[국내논문]랩탑 컴퓨터 터치패드와 클릭버튼 위치에 따른 손목과 어깨 부위 근육의 EMG 진폭 및 중앙 주파수 변화 Effects of Touchpad &Buttons Positions in a Laptop Computer on EMG Amplitude and Median Frequency of Muscles Relating to Wrist and Shoulder원문보기
본 논문의 목적은 랩탑 컴퓨터의 터치패드 및 두 개의 클릭 버튼 위치에 따른 손목과 어깨 부위 근육의 EMG 진폭 및 중앙 주파수 변화를 알아보는 것이다. 기존 연구결과를 바탕으로 손목과 어깨의 외전현상이 근골격계질환으로 이어지는 메커니즘을 살펴보고, 이를 토대로 연구가설이 설정되었다. 실험에서 터치패드 및 클릭버튼의 위치는 기존의 중앙 아래(bottom center, BC)와 중앙 아래에 위치하지만 $45^{\circ}$반시계방향으로 회전된 방식(bottom center with rotation, BCR), 그리고 회전없이 중앙 오른쪽에 위치한 경우(bottom right, BR)가 비교되었다. 10명의 피실험자는 오른 손으로 5분 동안 터치패드 및 두 개의 버튼을 이용하는 task를 각각의 시행하는 동안 EMG 진폭과 중앙 주파수가 측정되었다. 손목 부위의 근육은 척측수근굴근, 어깨부위의 근육은 위쪽 승모근이 선정되었다. 실험결과 손목부위에서는 BC의 경우가 진폭은 크게 나타나고 중앙 주파수는 작게 나타났으며, 어깨부위에서는 BC와 BCR이 BR보다 진폭은 크고 중앙 주파수는 작게 나타났다. 또한, 손목부위에서는 진폭과 중앙 주파수 모두에서 BCR과 BR의 차이가 유의하게 나타나지 않았고, 어깨부위에서는 BC와 BCR에서의 차이가 나타나지 않았다. 이러한 결과는 BC에서는 손목과 어깨의 외전이 동시에 나타나고, BCR은 어깨의 외전만, 그리고 BR은 손목과 어깨에서 외전이 모두 나타나지 않기 때문이다.
본 논문의 목적은 랩탑 컴퓨터의 터치패드 및 두 개의 클릭 버튼 위치에 따른 손목과 어깨 부위 근육의 EMG 진폭 및 중앙 주파수 변화를 알아보는 것이다. 기존 연구결과를 바탕으로 손목과 어깨의 외전현상이 근골격계질환으로 이어지는 메커니즘을 살펴보고, 이를 토대로 연구가설이 설정되었다. 실험에서 터치패드 및 클릭버튼의 위치는 기존의 중앙 아래(bottom center, BC)와 중앙 아래에 위치하지만 $45^{\circ}$ 반시계방향으로 회전된 방식(bottom center with rotation, BCR), 그리고 회전없이 중앙 오른쪽에 위치한 경우(bottom right, BR)가 비교되었다. 10명의 피실험자는 오른 손으로 5분 동안 터치패드 및 두 개의 버튼을 이용하는 task를 각각의 시행하는 동안 EMG 진폭과 중앙 주파수가 측정되었다. 손목 부위의 근육은 척측수근굴근, 어깨부위의 근육은 위쪽 승모근이 선정되었다. 실험결과 손목부위에서는 BC의 경우가 진폭은 크게 나타나고 중앙 주파수는 작게 나타났으며, 어깨부위에서는 BC와 BCR이 BR보다 진폭은 크고 중앙 주파수는 작게 나타났다. 또한, 손목부위에서는 진폭과 중앙 주파수 모두에서 BCR과 BR의 차이가 유의하게 나타나지 않았고, 어깨부위에서는 BC와 BCR에서의 차이가 나타나지 않았다. 이러한 결과는 BC에서는 손목과 어깨의 외전이 동시에 나타나고, BCR은 어깨의 외전만, 그리고 BR은 손목과 어깨에서 외전이 모두 나타나지 않기 때문이다.
