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문제 정의
- 본 연구에서는 어떤 한 동작의 근육 활동이 다른 동작의 근육 활동에 기준이 되어 표준화 작업이 가능하겠는가라는 문제점이 제기 되었고 이러한 문제점을 해결해 보기 위해 비록 유사한 동작이지만 서로 다른 동작이라 할 수 있는 양발 수직 점프 동작과 한발 수직 점프 동작을 선정하였다. 또한 점프유형에 따른 비교를 위해 여덟 명을 대상자로 내측광근과 비복근의 근 활동을 측정하여 적용하였다.
- 본 연구에서는 위와 같은 표준화 방법을 통해 동일 근육의 서로 다른 동작의 직접 비교 가능성에 대한 평가를 수직 점프 동작을 이용하여 알아 볼 것이다. 본 연구에서 실시할 수직 점프는 동작 시하지의 무릎과 발목 관절에서 굴곡과 신전만 일어나는 비교적 간단한 동작으로 크게 양발과 한발 수직 점프로 나눌 수 있으며 양발 수직 점프 시 발생되는 근육 활동과 한발 수직점프 시 발생되는 근육 활동 간에는 차이가 나타날 수 있다.
- 그러나 양발과 한발 수직 점프 시 그 동작은 유형은 유사하기 때문에 양발 점프 시의 근육 활동을 기준으로 한발 점프 시의 근육 활동을 비교하여 설명할 수 있을 것이다. 이에 본 연구의 목적은 양발 점프 시의 근육 활동을 기준으로 하여 한발 수직 점프 시의 근육 활동을 표준화 했을 때 양발 수직 점프와 한발 수직 점프 시의 근육 활동을 서로 비교, 설명 이 가능한지 알아보는데 있다.
제안 방법
- 분모는 동심성 수축 구간의 근전도 데이터의 평균값이다. 그리고 양발 점프와 한발 점프를 비교하기 위해 양발 점프 시 각 구간의 V/M IEMG 값으로 한발 점프 시의 각 구간의 V/M IEMG 값을 나누었다. 하지만 본 연구에서 사용되는 V/M IEMG 값의 단위는 무의미함으로 그 값은 단지 숫자로써 크기만을 나타내 주고 있다.
- 이를 위해 우선 양발 점프 동작 시의 동심성 수축 구간의 근전도 데이터의 평균값을 구하여 양발 점프와 한발 점프 시의 근전도 데이터를 나누어 첫 번째 단계의 표준화를 실시하였다. 그리고 표준화된 데이터를 구간별로 적분하여 V/M IEMG 값을 구함으로써 두 번째 단계의 표준화 과정을 수행하였다. 그리고 양발 수직 점프 시의 값을 기준으로 하여 한발 수직 점프 시의 근육 활동을 과연 어떻게 설명해 줄 수 있는지 살펴 본 결론은 다음과 같다.
- 20mm 였다. 근전도 측정은 MegaWin System (Mega Electronics Ltd, Finland) 의 자체프로그램인 ME3000P8(Mega Electronics LTD, Finland) 을 사용하였고 근전도 신호의 주파수 범위 (band width) 는 20-500Hz 사이로 설정하였으며, 전극의 공통성분제거비(CMRR)는 UOdb로 설정하였다. 점프 동작 시 발생한 근육의 전기적 신호는 근육에 부착된 표면 전극을 통하여 Pre-amplifier cable에 의해 증폭 되었으며, 증폭된 신호를 12bit 아날로그/디지털 변환기로 1000Hz의 주파수로 샘플링 하였다.
- 근전도의 신호처리와 저장은 MegaWin ver. 2.1 (Mega Electronics Ltd, Ma, Finland) 소프트웨어를 이용하여 산출하였으며 수집된 근전도 신호에서 점프 동작 구간을 구분하기 위하여 대상자의 점프 동작 시 6mm 디지털 비디오카메라 (GR-DVR9500, JVC)를 이용하여 60frames/ sec 으로 촬영하였다. 촬영된 영상은 Marvel connector box를 지나 Matrox marvel Adapter 를 통해 컴퓨터에 저장되고 MegaWin PC Software에 의해 동조하였다.
- 또한 선택한 근전도 데이터는 다른 동작들 간의 원만한 근육 활동의 비교를 위하여 표준화 과정을 거쳐야 하는데 본 연구에서는 점프 하는 동안 각대 상자의 근육에서 얻어진 근전도 데이터를 두 번의 표준화 과정을 실시하였다. 첫 번째 표준화 과정은 얻어진 근전도 원 데이터를 전파정류(full wave rectification)를 시킨 후, 각 근육의 양발 점프 시동 심성 수죽(concentric contraction) 구간에서 얻은 근전도 데이터의 평균값으로 동일 근육의 한발 점프와 양발 점프 시 각 구간의 근전도 데이터를 나누었다.
