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문제 정의
- 본 연구는 가장 혼한 발질환의 하나인 편평족 질환자를 대상으로 기능성 발보조기 착용 전·후의 시상면 발목관절 움직임의 변화를 규명하기 위해 실시하였다. 연구대상자는 20~30세 청년층 14명(28족부)으로 정밀검사 후 개인별 맞춤 기능성 발 보조기를 제작하여 착용시켰으며, 발보조기 착용 전 .
- 보행 분석을 각각 실시함으로써 시상면의 좌 . 우발목 각도 변화 및 관련 파라미터의 측정을 통해 편평족의 개선효과를 평가하고자 하였다.
- 우발목각도 평균치 및 동작범위 (ROM)의 변화 및 보행 시 좌 . 우발목각도의 편차의 변화를 관찰함으로써 편평족의 보행 특성을 평가하고자 하였다.
제안 방법
- 제작 순서는 생체 역학적 검사 후에 석고캐스팅 작업과 음성석고 제작, 양성석고 제작 순으로 진행되었다. 개개인의 족부의 구조적 형태와특성을 고려하여 맞춤으로 설계하고 경성재질의 기능성 발보조기로 제작하였다. 연구대상자의 발의 회내를 막고 발전체의 과도한 움직임을 배제시켜 족부를 재 정렬시킨 상태로 체중부하가 균등하게 분포될 수 있도록 하였다.
- 유지하고 있어야 한다[16]. 따라서 본 연구에서는 이를 위해 기능성 발보조기를 직접 제작하여 사용함으로써 거골하관절이 중립위치를 유지할 수 있도록 하고, 보행분석을 통해 기능성 발 보조기 착용 전·후 시상면의 발목관절 각도변화의 주요 파라미터를 측정하였다. 이를 통해 보조기 착용 전·후의 보행을 분석하여 발 보조기 착용에 의해 시상면의 좌 .
- 측정된 데이터는 각 측정 점(Marker point)의 3차원 공간 좌표를 기준으로 각 분절의 지역좌표계를 생성하여 오일러 알고리즘(Eular algorithm)으로 추출하였다. 발뒤축 닿음(Heel StHke)을 기준으로 하나의 보행주기 (Gait cycle)를 구분하였고 모든 피검자의 보행 중 한개의 보행주기를 추출하고 정규화한 후에 통계처리를 수행하였다. 본 연구의모든 측정데이터 항목에 대한 자료분석은 윈도우즈용 SPSS version 12.
- 보행분석을 위한사전 과정으로서 편평족 대상자의 생체역학적검사 및 기능성 발보조기의 제작 및 착용후에 인체의 주요 위치에마커를 부착하였다. 시상면의 발목관절 각도(Dorsiflexion/ Plan- tarflexion)를 측정하기 위하여 무릎중심(Knee Joint Center)과발목관절중심(Ankle Join Cenrer), Toe 마커를 이용하였다.
- 부착하였다. 시상면의 발목관절 각도(Dorsiflexion/ Plan- tarflexion)를 측정하기 위하여 무릎중심(Knee Joint Center)과발목관절중심(Ankle Join Cenrer), Toe 마커를 이용하였다. 피검자의 본 실험에 대한 적응성을 높이고 에러를 최소화하기 위해 각피검자마다사전 예비동작을 10회 반복 수행한후에 보행분석 시스템을 이용하여 발목관절의 동적 변화량을 정 량화하여 왼발과 오른발의 시상면 발목각도의 차이를 산출하였다.
- 이를 위해 VICON사의 카메라 6대 (MX-F40)와 AMTI사의 포스 플레이트(force plate, model OR6-7) 2대가사용되었으며, 데이터 처리를 위해 소프트웨어로서 Nexus 프로그램이 사용되었다. 시스템의 각 카메라를 이용하여 광학 마커들로부터 얻은 2차원의 영상들을 3차원으로재구성하고 각 마커의 위치 데이터와 각 신체 분절값을 측정하였다. 2 대의 포스플레이트를 통해 보행시 양발의 지면 반력에 대한벡터 데이터를 획득하고, 카메라로부터 얻은 운동역학적 데이터와포스플레이트로부터 얻은 운동학적 데이터를 동일 프레임으로 동조시키는 역할을 수행하는 장치(Ultranet 시스템부)를 통해 호스트PC로 인터페이스 된다.
- 측면에서 시상면의 좌 . 우발목 각도변화를 주요 평가 파라미터로 선정하여 측정하는 방법을 제안하였다.
- 후보행 시 각 단계에서의 시상면상 발목각도 Total Ankle ROM 및 좌 . 우측 발목 각도의 차이 등을 측정 . 분석하였다.
- 후에 발생하는 시상면의 발목 각도변화, 전체 발목 동작범위(Total Ankle ROM)변화 와 좌 . 우측 발목각도 차이 변화를 주요 평가파라미터로 선정하여 측정하였다.
