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문제 정의
- , 2010). 본 연구에서는 요추지지대의 설계 변수에 따라 변하는 피실험자의 요추 형상을 관찰하기 위해 25개(돌출량 5개, 높낮이 5개) 위치에서의 요추 변화를 X-ray로 촬영하였다. 실험은 피실험자에게 초기 착좌 자세를 유지하게 하고, 실험 진행자가 25개의 요추지지대의 위치를 조절하면서 촬영을 진행하였다.
- 본 연구에서는 피실험자의 불편도 평가를 통해 가장 덜 불편한 위치의 요추지지대 동작 범위를 찾고, 불편도 평가 결과를 바탕으로 체압 분포를 분석하였으며, 의학적 영상 이미지 분석으로 가장 선호하는 요추지지대의 지지위치를 파악하였다.
- 이러한 연구 결과를 바탕으로 신체 사이즈가 다른 한국인과 미국인을 대상으로 자동차 운전석에 장착되는 요추지지대의 주요 설계 변수 변화에 따른 초기 착좌 불편감에 관한 연구를 하였다. 요추지지대의 주요 설계 변수로는 돌출량(prominence), 높낮이(height), 지지폭(support width)으로 선정하였으며, 요추 지지대의 주요 설계 변수 변화에 따라 피실험자들의 초기 착좌 불편도 평가, 체압 측정과 X-ray 촬영을 진행하였다.
제안 방법
- 본 논문에서는 [Figure 7]과 같이 Xray이미지에서 실제 요추의 길이(T12～S1까지 포함)를 정확히 측정하고, 이 범위를 Presser sensor의 세로 셀 크기와 비교 하였다. T12부터 S1까지의 길이는 Presser sensor의 16개 셀의 길이와 비슷하였고, 이 16개의 셀을 4등분 하여 4구역의 BPD(Body pressure distribution) 값으로 체압 분포를 분석하였다.
- 측정방법 2는 돌출량과 높낮이의 중간 지점을 기준 0점으로 정하고 기준점과 비교하여 더 불편한 위치를 -5점까지, 덜 불편한 위치를 +5점까지 평가하게 하였다. 두 방법 모두 피실험자에게는 요추지지대의 이동 경로를 알려 주지 않았으며, 충분한 시간을 주고 불편도를 측정하였다. 피실험자는 측정방법 1, 2에 대해서 각각 불편도 평가를 3회씩 반복함으로써 실험과 실험자료에 대한 신뢰성을 높일 수 있었으며, 특히 피실험자별 각 회의 실험에서 기준 위치를 지정해 줌으로써 학습효과에 따른 상대적 평가가 용이하도록 실험을 진행하였다.
- 목업에 장착된 요추지지대의 돌출량과 높낮이는 모터를 이용해 5단계까지 조절할 수 있으며, 돌출량과 높낮이 조절 외에 2가지 지지폭을 바꿀 수 있다. 따라서 피실험자는 요추지지대의 돌출량 및 높낮이 조절로 25개의 위치와 2가지 지지폭의 조합에서 초기 착좌 불편도를 점수로 표현하며, 가장 덜 불편한 위치를 좀 더 불편한 위치보다 높은 점수로 평가하게 된다. 평가가 진행되는 동안 초기 착좌 자세를 유지하기 위하여 피실험자의 신체 주요 관절 포인트에 landmarker를 부착하고, 3D motion camera로 촬영하였다.
- 목업에 기준이 되는 부품들의 위치(wheel point/heel point/rail mounting location)와 각도(cushion/back)는 한국인과 미국인 50th percentile 시트 패키지 데이터와 동일하게 제작하였다. 여기서 가장 중요한 hip point 위치는 목업에 HPM I(hip point machine)을 착좌시키고 휴대용 좌표 측정 기계인 FaroArm으로 좌표를 계산하여 목업에 반영하였다.
- (2006)는 쿠션부와 등판부가 17개의 구역으로 나뉘어져 있는 Body grid를 기반으로 신체 부위별 체압을 분석하였다. 본 논문에서는 [Figure 7]과 같이 Xray이미지에서 실제 요추의 길이(T12～S1까지 포함)를 정확히 측정하고, 이 범위를 Presser sensor의 세로 셀 크기와 비교 하였다. T12부터 S1까지의 길이는 Presser sensor의 16개 셀의 길이와 비슷하였고, 이 16개의 셀을 4등분 하여 4구역의 BPD(Body pressure distribution) 값으로 체압 분포를 분석하였다.
