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문제 정의
- 본 연구에서 분석한 접촉각은 착지 시 지면과 신발이 이루는 각도로서, 보행 동작을 수행하는 과정에서 발의 스윙을 통해 신발이 처음 지면에 닿는 시점에서의 동작 특성을 파악하기 위하여 분석한 것이다. <표 5>에 제시한 두 신발의 접촉각에 대한 결과를 살펴보면 p<.
- 본 연구에서 살펴본 일반화와 스프링화의 아킬레스건각에 대한 분석 결과는 에 제시하였다.
- 본 연구에서 아킬레스건각은 관상면의 뒤편에서 보았을 때 발목 관절을 중심으로 아킬레스건과 발뒤꿈치가 이루는 내측 각도로 정의하였으며 신발의 후족제어기능을 평가하기 위해 분석하였다. 보행과 주행 동작의 착지 시, 발은 발목 관절을 중심으로 회내 운동(pronation)을 일으키고, 그 결과 아킬레스건각의 증가와 후족각의 감소를 가져온다.
제안 방법
- 7m/s로 이동하는 시간을 분석하였다. 동작분석을 위해 2개의 카메라를 보행 후면에 1개, 측면에 1개를 설치하고 3D DLT법을 통해 접촉각, 발목각, 무릎각, 이지각, 아킬레스각, 후족각을 측정하였다.
- 보행동작 분석 시, 피험자의 보행 속도는 구간속도 측정기를 이용하여 3m구간을 1.7m/s로 이동하는 시간을 분석하였다. 동작분석을 위해 2개의 카메라를 보행 후면에 1개, 측면에 1개를 설치하고 3D DLT법을 통해 접촉각, 발목각, 무릎각, 이지각, 아킬레스각, 후족각을 측정하였다.
- 따라서 스프링화를 착용한 상태에서의 보행은 하지운동에 따른 분절 상호간의 운동학적 관계가 일반 운동화와는 다른 패턴을 보일 것으로 생각된다. 보행동작은 상지보다는 주로 하지 분절의 상호 협응 동작에 의해 이루어지기 때문에 하지 분절 상호간의 움직임, 즉 하지 관절의 각도 변화를 통해 운동학적 변인들을 분석 하였다. 분절의 운동학적 변인으로는 착지와 이지 구간의 각 이벤트별 발목각, 무릎각, 접촉각과 이지각, 아킬레스건각, 후족각 등을 3차원각도로 조사하였으며, 실험을 위해 연구대상자의 좌우측에서 촬영한 2개의 영상자료를 통해 3차원 좌표값을 산출하였다.
- 본 실험은 스포츠과학 연구원 역학 실험실에서 처럼 실시되었으며 12명의 여성들을 대상으로 2가지의 신발을 가지고 1가지 속도(3m의 거리를 1.7±0.05초 사이에 이동)로 걸음에 따라 동작분석, 근전도 분석 등을 수행하였다.
- 05초 사이에 이동)로 걸음에 따라 동작분석, 근전도 분석 등을 수행하였다. 분석을 수행하기 위해 본 연구에서는 보행동작을 1국면(발뒷꿈치 접지에서부터 발목 관절과 고관절이 수직을 이루는 스탠스 까지), 2국면(발목관절과 고관절이 수직을 이루는 스탠스 자세에서 발뒤꿈치가 떨어질 때 까지), 3국면(발뒤꿈치가 떨어진 후 발 앞꿈치가 떨어질 때 까지)나누어 분석하였다.
- 보행동작은 상지보다는 주로 하지 분절의 상호 협응 동작에 의해 이루어지기 때문에 하지 분절 상호간의 움직임, 즉 하지 관절의 각도 변화를 통해 운동학적 변인들을 분석 하였다. 분절의 운동학적 변인으로는 착지와 이지 구간의 각 이벤트별 발목각, 무릎각, 접촉각과 이지각, 아킬레스건각, 후족각 등을 3차원각도로 조사하였으며, 실험을 위해 연구대상자의 좌우측에서 촬영한 2개의 영상자료를 통해 3차원 좌표값을 산출하였다. 집단 간 각 국면에 따른 차이 검정은 독립 t-test (independent t-test)를 사용하였으며, 또한 집단 간 국면 시기에 따른 검정은 반복이원분산분석(Two way repeated measure Anova)을 사용하였다.
