롤러 신발과 조깅 신발 착용 후 보행 시 하지 분절의 운동학적 특성 비교 분석 The Comparative Analysis of Wearing Roller Shoes and Jogging Shoes on Kinematic Characteristics in the Lower Extremity during Walking원문보기
본 연구의 목적은 롤러 신발과 조깅 신발 착용 후 보행 시 운동학적 변인에 대하여 비교 분석 하는데 있다. 이를 위해 하지 근골격계에 이상이 없는 중학생 8명을 피험자로 선정하여 3차원 동작 분석을 실시하였다. 분석 결과, 활보장, 인체무게 중심변위 및 선속도, 관절각 및 각속도에서 집단 간 통계적으로 유의한 차이를 보였다. 특히 롤러 집단의 경우 지지 시 발목 관절각이 증가하고 무릎각의 각속도가 감소하는 결과를 나타내었다. 이는 롤러 신발의 경우 장착된 휠에 의해 지지 시 적절한 배측굴곡이 이루지지 못하고, 불안정성을 극복하기 위해 무릎의 과도한 굴곡이 나타난 것으로 사료되어 진다. 이러한 운동학적 변인의 차이는 롤러 신발 보행 시 정상 패턴과는 다른 불안정한 보행 동작을 유발시키고 이러한 동작이 지속적으로 이루어진다면 하지 근골격계에 변화를 유발시켜 부상 유발의 가능성이 있을 것으로 생각된다. 따라서 본 연구 결과를 토대로 향후 보다 안정성 높은 롤러 신발을 개발할 수 있을 것으로 기대된다.
본 연구의 목적은 롤러 신발과 조깅 신발 착용 후 보행 시 운동학적 변인에 대하여 비교 분석 하는데 있다. 이를 위해 하지 근골격계에 이상이 없는 중학생 8명을 피험자로 선정하여 3차원 동작 분석을 실시하였다. 분석 결과, 활보장, 인체무게 중심변위 및 선속도, 관절각 및 각속도에서 집단 간 통계적으로 유의한 차이를 보였다. 특히 롤러 집단의 경우 지지 시 발목 관절각이 증가하고 무릎각의 각속도가 감소하는 결과를 나타내었다. 이는 롤러 신발의 경우 장착된 휠에 의해 지지 시 적절한 배측굴곡이 이루지지 못하고, 불안정성을 극복하기 위해 무릎의 과도한 굴곡이 나타난 것으로 사료되어 진다. 이러한 운동학적 변인의 차이는 롤러 신발 보행 시 정상 패턴과는 다른 불안정한 보행 동작을 유발시키고 이러한 동작이 지속적으로 이루어진다면 하지 근골격계에 변화를 유발시켜 부상 유발의 가능성이 있을 것으로 생각된다. 따라서 본 연구 결과를 토대로 향후 보다 안정성 높은 롤러 신발을 개발할 수 있을 것으로 기대된다.
The purpose of this study was to compare the effect of wearing roller shoes and jogging shoes on kinematic characteristics in lower extremity during walking. Eight male middle school students(age: $15.0{\pm}0.0^{\circ}$ yrs, height $175.9{\pm}6.6cm$, weight: $616.3{\pm}84....
The purpose of this study was to compare the effect of wearing roller shoes and jogging shoes on kinematic characteristics in lower extremity during walking. Eight male middle school students(age: $15.0{\pm}0.0^{\circ}$ yrs, height $175.9{\pm}6.6cm$, weight: $616.3{\pm}84.9$ N) who have no musculoskeletal disorder were recruited as the subjects. Temporal parameters, step length, stride length, center of mass, velocity of CM, angle of segment, angular velocity and range of motion were determined for each trial. For each dependent variable, paired t-test was performed to test if significant difference existed between shoe conditions(p < .05). The results showed that stride length and velocity of CM in wearing roller shoes were significantly less than those found in wearing jogging shoes. These indicated that walking patterns may be changed by different shoe conditions and unstable braking condition because of wheel. Angle of ankle joint at LHC1 and LHC2 in wearing roller shoes was greater than the corresponding value for wearing jogging shoes. It seems that the ankle joints are locked in an awkward fashion at the heel contact to compensate for imbalance. Otherwise, dorsi flexion was not produced at the heel contact point in wearing roller shoes.
