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行政院國家科學委員會專題研究計畫成果報告
手掌醫療復健電腦介面之研製
Developing of a Computer Inter face for Palm Rehabilitation
計畫編號：NSC
89-2213-E-151-025
執行期限： 89 年 08 月 01 日 至 90 年 07 月 31 日
主持人： 楊正宏 國立高雄應用科技大學電子工程系
共同主持人： 羅錦興 國立成功大學電機工程所
張瑞昆 高雄長庚醫院復健科
一 、 中 文 摘 要 近代因為資訊電腦快速發展，很快地 進入人類日常活領堿，大大改善了人類的 生活。本研究計畫所開發之系統係利用壓 力感測器來偵測，針對手部障礙者進行治 療復健，將手掌施力的變化量，經由感測 電路及 A/D 轉換路、PC 介面電路，送入 PC 電腦做信號處理，透過 PC 電腦做有效 的信號資料及檔案處理。本系統使用於醫 療自動量測診斷上，可快速得到正確的數 據資料，做為醫療復健的診斷依據，而後 再送入 PC 電腦軟體資料庫中做病例資料 的儲存和處理，以供醫師做為療程安排上 的參考。未來這套系統，對於一般家庭只 要有 PC 個人電腦，皆能簡易安裝，且透過 網路資料的傅遞，將自己在家所量測的數 據送到醫生的電腦上，大大的減少老、病、 傷、殘者往返醫院的不便，這將使得社會 醫療復健成本大為降低。 關鍵詞：復健醫學、手掌肌力、氣壓式感 測 Abstr actGiven the current rapid developments in information and computer technology, computers play an increasingly important role in our daily lives. One area, in which computers figure more and more prominently, is as instruments for physical rehabilitation. This paper introduces a new hand motion assessment and rehabilitation system. This system can reliably assess a user’s grip strength through recording sudden changes in air pressure using a circuit and A/D adapter.
The data is transformed and saved in a data record file via a PC interface. The compiled data can be combined with a patient’s case history and stored in a database as future reference for clinical use. The system is very efficient, cheap to operate and convenient to use. Through it, doctors can monitor and analyze the progress of a patient’s individually designed rehabilitation program.
Keywor ds：Rehabilitation Medicine, Palm
Power, Air Pressure Detection
二 、 計畫緣由與目的 現代人由於生活緊張忙錄，對於許多 事都會有所疏忽，以及工作場所不注重安 全等，常常在不經意之間就對身體產生了 傷害，如車禍、運動傷害、職業傷害等， 這些輕則只是受點皮外傷，較嚴重的可能 會造成肢體上的傷殘，這時就得靠復健或 輔具的方式來使其回歸到社會上重新出 發，較常見的肢體傷害如下：(1)運動傷害： 在運動之前未做好準備工作或運動過度， 容易造成運動傷害，其中包括肌肉和肌腱 之拉傷等，像是打羽球或排球造成的手部 肌肉拉傷。(2)手腕道症候群：腕道症候群 是指正中神經在於腕道處受到其週圍組織 的壓迫，引發的症狀，造成正中神經壓迫 的現象。常久以來，手腕道症候群之外科 標準治療方法，為自掌部手術下直接將橫 腕帶切斷，所以，手術後的復健訓練顯得 格外重要。(3)五十肩：五十肩則是中老年 人肩膀易犯的毛病，年輕人則是大都是屬 於運動傷害才會發生。中老年人多為退化 性之原因，由各種不同的原因造成肩部疼 痛，使得病人不敢活動肩關節，因而引起