- 신체 건강한 20～30대 여성 12명을 대상으로 실험용 신발(스프링)의 효과검정을 위해 동일인이 비교용 신발(일반 운동화)을 반복적으로 착용한 후 운동역학적 변인 및 E.M.G 실험을 하여 다음과 같은 결론을 얻었다. 발목각은 일반화와 스프링신발의 집단 간 유의한 차이가 나타났다.
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Ⅱ. 연구방법
연구에서는 영상분석, 지면반력, 압력분포, 근전도 분석을 실시하였으나 본 연구에서는 운동학적인 변인과 근전도만을 비교 분석 하였다.
대상 데이터
- 1) 연구 대상을 발바닥이 정상 족궁(arch)인 20～30대 여성 12명(20대와 30대 각 6명)으로 한정하였으며, 편평 족궁과 고족궁을 지닌 피험자는 제외시켰다.
- 본 연구의 실험 대상자는 정상체중(20< BMI< 30)을 지닌 20～30대 건강한 여성 12명을 대상으로 실시하였으며, 남성은 실험참여의 어려움으로 인해 제외하였으며 이들은 편평족이나 고궁족위의 이상 발 소유자를 제외한 정상족의 후족 착지형을 대상으로 하였으며, 피험자의 신체적 특성은 과 같다.
- 본 연구의 실험에 사용된 장비는 크게 영상분석 장비, 근전도기, 기타장비 등 3가지로서 자세한 특성은 와 같다.
데이터처리
- 0 Version을 이용하여 각 항목별 측정값의 평균과 표준편차를 산출하였다. 각각의 신발에 따른 시기간, 그룹 간 차이를 검증하기 위해 반복 분산분석(2×2 또는 2×3 repeated ANOVA)법을 이용하여 분석하였다. 통계적 유의수준은 P<.
- 본 연구를 위한 자료처리 방법은 Windows SPSS 12.0 Version을 이용하여 각 항목별 측정값의 평균과 표준편차를 산출하였다. 각각의 신발에 따른 시기간, 그룹 간 차이를 검증하기 위해 반복 분산분석(2×2 또는 2×3 repeated ANOVA)법을 이용하여 분석하였다.
- 분절의 운동학적 변인으로는 착지와 이지 구간의 각 이벤트별 발목각, 무릎각, 접촉각과 이지각, 아킬레스건각, 후족각 등을 3차원각도로 조사하였으며, 실험을 위해 연구대상자의 좌우측에서 촬영한 2개의 영상자료를 통해 3차원 좌표값을 산출하였다. 집단 간 각 국면에 따른 차이 검정은 독립 t-test (independent t-test)를 사용하였으며, 또한 집단 간 국면 시기에 따른 검정은 반복이원분산분석(Two way repeated measure Anova)을 사용하였다.
이론/모형
- 신발에 따른 걷기 동작 시 EMG활동양상을 파악하기 위하여 MegaWin EMG분석 시스템을 활용하였다.
성능/효과
- (2) 일반 신발 : N사에서 개발한 N-free 5.0 시리즈로 맨발에 가까운 신발로 개발되어 가볍고 부드러운 운동화로 무게는 한쪽이 200g으로 기능성 운동화에 비해 상대적으로 가볍고 경쾌한 움직임이 가능함<;그림 2>.
- 2) 착용한 신발에 가려 보이지 않는 종골의 움직임은 신발에 두 개의 점을 표시하여 사용하였으며, 따라서 실제 종골의 움직임과 신발의 움직임이 불일치할 수 있으나 이에 따른 오차는 무시하였다.
- 3) 비교 대상인 일반신발은 많은 종류가 있지만, 아킬레스건 패드와 뒤꿈치의 높이가 가장 유사하고 부드러운 제품 하나만을 선택하였기 때문에 모든 일반신발에 대한 결과 비교 및 일반적 해석은 어렵다.