- [Figure 2]의 right 사진처럼 시트 등받이에 장착되어 허리 부분을 지지하는 요추지지대는 DSC 사의 제품이며, 두 개의 와이어가 메인 플레이트를 밀어서 앞뒤로 돌출량을 조절하는 타입이다. 본 연구에 사용된 차량의 요추지지대는 2way 방식으로 돌출량만 조절되기 때문에 기존 제품에 상하 이동이 가능하도록 추가로 모터를 부착하여 앞/뒤/상/하로 움직일 수 있도록 개조하였다. S 차량에 장착되는 요추지지대의 돌출량 범위는0～35mm까지이며, 새롭게 만들어진 요추지지대의 돌출량은 0～45mm까지 이동하고, 높낮이는 초기 장착 위치인0mm를 기준으로 상하로 -30～+30mm까지 움직일 수 있다.
- 본 연구에서는 [Figure 4]와 같이 Pressure sensor 시스템(Xsensor, 43×43 cells)을 시트 등판부에 설치하고, 피실험자가 목업에 착좌 하였을 때 요추지지대의 돌출량과 높낮이 및 지지폭 변화에 따른 시트 등판부 압력을 측정하였다.
- 본 연구에서는 요추의 측만 정도를 판단하기 위해 요추 상단의 편평한 면과 요추 하단의 편평한 면에서 수평선을 그은 뒤, 각 선에 수직선을 연결하여 교차하는 각을 Cobb’s angle로 정의하였다.
- 본 연구에서는 초기 착좌 불편감에 대한 차량 시트 요추지지대 설계변수들의 영향력을 분석하기에 앞서 사전적 분석으로서 차량 시트 요추지지대의 설계변수들과 초기 착좌 불편감사이의 선형관계를 상관관계분석(Correlation Analysis)을 이용하여 확인하였다. 즉, 피실험자 집단인 한국인 집단과 미국인 집단 각각에 대하여 설계변수들인 요추지지대의 돌출량, 높낮이, 지지폭과 착좌 불편감 사이의 선형관계를 피어슨 상관계수(Pearson Correlation Coefficients)를 통해 분석하였는데, 한국인의 경우 요추지지대의 설계변수들 중 돌출량 및 높낮이와 초기 착좌 불편감 사이에 통계적으로 유의한 부(-)의 상관관계가 있는 것으로 나타났으나(p < 0.
- 본 연구에서는 요추지지대의 설계 변수에 따라 변하는 피실험자의 요추 형상을 관찰하기 위해 25개(돌출량 5개, 높낮이 5개) 위치에서의 요추 변화를 X-ray로 촬영하였다. 실험은 피실험자에게 초기 착좌 자세를 유지하게 하고, 실험 진행자가 25개의 요추지지대의 위치를 조절하면서 촬영을 진행하였다. X-ray 촬영은 요추 지지대의 지지 위치를 정확히 파악하고, 돌출량 변화에 따라 요추의 변형 형상을 측정하기 위함이다.
- 앞의 방법으로 계산된 4구역의 BPD를 계산하여, [Figure 8]과 같이 한국인과 미국인의 불편도 평가에서 가장 덜 불편하다고 평가한 위치에서의 체압을 요추 범위로 나누어 Comfort corridor로 나타내었다. 요추의 L2와 L4사이의 압력이 한국인은 2.
- 이러한 연구 결과를 바탕으로 신체 사이즈가 다른 한국인과 미국인을 대상으로 자동차 운전석에 장착되는 요추지지대의 주요 설계 변수 변화에 따른 초기 착좌 불편감에 관한 연구를 하였다. 요추지지대의 주요 설계 변수로는 돌출량(prominence), 높낮이(height), 지지폭(support width)으로 선정하였으며, 요추 지지대의 주요 설계 변수 변화에 따라 피실험자들의 초기 착좌 불편도 평가, 체압 측정과 X-ray 촬영을 진행하였다.