- 이를 위해 편평족이 있는 피검자를 대상으로 기능성 발 보조기를 개인별로 직접 맞춤설계 및 제작을 수행하고, 발보조기 착용 전후의 보행 분석을 각각 실시함으로써 시상면의 좌 . 우발목 각도 변화 및 관련 파라미터의 측정을 통해 편평족의 개선효과를 평가하고자 하였다.
- 시상면의 발목관절 각도(Dorsiflexion/ Plan- tarflexion)를 측정하기 위하여 무릎중심(Knee Joint Center)과발목관절중심(Ankle Join Cenrer), Toe 마커를 이용하였다. 피검자의 본 실험에 대한 적응성을 높이고 에러를 최소화하기 위해 각피검자마다사전 예비동작을 10회 반복 수행한후에 보행분석 시스템을 이용하여 발목관절의 동적 변화량을 정 량화하여 왼발과 오른발의 시상면 발목각도의 차이를 산출하였다.
대상 데이터
- 골격계의 질환 병력이 없고 방사선적 측정에 의하여 편평족으로판정된 20대의 남 . 여 성인 14명을선정하였다.
- 규명하기 위해 실시하였다. 연구대상자는 20~30세 청년층 14명(28족부)으로 정밀검사 후 개인별 맞춤 기능성 발 보조기를 제작하여 착용시켰으며, 발보조기 착용 전 . 후보행 시 각 단계에서의 시상면상 발목각도 Total Ankle ROM 및 좌 .
- Gait model)을 적용하였다. 이를 위해 3차원 동작 캡쳐 장비 인 VICON Motion System(MX40+ 6대, 60Hz, VICON Motion System Ltd. UK)이 사용되었다. 측정된 데이터는 각 측정 점(Marker point)의 3차원 공간 좌표를 기준으로 각 분절의 지역좌표계를 생성하여 오일러 알고리즘(Eular algorithm)으로 추출하였다.
- 보행분석시스템이 사용 되었다. 이를 위해 VICON사의 카메라 6대 (MX-F40)와 AMTI사의 포스 플레이트(force plate, model OR6-7) 2대가사용되었으며, 데이터 처리를 위해 소프트웨어로서 Nexus 프로그램이 사용되었다. 시스템의 각 카메라를 이용하여 광학 마커들로부터 얻은 2차원의 영상들을 3차원으로재구성하고 각 마커의 위치 데이터와 각 신체 분절값을 측정하였다.
데이터처리
- 발보조기 착용 전 . 후의 차이를 평가하기 위해 대응표본 t-검정 (paired-t-test) 을 실시하여 분석하고, 통계적 유의성의 판정을 위한 유의 수준ep값 0.05 미만으로 하였다(p<0.05).
이론/모형
- 발목관절의 각도(Ankle angles)의 산출하기 위해 Newington-Helen Hayes 보행모델(gait model)에 근거한 플러그 인 보행모델(Plug-in Gait model)을 적용하였다. 이를 위해 3차원 동작 캡쳐 장비 인 VICON Motion System(MX40+ 6대, 60Hz, VICON Motion System Ltd.
- 본 연구에 사용된 발보조기 제작기법은 공인된 표준기법으로서 Dr Merton Root에 의한 기법과 발의 회내를 인버티드 기법 (inverted orthotic technique)중에 현재 널리 통용되고 있는 인버티드 기법을 사용하였다[14, 15]. Root에 의한 기법은보행 입각기동안에 발생하는 지면반발력을 억제하여 발 관절의 안정성 유지에 중점을 두고 있는 반면에 인버티드 기법은 표준Root 방식의 수직 뒤꿈치 위치보다 5-10도의 내번된 상태로 만들어 줌으로써 보조기가 발에 작용하는 회외력(Supinatort moment) 증대효과와 함께 발의 회내(pronation) 현상을 방지할 수 있는 더 큰 억제력을 얻기 때문이다.
- 본 연구에서는 보행분석을 통한 발목 관절의 각도를 측정하기 위하여 보행분석시스템이 사용 되었다. 이를 위해 VICON사의 카메라 6대 (MX-F40)와 AMTI사의 포스 플레이트(force plate, model OR6-7) 2대가사용되었으며, 데이터 처리를 위해 소프트웨어로서 Nexus 프로그램이 사용되었다.
- UK)이 사용되었다. 측정된 데이터는 각 측정 점(Marker point)의 3차원 공간 좌표를 기준으로 각 분절의 지역좌표계를 생성하여 오일러 알고리즘(Eular algorithm)으로 추출하였다. 발뒤축 닿음(Heel StHke)을 기준으로 하나의 보행주기 (Gait cycle)를 구분하였고 모든 피검자의 보행 중 한개의 보행주기를 추출하고 정규화한 후에 통계처리를 수행하였다.
