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문제 정의
- 따라서, 본 연구는 무릎골관절염 유병률이 높은 편측 대퇴절단자를 대상으로 외측웨지인솔을 적용한 후 건측 무릎내전모멘트에 미치는 영향을 알아보고자 한다.
- 외측웨지인솔은 과도한발목내반각도를 교정하여 환측으로의 체중심 이동을 용이하게 함으로써 좌우 걸음길이가 대칭적으로 향상된 것으로 보이며, 발목내반각도 감소로 인한 전체적인 하지정렬의 변화가 엉덩관절 및 무릎내전모멘트에 영향을 미친 것으로 보인다. 본연구는 대퇴절단자의 건측 무릎골관절염 관련 예방 및 치료적 측면에 활용하고자 하며, 향후 추가연구에서 외측웨지인솔 적용에 따른 실제 압력중심의 이동과 발목내반각도의 상관관계 등을 분석해 보행에 미치는 객관적인 근거를 제시하고자 한다.
제안 방법
- 3) 10° 외측웨지인솔을 적용한 상태(10°insole)의 3 가지 조건을 무작위로 실시하였다.
- EvaRT 소프트웨어(EvaRT 5.0.4, Motion Analysis Corp., USA)를 이용하여 모든 마커의 운동형상학적 데이터와 힘측정판에서 측정된 아날로그 신호는 120Hz 로 샘플링하였으며, 각각의 마커 데이터는 6Hz Butterworth filter 에 의해 평활화 처리되었다.
- 8 실험은 순서에 의한 영향을 배제하기 위하여 1) 외측웨지인솔을 적용하지 않은 상태(no insole), 2) 5° 외측웨지인솔을 적용한 상태(5° insole), 3) 10° 외측웨지인솔을 적용한 상태(10°insole)의 3 가지 조건을 무작위로 실시하였다. 보행 속도는 평상 시 일반적인 보행 상태를 평가하기 위해 본인이 선택한 보행 속도(SSWS, self selected walking speed)로 실시하였고, 매번 실험할 때마다 변하는 보행의 특성을 감안하여 5 회 이상 실험한 후 이들에 대한 평균값을 사용하였다.
- 보행분석을 위해 4 개 힘측정판(600mm×900mm, Kistler, UK), 적외선 카메라 8 대(Eagle4, Motion Analysis, USA), 10mm 반사마커, CCD 카메라 2 대, 데이터 처리장치, PC 등으로 구성되어 있는 3차원 동작분석기(Motion Analysis, USA)를 사용하였다. 보행분석을 위한 마커 셋팅은 Helen Hayes marker set 을 사용하여 해부학적 위치에 총 19 개의 마커를 부착하고 정적 검사(static pose)를 시행하였으며, 이후 내측 4 개의 마커를 제거한 후 보행을 실시하였다. (Fig.
- 보행분석을 위해 4 개 힘측정판(600mm×900mm, Kistler, UK), 적외선 카메라 8 대(Eagle4, Motion Analysis, USA), 10mm 반사마커, CCD 카메라 2 대, 데이터 처리장치, PC 등으로 구성되어 있는 3차원 동작분석기(Motion Analysis, USA)를 사용하였다.
- 측정변수는 보행속도, 걸음길이비율(step length ratio), 각 하지 관절의 각도 및 모멘트이다. 걸음길이 비율은 의지측의 걸음길이를 건측의 걸음길이로 나눈 비율로써 정상인의 경우 1 이 되며, 1 에근접할수록 양하지 대칭적인 보행을 의미한다.
대상 데이터
- 본 연구는 재활공학연구소에 방문한 대퇴절단자 14 명과 정상인 20 명을 대상으로 실시하였다. 이들은 재활 과정을 종료한 상태로 평균 13.
- 인솔은 5° 및 10° 각도의 외측웨지인솔을 사용하였으며, 각각 3.175mm, 6.35mm 두께의 필라이트 재질(Ottobock, Germany)로 환자의 건측 발에 맞추어 재단한 후 사용하였다.
- 측정된 데이터는 Orthotrak Software(Motion Analysis Corp., Santa Rosa, USA)를 사용하여 분석하였다.
데이터처리
- 통계 분석은 SPSS(SPSS Ver 17.0, SPSS Inc., USA)를 사용하였으며, 대퇴절단자군과 정상대조군의 비교는 독립표본 t 검정(independent t test)을 사용하였으며, 대퇴절단자군내 no insole 과 5°, 10° insole 각각 전후 차이 비교는 대응표본 t 검정(paired t test)을 실시하였다.