- 한발 수직 점프 동작을 선정하였다. 또한 점프유형에 따른 비교를 위해 여덟 명을 대상자로 내측광근과 비복근의 근 활동을 측정하여 적용하였다. 양발 점프 동작을 일상적이고 보편적인 동작으로 설정하여 한발 점프 동작 시의 근육 활동을 비교하기 위해 표준화 작업을 시도해 보았다.
- 본 연구에서는 분석을 위해 점프 동작과 근육의 활동을 크게 두 구간으로 나누었다. 다음의<그림 -1, 2>와 같이 먼저 점프 전 무릎과 발목에서 굴곡이 시작되어 무릎이 최대로 굴곡 될 때까지를 첫 번째 구간으로 설정하였고 이때 내측광근과 비복근에서는 편심성 수축(eccentric contraction)이 발생하게 된다.
- 본 연구의 실험은 각 대상자들에게 자신의 발에 맞는 운동화를 신도록 하였고, 양발과 한발로 수직점프를 수행하게 하였다. 실험 전 대상자들은 정확한 점프 동작을 수행할 수 있도록 충분히 연습시킨 후 각각의 점프를 여섯 번씩 실시하였으며 이때 하지 근육의 활동을 근전도로 측정하였다.
- 실험 전 대상자들은 정확한 점프 동작을 수행할 수 있도록 충분히 연습시킨 후 각각의 점프를 여섯 번씩 실시하였으며 이때 하지 근육의 활동을 근전도로 측정하였다. 실험 시대 상자들은 양발 점프를 먼저 실시한 후 한발 점프를 실시하도록 하였고 이때 연구자는 대상자들에게 양발 수직 점프 시에는 하지 외의 다른 부위의 협응을 제한하기 위해 양 손을 엉덩이 위에 편안히 얹도록 하였고 한발 점프 시에는 주로 사용하는 발인 오른쪽발로 수행하게 하였으며 균형을 잘 유지할 수 있도록 양팔을 옆으로 벌리도록 주문하였다. 점프동작의 간격은 근육에 피로가 쌓이지 않도록 1 분씩 하였다.
- 수행하게 하였다. 실험 전 대상자들은 정확한 점프 동작을 수행할 수 있도록 충분히 연습시킨 후 각각의 점프를 여섯 번씩 실시하였으며 이때 하지 근육의 활동을 근전도로 측정하였다. 실험 시대 상자들은 양발 점프를 먼저 실시한 후 한발 점프를 실시하도록 하였고 이때 연구자는 대상자들에게 양발 수직 점프 시에는 하지 외의 다른 부위의 협응을 제한하기 위해 양 손을 엉덩이 위에 편안히 얹도록 하였고 한발 점프 시에는 주로 사용하는 발인 오른쪽발로 수행하게 하였으며 균형을 잘 유지할 수 있도록 양팔을 옆으로 벌리도록 주문하였다.
- 또한 점프유형에 따른 비교를 위해 여덟 명을 대상자로 내측광근과 비복근의 근 활동을 측정하여 적용하였다. 양발 점프 동작을 일상적이고 보편적인 동작으로 설정하여 한발 점프 동작 시의 근육 활동을 비교하기 위해 표준화 작업을 시도해 보았다. 이를 위해 우선 양발 점프 동작 시의 동심성 수축 구간의 근전도 데이터의 평균값을 구하여 양발 점프와 한발 점프 시의 근전도 데이터를 나누어 첫 번째 단계의 표준화를 실시하였다.
- 이렇게 설정 된 점프 동작 동안의 근육의 편심 성과 동심성 수축 두 구간의 발생시간은 일치하지 않으나 각각의 두 구간을 같은 시간 간격으로 다시세 구간씩 나누어 전체 점프 동작 구간을 종 여섯 개 구간으로 분리하였다. <그림 1>은 편심성 수축구간으로 제 1구간은 편심성 수축이 시작되는 구간으로 똑바로 서 있는 자세로부터 무릎과 발목에서 굴곡과 배측 굴곡이 시작되는 구간, 제 2구간은 편심성 수축이 진행되는 구간으로 무릎과 발목에서 굴곡과 배측 굴곡이 진행되는 구간, 제 3구간은 편심성 수축이 마무리되어 끝나는 구간으로 무릎과 발목에서 굴곡과 배측 굴곡이 끝나는 구간으로 설정하였고<그림 2>는 동심성 수축 구간으로 제 4구간은 동심성 수죽이 시작되는 구간으로 무릎과 발목에서 신전과 저측 굴곡이 시작되는 구간, 제 5구간은 동심성 수축이 진행되는 구간으로 무릎과 발목에서 신전과 저측 굴곡 이 진행되는 구간, 제 6 구간은 동심성 수축의 마무리이며 발이 바닥에서 떨어지기 직전까지의 구간을 의미한다.
