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문제 정의
- 따라서 본 연구의 목적은 backpack의 부하를 증가시킴에 따라서 드롭랜딩 착지 시 충격 홉수 기전을 규명하려고 하며 이를 위해 구간별 운동학 및 운동 역학적 변인들을 분석하고자 한다.
- H 등, 2005). 본 실험에서는 1개의 가속도계로가속도를 측정해 선행논문과의 비교를 목적으로 하였다. 최대가속도의 범위는<표 5>에 보이는 것과 같이3.
제안 방법
- Impact peake 지면에 땅에 닿는중격으로 발생하는 높은 주파수와 관련 있으며, active peake 착지하고 있는 동안 혹은 밀어내는 동작과 연관된 낮은 주파수에 기여한다. MDF는 지면으로부터 받은 충격을 신체 각 분절이 상위 분절로 가면서 얼마나 흡수하는가 알아보는 지표로 사용되는데, 본 연구에서는 하나의 가속도계만을 사용하였기 때문에 해당 분절의 MDF와 선행연구의 데이터를 비교하여 참고자료로 활용하였다.
- 경골의 앞쪽 튀어나온 부분에 하퇴의 장축과 가속도계의 X축을 일치하게 부착하여, 경골의 장축을 통해 전해오는 충격 가속을 1500Hz로 sailing 하였다(4OHz Butterworth - lowpass filter). 역치 수준 0.
- 드롭랜딩을 실시하기 위해 착지점이 되는 첫 번째지면반력기에서 운동방향의 반대 방향으로 80cm 떨어진 곳에 높이 40cm 상자를 설치하였다 그 다음 2차원 공간 좌표를 설정하기 위해 모든 운동범위를 포함하는통제점 틀을 세우고 양쪽에 각각 한 대의 카메라를 설치하였다. 먼저 통제점 틀을 양쪽에서 각각 촬영하였고 본 실험인 드롭랜딩 촬영을 시작하였다.
- 따라서 운동학적(kinematic) 자료를 얻기 위해 양쪽에 각각 한 대, 총 두 대의 디지털 비디오 카메라(SONY VX-2100)를 사용하였고 샘플링 빈도는 60 Hz, 셔터스피드는 1/250로 설정하였다. 또한 운동 역학적(kinetic) 자료를 얻기 위해 두 대의 AMII사 지면 반력 기를 사용하였고 샘플링 빈도는 1000Hz로 설정하였다.
- 따라서 운동학적(kinematic) 자료를 얻기 위해 양쪽에 각각 한 대, 총 두 대의 디지털 비디오 카메라(SONY VX-2100)를 사용하였고 샘플링 빈도는 60 Hz, 셔터스피드는 1/250로 설정하였다. 또한 운동 역학적(kinetic) 자료를 얻기 위해 두 대의 AMII사 지면 반력 기를 사용하였고 샘플링 빈도는 1000Hz로 설정하였다. 영상 정보와 지면반력 정보 간의 동조를 위하여manual trigger를 이용 LED 불빛 신호를 영상 정보에, TTL 전기 신호를 지면반력과 가속도 정보에 기록하였다.
- 먼저 통제점 틀을 양쪽에서 각각 촬영하였고 본 실험인 드롭랜딩 촬영을 시작하였다. 실험대상자는반타이즈만 착용하였고, 오토 디지타이징을 위해 인체 관절에 한쪽에 8개씩 16개, 등산화의 한쪽에 3개씩 6개, backpack에 2개씩 4개, 총 26개의 반사마커를 부착하였다.
- 본 연구는 오른쪽과 왼쪽을 구분하여 2차원 분석을 실시하였다. 따라서 운동학적(kinematic) 자료를 얻기 위해 양쪽에 각각 한 대, 총 두 대의 디지털 비디오 카메라(SONY VX-2100)를 사용하였고 샘플링 빈도는 60 Hz, 셔터스피드는 1/250로 설정하였다.
