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문제 정의
- 이러한 부하는 조직에 적용되는 외적인 자극에 의해 반복적인 스트레스로 작용하여 근골격계의 손상이 나타나게 된다(Hargrave 등, 2003). 따라서 본 연구는 체간에 외적 부하를 적용하여 외적 부하의 크기에 따른 운동학적 분석을 통하여 인체의 적응 방법을 알아보고자 하였다.
- 따라서 본 연구에서는 외적 부하의 크기에 따른 하지의 보행 분석을 통하여 부하에 적응하기 위한 세 면에서의 운동학적 영향에 대해서 확인하고자 한다.
제안 방법
- 모든 대상자들은 실험실에 익숙하도록 충분한 보행 연습을 한 후, 일반적인 보행과 무게 부하를 제공한 보행에서는 평상시의 자연스러운 보행을 하도록 지시하였다. 그리고 대상자에게 제공되는 무게 부하의 방법은 0, 5, 10, 15kg의 무게를 체간의 전ㆍ후에 주어지게 되며 제공되는 무게 부하의 순서는 무작위로 하였다. 보행 검사는 마커를 부착한 상태에서 10m 거리를 10회 이상 반복 보행 후 중간 부분의 자연스러운 보행 양상을 선택하였으며, 분석은 시공간적인 보행 분석과 초기 접촉기와 전유각기 시점의 값을 이용하여 하지의 각 관절의 운동학적 분석을 하였다.
- 일반적인 하지의 손상의 원인은 적용되는 힘이나 부하의 크기와 비율에 의해서 결정되며, 부하의 비율이나 크기에 영향을 주는 요소는 움직임의 속도, 착지 동작의 높이, 신발의 형태, 몸무게, 착지 시의 지면의 형태, 착지 전략, 가방이나 짐과 같은 외부 부하 등이 포함한다(Kernozek 등, 2005). 또한 보행을 하는 동안 체중 지지가 되는 하지의 지면반발력과 무릎 관절의 굴곡 각도가 착지에서 충격량을 조절하여 신체에 적용되는 힘의 크기를 조절한다. 이러한 부하는 조직에 적용되는 외적인 자극에 의해 반복적인 스트레스로 작용하여 근골격계의 손상이 나타나게 된다(Hargrave 등, 2003).
- 모든 대상자들은 실험실에 익숙하도록 충분한 보행 연습을 한 후, 일반적인 보행과 무게 부하를 제공한 보행에서는 평상시의 자연스러운 보행을 하도록 지시하였다. 그리고 대상자에게 제공되는 무게 부하의 방법은 0, 5, 10, 15kg의 무게를 체간의 전ㆍ후에 주어지게 되며 제공되는 무게 부하의 순서는 무작위로 하였다.
- 그리고 대상자에게 제공되는 무게 부하의 방법은 0, 5, 10, 15kg의 무게를 체간의 전ㆍ후에 주어지게 되며 제공되는 무게 부하의 순서는 무작위로 하였다. 보행 검사는 마커를 부착한 상태에서 10m 거리를 10회 이상 반복 보행 후 중간 부분의 자연스러운 보행 양상을 선택하였으며, 분석은 시공간적인 보행 분석과 초기 접촉기와 전유각기 시점의 값을 이용하여 하지의 각 관절의 운동학적 분석을 하였다. 각각의 조건에서 측정은 3회 실시하여 평균값을 사용하였다.
- 연구 대상자들의 신체에 검사에 필요한 발광 마커를 부착하는데, 보행에 필요한 골반 및 상ㆍ하지 분절점에 영상 분석에 필요한 25mm 반사 마커를 운동학적 분절 축 모델인 Plug-in gait maker set을따라 하지에만 부착하여 측정하였다. 마커의 위치는 대상자의 좌ㆍ우 전상장골극, 좌ㆍ우 후상장골극, 좌ㆍ우 대퇴부, 좌ㆍ우 슬관절 중앙, 좌ㆍ우 하퇴부, 좌ㆍ우 발목 외측복사, 좌ㆍ우 둘째 중족골두, 좌ㆍ우 종골의 뒤쪽으로 총 16개의 마커를 부착한다.