성능/효과
- (Table 2, Fig. 3) 또한 대퇴절단자군 내 no insole 보다 5° insole 및 10° insole 상태에서 무릎내전 모멘트가 감소하였으며(0.41 vs 0.36 vs 0.32Nm/kg),웨지 각도가 증가할수록 무릎내전모멘트도 유의하게 감소하였다(p<0.001).
- 건측과 의지측의 압력중심과 체중심간격이 비대칭적인 것은 의지측과 건측의 엉덩관절 외전각도가 동일하게 형성되지 않은 점과 그로 인해 넓게 형성된 보폭, 그리고 건측보다 의지측의 짧은 입각기 시간 등이 원인이라고 하였다. 15편측 대퇴절단자들의 발목내반각도의 과도한 증가는 측면 풋 롤 오프를 이용하는 과정에서 발목내반을 유도한 것으로 보인다. 또한 외측웨지인솔의 적용은 발의 외측면 경사 부여와 함께 발목내반각도를 감소시킨 것으로 사료된다.
- 8 연구결과 대퇴절단자군과정상군간 무릎내전모멘트의 유의한 차이를 보였으며(p<0.01), 대퇴절단자군에서 유의한 증가를 확인하였다.
- 대퇴절단자군과 정상군 간 발목내반모멘트는 유의한 차이를 보이지 않았으며, 대퇴절단자군 내외측웨지인솔 적용에 따른 유의한 차이도 나타내지 않았다. (Table 2) 발목내반각도는 인솔 적용으로 유의하게 감소하였지만, 실제적으로 발목내반모멘트에는 큰 영향을 미치지 않은 것으로 보인다.
- 또한, no insole 보다 5°insole 및 10°insole 에서 각각 건측 발목내반각도가 유의하게 감소하였으며, 외측웨지인솔 각도가 증가할수록 발목내반 각이 감소함을 알 수 있다.
- 3 편측 하지절단자들의 무릎골관절염 관련 생체역학적 특성 연구에서 Royer와 Wasilewski5 는 하퇴절단자들의 건측 무릎내전 모멘트가 의지측에 비해 46%더 높다고 하였으며,Chang6 등의 연구에서도 대퇴절단자의 건측 무릎내전모멘트는 의지측보다 32% 증가하며, 정상인에 비해서는 2 배나 높다고 하였다. 무릎내전모멘트(knee adduction moment)의 증가는 무릎관절 내측 부위의 과도한 압력(compressive force) 형성을 의미하며, 실제로 내측 무릎골관절염에 이환된 환자들이 보행 중 무릎내전모멘트가 유의하게 증가하는 것이 확인되었다.7,8 또한 무릎내전모멘트는 무릎골관절염 관련 생체역학적 지표로써 이와 관련 연구 분야에서 중요한 요인으로 분석되고 있다.
- 본 연구를 통하여 대퇴절단자 건측 하지의 외측웨지인솔 적용은 대퇴절단자의 보행 시 대칭적인 걸음길이 비율과 발목내반각도의 감소를 가져왔으며, 특히 엉덩 및 무릎관절 내전모멘트의 유의한 감소를 확인하였다. 외측웨지인솔은 과도한발목내반각도를 교정하여 환측으로의 체중심 이동을 용이하게 함으로써 좌우 걸음길이가 대칭적으로 향상된 것으로 보이며, 발목내반각도 감소로 인한 전체적인 하지정렬의 변화가 엉덩관절 및 무릎내전모멘트에 영향을 미친 것으로 보인다.
- 연구 결과 대퇴절단자군과 정상군간의 유의한 차이를 보였으며(p<0.001), no insole 보다 5°insole 및 10°insole 상태에서 전반적인 보행의 대칭성이 향상되었으며, 웨지 각도가 증가할수록 걸음길이 비율이 1 에 근접하였다.
- 시공간적 변수 결과는 Table 2 와 같다. 연구 결과 대퇴절단자군은 no insole 상태에서 정상군(1.08 vs 1.21m/s)보다 보행속도가 느리며, 대퇴절단자군내 insole 적용에 따른 보행속도의 유의한 차이는 없었다. 또한 10°insole 에서는 오히려 no insole 이나 5°insole 보다 속도가 조금 감소하였으며, 이는 외측웨지인솔 각도가 증가할수록 무릎내전모멘트를 감소시키기는 하지만, 실제로 보행에 있어서는 불편감을 유발하여 전반적인 보행속도 저하를 가져온 것으로 보이며, 실제 외측웨지인솔의 적용에 있어 이러한 점을 유의하여야 할 것이다.