The purpose of this study was to compare the effect of wearing roller shoes and jogging shoes on kinematic characteristics in lower extremity during walking. Eight male middle school students(age: $15.0{\pm}0.0^{\circ}$ yrs, height $175.9{\pm}6.6cm$, weight: $616.3{\pm}84.9$ N) who have no musculoskeletal disorder were recruited as the subjects. Temporal parameters, step length, stride length, center of mass, velocity of CM, angle of segment, angular velocity and range of motion were determined for each trial. For each dependent variable, paired t-test was performed to test if significant difference existed between shoe conditions(p < .05). The results showed that stride length and velocity of CM in wearing roller shoes were significantly less than those found in wearing jogging shoes. These indicated that walking patterns may be changed by different shoe conditions and unstable braking condition because of wheel. Angle of ankle joint at LHC1 and LHC2 in wearing roller shoes was greater than the corresponding value for wearing jogging shoes. It seems that the ankle joints are locked in an awkward fashion at the heel contact to compensate for imbalance. Otherwise, dorsi flexion was not produced at the heel contact point in wearing roller shoes.
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문제 정의
또한 본 연구의 결과를 통해 보다 안전하고 유용한 롤러 신발 개발에 필요한 자료를 제공할 수 있을 것이다. 따라서 본 연구의 목적은 롤러 신발과 조깅 신발 착용 후 보행 시 하지 분절의 운동학적인 변인을 비교 분석하는데 있다.
본 연구의 목적은 롤러 신발과 조깅 신발 착용 후 보 행 시 운동학적 변인에 대하여 비교 분석 하는데 있다. 이를 통해 활보장, 인체무게 중심변위 및 선속도 관절 각 및 각속도에서 집단 간 통계적으로 유의한 차이를 보였다.
제안 방법
각 동작 구간에 대한 시간 변인, 보폭 및 활보장, 국 면별 인체 중심 변위 및 선속도, 관절각 및 각속도 구 간별 관절각 범위의 평균과 표준편차들 계산하였다. 롤 러 신발과 조깅 신발 착용 집단 간에 통계적 유의성을 검증하기 위해 SPSS 14.
또한 모든 연구대상자들은 데이터 수집 전 롤러 발(Heatys, Korea)과 조깅 신밸LA Gear, Korea)을 은 상태에서 보행 연습을 수차례 실시하였다. 보행 보행속도는 U m/s로 통제하여 각각 4번의 동작을 자 료수집 하였다.
무릎각, 발목각은 각 분절이 이루는 각으로 설정하였고 대퇴 기울기각은 대퇴와 전후축이 이루는 각으로 설정하 였다 지정된 각은 벡터의 내적에 의해 구하였다（그림 3）.
무릎과 발목관절 중심은 관절외측 두개 과의 중심으로 설정하여 디지타이징하였고 엉덩관절 중심의 경우 Tylkowski, Simon & Mansour(1982) 에 의한 좌우즉 전 상장골극(L/R ASIS), 대전자(Great Trochanter) 사이의 거리에 대한 비율로 추정하여 관절중심을 계산하였다.
