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
- 본 연구는 3가지 유형의 기능인솔에 대한 역학적평가를 하며 보행 시 발의 압력분포와 하지관절에 미치는 영향을 비교분석하는데 목적이 있다. 이러한 목적을 달성하기 위하여 남자대학생 12명을 대상으로 3가지 유형(유형1은 피로감소를 목적으로 충격흡수, 복원력을 높여 보행시 착화감을 높인 인솔, 유형2는 젤 형태로 충격흡수기능의 구조을 가지고 있는 인솔, 유형3은 발 마사지효과를 갖도록 발 중앙에 맛사지 기능을 가미한 인솔)을 각각 착용 시킨 후 영상분석시스템과 지면반력시스템, 근전도시스템, 압력측정시스템을 이용하여 운동학, 운동역학적 변인을 산출하였다.
- 이상과 같이 신발과 인솔에 관련된 많은 연구와 신발과 인솔의 형태와 경도 따른 연구(오연주, 이준수, 박승범, 이창민, 2004; 안송이, 김상범, 이기광, 2007; 김중진, 최상복, 차상은, 2007; 이용구, 김윤혁, 2009)들이 진행되었다. 이에 본 연구에서는 새로 개발된 Insole의 유형에 따른 운동학적 변인, 지면반력, EMG와 압력의 변화를 분석하여 개발된 인솔의 기능을 평가하는데 있다.
- 인체에 미치는 부하의 크기는 운동 형태, 속도, 자세, 근 활동, 반복수, 지면상태, 신발, 개인적인 특성 등에 따라 다르게 나타나는데, 신발을 제외한 다른 요인들은 변화의 정도가 제한되어 있는 반면 신발은 가장 쉽게 바꿀 수 있는 인자이다. 이에 신발의 개발은 인체에 미치는 부하를 감소하기 위한 부상 방지 측면에서 이루어졌다. 지금까지 신발을 개발하기 위하여 사용된 연구 방법으로는 영상분석법, 지면 반력 측정법, 압력분포 측정법 등이 있다.
제안 방법
- 먼저 피험자의 인체에 표면적극을 부착하여 각 근육별로 최대정적수축(MVC)를 측정하기 위하여 발목과 무릎관절의 전후축에 의한 굴신동작으로 하였으며, 이때 5초간 피험자가 최대한 힘을 발휘하도록 하였다. MVC 측정 후 피험자의 인체에 plue-in-gate model과 같이 39개의 마크를 부착한 후 정적인 동작(statics)을 촬영한 후 피험자의 라벨링하여 모델화하였다. 전역좌표값과 실공간좌표값을 분석용 컴퓨터에 입력하기 위해 반사마커가 부착된 L-frame과 T-wand를 사용하여 10초간 촬영하였으며, 2대의 지면반력판이 설치된 실험실 바닥(보행로)를 걷는 연습을 하였다.
- Y. 대학교 생체역학실험실에서 각피험자들에게 실험 목적과 주의사항을 전달 후, 피험자들의 정보를 얻기 위해 주요 인체부위를 측정을 하였다.
- 이러한 목적을 달성하기 위하여 남자대학생 12명을 대상으로 3가지 유형(유형1은 피로감소를 목적으로 충격흡수, 복원력을 높여 보행시 착화감을 높인 인솔, 유형2는 젤 형태로 충격흡수기능의 구조을 가지고 있는 인솔, 유형3은 발 마사지효과를 갖도록 발 중앙에 맛사지 기능을 가미한 인솔)을 각각 착용 시킨 후 영상분석시스템과 지면반력시스템, 근전도시스템, 압력측정시스템을 이용하여 운동학, 운동역학적 변인을 산출하였다. 구체적인 변인은 엉덩각, 무릎각, 발목각, 입각기 구간의 주요 시점에서의 수직 지면반력, 하지의 평균 적분 근전도, 최대적분 근전도, 최대압력, 총 압력, 평균압력, 접촉면적, 접촉시간을 비교분석한 결과 다음과 같은 결론을 얻었다.
- 먼저 얻어진 Raw data를 전파 정류(full wave rectification)한 후 이 정류된 근전도치는 다시 평활화(smoothing, RMS 100ms)시켜, 구간범위필터(band pass filter, 10~350㎐) 시킨 후 자료를 산출하였다.
