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문제 정의
- 본 연구의 목적은 농구경기에서 가장 많은 부상을 일으키는 리바운드 점프 동작에서 성별에 따른 무릎의 근신경 생체역학적 요인의 차이를 규명하는 것이다. 결국 무릎 부상과 관련해서 성의 차이를 이해하는 것은 전방십자인대 손상을 예방하는 효과적인 전략을 세울 수 있게 될 것이다.
- 과거에 무릎 부상의 경험이 있거나 현재 부상 중인 선수들은 안전을 위해 본 실험에서 제외하였다. 부모, 학교장과 관할 교육청의 실험 참가 동의를 얻어서 본 연구를 수행하였다.
제안 방법
- 통제점을 사용하여 DLT 계수를 구한 후, 통제점을 치우고 운동체의 3차원 실공간 좌표를 얻었다. 3차원 좌표값을 계산할 때 여러 가지 원인에 의해 노이즈(noise)가 발생하는데, 이러한 노이즈에 의한 오차를 제거하기 위하여 스무딩(smoothing)을 행하였다. 본 연구에서는 저역 통과 필터(lowpass filter) 방법에 의해 스무딩하고, 차단 주파수는 9Hz로 설정하였다(Ford et al.
- 영상 자료와 지면반력 자료의 축을 일치시키기 위하여 3개의 추가점(additional point)을 지면반력기의 세 모퉁이에 세웠다. DLT방법으로 3차원 좌표를 구하기 위한 촬영준비가 완료된 후, 먼저 비디오카메라를 작동시켜 통제점 틀을 측정하였다. 그런 다음 관절의 중심점을 찾기 위해 양 발을 20㎝ 평행하게 유지한 정지 자세(static trial)를 약 3초간 촬영했다.
- DLT방법으로 3차원 좌표를 구하기 위한 촬영준비가 완료된 후, 먼저 비디오카메라를 작동시켜 통제점 틀을 측정하였다. 그런 다음 관절의 중심점을 찾기 위해 양 발을 20㎝ 평행하게 유지한 정지 자세(static trial)를 약 3초간 촬영했다. 촬영 전에 충분히 농구 리바운드 동작 적응연습을 실시한 후 본 실험을 수행하였다.
- 각 연구대상자별로 3번씩 시행하였다. 근전도 분석을 위해 대퇴이두근과 대퇴직근에 표면전극(surface electrode)을 부착하였다. 부착하기 전 측정오류를 최소화하기 위하여 면도기로 부착될 피부부위의 털을 제거하고 알코올로 깨끗이 세척하였다.
- 대퇴이두근과 대퇴직근의 활동비율은 아래 공식과 같이 계산하였다. 농구 리바운드 동작에서 지면 착지구간에서의 적분근전도(IEMG)를 산출한 후 계산하였다.
- 촬영 전에 충분히 농구 리바운드 동작 적응연습을 실시한 후 본 실험을 수행하였다. 농구 리바운드 동작은 두 번 연속으로 천장에 매달린 농구공을 점프해서 잡도록 하였다. 각 연구대상자별로 3번씩 시행하였다.
- 실험을 통해서 얻은 근전도(raw EMG)를 필터링(recursive digital filter, Matlab Elliptic filter, 10-500㎐ band pass)하고, 정류(full-wave rectified)하였다. 부드러운(smooth) 근전도를 얻기 위해서 정류된 근전도를 3㎐의 차단주파수(cutoff frequency)로 다시 필터링(low-pass filtering, single pass, second order Butterworth)하였다. 대퇴이두근과 대퇴직근의 활동비율은 아래 공식과 같이 계산하였다.
- 실험을 통해서 얻은 근전도(raw EMG)를 필터링(recursive digital filter, Matlab Elliptic filter, 10-500㎐ band pass)하고, 정류(full-wave rectified)하였다. 부드러운(smooth) 근전도를 얻기 위해서 정류된 근전도를 3㎐의 차단주파수(cutoff frequency)로 다시 필터링(low-pass filtering, single pass, second order Butterworth)하였다.
- 하퇴 분절의 자유물체도(Free Body Diagram)는 <그림 1>과 같으며, 무릎관절 토크의 산출식은 다음과 같다. 아래 공식에 의해 계산된 무릎관절 토크를 신장과 체중을 곱한 값으로 나누어 표준화한 후 비교 하였다.