- 본 연구에 사용된 운동학적 변인으로는 각 구간별 시간, 발목관절각도 무릎관절각도 엉덩관절각도 질량중심의 높이변화, 각 관절의 신전-굴곡 차이 등이 있다. 각도의 단위는 degree이다.
- , 2000). 부하조건은 0, 5, 10, 20, 30kg의 다섯 조건으로실험대상자는 난수표를 이용하여 무작위로 드롭 랜딩을 실시하였는데, 제한을 두지 않고 실험대상자가 가장 편하게 생각하는 방식으로 뛰어내리도록 하였다.Backpack의 중량을 증가시키기 위해 10kg 조건부터는디스크를 사용했으며 일반적인 등산용 배낭꾸리기 지침에 의거하여 backpack 안에 가벼운 이불을 채워 놓고 제일 윗부분에 디스크를 삽입하였다.
- 06 프로그램들을 이용하여 kinematic 및 kinetic 변인들을 산출하였다. 산출된 종속 변인들을 power spectral density(PSD) 유형에 따라나누고 재분류하여 중격 흡수 기전을 기술하는데 사용하였다.
- 실험대상자는 실험에 들어가기 전에 중분한 준비운동과 드롭랜딩을 연습하였다. 지면반력기에서 체중을 측정한 후, 상자 위에 올라가서 자연스러운 동작으로 오른발 착지 드롭랜딩을 하고 왼발이 두 번째 지면 반력 기를 접촉하여 양 발이 모두 지면반력기를 벗어날 때까지를 실험구간으로 설정하였다.
- 또한 운동 역학적(kinetic) 자료를 얻기 위해 두 대의 AMII사 지면 반력 기를 사용하였고 샘플링 빈도는 1000Hz로 설정하였다. 영상 정보와 지면반력 정보 간의 동조를 위하여manual trigger를 이용 LED 불빛 신호를 영상 정보에, TTL 전기 신호를 지면반력과 가속도 정보에 기록하였다. 한편 backpacke C사의 등산용 배낭을 사용하였고, 신발은 T사의 중경등화 산악종주용 등산화(270mm)를 사용하였다.
- 지면반력기를 이용해 수직지면반력을 측정하여 최대값을 최대충격력(Max. Fz)으로 사용하였고, 그 절대적 (absolute) 값뿐만 아니라, 각 부하 조건에서 badack부하를 포함한 실험대상자 개인의 체중으로 나눠 상대적 (relative) 인 최대 중격력 (normalized Max. Fz) 도 구해 서로 비교하였다. 또한 이 수직지면반력을 통해 나타난 힘-시간 곡선에서의 기울기를 구하여 그 최대값을최대 부하율(Nfax.
- 드롭랜딩을 연습하였다. 지면반력기에서 체중을 측정한 후, 상자 위에 올라가서 자연스러운 동작으로 오른발 착지 드롭랜딩을 하고 왼발이 두 번째 지면 반력 기를 접촉하여 양 발이 모두 지면반력기를 벗어날 때까지를 실험구간으로 설정하였다.
- 이 같은 착지 유형의 변화는 backpack 부하의 변화에 따라 각 실험대상자별로 다른 착지 전략을 사용하기 때문이라고 사료된다. 착지 유형의 변화를 제일 잘 설명해주는 변인은 가속도계 data의 PSD였으므로 이후 모든 데이터는 PSD의 유형에 따라 분류하였다.
- 01s동안 움직임이 없는 시점을 on 시점으로, 오른발 착지 시 발생한 최대가속도 발생 이후 같은 기준으로 off 되는 시점을 정의하였다그림 1>). 최대가속도의 절대값(NX. acc.) 과 on, off 구간의 median frequency(MDF), Fast Fourier Transfonmtion(FFI) 를 사용하여 구한 PS D에서 각 시행의 impact peak과 active peak에서의 주파수를 조사하였다. Impact peake 지면에 땅에 닿는중격으로 발생하는 높은 주파수와 관련 있으며, active peake 착지하고 있는 동안 혹은 밀어내는 동작과 연관된 낮은 주파수에 기여한다.