- 모든 동작 분석은 Polygon software(Vicon, 영국)를 이용하여 분석하였다. 한 보행 주기는 한 발의 초기 접촉점(initial contact)에서 다음 초기 접촉점을 기준으로 하여 구분하고, 모든 연구 대상자의 보행 중 한 보행주기를 추출하여 정규화하여 분석하였다.
대상 데이터
- 연구 대상자의 일반적인 특성은 Table 1과 같다. 대상자들은 남자 8명, 여자 7명 모두 15명이 참여하였고, 나이가 평균 24.12세, 키는 평균 169.47cm, 몸무게 평균 61.02kg이다.
- 본 연구의 연구 대상자는 신경학적인 병력이 없고, 근골격계의 질환 병력이 없으며 보행에 영향을 주는 외과적 수술을 하지 않고 독립적인 기립과 보행이 가능한 정상 성인 15명을 대상으로 선정하였다. 또한 실험 전 대상자들에게 연구에 관한 충분한 설명을 하였으며, 대상자들은 실험에 참여할 것을 동의한 자로 선정하였다.
- 운동학적 분석을 위해서 Vicon의 MX-F40 적외선 카메라 12대와 Data station, Control PC, 25mm의 반사 마커로 이루어진 Vicon motion system(Vicon, 영국)과 힘판(AMTI, Advanced mechanical technology, 미국) 2대를 이용하였다. Vicon MX 카메라는 각 카메라가 초당 120frame으로 광학 마커들로부터 얻은 2차원의 영상을 Euler 각도 측정법을 적용하여 각 관절의 3차원적 운동 분석으로 재구성하여 각 마커의 위치 데이터뿐만 아니라 각 신체 분절값을 각 인체 평면(시상면, 관상면 그리고 수평면)상에서 측정하는 장치이며, 최대 2000fps까지 측정 가능하다.
데이터처리
- 보행 검사는 마커를 부착한 상태에서 10m 거리를 10회 이상 반복 보행 후 중간 부분의 자연스러운 보행 양상을 선택하였으며, 분석은 시공간적인 보행 분석과 초기 접촉기와 전유각기 시점의 값을 이용하여 하지의 각 관절의 운동학적 분석을 하였다. 각각의 조건에서 측정은 3회 실시하여 평균값을 사용하였다.
- Vicon motion system을 통하여 측정되어진 analogue data는 각 측정점의 3차원 공간 좌표를 기준으로 각 분절의 지역좌표계를 생성하여 오일러 알고리즘(Eular algorithm)을 추출한다. 모든 동작 분석은 Polygon software(Vicon, 영국)를 이용하여 분석하였다. 한 보행 주기는 한 발의 초기 접촉점(initial contact)에서 다음 초기 접촉점을 기준으로 하여 구분하고, 모든 연구 대상자의 보행 중 한 보행주기를 추출하여 정규화하여 분석하였다.
- 보행 주기의 시점에 따른 각 관절의 각도 변화를 비교하기 위해 일원분산분석(one-way ANOVA)을 사용하였고 LSD를 이용하여 사후검정을 실시하였으며, 통계학적 유의성을 검정하기 위해 유의수준 α는 .05로 하였다.
- 수집된 자료는 평균 및 표준 오차로 제시하였고, SPSS 15.0을 이용하여 통계 처리하였다. 보행 주기의 시점에 따른 각 관절의 각도 변화를 비교하기 위해 일원분산분석(one-way ANOVA)을 사용하였고 LSD를 이용하여 사후검정을 실시하였으며, 통계학적 유의성을 검정하기 위해 유의수준 α는 .
