본 연구는 PNF 중 스프린터 패턴 적용 시 하지의 근 활성도가 균형 능력에 미치는 영향을 알아보고자 다음과 같이 실시하였다. 편마비 환자 24명을 대조군과 실험군으로 나누어 실험군에 주 3회, 6주 동안 PNF의 상 하지 패턴의 결합인 스프린터 패턴(Sprinter pattern)을 실시하였다. 하지 근활성도는 내 외측광근, 내 외측슬괵근, 외측비복근의 활동전위의 실효치 값을 분석하였다. 균형 능력 검사는 FICSIT-4, FSST, MTD-Balance system 이용하여 측정하였다. 운동 적용 방법에 따른 측정 시점에 대한 대조군과 실험군의 유의성 검정은 Two-way repeated measure ANOVA를 실시하였고, 각 측정 항목들 간의 상관관계를 알아보기 위하여 Pearson correlation으로 분석하였다. 그 결과, 스프린터 패턴의 적용은 마비측 하지의 근 활성도를 증가시켜 정적 및 동적 균형능력을 향상시키는데 효과가 있었음을 확인할 수 있었다. 따라서 마비측 하지의 효율적 근동원을 위한 치료적 중재프로그램으로 적극적인 활용과 함께 다양한 운동 패턴들과 결합시켜 새로운 중재를 개발할 필요가 있을 것으로 생각된다.
본 연구는 PNF 중 스프린터 패턴 적용 시 하지의 근 활성도가 균형 능력에 미치는 영향을 알아보고자 다음과 같이 실시하였다. 편마비 환자 24명을 대조군과 실험군으로 나누어 실험군에 주 3회, 6주 동안 PNF의 상 하지 패턴의 결합인 스프린터 패턴(Sprinter pattern)을 실시하였다. 하지 근활성도는 내 외측광근, 내 외측슬괵근, 외측비복근의 활동전위의 실효치 값을 분석하였다. 균형 능력 검사는 FICSIT-4, FSST, MTD-Balance system 이용하여 측정하였다. 운동 적용 방법에 따른 측정 시점에 대한 대조군과 실험군의 유의성 검정은 Two-way repeated measure ANOVA를 실시하였고, 각 측정 항목들 간의 상관관계를 알아보기 위하여 Pearson correlation으로 분석하였다. 그 결과, 스프린터 패턴의 적용은 마비측 하지의 근 활성도를 증가시켜 정적 및 동적 균형능력을 향상시키는데 효과가 있었음을 확인할 수 있었다. 따라서 마비측 하지의 효율적 근동원을 위한 치료적 중재프로그램으로 적극적인 활용과 함께 다양한 운동 패턴들과 결합시켜 새로운 중재를 개발할 필요가 있을 것으로 생각된다.
In this study, for examining an effect of lower limbs' muscle activity on balance capability when applying sprinter pattern among the PNF, the experiment was conducted as followed. Under the object of 24 people diagnosed by hemiplegia, they were divided into control group and experimental group and ...
In this study, for examining an effect of lower limbs' muscle activity on balance capability when applying sprinter pattern among the PNF, the experiment was conducted as followed. Under the object of 24 people diagnosed by hemiplegia, they were divided into control group and experimental group and the experiment was conducted on the experimental group, three times per a week for six weeks. Experimental group received Sprinter pattern of combined PNF upper extremity and lower extremity pattern. For the lower limbs' muscle activity, effective values of Vastus medialis laterails, medial lateral hamstrings, lateral gastrocnemius' action potential were analyzed. The balance ability tests was conducted with FICSIT-4, FSST and MTD-Balance system. For the significance test of control group and experimental group for measuring time by exercise application method, two-way repeated measure ANOVA was conducted and for the significance test among the groups by each measuring time, independent t-test was conducted. Also, for examining the correlation among the measuring item, pearson correlation was used for the analysis. As the result, the application of sprinter pattern increased muscle activity of lower limbs in paretic side and improve static and dynamic balance ability effectively. Therefore, it will be necessary to develop new intervention by combining active application of the therapeutic intervention program for lower limbs' effective muscle mobilizing in paretic side with various exercising patterns.