- <그림 8>의 결과에서 보는 바와 같이 대퇴이두근의 경우 구간에 따른 집단 간 유의한 차이를 보였다. 따라서 보행 시 주요 근육인 비복근, 전경굴근, 대퇴직근, 대퇴이두근에서 구간에 따른 집단 간에 통계적으로 유의한 근 활동 차이를 보여 신발 간 유의하게 차이가 나타났다. 이는 스프링신발의 경우 일반신발보다 보행 시 근 발현 크기가 작으므로 장시간 보행 시 피로 감소에 긍정적인 영향을 미치는 것으로 사료된다.
- 따라서 E3까지의 일반화의 발목각이 더 작으므로 스프링화는 발목관절에서의 안정성 측면에서는 일반화에 비해 그 효과가 낮다고 판단된다. 또한 E4에서는 지면에 힘을 가하고 능동적인 추진력을 얻어야 하는 구간이므로 충분한 저측굴곡이 필요함에도 불구하고 스프링화의 발목각이 일반화에 비해 작게 나타났다는 것은 발목관절 신전근들의 효율적인 운동을 방해한 결과라고 판단되며, 충격흡수의 측면에서 일반화는 신체내부에서 의 충격흡수를 위한 동작을 통해 만들어내지만, 스프링화의 경우 충격력의 감소를 신체내부에서 이끌어내는 것이 아니라 자체적인 시스템에 의해 만들어내므로 지면반력분석 결과와 동시에 살펴보는 것이 보다 합당할 것으로 사료된다.
- 이는 스프링신발은 전방으로의 추진이나 효율적이고 부드러운 보행을 이끌어내는 데는 효과가 크지 않은 것으로 사료된다. 무릎각과 아킬레스건각에서는 일반신발과 스프링신발 간의 유의한 차이가 없는 것으로 나타났으며, 후족각은 후족제어기능의 평가로 스프링신발이 큰 것으로 나타났다. 근전도 분석에 있어 비복근, 전경굴근, 대퇴직근, 대퇴이두근에서 구간에 따른 집단 간 유의한 차이가 있었다.
- G 실험을 하여 다음과 같은 결론을 얻었다. 발목각은 일반화와 스프링신발의 집단 간 유의한 차이가 나타났다. 특히 뒤꿈치 이지 시 일반신발의 발목각이 더 작으므로 스프링신발은 발목관절에서의 안정성 측면에서는 일반화에 비해 다소 낮은 것으로 나타났으며, 접촉각은 스프링신발이 유의하게 큰 것으로 나타났으며, 반면에 이지각은 일반신발이 유의하게 큰 것으로 나타났다.
- 분석 결과에 따르면 스프링화에 비해 일반화의 이지각이 유의하게 큰 것으로 나타났는데 이 결과는 발목각에 대한 분석 결과에서 E4에서의 결과와 무관하지 않은 것으로 사료된다. 즉 이지 시 일반화의 발목각이 커지게 되면 이지각 역시 커지게 되므로 스프링화의 이지각이 작다는 것은 발목관절 신전근의 활동이 충분히 발휘되지 못했다는 것을 의미한다.
- 대퇴직근은 골반의 전하장골극 부근에서 기시하여 대퇴사두근건에 종지하며 슬관절을 신전시키는 4개의 근육군의 대퇴 사두근의 하나로써 참여할 뿐 아니라 고관절부를 굴곡 시킨다. 분석결과 대퇴직근은 구간에 따른 집단간 유의한 차이를 보였다.
- 비복근의 근전도 분석결과 구간에 따라 일반신발과 스프링신발 사이에 유의한 차이를 보였다. 이는 스프링신발이 일반신발 보다 보행 중 근 활동이 적은 것으로 나타났다.
- <그림 5>에서 볼 수 있듯이 일반신발은 근 발현 크기가 감소하는 반면, 스프링신발은 근 발현 크기가 증가한 것으로 나타났으며, 통계적으로는 유의한 차이를 보였다. 이러한 이유는 스프링신발의 무게가 일반신발보다 상대적으로 무겁고, 또한 스프링신발은 스프링으로 인해 높이가 높은 것으로 나타난 결과로 판단된다.