- 먼저 피험자의 인체에 표면적극을 부착하여 각 근육별로 최대정적수축(MVC)를 측정하기 위하여 발목과 무릎관절의 전후축에 의한 굴신동작으로 하였으며, 이때 5초간 피험자가 최대한 힘을 발휘하도록 하였다. MVC 측정 후 피험자의 인체에 plue-in-gate model과 같이 39개의 마크를 부착한 후 정적인 동작(statics)을 촬영한 후 피험자의 라벨링하여 모델화하였다.
- 보행 시 지지하고 있는 발의 압력을 측정하기 위해 F-scan의 인솔타입(Tackscan Inc., USA)을 신발 안에 넣고 데이터를 획득하였으며, 이때 샘플링 비율을 1000 Hz로 설정하였다.
- 본 실험에서 피험자들은 인솔유형에 따른 보행동작을 각각 10회 이상 반복 측정하였으며, 이때 보행속도 오차범위 5% 이내의 동작으로 본 연구에 목적에 맞는 각 5회씩 분석하였으며, 영상분석 시 축의 정의는 좌우방향을 X, 전후방향을 Y, 수직방향을 Z로 설정하였다. 주요관절의 각도(무릎각, 엉덩각, 발목각), 지면반력, EMG, 압력 변인의 평균과 표준편차는 Microsoft Office Excel 2007을 이용하여 산출하였다.
- 본 연구는 개발된 인솔유형의 기능성을 평가하기 위하여 사용된 실험장비로서 영상분석, 지면반력, 압력분포 및 근전도시스템을 활용하였으며, 실험장비의 세부사항은 [Table 2]와 같다.
- 본 연구에서 지면반력기를 통하여 획득한 지면반력은 수직성분(Fz)의 최대 반력값이며, 필터링은 Vicon System에서 제공되는 woltring에서 Auto로 하였다. 수직방향에서는 F1 초기접지시점을 Fz1, 초기 입각기의 정점을 Fz2, 중간입각기의 최저점을 Fz3, 말기 입각기의 정점을 Fz4로 정의하였으며, 이때 발생하는 이 수직반력의 파형들을 분석하였다(Figure 4).
- 본 연구에서 지면반력기를 통하여 획득한 지면반력은 수직성분(Fz)의 최대 반력값이며, 필터링은 Vicon System에서 제공되는 woltring에서 Auto로 하였다. 수직방향에서는 F1 초기접지시점을 Fz1, 초기 입각기의 정점을 Fz2, 중간입각기의 최저점을 Fz3, 말기 입각기의 정점을 Fz4로 정의하였으며, 이때 발생하는 이 수직반력의 파형들을 분석하였다(Figure 4).
- , Strobe & Pus, MX13) 7대가 설치되었으며, 부가적으로 실험전체 장면의 녹화를 위해 실험 전면에 디지털캠코드(NV-GS300GD, Panasonic)를 설치하였다. 이때 카메라의 샘플링비율은 초당 125 Hz로 설정하였으며, 측정된 자료는 NEXUS 프로그램을 이용하여 처리 하였다.
- 본 연구는 3가지 유형의 기능인솔에 대한 역학적평가를 하며 보행 시 발의 압력분포와 하지관절에 미치는 영향을 비교분석하는데 목적이 있다. 이러한 목적을 달성하기 위하여 남자대학생 12명을 대상으로 3가지 유형(유형1은 피로감소를 목적으로 충격흡수, 복원력을 높여 보행시 착화감을 높인 인솔, 유형2는 젤 형태로 충격흡수기능의 구조을 가지고 있는 인솔, 유형3은 발 마사지효과를 갖도록 발 중앙에 맛사지 기능을 가미한 인솔)을 각각 착용 시킨 후 영상분석시스템과 지면반력시스템, 근전도시스템, 압력측정시스템을 이용하여 운동학, 운동역학적 변인을 산출하였다. 구체적인 변인은 엉덩각, 무릎각, 발목각, 입각기 구간의 주요 시점에서의 수직 지면반력, 하지의 평균 적분 근전도, 최대적분 근전도, 최대압력, 총 압력, 평균압력, 접촉면적, 접촉시간을 비교분석한 결과 다음과 같은 결론을 얻었다.
- 인솔 유형의 기능성을 평가하기 위하여 전·후, 좌·우 대각선 방향으로 리얼타임 적외선 카메라 7대를 설치되었으며, 부가적으로 Vicon System의 동작과 동조와 실험 장면을 녹화하기 위해 디지털캠코더를 설치하여 녹화하였다.
