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문제 정의
- 따라서 본 연구의 목적은 드롭랜딩 시 시각정보와 인지정보의 유무에 따른 충격 흡수 및 자세 조절 전략의 차이를 알아보는데 있다.
- 본 연구에서는 실제 근육의 활동에 관심을 둔 것이 아니라 근육의 활동 결과로 인해 외부적으로 나타나는 양상의 변화를 살펴보고자 하였다. 하지만 결과적으로 모든 분석 변인들에 있어서 피험자 수의 부족과 피험자 간 착지 양상의 다양성으로 인해 통계적 유의성을 찾아낼 수는 없었다.
제안 방법
- 시간적으로 동조된 2차원 좌표쌍으로부터 3차원 좌표를 얻어내는 방법은 NLT(Non Linear Transformation) 방식으로 계산되는 Qualisys Track Manager(QTM) 소프트웨어를 이용하여 확보하였다. Qualysis System을 이용해 실시간으로 획득한 마커의 3차원 좌표값은 QTM을 통해 C3d 파일의 형태로 변환시켜 인체모델링 및 영상분석프로그램인 Visual 3D(C-Motion Inc. USA)를 사용하여 모델링 및 변인 산출을 하였다.
- 관절중심점(joint center)을 추정하기 위하여 엉덩관절은 Bell, Pedersen & Brand(1990)의 추정방법을 변형한 CODA 방식으로, 무릎과 발목관절은 각 관절의 내측과 외측에 부착된 마커들의 중점을 찾는 midpoint방식으로 각각 산출하였다.
- 하지만 결과적으로 모든 분석 변인들에 있어서 피험자 수의 부족과 피험자 간 착지 양상의 다양성으로 인해 통계적 유의성을 찾아낼 수는 없었다. 그러므로 여기에서는 단순 기술통계와 변화 양상에 대한 분석을 토대로 자세조절 전략의 차이를 살펴보았다
- 첫 번째 조건(Condition 1)은 높이에 대한 시각정보와 인지정보가 모두 주어진 상황에서 과제를 수행하였으며, 두 번째 조건(Condition 2)은 안대를 사용하여 시각정보를 차단하였으나 착지 높이에 대한 정보를 제공한 상태에서 과제를 수행하였다. 마지막 조건(Condition 3)은 안대를 사용하여 시각정보를 차단하고 피험자가 착지 높이를 인지하지 못하도록 무작위 선정 방식으로 바닥의 높이를 변경하고. 추가적으로 높이에 대한 거짓 정보를 주어 착지 전에 근육의 예비수축이 이루어지지 않도록 하였다(Table 1).
- 모든 피험자들은 충분한 준비운동을 실시하고 각 높이의 과제에 대한 약 5회의 연습을 하였다. 과제는 총 세 가지 조건으로 진행이 되었다.
- 본 연구에서는 다양한 시점에서의 자세제어 전략을 알아보기 위하여 각 관절의 착지 전 50 ms(e1), 착지 순간(e2), 신체 중심점이 최저인 순간(e3) 등 총 3개의 시점을 설정하였다. 분석은 40 cm 높이에서의 드롭랜딩 자료만을 대상으로 하였으며, 관절 각도 변인은 피험자의 우세발의 자료를 사용하였다.
- 실험 전 모든 피험자는 검정색 스판 재질의 타이즈를 착용하였으며, 복장 착용 후 신장과 체중을 측정하였다. 인체의 3차원 데이터를 수집하기 위하여 총 70개의 반사 마커를 부착하였다.
- 좌우방향의 지면반력 값은 각각의 지면반력 값을 비교/분석하였으며, 수직방향과 전후방향의 지면반력과 COP는 두 지면 반력의 데이터를 합쳐서 계산하였다.
- 착지 후 자세의 안정성은 [Figure 2]의 공식을 사용하여 전후 안정지수(anterior-posterior stability index, APIS), 좌우안정지수(medial-lateral stability index, MLSI) 그리고 전체안정지수(overall stability index, OSI)로 나누어 살펴보았다(Arnord & Schmitz, 1998).
- 과제는 총 세 가지 조건으로 진행이 되었다. 첫 번째 조건(Condition 1)은 높이에 대한 시각정보와 인지정보가 모두 주어진 상황에서 과제를 수행하였으며, 두 번째 조건(Condition 2)은 안대를 사용하여 시각정보를 차단하였으나 착지 높이에 대한 정보를 제공한 상태에서 과제를 수행하였다. 마지막 조건(Condition 3)은 안대를 사용하여 시각정보를 차단하고 피험자가 착지 높이를 인지하지 못하도록 무작위 선정 방식으로 바닥의 높이를 변경하고.