대상 데이터
- 한편 backpacke C사의 등산용 배낭을 사용하였고, 신발은 T사의 중경등화 산악종주용 등산화(270mm)를 사용하였다. 또한 backpack 부하를 증가시키기 위해 7.5kg 2개, 5kg 1개, 2.5kg 2개, 총 5개의 디스크를 사용하였다. 가속도 즉정은 Noraxon inline accelerometersensor> 사용하였고 이 센서는 2축이며 10G까지 측정이 가능하며, bandwidth는 5Hz~6kHz이다
- 본 연구의 실험대상자는 하지의 병력이 없는 건강한 성인 남자 10명으로 신체적 특징은 다음과 같다
- 먼저 통제점 틀을 양쪽에서 각각 촬영하였고 본 실험인 드롭랜딩 촬영을 시작하였다. 실험대상자는반타이즈만 착용하였고, 오토 디지타이징을 위해 인체 관절에 한쪽에 8개씩 16개, 등산화의 한쪽에 3개씩 6개, backpack에 2개씩 4개, 총 26개의 반사마커를 부착하였다. 또한 가속도 측정을 위해 가속도계를 경골의 앞쪽튀어나온 부분tibial tuberosity) 에 하퇴의 장축과 가속도계의 X축을 일치하게 부착하였다{Mizrahi et al.
- 영상 정보와 지면반력 정보 간의 동조를 위하여manual trigger를 이용 LED 불빛 신호를 영상 정보에, TTL 전기 신호를 지면반력과 가속도 정보에 기록하였다. 한편 backpacke C사의 등산용 배낭을 사용하였고, 신발은 T사의 중경등화 산악종주용 등산화(270mm)를 사용하였다. 또한 backpack 부하를 증가시키기 위해 7.
데이터처리
- Kwon 3D V.3.1, Kwon GRF V.2.0, NS Office Excel 2003, Noraxon MR XP V.1.06 프로그램들을 이용하여 kinematic 및 kinetic 변인들을 산출하였다. 산출된 종속 변인들을 power spectral density(PSD) 유형에 따라나누고 재분류하여 중격 흡수 기전을 기술하는데 사용하였다.
성능/효과
- 1. 드롭랜딩 시 신체는 크게 본 연구에서 사용한 두 가지의 기전을 구사하여 착지흥}는 것으로 나타났다.
- 3. 유형 2는 하지의 관절을 미리 굴곡시키고, 상체를 앞으로 숙인 상태에서 착지하고, 착지 후 오른발로 지면을 밀어 바로 왼발로 전이시키는 유형으로써 착지하는 발은 상대적으로 낮은 충격을 받는 것으로 나타났다 유형 3과 유형 4는 유형 2와 같은 기전을 사용하는 다른 형태로 나타났다.
- 4. 부하가 증가할수록 유형 1에서 유형 2의 전략을 사용하여 착지하는 사례가 증가하였다.
- 각 유형의 오른발 착지 최대충격력 평균값을 비교해 보면, 유형 1은 약 1900N, 유형 2와 유형 3은 약 1700-1750H 유형 4는 약 1600N을 보였는데, MDF와 가속도 결과와 마찬가지로 유형 1에 비해 유형 2~4 의 최대충격력이 작았다. 오른발 착지 후 바로 내딛는 왼발의 착지 최대충격력 평균값을 비교해 보면, 유형 4가 약 750N, 유형 2가 약 600N, 유형 1과 유형 3이 약 500N의 충격력을 보였다.
- 또한 backpack의 부하를 증가시킴에 따라 5kg 부하까지는 가속도 지면반력 등 충격을 나타내는 변인에서 큰 값을 나타내었지만, 10kg 부하 이후 30kg 부하까지 오히려 감소된 결과를 보였다. 이는 신체가 5kg 부하까지는 무부하 상태와 마찬가지로 인식을 하는 반면, 10kg 부하 이후부터 상해 방지를 위한 기전을 발휘해 충격을 감소시키게 된다.
