成退化性膝關節炎病人在平地走路與跨越障礙物時會與一般人不

第一章 緒論

隨著年齡的增長，人們會伴隨著一些慢性疾病的產生。而退化性 的骨性關節炎(Osteoarthritis，OA)就是最常見的疾病之一。退化性關 節炎是關節軟骨受到破壞，所以又有人視退化性關節炎是一種”磨損 及撕裂”(wear and tear)或是”退化性”(degenerative)的情況。退化性關節 炎可以發生在全身的各個關節，特別是承受身體重量的關節(weight bearing joint)，其中又以下肢膝關節(knee joint)為最常發生退化的關節 (Davis, 1988；Messier, 1992；Manetta, 2002)。發生退化性膝關節炎的 病人常有膝關節疼痛、膝關節僵硬、膝關節活動度減少、下肢肌肉萎 縮、走路速度較慢等徵狀發生。這些徵狀明顯的會影響病人走路的步 態、跨越障礙物、上下樓梯、從坐到站等日常功能性的活動。這些的 限制會影響到病人們從事功能性活動的獨立性，進而影響他們的生活 品質或其照顧者的負擔(Messier, 1992；Fisher, 1997；Kaufman, 2001)。

退化性膝關節炎的病人因為下肢肌肉骨骼系統發生改變，可能造

成退化性膝關節炎病人在平地走路與跨越障礙物時會與一般人不

同。過去已有多位學者探討退化性膝關節炎的病人與正常年輕人或是

正常老年人在走路時的步態差異，不過卻很少有關於東方人步態分析

的研究。再者過去並無文獻探討退化性膝關節炎病人在跨越障礙物時

的動作特徵，以及退化性膝關節炎病人利用健側(sound side)跨越障礙

物和患側(affected side)跨越障礙物時的動作差異。藉由生物力學上的

觀點來量化分析退化性膝關節炎患者在跨越障礙物時的動作特徵，並

找出退化性膝關節炎患者與正常人之間動作特徵的差異是一相當重

要的課題，同時利用這些量化的資料能提供臨床治療人員在評估與診

療退化性膝關節炎患者時一個更有效的參考工具。

1.1 文獻探討

1.1.1 退化性膝關節炎

隨著高齡化社會的來臨，一些退化性疾病也會隨著增加。而退化

性膝關節炎就是最常見的退化性疾病之一。退化性膝關節炎是屬於非

發炎性的關節炎，所以並無法以一般的抽血檢查得知，通常要診斷患

者是否有罹患退化性膝關節炎，都以 X-光的檢查為主。在 X-光的攝

影下，會看見原來骨與骨之間的黑色部份(原軟骨所在位置，在 X-光

中不呈現)逐漸變窄，同時原來平滑的硬骨表面也逐漸粗糙，甚致有

骨刺的形成。嚴重時幾乎看不見兩者之間的空隙，關節甚至已經變

形。退化性膝關節炎的成因，一般皆認為是由於膝關節軟骨受到過度

的磨損而產生的，正常的膝關節軟骨是由軟骨細胞(chondrocyte)及軟

骨母細胞(chondroblast)及細胞基質(matrix)所組成。成熟的軟骨組織

並無血管供應營養，其養份及代謝皆經由擴散作用與滑囊液(synovial

fluid)來達到物質的交換。正常關節軟骨組織的組成成份以水分最

多，其次是第二型膠原蛋白(collagen)，和醣蛋白(proteoglycan)，軟

骨細胞可分泌第二型膠原蛋白和醣蛋白。軟骨是由於膠原蛋白和醣蛋

白聚集後規則排列緊密的聯在一起，再加上水分讓關節軟骨有一定的

彈性與黏稠性(viscoelasticity)，而使得它具相當的壓縮功能，所以能

夠承擔一部分的壓力。因此當軟骨本身出了問題後，就無法承受壓力 與實行減壓的功能，然後導致關節軟骨發生一連串的變化，最後造成 關節面被磨損，也就形成了退化性膝關節炎(Solomon, 2001)。

1.1.2 危險因子

目前對導致膝關節退化的危險因子並不很清楚，以下列舉幾項比 較有相關的因素來做討論。

(1) 年齡：退化性膝關節炎，顧名思義，應該跟年紀脫離不了關 係。隨著年齡的增長，軟骨細胞會肥大且增厚（hypertrophy），導致 滑囊液養份供應不足，軟骨隨之變性，第二型膠原蛋白被第一型的膠 原蛋白所取代。透明軟骨轉性為纖維軟骨，造成關節軟骨能承受壓力 機轉的能力降低，相對地使骨骼承受壓力增加，逐漸的關節面被磨 損，關節腔減少，骨骼承受壓力的機會日益增加，進而產生了臨床上 退化的症狀。Messier 等(1994)也指出退化性膝關節炎跟年齡是有相 關的，尤其是表現在步態上。

(2) 性別：退化性膝關節炎跟性別也有很大關係。根據 Davis 等

學者在 1991 發表的文獻指出，年齡介於 45 歲到 54 歲的男性罹患退

化性膝關節炎的發生率是 2 . 3 % ，女性是 3 . 6 % ；年齡介於 55 歲到 64

歲的男性罹患退化性膝關節炎的發生率是 4 . 0 % ，女性是 7 . 2 % ；年齡

介於 65 歲到 74 歲的男性罹患退化性膝關節炎的發生率是 8 . 4 % ，女 性是 17 . 9 % 。由此可發現，在年齡超過 65 歲以上的老年人中，女性 罹患退化性膝關節炎比例是男性的兩倍。在 2001 年 Zhang 等學者針 對居住在北京市區，年齡層大於 60 歲的老年人所做的退化性膝關節 炎的調查也發現，在中國人女性發生退化性膝關節炎的比例是男性的 1.45 倍。也就是說不管是東方人或是西方人，女性發生退化性膝關 節炎的機會是要比男性高的。此外，在過去大部份的學者都認為西方 人罹患退化性膝關節炎的比例要比東方人來的高，或許是過去西方社 會對退化性膝關節炎這方面的研究比東方社會來的透徹，所以一些統 計資料也比東方人來的齊全，才會有這種臆測。不過這還只是在推論 階段而已，真正的原因還需進一步的研究才可得知。

(3) 肥胖：肥胖也是造成退化性膝關節炎的危險因子之一。已有

許多的研究及臨床證據顯示體型較肥胖的人罹患退化性膝關節炎的

機會要比正常人來的高。Felson 等(1997)就提到肥胖與退化性膝關節

炎的關係是呈現正相關的。也就是說，愈肥胖的人，其罹患退化性膝

關節炎的機會愈大。Messier 等學者(2000)研究發現，退化性膝關節炎

病人如果減輕體重，再配合適當的運動，將有助於改善病人膝關節疼

痛的現象，同時在膝關節及踝關節的關節活動角度及角速度也會隨之

增加。如果就以生物力學的觀點來看，正常的膝關節，承載重量的合

力線剛好通過關節中點，而力量均勻分佈至整個關節面，肥胖會增加 對下肢承重關節的負荷，導致膝關節的荷重增加，使得承載重量的合 力離開膝關節中點，使局部關節面承受超常之壓力因而逐漸演變成退 化性膝關節炎。所以控制體重將能使罹患退化性膝關節炎的機會降 低。

