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문제 정의
- 본 연구는 정상족과 편평족의 족궁높이에 따른 운동역학적 영향에 관한 연구로써 족궁지지 구조물 사용 시 하지의 관절가동범위를 알아보기 위해 실시한 3차원 동작 분석결과는 다음과 같다.
- 이처럼 편평족이 기능성 신발을 사용함으로써 족궁을 보정하여 정상족의 보행과 유사한 기능을 제공해 줄 수 있으며 족궁을 지지함으로써 회내의 양을 줄이고 보행 시 발생되는 족저압력을 감소시켜 편평족이 일상생활을 수행함에 있어 삶의 질을 개선할 수 있도록 하는 것에 그 목적이 있다.
제안 방법
- 본 연구에서는 편평족의 족궁지지 구조물 부착에 따른 보행효과를 분석하기 위해 다음의 [Table 2]에 나타낸 바와 같이 족저압력분석에서는 전족(forefoot), 중족(midfoot), 후족(rearfoot) 그리고 발전체(foot)에서 나타나는 평균압력(mean pressure)과 접지면적(area)을 분석하였다. 3차원 동작분석에서는 발목(ankle joint), 무릎(knee joint) 그리고 고관절(hip joint)에서 나타나는 X축의 굴곡-신전(flexion-extension), Y축의 내번-외번(inversion-eversion) 그리고 Z축의 회내-회외(pronation-supination)의 관절가동범위를 비교하였다.
- 본 연구의 영상자료 수집을 위해 Qualisys사의 적외선 카메라 6대를 사용하였으며 실험 전 NLT(Nonlinear Transformation) 방법을 이용하여 캘리브레이션(calibration)을 하였다. 각 카메라의 기준좌표계를 설정 한 다음 영상자료 수집을 위해 [Figure 3]과 같이 오른쪽 하지에 22개의 반사마크를 부착하여 동작분석을 실시하였다. 그리고 영상 자료처리는 Visual 3D 프로그램을 통해 자료를 산출 하였으며 3차원 위치 좌표를 계산하기 위해 Qualisys 사의 QTM(Qualisys Track Manager)프로그램을 이용하여 자료를 산출 하였다.
- 2 km/h의 속도로 하였다. 그리고 족궁지지 구조물을 사용하지 않은 0단계와 족궁지지 구조물을 2단계(17.14 mm), 5단계(19.72 mm)로 부착하여 실시하였다.
- 본 연구에 참여한 연구대상자는 과거 하지의 병력이 없으며, 정상적인 보행 형태를 가지고 있는 신체 건강한 20~30대 남성 10명을 대상으로 실시하였다. 본 실험에 앞서 [Figure 1]과 같이 podoscopy장비를 사용하여 각 대상자들의 족궁의 형태를 검사하였다[Figure 1]. 검사결과를 토대로 [Table 1]과 같이 정상족 5명, 편평족 5명으로 선정하였으며, 각각의 연구대상자 발에 맞는 신발을 준비하여 착용하게 하였다.
- 본 연구 목적을 수행하기 위하여 족저압력분포 측정과 3차원 동작분석을 실시하였다. 연구대상자들은 몸에 달라붙는 타이즈를 착용하여 트레이드밀에서 보행을 하도록 하였으며 이때의 보행속도는 Ryu, Choi, Choi와 Chung(2006)의 연구에서 나타난 한국인의 평균일반 보행속도 0.
- 본 연구에서 사용된 신발은 [Figure 4]와 같이 H사의 단계별 조절이 가능한 족궁지지 구조물이 부착된 신발로써 족궁지지 구조물을 부착하지 않은 0단계, 중간단계인 2단계 그리고 최고 단계인 5단계를 부착하여 분석하였다.
- 인솔형태의 센서를 신발 내부에 부착하여 좌우 각각 99개의 압력센서를 통해 발의 압력을 측정하며 힘, 최대압력, 평균압력 그리고 접지면적을 산출할 수 있다. 본 연구에서는 인솔형 압력센서를 왼쪽 신발에 부착한 후 발전체의 압력을 측정하였다.
- 본 연구에서는 편평족의 족궁지지 구조물 부착에 따른 보행효과를 분석하기 위해 다음의 [Table 2]에 나타낸 바와 같이 족저압력분석에서는 전족(forefoot), 중족(midfoot), 후족(rearfoot) 그리고 발전체(foot)에서 나타나는 평균압력(mean pressure)과 접지면적(area)을 분석하였다. 3차원 동작분석에서는 발목(ankle joint), 무릎(knee joint) 그리고 고관절(hip joint)에서 나타나는 X축의 굴곡-신전(flexion-extension), Y축의 내번-외번(inversion-eversion) 그리고 Z축의 회내-회외(pronation-supination)의 관절가동범위를 비교하였다.
