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문제 정의
- 따라서 본 연구에서는 중복장애로 인한 영향을 배제하기 위해 중복장애를 갖고 있지 않은 다운증후군 남자아동들을 대상으로 하였으며, 실험실에서 행해지는 불연속적 보행으로 인한 편차를 줄이고 재현성이 높은 자료를 얻기 위해 트레드밀 보행을 실시하여 시공간적 변인(보행속도, 국면별 소요시간, 보폭, 좌우보폭, 걸음수 등)과 운동학적 변인(관절각, 관절각속도, 관절각가속도 및 기타 신체분절각 등)을 산출하고, 이를 정량적으로 분석하여 다운증후군 아동의 보행특성을 알아보고자 한다. 그 결과는 상대적으로 운동량이 매우 부족하여 신체발육, 체중조절, 건강유지 등이 어려운 다운증후군 아동들의 운동 프로그램 개발에 유용한 참고자료로 사용될 것으로 기대된다.
제안 방법
- 본 연구에서는 보행 시 이벤트와 국면은 그림 2에 나타낸 바와 같이 설정하였다. 각 이벤트 시점은 적외선카메라로 추적된 마커의 위치데이타를 기준으로 지정하였으며, 발뒤꿈치 추적마커의 y좌표가 극대값일 때를 발뒤꿈치 닿는 시점(E1, E4, E7)으로 지정하였고, 발가락추적 마커의 y좌표가 극소값일 때를 발가락 떼는 시점(E2, E5) 으로 지정하였으며, 두 발뒤꿈치 마커가 가장 근접했을 때를 중지지기(E3, E6)로 지정하였다.
- 다운증후군 아동의 보행분석을 위한 위치데이타는 Qualisys Track Manager 프로그램과 Visual 3D 프로그램을 사용하여 수집되고 처리되었다.
- 다운증후군 아동의 트레드밀 보행 특성을 알아보고자 시공간변인, 운동학적 변인을 산출하여 분석하였고, 그 결과를 요약하면 다음과 같다.
- 본 연구에서 산출한 변인들은 시공간적 변인(보행속도, 국면별 소요시간, 보폭, 좌우보폭, 걸음수 등 시공간 변인들과 다리 관절(엉덩, 무릎, 발목)의 각도, 각속도, 각가속도 및 가동범위, 신체분절(몸통, 골반 및 발)각 등 운동학적 변인들이다. 다리 관절각은 근위분절에 대한 해당 분절의 Cardan 각으로 정의하며, 시상면과 전두면에서 나타난 하지 관절각을 그림으로 나타내면 그림 3과 같다.
- 실험 전 모든 대상자들에게 맨몸에 짧은 반바지 타이즈와 모자만을 착용 시킨 후 전신의 관절점 및 분절 표면에 총 51개의 반사마커를 부착하고 보행 측정에 앞서 각 대상자의 신체 해부학적 상태를 고려한 자료 산출과 관절마커와 추적마커의 관계 규정을 위해 해부학적 자세로 서서 standing calibration을 실시한 후, 그림 1과 같이 분절의 위치추적을 위한 47개의 추적마커(tracking marker) 를 제외하고 모두 제거한 후, 실험에 앞서 충분한 연습후 본 실험을 실시하였다. 전역좌표계의 z축을 수직방향으로, 보행 방향을 y축으로 설정하고, 대상자의 오른쪽 방향을 x축을 설정하였다.
- 실험에서 생성될 수 있는 Random Error를 제거하기 위하여 산출된 변인들을 Butterworth 4차 저역필터 (차단주파수 6Hz)를 사용하여 필터링하였다.
- 실험 전 모든 대상자들에게 맨몸에 짧은 반바지 타이즈와 모자만을 착용 시킨 후 전신의 관절점 및 분절 표면에 총 51개의 반사마커를 부착하고 보행 측정에 앞서 각 대상자의 신체 해부학적 상태를 고려한 자료 산출과 관절마커와 추적마커의 관계 규정을 위해 해부학적 자세로 서서 standing calibration을 실시한 후, 그림 1과 같이 분절의 위치추적을 위한 47개의 추적마커(tracking marker) 를 제외하고 모두 제거한 후, 실험에 앞서 충분한 연습후 본 실험을 실시하였다. 전역좌표계의 z축을 수직방향으로, 보행 방향을 y축으로 설정하고, 대상자의 오른쪽 방향을 x축을 설정하였다. 이때 보행 속도는 대상자가 선호하는 속도(self-selected speed)로 실시하였으며, 획득된 원자료는 오른발의 뒤꿈치가 지면에 닿는 시점부터 발가락이 지면에서 떨어지고 다음 번 닿는 순간까지를 1주기 (one stride)로 하여 처음과 끝의 3 걸음씩은 제외하였다.
대상 데이터
- 본 연구의 대상자는 수도권에 거주하는 다우증후군 남자아동들 중에서 부모나 특수교사의 신체적 도움 없이 독립보행인 가능하고 신체적 중복장애 또는 최근 1년 동안 신경정형외과적 손상이나 수술경험이 없는 아동들로 한정하여 모집하였으며, 그 신체적 특성은 표 1과 같다.
- 본 연구 목적을 수행하기 위하여 3차원 동작분석이 실시되었다. 영상자료 수집을 위해 트레드밀 주변에 Qualisys사의 적외선 카메라 (Motion capture system인 Pro Reflex MCU 240, SF: 100 frame/sec) 8대가 사용되었다. 동작이 행해지는 구간은 NLT (Nonlinear Transformation)방법을 이용하여 calibration 되었으며, 각기기들의 동조는 메인 컴퓨터에 의해 통제되었다.
