The gait instability in the elderly has been associated with age-related deterioration in physical strength and reducing the potential for elderly falls requires regular exercise. In 2005, National Center for Injury Prevention and Control(NCIPC) reported that most elderly falls occur during activiti...
The gait instability in the elderly has been associated with age-related deterioration in physical strength and reducing the potential for elderly falls requires regular exercise. In 2005, National Center for Injury Prevention and Control(NCIPC) reported that most elderly falls occur during activities in daily living(ADL). To better reveal biomechanic mechanisms underlying age-related degeneration in gait stability, and to enhance the assessment of falls risk, an accurate quantification of a person's balance maintenance during locomotion is needed. Instantaneous orientation of the line connecting COP and COM can characterize whole body position with respect to the supporting foot during gait and the angle between this line and the vertical line passing through the COP known as a good assessment to detect the elderly gait instability. Therefore the purpose of this study was to investigate a 6-month walking exercise effects in reducing elderly fall risk factors by using COP-COM inclination angles. Twenty-two community-dwelling elderly participated this study. The participants performed a walking exercise(3 times/week, 1 hour/visit) for 6 months. Laboratory kinematics during walking was assessed at months 0, 3 and 6. Significant increased in gait velocity was found among periods(p=.011, $1.25{\pm}.03$, $1.32{\pm}.03$, and $1.39{\pm}.04\;m/s$ in 0-, 3-, and 6-month, respectively). Also, significant differences in anterior and posteriror inclination angles were found among the periods(p<.05; posterior inclination angles: $12.8{\pm}2.2$, $11.0{\pm}2.9$, & $10.9{\pm}1.9$; anterior inclination angles: $13.7{\pm}1.7$, $14.6{\pm}3.2$, & $1.46{\pm}.21$ in 0month, 3month, & 6month, respectively). These findings provide evidence of significant reduced fall risk factors of community-living older adults associated with a systematic walking program.
The gait instability in the elderly has been associated with age-related deterioration in physical strength and reducing the potential for elderly falls requires regular exercise. In 2005, National Center for Injury Prevention and Control(NCIPC) reported that most elderly falls occur during activities in daily living(ADL). To better reveal biomechanic mechanisms underlying age-related degeneration in gait stability, and to enhance the assessment of falls risk, an accurate quantification of a person's balance maintenance during locomotion is needed. Instantaneous orientation of the line connecting COP and COM can characterize whole body position with respect to the supporting foot during gait and the angle between this line and the vertical line passing through the COP known as a good assessment to detect the elderly gait instability. Therefore the purpose of this study was to investigate a 6-month walking exercise effects in reducing elderly fall risk factors by using COP-COM inclination angles. Twenty-two community-dwelling elderly participated this study. The participants performed a walking exercise(3 times/week, 1 hour/visit) for 6 months. Laboratory kinematics during walking was assessed at months 0, 3 and 6. Significant increased in gait velocity was found among periods(p=.011, $1.25{\pm}.03$, $1.32{\pm}.03$, and $1.39{\pm}.04\;m/s$ in 0-, 3-, and 6-month, respectively). Also, significant differences in anterior and posteriror inclination angles were found among the periods(p<.05; posterior inclination angles: $12.8{\pm}2.2$, $11.0{\pm}2.9$, & $10.9{\pm}1.9$; anterior inclination angles: $13.7{\pm}1.7$, $14.6{\pm}3.2$, & $1.46{\pm}.21$ in 0month, 3month, & 6month, respectively). These findings provide evidence of significant reduced fall risk factors of community-living older adults associated with a systematic walking program.
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문제 정의
또한 개인 주치의로부터 본 프로그램에 참가하는데 신체적으로 이상이 없음을 확인하는 확인서를 받아 제출하도록 하였다. 대상자들의 일반적 특성은 <표 1>과 같다.