The objective of this study is to investigate the association between touchpad &buttons locations in a laptop computer and EMG amplitude and median frequency in muscles related with wrist and shoulder. Based on previous studies it was shown how abductions in wrist and shoulder could cause musculoske...
The objective of this study is to investigate the association between touchpad &buttons locations in a laptop computer and EMG amplitude and median frequency in muscles related with wrist and shoulder. Based on previous studies it was shown how abductions in wrist and shoulder could cause musculoskeletal disorders in those body parts, on which research hypotheses were established. Touchpad &buttons positions consisted of bottom center(BC), bottom center with $45^{\circ}$ rotation counterclockwise(BCR), and bottom right(BR). 10 subjects performed the task that required only touchpad &buttons usage with their preferred hand and EMG amplitude and median frequency data were recorded during 5min and analyzed afterwards. Upper trapezius and flexor carpi ulnaris were selected as target muscles. The results showed that in flexor carpi ulnaris BC resulted in greater amplitude and less median frequency than BCR and BR, but there was no significant difference between BCR and BR. In upper trapezius BC and BCR induced higher amplitude and lower median frequency than BR, but the significant difference between BC and BCR was not observed. Those phenomena occurred since BC gave rise to both wrist and shoulder abduction, BCR caused only shoulder one, and BR did not lead to abductions in both wrist and shoulder.
The objective of this study is to investigate the association between touchpad &buttons locations in a laptop computer and EMG amplitude and median frequency in muscles related with wrist and shoulder. Based on previous studies it was shown how abductions in wrist and shoulder could cause musculoskeletal disorders in those body parts, on which research hypotheses were established. Touchpad &buttons positions consisted of bottom center(BC), bottom center with $45^{\circ}$ rotation counterclockwise(BCR), and bottom right(BR). 10 subjects performed the task that required only touchpad &buttons usage with their preferred hand and EMG amplitude and median frequency data were recorded during 5min and analyzed afterwards. Upper trapezius and flexor carpi ulnaris were selected as target muscles. The results showed that in flexor carpi ulnaris BC resulted in greater amplitude and less median frequency than BCR and BR, but there was no significant difference between BCR and BR. In upper trapezius BC and BCR induced higher amplitude and lower median frequency than BR, but the significant difference between BC and BCR was not observed. Those phenomena occurred since BC gave rise to both wrist and shoulder abduction, BCR caused only shoulder one, and BR did not lead to abductions in both wrist and shoulder.
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문제 정의
더욱이 손목이나 어깨의 외전을 더욱 증대시키는 전통적인 랩탑 컴퓨터보다 작은 mini 노트북, 넷북(netbook), PDA의 이용도 증가되고 있는 실정이다. 인간공학적 관점에서 사용자의 근골격계질환에 부담을 주지 않는 터치패드의 디자인이나 위치에 대한 연구가 필요한 시점이며, 본 연구는 터치패드 위치에 대한 기본적인 개선사항을 제시했다는 점에서 의의가 있다.
제안 방법
이 때 오른 손만 이용하여 자판은 조작하지 않고 오로지 터치패드 및 두 버튼만을 사용하도록 하였다. 각 조건별 실험 사이에는 5분간의 휴식시간이 주어져, 전 시행이 다음 시행에 미치는 영향(learning effects)을 최소화 하였다.
EMG의 raw 신호 획득을 위한 샘플링 주파수는 1,500Hz이며, 진폭은 bandpass(10-500Hz) 필터를 사용하여 필터링을 한 후, 양의 값과 음의 값의 평균이 "0"이 되는 것을 방지하기 위해 full rectification을 실행한 후 분석되었다[9]. 근육 피로의 척도인 중앙 주파수는 bandpass 필터링과 rectification에 추가하여 smoothing 기법을 이용하여 linear envelope를 형성하고, 심장박동으로 인한 신호(electrocardiogram, ECG)의 간섭을 줄이기 위해 심장 박동 관련 주파수를 분석 SW에서 자동적으로 제거되도록 하였다[10,11].