- 보행은 수많은 골격근과 신경들이 총괄적으로 반응하여 수행되어지며 이에 따라 발의 형태는 중요한 변수로 작용하고 있다. 일률적인 형태의 신발이 아닌 높이 조절이 가능한 족궁지지 구조물을 사용함으로써 두 가지 유형의 족궁을 가진 피험자를 대상으로 평균압력, 접지면적과 하지관절의 가동범위를 분석하였고, 그 결과는 다음과 같다.
- 자연스러운 실험동작을 위해 해당 동작을 위해 충분한 보행 연습을 실시하였으며 [Figure 3]과 같이 오른손법칙에 따라 전역좌표계의 X축을 좌-우, Y축을 전-후 그리고 Z축을 수직방향으로 설정하였다.
대상 데이터
- 본 실험에 앞서 [Figure 1]과 같이 podoscopy장비를 사용하여 각 대상자들의 족궁의 형태를 검사하였다[Figure 1]. 검사결과를 토대로 [Table 1]과 같이 정상족 5명, 편평족 5명으로 선정하였으며, 각각의 연구대상자 발에 맞는 신발을 준비하여 착용하게 하였다.
- 본 연구에 사용된 족저압력 측정장비는 [Figure 2]와 같이 무선 블루투스 형식으로 데이터 전송이 가능한 Novel Gmbh사의 Pedar-X Mobile System을 사용하였다. 인솔형태의 센서를 신발 내부에 부착하여 좌우 각각 99개의 압력센서를 통해 발의 압력을 측정하며 힘, 최대압력, 평균압력 그리고 접지면적을 산출할 수 있다.
- 본 연구에 참여한 연구대상자는 과거 하지의 병력이 없으며, 정상적인 보행 형태를 가지고 있는 신체 건강한 20~30대 남성 10명을 대상으로 실시하였다. 본 실험에 앞서 [Figure 1]과 같이 podoscopy장비를 사용하여 각 대상자들의 족궁의 형태를 검사하였다[Figure 1].
데이터처리
- 각 카메라의 기준좌표계를 설정 한 다음 영상자료 수집을 위해 [Figure 3]과 같이 오른쪽 하지에 22개의 반사마크를 부착하여 동작분석을 실시하였다. 그리고 영상 자료처리는 Visual 3D 프로그램을 통해 자료를 산출 하였으며 3차원 위치 좌표를 계산하기 위해 Qualisys 사의 QTM(Qualisys Track Manager)프로그램을 이용하여 자료를 산출 하였다.
- 본 연구의 비교대상인 정상족과 편평족의 족저압력과 3차원 동작분석은 Minitab 15 프로그램을 이용하여 족궁지지 구조물의 높이 간 그리고 정상족과 편평족의 발형태 간 One-way ANOVA 분석을 실시하였으며 통계적 유의수준은 α=.05로 하였다.
이론/모형
- 본 연구의 영상자료 수집을 위해 Qualisys사의 적외선 카메라 6대를 사용하였으며 실험 전 NLT(Nonlinear Transformation) 방법을 이용하여 캘리브레이션(calibration)을 하였다. 각 카메라의 기준좌표계를 설정 한 다음 영상자료 수집을 위해 [Figure 3]과 같이 오른쪽 하지에 22개의 반사마크를 부착하여 동작분석을 실시하였다.
성능/효과
- 1. 족궁지지 구조물을 사용함으로써 보행 시 발이 쉽게 피로해지는 편평족의 뒤꿈치에 발생하는 평균압력을 줄여줌으로써 정상적인 보행활동을 유도해 줄 수 있을 것으로 보이며 족궁에 적절한 자극을 제공하지만 발전체에 발생하는 평균압력은 변하지 않아 족궁지지 구조물 부착에 따른 보행 시 족저압력에 의한 피로의 차이는 보이지 않을 것으로 판단된다.
- 2. 편평족이 정상족 보다 중족에서 높은 접지면적이 나타나는 것이 편평족의 발이 쉽게 피로해지는 원인으로 규명해 볼 수 있으며 정상족과 유사한 족궁의 형태를 제공함으로써 정상적인 접지면적을 유도하여 발전체에 압력분산 효과를 제공해 줄 것으로 보인다.
