上肢. 0. 0. 0. 3. 0. 0. 0. 0. 1. 0. 0. 0. 1. 0. 0. 3. 下肢. 4. 1. 1. 1. 2. 0. 0. 0. 3. 0. 1. 0. 9. 1. 2. 1. 軀幹. 0. 0. 0. 2. 4. 2. 4. 2. 1. 3. 3. 2. 5. 5. 7. 6. Total. 4. 1. 1. 6. 6. 2. 4. 2. 5. 3. 4. 2. 15. 6. 9. 10. 29.
(40) . 走路與跑步跨步分期達顯著之軸向與特徵值如圖 4-3, 4-4 所示，我們可以觀察到走 路手部的結果與之前的結果趨勢不同，正常狀態的不對稱參數反而大於另外兩個不對稱 的狀態，但是在其它部位或是不同動作中無法觀察到類似的現象。. -A-z-max 10. -G-z-max. *. 30. *. 20 5 10 0. 0. -G-y-min. -A-y-min 30. *. 20. *. 15. 20. *. *. 1. 10. 10. -G-x-min 1. 5. 0. 0. 0. -G-y-mean 8 6. -G-y-mean. *. 3. *. *. 2. 4 1. 2 0. 0. 圖 4-3、走路跨步分期不同部位、速度達顯著之軸向與特徵值. 30.
(41) -A-x-max. -A-y-max. *. 30. 80 40. 10. 20. 0. 0. 30. -G-z-. *. 30 20 10 0. -G-z-A-y-min. -G-y-mean. *. 20 150. *. 6. 10 100. 4. 50 0. 2. 0. 0. G-y-mean. *. 60. 20. -A-y-max. *. -G-y-int 10. *. 5 0. -G-y-int. -G-y-int 10. 15 5 10. -A-z-int. *. *. 15. *. 10. -G-y-int 10. *. 5. 5. 5. 0. 0. 0. 0. -G-y-int. -G-x-int. 10. 10. 5. 5. 0. 0. *. 圖 4-4、跑步跨步分期不同部位、速度達顯著之軸向與特徵值. 10. 5 0. -A-z-int. -G. 31.
(42) . 走路與跑步支撐期達顯著之軸向與特徵值如圖 4-5, 4-6 所示，我們可以觀察到，在 走路動作中，下肢的許多軸向與特徵值都有達到顯著的狀態間差異，在跑步動作中則是 以軀幹為多，結果的趨勢與步態時空參數及動力學參數一致，正常狀態有最小的不對稱 性。. -A-x-max ＊ ＊ 30. 20. 0. 5. 2. 0. 0. -A-z-mean ＊ ＊ 10. -G-z-mean. ＊. 2. 0. 40. 100. 0. -G-y-int ＊ ＊. 60. 300. -G-x-int. ＊. 200. 5. 1. 8. 4. 10. 10. -G-y-mean ＊ ＊. 6. 15. 20. 3. -G-y-min ＊ ＊. 0. -A-y-int. ＊. 10. -A-z-int. ＊. 40 20. 5 20. 0. 0. 0. 圖 4-5、走路支撐期不同部位、速度達顯著之軸向與特徵值. 32.
(43) -A-x-max. 30. *. *. 6. 20. 4. 10. 2. 0. 0. *. *. 10 5 0. -A-z-min. 0. *. *. 15. -G-y-min 30. 10. 20. 5. 10. 0. 0. -A-z-mean. *. 2. *. 0. -G-y-max. 15. 4. 20 10. 20. 6. -G-x-max. -A-z-max. -G-y-mean 20. *. 15. *. 10. *. -G-x-int. 60. *. 40 20. 5 0. 0. -G-y-int. 1,500. *. 1,000 500 0. 圖 4-6、跑步支撐期不同部位、速度達顯著之軸向與特徵值. 33.
(44) . 走路與跑步支撐期達顯著之軸向與特徵值如圖 4-7, 4-8 所示，我們可以觀察到，在 走路動作中，上肢的結果觀察到與跨步分期一樣的趨勢，正常狀態的不對稱參數反而大 於另外兩個不對稱的狀態，其它結果則與之前趨勢一致。. G-z-max. *. 30. G-y-max 10. *. A-y-min. *. 30. *. 20. 20 5. 10. 10. 0. 0. G-y-min. *. 6. 0. G-y-mean 10. A-y-mean. *. 20. *. 15. 4. 10. 5. 2. 5. 0. 0. * 15. *. A-z-int. G-z-mean. *. 0. G-z-int. *. 20. 40. *. 10 10. 20. 0. 0. 5 0. A-x-int. 30. *. *. 80. A-y-int. *. 60. 20. 40. 10. 20. 0. 0. 圖 4-7、走路擺盪期不同部位、速度達顯著之軸向與特徵值. 34.
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