智慧型下肢機器人外骨骼結構跑步機及移動式復健訓練平台開發-子計畫三：運動生理指標與氧氣補償適應控制機器人下肢復健平台開發、人體感測網絡衣設計及運動狀態生理標記評估測試

運動功能障礙(如中風)或呼吸功能障礙(如慢性阻塞性肺炎)患者常須接受復健運動處方以改善其運動或心肺功能；然而運動訓練時醫療人員多憑個人主觀判斷設定運動強度目標，訓練期間也缺乏定量評估依據，因此無法確切掌握運動生理指標(如運動强度)分佈區間，確實達到有氧代謝運動及復健訓練療效。究其原因，主要係運動期間缺乏即時監測與掌控病患所接受運動負荷量之機制，導致運動訓練療效不彰，亦或因運動強度無法控制得當而引發病患心肺不適甚至造成猝死的危險。根據美國運動醫學會研究報告指出，適切的運動強度是避免運動傷害、確保訓練效益之關鍵。另外，文獻指出Carrieri-Kohlman 曾提出運動減敏理論（exercise-desensitization）作為患者運動訓練的指導方針：亦即藉由漸進式運動策略在病患呼吸困難閾值下誘發其運動耐受性。另外，文獻指出病患進行有氧代謝運動或直接由外部適度供氧均可增加其氧氣吸入量、促進三磷酸腺苷（Adenosine triphosphate, ATP）合成，提供運動所需能量，達到延緩運動疲勞及增進心肺功能復健療效。除此，人體感測網絡(Body Sensor Network, BSN)結合穿戴式導電纖維及智慧運算技術已成為新世代生醫電子領域研發重點，然而如何整合人體感測網絡進行受測者運動狀態生理訊號偵測、生理指標(physiological indices)演算及生理標記(physiological markers)評估，更是發展遠距醫療系統之熱門研究課題。爰此，本研究主要係為了克服現行復健訓練時運動强度監控及隨身生理訊號偵測之瓶頸，整合了人體感測網絡、氧氣濃度補償、運動強度監控、生理標記演算及閉迴路控制等技術，設計開發「運動生理指標適應控制及氧氣補償機器人下肢復健平台」及「人體感測網絡衣」，並進行評估實驗，以期能在隨時、隨地及隨動的復健條件下，掌控病患運動狀態生理標記(如疲勞、血氧濃度及運動强度)，確保增進患者運動或心肺功能之治療效益。本研究將分三年進行，第一年主要係改良市售跑步機開發一台「運動生理指標適應控制與氧氣補償下肢復健系統」，設計跑步機閉迴路恆定運動強度控制之機制；另外，也將開發氧氣濃度補償調控功能，讓受測者可於有氧環境下進行復健運動訓練；除此，也將進行運動生理指標適應控制與氧氣濃度補償系統之功能驗證。第二年則係將整合各式生理訊號感測、導電纖維編織、即時智慧運算、無線通訊傳輸以及電源供應管理等技術，設計開發一套「穿戴式人體感測網絡衣」，並設計運動狀態下定量生理指標及健康惡化或衰老生理標記；並將進行生理指標/標記之功能驗證。第三年則整合第一、二年研究成果，進行運動狀態生理指標/標記及氧氣補償復健運動療效臨床應用評估，以實驗探討不同測試族群(如老年人或亞健康受測者)在恆定生理回饋運動強度及各種氧氣濃度之運動條件下之復健療效；另外，也將規劃運動狀態生理指標/標記資料庫，做為生理指標/標記與衰老或疾病間相關性分析使用。本研究預訂開發完成之「運動生理指標適應控制及氧氣補償機器人下肢復健平台」及「人體感測網絡衣」，將可配搭使用以改善現行運動復健治療無法即時反應運動狀態生物標記(如疲勞及運動强度)的瓶頸，在以往安全與訓練效益兩難的治療策略中，利用運動狀態生物標記之回饋，即時掌握訓練歷程病患運動生理變化，將可增加患者運動及心肺功能訓練效益；另外，所開發之人體感測網絡衣將可適用於各種隨身生理訊號監測之應用情境，也可延伸發展遠距醫療系統之關鍵技術。

系統編號:PB10202-1125
原計畫編號:NSC101-2221-E182-044-MY3