- 양발 점프 동작을 일상적이고 보편적인 동작으로 설정하여 한발 점프 동작 시의 근육 활동을 비교하기 위해 표준화 작업을 시도해 보았다. 이를 위해 우선 양발 점프 동작 시의 동심성 수축 구간의 근전도 데이터의 평균값을 구하여 양발 점프와 한발 점프 시의 근전도 데이터를 나누어 첫 번째 단계의 표준화를 실시하였다. 그리고 표준화된 데이터를 구간별로 적분하여 V/M IEMG 값을 구함으로써 두 번째 단계의 표준화 과정을 수행하였다.
- 근전도 측정은 MegaWin System (Mega Electronics Ltd, Finland) 의 자체프로그램인 ME3000P8(Mega Electronics LTD, Finland) 을 사용하였고 근전도 신호의 주파수 범위 (band width) 는 20-500Hz 사이로 설정하였으며, 전극의 공통성분제거비(CMRR)는 UOdb로 설정하였다. 점프 동작 시 발생한 근육의 전기적 신호는 근육에 부착된 표면 전극을 통하여 Pre-amplifier cable에 의해 증폭 되었으며, 증폭된 신호를 12bit 아날로그/디지털 변환기로 1000Hz의 주파수로 샘플링 하였다.
- 과정을 실시하였다. 첫 번째 표준화 과정은 얻어진 근전도 원 데이터를 전파정류(full wave rectification)를 시킨 후, 각 근육의 양발 점프 시동 심성 수죽(concentric contraction) 구간에서 얻은 근전도 데이터의 평균값으로 동일 근육의 한발 점프와 양발 점프 시 각 구간의 근전도 데이터를 나누었다. 그리고 두 번째 표준화 과정은 이렇게 얻은 첫 번째 표준화 된 근전도 데이터를 여섯 구간으로 나누어 적분하여 적분근전도(Integrated Electromayography) 값을 얻을 수 있으며, 다음식(1)과 같다.
- 촬영된 영상은 Marvel connector box를 지나 Matrox marvel Adapter 를 통해 컴퓨터에 저장되고 MegaWin PC Software에 의해 동조하였다. 컴퓨터 화면상에 근전도 신호의 시작점을 나타내는 마커가 표시될 때 특수 제작한 마우스를 이용하여 후레쉬와 함께 터뜨려서 영상 자료와 근전도 신호를 동조하였다.
- 점프동작의 간격은 근육에 피로가 쌓이지 않도록 1 분씩 하였다. 하지 근육의 근전도 측정 시 자료의 노이즈를 최소화하기 위해 면도기와 알코올을 이용하여 대상자들의 측정 부위의 털과 피부의 노폐물을 제거하고 표면전극은 내측광근(Vastus medialis: VND과 비복근(Gastrocnemius: GCM)의 기시부와 종지부 1/2지점에서 근육이 가장 발달한 곳에 부착하였고 두 전극 사이의 간격은 3cm로 하였다. 접지 전극은 주변 근육의 전기적 신호로 인한 오차를 줄이기 위해 근육이 없는 비골과 경골두에 부착하였다.
대상 데이터
- 그리고 다음과 같이 여섯 번의 점프 동작 중에서 동작이 잘 이루어 졌다고 판단되어진 동작의 근전도 신호를 선택하여 본 연구의 자료로 삼았다.
- 본 연구의 대상자는 현재 양측 하지에 특별한 상해나 통증이 없는 건강한 Y대학교 학생 8명을 선정하였다. 그리고 실험 전 대상자들에게 실험 목적과 방법에 대하여 설명하고 실험 참가에 대한 동의를 얻었다.