In this study, for examining an effect of lower limbs' muscle activity on balance capability when applying sprinter pattern among the PNF, the experiment was conducted as followed. Under the object of 24 people diagnosed by hemiplegia, they were divided into control group and experimental group and the experiment was conducted on the experimental group, three times per a week for six weeks. Experimental group received Sprinter pattern of combined PNF upper extremity and lower extremity pattern. For the lower limbs' muscle activity, effective values of Vastus medialis laterails, medial lateral hamstrings, lateral gastrocnemius' action potential were analyzed. The balance ability tests was conducted with FICSIT-4, FSST and MTD-Balance system. For the significance test of control group and experimental group for measuring time by exercise application method, two-way repeated measure ANOVA was conducted and for the significance test among the groups by each measuring time, independent t-test was conducted. Also, for examining the correlation among the measuring item, pearson correlation was used for the analysis. As the result, the application of sprinter pattern increased muscle activity of lower limbs in paretic side and improve static and dynamic balance ability effectively. Therefore, it will be necessary to develop new intervention by combining active application of the therapeutic intervention program for lower limbs' effective muscle mobilizing in paretic side with various exercising patterns.
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문제 정의
하지만 현재까지는 PNF의 단순 패턴을 적용하여 일 부 평가 도구로 치료결과를 밝히거나 정상인을 대상으 로 해당 결과를 내놓는 연구들이 대부분이며, 근육의 활동 정도를 정확히 객관화시킬 수 있는 평가도구를 사 용한 연구들이 부족한 실정이다. 따라서 본 연구에서는 뇌졸중 환자를 대상으로 PNF의 결합패턴 중 하나인 스 프린터 패턴 적용 시 하지의 근 활성도가 균형능력에 어떠한 영향을 미치는지 근육 활동 정도 분석을 위해 EMG를 통해 알아보고, 균형능력의 평가를 위해 FICSIT-4, FSST, MTD-Balance system을 사용하여 운동치료의 기초자료를 제공하고자 한다.
평면의 경우 edge 부근의 point만을 이용하더라도 유효한 평면을 모델링할 수 있지 만 곡면의 경우 올바른 모델링을 하기 위해선 가운데 영역의 point의 기하 정보가 꼭 필요하다. 본 논문에선 정확한point만을 추가하기 위해 기하 정보가 부족하여 정확한 모델링이 불가능한 곡면에 대해선 point를 추가하지 않고 edge 부근의 point만으로도 정확한 모델링이 가능한 평면에 대해서만 point를 추가하는 방법을 선택했다.
본 논문은 영상들로부터 point cloud를 생성하는 기존의 MVS 방법들에 존재하는 sparse한 영역에 point를 추가하여 dense하게 만드는 알고리즘을 제안한다. 제안하는 방법은 생성된 point cloud를 이용하여 평면을 모델링하여 point 가 존재하지 않는 픽셀에 새로 깊이 정보를 부여해 point를생성할 수 있도록 하는 알고리즘이다.
앞서 그림 4의 (b), (c), (d)와 같이 영상의 edge로 둘러싸인 영역을 추출하고 나면 이 영역에 해당하는 픽셀들 중일부는 point cloud에 point가 존재하고 나머지는 point가존재하지 않는다. 우리의 목적은 이 point들을 이용해 평면을 모델링 한 후 point가 존재하지 않는 픽셀들에 올바른 깊이 정보를 부여하고 point로 생성되도록 하는 것이다.
제안 방법
본 연구는 뇌졸중으로 인해 편마비로 진단받은 환자 24명을 대상으로 하였으며, 스프린터 패턴을 이용하여 운동을 실시하는 실험군과 일반적인 운동치료를 받는 대조군, 두 그룹으로 나누어 연구를 진행하였다. 대조군 은 균형훈련 및 기능훈련 등을 포함한 일반적인 운동치 료를 1일 1회, 30분씩 실시하였으며, 그 외에 실시하는 언어치료나 작업치료를 실시하는 대상자는 제외하였 다. 연구대상자는 다음의 조건을 충족시키는 자로 제한 하였다.
