[논문]손목관절의 기능적 운동 특성의 동작 분석

한정수

문제 정의

그러므로 본 연구에서는 기초 자료의 필요성을 인식하고 한국인을 대상으로 정상인의 손목관절의 동적 운동특성을 밝히려는데에 목적을 두고 있으며, 인공관절(joint arthroplasty)과 의수(mechanical hand)의 개발을 위한 기초적 자료로서 손목 관절의 운동특성에 대한 이해를 제공 가능하게 하며, 이러한 운동특성의 이해로 인공관절과 의수의 개발 시보다 실질적이며 체계적이고 한국인의 체형에 적합한 제품을 생산 가능하게 함을 목표로 하고 있다. 또한 이를 위한 기초 연구로서, 손목 관절의 기능적 운동특성분석을 통하여 일상생활을 영위하는데 있어서 필수 불가결한 최소한의 손목관절의 운동범위의 영역(range of motion)을 밝힘으로써 의학자로 하여금 손목수술 환자에게 제공할 수 있는 최소한의 목표설정을 할 수 있도록 도움을 주고자 한다.
Palmer et al 및 Brumfield et al. 논문에서는 손목관 절의 손상을 받은 사람을 대상으로 분석하였으나, 본 논문에서는 일상생활에서 정상인을 대상으로 한 손목관절 동작분석을 함으로서 한국인의 일상생활에서 최소한 요구되어지느 운동범위를 제시하였다. 미국의 손목관설에 대한 연구에 있어서는 Ryu에 의하면 선정된 동작에 대해 굴곡각 54°, 신전각 60°, 요측각 17°, 척측각 40°로서 최소로 요구되어지는 동작반경을 측정한 논문을 발표하였으며, 본 연구와의 차이점은 오른손과 왼손의 구별된 결과가 제공되지 않아 본 연구에서의 결과와의 비교가 용이치 않는 문제점을 갖고 있다.
그러므로 본 연구에서는 기초 자료의 필요성을 인식하고 한국인을 대상으로 정상인의 손목관절의 동적 운동특성을 밝히려는데에 목적을 두고 있으며, 인공관절(joint arthroplasty)과 의수(mechanical hand)의 개발을 위한 기초적 자료로서 손목 관절의 운동특성에 대한 이해를 제공 가능하게 하며, 이러한 운동특성의 이해로 인공관절과 의수의 개발 시보다 실질적이며 체계적이고 한국인의 체형에 적합한 제품을 생산 가능하게 함을 목표로 하고 있다. 또한 이를 위한 기초 연구로서, 손목 관절의 기능적 운동특성분석을 통하여 일상생활을 영위하는데 있어서 필수 불가결한 최소한의 손목관절의 운동범위의 영역(range of motion)을 밝힘으로써 의학자로 하여금 손목수술 환자에게 제공할 수 있는 최소한의 목표설정을 할 수 있도록 도움을 주고자 한다.

가설 설정

본 연구에서 사용되어질 동작측정 방법으로는 bia xial electrogoniomter를 사용하였으며, 실험방법의 장점으로는 사용의 편리함과 두 축의 관절의 동작이 실제 시간상에서 디지털 데이터로 측정될 수 있으며, 측정된 데이터의 신뢰성과 또한 그에 대한 정확성을 들 수 있다. 손목관절은 굴곡/신전(flexion/extension)과 요측/척측굴곡(radial/ulnar deviation) 으로 두 개의 자유도를 갖는 관절로 가정되었다.

제안 방법

그러므로 위에서 언급한 것과 같이 다양한 실험 장치를 통하여 수집되는 전기 신호들의 정확한 해석을 위해서는 전체 시스템의 보정작업이 무엇보다도 중요하겠다고 하겠다. 또한 왼손과 오른손에 쓰여잘 실험 상비의 보정작업을 각각 수행하였고, 각각의 손에 있는 2개의 자유도에 대해 개별적으로 보정작업을 수행하였다.

대상 데이터

본 연구에서 사용되어질 electrogoniometer는 2개의 자유도를 갖고 있으며 실시간에서 기능적인 손목관절의 운동범위를 측정하는데 사용되었다. 본 연구 책임자의 경험에 따르면 측정하려는 관절에 부착하는 goniometer의 alignment가 관절의 운동특성 분석에 있어서 가장 중요한 요소 중에 하나임을 밝히고 있다.
연구 대상으로는 15명으로 상지의 병리학적인 요소나 손상을 받은 경험이 없는 건강한 남녀를 대상으로 하였으며, 주요 기능적 손목 관절 및 주관절의 동작을 반영시킬 수 있는 총 25가지의 일상생활에 기본이 될 수 있는 활동을 가지고 동작을 수행하여 분석하였다.