독립변수는 남녀의 성(male, female), 3가지 조건의 터치패드 위치(BC, BCR, BR)이며, 종속변수는 두 근육으로부터 5분간 측정된 평균 EMG 진폭(μV)과 중앙 주파수(Hz)이다.
둘째, 본 연구에서는 하나의 랩탑 컴퓨터만을 이용하여 실험이 이루어졌다. 위에서 설명했듯이 랩탑 컴퓨터, mini 노트북, 넷북 등 크기와 형상이 다른 여러 종류의 휴대용 컴퓨터에 따른 근육 부하 및 피로 연구가 필요하다.
또한 각 개인별 근육 상태에 따라 반응되는 EMG 진폭 및 중앙 주파수가 다르기 때문에 BC를 기준(항상 "1")으로 다른 두 조건에서 나온 진폭과 중앙 주파수를 정규화(normalization)하여 비교하였다.
랩탑 컴퓨터의 터치패드 및 버튼의 위치는 랩탑 컴퓨터(Samsung Note PC Sens X11)의 본체 전체를 움직여서 실험 조건을 구현하였고, 이 때 디스플레이까지 움직이는 관계로 별도의 모니터(Dell Inc.)를 랩탑 본체와 연결하여 고정된 모니터에 피실험자 작업용 화면이 나오도록 하였다. 랩탑 검퓨터의 두 버튼을 포함한 터치패드 전체의 크기는 가로, 세로 길이가 각각 7cm, 5.
본 연구는 기존의 랩탑 컴퓨터 마우스 패드의 위치(BC)와 상완(upper arm)은 외전 되지 않고 손목만 외전되는 경우(BCR)와 상완과 손목이 모두 외전 되지 않는 조건(BR)이 EMG 신호의 진폭과 중앙 주파수를 통해 비교되었다. 서론에서 설정된 가설은 검증 실험 결과에서와 같이 모두 기각되지 않았다.
본 연구에서는 터치패드와 버튼의 위치(bottom center;BC vs. bottom right;BR)와 회전(bottom center;BC vs. bottom center with rotation;BCR)을 고려하여, 손목과 어깨부위의 부하와 피로를 EMG를 이용하여 비교하였다.
실험용 task는 터치패드와 두 개의 버튼이 모두 사용되도록 Fig. 1과 같이 왼쪽 다단의 한 개의 문단을 오른쪽 다단으로 [문장 블록 지정-복사-커서 이동-붙이기-커서 이동] 절차에 따라 옮기는 task를 5분 동안 반복하는 것이었다. 이 때 오른 손만 이용하여 자판은 조작하지 않고 오로지 터치패드 및 두 버튼만을 사용하도록 하였다.
실험용 모니터와 랩탑 컴퓨터에 가장 편안하게 앉도록 의자의 높이는 개별 조절하도록 하고, 눈과 모니터와 높이는 50cm를 유지하도록 하였으며, 허리는 곧게 편 상태에서 3개의 조건별 task를 진행자가 부여한 임의의 순서로 실행하도록 한다.
1과 같이 왼쪽 다단의 한 개의 문단을 오른쪽 다단으로 [문장 블록 지정-복사-커서 이동-붙이기-커서 이동] 절차에 따라 옮기는 task를 5분 동안 반복하는 것이었다. 이 때 오른 손만 이용하여 자판은 조작하지 않고 오로지 터치패드 및 두 버튼만을 사용하도록 하였다. 각 조건별 실험 사이에는 5분간의 휴식시간이 주어져, 전 시행이 다음 시행에 미치는 영향(learning effects)을 최소화 하였다.