- 마지막 조건(Condition 3)은 안대를 사용하여 시각정보를 차단하고 피험자가 착지 높이를 인지하지 못하도록 무작위 선정 방식으로 바닥의 높이를 변경하고. 추가적으로 높이에 대한 거짓 정보를 주어 착지 전에 근육의 예비수축이 이루어지지 않도록 하였다(Table 1).
- 인체의 3차원 데이터를 수집하기 위하여 총 70개의 반사 마커를 부착하였다. 피험자들은 40 cm의 나무상자에서 위에서 지면반력기와 지면반력기 위에 있는 13 cm, 26 cm 높이의 상자 위로 내려오는 과제를 실시하였다(Figure 1).
대상 데이터
- 본 실험에서는 8대의 적외선 카메라(Oqus 500, Qualisys, Gothenburg, Sweden)를 사용하여 3차원 영상자료를 100 Hz로 수집하였으며, 2대의 지면반력기(OR6-7, AMTI, Massachusetts, USA)를 사용하여 지면반력 자료를 1000Hz로 수집하였다. 영상자료와 지면반력 자료는 USB analogue acquisition interface를 통하여 동조가 되었다.
- 본 연구에서는 실험 전 최소 6개월 이내에 하지 근골격계에 부상 경험이 없고, 병력이 없는 성인 남성 10명(age: 22.1±1. yrs , height: 178.4±7.8 cm, mass: 75.3±9.4 kg)이 참여 하였다.
- 본 연구에서는 다양한 시점에서의 자세제어 전략을 알아보기 위하여 각 관절의 착지 전 50 ms(e1), 착지 순간(e2), 신체 중심점이 최저인 순간(e3) 등 총 3개의 시점을 설정하였다. 분석은 40 cm 높이에서의 드롭랜딩 자료만을 대상으로 하였으며, 관절 각도 변인은 피험자의 우세발의 자료를 사용하였다.
- 실험 전 모든 피험자는 검정색 스판 재질의 타이즈를 착용하였으며, 복장 착용 후 신장과 체중을 측정하였다. 인체의 3차원 데이터를 수집하기 위하여 총 70개의 반사 마커를 부착하였다. 피험자들은 40 cm의 나무상자에서 위에서 지면반력기와 지면반력기 위에 있는 13 cm, 26 cm 높이의 상자 위로 내려오는 과제를 실시하였다(Figure 1).
데이터처리
- 세 가지 조건에서 드롭랜딩 시 운동학적, 운동역학적 변인들에 대한 차이를 검증하기 위하여 SPSS statistics 19.0(IBM) 통계 패키지를 사용하여 일원변량분석(One-way ANOVA)으로 분석하였다. 유의수준은 a=.
이론/모형
- 인체에 부착된 각 마커의 3차원 좌표값은 차단주파수(cut-off frequency) 7 의 Butterworth 4th order lowpass filter로 필터링하여 노이즈를 제거하였다. 그 후 필터링 된 마커의 정보를 이용해 좌우 양측의 발(foot), 하퇴(shank), 대퇴(thigh), 골반(pelvis), 상체(trunk), 머리(head) 분절을 강체로 모델링 하였고, 분절의 질량, 질량중심점, 관성모멘트 등은 Dempster(1955)의 인체계측정보(Body segment parameter)를 적용하였다.
- 시간적으로 동조된 2차원 좌표쌍으로부터 3차원 좌표를 얻어내는 방법은 NLT(Non Linear Transformation) 방식으로 계산되는 Qualisys Track Manager(QTM) 소프트웨어를 이용하여 확보하였다. Qualysis System을 이용해 실시간으로 획득한 마커의 3차원 좌표값은 QTM을 통해 C3d 파일의 형태로 변환시켜 인체모델링 및 영상분석프로그램인 Visual 3D(C-Motion Inc.
성능/효과
- 또한 Condition 3에서는 발목관절의 ROM이 상대적으로 크게 나타났는데 이는 충격흡수를 위한 전략으로 볼 수도 있겠지만, 착지 직후 체성감각 기관을 통한 신경자극을 조금이라도 빨리 받기 위한 준비동작으로 볼 수도 있을 것이다. 즉 예상된 낙하 후의 착지보다 예상치 못한 낙하 후의 착지에서 더 큰 지면반력이 나타난다는 사실은 착지 전 근육 활동 패턴의 차이와 관련이 있기 때문에(Fu & Hui, 2002), 시각적 정보가 차단된 상황에서는 사전 근수축이 일어나지 못했고 그로인해 발생된 큰 충격을 감소시키기 위해 의도적으로 하지 관절의 움직임 범위를 증가시켰다고 생각된다.