성능/효과

본 연구에서는 평균 손목관절 운동범위에 대해 오른손에서는 굴곡각 53°, 신전각 34°, 요측각 31°, 척측각 18°, 왼손에서는 굴곡각 37°, 신전각 41°, 요측각 26°, 척측각 22°으로 나타났다. 결과적으로 본 연구에서 선정된 25가지의 동작에 필요로 하는 손목관절의 최소 운동범위 즉, 양쪽손 모두에 대한 신전각/굴곡각/요측각/척측각에 대해 최소로 요구되어지는 동작범위를 나타냄으로서, 정상인이 일상생활에 필요로 하는 손목관절의 운동 범위는 Fig. 9에 나타난 것과 같이 포함되어져야 할 것이다.
미국의 손목관설에 대한 연구에 있어서는 Ryu에 의하면 선정된 동작에 대해 굴곡각 54°, 신전각 60°, 요측각 17°, 척측각 40°로서 최소로 요구되어지는 동작반경을 측정한 논문을 발표하였으며, 본 연구와의 차이점은 오른손과 왼손의 구별된 결과가 제공되지 않아 본 연구에서의 결과와의 비교가 용이치 않는 문제점을 갖고 있다. 그러나 전체적으로 본 연구에 의하면 오른손을 주로 쓰는 경우를 가정하더라도, 미국인의 평균 동작범위보다는 상당히 작게 나타남을 알 수 있다.
0°보다 동작 범위가 크게 나타남을 볼 수 있다. 동작 범위를 Polar Chart를 이용하여 데이터 분포의 평균을 구하여 최소로 요구되어지는 각각의 동작에 있어서 범위를 나타내었고, 여기서 평균 요측각도의 범위는 26.3°+11.3°, 척측 각도의 범위는 22.9°±9.2°로 나타났다(Fig. 7b). 이는 손목의 요측각도가 척측각도 보다 3.
0°보다 필요로 하는 동작 범위가 크게 나타났고, ADL 13인 글쓰기에 있어서는 피실험자가 오른손을 생활에 있어서 주로 쓰기 때문에, 왼손의 굴곡각과 신전각은 나타나지 않았다. 동작 범위를 polar chart를 이용하여 데이터 분포의 평균을 구하여 최소로 요구되어지는 각각의 동작에 있어서 범위를 나타내었고, 여기서 실제 평균 굴곡 각도의 범위는 36.7°±16.5°, 평균 신전각도의 범위는 40.7°±153°로서 손목의 신전각도가 굴곡각도 보다 43정도 더 필요함을 나타내고 있다(Fig. 5b).
이것은 주로 피실험자가 오른손을 일상생활에서 더 많이 쓰고 있었으며, 또한 척측 운동보다는 요측을 더 많이 쓰고 있음을 알 수 있다. 동작 범위를 polar chart를 이용하여 데이터 분포의 평균을 구하여 최소로 요구되어지는 각각의 동작에 있어서 범위를 나타내었고, 여기서 평균 요측각도의 범위는 30.5°±7.5°이며 평균 척측각도의 범위는 23.0°±10.5°로 나타남을 볼 수 있다 (Fig. 8b).
관절의 동작을 표현하는데 있어서 기술적 측면으론 ste- reometric 방법, accelerometric방법 , electromecha nical linkage방법, biaxial electrogoniometer방법 등이 있다. 본 연구에서 사용되어질 동작측정 방법으로는 bia xial electrogoniomter를 사용하였으며, 실험방법의 장점으로는 사용의 편리함과 두 축의 관절의 동작이 실제 시간상에서 디지털 데이터로 측정될 수 있으며, 측정된 데이터의 신뢰성과 또한 그에 대한 정확성을 들 수 있다. 손목관절은 굴곡/신전(flexion/extension)과 요측/척측굴곡(radial/ulnar deviation) 으로 두 개의 자유도를 갖는 관절로 가정되었다.
본 연구에서는 평균 손목관절 운동범위에 대해 오른손에서는 굴곡각 53°, 신전각 34°, 요측각 31°, 척측각 18°, 왼손에서는 굴곡각 37°, 신전각 41°, 요측각 26°, 척측각 22°으로 나타났다. 결과적으로 본 연구에서 선정된 25가지의 동작에 필요로 하는 손목관절의 최소 운동범위 즉, 양쪽손 모두에 대한 신전각/굴곡각/요측각/척측각에 대해 최소로 요구되어지는 동작범위를 나타냄으로서, 정상인이 일상생활에 필요로 하는 손목관절의 운동 범위는 Fig.
2°로 동작 범위가 나타났다. 왼손의 경우와 마찬가지로 동작 범위를 Po-lar Chart를 이용하여 데이터 분포의 평균을 구하여 최소로 요구되어지는 각각의 동작에 있어서 범위를 나타내었고, 여기서 평균 굴곡 각도의 범위는 47.4°±15.6°이며 신전 각도의 범위는 33.5°±9.7°로 나타남을 볼 수 있다(Fig. 6b). 이는 위에서 언급한 왼손과의 결과와는 상당히 대조적인 현상을 보이고 있으며, 오른손은 손목의 굴곡각도가 신전각도 보다 오히려 13.
평균적으로 오른손의 사용 빈도가 많은 시험대상이 선택됨으로 인하여, 필요로하는, 굴골 각도는 주로 왼손보다는 오른손에서 많이 나타났으며, 신전각도는 오히려 왼손에서 많이 나타남을 볼 수 있다. 그러나 요축 굴곡각도는 오른손에서 척측 굴곡 각도는 왼손에서 더욱 필요로하는 것으로 보여지고 있다.

후속연구

25종류의 일상 활동에서 요구되어지는 운동 동작을 손목관절에 적용하여 실험 측정을 하였으며, 이러한 동작 범위를 토대로 일상생활에서 필요한 각 관절에서 요구되어지, 최대/최소의 운동 동작 범위를 산정하였으며, 본 연구에서 제공되어지, 실험 자료는 표준 한국인의 손목관절 대한 운동 범위를 정하응 기초 자료로 사용될 수 있을 것이다.
이 중심축을 기준으로 사용되어진 goniometer의 양단이 결정되어지는데 electrogoniometer의 원위한단(distal endblock)은 제 3중수골(3rd metacarpal)의 위치에 놓일 것이며 근위한단(proximal endblock)은 distal forearm의 중심 부분에 위치하였다. 여기서 중요시하여야 할 것은 손목관절의 동작측정 시 supination/pronation의 정확한 이해를 하여야 정확한 결과를 얻을 수 있을 것이다. Fig.

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