영상 좌표 화 과정에서 나타나는 노이즈(noise)를 최소화하기 위해서 2차 Butterworth low-pass digital filter를 사용하였으며, 이때 차단주파수는 6 H로 설정하였다. 본 연구에서는 X축 방향을 좌우축 Y축 방향을 전후축, Z축 방 향을 수직축으로 설정하였다
주요 이벤트는 왼발이 지면에 닿는 순간 (LHQ), 오른발이 지면에서 떨어지는 순간(RTO), 오른 발이 지면에 닿는 순간(RHC), 왼발이 지면에서 떨어지는 순간(LTO), 다시 왼발이 지면에 닿는 순간(LHQ)이다. 본 연구에서는 첫 번째와 두 번째 이벤트 사이를 초기 양발 지지구간(IDLS), 두 번째와 세 번째 이벤트 사 이를 초기 한발 지지구간(ISLS), 세 번째와 네 번째 이 벤트 사이를 후기 양발 지지구간(TDLS), 네 번째와 다 섯 번째 이벤트를 사이를 후기 한발 지지구간CTSLS)으 로 분류하였다.
영상 분석 절차는 먼저 비디오 카메라를 작동시켜 직육면체 통제점틀(1 m X 2 m X 2 m)을 데이터 수집 전 수분 간 촬영한 후 제거하였다.
통제점 및 발광마 커가 부착된 인체의 각 관절점의 3차원 좌표값을 얻기 위해 직접 선형 변환 방법 (Direct lineartransfomiaion, Abdel-Aziz & Karara, 1971)을 사용하였다. 영상 좌표 화 과정에서 나타나는 노이즈(noise)를 최소화하기 위해서 2차 Butterworth low-pass digital filter를 사용하였으며, 이때 차단주파수는 6 H로 설정하였다. 본 연구에서는 X축 방향을 좌우축 Y축 방향을 전후축, Z축 방 향을 수직축으로 설정하였다
촬영되어진 보행 동작은 카메라 분석을 통하여 다섯 개의 특정 순간(critical instants), 즉 이벤트를 밝혔다 (그림2). 주요 이벤트는 왼발이 지면에 닿는 순간 (LHQ), 오른발이 지면에서 떨어지는 순간(RTO), 오른 발이 지면에 닿는 순간(RHC), 왼발이 지면에서 떨어지는 순간(LTO), 다시 왼발이 지면에 닿는 순간(LHQ)이다. 본 연구에서는 첫 번째와 두 번째 이벤트 사이를 초기 양발 지지구간(IDLS), 두 번째와 세 번째 이벤트 사 이를 초기 한발 지지구간(ISLS), 세 번째와 네 번째 이 벤트 사이를 후기 양발 지지구간(TDLS), 네 번째와 다 섯 번째 이벤트를 사이를 후기 한발 지지구간CTSLS)으 로 분류하였다.
촬영되어진 보행 동작은 카메라 분석을 통하여 다섯 개의 특정 순간(critical instants), 즉 이벤트를 밝혔다 (그림2). 주요 이벤트는 왼발이 지면에 닿는 순간 (LHQ), 오른발이 지면에서 떨어지는 순간(RTO), 오른 발이 지면에 닿는 순간(RHC), 왼발이 지면에서 떨어지는 순간(LTO), 다시 왼발이 지면에 닿는 순간(LHQ)이다.
상향되게 6대 설치하였다. 카메라는 3차원 좌표 계산을 위한 기준척 (control point)과 동조용 발광다이오드가 촬영 범위 내에 들어으도록 초점을 맞추고 촬영 속도는 60 fields/s, 셔틀 속도는 1/500 sec로 설정하였다.
대상 데이터
본 실험의 3차원 동작분석을 위해 약 15 m 거리에 S-VHS 비디오 카메라(60 Hz, Panasonic AG456)를 60° 로 상향되게 6대 설치하였다. 카메라는 3차원 좌표 계산을 위한 기준척 (control point)과 동조용 발광다이오드가 촬영 범위 내에 들어으도록 초점을 맞추고 촬영 속도는 60 fields/s, 셔틀 속도는 1/500 sec로 설정하였다.
본 연구를 위해 근골격계에 이상이 없고 롤러 신발을 착용한 경험이 없는 남자 중학생 8명을 무작위로 선택 (random sampling) 하였으며/ 이들의 평균 연령은 15.0±0.0 yrs, 신장 175.9±6.6 체중은 616.3±84.9 N이다.