- 위와 같이 착좌 시 시트 등판부에서 측정된 압력 분포 결과가 불편도 평가 결과와 어떠한 관계를 갖고 있는지 파악하고, 이들의 상관관계를 분석하였다.
- 측정방법 1은 피실험자가 목업에 착좌하고 요추지지대의 이동에 따라 가장 덜 불편한 위치를 찾도록 한 후 찾은 위치를 10점으로 평가하였으며, 가장 불편한 위치를 1점으로 하여 기준점을 정하였다. 이와 같이 피실험자에게 기준점을 찾게 하고 불편함의 정도를 기억하게 한 후 실험 진행자가 랜덤하게 요추지지대를 이동시키면서 피실험자에게 질의하고 앞에서 찾은 기준점과 비교하여 불편도에 따라 1점에서 10점까지 측정하였다. 측정방법 2는 돌출량과 높낮이의 중간 지점을 기준 0점으로 정하고 기준점과 비교하여 더 불편한 위치를 -5점까지, 덜 불편한 위치를 +5점까지 평가하게 하였다.
- 측정 오차를 줄이기 위해 5명이 3번씩 피실험자의 X-ray 이미지에서 Vertebra Angle을 측정하였다. [Figure 10]의 left 그림은 피실험자들이 가장 덜 불편하다고 평가한 위치에서의 한국인과 미국인의 요추 각도를 보여 주고 있으며, right 그림은 요추지지대가 가장 불편한 위치로 이동했을 때 피실험자들의 요추각도를 나타내고 있다.
- 불편도 평가는 두 가지 방법으로 진행 하였다. 측정방법 1은 피실험자가 목업에 착좌하고 요추지지대의 이동에 따라 가장 덜 불편한 위치를 찾도록 한 후 찾은 위치를 10점으로 평가하였으며, 가장 불편한 위치를 1점으로 하여 기준점을 정하였다. 이와 같이 피실험자에게 기준점을 찾게 하고 불편함의 정도를 기억하게 한 후 실험 진행자가 랜덤하게 요추지지대를 이동시키면서 피실험자에게 질의하고 앞에서 찾은 기준점과 비교하여 불편도에 따라 1점에서 10점까지 측정하였다.
- 이와 같이 피실험자에게 기준점을 찾게 하고 불편함의 정도를 기억하게 한 후 실험 진행자가 랜덤하게 요추지지대를 이동시키면서 피실험자에게 질의하고 앞에서 찾은 기준점과 비교하여 불편도에 따라 1점에서 10점까지 측정하였다. 측정방법 2는 돌출량과 높낮이의 중간 지점을 기준 0점으로 정하고 기준점과 비교하여 더 불편한 위치를 -5점까지, 덜 불편한 위치를 +5점까지 평가하게 하였다. 두 방법 모두 피실험자에게는 요추지지대의 이동 경로를 알려 주지 않았으며, 충분한 시간을 주고 불편도를 측정하였다.
- 따라서 피실험자는 요추지지대의 돌출량 및 높낮이 조절로 25개의 위치와 2가지 지지폭의 조합에서 초기 착좌 불편도를 점수로 표현하며, 가장 덜 불편한 위치를 좀 더 불편한 위치보다 높은 점수로 평가하게 된다. 평가가 진행되는 동안 초기 착좌 자세를 유지하기 위하여 피실험자의 신체 주요 관절 포인트에 landmarker를 부착하고, 3D motion camera로 촬영하였다. [Figure 3]에서 피실험자의 착좌 자세 유지를 위한 3D 모션 캡쳐 환경을 보여주고 있다.
- 피실험자가 목업에 착좌 시 느끼는 초기 불편감을 측정하기 위해 주관적인 불편도 평가를 수행하였다. 목업에 장착된 요추지지대의 돌출량과 높낮이는 모터를 이용해 5단계까지 조절할 수 있으며, 돌출량과 높낮이 조절 외에 2가지 지지폭을 바꿀 수 있다.