본 실험은 노인들이 연구대상이었으므로 운동 중에 일어날 수 있는 안전사고를 미연에 방지하고, 훈련과정을 관찰하기 위하여 연구자가 jogging track을 방문하여 관리 감독 하였다. 본 실험에서 제공된 운동 외의 다른 운동의 간섭을 방지하기 위하여 연구 기간 동안 어떠한 운동 프로그램이라도 참여할 경우에는 반드시 연구자에게 보고하도록 요구되었다.
본 연구는 전, 후방 기울기 각이 훈련기간에 따라 어떠한 변화를 보이며 또한 이 지표들을 이용하여, 지속적인 노인들의 보행운동이 노인들의 낙상을 줄여주는데 효과가 있는지를 평가하는데 의의가 있었다.
본 연구에 참여한 모든 연구대상들은 중도 탈락자 없이 6개월간의 훈련과정을 수행하였다. 본 연구는 지속적인 보행운동이 노인의 보행안정성에 어떠한 영향을 미치는지를 규명하기 위하여 비주동발의 스윙국면에서 전신의 COM과 지지발의 COP연결선에 근거한 전, 후방 기울기각을 계산하였다.
본 연구에서 노인의 보행 안정성을 평가하기 위하여 발의 스윙구간 중에 전, 후방기울기 각도 및 스윙속도를 산출하였다.
본 연구의 목적은 전, 후방 기울기 각이 훈련기간에 따라 어떠한 변화를 보이며 또한 이 지표들을 이용하여, 지속적인 노인들의 보행운동이 노인들의 낙상을 줄여주는데 효과가 있는지를 평가하는데 있다.
제안 방법
보행 방향을 기준으로 좌우로(sagittal planes) 한 대 씩의 카메라를 설치하였다. 2차원 평면 좌표 설정을 위해 통제점 틀은 피험자들의 보행동작을 완전히 포함할 수 있는 범위에 세웠으며 보행동작 전에 통제점 틀을 촬영하고 통제점 틀을 제거 한 후에 통제점 틀 내의 공간에서 보행 동작을 실시하였다. 지면반력에서 산출되는 COP의 위치를 영상분석에서 산출된 COM의 좌 표계에 동조시키기 위하여 1개의 추가점(additional point)을 지면반력기에 세웠다.
0을 이용하여 반복 일원변량분석(One-way ANOVA with repeated measure)을 실시하였다. 독립변인은 훈련기간 (0, 3, 6 개월) 이었으며, 유의한 차이를 발견 시 Turkey 사후분석을 실시하였다. 본 연구의 통계적 유의수준은 α= .
본 연구에서는 비주동발의 스윙기간 중에 COM의 수평위치가 COP의 위치와 일치하는 지점까지를 후방 스윙기로 정의하였으며, 이때 COM과 COP의 연결선이 수직축에 대하여 이루는 각을 후방 기울기각, 그리고 이때의 스윙발의 속도를 후방 스윙속도로 규정하였다. 또한 후방 스윙기가 끝나는 지점부터 스윙발이 지면에 닫는 순간까지를 전방 스윙기, 그리고 그때 구해진 각과 속도를 전방 기울기각, 전방 스윙속도로 규정하였다.
전신의 2차원 COM 위치를 구하기 위하여 총 12개의 반사마커를 피험자의 좌·우 견봉(acromion), 좌·우 대전자(great trochanter), 좌·우 외측 상과(lateral epicondyle), 좌·우 외과(lateral malleolus), 좌·우 뒤꿈치(heel), 좌·우 앞꿈치(toe)에 부착하였다. 모든 계산된 변인들은 실험 오차를 제거하기 위하여 2차 계수 butterworth 저역 통과 필터를 사용하여(차단 주파수: 6Hz) 필터링 하였으며, 이를 전, 후 2번 반복해 phase lag을 제거함과 동시에 필터의 성능을 4차 계수 수준으로 향상시켰다.
모든 연구 대상자들은 총 24주 동안 일주일에 3회씩 걷기 운동에 참가하도록 하였다. 하루 운동시간은 약 1 시간이었으며, 걷기운동은 연구자가 속해 있는 대학의 실내 jogging track에서 행하여 졌다.