- MVC 측정 후 피험자의 인체에 plue-in-gate model과 같이 39개의 마크를 부착한 후 정적인 동작(statics)을 촬영한 후 피험자의 라벨링하여 모델화하였다. 전역좌표값과 실공간좌표값을 분석용 컴퓨터에 입력하기 위해 반사마커가 부착된 L-frame과 T-wand를 사용하여 10초간 촬영하였으며, 2대의 지면반력판이 설치된 실험실 바닥(보행로)를 걷는 연습을 하였다. 충분한 준비운동과 연습이 완료된 후 피험자의 실험동작인 보행을 시켰으며, 먼저 일반 운동화에 기능성 인솔유형들을 각각 깔아서 자기보행속도(self selected speed)를 기준으로 하여 걷도록 하여 실험을 하였다.
- 지면반력은 수직지면반력으로 F1 초기접지시점, F2는 초기 입각기의 정점, F3는 중간입각기의 최저점, F4는 말기 입각기의 정점을 분석하였다(Figure 4).
- 전역좌표값과 실공간좌표값을 분석용 컴퓨터에 입력하기 위해 반사마커가 부착된 L-frame과 T-wand를 사용하여 10초간 촬영하였으며, 2대의 지면반력판이 설치된 실험실 바닥(보행로)를 걷는 연습을 하였다. 충분한 준비운동과 연습이 완료된 후 피험자의 실험동작인 보행을 시켰으며, 먼저 일반 운동화에 기능성 인솔유형들을 각각 깔아서 자기보행속도(self selected speed)를 기준으로 하여 걷도록 하여 실험을 하였다. 피험자의 자기 보행의 거리는 지면반력기를 중심으로 전체 12m의 직선 마루이 었다.
- 피로감소를 목적으로 개발된 Insole(유형 1), 젤 형태의 충격흡수기능의 구조를 가지고 있는 인솔(유형 2), 황토의 재질로 발 중앙에 마사지효과 기능을 가미한 인솔(유형 3)을 12명의 실험참가자가 신발에 장착하고 기능성 Insole과 직접 닿는 발바닥의 사이에 압력을 측정한 후 발바닥 전체의 peak 값을 정리하여 1인당 3회, 회당 오른발 8보 측정하여 변인별 평균을 구하여 분석하였다. 연구대상자 12명을 대상으로 인솔 유형별 압력에 관한 변인을 분석한 결과 [Table 6]과 같다.
대상 데이터
- 보행 시 지지하고 있는 하지의 외력을 측정하기 위해 2대의 지면반력기(Force platform, AMTI Inc.) 설치하여 데이터를 획득하였다. 이때 샘플링 비율을 1000 Hz로 설정하였다.
- 본 실험에 사용된 인솔은 일반 운동화의 인솔을 제거한 후 유형이 다른 3가지의 인솔을 넣어 실험하였으며, 유형 1의 인솔은 쿠션패드와 고급스러우며 편안한 감촉의 극세사 섬유에 대나무 숫가루를 첨가하여 탈취율을 높이고, 통풍, 흡습기능이 탁월하며, 충격흡수 기능이 뛰어나 관절 보호기능이 우수하여 피로감소를 목적으로 충격흡수 복원력을 높여 보행 시 착화감을 높인 인솔로서 경도 20~25정도이며, 유형 2의 인솔은 육각형의 구멍 위 원단으로 통풍이 잘 되며, 젤 형태로 충격흡수기능의 구조를 가지고 있는 인솔로서 경도 20정도이며, 마지막으로 유형 3의 인솔은 사각형의 구멍과 공기가 빠져 나 갈 수 있는 배출로가 있고, 구간별 높낮이가 틀려 충격 분산 기능과 발 중앙에 마사지효과 기능을 가미하여 혈류의 촉진은 물론 피로회복에 도움이 되는 인솔로서 경도 34~40정도이다(Figure 1).
- 실험참가자는 발의 형태, 사이즈, 발바닥 형태, 발바닥의 압력변화 분석을 통해 정상발을 가진 자로 지난 6개월 동안 발의 통증이나 상해가 없는 남자대학생 12명을 선정하였으며, 실험전 모든 실험참가자들에게 실험의 내용과 목적을 충분히 설명하고 실험 참여 동의서를 사전에 받은 후 실험에 필요한 신체적 특성을 측정하고 실험에 참여토록 하였다. 실험참가자들의 평균연령 및 인체 측정치는 [Table 1]과 같다.