- 영상분석, 지면반력, 근전도 신호의 동조는 동조시스템박스(VSAD-101USB, Visol Co)를 사용하였다. 영상분석 신호와 지면반력 신호는 동조시스템박스에 2대의 LED와 지면반력의 동조(sync)채널이 연결되어 있어 동조 버튼을 누르면 2대의 LED에 불빛이 생성되어 6대의 카메라에 불빛 신호가 기록되고, 동시에 지면반력 동조 채널에 전압 신호가 입력되도록 하여 동조시켰다. 근전도 신호는 마지막 채널을 동조(sync)채널로 설정하여 동조 버튼을 누르면 TTL신호가 발생되게 하여 동조시켰다.
- 인체의 운동학적 변인을 산출하기 위해 반사 마커를 좌·우 상전장골극(Anterior Superior Iliac Spine, ASIS), 상후장골극(Posterior Superior Iliac Spine, PSIS), 좌·우 대전자(Great Trochanter), 좌·우 대퇴 중앙지점(mid thigh), 좌·우 외측상과(Lateral Condyle), 좌·우 내측상과(Medial Condyle), 좌·우 하퇴 중앙지점(mid shank), 좌·우 외과(Lateral Malleolus), 좌․우 내과(Medial Malleolus), 좌·우 뒤꿈치(Heel), 좌·우 앞꿈치(Toe)에 부착하였다.
- 그런 다음 관절의 중심점을 찾기 위해 양 발을 20㎝ 평행하게 유지한 정지 자세(static trial)를 약 3초간 촬영했다. 촬영 전에 충분히 농구 리바운드 동작 적응연습을 실시한 후 본 실험을 수행하였다. 농구 리바운드 동작은 두 번 연속으로 천장에 매달린 농구공을 점프해서 잡도록 하였다.
- 동조된 2차원 좌표 쌍으로부터 3차원 좌표 계산은 DLT(direct linear transformation) 방법을 이용하였다. 통제점을 사용하여 DLT 계수를 구한 후, 통제점을 치우고 운동체의 3차원 실공간 좌표를 얻었다. 3차원 좌표값을 계산할 때 여러 가지 원인에 의해 노이즈(noise)가 발생하는데, 이러한 노이즈에 의한 오차를 제거하기 위하여 스무딩(smoothing)을 행하였다.
대상 데이터
- 고해상도 비디오카메라(HDR-FX1 3대, DCR-VX21003대, Sony Corporation) 6대를 사용하였으며, 노출시간은 1/500초, 카메라의 속도는 초당 30프레임으로 설정하였다. 지면반력 자료의 수집은 지면반력 측정기(AMTI ORG-6, MA) 2대를 사용하였으며, 초당 1000㎐로 설정하였다.
- 본 연구에 참가한 연구 대상자는 17～19(17.9±0.8)세 사이의 여자 농구선수 12명과 18~20(19.0±1.6)세 사이의 남자 농구 선수 12명이었다. 과거에 무릎 부상의 경험이 있거나 현재 부상 중인 선수들은 안전을 위해 본 실험에서 제외하였다.
- 고해상도 비디오카메라(HDR-FX1 3대, DCR-VX21003대, Sony Corporation) 6대를 사용하였으며, 노출시간은 1/500초, 카메라의 속도는 초당 30프레임으로 설정하였다. 지면반력 자료의 수집은 지면반력 측정기(AMTI ORG-6, MA) 2대를 사용하였으며, 초당 1000㎐로 설정하였다. 근전도는 8채널 무선 노락슨(NORAXON MyoResearch, USA) 시스템을 사용하여 측정하였다.
데이터처리
- 본 연구에서 통제점 좌표화와 인체 관절 중심점의 좌표화, DLT방법에 의한 3차원 좌표 계산과 자료의 스무딩은 Kwon 3D (version 3.1, Visol) 동작분석 프로그램을 사용하였다. 지면반력 자료의 처리는 Kwongrf(version 2.
- 1, Visol) 동작분석 프로그램을 사용하였다. 지면반력 자료의 처리는 Kwongrf(version 2.0, Visol) 지면반력분석 프로그램을 사용하고, 근전도 자료의 처리는 근전도분석 프로그램(MyoResearch v4.0, NORAXON Corporation)을 사용하였다.
- 통계처리는 spss 12.0 for window 프로그램으로 농구 리바운드 점프 후 착지 시 남·여 간 무릎의 근신경 생체역학적 변인의 차이를 규명하기 위하여 독립 t-test를 실시하였다. 가설 검증을 위한 유의 수준은 α=.
이론/모형
- 지면반력 자료의 수집은 지면반력 측정기(AMTI ORG-6, MA) 2대를 사용하였으며, 초당 1000㎐로 설정하였다. 근전도는 8채널 무선 노락슨(NORAXON MyoResearch, USA) 시스템을 사용하여 측정하였다.