- 두 방법 모두 피실험자에게는 요추지지대의 이동 경로를 알려 주지 않았으며, 충분한 시간을 주고 불편도를 측정하였다. 피실험자는 측정방법 1, 2에 대해서 각각 불편도 평가를 3회씩 반복함으로써 실험과 실험자료에 대한 신뢰성을 높일 수 있었으며, 특히 피실험자별 각 회의 실험에서 기준 위치를 지정해 줌으로써 학습효과에 따른 상대적 평가가 용이하도록 실험을 진행하였다.
대상 데이터
- 본 연구에 참여한 피실험자는 2년 이상 운전 경력이 있는 한국인과 미국인이며, 50th percentile 40대(36세～45세) 남성으로 최근 12개월 동안 허리 이상이 없고, 몸무게(한국인 : 69.2～73.8, 미국인 : 81.5～89.9)와 신장 조건(한국인 : 168.5～171.3, 미국인 : 175.9～179.9)을 만족하는 사람들 중에서 선발하였다.
- 본 연구에서 제작한 자동차 시트 목업은 국내에서 판매되는 H 사의 S 차량 운전석으로 X-Ray 촬영을 위해 목재로 재구성하였다. [Figure 2]의 left, middle 사진처럼 X-ray 촬영을 위하여 시트의 프레임은 모두 원목으로 제작하였고, 연결 부위도 나무 핀을 사용하여 X-ray 결과 이미지에 영향을 줄 수 있는 간섭 요인을 최대한 제거하였다.
- 시트 폼과 커버를 연결하는 velcro는 그대로 사용하였으며, hog-ring 및 steel wire도 X-ray 촬영시 영상의 간섭 문제로 제거 하였다. 시트 쿠션부과 등판부의 폼재는 실제 모델의 부품을 사용하였고, 커버는 직물사양을 선택하였다.
- 자동차 시트 설계 시 초기 착좌 불편감에 영향을 미칠 것으로 예측되는 요추지지대 관련 주요 설계 인자로서 돌출량 및 높낮이와 지지폭을 선정하였다.
- 최종적으로 위의 조건들을 모두 만족하는 한국인 12명과 미국인 6명을 피실험자로 선발하였으며, 신체 데이터는 [Table 1]과 같다.
- 한국인의 인체 치수 데이터는 국민표준체위사업(SizeKorea)을 통하여 2003～2004년도에 시행된 제5차 한국인 인체치수 조사사업 보고서 자료를 참고 하였으며, 미국인의 인체치수 데이터는 2000～2003년까지 측정한 SizeUSA 자료를 사용하였다(Kim et al., 2010).
데이터처리
- 또한, 차량 시트 요추지지대의 설계변수들이 초기 착좌 불편감에 어느 정도 영향을 미치는지를 단계선택적 다중회귀분석(Stepwise Multiple Regression Analysis)을 이용하여 분석하였다. 이미 여러 연구에서 요추지지대의 돌출량에 관한 연구가 진행되었다(Andersson et al.
이론/모형
- 요추지지대의 돌출량에 따른 요추 곡률을 분석하기 위해 XRay 이미지를 활용하였다(Hwang et al., 2010). 본 연구에서는 요추지지대의 설계 변수에 따라 변하는 피실험자의 요추 형상을 관찰하기 위해 25개(돌출량 5개, 높낮이 5개) 위치에서의 요추 변화를 X-ray로 촬영하였다.
성능/효과
- 1999). 본 연구에서도 한국인과 미국인 모두에서 설계변수인 돌출량, 높낮이, 지지폭 중 돌출량이 종속변수인 초기 착좌 불편감에 영향을 미치는 것으로 나타났다. 회귀방정식의 전체 설명력(adjusted-R2)은 한국인의 경우 0.
- 불편도 평가 결과에서 한국인과 미국인 모두 요추지지대의 돌출량 변화에 대해서는 불편감을 표현 하였으나, 상대적으로 높낮이와 지지폭 변화에 대해서는 불편감을 크게 느끼지 못하는 것으로 관찰되었다.
- 불편도 평가 결과에서 한국인은 미국인보다 한 단계(15mm) 낮은 돌출량 및 높낮이에서 가장 덜 불편하다고 평가하였다. 이것은 서양인은 좀 더 강한 요추 지지를 선호하는 반면 동양인은 그렇지 않다는 결과와 연관성이 있다(Jung and lee, 2000).