첫째, 피실험자가 주어진 task를 수행할 때 오른 손만을 이용하여 자판은 이용하지 않고 터치패드 및 버튼만 5분 동안 이용하게 하였다. 하지만 실제 컴퓨터 작업은 터치패드와 함께 자판 이용이 요구되는 경우가 대부분이다.
대상 데이터
근육의 진폭과 중앙 주파수를 측정하기 위한 EMG는 TeleMyo 2004 G2(Noraxon Inc.)를 사용하였고, 분석 SW는 같은 회사의 MyoResearch XP Master 1.06.21을 사용하였으며, 표면 전극은 Ag/AgCl 전극(3M Inc.)이 이용되 었다.
대상 근육은 오른쪽 팔 부위에서 손목과 관련하여 전박(forearm) 부근의 척측수근굴근(flexor carpi unlaris)과 어깨 부위의 위쪽 승모근(upper trapezius)이 선정되었다. 손 부위의 근육이 아닌 전박 부근의 근육이 선정된 이유는 다음과 같다.
피실험자는 지난 3개월 동안 근골격계질환을 경험하지 않은 여성 5명, 남성 5명(총 10명)으로 평균 연령은 22.4(±1.3)세였다.
데이터처리
두 개의 독립변수에 대한 각각의 종속변수 데이터를 바탕으로 Minitab 16 통계 분석용 S/W를 이용하였다. 성별과 터치패드 위치에 따른 종속변수의 영향은 반복이 있는 이원분산분석을 실시하였고, 터치패드 위치에 따른 조건별 종속변수의 차이 분석은 쌍체(Pairewise) t-검정을 이용하였으며, 통계적 유의 수준(α)은 0.
성별과 터치패드 위치에 따른 종속변수의 영향은 반복이 있는 이원분산분석을 실시하였고, 터치패드 위치에 따른 조건별 종속변수의 차이 분석은 쌍체(Pairewise) t-검정을 이용하였으며, 통계적 유의 수준(α)은 0.05(*)와 0.1(**)로 설정하였다.
성능/효과
둘째, EMG의 특성상 건이나 뼈가 아닌 근육이 풍부한 곳에서의 근육 전압이 정상적으로 감지되는데, 손목 아랫부분의 손은 근육의 양이 적어 적절한 EMG 신호를 획득하기 어렵다. 그리고 Pilot test를 통해 손목에 외전 발생하면 척측수근굴근의 EMG 진폭이 증가하는 현상이 관찰되었다.
첫째, 척측수근굴근의 주요 기능 중에 하나가 손목의 외전 그리고 회전을 담당한다. 둘째, EMG의 특성상 건이나 뼈가 아닌 근육이 풍부한 곳에서의 근육 전압이 정상적으로 감지되는데, 손목 아랫부분의 손은 근육의 양이 적어 적절한 EMG 신호를 획득하기 어렵다. 그리고 Pilot test를 통해 손목에 외전 발생하면 척측수근굴근의 EMG 진폭이 증가하는 현상이 관찰되었다.
첫째, 손목과 관련하여 BC는 BCR 및 BR에 비해 EMG 진폭이 크게 나타나고, 중앙 주파수는 작게 나타난다. 둘째, 어깨 측면에서 BR은 BC 및 BCR에 비해 EMG 진폭은 작고, 중앙 주파수는 크게 나타난다.
066**). 또한 성별과 터치패드 위치의 상호작용은 종속변수에 유의한 영향을 미치지 않았다(p =0.559).
또한, 위쪽 승모근은 아래의 극상근(suprastinatus)을 덮고 있어서 승모근을 통한 근육 전압에는 극상근으로부터의 전압을 포함하고(두 근육의 운동 방향은 동일), 바늘 형식의 EMG 전극이 아닌 표면 전극이 사용되기 때문에 승모근을 통한 근육 전압의 측정이 어깨 부위의 부하와 피로를 측정하기 적합하다고 판단되었다.