2 肩關節囔之粘連性囊炎，即為通常所稱的 五十肩。(4)手指受傷：工廠或車禍的意外， 常造成手指整體失去覺的損害[1]。 「手」是人們執行日常生活或工作活 動不可或缺的一部份，當手指缺損或機能 障礙時，造成執行日常生活或工作活動的 困難或不方便；同時也會造成受傷者心 理、社會功能方面的不適應。許多手部受 傷者之年齡大多正值其生產力旺盛時期， 因傷害而殘障造成這些本身及社會無比的 損失。如何讓這些人恢復功能重返工作可 能是更重要的課題。 復健醫學是使在身體功能上，精神狀 況上和職業能力上進行復健診斷的學科。 其目的是消除或減輕老、病、傷、殘所造 成的功能殘缺，或是能提早發現手掌機能 的退化，幫助他們在其身體條件許可範圍 內，根據實際需要，與復健醫療及復健診 斷系統作配合，做一有效追蹤診斷治療， 能夠快速的有限度地恢復生活、勞動和學 習的能力。由於目前生物醫學工程和電子 技術的進步，復健對象已有了變化不再像 早期那樣只限於傷殘者，而逐步擴大到各 種慢性病、神經損害、血管病、肥胖病和 腫瘤等患者，其所占的比例越來越大，在 臨床治療後需要進行復健醫療的患者也不 斷增加。在復健醫療中，手掌肌力檢查有 非常重要的意義。藉由此握力介面診斷系 統，可以了解，評定神經肌肉系統功是否 受到損害，以損害範圍的程度，來制定復 健計劃，選定手掌肌力訓練方法，判定復 健效果提供客觀的因素。所以我們就研製 出一套「手掌醫療復健電腦介面診斷系統 」。以患者所做的握力檢查為基本需求， 透過氣壓式感測出患者復健的效果狀況。 期能以此「手掌醫療復健電腦介面診斷系 統」發展出更多元化的醫療復健電腦介面 診斷系統，造福更多的人。 圖.1 系統架構圖 三、系統架構及功能 我們建構一個能經由硬體及電腦軟體 結合的界面系統，其系統架構圖如圖.1 所 示。讓醫師或手部傷害患者能夠透過此系 統，了解到受傷程度。系統也新增了資料 庫的功能，可將患者每次診查的結果記錄 下來，醫師可由此來比較復原狀況，依此 來訂定復健計畫，讓些患者可早日復原， 回到其工作崗位上。以下將軟體及硬體分 為兩個部份分別說明： (一) 硬體電路設計 本計畫所完成之手握壓力感測電路（ 如圖 2），其為氣壓式測試為主的感測電路 ，用以量取手掌的施力大小。將手部握力 方式所得的類比氣壓值，再將其轉換成數 位電壓變化量輸出，接著透過 I/O 界面與 個人電腦相連接。換言之，此界面的作用 是將所測得的電壓變化量轉換成電腦所能 接受的數位資料，再傳入電腦。由於此系 統架構於電腦上可進行更多的相關資料處 理。 (二) 軟體功能設計 本系統軟體部分可分為六大功能：系 統概述、個人資料、握力檢測、圖表、結 果分析、系統設定。其資料庫系統，用以 管理傷患個人資料以及記錄診查結果，並 使用 ODBC 資料庫連結介面來設計資料庫 管理系統，使其可存取多種電腦上的資料 庫檔案，提高其擴充性及用途。各項功能 之詳細說明如后：(1)系統概述：簡述本系 統的各項功能，讓使用者更快地熟悉來操 作。(2)個人資料：記載使用者的一些基本 資料（如姓名、性別、身分證號、職業等 電腦程式軟體 處理顯示 DBMS 資料庫 使用者手握力 類比/數位 轉換電路 text a1 1 a2 2 3 a3 4 a4 b1 b2 b3 b4 5 6 7 8 V cc 1 0 GN D 0 PC I/O 介面電路
3 ），及將訓練出來的結果、資料存檔記錄下 來。並可由記錄結果瞭解使用者的訓練成 效。其中包括了四項功能。新增檔案是用 來記錄使用者的各種使用情形和基本資料 。編輯檔案用以修改記錄過的檔案的基本 資料和各種診斷情形。刪除檔案是用來將 不要的檔案或不小心存錯的檔案從系統中 刪除掉，以免造成不必要的檔案存在。列 印檔案則將目前的記錄資料印出。(3)握力 檢測：將使用者手部握力的情況即時地以 圖表方法顯示出來，可設定畫面的更新率 和執行時間。隨時計算握力的最大值、平 均值和現在值。(4)圖表：以多變的圖表（ 折線圖、柱狀圖、區域圖和點狀圖）表現 方式來呈現豐富多樣化的顯示效果，並且 和之前所練習的情形來作比較。