(4) 膝關節損傷或過度使用：膝關節曾經受過傷，如膝關節骨 折、半月板破裂、十字韌帶斷掉造成的膝關節不穩定的病人；或膝關 節過度使用者，如足球員、短跑員等，由於這些人可能因為膝關節已 經出現異常或長期對膝關節的負荷過重，也容易導致膝關節發生退化 的現象。Kujala 等(1995)就提出足球員容易罹患退化性膝關節炎的原 因是因為過度使用膝關節及膝關節易受傷導致膝關節不穩定所造 成，而舉重選手易罹患退化性膝關節炎是因為膝關節長期負荷過重的 重物所導致。

(5) 骨質密度：骨質密度(bone mineral density)越高的部位，越 易得到退化性關節炎。Hulet 等(2002)研究發現，膝關節內翻變形的 患者膝關節內側的骨質密度較外側來的高，故一般罹患退化性膝關節 炎的病患大都是膝關節內側較膝關節外側要來的嚴重。

(6) 家族史：Williams 等(1993)在一篇回顧退化性關節炎與遺傳

關係的文獻中提出，遺傳是造成退化性關節炎的明顯致病因素之一。

除了以上這些因素是目前比較被探討造成退化性膝關節炎的危

險因子之外，還有研究報告(CDC,1996)指出，退化性膝關節炎的盛

行率可能跟種族或地區的特異而有所差異。例如，在亞洲或是太平洋

週邊島嶼及西班牙裔的人種跟高加索裔的人種相比較之下，亞州裔或

是西班牙裔的人種較不容易罹患關節炎。然而過去很多有關退化性膝

關節炎研究的文獻大都是以西方的人種為主，鮮少有文獻以東方人種

做相關的探討。不過根據 Davis 等(1991)與 Zhang 等(2001)研究結果

來看，西方人在罹患退化性膝關節炎的比例是比東方人高一些。Davis

等的研究中指出，55 歲以上的西方老年人，女性罹患退化性膝關節

炎的比例是男性的 1.8 倍。Zhang 等的研究指出，60 歲以上的中國老

年人，女性罹患退化性膝關節炎的比例是男性的 1.45 倍。由於造成

退化性膝關節炎的危險因子還不是很清楚，以上所列舉的只是一般文

獻中較常探討的危險因子，日後希望能有更多學者對退化性膝關節炎

的危險因子能有更深入的研究，早日對退化性膝關節炎這種疾病有更

透徹的了解。

1.1.3 臨床症狀

病人在罹患退化性膝關節炎後，會造成病人在身體功能上的一些 改變，以下就針對退化性膝關節炎病人的症狀做探討。

(1) 疼痛：病人在罹患退化性膝關節炎後最常發生也最常抱怨的 就是膝關節的疼痛，有的學者指出這是由於關節面持續受到外力磨損 而產生的的一種修補過程，只是這種修補過程做會造成骨贅的形成，

導致膝蓋關節的腫大、變形，週邊韌帶鬆弛而使得膝蓋關節不穩定，

更加重關節面磨損程度，如此惡性循環，致使病人膝關節疼痛不已，

尤其是內側膝關節(Solomon, 2001；O’Sullivan, 2001)。

(2) 膝關節僵硬：退化性膝關節炎的患者在長時間不動之後，常 會有膝關節僵硬的情況發生，比如說久坐、早晨剛睡醒時，但活動一 下膝關節之後情況就會改善。

(3) 膝關節腫脹：退化性膝關節炎的患者膝關節四周的軟組織較 腫脹，腫脹有時是間歇性的(關節液增多)或是持續性的(關節囊變厚 或有大量的骨贅增生)。

(4) 膝關節變形：退化性膝關節炎的症狀一開始是膝關節活動時

關節腔內有輾軋音，此時表示關節面的軟骨逐漸被磨損而變得不平

滑，時間久了之後關節逐漸變形，膝關節活動度變差且無法伸直；由

於膝關節內側較易磨損，造成關節空腔變得狹窄，使得脛骨內偏形成

Ｏ字形腿(圖 1.1)。如此一來，不僅造成行走效率變差，也增加膝關 節的負擔，就更進一步加快關節變形的速度。

圖 1.1 膝關節 X-光片:左圖為正常的膝關節空腔，中圖因軟骨被磨 損，關節空腔變得狹窄，右圖為膝關節變形成 O 型腿。

(5) 肌肉萎縮：患者在罹患退化性膝關節炎後，會因為疼痛而較 少使用患側從事一些活動，久而久之造成股四頭肌(Quadriceps)及大 腿後肌(Hamstrings)的萎縮，形成兩側大腿粗細不同的現象。此時若 過份使用健側來從事活動，又會造成健側負荷過重，一樣會罹患退化 性膝關節炎，如此惡行循環，將使得患者兩側均會罹患退化性膝關節 炎。

(6) 活動受限：罹患退化性膝關節炎通常會造成膝關節的活動度

減少、蹲下困難、走路不穩、下樓梯比上樓梯難等活動受到限制，進

而造成患者無法從事一些日常功能性活動，如慢跑等，導致患者生活

品質變差。

退化性膝關節炎的患者通常會因為膝關節功能的受限而影響患 者的活動，加上患者的年齡層普遍為高年齡層的老年人，本身的活動 能力及動機都比年輕人低落，這些因素都會造成老年人罹患退化性膝 關節炎後變得不太願意去從事互外活動或社交活動，嚴重者甚至會影 響到患者無法自行獨立完成一些日常功能性的活動，造成患者生活上 的不方便，進而影響患者們的生活品質，其影響不得不讓我們去重視 它。由於退化性膝關節炎會造成患者在肌肉骨骼系統上的病變，影響 患者在從事一些日常功能性活動，如走路、從椅子上站起來、上下樓 梯、跨越障礙物等活動的表現變差，進而造成患者易發生一些潛藏的 危險，如走路或跨越障礙物時跌倒造成骨折，因為較少活動造成肌肉 的萎縮等等，退化性膝關節炎嚴重的患者到最後必須要更換人工膝關 節，不僅造成社會醫療的負擔，也帶給患者負面的生活品質。

既然退化性膝關節炎會帶給患者這麼多的不便，那麼就需要更進

一步深入的研究。本節將針對過去對於退化性膝關節炎病人與正常人

在一些日常功能性活動上動作特徵做文獻的回顧，同時也回顧正常老

年人與年輕人在走路步態上的生物力學特徵。從生物力學的觀點來看

罹患退化性膝關節炎的病人動作變化，來釐清正常人與退化性膝關節

炎的病人在生物力學上與正常人的動作特徵差異。

現在對於人類步態機制方面的研究，不管是運動學(kinematics) 或 是 動 力 學 (kinetics) 方 面 ， 已 經 有 很 深 入 的 了 解 及 探 討 (Winter,1991；Perry,1992)。Clark 學者(1995)指出，當人在走路時，

身上會有超過一千條的肌肉去連結超過 200個骨骼及 100個關節來參 與並完成走路這個動作。老年人因為神經肌肉骨骼系統的改變，所以 在 走 路 的 步 態 上 也 會 呈 現 出 與 年 輕 人 不 同 的 動 作 模 式 (Prince, 1997)。所以先了解正常老年人與正常年輕人在走路步態的差異是有 其必要性的。以下先針對正常老年人與正常年輕人在走路時步態的運 動學及動力學來做分開的討論。

1.1.4 正常老年人與正常年輕人步態特徵

在運動學方面，一般來說，正常老年人在走路的速度上會比年輕 人來的慢，步長(step length)會比年輕人短，步頻(cadence)也會比年輕 人減少(Winter, 1991；Perry, 1992；Himann, 1988；Ostrosky, 1994)。