데이터처리
- 본 연구 목적을 수행하기 위하여 3차원 동작분석이 실시되었다. 영상자료 수집을 위해 트레드밀 주변에 Qualisys사의 적외선 카메라 (Motion capture system인 Pro Reflex MCU 240, SF: 100 frame/sec) 8대가 사용되었다.
이론/모형
- 영상자료 수집을 위해 트레드밀 주변에 Qualisys사의 적외선 카메라 (Motion capture system인 Pro Reflex MCU 240, SF: 100 frame/sec) 8대가 사용되었다. 동작이 행해지는 구간은 NLT (Nonlinear Transformation)방법을 이용하여 calibration 되었으며, 각기기들의 동조는 메인 컴퓨터에 의해 통제되었다.
성능/효과
- 넷째, 지면과 10°정도의 착지각으로 발뒤꿈치로 착지하는 보행형태를 보였다.
- 다섯째, 발목 엎침/뒤침각 가동범위가 –10.8° ~ 1.4°로나타나 발목관절의 좌우 요동이 일반적인 경우보다 크게 나타났다.
- 다운증후군 아동보행의 시공간 변인들 중 걸음수 (cadence)와 소요시간을 제외한 시공간 변인들은 대상자의 키로 표준화시켰으며, 그 결과는 표 2와 같다. 다운증후군아동들은 유각기(P5~P6) 소요시간이 34.5%로 일반 적인 경우(40%)보다 짧았고, 지지기 소요시간은 더 긴 것으로 나타났다. 특히, 체중수용기(P1)가 15%로 일반적인 경우(10%)보다 5% 정도 길게 나타났다.
- 둘째, 말기 입각기에 엉덩, 무릎, 발목관절 모두 신전을 적게 하는 것으로 나타나 이들의 의한 추진력이 비교적으로 작았다.
- 무릎관절 모음/벌림 각의 경우는 다운증후군 아동들은 오른발 입각기에는 8.3°까지 모으고, 유각기에는 15°까지 모으는 것으로 나타나 보행주기 내내 모음상태를 유지하는 것으로 나타났다.
- 셋째, 착지 할 때 엉덩관절각은 비장애보행과 비슷했으나 무릎과 발목관절은 더 굽힌 상태로 착지함으로써 구부정걸음 형태를 보였다.
- 위와 같은 결과를 종합하면, 다운증후군아동들은 선천적으로 느슨한 관절과 낮은 근 장력으로 인해 보행안정성이 위협받는다. 이를 극복하기 위해 엉덩, 무릎, 발목관절 모두를 구부리고 걷는 구부정 걸음(crouch gait)형태를 취한다.
- 따라서 연구자들은 다양한 대상의 보행특성을 연구하고 있는데, 비장애인의 보행특성 연구뿐만 아니라, 노인, 뇌병변, 신경정형외과적, 또는 지적장애인 등의 보행특성에 대한 연구도 여러 각도에서 활발히 연구되고 있다. 이들 대상들은 보행의 안정성이 저하되어 낙상이나 관절상해 위험이 증가되게 되는데, 이를 피하기 위해 보행 안정성을 회복할 수 있도록 보행 전략을 변경하는 것으로 나타났다.[1-3]
- 첫째, 일반적인 입각기와 유각기 비율이 6 : 4에 비해 두발지지기가 길고, 유각기가 짧은 6.5 : 3.5 로 나타났는데, 이는 보행안정성을 확보하기 위한 전형적인 전략이다.
후속연구
- 따라서 본 연구에서는 중복장애로 인한 영향을 배제하기 위해 중복장애를 갖고 있지 않은 다운증후군 남자아동들을 대상으로 하였으며, 실험실에서 행해지는 불연속적 보행으로 인한 편차를 줄이고 재현성이 높은 자료를 얻기 위해 트레드밀 보행을 실시하여 시공간적 변인(보행속도, 국면별 소요시간, 보폭, 좌우보폭, 걸음수 등)과 운동학적 변인(관절각, 관절각속도, 관절각가속도 및 기타 신체분절각 등)을 산출하고, 이를 정량적으로 분석하여 다운증후군 아동의 보행특성을 알아보고자 한다. 그 결과는 상대적으로 운동량이 매우 부족하여 신체발육, 체중조절, 건강유지 등이 어려운 다운증후군 아동들의 운동 프로그램 개발에 유용한 참고자료로 사용될 것으로 기대된다.
- 그러나 이는 비장애보행의 착지각이 110~115° 정도라는 점과 다운증후군 아동의 중복장애 정도가 다양하다는 것, 그리고 선행연구자들이 사용한 측정 법의 오차가 현재보다 크다는 것을 고려하면, 가능한 차이라고 생각되며, 앞으로 연구자들이 주의 깊게 살펴볼 필요가 있다.
- 이 연구결과는 다운증후군의 관절불안정성을 개선하기 위해 관절강성을 증가시키는 효과적인 근 골격계 강화훈련 프로그램을 마련하는데 유용한 자료를 제공할 것으로 기대되며, 다운증후군뿐만 아니라 선천적 또는 후천적 근 골격계 장애를 개선하거나 극복할 수 있는 운동프로그램 개발에도 참고 자료가 될 것으로 예상된다.
- 향후 보행 시 다리 관절에 미치는 생체역학적 변인 (근 모멘트, 근 파워, 관절반력 등)들에 대한 정량적 분석과 일상에서 흔히 접하게 되는 다양한 보행환경(계단보행, 경사면보행, 장애물보행, 보행방향 전환 및 정지 등) 에 대한 연구가 이루어진다면 다운증후군 아동의 보행전략변경 기전을 구명할 수 있을 뿐 아니라 보행능력습득 단계별로 적합한 운동프로그램 개발에 유용한 정보를 제시할 수 있을 것으로 판단된다.
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