성능/효과
- Chow 등(2006)은 관절의 움직이는 범위의 크기를 확인한 것을 통하여 무게 부하에 의해서 골반의 관상면과 수평면에서의 움직임이 감소하게 되며 상대적으로 고관절의 움직임이 증가하고, 무게를 지지하기 위해서 보폭이 줄어들게 되며 균형을 유지하게 된다고 하였으며, 골반의 회전의 감소는 충격을 흡수하는데 있어서 고관절을 이용하게 되는 이유라고 설명하였다. 본 연구는 보행을 하는 동안 하지의 각 관절에서 보행 시점에 따른 관절 각도를 확인한 결과 고관절과 슬관절의 시상면에서 움직이는 각도가 초기 입각기에서 무게에 따라 증가하였으며, 관상면과 수평면에서는 차이가 없었다. 또한 족관절은 수평면에서 무게에 따라 외회전이 감소하여 발의 toe-out의 각도가 감소하였다.
- 본 연구에서는 외적 부하의 크기에 따른 보행 시점에 따라 하지의 보행 분석을 통하여 부하에 적응하기 위한 세 면에서의 운동학적 분석을 한 결과 무게의 증가에 따라 고관절에서 굴곡과 신전의 각도를 증가되었고, 슬관절에서 체중지지에서 굴곡 각도가 증가되었으며, 족관절에서 발이 toe-in이 되는 것으로 확인되었다. 이는 무게의 증가에 따라 충격을 흡수하고 앞으로 추진하기 위한 신체의 조절 전략이 나타나는 것을 확인하였고, 앞으로 신체 손상을 일으킬 수 있는 일상생활활동에 관련된 연구를 진행하여 외적 부하에 의한 신체 손상을 보호하기 위한 방법의 계획이 필요할 것으로 생각된다.
- Anker 등(2008)은 체중의 0~30% 사이의 부하를 비대칭적으로 제공한 상태에서 부하가 증가함에 따라 자세의 안정성이 감소하고 체중 분포가 전후와 외측으로 증가하는 양상을 보였다. 부하의 무게의 증가에 따라서 체간근, 비복근의 근활성도의 증가가 나타났으나 대퇴사두근은 부하의 무게의 증가에 따라서 근활성도의 차이가 크게 나타나지 않았다.
- 05)(Table 2). 사후 검정 결과, 초기접지기에는 0kg과 15kg 사이, 전유각기에는 0kg과 10kg사이와 0kg과 15kg에서 유의한 차이를 보였다(Table 2).
- 05)(Table 3). 사후 검정 결과, 초기접지기에는 0kg과 15kg 사이, 전유각기에는 0kg과 10kg사이와 0kg과 15kg에서 유의한 차이를 보였다(Table 3).
후속연구
- 본 연구에서 무게 부하의 증가에 따른 충격의 분산과 보행을 지속적으로 유지하기 위한 하지의 각 관절의 움직임과 자세 조절에 대해서 알 수 있었고, 이에 따라 물건을 들거나 이동을 할 때 요통 환자나 관절염 환자의 자세 교육을 통하여 효율적이고 손상을 예방 할 수 있는 기초자료가 될 것이며 다른 일상생활활동에서 신체 손상을 예방하기 위한 자세 조절 전략과 관련된 연구가 더 필요할 것으로 생각된다.
- 본 연구에서는 외적 부하의 크기에 따른 보행 시점에 따라 하지의 보행 분석을 통하여 부하에 적응하기 위한 세 면에서의 운동학적 분석을 한 결과 무게의 증가에 따라 고관절에서 굴곡과 신전의 각도를 증가되었고, 슬관절에서 체중지지에서 굴곡 각도가 증가되었으며, 족관절에서 발이 toe-in이 되는 것으로 확인되었다. 이는 무게의 증가에 따라 충격을 흡수하고 앞으로 추진하기 위한 신체의 조절 전략이 나타나는 것을 확인하였고, 앞으로 신체 손상을 일으킬 수 있는 일상생활활동에 관련된 연구를 진행하여 외적 부하에 의한 신체 손상을 보호하기 위한 방법의 계획이 필요할 것으로 생각된다.
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