Himann 等(1988)研究年齡層從 19 歲到 102 歲，一共 289 位男性及 149

位女性走路的速度，並以 62 歲為一個區分點。發現 63 歲以上的老年

人在走路速度及步長都明顯小於 62 歲以下的族群。Ostrosky 等(1994)

研究了 30 位 60 歲到 80 歲正常的老年人與 30 位 20 歲到 40 歲正常的

年輕人的步態特徵，也發現與 Himann 等人的結果相同。在關節角度

的變化方面，雖然 Winter 指出，在步態分析中，正常的老年人在下 肢關節角度的變化與年輕人相較起來是差不多的，但是還是有一些些 微 的 變 異 存 在 。 例如踝關節的動態關節角度活動範圍(range of motion，ROM)老年人比年輕人小 ( 24 . 9

vs. 29 . 3

)，但在髖關節的動 態關節角度活動範圍老年人比年輕人大( 40

vs. 32

)。正常老年人與 年輕人走路時在膝關節角度的活動範圍是最明顯的。許多學者指出在 承重反應期(loading response)時期，正常老年人的膝屈曲(knee flexion) 角度要比年輕人來的少，而這膝關節屈曲角度的減少也會使得步長比 正常年輕人來的短 (Winter, 1991；Ostrosky, 1994) 。Oberg 等(1993) 研究年齡層從 10 歲到 79 歲，一共 116 位男性及 117 位女性走路時下 肢關節角度活動範圍的變化。發現在髖關節的關節角度活動範圍變化 差異最小，也就是老年人跟年輕人是沒有顯著差異的。只是 Oberg 等 並沒有去解釋為何跟 Winter 等學者的結果不同。

在動力學方面，正常老年人與年輕人在走路步態動力學方面的研

究文獻其實並不多(Prince, 1997)，所以能探討的內容也有限。在 Winter

的文章中指出，正常老年人在踝關節背曲力矩極大值 (peak ankle

plantarflexor moment)會比年輕人來的小。此外，在站立期(stance phase)

轉換到擺盪期(swing phase)時，正常老年人膝關節所吸收的能量要比

年輕人來的高，這意味著正常老年人走路時的膝關節的屈曲力矩

(flexion moment)要比年輕人小。在髖關節的部份正常老年人與年輕人 則是沒有很明確的差異。

由以上的討論可知，正常老年人與年輕人在走路的步態分析中，

不管是運動學或動力學，還是有差異的。而 Prince 等學者就指出老年 人在步態上的改變是為了因應因為年齡的增長而出現的一些生理病 變，例如肌力變小、關節較僵硬、平衡變差等因年齡造成的神經肌肉 骨骼系統上變化所做出的調整策略。這些策略包括了走路速度比年輕 人來的慢、步長比年輕人短、步頻也比年輕人小、關節角度減少、關 節力矩出現變化等等。

1.1.5 退化性膝關節炎病人步態特徵

當我們要探討退化性膝關節炎病人的步態時，應該也要把年齡的 因素放進來考慮。這樣才能更加精確的去比較罹患退化性膝關節炎的 病人在行走步態上的差異。

Stauffer 等(1977)所做出來的研究顯示，退化性膝關節炎的病人 在走路時的步態與正常年輕人相比較的話，退化性膝關節炎的病人在 膝關節的關節角度、膝部等長收縮的肌力(isometric knee strength)、

地面反作用力的極大值(peak ground-reaction force)都會比正常年輕

人來的少。Brinkman 等(1985)也發現退化性膝關節炎患者在走路時

膝關節的屈曲速度與伸展速度會減少，膝關節的關節活動度也會減 少。Kaufman 等學者(2001)收集了 139 位，年齡介於 30 歲到 82 歲，

退化性膝關節炎程度在 grade II 的病人，與 20 位平均年齡在 30 歲的 正常人做步態分析的研究中，也指出退化性膝關節炎病人在平地走路 時膝關節的最大活動度(peak knee motion)會比正常人小 6 度( 54 vs.

°

60 )。有罹患退化性膝關節炎的病人在走路速度上也比正常人來的 慢。有罹患退化性膝關節炎的病人在走路時為避免膝關節的疼痛，會 減少膝關節的伸展力矩 (extension moment)及內收力矩 (adduction moment)，藉由降低膝關節的承重來達到減低疼痛的效果。由 Kaufman 的研究中可知，有罹患退化性膝關節炎的病人在走路的步態上與正常 人相比較是有明顯差異的。Hurwitz 等(2000)在探討罹患退化性膝關 節炎的病人在平地走路，膝關節的疼痛與關節受力的情形。指出當膝 關節疼痛上升時，膝關節的內收力矩(adduction moment)與屈曲力矩 (flexion moment)的最大值都會下降；反之，在膝關節疼痛下降時，

膝關節的內收力矩(adduction moment)與屈曲力矩(flexion moment) 的最大值都會上升。

以上幾位學者所做的研究皆未控制年齡的因素。而我們知道，罹

患退化性膝關節炎的患者皆以老年人居多，如果拿年輕人的資料與退

化性膝關節炎患者的資料做比較，就容易把老年人及年輕人原本有的

差異，如肌力較弱，走路速度較慢，關節活動度較小等差異忽略掉，

所以之後就有一些學者將年齡因素控制在實驗設計中，也就是用年齡 層相近的正常老年人與退化性膝關節炎患者的資料做比較。

Messier 等(1992)可以說是最早將退化性膝關節炎病人與同年齡 層相符合的正常人做步態分析的研究。他們研究同年齡層退化性膝關 節炎病人(男性 4 位,女性 11 位)與 15 位同年齡層正常老年人所做出 的研究指出退化性膝關節炎病人在患側及健側的柔軟度(flexibility)都 要比同年齡層的正常老年人來的差，走路速度較慢、步長較短、步頻 較小、膝關節的關節活動度較小及關節角速度較小，但是髖關節的關 節角速度較同年齡層的正常老年人大，Messier 等推測說退化性膝關 節炎病人藉由增加髖關節的角速度來代償膝關節角速度的減少。

Manetta 等(2002)研究有罹患退化性膝關節炎的病人與同年齡層

沒有退化性膝關節炎的正常老年人在髖關節與膝關節力矩在承重反

應期(loading response)的比較。發現退化性膝關節炎病人在走路速

度、膝關節的關節活動度及髖關節伸展力矩的極大值都比同年齡層沒

有退化性膝關節炎的正常老年人來的小。Manetta 等指出，退化性膝

關節炎病人膝關節的伸展力矩極大值會比同年齡層沒有退化性膝關

節炎的人來的高可能是因為退化性膝關節炎病人的膝關節關節活動

度受限所導致。此外，在 Manetta 等的資料中還可看出退化性膝關節

炎患者的髖關節屈曲力矩也要比正常老年人小，只是 Manetta 等並沒 有去解釋這個結果的差異。

Cheing 等學者(2001)針對中國人有罹患退化性膝關節炎(退化性 膝關節炎程度在 grade II 或以上)的病人與同年齡層的正常人做有關 步態的運動學方面的研究。Cheing 等學者發現，退化性膝關節炎病人 走路要比同年齡層的正常人來的慢，步頻與步長等要比同年齡層的正 常人來的小。在膝關節活動度方面，退化性膝關節炎病人在休息時膝 關節活動度要比同年齡層的正常人小 11 . 2 % ，在走路時要小 14 . 7 % 。 由這些數據來看，東方人在罹患退化性膝關節炎的病人其步態的變化 與西方學者所做出的結果相符，在走路速度、步長、步頻及關節角度 變化方面都要比同年齡層的正常人要來的低。