- 본 드롭랜딩 실험에서는의 결과와 같이 유형 1의 active peake 12~17Hz, 유형 2는 18~19Hz, 유형 3은 10~21Hz의 주파수를 보였으며, 전반적으로 10~21Hz의 분포 대를 가졌다.
- 본 연구는 backpack의 부하를 증가시킴에 따라서 드롭랜딩 착지 시 충격의 흡수 기전을 규명하기 위해 구간별 운동학 및 운동역학적 변인들을 분석하였다 그 결과 착지유형을 네 가지로 분류하였고 유형에 따라 충격 흡수 기전이 다르다는 것을 확인하였는데, 유형 2, 유형 3과 유형 4는 오른발 착지 시 발생하는 중격에 있어서 MDF, 최대가속도 최대충격력이 비슷한 양상을 나타내 유형 1에 비해 상대적으로 비슷한 기전을 발휘해 충격을 흡수한다는 것을 확인하였다 빈도 분포가 유형 1~4로 나뉜 것에 착안하면, 유형 1에 대응하는 유형 2의 빈도는 중량의 부하가 커짐에 따라서 증가한다고 할 수 있다.
- 본 연구의 실험 결과 각 실험대상자들은 backpack 부하 증가에 따른 드롭랜딩 시 각기 다른 착지 유형을 보였다. 그 유형은 같은 실험대상자 내 부하별로 달랐으며, 실험대상자 간에도 다르게 나타났다.
- 오른발 착지 시 수직지면반력의 최대값을 최대충격력(max_Fz) 이라 하고 각 값을 backpack의 중량을 포함한 실험대상자의 체중으로 표준화(relative max_Fz)하여 나타내었을 때, 전체 실험대상자에 대한 비교는과 같다 그림에서 보는 바와 같이 최대충격력에서 backpack 부하의 증가에 따라 같이 증가하는 경향을 보였고, 10kg 부하에서 잠시 줄어들었다가 증가하는 모습을 보였다.
- 각 유형의 오른발 착지 최대충격력 평균값을 비교해 보면, 유형 1은 약 1900N, 유형 2와 유형 3은 약 1700-1750H 유형 4는 약 1600N을 보였는데, MDF와 가속도 결과와 마찬가지로 유형 1에 비해 유형 2~4 의 최대충격력이 작았다. 오른발 착지 후 바로 내딛는 왼발의 착지 최대충격력 평균값을 비교해 보면, 유형 4가 약 750N, 유형 2가 약 600N, 유형 1과 유형 3이 약 500N의 충격력을 보였다. 전반적으로 오른발 착지 시중격력이 컸을 때는 왼발의 중격력이 작게 나타났고, 오른발 충격력이 상대적으로 작게 나타난 유형의 경우에는 왼발의 충격력이 상대적으로 크게 나타났는데, 이는 부하의 변화에 따라 다른 충격을 감지한 신체 고유수용기가 왼발을 디디기 전에 충격을 흡수할 수 있는 기전을 작용시킴으로써 나타난 결과로 추측되어진다.
- 편이다. 왼발의 최대충격력에 있어서 부하 증가에 따른 일정한 경향은 없지만, 30kg 조건을 제외하고는 유형 1보다 큰 값을 보여 오른발 착지 시에 작았던 크기를 보상하고 있음을 알 수 있다.
- 유형 1보다 상체가 더 기울어져 있는 것을 볼 수 있다(<그림 9>). 이 시점에서의 무게중심(CM; Center of Mass)과 압력중심 (OOP; Center of Pressure)을 비교해보면, 드롭랜딩 착지 시 유형 1은 진행 방향에서 확인했을 때 COP 위치보다 CM의 위치가 뒤쪽에 자리하고 있으며, 유형 2는 유형 1보다 상대적으로 CM이 CDP 보다 더 앞쪽에 위치하는 것을 알 수 있었다. 이 사실은 유형 1의 착지 시 충격력이 더 크게 나오는 원인으로 유추할 수 있다.