모델링한 평면의 유효성을 확인하기 위해 앞서 추출한 영역 내에 존재하는 픽셀 중 point가 존재하는 픽셀의 point 와 모델링한 평면에 수직으로 내린 거리가 일정 임계값 보다 작은 픽셀의 수를 구한다. 영역 내에 존재하는 픽셀중 point가 존재하는 픽셀의 수와 앞서 구한 수의 비율을구하여 이 비율이 일정한 값 이상인 경우에 유효한 평면 으로 판단했다.
본 논문에선 dilation 의 방법으로 3*3 window를 움직여가며 window안에 edge 즉 ‘1’이 존재할 경우 window의 중앙 픽셀의 값을 ‘1’로설정하는 방법을 사용했다.
본 논문에선 edge로 둘러싸인 영역을 추출하기 위해 ‘0’에 해당하는 픽셀을 방문해야 할 노드, ‘1’ 에 해당하는 노드를 방문한 노드로 설정했고 변경된 값은 다음 영역을 찾을 때도 유지하여 다음 영역을 추출할 때포함되지 않도록 했다.
본 연구는 뇌졸중으로 인해 편마비로 진단받은 환자 24명을 대상으로 하였으며, 스프린터 패턴을 이용하여 운동을 실시하는 실험군과 일반적인 운동치료를 받는 대조군, 두 그룹으로 나누어 연구를 진행하였다. 대조군 은 균형훈련 및 기능훈련 등을 포함한 일반적인 운동치 료를 1일 1회, 30분씩 실시하였으며, 그 외에 실시하는 언어치료나 작업치료를 실시하는 대상자는 제외하였 다.
본 논문은 영상들로부터 point cloud를 생성하는 기존의 MVS 방법들에 존재하는 sparse한 영역에 point를 추가하여 dense하게 만드는 알고리즘을 제안한다. 제안하는 방법은 생성된 point cloud를 이용하여 평면을 모델링하여 point 가 존재하지 않는 픽셀에 새로 깊이 정보를 부여해 point를생성할 수 있도록 하는 알고리즘이다. Ⅳ장에서 실험을 통해 제안하는 알고리즘이 효과적으로 sparse한 영역에 point 를 추가하여 dense하게 바꿀 수 있음을 증명했지만 여전히 연구가 필요한 부분이 존재한다.
제안하는 알고리즘은 point cloud가 생성된 상태에서 추가적으로 point를 생성하기 위한 알고리즘으로 [6]의 방법에 추가적으로 제안하는 알고리즘을 적용하여 [6][7]을 이용한 실험 결과와 다양한 영상들을 이용해 비교했다. 그림 7은 휴대폰 카메라를 이용하여 촬영한 영상들을 이용하여 point cloud를 생성한 결과를 나타낸다.
이론/모형
기본적으로 평면을 모델링하기 위해선 3개의 point가 필요하다. 우리는 평면을 모델링할 때 고르는 3개의 point에 outlier가 포함되는 것을 방지하기 위해 RANSAC [16]을사용했다. 월드 좌표계에 point cloud로 존재하는 하나의point ( , , )를 지나고 법선벡터가 (,, )인 평면의 방정식은 식 (1)과 같다.
성능/효과
기존의 알고리즘으로 생성된 point가 그림 9처럼 충분하다면 제안하는 알고리즘을 적용했을 때 더욱 큰 효과를 볼수 있고 모델링된 평면의 유효성을 판단할 때 고정된 임계 값을 사용하더라도 기존의 방법을 능가하는 성능을 보임을 확인했다.
모델링한 평면의 유효성을 확인하기 위해 앞서 추출한 영역 내에 존재하는 픽셀 중 point가 존재하는 픽셀의 point 와 모델링한 평면에 수직으로 내린 거리가 일정 임계값 보다 작은 픽셀의 수를 구한다. 영역 내에 존재하는 픽셀중 point가 존재하는 픽셀의 수와 앞서 구한 수의 비율을구하여 이 비율이 일정한 값 이상인 경우에 유효한 평면 으로 판단했다. 모델링한 평면의 유효성을 판단하기 위해 사용되는 개의 point들 중 번 째 point ( , , )에서 모델링한 평면에 수직으로 내린 거리 를 구하는 과정은 다음과 같다.