以上幾篇文獻都是有考慮到年齡的因素去探討退化性膝關節炎 病人與正常人的步態分析。然而在 Messier 及 Manetta 的文獻中，並 沒有明確提到說退化性膝關節炎病人其退化性膝關節炎的嚴重等 級，由於膝關節的退化可能會隨著患者個人的情況而變得越來越嚴 重，罹患退化性膝關節炎嚴重者將會導致患者更不利於行，而需藉助 拐杖或助行器，其走路的步態可能因退化嚴重程度與否而有所不同。

所以在實驗設計中去控制患者膝關節的退化嚴重程度將會影響整個

實驗資料的偏差。Cheing 是針對中國人有罹患退化性膝關節炎的族群

所做的步態分析研究，對於了解中國人退化性膝關節炎病人的步態有 很大的幫助。可惜 Cheing 的研究中只有運動學的資料，缺乏了動力 學的資料，是比較不足的地方。但不管是西方學者或是東方學者研究 出來的資料都顯示，罹患退化性膝關節炎的患者在步態上的動作表現 及特徵上與正常老年人還是有差異的。所以過去不管是用正常年輕人 的資料或是用正常老年人的資料與退化性膝關節炎患者的資料做比 較，都發現退化性膝關節炎患者在步態特徵上都與正常人有差異，這 些差異歸納後包括走路速度較慢、步長較短、步頻較小、膝關節的關 節活動度較小、膝關節力矩較小等，這些差異都可能會限制患者從事 一些活動的能力。

1.1.6 正常老年人與正常年輕人跨越障礙物動作 特徵

在過去，並無文獻去探討退化性膝關節炎病人在跨越障礙物時生

物力學上的動作特徵。由於退化性膝關節炎病人在罹患關節炎後，可

能因為肌肉無力或骨骼變形等症狀而影響到患者在從事跨越障礙物

時的一些動作表現與正常人不同，可惜的是過去並沒有類似的研究文

獻，所以以下將以探討正常老年人與年輕人跨越障礙物時的動作特

徵，以做為退化性膝關節炎病人跨越障礙物動作特徵的比較。

Chen 等(1991)研究四個不同族群(年輕男性、年輕女性、老年男 性、老年女性)在跨越四種不同的障礙物高度(0、 25 、 52 及152 mm) 的研究時指出，隨著障礙物的高度增加，正常老年人用比較慢的跨越 速度(crossing speed，CS)、比較短的步長(step length，SL)及跨越前腳 (leading foot)離障礙物較近的 heel strike(obstacle-heel strike distance，

HD)及較寬的步寬(step width，SW)來完成跨越障礙物的動作。比較有 趣的是，隨著障礙物的高度增加，正常老年人與年輕人在跨越障礙物 時與障礙物的最小跨越垂直高度(minimum foot clearance, FC)並無顯 著性的差異，也就是年齡大小對於跨越前腳跨越障礙物時與障礙物的 最小跨越垂直高度並無明顯差異。此外，隨著障礙物的高度增加時，

不管是年輕人或老年人，跨越前腳與最小跨越高度的垂直距離也會隨 著增加，但跨越速度是隨著障礙物高度增加而降低的。Begg 等(1998) 研究 12 位年輕人(六位男性，六位女性)跨越三種不同障礙物高度 ( 10 % ， 20 % ， 30 % 的腳長)的研究中也提出，隨著障礙高度的增加，

跨越速度會隨之降低。Patla 等(1993)所做的研究也指出當障礙物高度

增加時，跨越前腳與障礙物之間的垂直高度(toe-obstacle clearance)也

會跟著增加。此外，Patla 等還提出當障礙物高度增加時，跨越前腳

在跨越障礙物會使用較多的髖關節及膝關節的屈曲角度來當做調整

的策略，而跨越後腳(trailing foot)則會使用較多的膝關節及踝關節的

屈曲角度來做調整。另外，當障礙物高度增加時，跨越前腳在矢狀面 (sagittal plane)的髖關節，膝關節及踝關節三個關節的屈曲角度也會跟 著增加。作者解釋跨越前腳及跨越後腳在跨越不同高度時，在關節角 度及跨越高度上的策略改變，都是為了要能夠安全的跨越障礙物，而 不致發生絆倒(tripping)的情形。Sparrow 等(1996)用 12 位成年人研究 跨越三種不同障礙物高度( % 10 ， 25 % and 40 % 的腳長)時指出，跨 越前腳與障礙物之間的垂直高度(leading foot clearance)並無直接的影 響，反而是跨越後腳與障礙物之間的垂直高度(trailing foot clearance) 會隨著障礙物高度的增加而增加，但是跨越後腳的跨越時間卻沒有因 障礙物增高而有顯著的增加。Chou 等(1997) 用 14 位平均年齡在 23 歲的正常年輕人跨越四種不同障礙物高度(51、102 、153 and 204 mm) 的研究時發現，跨越後腳的足尖-與障礙物的垂直高度(toe-obstacle clearance)並不會隨著障礙物高度的增加而增加。這結果與 Sparrow 等 提出的結果有所不同。

統合跨越障礙物運動學上的結果大致來說，隨著障礙物高度的增

加，跨越速度會減慢，關節彎曲角度會變大，但是跨越前腳及跨越後

腳與在跨越障礙物時與障礙物垂直高度之間的距離會不會隨著障礙

物的高度增加而有所改變，還是有其不統一的變異性存在。而比較年

輕人與老年人跨越障礙物時，老年人用比較慢的跨越速度、比較短的

步長及跨越後利用比較靠近障礙物的水平距離跨越及以較寬的步寬 來完成跨越障礙物的動作。

由以上跨越障礙物的運動學及動力學上的文獻回顧可知，當跨越 不同障礙物高度時，不管是跨越前腳或是跨越後腳與障礙物高度之間 的垂直距離都會受到障礙物高度的不同而有所影響，但障礙物高度的 不同是影響跨越前腳較多或是影響跨越後腳較多的真正機轉，每個學 者所研究發現的結果還不是很確定。另外，隨著障礙物高度的增加，

跨越障礙物的速度會隨著降低。而由 Chen 等學者所做出的結果顯 示，年齡的因素確實是會影響跨越障礙物的動作特徵。

1.1.7 總結文獻探討與研究動機

由以上的文獻回顧可以得知，罹患退化性膝關節炎的病人在步態 特徵方面與正常人有差異。這些差異包括走路的速度慢、步長較短、

步頻較少、關節活動度減少及關節力矩變小等。在過去，許多文獻都

用正常年輕人的資料與退化性膝關節炎病人的資料做比較，只有少數

幾篇(Messier, 1992；Cheing, 2001；Manetta, 2002)等用同年齡層正常

老年人與退化性膝關節炎病人的資料做步態分析的比較。由於年輕人

與老年人的動作上已經出現不少差異，而罹患退化性膝關節炎的病人

又多以老年人居多，所以用正常年輕人的資料與退化性膝關節炎病人

的資料做比較時，就無法把正常年輕人與老年人的差異給排除。所以 當我們要去探討退化性膝關節炎病人的動作分析時，應該要把年齡的 因素給考慮進去。也就是說，利用同年齡層的正常老年人與罹患退化 性膝關節炎的病人的資料做步態分析比較，才能較精確的比較出退化 性膝關節炎病人的動作差異。此外，過去的文獻並沒有探討過退化性 膝關節炎病人跨越障礙物時的步態特徵，所以本文將對退化性膝關節 炎病人跨越不同高度障礙物步態特徵的做一初步的研究分析，希望能 更進一步了解退化性膝關節炎病人在跨越不同高度障礙物時的步態 特徵。