- 전체적으로 보았을 때 유형 1과 유형 2가 30%와 36%로 가장 많이 발생했으나, 중량별로 환산한 빈도 분포에선Okg에서의 1유형이 50%, 2유형이 40%로 나타나 부하가 가벼운 상황에선 유형 1 혹은 유형 2 착지를 사용한다고 예측할 수 있다. 이러한 분포는 중량이 변화함에 따라 다른 양상을 보이는데, C F, J 실험대상자는 중량변화와 상관없이 각각 유형 1, 유형 4, 유형 2가 지속되는 PSD를 보였고, D, G 실험대상자의 경우 유형 2를 중간 부하까지 유지하다가 유형 4 내지는 유형 2로 변화하는 모습을 보였다. 이로 미루어 볼 때, 각 실험대상자들이 중량의 변화에 대하여 매우 다양한 착지 전략을 사용하였음을 추정할 수 있는데, 중량의 변화와 더불어 평소 착지할 때의 습관이 각 시행마다 적용되어 이러한 결과를 나타낸 것으로 사료된다.
- 오른발 착지 후 바로 내딛는 왼발의 착지 최대충격력 평균값을 비교해 보면, 유형 4가 약 750N, 유형 2가 약 600N, 유형 1과 유형 3이 약 500N의 충격력을 보였다. 전반적으로 오른발 착지 시중격력이 컸을 때는 왼발의 중격력이 작게 나타났고, 오른발 충격력이 상대적으로 작게 나타난 유형의 경우에는 왼발의 충격력이 상대적으로 크게 나타났는데, 이는 부하의 변화에 따라 다른 충격을 감지한 신체 고유수용기가 왼발을 디디기 전에 충격을 흡수할 수 있는 기전을 작용시킴으로써 나타난 결과로 추측되어진다.
- 전체적으로 보았을 때 유형 1과 유형 2가 30%와 36%로 가장 많이 발생했으나, 중량별로 환산한 빈도 분포에선Okg에서의 1유형이 50%, 2유형이 40%로 나타나 부하가 가벼운 상황에선 유형 1 혹은 유형 2 착지를 사용한다고 예측할 수 있다. 이러한 분포는 중량이 변화함에 따라 다른 양상을 보이는데, C F, J 실험대상자는 중량변화와 상관없이 각각 유형 1, 유형 4, 유형 2가 지속되는 PSD를 보였고, D, G 실험대상자의 경우 유형 2를 중간 부하까지 유지하다가 유형 4 내지는 유형 2로 변화하는 모습을 보였다.
후속연구
- 이로 미루어 볼 때, 각 실험대상자들이 중량의 변화에 대하여 매우 다양한 착지 전략을 사용하였음을 추정할 수 있는데, 중량의 변화와 더불어 평소 착지할 때의 습관이 각 시행마다 적용되어 이러한 결과를 나타낸 것으로 사료된다. 분석에 사용된 총 시행 횟수가 50회인 바, 추후 연구에서는 실험대상자들을 더 많이 늘려서 결과를 확인해 볼 필요가 있다.
- 이는 MDF 분석과 마찬가지로 같은 기전 작용이 다른 형태로 나타난 것이라는 또 하나의 중요 증거라고 할 수 있다. 즉, 차후 분석에서는 각 유형별 분석과 더불어 유형 2, 유형 3, 유형 4 를 하나의 그룹으로 묶어서 결과를 해석할 필요가 있다고 사료된다
- 하지만 5kg 조건에서의 돌출은 backpack의 조건이 학습되지 않은 상황에서 뛰어내림으로써 신체가 미처 방어 기전을 펴지 못했던 것으로 사료되며, 이후 10kg 이후부터는 인체의 고유 감각적인 기관들이 동원되어 신체를 충격으로부터 보호하기 위한 기전을 실행했을 것이라 사료된다. 유형 1의 왼발 착지 자료를 보면, 큰 충격으로부터의 회복을 위해 부하가 커질수록더욱 세게 왼발을 딛는 것으로 나타났다.
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