제안하는 알고리즘을 적용한 결과는 기존의 방법을 이용한 결과보다 dense한 point cloud를 생성함을 확인할 수 있다.
추가적으로 연구가 필요한 부분도 존재하지만 실험결과 에서 보였다시피 제안하는 알고리즘은 평면 영역에서 효과 적으로 point cloud의 sparse한 영역을 개선시킬 수 있다.
그림 4의 (b), (c), (d), (e), (f)는 그림 4의 (a)에서 BFS를 이용하여 edge로 둘러싸인 영역을 추출한 결과로 영역을 빨간색을 이용해 나타냈다. 추출된 영역은 모두 평면으로 평면을 모델링하기 적합한 영역을 잘 추출함을 확인할 수 있다.
표 1은 제안하는 알고리즘을 이용한 point cloud가 제안 하는 알고리즘을 적용하지 않은 point cloud보다 좋은 성능을 보인다는 것을 객관적으로 보여준다. 표 1의 F1 score는완성도와 정확성을 고려하여 더 좋은 결과일수록 더 높은F1 score를 부여하는 [17]에서 제안한 방법이다.
표 2는 제안하는 알고리즘을 [6]에서 제안한 방법에 추가로 적용했을 때 추가적으로 걸리는 시간을 이미지의 수와 생성된 point의 수에 따라 나타낸다. 표 2를 보면 제안하는 알고리즘을 추가로 적용했을 때 걸리는 시간이 이미지의 수와 생성되는 point의 수가 많더라도 3분 이내임을 확인할수 있다. 이는 앞서 깊이 지도를 구하는 과정에서 수십 분이 소요된다는 점을 생각했을 때 상당히 적은 시간으로 볼 수있다.
후속연구
또한 모델링한 평면의 유효성을 판단할 때 사용한 임계값 와 에 대한 고찰도 필요하다. 본논문에선 여러 실험에 근거하여 각각 0.004와 0.99를 임계 값으로 사용했지만 실험 결과에 노이즈가 많이 포함된 경우 보다 최적화된 임계값을 적응적으로 결정하여 사용한다면 더 좋은 결과를 얻을 수 있을 것이다.
질의응답
핵심어
질문
논문에서 추출한 답변
Dense point cloud에서 sparse한 부분이 존재하게 되는 이유는 무엇인가?
MVS를 이용하면 dense point cloud를 얻을 수 있지만 여전히 sparse한 부분이 존재할 수 있다. Dense point cloud에서 sparse한 부분이 존재하게 되는 이유는 영상에 특징이 없을 경우 깊이 정보를 추정할 때 정확한 깊이 정보를 구하기 힘들기 때문이다. 깊이 정보를 추정하는 단계에서 영상에 특징이 없는 부분은 이웃 영상과의 시차를 정확히 구하 기가 힘들어 부정확한 깊이 정보를 추정하게 된다.
MVS를 이용하면 무엇을 얻을 수 있는가?
MVS를 이용하면 dense point cloud를 얻을 수 있지만 여전히 sparse한 부분이 존재할 수 있다. Dense point cloud에서 sparse한 부분이 존재하게 되는 이유는 영상에 특징이 없을 경우 깊이 정보를 추정할 때 정확한 깊이 정보를 구하기 힘들기 때문이다.
MVS에서 sparse point cloud를 dense하게 만드는 두 개의 과정은 무엇인가?
MVS에서 sparse point cloud를 dense하게 만드는 과정은 크게 두 개의 과정으로 볼 수 있다. 첫 번째 과정은 SfM에서 구한 카메라 내부 파라미터와 외부 파라미터를 이용해 각각의 영상마다 깊이 정보를 추정하여 깊이 지도를 생성 한다. 두 번째 과정은 앞서 추정한 깊이 지도를 이용하여각 영상의 픽셀마다 추정된 깊이 정보 값을 이웃 영상의 픽셀에서 추정된 깊이 정보 값과 비교한다. 이를 이용해 월드 좌표계에 알맞은 위치를 구하고 point를 생성하는 과정이 깊이 지도를 fusing하는 과정이다.
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