1.2 研究目的

本研究主要研究的目的有三：

1. 比較同年齡層的正常女性老年人與退化性膝關節炎女性病人 在水平步行(level walking)時下肢運動學及動力學的差異。

2. 比較跨越不同高度障礙物時對同年齡層的正常女性老年人與 退化性膝關節炎女性病人的下肢關節角度活動範圍與步態特 徵的差異。

3. 比較退化性膝關節炎女性在水平步行時健側與患側的運動學

及動力學的差異。

4. 比較退化性膝關節炎女性在跨越不同高度障礙物時健側與患 側的運動學與步態特徵的差異。

1.3 研究假設

本研究的研究假設如下︰

1. 同年齡層正常女性老年人與罹患退化性膝關節炎女性在水平 步行時下肢的運動學及動力學有明顯差異。

2. 同年齡層正常女性老年人與罹患退化性膝關節炎女性在跨越 不同高度障礙物時下肢的運動學與步態特徵有明顯差異。

3. 罹患退化性膝關節炎女性在水平步行時健側與患側的運動學 及動力學有明顯差異。

4. 罹患退化性膝關節炎女性在跨越不同高度障礙物時健側與患

側的運動學與步態特徵有明顯差異。

第二章 實驗方法

2.1 研究對象

因女性罹患退化性膝關節炎比例遠高於男性，所以本研究主要以 12 位退化性膝關節炎女性病患為研究對象。這 12 位女性病患皆由骨 科醫生或復健科轉介而來，年齡層介於 50 歲到 67 歲。這 12 位女性 患者除了一些不影響行走能力的慢性疾病，如高血壓、糖尿病等，如 果有以下任何條件不符，也不予參與本實驗，排除條件(exclusion criteria)如下：

1. 不能夠獨力行走而需要任何輔具或助行器者。

2. 有罹患神經系統方面的疾病，如帕金森氏症(Parkinson’s disease)、

阿 茲 海 默 氏 症 (Alzheimer's disease) 、 多 發 性 硬 化 症 (Multiple Sclerosis)等。

3. 下肢關節(髖關節、膝關節及踝關節)有受過外傷或曾經骨折者。

4. 有類風溼性關節炎(rheumatoid arthritis)或相關的下肢發炎性關節 疾病，如痛風(gout)等。

5. 下肢有做過任何型式的手術，如關節置換術、截肢(amputation)或 韌帶重建術(ligament repair)等。

6. 膝關節退化的程度在 grade II 以上的患者。(根據 Kellgren and Lawrence grading system (1963) 區分，見附錄一)

7. 下肢關節(髖關節、膝關節及踝關節)的關節活動角度受限角度大於 10° 者。

8. 無法了解或完成整個實驗流程者。

另外有 12 位沒有下肢關節及神經肌肉骨骼方面的病變或傷害的 女性自願受試者(以下簡稱為正常女性老年人)為研究對象。這 12 位 正常女性老年人年齡層介於 50歲到 62歲。排除條件與前面所列相同。

每位受試者在予以告知並了解整個實驗目的與流程之後，均要簽 署受試者同意書(附錄二)，才得以進行整個實驗至完成為止。所有實 驗均在中國醫藥學院物理治療學系之動作分析實驗室完成。

2.2 實驗設備

2.2.1 動作分析系統

使用七台 60 赫茲(60 Hz)的紅外線攝影機，並配合 VICON 370 動 作 分 析 系 統 (VICON 370 motion analysis system， Oxford Metrics Limited., UK)(圖 2.1)介面來收集資料。藉由七台攝影機收集貼在受試 者身上特定位置的反光球所移動產生的三維軌跡(three-dimensional trajectory)，來定義出受試者某些肢段在實驗室中的位置。再經由程式 之計算可得出下肢關節角度活動度的大小。

2.2.2 三維測力板系統

使用 AMTI 三維測力板系統(AMTI force plates，Type OR6-6,

障礙物時地面反作用力及力矩。並藉由類比數位轉換器(A/D converter) 與 VICON 370 動作分析系統達到同步的效果。配合動作分析系統所 得到的下肢肢段位置資料，加以運算後可得到下肢關節的角度及三維 受力情形。

2.2.3 反光球

反光球(retro-reflective markers)為直徑 2.5 公分圓形的球型物，球 表層再貼上 3M 的反光貼紙，藉由攝影機所投射出來的光線返射回去 讓攝影機擷取其位置。實驗期間，有 23 顆反光球貼在受試者身上的 特定位置，分別是身體兩側的顳顎關節(temporo-mandibular joint)、肩 峰(acromion)、肱骨外上髁(lateral epicondyle of the humerus)、橈骨莖 突(styloid process of radius)、髂骨前上? (anterior superior iliac spine)、

大腿外側(lateral thigh)、股骨外上髁(lateral epicondyle of femur)、小腿 外側(lateral shank)、腳踝外踝(lateral malleolus)、第二蹠骨尖(second metatarsal head) 、 腳 跟 (calcaneus) 及 薦 骨 一 顆 (sacrum, midline of posteroir superior iliac spine)(圖 2.2)。此外，在靜止站立時還包括了股 骨內髁(medial epicondyle of femur)及腳踝內踝(medial malleolus)，以 便計算受試者活動時膝關節及踝關節之中心。

除了以上三種主要的實驗設備外，動作分析實驗室尚有平面步道

9 米，可供受試者在實驗室行走及跨越障礙物。另有可調高度式障礙 物一組(圖 2.3)，用以收集受試者跨越障礙物時資料。

圖 2.1 動作分析系統及兩塊三維測力板系統。

圖 2.2 反光球貼法

圖 2.3 可調高度式障礙物。

2.3 實驗流程

在實驗開始之前，會先設定及校正動作分析系統及三維測力板系 統。所有受試者剛開始會接受一些過去病史(history)的詢問，以確定 受試者不在本實驗排除條件之外，符合實驗之受試者會先換裝並簽署 受試者同意書。之後便在受試者身上貼上反光球，首先收集受試者靜 止站立時的資料，會先在受試者身上貼上包括股骨內髁及腳踝內踝等 共 27 顆反光球，用以訂定膝關節及踝關節之中心，之後再把股骨內 髁及腳踝內踝的反光球拿掉，才不妨礙受試者接下來做動作的表現。

幫受試者貼完反光球後，會請受試者在實驗室試走幾趟，讓受試者熟

悉實驗室環境及貼上反光球後動作之感覺，待受試者能以平時動作表

現後才開始收集資料。在整個實驗過程，受試者皆以裸腳之型態在實

驗室中行走，且都能完成整個實驗而無身體異常之現象或下肢關節疼 痛的現象。

2.4 理論基礎

2.4.1 運動學

透過反光球的位置可以訂定 7 個坐標系來計算關節的角運動。這 7 個坐標系包括：骨盆坐標系(pelvis coordinate system)，兩側之大腿 坐標系(bilateral thigh coordinate systems)，兩側之小腿坐標系(bilateral shank coordinate systems)，兩側足部坐標系(bilateral foot coordinate systems)(Haug, 1992)。