- 연구 대상자의 각 이벤트별 신발의 종류에 따른 무릎각은 <표 4>에 제시하였다. 지지기 동안의 무릎관절각은 두 신발 모두 뒤꿈치가 착지하는 순간에 가장 큰 것으로 나타났으며 최대 지지기에서 체중 지지로 인해 약간 굴곡 된 후 전방추진을 위해 다시 신전되었다가 이지 직전에 가장 작아지는 패턴을 보였다. 이벤트별로 두 신발의 무릎각 변화를 살펴보면 뒤꿈치가 지면에 닿는 순간부터 다시 뒤꿈치가 지면에서 떨어지는 순간까지 두 신발간에 특별한 차이가 관찰되지는 않았다.
- 발목각은 일반화와 스프링신발의 집단 간 유의한 차이가 나타났다. 특히 뒤꿈치 이지 시 일반신발의 발목각이 더 작으므로 스프링신발은 발목관절에서의 안정성 측면에서는 일반화에 비해 다소 낮은 것으로 나타났으며, 접촉각은 스프링신발이 유의하게 큰 것으로 나타났으며, 반면에 이지각은 일반신발이 유의하게 큰 것으로 나타났다. 이는 스프링신발은 전방으로의 추진이나 효율적이고 부드러운 보행을 이끌어내는 데는 효과가 크지 않은 것으로 사료된다.
- 이는 두 신발 모두 체중을 앞으로 진행시키는 과정에서 발목을 최대로 배측 굴곡시키고 발이 지면에서 떨어지는 순간에 최대한 저측 굴곡시키면서 보행이 이루어지고 있음을 의미한다. 하지만 관절각의 크기에 있어서는 두 신발이 약간의 차이를 나타냈는데, E1부터 E2, E3까지 즉 뒤꿈치가 지면에 닿는 순간부터 뒤꿈치가 다시 지면에서 떨어지는 순간까지는 일반화에 비해 스프링화의 발목각이 더 크게 유지되는 것으로 나타났고, 앞꿈치가 이지되는 순간인 E4에서는 일반화에 비해 좀 더 작은 발목각으로 이지하는 것으로 나타났다. 일반적으로 발목각은 신체가 앞으로 추진되는 과정에서 가장 작아지게 되고 이지 직전에 가장 커지게 된다.
후속연구
- 그러나 이러한 연구들이 어느 한 분야에 한정되어 있는 실정이며, 각 종목별 전문신발이 개발되어 보급되는 추세지만, 일상생활에서 많이 사용되고 있는 보행용 전문신발에 대한 연구는 전무한 실정이다. 이를 위해 본 연구에서는 3차원 영상분석과 E.M.G를 이용하여 일반적으로 사용되는 운동화와 새로 개발된 기능성 전문 신발(스프링)의 운동학적 특성의 차이점을 규명하고 일반인들의 걷기운동 효과를 증진시킬 수 있는 체육 과학적 근거를 마련할 수 있으며, 이를 통하여 일반인들의 걷기 운동효과를 높일 수 있음은 물론, 이와 유사한 다른 기능성 신발의 개발을 유도하고, 나아가 스포츠산업 발전에도 기여 할 수 있을 것으로 사료된다.
- 스프링신발이 발바닥 부위의 구조적 특성 때문에 발 앞꿈치 이지 전 지지기에서 후족에서부터 전족 쪽으로 다소 큰 회내 운동을 통해 구르는 동작을 수행하게 되는 데 이러한 동작을 수행하는 데 필요한 힘이 대퇴직근에서 많이 발현되는 것으로 이러한 결과로 인해 스프링신발을 착용할 경우 지지기에서 이지기까지 미세하지만 근 강화에 긍정적인 영향을 미치는 것으로 사료된다. 이후의 기능성 신발에 대한 연구에서는 신발의 높이, 연령수준, 성별, 그리고 걷기훈련 유무에 따른 연구들과 운동시간과 운동 강도에 대한 추가 연구가 요구된다.
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