- 역학적 변인을 분석을 위하여 전, 후, 좌, 우, 대각선 방향으로 리얼타임 적외선 비디오카메라(Vicon I.R., Strobe & Pus, MX13) 7대가 설치되었으며, 부가적으로 실험전체 장면의 녹화를 위해 실험 전면에 디지털캠코드(NV-GS300GD, Panasonic)를 설치하였다.
데이터처리
- EMGm은 실제 시기 시 측정된 2번의 필터링 작업을 거친 각 근육의 EMG 값이며 #는 MVC 측정 시 발견된 각 근육의 최대 EMG 값이다. 각 근육의 활성화를 분석하기 위해 4개 근육의 표준화된 근전도 값들을 이용하여 평균값을 비교 분석하였다.
- 인솔유형에 따른 보행 시 산출된 변인의 평균값을 비교하기 위해 one-way RM ANOVA 방법을 적용 하였으며, 사후검정은 Scheffe 분석으로 모든 유의수준은 α=.05로 설정하였다.
- 본 실험에서 피험자들은 인솔유형에 따른 보행동작을 각각 10회 이상 반복 측정하였으며, 이때 보행속도 오차범위 5% 이내의 동작으로 본 연구에 목적에 맞는 각 5회씩 분석하였으며, 영상분석 시 축의 정의는 좌우방향을 X, 전후방향을 Y, 수직방향을 Z로 설정하였다. 주요관절의 각도(무릎각, 엉덩각, 발목각), 지면반력, EMG, 압력 변인의 평균과 표준편차는 Microsoft Office Excel 2007을 이용하여 산출하였다. 이러한 평균값을 통계적 실험(SPSS 13.
- 하지(대퇴직근, 대퇴이두근, 전경골근, 비복근)의 근육 활동을 측정하기 위하여 무선 근전도 시스템(TeleMyo 2400T GT, Noraxon USA, Inc, gain=1000 fixed, input impedance > 100MΩ, CMRR > 100㏈, Input Range +/- 5V, center to center distance=15㎜)을 사용하였으며, 분석 프로그램은 MyoResearchXP software 1.07(Noraxon, USA)을 사용하였다.
이론/모형
- 영상분석법은 주로 후족과 전족의 안정성과 관련된 발의 회내운동과 회외운동의 분석 및 무릎이나 발의 착지 각에 따른 안정성의 관계를 규명하였다. 지면반력 측정법은 중저의 경도와 높이, 주행 속도, 주행형태 등에 따른 충격 흡수와 관련된 변인을 분석하는데 사용되었다(송동률, 2007). 그러나 지면 반력측정만으로는 발의 해부학적 구조에 대한 작용을 알 수 없기 때문에 이를 해결하기 위하여 압력분포 측정기가 개발 되어 사용하게 되었다.
성능/효과
- EMG를 평균적분 근전도와 최대적분 근전도를 분석한 결과 인솔 유형 간의 유의한 차이(p<.05)는 없는 것으로 나타났는데, 이는 인솔 유형의 특성들이 충격을 줄이는 기능을 각각 가지고 있으므로 근육의 평균적분과 최대적분 근전도 값에 영향을 주지 못한 것으로 판단된다.
- 피험자의 자기 보행의 거리는 지면반력기를 중심으로 전체 12m의 직선 마루이 었다. 본 연구에서는 10회 이상 반복적으로 실험하였고, 동일한 방법으로 다른 기능성 유형별로 각각 수행하였으며, 유형별 실험 간에는 충분한 휴식기간을 가졌다.
- 이상의 결론을 종합해 보면, 유형1 인솔은 관절의 움직임이 작고, 충격력도 가장 작게 나타났으며, 유형2 인솔은 압력검사에서 최대압력, 총 압력, 평균압력이 가장 작게 나타났으며, 마지막으로 유형3 인솔은 압력검사에서 접촉면적과 접촉시간에서 가장 크게 나타났음을 알 수 있었다.
- 이와 같이 여러 변인들을 종합해보면, 유형이 다른 인솔들은 각각의 목적에 맞게 형태와 경도를 가지고 발바닥압력과 초기 접지시의 수직반력에는 영향을 주었으며, 주요관절의 움직임과 EMG는 영향을 미치지 못하여 피험자 본인 고유의 보행에는 변화를 주지 않았다.