인체 관절 중심의 좌표화를 위해 과 같이직경 1 cm 가량의 반사마커를 15개 지점에 부착하였다.
데이터처리
각 동작 구간에 대한 시간 변인, 보폭 및 활보장, 국 면별 인체 중심 변위 및 선속도, 관절각 및 각속도 구 간별 관절각 범위의 평균과 표준편차들 계산하였다. 롤 러 신발과 조깅 신발 착용 집단 간에 통계적 유의성을 검증하기 위해 SPSS 14.0을 이용하여 유의수준 p < .05 에서 paired t-test 분석을 실시하였다
이론/모형
3차원 동작분석은 Kwon(2004)이 개발한 Kwon3D program version 3.10을 사용하였다. 통제점 및 발광마 커가 부착된 인체의 각 관절점의 3차원 좌표값을 얻기 위해 직접 선형 변환 방법 (Direct lineartransfomiaion, Abdel-Aziz & Karara, 1971)을 사용하였다.
실험 대상자들은 실험 전 마틴식 인체 분절 계측기 (Martin co., Japan)를 사용하여 Chandler, Qauser, McConville, Reynolds & Young(1975)가 제안한 기하학 적 비율 방법에 의해 27개의 신체 분절 변인값(Sdy segment parameter)을 계산하였다.
전역좌표계에서의 선속도는 변위 데이터를 이용해 아래에 제시되어진 유한 차이법을 이용하여 계산하였다 (Wood, 1982)
10을 사용하였다. 통제점 및 발광마 커가 부착된 인체의 각 관절점의 3차원 좌표값을 얻기 위해 직접 선형 변환 방법 (Direct lineartransfomiaion, Abdel-Aziz & Karara, 1971)을 사용하였다. 영상 좌표 화 과정에서 나타나는 노이즈(noise)를 최소화하기 위해서 2차 Butterworth low-pass digital filter를 사용하였으며, 이때 차단주파수는 6 H로 설정하였다.
성능/효과
구간별 시간변인에서는 ISLS 구간을 제외한 전 구간 에서 롤러 신발 착용의 경우 소요시간이 증가되었다（표1）. 그러나 ISLS 구간에서는 오히려 조깅 신발을 신은 경우가 통계적으로 유의하게 증가된 것으로 보아 롤러 신발 착용이 보행 소요 시간을 감소시키는데 크게 영향을 미치지 않은 것으로 나타났다.
오른쪽 관절각의 경우 롤러 신발을 착용했을 때 RHC 시 대퇴기울기각이 통계적으로 유의하게 작고, LTO 시 무릎각이 통계적으로 유의하게 작게 나타났다 （표5）. 또한 오른쪽 관절각의 가동 범위에서 롤러 신발 착용 시가 ISLS 구간에서 발목각이 통계적으로 크게 나 타났으며 TDLS 구간에서 무릎각과 발목각이 통계적으 로 크게 나타났다（표 6）. 왼쪽 관절각의 경우에는 롤러 신발을 착용했을 때 LHQ, 2에서 발목각이 통계적으로 크게 나타났고 LHC2에서 대퇴기울기각이 통계적으로 작게 나타났다（표 7）.
<그림 4>는 하지분절 무게중심의 전후축 방향의 선 속도를 나타낸 것으로 8명의 피험자를 시간에 대해서 표준화（time normalization） 한 것이다. 실험 시 보행속 도를 통제했음에도 불구하고, 전반적으로 롤러슈즈 착 용 시가 늦은 무게 중심의 이동속도를 보여주었다. 하지 분절 중심의 이동 속도는 LHCl, RTO 국면에서 전 후축 방향으로 롤러 신발이 통계적으로 낮은 결과를 보 였다（표 4）.