- 3. 발뒤꿈치 접지 시 발생하는 충격량을 감소시키기 위해 발목관절의 Y(내번-외번)축 가동범위가 증가하며 족궁지지 구조물의 단계가 높아질수록 충격량을 감소시키기 위한 관절가동범위가 활성화되기 때문인 것으로 판단된다. 그리고 편평족 발목관절의 Z축(회외-회내) 가동범위를 제한하여 줄 수 있는 것으로 나타나 보행 시 발생하는 과회내로 인한 상해를 예방할 수 있을 것으로 판단된다.
- 4. 편평족의 보행 시 무릎관절의 충격량 흡수 기능과 이상적인 보행동작을 할 수 없으며 이로 인해 편평족의 발이 쉽게 피로해지는 원인이 됨을 알 수 있었다. 그리고 하지말단에서 발생하는 충격을 흡수하기 위해 고관절에서의 관절가동범위가 증가하는 것으로 보인다.
- 05)를 보였다. Y축의 모든 단계에서 편평족이 정상족에 비해 무릎관절 가동범위가 0단계에서 약 57%, 2단계에서 약 67% 그리고 5단계에서 약 35% 낮게 나타남을 알 수 있었다. 그리고 족궁지지 구조물 사용 단계 간의 무릎관절 가동범위 분석 결과에서는 정상족과 편평족 모두 유의한 차이를 보이지 않았지만 편평족의 경우 높은 단계의 족궁지지 구조물 부착 시 모든 축의 무릎관절 가동범위가 증가함을 알 수 있었다.
- 하지만 X축(굴곡-신전)의 편평족을 제외한 모든 축에서 고관절 가동범위가 증가하는 경향을 보임을 알 수 있었다. 그리고 정상족과 편평족 간의 고관절 가동범위 분석 결과 편평족의 경우 모든 단계에서 높은 관절가동범위를 나타내며 정상족과 유사한 관절가동범위를 제공받기 위해서는 5단계의 족궁지지 구조물 사용이 요구됨을 알 수 있다.
- 정상족과 편평족의 족궁지지 구조물 사용 단계 간의 발목 관절 가동범위 분석 결과에서 [Table 4], [Figure 7]과 같이 높은 단계의 족궁지지 구조물을 사용함에 따라 Y축(내번-외번) 관절가동범위가 증가하는 경향을 나타내고 있음을 알 수 있었다. 그리고 정상족과 편평족 간의 발목관절 가동범위 분석 결과 Z축(회내-회외)에서 족궁지지 구조물 사용 시 편평족의 회외-회내 관절가동범위를 제한하여 줄 수 있는 것으로 나타났다. 하지만 족궁지지 구조물 사용 단계 간과 정상족과 편평족 간에는 유의한 차이가 나타나지 않았다.
- Y축의 모든 단계에서 편평족이 정상족에 비해 무릎관절 가동범위가 0단계에서 약 57%, 2단계에서 약 67% 그리고 5단계에서 약 35% 낮게 나타남을 알 수 있었다. 그리고 족궁지지 구조물 사용 단계 간의 무릎관절 가동범위 분석 결과에서는 정상족과 편평족 모두 유의한 차이를 보이지 않았지만 편평족의 경우 높은 단계의 족궁지지 구조물 부착 시 모든 축의 무릎관절 가동범위가 증가함을 알 수 있었다.
- 252 cm2) 보다 낮게 관찰되었다. 그리고 중족에서 편평족의 접지면적이 정상족보다 높음을 알 수 있었다. 하지만 통계적으로 유의한 차이는 보이지 않았다.
- 950 cm2) 순으로 나타나 높은 단계의 족궁지지 구조물을 사용함에 따라 접지면적이 감소함을 알 수 있었다. 또한 전족과 후족의 경우 유의한 차이는 보이지 않지만 높은 단계의 족궁지지 구조물을 사용함에 따라 접지면적이 감소함을 알 수 있었다.
- 이는 족궁지지 구조물 사용 시 족궁에 적절한 자극을 유도하여 주는 것으로 판단된다. 또한 정상족과 편평족의 족궁 형태에 따른 분석결과 보행 시 발이 쉽게 피로해지는 편평족의 뒤꿈치에 발생하는 평균압력을 줄여 정상적인 보행활동을 유도해 줄 수 있을 것으로 보인다. 이는 Mueller와 Strube(1997)의 연구에서 같이 중족부가 높게 설계된 신발 착용 시 최대압력을 줄여주는 효과와 유사한 결과를 보고 있다.