성능/효과
- 기능성 발보조기의 착용으로 보행 시 시상면의 과도한 족배굴곡및 양발의 발목각도 차이는 뚜렷하게 개선되었으나, 전체 발목 동작범위(Total Ankle ROM)에서 왼발의 경우 조사대상자 14명중 5명(35.7%)은 오히려 증가하는 것으로 나타났으며, 전체 평균 각도도 0.57°감소로 미미하였다. 이는 본 연구를 진행함에 있어 보다 많은 피검 대상자수를 확보하여 적용해야 하는 과제로 남아, 향후 연구의 보완 여지가 있다고 사료된다.
- 시상면의 발목관절 동작범위(Ankle ROM)의 경우 왼발이 기능성 발보조기 착용 전 23.15°에서 착용후22.58°로 감소했으며, 오른발은 기능성 발보조기 착용 전 25.01°에서 착용 후 22.94°로 현저히 감소하였다. 즉, 발보조기 착용 전의 발목관절 가동범위가 착용후에 비해 큰 것으로나타났다 이 결과는Thomas가그의 저서에서 '전족 변형(Forefoot Varus Deformity)과 연관된 전형적인증상의 하나로 '발목이나 무릎이 만성적으로 과도하게 움직이는것, 이라고 설명한 점과 일치한다[12].
- 연구대상자들의 기능성 발보조기 착용 전 최대 족배굴곡 각도는왼발 12.62°, 오른발 13.70°로, 최대 족저굴곡 각도는 왼발 12.49°, 오른발 13.63°로 나타났다. 이는 Stauffer 등이 연구 발표한 정상보행 시의 발목 족배굴곡 평균 각도 10.
- 기능성 발보조기 착용 전·후 시상면의 좌 . 우측 발목 각도 차이는 발보조기 착용 후0.71°감소하여 통계학적으로 유의한 차이를 보였다(p<0.05).
- 시상면의 좌 . 우측 발목각도 차이는 기능성 발보조기 착용 전 4.28°에서 착용 후 3.57°로 감소해 좌우비대칭이 많이 개선된 것으로 나타났으며, 이는 기능성 발보조기 착용을 통한 하지의 재정렬에 따른 당연한 결과라고 사료된다.
- 기능성 발보조기를 착용하기 전의 경우 보행 시 시상면의 좌 . 우측 발목각도 차이의 평균치는 4.28°로 측정되었으며, 기능성 발보조기 착용 후의 좌·우측발목각도 차이의 평균치는 3.57°를 보였다. 따라서 각도의 변화의값이 0.
- 시상면의 좌 . 우측 발목각도 평균치의 경우 왼발이 기능성 발 보조기 착용 전 0.37°에서 착용 후 -2.34°로 감소했으며, 오른발도 기능성 발보조기 착용 전 1.25°에서 착용 후-0.66°로 역시 감소하였다. 이러한 결과는 개인별 자료 분석의 결과와 일치하며, 보행 시전체적으로 족배굴곡은 감소한 반면 족저굴곡은 증가되 었음을 의미한다.
- 기능성 발보조기 착용 전·후 시상면의 전체 발목 ROMe발보조기 착용 후 좌 . 우측이 각각 0.57°, 2.07° 감소함으로써 통계학적으로 유의한 차이를 보였으나, 왼발의 경우 그 차이가 미미하였다(p<0.05).
- 기능성 발보조기 착용 전·후의 시상면의 발목각도 평균치는발보조기 착용후좌 . 우측이 각각2.71°, 1.91° 감소함으로써 통계학적으로 유의한 차이를 보였다(p<0.05).
- 이상의 항목에서 전체적으로 편평족 피 검자는 기능성 발 보조기의 착용으로 시상면에서의 발목각도 평균치가 거의 정상인에 가까운 결과를 보여주고 있으며, 이를통해 편평족에 대한개선 효과를 확인할 수 있었다.
- 측정결과의 전체 평균치를 보면 기능성 발보조기를 착용하기 전의보행에서 시상면의 전체 발목 동작 범위는 왼발이 23.15°, 오른발이 25.01°이며, 기능성 발보조기 착용 후에 전체 발목 동작 범위는왼발이 22.58°, 오른발이 22.94°이었다. 좌 .
후속연구
- 앞으로 국내 편평족 질환자의 운동현상학적(kinematic) 및 운동학적(kinetic) 보행 연구와 함께, 본 연구가 시상면의 발목각도 분석을 중심으로 하는 기능성 발보조기 제작 기법에 적용되어 편평족의 정상기능 개선 및 회복을 위한 유용성 평가의한 방법으로서임상학 및 생체역학적 해석에 반영될 수 있기를 기대한다.
- 57°감소로 미미하였다. 이는 본 연구를 진행함에 있어 보다 많은 피검 대상자수를 확보하여 적용해야 하는 과제로 남아, 향후 연구의 보완 여지가 있다고 사료된다.
- 우측 발목각도의 차이 변화의 경우는 기대치에 비해 미미한 결과를 보여주었으며, 이는 기능성 발보조기 착용 전·후의 보행검사가 동일한 시점에 이루어진 연유로사료된다. 향후의 연구에서는 이러한 점들도 반드시 고려되어야할것이다.
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