선택한 단어 수는 입니다.
최소 단어 이상 선택하여야 합니다.
최소 단어 이상 선택하여야 합니다.
선택한 단어 수는 30입니다.
최대 10 단어까지만 선택 가능합니다.
최대 10 단어까지만 선택 가능합니다.
문제 정의
- 9,10‐12 따라서 본 연구에서는 이와 같이 3차원 동작분석기와 힘판을 이용해 한국인 정상 성인을 대상으로 보행분석을 실시하여 보행 동안 일어나는 시간적·공간적 지표의 변화와 모멘트, 일률, 그리고 지면반발력의 운동역학적 매개변수에 대한 표준자료를 제공함으로써 병적 보행 이해를 위한 기초와 정상 보행의 생체역학적 특성을 알아보고, 이를 통해 향후 임상에서 3차원 동작분석기를 이용한 환자들의 보행분석 시 필요한 기초 자료로 삼기 위해 본 연구를 실시하였다.
- 본 연구에서는 보행분석의 기초자료를 얻기 위하여 정상 성인 73명을 대상으로 3차원 동작분석기를 이용하여 보행 주기 동안의 시간적·공간적 지표 변화와 골반, 엉덩관절, 무릎관절, 발목관절에서의 운동 역학적 자료의 변화치를 분석하여 서구의 다른 연구들과 유사한 결과를 얻었다.
- 본 연구에서는 이와 같이 3차원 동작분석기와 힘판을 이용해 보행의 시간적·공간적 지표와 운동역학적 결과를 함께 분석하여 보행 중의 어떤 동작(event)을 위해 어떤 힘들이 작용하고 있는지 확인하였다.
제안 방법
- 13,24,25 이러한 앞뒤 또는 내외측지면반발력은 체중심의 앞뒤·내외측 이동에 의한 전단력으로 수직 지면반발력에 비해서는 그 크기가 작으나 각각 제동/추진력과 안정성과 관련된 중요한 정보를 제공해 준다.
- 동적 검사는 동일한 표지자를 부착한 상태에서 10‐m 거리를 대상자가 편안한 보행으로 걷게 하였으며 10회 이상 반복 보행 후 가장 자연스러운 보행 양상을 3회 택해 분석하였다. Vicon optical motion capture system을 통해 얻어진 visual and analogue data는 real‐time data capture를 사용하여 Vicon Nexus and Polygon 프로그램으로 처리하여 보행의 각 주기에 따른 3차원상의 자료로 나타내었고(Figure 2), 이를 다시 수치화하여 보행의 주요 주기에 따른 시상면, 관상면, 횡단면의 3차원상의 관절 운동으로 나타내었다. 검사 후 얻어진 보행 주기 별 자료는 그 평균치를 내어 통계 처리 후 분석하였다.
- 대상자들의 보행검사는 Vicon Motion Systems Limited(Oxford, 영국)의 Vicon IQ motion capture and analysis software(Oxford Metrics Group, 영국) 등을 내장한 PC에 6‐ camera Vicon MX motion analysis system(120Hz, Vicon, Oxford, 영국)을 이용하여 보행 시의 3차원적 관절 운동학과 운동역학적 변화를 검사하였다. 검사 직전 카메라에서 발생될 수 있는 오차를 교정한 후 하지와 골반의 주요 관절과 근육에 표지자(marker)를 부착하고, 힘판(1080Hz, AMTI, Watertown, MA, 미국) 위에 기립 정지 상태에서 각 관절의 위치를 Vicon optical motion capture system에 연결된 컴퓨터 화면에서 정적 검사를 시행하였고, 재구성과 라벨링은 Vicon IQ software를 사용하여 수행되었다. 이때 부착된 표지자는 Plug‐In‐Gait model을 위한 Vicon guidelines을 따라 배치되었으며, 직경 1.
- 대상자들의 보행검사는 Vicon Motion Systems Limited(Oxford, 영국)의 Vicon IQ motion capture and analysis software(Oxford Metrics Group, 영국) 등을 내장한 PC에 6‐ camera Vicon MX motion analysis system(120Hz, Vicon, Oxford, 영국)을 이용하여 보행 시의 3차원적 관절 운동학과 운동역학적 변화를 검사하였다. 검사 직전 카메라에서 발생될 수 있는 오차를 교정한 후 하지와 골반의 주요 관절과 근육에 표지자(marker)를 부착하고, 힘판(1080Hz, AMTI, Watertown, MA, 미국) 위에 기립 정지 상태에서 각 관절의 위치를 Vicon optical motion capture system에 연결된 컴퓨터 화면에서 정적 검사를 시행하였고, 재구성과 라벨링은 Vicon IQ software를 사용하여 수행되었다.