5는 터치패드 위치에 따른 정규화된 EMG 중앙 주파수의 평균값을 나타낸다. 쌍체 t-검정을 통해 볼 때 BR은 BC와 BCR보다 큰 중앙 주파수을 나타내고 있으며, BC와 BCR의 차이는 유의하지 않았고, BCR과 BR은 유의수준 0.1에서만 유의한 차이를 나타낸다(BC vs. BCR; p = 0.644, BC vs. BR; p = 0.013*, BCR vs. BR; p = 0.081**).
실험을 통해 검증하고자 하는 가설은 다음과 같다. 첫째, 손목과 관련하여 BC는 BCR 및 BR에 비해 EMG 진폭이 크게 나타나고, 중앙 주파수는 작게 나타난다. 둘째, 어깨 측면에서 BR은 BC 및 BCR에 비해 EMG 진폭은 작고, 중앙 주파수는 크게 나타난다.
후속연구
마지막으로, 피실험자의 생리적인 신호만을 가지고 기존 방식과 대안의 방식이 비교되었지만, 개인의 선호도(preference)나 작업 수행도(e.g., task time, error rate, etc.)를 종속변수로 포함하여 비교할 수 있는 실험설계가 필요하다.
둘째, 본 연구에서는 하나의 랩탑 컴퓨터만을 이용하여 실험이 이루어졌다. 위에서 설명했듯이 랩탑 컴퓨터, mini 노트북, 넷북 등 크기와 형상이 다른 여러 종류의 휴대용 컴퓨터에 따른 근육 부하 및 피로 연구가 필요하다.
질의응답
핵심어
질문
논문에서 추출한 답변
근골격계질환과 관련된 연구가 터치패드와 버튼의 위치에 중점을 맞춰야 하는 이유는 무엇인가
현재 상용의 랩탑 컴퓨터의 터치패드와 두 개의 클릭 버튼은 자판 아래 중앙에 위치하는 타입이 일반적이다. 터치패드의 디자인은 랩탑 컴퓨터가 작고 얇아야 되는 특성을 만족시키기 위해 현재의 디자인이 크게 변화되기는 어렵기 때문에, 근골격계질환과 관련된 연구는 터치패드와 버튼의 위치에 중점을 맞출 필요가 있다.
현재 상용의 랩탑 컴퓨터의 터치패드와 두 개의 클릭 버튼은 어디에 위치하는가?
현재 상용의 랩탑 컴퓨터의 터치패드와 두 개의 클릭 버튼은 자판 아래 중앙에 위치하는 타입이 일반적이다. 터치패드의 디자인은 랩탑 컴퓨터가 작고 얇아야 되는 특성을 만족시키기 위해 현재의 디자인이 크게 변화되기는 어렵기 때문에, 근골격계질환과 관련된 연구는 터치패드와 버튼의 위치에 중점을 맞출 필요가 있다.
랩탑 컴퓨터의 터치패드 및 두 개의 클릭 버튼 위치에 따른 손목과 어깨 부위 근육의 EMG 진폭 및 중앙 주파수 변화를 알아본 결과는 무엇인가?
손목 부위의 근육은 척측수근굴근, 어깨부위의 근육은 위쪽 승모근이 선정되었다. 실험결과 손목부위에서는 BC의 경우가 진폭은 크게 나타나고 중앙 주파수는 작게 나타났으며, 어깨부위에서는 BC와 BCR이 BR보다 진폭은 크고 중앙 주파수는 작게 나타났다. 또한, 손목부위에서는 진폭과 중앙 주파수 모두에서 BCR과 BR의 차이가 유의하게 나타나지 않았고, 어깨부위에서는 BC와 BCR에서의 차이가 나타나지 않았다. 이러한 결과는 BC에서는 손목과 어깨의 외전이 동시에 나타나고, BCR은 어깨의 외전만, 그리고 BR은 손목과 어깨에서 외전이 모두 나타나지 않기 때문이다.
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