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문제 정의
- 따라서 이 연구의 목적은 축구 선수 경험이 있는 일반인에게 달리기 시 방향전환 동작의 실행 동안에 속도 및 방향전환 각도에 따라 하지에 발생하는 관절각을 비교 분석하여 향후 관련된 연구에서 하지상해 메카니즘을 이해하는데 기초적인 자료를 제공하고자 한다.
제안 방법
- 공간좌표를 산출하기 위하여 통제점틀을 사용하였으며, 통제점틀의 크기는 2m × 2m × 1m로 하였다. CCD 카메라에서 촬영된 아날로그 신호를 디지털 신호로 기록하였다. 실험상황의 배치도는 <그림 1>과 같다.
- 7m/s였다. 모든 피험자들은 5m를 달린 후 지면반력기 위의 센터를 기준으로 오른발 착지 후 그대로(0°) 진행, 30°, 60°의 세 방향으로 달리도록 하였다. 달리는 주로의 각도를 정확히 따를 수 있도록 하기 위하여 지면반력기 센터로부터 3m 위치까지 반사되지 않는 테이프로 주로를 표시하였다.
- 본 연구는 2.5m/s와 4.5m/s의 달리기 속도에서 방향전환 각도에 따른 하지관절 각변위의 움직임을 분석 하였다.
- 본 연구는 축구 선수의 경험이 있는 일반인을 대상으로 2.5m/s와 4.5m/s의 달리기 속도에서 방향전환 각도(0°, 30°, 60°)에 따른 하지관절의 움직임을 분석하였다.
- 각 분절의 무게, 무게중심 위치, 관성치는 인체분절 요인들을 측정한 후 Zatsiorsky, Selnyanov & Chugunova(1990)의 해부학적 측정 계수들을 이용하여 얻었다. 본 연구에서 직접 측정법을 사용한 것은 피험자 간 인체 분절 모수치(Body Segment Parameter; BSP)의 오차를 최소화하기 위해서이고 마틴 인체 계측기로 직접 측정한 뒤 이에 대한 비율로 계산하였다. 엉덩이 관절의 중심 위치는 Tylkowski, Simon & Mansour(1982), Andriacchi, Andersson, Fermier, Stern & Galante(1980)와 Andriacchi, Galante & Fermier(1982)에 의해서 정의된 해부학적 위치를 이용하였으며, 무릎과 발목 관절 중심은 관절 외측 두개 과의 중심으로 설정하였다.
- 1 program을 사용하여 산출되었다. 본 연구에서는 관상면(frontal plane)에서 움직이는 각변위를 제시하였고, 오른발 지지기를 100%로 값을 일반화하여 나타내었다. 결과에서 제시된 발목관절각은 발 벡터와 하퇴 벡터 사이각이 180도일 때를 0도로 정의하였으며, +값은 내번(inversion), -값은 외번(eversion)으로 정의 하였다.
- 본 연구에서는 인체를 머리, 몸통, 좌·우 상완, 좌·우 전완, 좌·우 손, 골반, 좌·우 대퇴, 좌·우 하퇴, 좌·우 발로 총 15개 분절로 분류하여 분석하였다. 각 분절의 무게, 무게중심 위치, 관성치는 인체분절 요인들을 측정한 후 Zatsiorsky, Selnyanov & Chugunova(1990)의 해부학적 측정 계수들을 이용하여 얻었다.
- 5m/s의 속도로 지면반력기 위의 센터에 정확히 착지한 후 0°, 30°, 60°의 각도로 방향전환을 하도록 하였다. 총 2개의 이벤트(Right Heel Contact & Right Toe Off)와 1개의 국면(Stance)을 설정하여 분석하였으며, 표면 마커 좌표 데이터는 butterworth low-pass 2차를 사용하여 필터링하였고, 이 때 cut off-frequency는 6Hz로 설정 하였다(Winter, 1990). 영상에서 수집된 자료는 Kwon3d 3.