본 연구의 목적은 롤러 신발과 조깅 신발 착용 후 보 행 시 운동학적 변인에 대하여 비교 분석 하는데 있다. 이를 통해 활보장, 인체무게 중심변위 및 선속도 관절 각 및 각속도에서 집단 간 통계적으로 유의한 차이를 보였다. 이러한 운동학적 변인의 차이는 롤러 신발 보 행 시 정상 패턴과는 다른 불안정한 보행 동작을 유발시키고 이러한 동작이 지속적으로 이루어진다면 하지 근골격계에 변화를 유발시킬 원인이 될 수 있을 것으로 생각되며, 향후 롤러신발 착용 시 신체의 운동역학적 변인에 대한 종단적 연구를 통해 밝혀 낼 수 있을 것이다.
실험 시 보행속 도를 통제했음에도 불구하고, 전반적으로 롤러슈즈 착 용 시가 늦은 무게 중심의 이동속도를 보여주었다. 하지 분절 중심의 이동 속도는 LHCl, RTO 국면에서 전 후축 방향으로 롤러 신발이 통계적으로 낮은 결과를 보 였다（표 4）. 이는 롤러슈즈 착용 시 미끄러짐을 방지하기 위해 발뒤꿈치와 지면과의 접촉을 최소화하여 발바 닥의 앞부분으로만 균형을 유지하고자 하기 때문에 정 상 보행보다 보행이 원활이 이루어지지 않아 보행 시 보행 속도가 감소된 것으로 생각된다（채원식 등, 2006）.
후속연구
판단되어 진다. 따라서 롤러 신발의 착용이 하지 분절의 보행동작에 미치는 영향을 밝혀 낼 수 있다면 롤러 신발 착용 후 보행 시 발생될 수 있는 문제점을 밝혀낼 수 있을 것이다. 또한 본 연구의 결과를 통해 보다 안전하고 유용한 롤러 신발 개발에 필요한 자료를 제공할 수 있을 것이다.
이러한 운동학적 변인의 차이는 롤러 신발 보 행 시 정상 패턴과는 다른 불안정한 보행 동작을 유발시키고 이러한 동작이 지속적으로 이루어진다면 하지 근골격계에 변화를 유발시킬 원인이 될 수 있을 것으로 생각되며, 향후 롤러신발 착용 시 신체의 운동역학적 변인에 대한 종단적 연구를 통해 밝혀 낼 수 있을 것이다. 또한 본 연구결과를 토대로 휠의 높이 변화를 통한 보행 시 적정 각도 유지 등, 향후 보다 안정성 높은 롤 러 신발을 개발을 위한 기초자료로 사용될 수 있을 것으로 판단된다.
따라서 롤러 신발의 착용이 하지 분절의 보행동작에 미치는 영향을 밝혀 낼 수 있다면 롤러 신발 착용 후 보행 시 발생될 수 있는 문제점을 밝혀낼 수 있을 것이다. 또한 본 연구의 결과를 통해 보다 안전하고 유용한 롤러 신발 개발에 필요한 자료를 제공할 수 있을 것이다. 따라서 본 연구의 목적은 롤러 신발과 조깅 신발 착용 후 보행 시 하지 분절의 운동학적인 변인을 비교 분석하는데 있다.
이를 통해 활보장, 인체무게 중심변위 및 선속도 관절 각 및 각속도에서 집단 간 통계적으로 유의한 차이를 보였다. 이러한 운동학적 변인의 차이는 롤러 신발 보 행 시 정상 패턴과는 다른 불안정한 보행 동작을 유발시키고 이러한 동작이 지속적으로 이루어진다면 하지 근골격계에 변화를 유발시킬 원인이 될 수 있을 것으로 생각되며, 향후 롤러신발 착용 시 신체의 운동역학적 변인에 대한 종단적 연구를 통해 밝혀 낼 수 있을 것이다. 또한 본 연구결과를 토대로 휠의 높이 변화를 통한 보행 시 적정 각도 유지 등, 향후 보다 안정성 높은 롤 러 신발을 개발을 위한 기초자료로 사용될 수 있을 것으로 판단된다.
참고문헌 (15)
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