- 불편도 평가에서 한국인과 미국인 모두 돌출량 변화시 불편도를 좀 더 쉽게 평가 하였으나, 높낮이와 지지폭 변화에 대해서는 다소 둔감한 반응을 보였다. 통계분석 결과 또한 돌출량 인자가 초기 착좌 불편감에 통계적으로 유의한 영향력을 미치는 것으로 나타났지만, 높낮이 및 지지폭 인자는 통계적으로 유의하지 않았고 이들 인자 사이의 상관관계 역시 존재하지 않는 것으로 분석되었다.
- 사람마다 요추의 형상이 다르고, 착좌 시의 요추 곡률 또한 많은 차이가 있었다. 불편도 평가에서 한국인과 미국인이 가장 덜 불편하다고 평가한 요추지지대의 위치는 달랐으나, 결과적으로 X-ray 이미지 판독 결과로는 한국인과 미국인 모두 똑같이 L3와 L4 사이에 요추지지대가 위치해 있었다.
- 즉, 피실험자 집단인 한국인 집단과 미국인 집단 각각에 대하여 설계변수들인 요추지지대의 돌출량, 높낮이, 지지폭과 착좌 불편감 사이의 선형관계를 피어슨 상관계수(Pearson Correlation Coefficients)를 통해 분석하였는데, 한국인의 경우 요추지지대의 설계변수들 중 돌출량 및 높낮이와 초기 착좌 불편감 사이에 통계적으로 유의한 부(-)의 상관관계가 있는 것으로 나타났으나(p < 0.001), 지지폭과 초기 착좌 불편감의 상관관계는 통계적으로 유의하지 않았다.
- 불편도 평가에서 한국인과 미국인 모두 돌출량 변화시 불편도를 좀 더 쉽게 평가 하였으나, 높낮이와 지지폭 변화에 대해서는 다소 둔감한 반응을 보였다. 통계분석 결과 또한 돌출량 인자가 초기 착좌 불편감에 통계적으로 유의한 영향력을 미치는 것으로 나타났지만, 높낮이 및 지지폭 인자는 통계적으로 유의하지 않았고 이들 인자 사이의 상관관계 역시 존재하지 않는 것으로 분석되었다.
후속연구
- 본 논문에서는 하나의 시트를 대상으로 연구가 진행 되었으며, X-ray 촬영 문제로 목업을 사용하고 중장기 착좌에 대한 불편도를 고려하지 못했으며, 한국인과 미국인 모두 피실험자의 인원이 충분하지 못한 제한이 있었다. 향후 연구는 다양한 시트와 신체사이즈를 포함하고, 좀 더 많은 인원의 피실험자와 요추부와 쿠션부를 함께 고려한 체압 분석이 요구 되며, 시간에 따른 평가가 필요할 것으로 생각된다.
- 향후 연구는 다양한 시트와 신체사이즈를 포함하고, 좀 더 많은 인원의 피실험자와 요추부와 쿠션부를 함께 고려한 체압 분석이 요구 되며, 시간에 따른 평가가 필요할 것으로 생각된다. 추가적으로 실험적 연구를 대체 보완하기 위하여 요추부가 상세 모델링 된 유한 요소 인체 모델을 구성 중에 있으며, 불편도와 관련해서 디스크 압력 변화도 함께 연구할 계획이다.
- 본 논문에서는 하나의 시트를 대상으로 연구가 진행 되었으며, X-ray 촬영 문제로 목업을 사용하고 중장기 착좌에 대한 불편도를 고려하지 못했으며, 한국인과 미국인 모두 피실험자의 인원이 충분하지 못한 제한이 있었다. 향후 연구는 다양한 시트와 신체사이즈를 포함하고, 좀 더 많은 인원의 피실험자와 요추부와 쿠션부를 함께 고려한 체압 분석이 요구 되며, 시간에 따른 평가가 필요할 것으로 생각된다. 추가적으로 실험적 연구를 대체 보완하기 위하여 요추부가 상세 모델링 된 유한 요소 인체 모델을 구성 중에 있으며, 불편도와 관련해서 디스크 압력 변화도 함께 연구할 계획이다.
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