- 종합하면 두 발을 이용한 40 cm 높이에서의 드롭랜딩에서는 시각 및 인지차단이 자세조절에 유의한 영향을 미치지는 않았다. 또한 드롭 랜딩에서 피험자가 상해의 위험이 없다고 판단되는 높이에서는 특별히 충격흡수나 자세조절을 위해 노력하지 않는다는 점을 알 수 있었다. 다만, 신체중심의 경우 시각 정보를 차단할 경우 높이에 대한 정보가 있더라도 시각적 정보가 제공된 경우와 비슷한 조절 양상을 보이지 않으며, 전체적인 양상은 높이에 대한 정보와 시각적 정보가 전혀 없는 경우와 비슷한 패턴을 보일 가능성이 있다는 것이다.
- 마찬가지로 유의한 차이를 보이지는 않았지만, 전후방향과 좌우방향 그리고 전체방향에서의 안정성 지수는 condition 1이 condition 2와 3에 비해서 크게 나타났다.
- 먼저 착지 전후의 하지 관절각의 변화를 살펴보면, 착지 높이에 대한 시각적 정보가 제공된 Condition 1에서는 착지 전에 비해 착시 시 엉덩 관절을 굴곡 시키는 정도가 적은 경향을 보여주었고, 착지 이후에도 상대적으로 몸통의 활용 정도가 많지 않은 것으로 나타났다. 반면 모든 정보가 차단된 Condition 3의 경우 착지 이후 엉덩 관절의 ROM이 상대적으로 크게 나타났다.
- 다만 엉덩 관절에서 condition 1은 condition 2와 condition 3에 비해 좁은 가동범위를 보여주었다. 무릎관절에는 특별한 차이가 관찰되지 않았으나 발목 관절에서는 condition 3의 경우 착지 전에도 가장 신전시킨 상태에서 준비동작을 취하였으며 착지 이후 관절의 가동범위를 증가시키면서 착지하는 경향을 나타났다.
- 본 연구를 통해 얻을 수 있는 결론은 40 cm 높이에서의 두 발을 이용한 드롭 랜딩에서는 시각 및 인지 차단이 자세조절 양상에 유의한 영향을 미치지는 않는 것으로 나타났다. 다만 본 연구에서는 시각정보가 차단된 상태에서 인지정보만 주어졌을 경우 몇몇 변인들에서 평균차이가 나타난 것으로 볼 때 착지전략과 시각 및 인지정보의 제공 유무 간 상관관계에 대한 추가적인 연구가 필요할 것으로 생각된다.
- 신체중심의 이동경로와 최저점까지의 이동 시간에 대한 결과는 통계적인 유의성은 없었지만 Condition 1에 비해 Condition 3이 3 cm 가량 더 길고 0.03 초 가량 더 긴 시간동안 착지한 것으로 나타났단. 이는 착지 이후의 충격을 감소시키기 위해 힘의 작용거리와 작용시간을 증가시킨 것으로 풀이된다.
- 안정성 지수를 분석한 결과에서도 모든 방향에서 Condition 1이 안정성이 떨어지는 것으로 나타난 반면 Condition 2와 Condition 3의 안정성이 높은 것으로 나타났다. Koh et al.
- 종합하면 두 발을 이용한 40 cm 높이에서의 드롭랜딩에서는 시각 및 인지차단이 자세조절에 유의한 영향을 미치지는 않았다. 또한 드롭 랜딩에서 피험자가 상해의 위험이 없다고 판단되는 높이에서는 특별히 충격흡수나 자세조절을 위해 노력하지 않는다는 점을 알 수 있었다.
- 착지 이후 지면반력의 압력중심의 이동거리에 대한 결과에서는 큰 차이는 아니지만 모든 방향으로의 이동거리에서 Condition 2가 상대적으로 짧은 것으로 나타났다. 이러한 결과를 해석하면 눈을 가린 상태에서 높이에 대한 정보를 알고 착지했을 때 가장 안정된 착지를 했다고 볼 수 있다.
- 하지만 평균적으로 condition 1에서 condition 2와 condition 3에 비해 상대적으로 높은 최대수직지면반력과 부하율을 나타냈다. 착지기 동안 수직지면반력의 변화 패턴을 살펴보면 condition 1과 condotion 3에서는 착지기의 40% 시점에서 최대수직지면반력이 나타난 반면 condition 2에서는 50% 시점에서 타나났다. [Table 5]는 e2 ~ e3 구간에서 COP의 이동 변위 및 안정성 지수를 나타낸다.