- 동적 검사는 동일한 표지자를 부착한 상태에서 10‐m 거리를 대상자가 편안한 보행으로 걷게 하였으며 10회 이상 반복 보행 후 가장 자연스러운 보행 양상을 3회 택해 분석하였다. Vicon optical motion capture system을 통해 얻어진 visual and analogue data는 real‐time data capture를 사용하여 Vicon Nexus and Polygon 프로그램으로 처리하여 보행의 각 주기에 따른 3차원상의 자료로 나타내었고(Figure 2), 이를 다시 수치화하여 보행의 주요 주기에 따른 시상면, 관상면, 횡단면의 3차원상의 관절 운동으로 나타내었다.
- 본 연구에 앞서 검사실의 실내 온도와 주위 환경을 대상자가 불편함을 느끼지 않도록 가장 편안하게 만들고 연구 대상자 개개인에게 연구의 목적과 실험방법에 대해 충분히 설명을 하고 동의를 구하였으며 순조로운 진행과 실험절차를 알려주기 위해 연구 보조원이 시범을 보인 후 시행하였다. 먼저 과거력 청취 및 이학적 검사를 실시하여 보행에 영향을 줄 만한 신경근골격계 손상이 없는 정상 성인임을 확인한 후, 신장, 체중, 양 하지의 길이, 양 무릎관절 및 발목관절 폭 등 보행검사 시 자료 분석에 필요한 신체 계측을 시행하였다.
- 본 연구에서의 신체 분절, 운동형상학(kinematic), 그리고 힘판 데이터는 보행 주기 동안의 각 면과 하지의 개개의 관절에서의 순 근육 모멘트(net muscle moment)를 산출하는데 이용되었고, 일률은 순 근육 모멘트와 관절 각 속도에 의해 계산(Power = moment x angular velocity)되어 평균 산출을 목적으로 개개의 피험자의 체중에 대해 표준화되었다. 관절 모멘트는 그 관절에서의 근 활성도를 추론하기 위해서 사용될 수 있으며, 일반적으로 사용되는 관례는 관절 각(joint angle)에서 사용되어지는 것과는 반대이다.
- 4cm의 구형으로 부착 부위는 엉치뼈 표지자의 경우 좌우의 위뒤엉덩뼈가시 부위, 양측 골반 표지자는 좌우의 위앞엉덩뼈가시 부위, 양측 무릎관절 표지자는 무릎관절 굽힘의 축으로 무릎관절의 앞뒤를 연결하는 선상의 중간점인 외측 부위로 하였다. 양측 넓적다리 표지자는 넓적다리의 하 1/3에 해당하는 외측 부위로서 보행 시 자연스러운 팔의 운동을 저해하지 않는 높이의 부위, 양측 발목관절 표지자는 정강뼈의 가쪽관절융기부위와 정강뼈의 하 1/3에 해당하는 외측 부위, 양측 앞발(forefoot) 표지자는 제 2 중족골두의 상면 부위, 양측 발꿈치뼈 표지자는 앞발 표지자와 앞발 표지자와 연결되는 발의 종축선 상의 뒤꿈치 뼈 부위로 하였다.
대상 데이터
- 대상자는 그들의 보행 패턴에 영향을 미칠 수 있는 수술이나 최근의 손상과 같은 어떠한 정형 외과적 질환의 과거력도 없는 정상 성인 총 73명으로 남자 35명, 여자 38명이었으며 대상자의 평균 연령은 20.7±2.7세, 체중은 평균 64.2±14.0kg이였고, 평균 체질량 지수는 23.0±3.7(normal weight, 20≤BMI; body mass index<24), 신장과 하지 길이는 각각 평균 166.7cm, 85.4cm이었다.
- 4cm이었다. 한편 무릎관절과 발목관절의 평균 폭(width)은 10.2cm, 6.8cm이었으며 목포과학대학 동작분석실에 설치되어 있는 3차원 동작분석기를 이용하여 2008년 11월부터 12월까지 본 연구를 실시하였다.
데이터처리
- Vicon optical motion capture system을 통해 얻어진 visual and analogue data는 real‐time data capture를 사용하여 Vicon Nexus and Polygon 프로그램으로 처리하여 보행의 각 주기에 따른 3차원상의 자료로 나타내었고(Figure 2), 이를 다시 수치화하여 보행의 주요 주기에 따른 시상면, 관상면, 횡단면의 3차원상의 관절 운동으로 나타내었다. 검사 후 얻어진 보행 주기 별 자료는 그 평균치를 내어 통계 처리 후 분석하였다.