적당한 준비 운동 후 각 연구대상자별로 보행 연습을 실시하였다. 보행자의 자연스러운 보행을 유도하기 위하여 각 연구대상자는 지면반력기로 부터 약 4m 후방에서 보행을 시작하여 주동발이 지면반력기를 밟도록 한 후 약 2m 정도 보행을 더 수행하도록 요구되었다. 22명의 연구대상자중 3명이 왼발이 주동발이었고 나머지는 오른발이 주동발이었다.
본 실험은 노인들이 연구대상이었으므로 운동 중에 일어날 수 있는 안전사고를 미연에 방지하고, 훈련과정을 관찰하기 위하여 연구자가 jogging track을 방문하여 관리 감독 하였다. 본 실험에서 제공된 운동 외의 다른 운동의 간섭을 방지하기 위하여 연구 기간 동안 어떠한 운동 프로그램이라도 참여할 경우에는 반드시 연구자에게 보고하도록 요구되었다.
보행 중 발의 스윙 기간 중에 전신의 COM은 전방으로 이동하게 되며 스윙기간 중에 COP의 위치를 통과하게 된다. 본 연구에서는 비주동발의 스윙기간 중에 COM의 수평위치가 COP의 위치와 일치하는 지점까지를 후방 스윙기로 정의하였으며, 이때 COM과 COP의 연결선이 수직축에 대하여 이루는 각을 후방 기울기각, 그리고 이때의 스윙발의 속도를 후방 스윙속도로 규정하였다. 또한 후방 스윙기가 끝나는 지점부터 스윙발이 지면에 닫는 순간까지를 전방 스윙기, 그리고 그때 구해진 각과 속도를 전방 기울기각, 전방 스윙속도로 규정하였다.
본 연구의 분석구간은 주동발이 지면반력기를 지지하는 동안에 비주동발이 지면을 이지하는 순간부터 지면에 착지하는 순간까지의 비 주동발의 스윙구간으로 하였다.
하루 운동시간은 약 1 시간이었으며, 걷기운동은 연구자가 속해 있는 대학의 실내 jogging track에서 행하여 졌다. 연구대상자들은 스트레칭을 통한 사전 운동 후에 50분 정도 걷기 운동을 실시하였다.
22명의 연구대상자중 3명이 왼발이 주동발이었고 나머지는 오른발이 주동발이었다. 연구대상자들이 실험상황에 완전히 적응된 다음 3번의 보행을 실시하였으며, 이를 평균하여 자료처리에 이용하였다. 보행속도는 선호속도로 제한하였으며, 본 연구대상자들의 평균보행속도는 0, 3, 6개월에 1.
영상분석과 지면반력의 동조는 동조시스템박스(Visol 사의 VSAD-USB101)를 이용하였다. 영상분석 신호와 지면반력 신호는 동조시스템박스의 두 채널을 LED에 부여하여 동조 버튼을 누를 시 LED에 불빛이 생성되어 각 카메라에 불빛 신호가 기록되고 동시에 지면반력의 동조 채널에 전압신호가 입력되도록 하여 동조시켰다.
연구대상자들은 본 연구자가 제공한 검은색 상하의 타이즈를 착용하였다. 적당한 준비 운동 후 각 연구대상자별로 보행 연습을 실시하였다. 보행자의 자연스러운 보행을 유도하기 위하여 각 연구대상자는 지면반력기로 부터 약 4m 후방에서 보행을 시작하여 주동발이 지면반력기를 밟도록 한 후 약 2m 정도 보행을 더 수행하도록 요구되었다.