利用旋轉矩陣可表示每一個肢段在空間中的位置，透過矩陣的運 算，我們可將關節角運動視為遠端肢段相對於近端肢段的運動，其計 算可利用下列方程式來表示，

d T p d

p R R

R ^/ = ×

其中

是關節角運動在空間坐標系中的旋轉矩陣，

及

分 別是近端及遠端肢段位置的旋轉矩陣，符號T 代表轉置矩陣。一般關 節的角運動可以透過尤拉角(Euler angles)來表示。在計算尤拉角時，

我們選擇

的旋轉次序來求取關節角度。其中 y 軸旋轉的角

度α代表屈曲-伸展(flexion/extension)，經

軸旋轉的角度β代表外展 -內 收 (abduction/adduction)， 經由 z

軸旋轉的角度γ代表軸向旋轉 (axial rotation)。旋轉矩陣跟尤拉角的關係式可由下列方程式來表示：

( , , ) [ ]

′′ ×

′_z = = Γ_ij

x

Ry α β γ

















+

−

−

− +

=

β α γ

α γ β α γ

α γ β α

β γ

β γ

β

β α γ α γ β α γ α γ β α

C C S S C S C S S S S C

S C

C S

C

C S S C C S S C C S S S

在式子中α、β、γ的角度可進一步利用三角函數來做計算，如 下列所示：

其中 C 代表 cos， S 代表 sin 。

tan 2 代表 tan 的反函數，同時也 考慮到象限計算的狀況。

2.4.2 動力學

當肢段的運動學， 地面的反作用力與力矩及人體計測資料 (anthropometric data)皆求得後，關節所受三維力量與力矩可以被進一 步計算求取。我們利用肢段自由體圖(free-body diagram)(圖 2.4)的分 析，透過牛頓-尤拉方程式(Newton-Euler equations)來求取。其式子如 下：

) / , / ( 2 tan

) / , / ( 2 tan

) ,

( 2 tan

23 21

33 13

2 33 2 13 23

β β

γ

β β

α β

C C

A

C C

A A

Γ Γ

−

=

Γ Γ

−

=

Γ + Γ Γ

−

=

[

]

p

w d p

F r F r M I

I M

F F ma F

× +

× +

−

× +

=

−

−

=

ω ω ω&

其中

之加速度，

是遠端的關節力量，

是肢段所受的重力，

的關節力矩，

是遠端的關節力矩，

是遠端的

力臂，

是肢段的角加速度，

圖 2.4 自由體圖

2.5 資料收集及重整

所有受試者都收集可用之走路資料 6 筆及跨越障礙物 10 公分(包

括健側為跨越前腳 6 筆及患側為跨越前腳 6 筆)及 20 公分(包括健側

為跨越前腳 6 筆及患側為跨越前腳 6 筆)資料各 24 筆，共 54 筆可用

資料。障礙物高度之選取參考 Chou 等(1997)研究之障礙物高度，擷

取其 10 公分及 20 公分之高度。先將從動作分析系統收集來的反光球

資料經過標定(label)之後，存成 c3d 的檔案格式。所有的反光球資料

會 先 利 用 generalized cross-validation spline smoothing (GCVSPL)

(Woltring, 1986)以 6Hz 截止頻率濾掉雜訊。再經由自行撰寫的程式來

計算出下肢各個關節的關節角度、關節力矩及跨越障礙物步態特徵之

相關資料。為定義跨越障礙物動作特徵，本文採用 Chen (1991)之定

義方式(圖 2.5)。

圖 2.5 跨越障礙物步態特徵之相關資料 TD：toe distance，跨越後腳之腳尖到障礙物之水平距離。

HD：heel distance，跨越前腳跨越著地後腳跟與障礙物之水平距離。

SL：step length，跨越障礙物之步長。

HOC：heel-obstacle clearance，跨越前腳之腳跟至障礙物正上方時之 垂直高度。

TOC：toe-obstacle clearance，跨越前腳之腳尖至障礙物正上方時之垂 直高度。

VEL：velocity，跨越時速度。

SW：step width，跨越步寬。

TOC HOC

HD TD

SL

VEL

2.6 統計分析

本文的統計分析將分為三部份，分別是：

1. 正常女性老年人與退化性膝關節炎女性之相關資料比較，用獨立 樣本 T 考驗(independent t test)。

2. 退化性膝關節炎女性健側(sound side)與患側(affect side) 之相關 資料比較，用相依樣本 T 考驗(paired-t test)。

3. 比 較 不 同 高 度 之 相 關 資 料 ， 用 單 因 子 變 異 數 分 析 (One-way ANOVA)，並用 Tukey’s test 做事後比較(post-hoc)。

所有資料之

0 . 05 即達到統計上的顯著意義。

第三章 實驗結果

3.1 受試者

在受試者資料方面，正常女性老年人與退化性膝關節炎女性各 12 位。所有受試者的慣用側(dominant side)皆為右側。正常女性老年 人的年齡介於 50 歲至 62 歲，平均年齡是 54 . 6

4 . 1 歲，退化性膝關節 炎女性的年齡介於 50 歲至 67 歲，平均年齡是 58 . 5

5 . 9 歲；正常女性 老年人的平均身高是 154 . 8

3 . 8 公分，退化性膝關節炎女性的平均身 高是 156 . 3

5 . 9 公分；正常女性老年人的平均體重是 56 . 0

6 . 5 公斤，

退化性膝關節炎女性的平均體重是 56 . 8

6 . 2 公斤；正常女性老年人 的平均腳長是 76 . 9

2 . 4 公分，退化性膝關節炎女性的平均腳長是

2 . 4 5 .

78

公分；正常女性老年人與退化性膝關節炎女性的以上這些

資料都沒有統計上的顯著差異(表 3.1)。在退化性膝關節炎的患側方

面，所有退化性膝關節炎的女性皆為單側罹患退化性膝關節炎。其中

有九位患者是在慣用側，三位在非慣用側；所有患者的膝關節退化程

度都是在 grade II。

表 3.1 受試者基本資料之平均值與標準差(Mean±S.D)

受試者 年齡(歲) 身高(公分) 體重(公斤) 腳長(公分) 正常人 54.6±4.1 154.8±3.8 56.0±6.5 76.9±2.4 OA 患者 58.5±5.9 156.3±5.9 56.8±6.2 78.5±4.2

3.2 水平步行

3.2.1 運動學

正常女性老年人在走路時關節角度上的變化左腳及右腳是沒有 顯著差異的。所以本文以下若有用正常女性老年人資料與退化性膝關 節炎女性資料做比較時，正常女性老年人多以右側資料為主。

圖 3.1 為正常女性老年人與退化性膝關節炎女性之健側與患側

在走路時下肢關節角度活動範圍。研究發現罹患退化性膝關節炎女性

在走路時膝關節的關節角度活動範圍要比正常人來的小，不管是患側

(比正常人小 6 . 6

)或健側(比正常人小 6 . 4

)，都有達到顯著的差異

(independent t test，P<0.05)。其它的如髖關節或踝關節的關節角度活

動範圍則無顯著的差異。此外，在退化性膝關節炎女性下肢的健側與

患側的各個關節角度活動範圍上，比較的結果是沒有差異的。

圖 3.1 正常女性老年人右側與退化性膝關節炎女性之健側與患側在 步行時下肢關節角度活動範圍。Normal：正常女性老年人，OA：

退化性膝關節炎女性。S：健側，A：患側。H: hip, K: knee, An: ankle, FE: flexion/extension, ABAD: abduction/adduction, DP:

dorsiflexion/plantarflexion. *: N-OAS, N-OAA (P<0.05)

3.2.2 動力學

圖 3.2 為正常女性老年人與退化性膝關節炎女性之健側與患側在 走路時髖關節力矩最大值。研究發現罹患退化性膝關節炎女性在走路 時，患側髖關節的屈曲力矩與伸展力矩的最大值都要比正常女性老年 人(independent t test，P<0.05)及健側(pair-t test，P<0.05)要來的小，

且都有顯著差異。其它如髖關節外展力矩(abduction moment)或內收力 矩(adduction moment)則沒有顯著差異。而健側的最大值與正常女性老 年人相比，則沒有顯著之差異。

0 10 20 30 40 50 60 70 80

HFE HABD KFE AnDP

ROM (degree)

Normal OAS OAA

*

圖 3.2 正常女性老年人右側與退化性膝關節炎女性的健側與患側步 行時髖關節最大力矩。Normal：正常女性老年人，OA：退化性 膝關節炎女性。S：健側，A：患側。H: hip, AD: adduction moment, F: flexion moment, AB: abduction moment, E: extension moment.