- 연구 결과 보행 시 중기입각기(mid stance)동안정상군의 발목은 외반되어 있는데 반해 대퇴절단자군의 발목은 과도하게 내반되었으며, 통계적으로 유의한 차이를 보였다(13.46° vs -4.76°, p<0.001).
- 연구결과 대퇴절단자군과 정상군 간 엉덩관절 내전모멘트는 대퇴절단자군에서 유의하게 증가하였으며(p<0.01), 대퇴절단자군 내 엉덩관절 내전모멘트는 no insole 보다 5° insole 및 10°insole 에서 유의하게 감소하였으며, 웨지 각도에 따른 5° insole 및 10° insole 간 유의한 차이는 보이지 않았다.
- 연구결과 대퇴절단자군은 정상군에 비해 엉덩관절이 외전되었으며(0.36° vs 5.87°, p<0.01), 이는 대퇴절단자의 절단측 중둔근(Gluteus medius) 약화와 연관성이 높다.
- 32Nm/kg). 외측웨지인솔 적용은 발목관절의 교정과 함께 전체적인 하지정렬 상태를 변화시켜 무릎 내전모멘트를 감소시키는 것으로 나타났으며, 웨지 각도가 증가할수록 무릎내전모멘트가 한다는 선행 연구와 유사한 결과를 나타내었다. 8,9
- 본 연구를 통하여 대퇴절단자 건측 하지의 외측웨지인솔 적용은 대퇴절단자의 보행 시 대칭적인 걸음길이 비율과 발목내반각도의 감소를 가져왔으며, 특히 엉덩 및 무릎관절 내전모멘트의 유의한 감소를 확인하였다. 외측웨지인솔은 과도한발목내반각도를 교정하여 환측으로의 체중심 이동을 용이하게 함으로써 좌우 걸음길이가 대칭적으로 향상된 것으로 보이며, 발목내반각도 감소로 인한 전체적인 하지정렬의 변화가 엉덩관절 및 무릎내전모멘트에 영향을 미친 것으로 보인다. 본연구는 대퇴절단자의 건측 무릎골관절염 관련 예방 및 치료적 측면에 활용하고자 하며, 향후 추가연구에서 외측웨지인솔 적용에 따른 실제 압력중심의 이동과 발목내반각도의 상관관계 등을 분석해 보행에 미치는 객관적인 근거를 제시하고자 한다.
- (Table 2) 발목내반각도는 인솔 적용으로 유의하게 감소하였지만, 실제적으로 발목내반모멘트에는 큰 영향을 미치지 않은 것으로 보인다. 통계적 유의성은 보이지 않았지만 웨지인솔 각도가 증가할수록 발목내반모멘트가 감소하여 정상군 값에 근접하는 것을 알 수 있었다. 과도한 발목내반각도와 모멘트는 발목관절 외측 구조물의 과도한 신장과 내측관절의 압박을 가져올 것으로 예상되지만 이와 관련 유병률 연구나 생체역학적 연구는 아직 진행되지 않고 있다.
후속연구
- 또한 10°insole 에서는 오히려 no insole 이나 5°insole 보다 속도가 조금 감소하였으며, 이는 외측웨지인솔 각도가 증가할수록 무릎내전모멘트를 감소시키기는 하지만, 실제로 보행에 있어서는 불편감을 유발하여 전반적인 보행속도 저하를 가져온 것으로 보이며, 실제 외측웨지인솔의 적용에 있어 이러한 점을 유의하여야 할 것이다.
- 과도한 발목내반각도와 모멘트는 발목관절 외측 구조물의 과도한 신장과 내측관절의 압박을 가져올 것으로 예상되지만 이와 관련 유병률 연구나 생체역학적 연구는 아직 진행되지 않고 있다. 외측웨지인솔 적용을 통해 대퇴절단자의 과도한 발목내반각도 및 모멘트의 감소는 이차적인 장애 발생과 관련하여 매우 의미있는 결과라 사료되며, 사후 추가 연구가 진행되어야 할 것으로 보인다.
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