전신의 2차원 COM 위치를 구하기 위하여 총 12개의 반사마커를 피험자의 좌·우 견봉(acromion), 좌·우 대전자(great trochanter), 좌·우 외측 상과(lateral epicondyle), 좌·우 외과(lateral malleolus), 좌·우 뒤꿈치(heel), 좌·우 앞꿈치(toe)에 부착하였다. 모든 계산된 변인들은 실험 오차를 제거하기 위하여 2차 계수 butterworth 저역 통과 필터를 사용하여(차단 주파수: 6Hz) 필터링 하였으며, 이를 전, 후 2번 반복해 phase lag을 제거함과 동시에 필터의 성능을 4차 계수 수준으로 향상시켰다.
2차원 평면 좌표 설정을 위해 통제점 틀은 피험자들의 보행동작을 완전히 포함할 수 있는 범위에 세웠으며 보행동작 전에 통제점 틀을 촬영하고 통제점 틀을 제거 한 후에 통제점 틀 내의 공간에서 보행 동작을 실시하였다. 지면반력에서 산출되는 COP의 위치를 영상분석에서 산출된 COM의 좌 표계에 동조시키기 위하여 1개의 추가점(additional point)을 지면반력기에 세웠다. 정량적 분석 (quantitative analysis)을 위하여 모든 카메라는 Pseudo 3 D 기법을 이용한 DLT(direct linear transformation) 방법을 통하여 2차원 켈리브레이션 되었다.
본 연구에 사용된 실험도구로는 보행동작을 녹화하기위해 디지털 캠코더(Panasonic사의 DVC15) 2대를 사용하였으며, 노출시간은 1/500초, 카메라 속도는 30frames/sec로 설정하였다. 지지발의 COP의 계산을 위하여 지면반력 측정기(AMTI사의 ORG-6) 1대를 사용하였으며, 지면반력은 120Hz/sec로 설정하였다.
대상 데이터
본 연구에 사용된 실험도구로는 보행동작을 녹화하기위해 디지털 캠코더(Panasonic사의 DVC15) 2대를 사용하였으며, 노출시간은 1/500초, 카메라 속도는 30frames/sec로 설정하였다. 지지발의 COP의 계산을 위하여 지면반력 측정기(AMTI사의 ORG-6) 1대를 사용하였으며, 지면반력은 120Hz/sec로 설정하였다.
본 연구에 참가한 연구 대상자는 최근 1년 동안 낙상의 경험이 없었던 65세 이상의 남, 여 노인 22명 이었다. 모든 연구 대상자들은 연구 목적이나 실험내용, 방법에 대한 설명을 들었으며, 실험참가 동의서에 서명하였다.
연구대상자들은 본 연구가 시작된 후 총 3번의 실험에 참가 하였다(0, 3, 6개월). 연구대상자들은 본 연구자가 제공한 검은색 상하의 타이즈를 착용하였다.
데이터처리
본 연구에서 통제점의 좌표화와 인체관절 중심점의 좌표화, DLT방법에 의한 2차원 좌표 계산과 자료의 스무딩 및 필터링은 Kwon 3D(Visol사의 version 3.1) 동작분석 프로그램을 사용하였다. 지면반력의 자료처리는 Kwongrf(Visol사의 version 2.
1) 동작분석 프로그램을 사용하였다. 지면반력의 자료처리는 Kwongrf(Visol사의 version 2.0) 지면반력분석 프로그램을 사용하였다.
지속적인 운동에 따른 노인들의 보행 안정성의 차이를 규명하기 위하여 SPSS 11.0을 이용하여 반복 일원변량분석(One-way ANOVA with repeated measure)을 실시하였다. 독립변인은 훈련기간 (0, 3, 6 개월) 이었으며, 유의한 차이를 발견 시 Turkey 사후분석을 실시하였다.
이론/모형
본 연구에서 사용된 시상면의 전, 후방 기울기 각도는 <그림 2>에 나타나 있다. 기울기 각도는 각 프레임에서 COM과 COP를 연결한 벡터가 COP를 통과한 수직축과 이루는 각으로 정의 되었으며, COM과 COP 위치 벡터를 역 tan2 공식에 적용하여 구하였다.
