國立陽明大學復健工程實驗室 -

實驗室巡禮 ------- 復健工程實驗室

楊世偉老師

復健生物力學實驗室是一個將工程上力學理論應用在生物體上，以期許能夠達到復健的目的。人體生活中的動作形式皆可用力學模型來加以研究，探討身體目前的結構狀態和預估未來的使用情形，需要治療的患者可以利用復健生物力學來找出合理的復健方式，進一步加以治療。此種分析治療方式包括的範圍很廣，包括醫學的診斷，醫療儀器的操作及分析，力學模型的建立及模擬，醫療材料的使用，外科手術的程序，植入物的材料及形體設計…..等等。

本實驗室是由楊世偉老師主持 (Ph.D, Rutgers University, U.S.A. 1987)，其專長為生物力學、復健工程、電腦輔助設計製造。目前是以下肢復健為主要研究方向，現階段的研究大致可以分為三大類，輪椅設計與安全性評估，鞋具設計，和車禍撞擊、頸椎撞擊之機轉探討、生物力學研究與有限元素模擬。

l 安全裝置的開發及撞擊測試的研究；利用自製人偶配合墜落實驗儀器，評估人偶在穿著氣囊防護衣時的保護效應及其設計參數。並利用電腦動態模擬的方式，模擬機車車禍的情況，以了解其傷害的機轉；此外探討機車傷害時，脊椎受到高速撞擊作用的情形，再根據生物力學、運動學、工程力學的理論來進行分析；並配合有限元素分析軟體的使用，來模擬實驗的情形並進行評估。以期完成機車車禍傷害發生之所有相關因素，並提供相果研究數據及結論，來改善與增進現有的安全裝置。

l 復健手推車功能與結構分析，本研究的生物力學評估首重推車整体的安全性，進而評估推車帶給使用者的保護性。將加速規裝置於自製人偶及骨架，藉由加速度值計算衝擊力，同時使用高速攝影機拍攝，觀察肢体及各組件的擺位，得到結果可用以設計軀幹支撐限制與擺位情形，另外，為確保台車之穩定性以及整體之結構強度，本研究擬以台車撞擊測試，將推車以固定的速度撞擊障礙物，確定推車在動態撞擊下所能承受的最大撞擊速度以及力量值。本計劃擬使用ADAMS剛體分析與Ideas應力分析，與實驗數據對照後，確立模型的可信度，最後改變設計參數如尺寸、設計形式，這將有助於參數最佳化設計與歸納影響因素，達到節省實驗成本與提供日後設計參考之依據，未來進一步研究不同病因所應搭配使用的參數，可以助於開發更多模組化之設備。

l 鞋具設計，利用足底壓力量測設備，進行人體實驗，實驗後的結果，可以分析出鞋具在使用各種不同材料和不同型式時，足底壓力的變化情形，並利用電腦上上的有限元素軟體架構出足部，鞋具的模型，進行模擬評估，建立一系列的足底壓力資料庫。本實驗室整理出正常人的足底壓力資料後，在電腦上以有限元素軟體進行鞋具樣式的設計。目前更進一步對於腦性麻痺兒童的足壓進行實驗和評估，設計出適合的鞋具，進一步至量產的階段。現階段特別對於姆外翻、長期站立、糖尿病足、退化性關節炎、舒適性高跟鞋做進一步的研究與設計。

復健生物力學的應用大致可以分為前後二類的處理方式，前處理為判斷的方式，如利用觸診來觀察或利用儀器來評估身體的一些功能；後處理為經由手術來矯正，或由設計一些輔助物來修正，例如新式鞋墊。復健生物力學實驗室的流程如下：

� 復健生物力學實驗室每學期開課訓練實驗室的成員，以學習下肢的解剖構造，生物力學，和學習各種評估方式，以了解下肢的結構和功能。對於鞋具的構成，包括材料，型體，和製作，也有一系列的介紹，以清楚了解鞋具的問題。目的是希望在研究遇到問題時，能夠判斷出並選用適當的治療方式和適當的材料來解決。

� 在量測足底壓力儀器設備方面，包括有由李茂昌老師，李淑貞老師，和楊世偉老師合寫之國家衛生研究群體計劃設備專款購置的德國novel公司所出產的EMED-PADER和EMED-SF，和與香港Dr. Kong FootCare公司合作所購置美國 Tekscan公司所出產的F-scan。另有自行製作之足底壓力光學式量測器，利用足底與透明板下的接觸面積計算壓力值。這些足底壓力設備一般配合有相關分析軟體，如novel 的novel-win，novel-ortho，Tekscan的F-SCAN等等，能夠分析出實驗的足底立體壓力分佈圖，平面壓力分佈圖，壓力中線軌跡，對稱分佈圖等，以作為評估的參考。

� 在量測材料試驗儀器設備方面，包括有材料試驗機 (MTS)，應變測試系統 (load cell)，可以得知材料的楊氏模數，應力應變值，破壞點的數位資料。光彈應力應變組，可以觀察到材料在受力時的變化情形。

� 在電腦的有限元素軟體設備方面，是依照X光、CT等等得到的物體外型，在電腦的有限元素軟體上，繪出物體模型，並利用力學模擬分析其應力應變的情形，得到資料加以評估。目前實驗室的軟體包括有ABAQUS, ANYSYS, IDEAS, PATRAN等軟體，其中ABAQUS, ANYSYS分析結果較為準確，而IDEAS, PATRAN對於繪圖的功能較強，這四種軟體之間的部分檔案，可以互為轉換，在使用上得到方便的應用。

復健生物力學實驗室過去完成的研究以正常人的模型為主，包括正常兒童的足底壓力資料庫，正常年輕人和老年人的足底壓力和步態分析，股骨的力學性質，脊椎的力學性質。有了這些基礎，進一步對於病患的研究予以接觸，包括有腦性麻痺兒童，扁平足的足壓研究，並進行鞋具的材料和外型設計；。這些研究大部分都有以實體實驗的結果，並進行電腦的模擬設計，以達到相互輔助的功效。

復健生物力學是利用力學方式在臨床上的應用，本實驗室歷年研究是將考慮事實的假說，在實驗上比較而求得的結果，做為在臨床上的參考。復健生物力學實驗室目前主要是由四個與復健工程及生物力學相關的實驗室組成：計算生物力學實驗室、動作分析實驗室、材料測試實驗室及行動輔具製作室。可達成的目標包括：

� 將足底壓力定量評估，和分析各項足底壓力參數可應用的結果。

� 將骨科手術效果的評估定量化。

� 將復健計畫可行性的評估定量化。

� 評估輔具在人體上的應用情形，以設計適當的輔具。

復健生物力學實驗室自楊世偉老師到校起聘便開始運作，由民國八十二年成立至今已有十一年，期間畢業之學生分佈在醫學界和工程界，皆有一番天地，在各自的工作岡位上一起為醫學工程而努力。