Development and Assessment of a Visual-Audio Biofeedback Muscle Strengthening and Proprioception Stimulation Rehabilitation System for Lower Limb

膝關節與髖關節均是人體下肢負責承重之關節，其中髖關節係人體最大之承重關節；而膝關節中最主要的穩定結構乃是前十字韌帶。然而，此兩個關節也是老年人最易受傷及好發生病變的部位，因此膝關節前十字韌帶重建手術及髖關節置換手術便成為骨科常見之手術項目。然而，前十韌帶重建手術後患者常伴隨有本體感覺(關節角度位覺、運動狀態覺)缺失之問題，進而造成膝關節穩定性不佳，使得患者容易有再發性傷害(recurrent injury)或膝關節炎(arthritis)的產生。目前臨床膝關節復健設備僅限於急性期之被動關節活動儀訓練，但並沒有結合自主動作控制、本體感覺、視覺回饋等三項功能於一體之復健訓練設備，常需仰賴復健治療人員以口頭引導之方式進行訓練，此種訓練方式缺乏客觀之量化標準及治療品質不一致。另外，根據文獻調查指出髖關節置換手術後患者因股骨頭、關節囊及韌帶遭受切除，同時髖部外展肌受到剝離而損傷，進而導致本體感覺缺失、肌肉控制失衡及外展肌力不足。因此，髖關節置換手術後患者必須在術後接受妥善復健訓練，以改善肌力大小、自主動作控制能力及本體感覺，否則病患髖關節穩定性變差、關節容易脫位，進而導致動態平衡不良，因而必須再次接受二次重置手術。然而，目前臨床上對於髖關節手術後病患復健治療，多以關節運動及股四頭肌等長肌力訓練及衛教為主。前述訓練以股四頭肌力訓練為主，卻忽略了外展肌力控制才是影響術後步態穩定與跌倒發率的主要關鍵；另外，本體感覺復健治療目前臨床上尚未有共同一致性的方法，大多以壓迫法或閉鎖鏈運動來強化本體感覺，然而此種訓練無法從人體內在感覺傳導路徑根本地重建本體感覺也無從量化。根據臨床研究指出，強化肌力大小是改善動作控制之關鍵，而且患者在進行運動控制訓練時給予視覺及聽覺回饋，將有助於重建缺失的本體感覺、達到動作學習之效果。因此，設計一套整合動作控制、肌力訓練與本體感覺回饋於一體之復健訓系統，將可改善目前下肢關節手術術後病患復健治療訓練效果不佳、品質不一等瓶頸。爰此，本研究擬開發一套結合自主動作控制與視聽覺回饋等功能之「下肢關節手術術後視聽覺回饋動作控制及本體感覺刺激復健訓練系統」，以期改善現行膝關節前十字韌帶重建手術與髖關節置換手術後病患復健治療之瓶頸。本研究工作將分為二年進行，第一年將針對膝關節前十字韌帶重建手術術後病患復健需求設計開發一套「前十字韌帶重建術術後動作控制及回饋刺激復健訓練系統」，其研究工作項目包括膝關節角度量測裝置之設計製作、膝關節機電支架之設計製作、膝關節角度量測訊號擷取盒之設計製作、整合肌電訊號擷取裝置進行系統設計製作、關節角度量測單元歸零校正模組之設計製作、運動軌跡規劃模組之設計製作、遊戲難易度設定模組之設計製作、遊戲進行控制模組之設計製作、軟硬體整合功能測試及系統效度測試。最後，為了再次確認本研究所開發之「前十字韌帶重建術術後動作控制及回饋刺激復健訓練系統」是否適用於臨床患者實際使用，因此將進入臨床試用評估並進行實驗數據分析。第二年為則針對髖關節置換手術術後病患復健需求，設計開發一套「髖關節置換手術術後視聽覺回饋外展肌力訓練及本體感覺刺激復健訓練系統」，研究工作項目包括髖關節雙軸向角度感測褲之設計開發、可攜式音頻回饋裝置之設計開發、資料擷取單元之設計開發、無線傳輸模組之設計開發、適應性訓練處方控制復健訓練軟體之設計開發及系統整合與信效度測試。最後為了確認本研究所開發之系統臨床實用性，也將進行臨床評估與實驗數據統計分析。

Project ID:PB9609-4096
External Project ID:NSC96-2221-E182-043-MY2