*: N-OAA, OAS-OAA (P<0.05)

圖 3.3 為正常女性老年人與退化性膝關節炎女性之健側與患側 在走路時膝關節力矩最大值。研究發現罹患退化性膝關節炎女性在走 路時，患側膝關節的屈曲力矩與伸展力矩的最大值都要比正常女性老 年人(independent t test，P<0.05)及健側(pair-t test，P<0.05)要來的小，

且都有顯著差異。其它如膝關節外展力矩或內收力矩則沒有顯著差 異。而健側的最大值與正常女性老年人相比，則沒有顯著之差異。

0.0 0.1 0.2 0.3 0.4 0.5 0.6 0.7 0.8 0.9 1.0 1.1

HAD HF HAB HE

Moment (Nm/kg)

Normal OAS OAA

*

*

圖 3.3 正常女性老年人右側與退化性膝關節炎女性的健側與患側步 行時膝關節最大力矩。Normal：正常女性老年人，OA：退化性 膝關節炎女性。S：健側，A：患側。K: knee, AD: adduction moment, F: flexion moment, AB: abduction moment, E: extension moment.

*: N-OAA, OAS-OAA (P<0.05)

0.00 0.05 0.10 0.15 0.20 0.25 0.30 0.35 0.40 0.45 0.50 0.55 0.60 0.65

KAD KF KAB KE

Moment (Nm/kg)

Normal OAS OAA

*

*

3.3 跨越不同高度障礙物下肢關節角度活動 範圍

隨著障礙物高度的增加，不管是正常女性老年人或是退化性膝關 節炎女性，不管是跨越前腳或是跨越後腳，下肢關節在矢狀面(sagittal plane)的關節屈曲角度活動範圍也會隨著跨越高度增加而增加，且都 有達到顯著差異。

圖 3.4 為正常女性老年人用慣用腳(右腳)在水平步行、障礙物 10 公分及障礙物 20 公分時，不管是障礙物 10 公分或障礙物 20 公分，

跨越前腳的髖關節及膝關節的屈曲關節角度活動範圍會隨著障礙物 高度的增加而增加；而在踝關節的屈曲角度方面，只有在水平步行與 障礙物 10 公分，以及水平步行與障礙物 20 公分有顯著差異(one way ANOVA，P<0.05)，在障礙物 10 公分與障礙物 20 公分則沒有達到顯 著差異。在跨越後腳方面，不管是障礙物 10 公分或障礙物 20 公分，

髖關節及膝關節的屈曲關節角度活動範圍也會隨著障礙物高度的增

加而增加；而在踝關節的屈曲角度方面，只有在水平步行與障礙物

20 公分，以及障礙物 10 公分與障礙物 20 公分有顯著差異 (one way

ANOVA，P<0.05)，在水平步行與障礙物 10 公分則沒有達到顯著差

異。

圖 3.4 正常女性老年人右腳跨越障礙物時關節屈曲角度之活動範 圍。L：跨越前腳；T：跨越後腳。H: hip, K: knee, An: ankle。0cm：

水平步行，10cm：障礙物 10 公分，20cm：障礙物 20 公分。

*: 0-10,0-20,10-20; **: 0-10,0-20; ***: 0-20,10-20 (p<0.05)

圖 3.5 為退化性膝關節炎女性用健側當做跨越前腳在水平步 行、障礙物 10 公分及障礙物 20 公分時，不管是障礙物 10 公分或障 礙物 20 公分，跨越前腳(健側)的髖關節及膝關節的屈曲關節角度活 動範圍會隨著障礙物高度的增加而增加；而在踝關節的屈曲角度方 面，只有在水平步行與障礙物 10 公分及水平步行與障礙物 20 公分有 顯著差異(one way ANOVA，P<0.05)，在障礙物 10 公分與障礙物 20 公分則沒有達到顯著差異。在跨越後腳方面，不管是障礙物 10 公分 或障礙物 20 公分，髖關節、膝關節及踝關節的屈曲關節角度活動範

100 2030 4050 60 7080 10090 110120 130140 150160

LH LK LAn TH TK TAn

ROM (degree)

0cm 10cm 20cm

*

*

*

*

** ***

圖 3.5 退化性膝關節炎女性健側為跨越前腳跨越障礙物時關節屈曲 角度之活動範圍。L：跨越前腳；T：跨越後腳。H: hip, K: knee, An:

ankle。0cm：水平步行，10cm：障礙物 10 公分，20cm：障礙物 20 公分。*: 0-10,0-20,10-20; **: 0-10,0-20 (p<0.05)

圖 3.6 為退化性膝關節炎女性用患側當做跨越前腳在水平步 行、障礙物 10 公分及障礙物 20 公分時，不管是障礙物 10 公分或障 礙物 20 公分，跨越前腳(患側)的髖關節及膝關節的屈曲關節角度活 動範圍會隨著障礙物高度的增加而增加，；而在踝關節的屈曲角度方 面，只有在水平步行與障礙物 10 公分，以及水平步行與障礙物 20 公 分有差異(one way ANOVA，P<0.05)。在障礙物 10 公分與障礙物 20 公分則沒有達到顯著差異。在跨越後腳(健側)方面，不管是障礙物 10 公分或 20 公分，膝關節的屈曲關節角度活動範圍也會隨著障礙物高 度的增加而增加；而在髖關節與踝關節的屈曲關節角度方面，只有在

0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100 110 120 130 140 150

LH LK LAn TH TK TAn

ROM (degree)

0cm 10cm 20cm

*

*

*

*

*

**

水平步行與 10 公分，以及水平步行與 20 公分有差異 (one way ANOVA，P<0.05)，在障礙物 10 公分與障礙物 20 公分則沒有達到顯 著差異。

圖 3.6 退化性膝關節炎女性患側為跨越前腳跨越障礙物時關節屈曲 角度之活動範圍。L：跨越前腳；T：跨越後腳。H: hip, K: knee, An:

ankle。0cm：水平步行，10cm：障礙物 10 公分，20cm：障礙物 20 公分。*: 0-10,0-20,10-20; **: 0-10,0-20 (p<0.05)

圖 3.7 為若是將退化性膝關節炎女性的患側都當做跨越前腳，比 較正常女性老年人(右腳先跨)跨越障礙物 10 公分時關節角度活動範 圍，發現退化性膝關節炎女性的患側在跨越障礙物 10 公分時會有較 大的髖關節外展-內收角度活動範圍(independent t test，P<0.05)。其 中正常女性老年人的角度活動範圍為 15 . 64

2 . 27

，而退化性膝關節 炎女性的角度活動範圍 18 . 11

2 . 72

，而在其它的關節角度活動範圍

0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100 110 120 130 140 150 160

LH LK LAn TH TK TAn

ROM (degree)

0cm 10cm 20cm

*

* *

**

**

**

則沒有顯著差異。

圖 3.7 正常女性老年人右側與退化性膝關節炎女性患側為跨越前腳 跨越障礙物 10 公分時關節角度之活動範圍。Normal：正常女性 老年人，OA：退化性膝關節炎女性，S：健側，A：患側。H: hip, K: knee, An: ankle。FE: flexion/extension, ABD:

abduction/adduction, ROT: rotation, DP: dorsiflexion/plantarflexion.

