[논문]Orthotics 착용에 따른 정상, 요족, 평발의 생체역학적 보행분석 및 시뮬레이션

이중현; 이재옥; 박성하; 이영신

doi:10.3795/ksme-a.2007.31.11.1115

Orthotics 착용에 따른 정상, 요족, 평발의 생체역학적 보행분석 및 시뮬레이션
Biomechanical Gait Analysis and Simulation on the Normal, Cavus and Flat Foot with Orthotics 원문보기

大韓機械學會論文集. Transactions of the Korean Society of Mechanical Engineers. A. A, v.31 no.11 = no.266, 2007년, pp.1115 - 1123

이중현 (충남대학교 대학원 기계설계공학과, BK21 메카트로닉스 사업단) , 이재옥 (충남대학교 대학원 기계설계공학과, BK21 메카트로닉스 사업단) , 박성하 (㈜ 테크스톰) , 이영신 (충남대학교 대학원 기계설계공학과, BK21 메카트로닉스 사업단)

Abstract ▼ AI-Helper

The foot plays an important role in supporting the body and keeping body balance. An abnormal walking habit breaks the balance of the human body as well as the function of the foot. The foot orthotics which is designed to consider biomechanics effectively distributes the load of the human body on the sole of the foot. In this paper, gait analysis was performed for three male subjects wearing the orthotics. In this study, three male subjects were selected. The experimental apparatus consists of a plantar pressure analysis system and digital EMG system. The gait characteristics are simulated by ADAMS/LifeMOD. The COP (Center of Pressure), EMG and ground reaction force were investigated. As a result of gait analysis, the path of COP was improved and muscle activities were decreased with orthotics on the abnormal walking subjects.

주제어

AI 본문요약
AI-Helper

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문제 정의

본 논문에서는 오쏘틱스가 보행에 미치는 영향에 대해서 연구하였으며, 피험자를 대상으로 족압 측정 시스템, 근전도 측정 시스템, motion capture 장비를 이용한 보행분석 실험을 실시하였다. 얻어진 데이터로 COP(Center Of Pressure)의변화, 다리 근육의 근전도 변화, 하지 분절의 각도 값 변화를 비교하였다.

가설 설정

5에서 나타나는 검은 실선은 정상 보행에서의 COP의 이동으로 발뒤축 접지기에 발바닥중심의 외측에서 시작하여 발바닥 접지기에 중심으로 이동한다. 중간 입각기에 다시 발바닥 중심의 외측으로 이동하였다가 엄지발가락과 두 번째 발가락 사이로 빠져 나가게 된다。6) 빨간 점선은 피험자의 COP의 이동을 보여준다.
10은 피험자가 보행 분석 장비를 착용한 모습이다. 인체의 상지는 보행에 영향을 미치지 않는 것으로 가정하여, 하지 근-골격계만을 모델링 하였다.

제안 방법

각각의 피험자의 경우 Type 1과 Type 2의 피험자는 요족용 오쏘틱스를 미착용/착용하여 실시되었으며 Type 3의 피험자는 평발형 오쏘틱스를 미착용/착용하여 실시하였다.
얻어진 데이터로 COP(Center Of Pressure)의변화, 다리 근육의 근전도 변화, 하지 분절의 각도 값 변화를 비교하였다. 또한 ADAMS/LifeMOD 를 이용하여 동력학적 시뮬레이션을 실시하여 지면 반발력에 대한 연구를 수행하였다.
보행분석 장비(gait motion capture)로 얻어진 골반(pelvis), 고관절(hip), 슬관절(knee) 및 족관절 (ankle)의 시간에 따른 각도 변화 값을 이용하여 인체 하지를 모델링하였으며, 역방향 동역학 해석을 수행하였다. Fig.
본 논문에서는 족압 측정 시스템, 근전도 측정시스템, Motion Capture장비를 이용하여 오쏘틱스착용의 생체역학적 보행분석을 수행하여 다음과 같은 결론을 얻었다.
시뮬레이션의 구동 과정에서 지면 반발력을 산출하였다. 일반적으로 지면 반발력을 측정하기 위해서 힘즉정판(force platform)을 사용하지만 본연구에서는 힘측정판을 대신하여 Fig.
실험은 각각 15회씩 실시하였고 데이터분석을 통해 보행분석이 이루어졌다.
근전도 측정기는 LAXTHA의 LXM3204를 이용하였다. 실험은 오쏘틱스 착용/미착용한 경우를 각각 실시하였으며 착용 되는 오쏘틱스의 타입은 테크스톰의 FA-48S 족압측정 시스템을 통해 발의 유형을 파악하고 피시험자의 보행특성에 맞는 타입의 오쏘틱스를착용시켰다. 오쏘틱 스 역시 테크스톰에서 개 발한요족, 평발용 오쏘틱스이다.
얻어진 데이터로 COP(Center Of Pressure)의변화, 다리 근육의 근전도 변화, 하지 분절의 각도 값 변화를 비교하였다. 또한 ADAMS/LifeMOD 를 이용하여 동력학적 시뮬레이션을 실시하여 지면 반발력에 대한 연구를 수행하였다.
일반적으로 지면 반발력을 측정하기 위해서 힘즉정판(force platform)을 사용하지만 본연구에서는 힘측정판을 대신하여 Fig. 12와 같이 시뮬레이션을 통하여 지면 반발력을 측정하였다. Fig.
족압 측정기는 보행 시작 위치에서 3 m 떨어진 곳에 설치하여 정상상태 보행속도에 도달한 다음에 보행주기를 측정하였다. 근전도 측정은 Fig.