- 동조된 2차원 좌표 쌍으로부터 3차원 좌표 계산은 DLT(direct linear transformation) 방법을 이용하였다. 통제점을 사용하여 DLT 계수를 구한 후, 통제점을 치우고 운동체의 3차원 실공간 좌표를 얻었다.
- 엉덩 관절 중심은 Tylkowsky 방식(Tylkowsky, Simon & Mansour, 1982)을 사용하여 계산하였다. 무릎과 발목 관절의 중심은 Midpoint 방식을 사용하여 계산하였다.
- 3차원 좌표값을 계산할 때 여러 가지 원인에 의해 노이즈(noise)가 발생하는데, 이러한 노이즈에 의한 오차를 제거하기 위하여 스무딩(smoothing)을 행하였다. 본 연구에서는 저역 통과 필터(lowpass filter) 방법에 의해 스무딩하고, 차단 주파수는 9Hz로 설정하였다(Ford et al., 2003). 각 연구대상자별로 수행한 3번의 시행 수를 분석하였다.
- 엉덩 관절 중심은 Tylkowsky 방식(Tylkowsky, Simon & Mansour, 1982)을 사용하여 계산하였다. 무릎과 발목 관절의 중심은 Midpoint 방식을 사용하여 계산하였다.
성능/효과
- 셋째, 농구 리바운드 점프 후 착지 시 여자 선수들은 남자 선수들에 비해서 무릎의 신전모멘트가 더 증가할 것이다. 넷째, 농구 리바운드 점프 후 착지 시 여자 선수들은 남자 선수들에 비해서 무릎의 외번모멘트가 더 증가할 것이다. 마지막으로 농구 리바운드 점프 후 착지 시 여자 선수들은 남자 선수들에 비해서 대퇴직근의 활동에 더 의존할 것이다.
- 첫째, 농구 리바운드 점프 후 착지 시 여자 선수들은 남자 선수들에 비해서 무릎 굴곡이 감소할 것이다. 둘째, 농구 리바운드 점프 후 착지 시 여자 선수들은 남자 선수들에 비해서 무릎 외번 동작(대퇴최대외번각도)이 증가할 것이다. 셋째, 농구 리바운드 점프 후 착지 시 여자 선수들은 남자 선수들에 비해서 무릎의 신전모멘트가 더 증가할 것이다.
- 즉, 여자선수들은 남자선수들에 비해서 무릎을 덜 굽히고 내측회전(대퇴 최대 외번각도)을 더 크게 한다. 또한, 무릎신전토크와 외번토크가 더 크게 나타났으며, 대퇴직근에 더 의존하는 것으로 나타났다. 이는 여자선수들은 남자선수들에 비해서 무릎 관절을 조절하는 능력이 떨어져서, 무릎 부상의 위험이 더 커진다는 것을 의미한다.
- 본 연구에서 농구 리바운드 점프 후 착지 시 무릎의 근신경 생체역학적 요인에서 성별 차이가 나타났다. 이와 같은 차이는 여자 선수들의 비접촉성 전방십자인대 상해의 발생률을 증가시키는 것과 관련이 있다.
- 둘째, 농구 리바운드 점프 후 착지 시 여자 선수들은 남자 선수들에 비해서 무릎 외번 동작(대퇴최대외번각도)이 증가할 것이다. 셋째, 농구 리바운드 점프 후 착지 시 여자 선수들은 남자 선수들에 비해서 무릎의 신전모멘트가 더 증가할 것이다. 넷째, 농구 리바운드 점프 후 착지 시 여자 선수들은 남자 선수들에 비해서 무릎의 외번모멘트가 더 증가할 것이다.
- 여자선수들은 남자선수들보다 농구 리바운드 후 착지 시 무릎의 근신경 생체역학적 요인에 차이가 나타났다. 즉, 여자선수들은 남자선수들에 비해서 무릎을 덜 굽히고 내측회전(대퇴 최대 외번각도)을 더 크게 한다.
- 본 연구에서 세운 가설은 다음과 같다. 첫째, 농구 리바운드 점프 후 착지 시 여자 선수들은 남자 선수들에 비해서 무릎 굴곡이 감소할 것이다. 둘째, 농구 리바운드 점프 후 착지 시 여자 선수들은 남자 선수들에 비해서 무릎 외번 동작(대퇴최대외번각도)이 증가할 것이다.
후속연구
- 넷째, 농구 리바운드 점프 후 착지 시 여자 선수들은 남자 선수들에 비해서 무릎의 외번모멘트가 더 증가할 것이다. 마지막으로 농구 리바운드 점프 후 착지 시 여자 선수들은 남자 선수들에 비해서 대퇴직근의 활동에 더 의존할 것이다.
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