- 113 kPa) 보다 높게 관찰되었다. 발전체에서의 평균압력을 살펴보면 족궁지지 구조물의 단계에 따른 유의한 차이는 발생하지 않았으며 값에도 큰 차이는 없는 것으로 나타났다.
- 정상족과 편평족의 족궁지지 구조물 사용에 따른 단계 간의 접지면적 분석 결과 편평족에서만 높은 단계의 족궁지지 구조물 사용 시 접지면적이 감소함을 알 수 있었다. 이는 족궁지지 구조물 사용 시 정상족과 유사한 족궁의 형태를 제공함으로써 보행 시 정상적인 접지면적을 유도하여 발 전체에 압력분산 효과를 제공해 줄 것으로 보인다.
- 정상족과 편평족의 족궁지지 구조물 사용에 따른 단계 간의 평균압력 분석 결과 높은 단계의 족궁지지 구조물 사용 시 평균압력이 증가함을 알 수 있었다. 이는 족궁지지 구조물 사용 시 족궁에 적절한 자극을 유도하여 주는 것으로 판단된다.
- 01)를 보였다. 정상족의 경우 0단계(2.350 kPa), 2단계(3.515 kPa) 그리고 5단계(4.198 kPa) 순으로 나타났으며 편평족의 경우 0단계(3.244 kPa), 2단계(3.617 kPa) 그리고 5단계(4.584 kPa) 순으로 나타나 정상족과 편평족 모두 높은 단계의 족궁지지 구조물을 사용함에 따라 평균압력이 증가하는 것을 알 수 있었다.
- 족궁지지 구조물 사용 시 정상족과 편평족 간의 접지면적 분석 결과에서 [Table 3], [Figure 6]과 같이 0단계 사용 시 중족에서만 유의한 차이(p<.05)를 보였으며 정상족의 접지면적(31.894 cm2)이 편평족의 접지면적(42.252 cm2) 보다 낮게 관찰되었다.
- 족궁지지 구조물 사용 시 정상족과 편평족 간의 평균압력 분석 결과에서는 [Table 3], [Figure 5]와 같이 5단계 사용 시후족에서만 유의한 차이(p<.05)를 보였으며 정상족의 평균압력(9.994 kPa)이 편평족의 평균압력(8.113 kPa) 보다 높게 관찰되었다.
- 정상족과 편평족의 족궁지지 구조물 사용 단계 간의 고관절 가동범위 분석 결과에서 [Table 4], [Figure 9]와 같이 유의한 차이는 나타나지 않았다. 하지만 X축(굴곡-신전)의 편평족을 제외한 모든 축에서 고관절 가동범위가 증가하는 경향을 보임을 알 수 있었다. 그리고 정상족과 편평족 간의 고관절 가동범위 분석 결과 편평족의 경우 모든 단계에서 높은 관절가동범위를 나타내며 정상족과 유사한 관절가동범위를 제공받기 위해서는 5단계의 족궁지지 구조물 사용이 요구됨을 알 수 있다.
후속연구
- 발뒤꿈치 접지 시 발생하는 충격량을 감소시키기 위해 발목관절의 Y(내번-외번)축 가동범위가 증가하며 족궁지지 구조물의 단계가 높아질수록 충격량을 감소시키기 위한 관절가동범위가 활성화되기 때문인 것으로 판단된다. 그리고 편평족 발목관절의 Z축(회외-회내) 가동범위를 제한하여 줄 수 있는 것으로 나타나 보행 시 발생하는 과회내로 인한 상해를 예방할 수 있을 것으로 판단된다.
- 이는 김승재(2006)의 연구에서와 같이 발뒤꿈치 접지 시 발생하는 충격량을 감소시키기 위해 Y축의 관절가동범위가 발생하며 족궁지지 구조물의 단계가 높아질수록 충격량을 감소시키기 위한 관절가동범위가 활성화되기 때문인 것으로 판단된다. 또한 편평족의 회외-외내 관절가동범위를 제한하여 Lee, Jeong과 Andris(2001)의 연구에서와 같이 보행 시 발생하는 과회내로 인한 상해를 예방할 수 있을 것으로 판단된다.
- 이와 같이 편평족이 정상족과 유사한 고관절의 가동범위를 제공받기 위해서는 5단계의 족궁지지 구조물 사용이 요구됨을 알 수 있다. 이는 족궁지지 구조물을 사용함으로써 편평족의 정상적인 족궁형태를 유도하여 안정적이며 올바른 보행을 제공해 줄 수 있을 것으로 판단된다.
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