- 인솔 유형간의 EMG를 평균적분 근전도와 최대적분 근전도를 비교한 결과, 통계적으로 유의한 차이(p<.05)는 없었으며, 하지 전체 근육에서 최대적분 근전도는 유형2(872.6%MVC)가 가장 크게 나타났으나 평균적분 근전도는 유형1(302.96%MVC)순으로 나타났음을 알 수 있었다.
- 인솔 유형간의 운동학적 변인인 각 관절의 움직임을 비교한 결과 통계적으로 유의한 차이(p<.05)는 없었지만, 유형 2, 3에 비하여 피로를 목적으로 충격흡수, 복원력을 높인 유형 1이 관절의 움직임을 가작 작게 나타났음을 알 수 있었다.
- 인솔 유형간의 지면반력을 비교한 결과, 접지시작 시기에서 유형1과 유형2, 유형1과 유형3 사이에 유의한 차이(p<.05)가 있었으며, 각 시점의 총 수직지면반력은 유형3(3.22N/BW), 유형2(3.21N/BW), 유형1(3.14N/BW)순으로 나타났는데, 이는 유형1은 충격흡수, 복원력을 높여 보행 시 착화감을 높인 인솔이기에 충격이 가장 작게 나타났음을 알 수 있었다.
- 지면반력결과 접지시작 시기에서 유형1과 유형2, 유형1과 유형3 사이에 유의한 차이(p<.05)가 있었으며, 유형2와 유형3 insole이 초기 충격량을 유형1보다 적게 받아 충격흡수가 원활한 것으로 사료되었다.
- 총 압력을 분석한 결과 유형2 인솔의 gel type바닥이 충격을 흡수하여 가장 작은 압력값을 나타내었으며 유형3, 유형1 순으로 값이 많았다. 한편, 유형1, 2, 3 모두 서로 다른 유의한 차이(p<.
- 최대압력을 분석한 결과 유형1과 2, 유형2와 3에서 각각 유의한 차이(p<.001)가 있었는데 이는 유형2 인솔의 gel type바닥이 충격을 흡수하여 다른 유형 보다 최고압력 값이 작게 나타난 것으로 판단된다.
- 최대적분근전도 값을 살펴보면, 대퇴직근은 유형2 (243.98%MVC), 유형1(242.52%MVC), 유형3(238.47%MVC)순 이었고, 대퇴이두근은 유형2(252.94%MVC), 유형1(243.83%MVC), 유형3(229.04%MVC) 순이었으며, 전경골근은 유형3(228.26%MVC), 유형2 (218.02%MVC), 유형1(214.93%MVC)순이었으며, 내측비복근은 유형2(157.66%MVC), 유형1(140.23%MVC), 유형3(135.09%MVC))순이었다.
- 충격력이 가장 크게 발생하는 입각기 구간 즉, RHS(right heel strike)와 RTO(right toe off)까지 엉덩각, 무릎각, 발목각의 각도를 비교하였으나 인솔 유형 간 유의한 차이는 나타나지 않았다.
- 평균적분 근전도 값을 살펴보면, 대퇴직근(RF)은 유형 2(87.03%MVC), 유형3(85.92%MVC), 유형1(83.19%MVC)순이었고, 대퇴이두근(BF)은 유형2(81.64%MVIC), 유형1(81.32%MVC), 유형 3(79.36%MVC)순이었으며, 전경골근(TA)은 유형 1(90.93%MVC), 유형3(86.93%MVC), 유형2(81.99%MVC)순이었으며, 내측비복근(MA)은 유형1(47.52%MVC), 유형2(45.8%MVC), 유형3 (45.68%MVC)) 순이었다.
- 이는 동일한 신발에 서로 다른 3가지 Insole을 착용하였지만 사람의 다리에 가해지는 변화는 크게 없는 것으로, Insole의 유형간의 차이를 발생하지 않았다는 것을 의미한다고 판단된다. 하지만 Insole 유형에 따라 주요관절의 움직임이 다르게 나타났는데, 하지의 주요관절의 움직임이 작을수록 하지가 효율적인 움직임을 알 수 있으며, 3가지 유형의 인솔 중 유형 1이 관절의 움직임이 작은 것을 알 수 있었다.
※ AI-Helper는 부적절한 답변을 할 수 있습니다.