- 출발 신호에 따라 피험자들은 2.5m/s와 4.5m/s의 속도로 지면반력기 위의 센터에 정확히 착지한 후 0°, 30°, 60°의 각도로 방향전환을 하도록 하였다. 총 2개의 이벤트(Right Heel Contact & Right Toe Off)와 1개의 국면(Stance)을 설정하여 분석하였으며, 표면 마커 좌표 데이터는 butterworth low-pass 2차를 사용하여 필터링하였고, 이 때 cut off-frequency는 6Hz로 설정 하였다(Winter, 1990).
- 피험자들은 각도별 총 5번을 시도하였으며, 동일한 동작의 반복에 따른 표준오차를 줄이기 위하여 각도지시를 무작위로 실시하였고, 실험에서 지면반력기 센터를 크게 벗어난 경우는 다시 시도하였다.
- 달리는 주로의 각도를 정확히 따를 수 있도록 하기 위하여 지면반력기 센터로부터 3m 위치까지 반사되지 않는 테이프로 주로를 표시하였다. 피험자들의 부상방지와 충분한 워밍업을 위하여 준비운동을 실시하였고, 기준좌표계 설정을 위하여 통제점틀을 촬영한 후 제거하였다.
대상 데이터
- CCD 카메라는 Samsung의 SHC-650A 모델 6대를 사용하였고 카메라의 속도는 60fields/s로 하였다. 공간좌표를 산출하기 위하여 통제점틀을 사용하였으며, 통제점틀의 크기는 2m × 2m × 1m로 하였다.
- CCD 카메라는 Samsung의 SHC-650A 모델 6대를 사용하였고 카메라의 속도는 60fields/s로 하였다. 공간좌표를 산출하기 위하여 통제점틀을 사용하였으며, 통제점틀의 크기는 2m × 2m × 1m로 하였다. CCD 카메라에서 촬영된 아날로그 신호를 디지털 신호로 기록하였다.
- 본 연구의 피험자는 고등학교 시절까지 축구선수로서 활동하였고, 하지에 상해가 없었던 남자 7명을 대상으로 하였으며 이들의 신체적 특성은 신장 172±5.42cm, 체중 70.24±3.39kg, 연령 27.24±2.41세 이다.
- 총 2개의 이벤트(Right Heel Contact & Right Toe Off)와 1개의 국면(Stance)을 설정하여 분석하였으며, 표면 마커 좌표 데이터는 butterworth low-pass 2차를 사용하여 필터링하였고, 이 때 cut off-frequency는 6Hz로 설정 하였다(Winter, 1990). 영상에서 수집된 자료는 Kwon3d 3.1 program을 사용하여 산출되었다. 본 연구에서는 관상면(frontal plane)에서 움직이는 각변위를 제시하였고, 오른발 지지기를 100%로 값을 일반화하여 나타내었다.
- 인체를 총 15개의 강체분절로 간주하고 하지의 각 관절의 중심과 지역좌표계 설정을 위하여 21개의 외부 마커를 부착하였다.
이론/모형
- 본 연구에서는 인체를 머리, 몸통, 좌·우 상완, 좌·우 전완, 좌·우 손, 골반, 좌·우 대퇴, 좌·우 하퇴, 좌·우 발로 총 15개 분절로 분류하여 분석하였다. 각 분절의 무게, 무게중심 위치, 관성치는 인체분절 요인들을 측정한 후 Zatsiorsky, Selnyanov & Chugunova(1990)의 해부학적 측정 계수들을 이용하여 얻었다. 본 연구에서 직접 측정법을 사용한 것은 피험자 간 인체 분절 모수치(Body Segment Parameter; BSP)의 오차를 최소화하기 위해서이고 마틴 인체 계측기로 직접 측정한 뒤 이에 대한 비율로 계산하였다.
- 본 실험에서는 카메라의 영상을 3차원 좌표로 바꾸기 위해서 DLT 방식(Abdel-aziz, & Kararh, 1971)을 이용한 Kwon3d 3.1 software(Visol, korea, 2004)를 사용하였으며, DLT 파라매터들을 얻기 위해서 48개의 통제점을 이용하였고, DLT 방식에 의해서 재구성된 좌표와 실제 통제점과의 오차는 약 0.18cm이었다.