이론/모형
- 관절 모멘트는 그 관절에서의 근 활성도를 추론하기 위해서 사용될 수 있으며, 일반적으로 사용되는 관례는 관절 각(joint angle)에서 사용되어지는 것과는 반대이다. 관절 모멘트에 대한 정량적인 수치를 획득하기 위해서는 연쇄분절(link‐segment) 모델이라 불리는 하지의 수학적인 등가물이 구성되어야만 하고, 실제적인 계산은 뉴턴의 방정식을 사용해 이루어진다.23
- 검사 직전 카메라에서 발생될 수 있는 오차를 교정한 후 하지와 골반의 주요 관절과 근육에 표지자(marker)를 부착하고, 힘판(1080Hz, AMTI, Watertown, MA, 미국) 위에 기립 정지 상태에서 각 관절의 위치를 Vicon optical motion capture system에 연결된 컴퓨터 화면에서 정적 검사를 시행하였고, 재구성과 라벨링은 Vicon IQ software를 사용하여 수행되었다. 이때 부착된 표지자는 Plug‐In‐Gait model을 위한 Vicon guidelines을 따라 배치되었으며, 직경 1.4cm의 구형으로 부착 부위는 엉치뼈 표지자의 경우 좌우의 위뒤엉덩뼈가시 부위, 양측 골반 표지자는 좌우의 위앞엉덩뼈가시 부위, 양측 무릎관절 표지자는 무릎관절 굽힘의 축으로 무릎관절의 앞뒤를 연결하는 선상의 중간점인 외측 부위로 하였다. 양측 넓적다리 표지자는 넓적다리의 하 1/3에 해당하는 외측 부위로서 보행 시 자연스러운 팔의 운동을 저해하지 않는 높이의 부위, 양측 발목관절 표지자는 정강뼈의 가쪽관절융기부위와 정강뼈의 하 1/3에 해당하는 외측 부위, 양측 앞발(forefoot) 표지자는 제 2 중족골두의 상면 부위, 양측 발꿈치뼈 표지자는 앞발 표지자와 앞발 표지자와 연결되는 발의 종축선 상의 뒤꿈치 뼈 부위로 하였다.
성능/효과
- 이러한 수직·내외측 지면반발력 패턴의 다양함은 보행속도에 의존하며, 속도가 증가함에 따라 정점력도 커진다.4,30 결론적으로 보행 시 관절 운동역학 패턴은 보행속도가 증가함에 따라 정점 모멘트와 일률 값은 물론 지면반발력 또한 증가하게 된다.4,24,27,30
- 만약 각 속도가 영(zero)인 경우에는 관절에서의 생성되거나 흡수되는 어떠한 힘도 없게 되는데, 이는 바꾸어 말하면 제길이 수축을 가리킨다. 또한 능동적 유량(active flows)이 근육과 힘줄을 통해 힘을 전달하는 반면, 수동적 유량(passive flows) 은 관절 그 자체를 통해 옮겨질 수가 있는데, 이러한 수동적 유량은 보행에 있어서 매우 유의하다고 판명되었다.6
- 보행속도는 1.21±0.13m/s의 결과를 보여 Gage15의 1.19m/s와 비슷하였으나, Perry16의 1.43m/s, Skinner17의 1.39m/s와 비교해서는 보다 낮은 보행속도를 보였으며, 평균 연령 74세(n=15)의 노인을 대상으로 Lee 등18이 보고한 0.85±0.19m/s보다는 현저히 높은 속도를 보여 젊고 건강할수록 보행속도가 증가하는 경향을 알 수 있었다.
- 본 연구결과 무릎관절 최대 굽힘모멘트는 ‐0.47±0.18Nm/kg의 결과를 나타냈는데 Winter25가 보고한 0.62Nm/kg과는 다소 차이를 보였지만, 국내의 경우 Cho26가 보고한 0.55Nm/kg이나 서구의 다른 연구결과와도 유사하였다.
- 본 연구결과 시상면에서의 엉덩관절 일률의 최대값(생성)은 1.55±0.44W/kg이고, 최소값(흡수) ‐0.75±0.42W/kg이었는데, 부하반응기에 생성이 한 번 있고 곧이어 흡수가 일어나며 다시 입각기 말 유각기 초에 경사도가 급한 생성이 나타난 후 그 값이 급속히 줄어드는 양상을 보였으며, 이는 서구와 국내의 다른 연구결과와도 유사하였다.