*p<0.05

圖 3.8 為若是將退化性膝關節炎女性的健側當做跨越前腳(患側 為跨越後腳)，比較正常女性老年人右側當做跨越前腳，跨越障礙物 10 公分時關節角度活動範圍，發現兩者在下肢各關節角度活動範圍 並沒有顯著的差異。

0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100 110 120 130 140 150

AHFE AHABD AHROT AKFE AAnDP SHFE SHABD SHROT SKFE SAnDP

ROM (degree)

Normal OAA

*

圖 3.8 正常女性老年人右側與退化性膝關節炎女性健側為跨越前腳 跨越障礙物 10 公分時關節角度之活動範圍。Normal：正常女性 老年人，OA：退化性膝關節炎女性，S：健側，A：患側。H: hip, K: knee, An: ankle。FE: flexion/extension, ABD:

abduction/adduction, ROT: rotation, DP: dorsiflexion/plantarflexion.

*p<0.05

圖 3.9 為若是將退化性膝關節炎女性的患側當做跨越前腳，比較 正常女性老年人右側當做跨越前腳，跨越障礙物 20 公分時關節角度 活動範圍。發現退化性膝關節炎女性的患側當跨越前腳時，髖關節外 展-內收角度活動範圍比正常女性老年人大，且有顯著差異

(independent t test，P<0.05)。其中正常女性老年人的角度活動範圍為

°

±

°

1 . 87 32

.

15 ，退化性膝關節炎女性的角度活動範圍為

°

±

°

3 . 90 30

.

20 ，而在其它的關節角度活動範圍則沒有顯著差異。

0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100 110 120 130 140

SHFE SHABD SHROT SKFE SAnDP AHFE AHABD AHROT AKFE AAnDP

ROM (degree)

Normal OAS

圖 3.9 正常女性老年人右側與退化性膝關節炎女性患側為跨越前腳 跨越障礙物 20 公分時關節角度之活動範圍。Normal：正常女性 老年人，OA：退化性膝關節炎女性，S：健側，A：患側。H: hip, K: knee, An: ankle。FE: flexion/extension, ABD:

abduction/adduction, ROT: rotation, DP: dorsiflexion/plantarflexion.

*p<0.05

圖 3.10 為若是將退化性膝關節炎女性的健側當做跨越前腳(患 側為跨越後腳)，比較正常女性老年人右側當做跨越前腳，在跨越障 礙物 20 公分時關節角度活動範圍。其結果與跨越障礙物 10 公分類 似，兩者在下肢各關節角度活動範圍並沒有顯著的差異。

0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100 110 120 130 140 150 160

AHFE AHABD AHROT AKFE AAnDP SHFE SHABD SHROT SKFE SAnDP

ROM (degree)

Normal OAA

*

圖 3.10 正常女性老年人右側與退化性膝關節炎女性健側為跨越前腳 跨越障礙物 20 公分時關節角度之活動範圍。Normal：正常女性 老年人，OA：退化性膝關節炎女性，S：健側，A：患側。H: hip, K: knee, An: ankle。FE: flexion/extension, ABD:

abduction/adduction, ROT: rotation, DP: dorsiflexion/plantarflexion.

*p<0.05

圖 3.11 為若是以退化性膝關節炎女性的患側邊與健側邊做比 較，發現只有在障礙物 20 公分，以患側先跨越障礙物的情況下，髖 關節外展-內收角度活動範圍會比健側先跨越障礙物時來的大(pair-t test，P<0.05)。其它像是在障礙物 20 公分以患側後跨與健側後跨，

或是在障礙物 10 公分的情況下，下肢各關節的角度活動範圍都沒有 顯著的差異。

0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100 110 120 130 140 150 160

SHFE SHABD SHROT SKFE SAnDP AHFE AHABD AHROT AKFE AAnDP

ROM (degree)

Normal OAS

圖 3.11 退化性膝關節炎女性患側與健側為跨越前腳跨越障礙物 20 公分時關節角度之活動範圍。Affected：患側，Sound：健側。

H: hip, K: knee, An: ankle。FE: flexion/extension, ABD:

abduction/adduction, ROT: rotation, DP: dorsiflexion/plantarflexion.

*p<0.05

0 10 20 30 40 50 60 70 8090 100 110 120 130 140 150

HFE HABD HROT KFE AnDP

ROM (degree)

Affected Sound

*

3.4 跨越不同高度障礙物步態特徵

在這部份將針對正常女性老年人與退化性膝關節炎女性在跨越 障礙物的步態特徵做結果分析，所有分析參數包括 TD、HD、SL、

SW、HOC、TOC 及 VEL 等(請參考圖 2.5 之定義)。為了要排除因個 人的因素所造成的影響，在 TD、HD、SL、HOC、TOC 等均除以個 人之腿長，SW 則除以個人之兩側 ASIS 距離來達到標準化(normalize) 的目的。

圖 3.12 及圖 3.13 分別為退化性膝關節炎女性以患側及健側為跨 越前腳跨越障礙物 10 公分時的步態特徵常數。不管是以患側或健側 為跨越前腳跨越障礙物，發現在跨越前腳跨越著地後腳跟與障礙物之 水平距離(HD)及跨越障礙物之步長(SL)都要比正常女性老年人小，跨 越 時 兩 腳 步 寬 (SW)則 比 正 常 女 性 老 年 人 大 (independent t test，

P<0.05)，其它特徵常數如 TD、HOC、TOC 則無顯著之差異。

圖 3.12 正常女性老年人右側與退化性膝關節炎女性患側為跨越前腳 跨越障礙物 10 公分之步態特徵。Normal：正常女性老年人，OA：

退化性膝關節炎女性。*p<0.05

圖 3.13 正常女性老年人右側與退化性膝關節炎女性健側為跨越前腳 跨越障礙物 10 公分之步態特徵。Normal：正常女性老年人，OA：

退化性膝關節炎女性。*p<0.05

0.0 0.1 0.2 0.3 0.4 0.5 0.6 0.7 0.8 0.9

TD HD SL SW HOC TOC

標準化後比值

Normal OA

*

*

*

0.0 0.1 0.2 0.3 0.4 0.5 0.6 0.7 0.8 0.9

TD HD SL SW HOC TOC

標準化後比值

Normal OA

*

*

*

圖 3.14 及圖 3.15 分別為退化性膝關節炎女性以患側及健側為跨 越前腳跨越障礙物 20 公分時的步態特徵常數。不管是以患側或健側 為跨越前腳跨越障礙物，發現在 HD 及 SL 都要比正常女性老年人小，

SW 則比正常女性老年人大(independent t test，P<0.05)，其它特徵常 數如 TD、HOC、TOC 則無顯著之差異，此結果與障礙物 10 公分時 的結果雷同。

圖 3.14 正常女性老年人右側與退化性膝關節炎女性患側為跨越前腳 跨越障礙物 20 公分之步態特徵。Normal：正常女性老年人，OA：

退化性膝關節炎女性。*p<0.05

0.0 0.1 0.2 0.3 0.4 0.5 0.6 0.7 0.8 0.9

TD HD SL SW HOC TOC

標準化後比值

Normal OA

*

*

*