- 본 연구에서 직접 측정법을 사용한 것은 피험자 간 인체 분절 모수치(Body Segment Parameter; BSP)의 오차를 최소화하기 위해서이고 마틴 인체 계측기로 직접 측정한 뒤 이에 대한 비율로 계산하였다. 엉덩이 관절의 중심 위치는 Tylkowski, Simon & Mansour(1982), Andriacchi, Andersson, Fermier, Stern & Galante(1980)와 Andriacchi, Galante & Fermier(1982)에 의해서 정의된 해부학적 위치를 이용하였으며, 무릎과 발목 관절 중심은 관절 외측 두개 과의 중심으로 설정하였다.
성능/효과
- 45도로 나타났다. 2.5m/s의 속도에서는 방향전환 각도가 증가할 수록 최대 내전각이 증가한 것을 볼 수 있다. 이것은 지지기동안 하지의 발과 하퇴가 방향을 바꾸기 위하여 지지하는 동안 상체와 대퇴가 전환방향으로 몸을 이동시키기 때문에 발생하는 것으로 판단된다.
- 13도로 나타났다. 4.5m/s의 속도에서는 0도와 30도에서는 내전각이 발생하지 않았으며, 60도에서는 최대 내전각이 46% 지점에서 2.71±3.59도로 나타났다. 최대 외전각은 0도에서 10% 지점에서 -3.
- 본 연구의 결과에서 달리기 속도와 방향전환 각도는 각 관절의 움직임에 영향을 미쳤으며, 이는 실재 게임의 상황에서는 하지관절의 움직임이 달리기 속도와 방향전환 각도에 따라 크게 영향을 받을 수 있다는 것을 나타낸다. 이는 빠른 달리기 시 이루어지는 순간적이고 급격한 방향전환의 경우 하지관절의 내외·측 각변화는 정상적 범위를 벗어날 가능성으로 인하여 하지관절의 불안정성을 초래할 수 있으며, 이는 착지 후 다음 동작의 실행에 부정적 영향을 미칠 것으로 사료된다.
- 속도에 따른 방향전환 각도별 무릎관절각의 변화는의 b에서 보는 바와 같고, 2.5m/s의 속도에 각도별 최대 내전각은 0도에서 51% 지점에서 0.24±4.00도, 30도에서 48% 지점에서 1.96±4.28도, 60도에서 51% 지점에서 4.17±2.75도로 나타났으며, 최대 외전각은 0도에서 6% 지점에서 -2.70±2.9도, 30도에서 6% 지점에서 -2.94±3.45도, 60도에서 지지기의 초기에서 -2.62±2.13도로 나타났다.
- 속도에 따른 방향전환 각도별 엉덩이관절각의 변화는 의 c에서 보는 바와 같고, 2.5m/s의 속도에 각도별 최대 내전각은 0도에서 37% 지점에서 14.04±5.38도 30도에서 지지기의 초기에서 7.97±4.15도, 60도에서 지지기의 초기에서 6.42±4.38도로 나타났으며, 최대 외전각은 0도에서 발생하지 않았고, 30도에서 80% 지점에서 -2.50±6.77도, 60도에서 71% 지점에서-5.85±8.21도로 나타났다.
후속연구
- 실재의 스포츠 상황에서는 달리기 속도와 방향전환 각도가 다양하게 발생될 수 있으며, 이 때 발생하는 관절의 움직임을 이해하는 것은 추후 연구에서 상해의 메카니즘을 이해하는데 유용한 참고자료로 활용될 수 있을 것이다.
- 이는 빠른 달리기 시 이루어지는 순간적이고 급격한 방향전환의 경우 하지관절의 내외·측 각변화는 정상적 범위를 벗어날 가능성으로 인하여 하지관절의 불안정성을 초래할 수 있으며, 이는 착지 후 다음 동작의 실행에 부정적 영향을 미칠 것으로 사료된다. 추후 연구는 다양한 상황(각도, 속도, 종목 등)을 감안하여 하지관절의 움직임과 운동역학적 분석을 토대로 한 상해와의 연관성 유·무를 분석할 필요성이 있으며, 방향전환의 여러 가지 형태와 단순한 접근속도가 아닌 착지 후 추진하는 속도 등과 같은 다양한 연구가 이루어져야 할 것이다.
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