- 본 연구결과 정상 성인의 보행 주기 동안 대부분의 모멘트는 폄근임을 알 수 있었고, 반면 굽힘근 활성도는 주로 무릎관절에서, 그리고 발가락 들기의 근처에 엉덩관절에서 나타났다. 발목관절에서의 발등/발바닥쪽굽힘모멘트를 살펴보면 초기접지기(initial contact) 후에 곧바로 일시적인 발등쪽굽힘근이 존재한 이후에는 유각기에서 영점까지 급속히 감소하는 반대쪽 초기접지기까지는 입각기의 전체를 통해 점차적으로 발바닥쪽굽힘모멘트가 상승하였는데, 이는 서구의 다른 연구들과 일치하였다.
- 본 연구결과 최대 내외측 지면반발력 FML1은 2.38±0.60% BW로 부하 반응기 중간에 일어났으며, 최소 내외측 지면반발력 FML2는 ‐4.49±1.13% BW로 말기입각기에서 정점에 도달하는 것으로 나타났는데 이는 다른 연구결과와도 유사하였고, 내외측 지면 반발력은 신체의 외측 운동에 반응해 거의 항상 내측으로 향하고 그 크기는 활보폭(stride width)에 비례한다고 보고되고 있다.
- 시상면에서의 발목관절 굽힘/폄모멘트 변화를 살펴보면 부하반응기에 발등굽힘모멘트를 보이지만 중간입각기에서 말기유 각기까지 지속적으로 발바닥쪽굽힘모멘트가 증가하였다가 전유 각기에 다시 감소하기 시작하여 유각기를 통해 영점상태가 유지되는 패턴을 보였다. 발목관절 최대 발등굽힘 모멘트는 ‐0.
- 시상면에서의 엉덩관절 굽힘/폄모멘트 변화를 살펴보면 부하반응기에 급속히 폄모멘트가 증가하나 이후 지속적으로 폄모멘트가 서서히 감소하여 입각기 중기에 굽힘모멘트로 바뀌고, 입각기 말에서 유각기 초기까지 굽힘모멘트를 보이다가 다시 감소하기 시작하여 유각기 중기에 폄모멘트로 바뀌는 양상을 보였으며, 엉덩관절 최대 굽힘모멘트 ‐0.84±0.36Nm/kg, 최대 폄모멘트 0.73±0.39Nm/kg의 결과를 보였는데 이는 다른 연구의 결과와도 유사하였다.
- 최대 앞뒤 지면반발력(FAP1)의 평균값은 14.02±3.61% BW이며, 최소 앞뒤 지면반발력(FAP2)은 ‐23.49±3.18% BW로 나타났고, 최대 내외측 지면반발력(FML1)은 2.38±0.60% BW이며, 최소 내외측 지면반발력(FML2)은 ‐4.49±1.13% BW로 나타났다.
후속연구
- 본 연구에서는 보행분석의 기초자료를 얻기 위하여 정상 성인 73명을 대상으로 3차원 동작분석기를 이용하여 보행 주기 동안의 시간적·공간적 지표 변화와 골반, 엉덩관절, 무릎관절, 발목관절에서의 운동 역학적 자료의 변화치를 분석하여 서구의 다른 연구들과 유사한 결과를 얻었다. 따라서 앞으로의 병적 보행에 대한 연구의 비교 기초자료로서, 또한 대한민국 건강한 성인의 정상 지표로서 임상적으로 긍정적 가치가 있을 것으로 생각되며, 앞으로도 3차원 동작분석기와 힘판과 더불어 동적 근전도를 활용한 보다 많은 대상자의 보행분석을 실시하여 기존의 연구자료들과 비교 분석할 수 있는 객관성과 정확성이 높은 광범위한 연구가 있기를 기대해 본다.
- 본 연구에서는 이와 같이 3차원 동작분석기와 힘판을 이용해 보행의 시간적·공간적 지표와 운동역학적 결과를 함께 분석하여 보행 중의 어떤 동작(event)을 위해 어떤 힘들이 작용하고 있는지 확인하였다. 이와 더불어 앞으로의 보행분석에 관한 연구에서는 근 활동의 타이밍과 상대적 강도, 또는 비정상 원인을 알아내는 데 유용한 동적 근전도 자료를 함께 활용한 연구가 폭넓게 이루어진다면 정상 보행은 물론 병적 보행의 보다 세밀한 생체역학적 분석을 하는데 도움이 되리라 생각된다.
※ AI-Helper는 부적절한 답변을 할 수 있습니다.