대상 데이터

변환되어 측정된다. 근전도 측정기는 LAXTHA의 LXM3204를 이용하였다. 실험은 오쏘틱스 착용/미착용한 경우를 각각 실시하였으며 착용 되는 오쏘틱스의 타입은 테크스톰의 FA-48S 족압측정 시스템을 통해 발의 유형을 파악하고 피시험자의 보행특성에 맞는 타입의 오쏘틱스를착용시켰다.
본 연구에 선정된 대상은 20대 남성들이며 각각 정상, 평발, 요족형의 사람을 선정하여 보행 분석을 실시하였다. Table 1에는 각 피험자들의 인체 정보를 나타내고 있다.
입 력데이터는 시간에 따라서 골반의 시상면, 전두면, 수평면에 대한 각도, 고관절에서의 시상 면, 전두면에 대한 각도, 슬관절의 시상면에 대한각도 와 족관절의 시상면, 수평면에 대한 각도로 총 13개의 데이터를 사용하였다. Fig.

데이터처리

6은 근전도 측정 장치를 사용하여 단일 보행 주기 동안의 근육 활동도를 나타낸 그래프이다. 그래프의 보행주기에 상응되는 값은 근전도의 활동량 수치로 데이터를 RMS(Root Mean Square)의 방법으로 나타내었다.'” Table 3은 보행 시 근전도 실험에서 측정된 근육의 명칭과 역할을 나타낸 것이다.

이론/모형

동력학적 인체 모델링과 시뮬레이션에는 상용해석 프로그램인 ADAMS/LifeMOe"*)를 사용하였다. 보행분석 장비(gait motion capture)로 얻어진 골반(pelvis), 고관절(hip), 슬관절(knee) 및 족관절 (ankle)의 시간에 따른 각도 변화 값을 이용하여 인체 하지를 모델링하였으며, 역방향 동역학 해석을 수행하였다.
이영신 등S')은 보행 장애가 있는 뇌졸중 환자를 위한 단하지 보조기의 구조해석과 설계기술에 대해 연 구하였다. 박기봉 등㎛은 카오스 이 론을 적용하여 보행분석 연구를 수행하였다.

성능/효과

(1) 개인의 발형태에 맞는 적합한 오쏘틱스의 착용은 요족과 평발에서 과도하게 발의 안쪽으로 치우치는 COP를 정상보행에서의 COP와 근접하게 만들어주며, 보행시 하지 근육의 활성도를 저하시켜 근피로도를 줄여준다.
(2) Motion capture를 통한 분석은 오쏘틱스가요족과 평발에서 보행시 각 다리 관절의 각도 변화를 지연 및 완화하여 보행자가 편안하게 보행을 할 수 있게 함을 알 수 있다. 이러한 결론은 Nigg에 의해 제시된 오쏘틱스의 역할에 대한 결론과 상응한다.
(3) 시뮬레이션을 통한 지면 반발력에 대한 고찰을 통해 오쏘틱스의 착용은 요족과 평발의 중간 입각기의 시기를 앞당겨서 정상 보행시의 지면 반발력과 같은 경향을 나타나게 한다는 것을 확인하였다. 전체적인 관점에서 오쏘틱스는 요족과평발을 가진 사람의 보행을 개선시켜주는 효과가 있었다.
Type 1의 경우 오쏘틱스를 착용하였을 때의 보행이 미착용시의 보행보다 고관절, 슬관절, 족관절에서의 굴곡과 신전이 보행주기 전체에서 최대 5% 정도의 지연이 나타났다(Fig. 7). 정상 보행인 Type 2의 경우에는 오쏘틱스를 착용하였을 때의 보행이 미착용시의 보행보다 굴곡과 신전이 보행 주기 최대 3% 정도의 지연이 나타났으나 관절 각의 운동특성에 있어서는 별다른 차이가 없었다 (Fig.
Type 2의 경우 중간 입각기에서 약간의 차이는 있지만 정상 보행에서의 COP를 나타내는 검은 실선과 잘 일치함을 확인할 수 있다. 이는 피실험자가 평상시 정상보행을 하고 있음을 의미한다.
나타낸다. 시뮬레이션 결과로써 오쏘틱스를 착용한 요족과 평발은 중간입각기의 시간을 앞당기는 경향을 보이는데 Winter(1987)에 의해 사용되던 지면 반발력 곡선과 비교해보면 보행 주기에서 좀 더 빠른 중간입각기의 발생 패턴과 상응한다. 이는 정상 형의 발을 제외하고 요족과평발에서 지면 반발력에 따른 패턴을 봤을 때 뚜렷한 개선효과가 있다고 할 수 있다.
전체적인 관점에서 오쏘틱스는 요족과평발을 가진 사람의 보행을 개선시켜주는 효과가 있었다.

후속연구

것에는 미흡함이 있었다. 따라서 향후 연구는 이러한 점을 고려하여 관련된 하지 근육의 영향을 구체화하는 연구도 필요하다고 사료된다.

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표제어: PCR

동의어: Packet Collision Rate

용어 설명 출처 목록 (6)

용어 설명: PCR은 세균 특이성이 있는 primer를 이용하여 적은 수의 세균이 있을지라도 쉽게 검출할 수 있는 유용한 방법이며, 이를 이용하여 구강 내 치면세균막이나 타액에서 직접 세균을 검출할 수 있게 되었다[8].

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