- 1 (Mega Electronics Ltd, Ma, Finland) 소프트웨어를 이용하여 산출하였으며 수집된 근전도 신호에서 점프 동작 구간을 구분하기 위하여 대상자의 점프 동작 시 6mm 디지털 비디오카메라 (GR-DVR9500, JVC)를 이용하여 60frames/ sec 으로 촬영하였다. 촬영된 영상은 Marvel connector box를 지나 Matrox marvel Adapter 를 통해 컴퓨터에 저장되고 MegaWin PC Software에 의해 동조하였다. 컴퓨터 화면상에 근전도 신호의 시작점을 나타내는 마커가 표시될 때 특수 제작한 마우스를 이용하여 후레쉬와 함께 터뜨려서 영상 자료와 근전도 신호를 동조하였다.
- 표면전극은 Skintact Premier Fs-401 (Leonhard Lang Gmbh, Austria)을 사용하였고 전극의 지름은 20mm 였다. 근전도 측정은 MegaWin System (Mega Electronics Ltd, Finland) 의 자체프로그램인 ME3000P8(Mega Electronics LTD, Finland) 을 사용하였고 근전도 신호의 주파수 범위 (band width) 는 20-500Hz 사이로 설정하였으며, 전극의 공통성분제거비(CMRR)는 UOdb로 설정하였다.
데이터처리
- ME3000P를 이용하여 얻어진 근전도 데이터는 Lab VIEW 6.1 을 이용하여 제작된 프로그램을 통하여 위의 모든 과정을 수행하였고, 각각의 점프 동작과 동작 구간에 대해 측정 근육의 근 활동의 차이를 알아보기 위해 SPSS WIN ver 11.0 통계프로그램을 이용해 유의수준 .05에서 Paired t-test를 실시하였다.
이론/모형
- (Clancy, Morin, & Merletti, 2003; Hansson, Nordander, Asterland, Ohlsson, Stromberg, Skerfving, & Rempel, 2000; Merletti & Conte, 1997). 이렇게 근전도에 의해 얻어진 데이터를 이용하여 근육이 활동하는 정도나 기간 혹은 근육이 발현하는 힘을 평가하며 (Basmajian & DeLuca, 1985), Fourier transformation을 이용한 power spectral density를 통해 근육의 피로 정도를 밝혀내는 방법으로도 이용한다(Ament, Bonga, Hof, & Verkerke, 1993; Duchateau & Hainaut, 1991: Esposito, Malgrati & Veicsteinas, 1996; Roman-Liu, Tokarski & Wojcik, 2004).
성능/효과
- 한발 점프의 경우는 각각 165ms와 113ms으로 나타났다. 결과적으로 한발 점프인 경우 편심성 수축 구간인 제 1, 2, 3구간에서 구간마다 약 12ms정도 그리고 동 심성 수축 구간인 제 4, 5, 6구간에서 구간마다 약 20ms정도 더 많이 소요된 것으로 나타났다.
- 그리고은 비복근의 양발, 한발 점프 시 수축유형을 비교한 것으로 편심성 수축 구간, 동심성 수죽 구간, 그리고 전체구간에서 각각 36.3%, 52.1%, 46.8%씩 유의한 차이로 증가한 값을 보여주고 있다.
- <표 4>는 비복근의 근 활동도 내측광근의 결과와 유사하게 나타났고 V/M IEMG 값이 1, 2, 4, 5 구간에서 유의한 차이를 보이고 있으며 각 구간에서 39.7%, 36.8%, 91.4%, 48.7%씩 양발 점프 시 보다 한발 점프 시 근 활동이 증가하였다.
- 다음 는 내측광근의 편심성 수축 구간과 동 심성 수축 구간에서의 근 활동 변화를 나타낸 것으로 제 1, 2, 3구간들을 더해서 얻어진 편심성 수축구간에서는 25.9%, 제 4, 5, 6구간들을 더해서 얻어진 동심성 수축 구간에서는 40% 증가한 것으로 나타났으며 전체 구간을 비교하여도 한발 점프 시 33.6% 증가하였으며 이러한 변화는 모두 유의한 차이를 보였다.
- 보여주고 있다. 두 근육 모두에서 편심성 수축 구간 중 제 1구간에서 양발 점프에 비해 가장 큰 값을 나타냈으며, 제 2, 3구간에서 한발 점프 값의 증가량이 점차 감소하였고 동심성 수축 구간에서도 첫 번째 구간인 제 4구간에서 양발 점프에 비해 가장 큰 값을 갖고 있었으며 제 5, 6구간에서 감소하였다.