지면반력에서 산출되는 COP의 위치를 영상분석에서 산출된 COM의 좌 표계에 동조시키기 위하여 1개의 추가점(additional point)을 지면반력기에 세웠다. 정량적 분석 (quantitative analysis)을 위하여 모든 카메라는 Pseudo 3 D 기법을 이용한 DLT(direct linear transformation) 방법을 통하여 2차원 켈리브레이션 되었다.
성능/효과
보행 중에 보행자의 COM과 COP를 연결한 선은 지지발에 대한 전신의 움직임을 대변 할 수 있다. 그리고 이선이 COP를 통과한 수직선과 이루는 각(전, 후방 기울기각)은 COM 높이와 COM-COP 수평거리 모두를 반영함으로서 COM-COP 수평거리보다 더욱 정확한 노인보행 안정성을 평가 할 수 있다. 많은 연구들은 전, 후방 기울기각이 COM의 높이 차를 배제 하면서 노인들의 보행 안정성을 평가 할 수 있다고 보고하였다(Duncan, Weiner, Chandler, & Studenstki, 1990; Allum et al.
더욱이 6개월 훈련을 마친 본 연구의 연구대상자들은 그들이 보고한 건강한 노인들의 결과보다 증가된 전경기울기각을 보임으로서 보행 훈련의 효과를 보여 주고 있다고 사료된다. 이는 훈련 수행 후 증가된 보행 속도에서 기대할 수 있는 증가된 하지 근력과 자신감을 바탕으로 몸을 불안정한 상태로 만들어 스윙발의 스윙을 용이하게 하려는 노력으로 사료된다.
본 실험에 참여한 연구 대상자들은 훈련기간이 증가함에 따라 점진적으로 증가된 보행속도를 보였다<;그림 3>. 연구대상자들은 운동시작전과 비교하여 3개월 때 5.
본 연구에서 노인 보행자들은 훈련기간이 증가함에 따라 후방 스윙기간 초기에 나타나는 후방 기울기각에서 통계적으로 유의한 차이를 보였다<표 2, 그림 4>;. 이것은 신체가 보행 중 가장 불안한(좁은 기저면, COM의 움직임의 시작) 상태에서 훈련으로 강화된 하지 근력을 바탕으로 상체를 세움으로서, 전신 COM을 COP에 근접시켜, 낙상을 방지하려는 시도로 사료된다.
본 연구의 결과 훈련기간이 증가함에 노인대상자들은 빠른 보행속도, 증가된 전방 기울기각도, 전방 스윙 속도, 후방스윙속도, 그리고 감소된 후방 기울기각도를 나타내었으며, 이는 지속적인 보행훈련이 노인들의 보행안정성을 높이는데 도움을 주고 있음을 의미한다고 할수 있다.
본 연구의 노인 보행자들은 훈련기간이 증가함에 따라 통계적으로 유의한 전경 기울기각을 보였다<표 2, 그림 5>;. 이는 Lee & Chou(2006)들이 보고한 연구의 결과를 지지하는 결과이다.
본 실험에 참여한 연구 대상자들은 훈련기간이 증가함에 따라 점진적으로 증가된 보행속도를 보였다<그림 3>. 연구대상자들은 운동시작전과 비교하여 3개월 때 5.6%, 6개월 때 11.2%의 증가된 속도를 보였으나, 통계적으로는 6개월의 훈련기간 만이 통계적으로 유의한 차이를 보였다(F: 4.79, p=.011).
, 2004). 즉, 본 연구대상자들이 보인 증가된 보행속도는 지속적인 보행훈련이 노인의 노령화를 늦춰주고, 또한 보행중의 노인낙상 예방에 도움을 줄 것으로 사료된다.
후속연구
본 연구를 바탕으로 노인의 보행 안정성의 평가를 함에 있어서 후방기울기각과 전방기울기각의 측정이 유용하다고 사료되며, 향후 연구에서 노인들의 낙상이 일어날 수 있는 여러 가지 상황(방향전환, 장애물통과) 의 연구에서 노인들의 보행안정성 평가 시 유용하게 사용될 것으로 사료된다.
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