- 착지기 동안 착지에 소요된 시간의 경우도 통계적 유의성은 없으나 평균적으로 condition 1에서 0.18초로 가장 짧게 나타났고, 반대로 condition 3에서 0.21초로 가장 길게 나타났다.
- [Table 3]은 e2 ~ e3구간에서 COM의 이동 거리, 이동 시간, 평균 이동 속도, 최대 가속도를 나타낸 것이다. 통계적으로 유의한 차이를 보여준 항목은 없으나 condition 1에서 착지 후 신체중심의 수직 이동이 상대적으로 작은 것으로 나타났다.
- (2001)은 눈가림이 드롭랜딩의 착지 동작에 미치는 영향을 알아보는 연구에서 드롭랜딩에서 시각의 방해는 착지 순간 무릎각을 적절히 조절하지 못하게 되므로 효과적인 착지 동작이 이루어질 수 없을 뿐만 아니라 상해의 위험까지 있다고 보고하였다. 하지만 본 연구에서는 시각정보와 인지정보를 완전히 차단한 상황에서 무릎관절의 활용이 가장 높았고 시각은 차단되었지만 높이에 대한 정보가 있는 상황에서도 무릎의 활용도가 약간 더 높았다.
후속연구
- 본 연구를 통해 얻을 수 있는 결론은 40 cm 높이에서의 두 발을 이용한 드롭 랜딩에서는 시각 및 인지 차단이 자세조절 양상에 유의한 영향을 미치지는 않는 것으로 나타났다. 다만 본 연구에서는 시각정보가 차단된 상태에서 인지정보만 주어졌을 경우 몇몇 변인들에서 평균차이가 나타난 것으로 볼 때 착지전략과 시각 및 인지정보의 제공 유무 간 상관관계에 대한 추가적인 연구가 필요할 것으로 생각된다. 다시 말하면 드롭랜딩에서 시각 정보가 차단된 상황에서 제공된 높이에 대한 인지정보만으로는 시각적 정보가 제공된 상황과 동일한 자세조절 양상을 나타내지 않을 수도 있다는 것이다.
- 따라서 추후 연구에서 좀 더 명확한 결론을 얻기 위해서는 피험자의 연령대와 착지 높이, 착지 방법에 따라 착지 전략이 달라질 수 있으므로 충분한 수의 다양한 피험자를 대상으로 보다 높은 위치에서의 착지 방법에 대한 연구가 필요할 것으로 사료된다.
- 본 연구에서 통계적으로 유의한 차이가 나타나지 않은 것은 피험자가 40 cm미만의 높이에서는 상황을 불문하고 능숙한 자세조절이 가능한 20대 초반의 젊은이들이라는 것과, 두 발 착지는 한 발 착지와는 달리 착지전 사전근수축의 유무를 상쇄시킬 정도로 높은 착지 안정성을 갖다는 것이므로 추후 연구에서는 피험자와 높이에 대한 고려가 있어야 할 것으로 생각된다.
- (2011)의 연구에서는 한 발 착지 시 시각이 차단되면 수직지면반력이 커진다는 결과를 보고했고, Dicus & Seegmiller(2012) 역시 예측하지 못한 한 발 착지 시 지면반력이 유의하게 증가한다고 보고했는데 본 연구에서는 반대의 결과를 나타냈다. 이러한 결과는 한 발 착지와 두 발 착지라는 차이점에 기인하거나 실험설계의 차이에 기인한 것으로 판단되며 추후 비교 연구의 필요성이 있을 것으로 판단된다. 본 연구에서 다른 결과를 나타낸 이유가운데 하나로는 높이에 대한 시각적 정보가 있는 상태이고 부상에 대한 위험이 없음을 인지했기 때문에 자세조절에 대한 부담 없이 편하게 착지한 결과가 일면 작용했기 때문으로 생각된다.
- 실제 운동 상황에서는 상황에 따라 시각 정보가 차단된 상황에서 착지 높이를 알고 있는 경우도 있지만, 착지 높이에 대한 정보가 없거나 잘못된 정보를 가지고 있는 경우도 있을 수 있다. 이러한 경우 각 상황에 대한 충격 흡수 전략이나 자세 조절 전략을 이해한다면 향후 스포츠 상해 예방을 위한 프로그램 개발에 유용하게 사용될 수 있을 것이다.
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