- 둘째, 편심성 수축 구간에서는 양발 점프, 한발 점프 모두 동작이 진행됨에 따라 근육의 활동이 점차 커졌으며, 동심성 수축 구간에서는 동작 마지막 구간에서는 근육 활동이 낮아지는 것으로 나타났다.
- 본 연구에서 양발 점프와 한발 점프 비교 시 동 심성 수죽 구간에서 유의한 차이를 나타냈으며, 전체 동작 시간과 편심성 수축 구간은 유의한 차이가 나타나지 않았다. 양발 점프의 총 소요 시간은 평균 706ms이었으며 한발 점프의 총 소요 시간은 평균 834ms으로 한발 점프의 경우 약 127ms 정도의 시간이 더 소요 되었다.
- 또한<표 4>의 양발 점프 시의 내측광근의 편심성 수축 구간의 V/M IEMG 값은 동심성 수축 구간의 V/M IEMG 값의 약 82%에 이르렀고 한발 점프 시는 약 74%에 해당 되었다. 비록 한발 점프 시 모든 구간에서 양발 점프에 비해 V/M IEMG 값은 증가하였으나 오히려 동심성 수축 구간의 근육 활동에 대한 편심 성 수축 구간의 근육 활동 비율은 양발 점프에 비해 약 8% 정도 감소한 것으로 나타났으며 비복근의 양발 점프와 한발 점프 시의 편심성/동심성 수축은 각각 50%와 45%로 내측광근에 비해 약 30% 정도씩 감소하였다, 즉 편심성 수축 구간 동안의 근육 활동이 활발하지 않다는 것을 보여주고 있다. 이것은 단관절 근육인 내측광근은 단순히 대퇴의 움직임에만 관련되지만 다관절 근육인 비복근은 하퇴와 대퇴, 발의 움직임에 상호 연관되어 있기 때문으로 사료된다.
- 셋째, 각 점프 동작 시 동심성 수축보다 편심 성 수축 시 근육 활동이 감소하였다.
- <표 4>에서 한발 점프의 경우 제 4구간에서는 양발 점프에 비해 가장 큰 91.4%의 증가율이 나타나고 있으며, 제 5구간에서는 제 4구간에 비해 양발점프의 경우 약 100%, 한발 점프의 경우 약 50%정도가 증가하였다.
- 위의 내용들을 종합하여 볼 때 본 연구의 목적인 양발 점프 동작과 한발 점프 동작의 근육 활동을 표준화 한 후 양발 점프 동작을 기준으로 하여 한발 점프 시의 근육 활동을 비교하여 설명하는 것이 가능하였다. 그 의미는 어떤 한 동작의 근육 활동이 기준이 되어 다른 동작의 근육 활동을 분석할 수 있는 또 다른 의미의 표준화가 가능하였다는 것이다.
- 첫째, 내측광근과 비복근의 V/M IEMG 값이 양발 점프에서 보다 한발 점프 시에 더 크게 나타났다.
- 특히, 에서 한발 점프 시 제 1구간에서 양발 점프 시보다 근 활동이 약 56%의 가장 큰 증가를 보이고 있는데 이는 한발로 중심을 유지하기 위해 보다 큰 편 심성 수축이 일어난 것으로 생각해 볼 수 있으며 이러한 이유로 동작 시간도 양발 점프 때보다 늦어지는 경향이 나타난 것으로 사료된다.
후속연구
- 앞으로는 본 연구에서 실행한 표준화 방법을 동일한 대상자가 반복하여 동작을 수행했을 때에 얼마나 높은 신뢰도를 갖는가하는 하는 연구와 유사한 동작들 간의 비교만이 아닌 서로 다른 동작들 간에서의 비교를 하는 연구가 필요할 것이다. 이는 본 연구에서와 같이 점프와 착지 동작은 서로 다른 동작이라도 연결된 동작이므로 점프를 기준 동작으로 하여 착지 동작을 비교 설명 할 수 있을 것으로 기대된다.
- 이는 본 연구에서와 같이 점프와 착지 동작은 서로 다른 동작이라도 연결된 동작이므로 점프를 기준 동작으로 하여 착지 동작을 비교 설명 할 수 있을 것으로 기대된다.
- 이는 서로 다른 동작을 직접 비교하는 데는 한계가 있다. 이에 동일 근육의 서로 다른 동작을 직접 비교하기 위해 기준 동작을 대표되는 값으로 표준화하고 다시 주어진 동작 전체 구간에서 발생되는 근전도 값이 기준이 되어 다른 동작을 비교할 수 있다면 여러 동작 시의 근육활동을 이해하는데 큰 도움이 될 것이다.
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