(5)結果分 析：可依病歷號碼、診斷代號和檢測日期 等項來查詢欲分析的資料。再統計出各項 資料的最大握力、排名、平均握力等項。 提供預視和列印的功能，可將比較分析出 的資料列印出來。(6)系統設定：可設定連 接的 I/O 埠位址和選擇欲連接的資料庫名 稱等項目。 (三) 系統特色 本系統之特色為：以氣壓式的壓力感 測，靈敏度高，成品體積小，攜帶方便， 為 PC 電腦硬體中小型的週邊設備。採用最 新視窗軟體程式設計病例資料庫，操作容 易，介面親和，使用者易看易懂，可快速 得到病患復健數據資料。可依資料庫上的 復健資料，規劃出一套對病患完整的復健 計劃，研擬定出長期訓練方案進行評估。 專業醫師的指導–本系統自規劃、設計、 製造、組裝及測試皆由本科師生及長庚醫 院肢體創傷復健科張瑞昆醫師提供臨床病 例資料完成。 圖 2 硬體電路圖
4 手掌醫療復健電腦介面診斷系統 系 統 概 述 個 人 資 料 圖 表 顯 示 系 統 設 定 結 果 分 析 握 力 檢 測 開 啟 檔 案 新 增 檔 案 刪 除 檔 案 預 視 列 印 列 印 即 時 檢 測 預 視 列 印 列 印 刪 除 搜 尋 預 視 列 印 列 印 I/ O 連 接 音 效 設 定 資 料 庫 設 定 圖 3 軟體功能方塊圖 四、結論與計畫成果自評 本研究已達成預定之計畫目標，完成 「手掌醫療復健電腦介面診斷系統」之軟 體系統及硬體介面電路設計，並於高雄長 庚醫院復健科進行實際測試。本系統利用 氣壓感測的方式來獲得患者的握力值，將 握力的類比信號轉換為數位信號，再透過 電腦將資料以即時的方式繪製在螢幕上。 使用者可立即的看出手部握力的情況、比 較握力的平均值和握力的最大值。再將全 部的資料存入系統的資料庫，以便日後記 錄和觀察復健的狀態。透過折線圖和直條 圖等不同圖形的呈現，讓使用者的練習曲 線更明白地展現在眼前，明瞭手部肌力的 施力分佈情形。 在醫院裡所採用的設備價格昂貴，且沒 有擴充性，使用上並不方便，而本系統的 設計理念是在一般使用時，可用來測量患 者的手部肌力，而醫師及患者可於顯示器 上了解施力狀況，也就是患者傷害的程 度。本系統採用氣壓式的感測方式比其它 的感測方法（如彈簧和強力橡皮筋等）更 準確，並且將原本類比的信號轉換為數位 的信號。藉由和電腦資料庫的結合，可更 容易地將測得的資料存入並作日後的追縱 評估，對使用者裨益實大。 五 、 參 考 文 獻 [1] 林國煌，物理治療面面觀，健康世界雜誌社， 1996.1 [2] 李宗述，運動復健學，淑馨出版社，1997.10 [3] 卓瓊玉，自己做保健，聯經出版社，1998.11 [4] 盧明智、盧鵬智，感測器應用與線路分析，全 華，1996.1 [5] 盧明智、黃敏祥，OP AMP 應用+實驗模擬， 全華，1994.4 [6] 劉紹漢、林秋生，C 語言應用與 I/O 控制專輯 製作，全華，1992.9
[7] Richter, J., Advanced Windows, 3rd Edition, Microsoft Press,1998.11
[8] MICROSOFT, MS OLE DB 2.0 Programmer's Reference and Data Access SDK, Microsoft Press,1998.11
[9] MICROSOFT, Microsoft Visual Studio 6.0 Core Reference Set, Microsoft Press, 1998
[10] MICROSOFT, Microsoft Visual C++ 6.0 Reference Library, Microsoft Press, 1998
[11] 劉文俊：虎口攣縮之重建。中華民國手外科醫 學會雜誌, 1993.
[12] 徐繡雲，邱浩遠、謝式洲、李經維、薛澤杰； 斷指再接移植手術後復健治療計劃。職能醫療 學會雜誌, 1994.
[13] Bear-Lehman J, Factors affecting return to work after hand injury. Am J Occup Ther., 1983.
[14]Kasdan MI ,＆Jane LA, Returning to work after hand fracture .Occup Med., 1993.
