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문제 정의
- 하지만 이전 연구들은 대부분 시상면에서 나타나는 목의 비정상적인 움직임에만 초점을 맞춰왔으며, 목 돌림 시 나타날 수 있는 움직임에 대한 연구는 부족한 실정이다. 따라서 본 연구에서는 전방머리자세를 가진 성인에게 목 돌림 시 시각적 생체되먹임 적용 유무에 따른 목의 움직임 패턴과 근활성도 변화에 대하여 연구를 실시하였다.
- 또한 전방머리자세를 가진 대상자에게 목 돌림 시 시각적 생체되먹임 적용에 따른 목의 운동형상학과 목빗근의 근활성도에 미치는 영향에 대한 연구는 없다. 따라서 본 연구의 목적은 전방머리자세를 가진 성인에게 시각적 생체되먹임 적용이 목 돌림 각도(neck rotation angle), 가쪽 목 굽힘 각도(lateral bending angle) 와 가쪽 목 굽힘 움직임 개시 시간(lateral bending movement onset time), 목빗근 근활성도에 미치는 영향을 알아보는 것이다. 본 연구의 가설은 시각적 생체되먹임을 적용하였을 때 목빗근의 근활성도, 목 돌림 각도, 가쪽 목 굽힘 각도는 감소할 것이라고 설정하였다.
- 본 연구는 전방머리자세를 가진 성인 남녀 14명을 대상으로 목 돌림 시 시각적 생체되먹임 적용이 목뼈의 돌림 각도, 목뼈의 가쪽 굽힘 움직임 패턴과 목빗근의 근활성도에 미치는 영향에 대해서 알아보았다. 그 결과, 시각적 생체되먹임 적용이 목 돌림 시 목뼈의 가쪽 굽힘 각도를 유의하게 감소시켰다.
가설 설정
- 따라서 본 연구의 목적은 전방머리자세를 가진 성인에게 시각적 생체되먹임 적용이 목 돌림 각도(neck rotation angle), 가쪽 목 굽힘 각도(lateral bending angle) 와 가쪽 목 굽힘 움직임 개시 시간(lateral bending movement onset time), 목빗근 근활성도에 미치는 영향을 알아보는 것이다. 본 연구의 가설은 시각적 생체되먹임을 적용하였을 때 목빗근의 근활성도, 목 돌림 각도, 가쪽 목 굽힘 각도는 감소할 것이라고 설정하였다.
제안 방법
- 가쪽 굽힘 움직임 개시 시간은 정면을 바라본 상태에서 끝 범위까지 좌우 목 돌림을 수행하는 동안 가쪽 굽힘이 1도 이상 증가 되었을 때로 설정하였다. 각 조건별로 3회 반복된 목빗근의 근활성도, 목뼈의 돌림 및 가쪽 굽힘 각도, 가쪽 굽힘 움직임 개시 시간의 평균값을 자료 분석에 사용하였다.
- 근전도 신호의 표본 추출률은 1000㎐로 설정하였고 증폭된 파형을 대역통과필터(band pass filter) 20∼450㎐를 적용하였다.
- 시각적 생체 되먹임 조건에서는 대상자의 눈높이에 맞게 테이프를 이용하여 벽에 안내 선(guideline)을 표시하였고, 시각적 생체 되먹임 장치 (laser)를 머리 위해 장착하였다(Figure 3, 4). 대상자는 시각적 생체 되먹임 장치의 불빛으로 이 선을 따라가면서 5초에 걸쳐 최대 좌우 목 돌림을 각각 실시하였고, 끝 범위에서 5초간 최대 목 돌림을 유지하였다. 목 돌림의 방향 및 시각적 되먹임 적용 조건은 무작위 순서로 실시하였고, 각 조건에 따라 왼쪽 최대 목 돌림과 오른쪽 최대 목 돌림은 각각 3회씩 실시하였다.
- 측정감지기의 중심부는 측정테이블에 앉아있는 각 대상자의 일곱 번째 목뼈 가시돌기의 높이에 맞추어 고정하였다. 매 측정시마다 중립자세 (neutral position)를 맞추어 영점조절(calibration)을 실시하였고, 모든 각도의 변화는 CMS20을 통해 20㎐의 표본추출률(sampling rate)로 측정되었다. Windata v.
- 수집된 신호를 정량화하기 위해 실표평균값(root mean square, RMS)처리를 하였다. 목 돌림 동안 수집된 근활성도 신호는 최대 수의적 등척성 수축(maximal voluntary isometric contraction) 백분율로 정규화 하였다.
- 근전도 전극 부착 및 최대 수의적 등척성 수축 측정 후, 대상자는 두 면의 벽으로부터 수직으로 100cm 떨어진 지점에 머리의 중앙이 위치하도록 놓인 의자에 시선은 수평으로 앞을 보고 체간은 곧게 앉은 자세를 취하였다. 목 돌림은 시각적 생체 되먹임 적용의 유무로 두 조건으로 나누어 실시하였다. 시각적 생체 되먹임 비적용 조건(Figure 2)에서 검사자는 대상자에게 일정한 속도로 5초에 걸쳐 평상시에 주로 사용하는 움직임을 통해 최대 좌우 목 돌림을 각각 실시하도록 구두 지시를 하였고, 대상자는 최대 목 돌림 후 끝 범위에서 5초간 그 자세를 유지하였다.
- 대상자는 시각적 생체 되먹임 장치의 불빛으로 이 선을 따라가면서 5초에 걸쳐 최대 좌우 목 돌림을 각각 실시하였고, 끝 범위에서 5초간 최대 목 돌림을 유지하였다. 목 돌림의 방향 및 시각적 되먹임 적용 조건은 무작위 순서로 실시하였고, 각 조건에 따라 왼쪽 최대 목 돌림과 오른쪽 최대 목 돌림은 각각 3회씩 실시하였다. 검사자는 목 돌림 시 어깨 및 등뼈에서 나타나는 보상적 움직임을 육안으로 관찰하였으며, 불필요한 어깨 올림 및 등뼈 돌림이 나타났을 경우 목 돌림을 다시 측정하였다.
- 본 연구를 위해 대상자의 전방머리자세의 정도를 측정하고 양쪽 목빗근에 전극을 부착하였다. 전극 부착전 표면근전도 신호에 대한 피부 저항을 감소시키기 위해 부착 부위를 가는 사포로 3∼4회 문질러 피부 각질층을 제거하고, 소독용 알코올 피부 지방을 제거한 후에 소량의 전해질 젤을 바른 표면 전극을 피부에 부착하였다.
- 목뼈의 돌림 및 가쪽 굽힘 각도와 가쪽 굽힘 움직임 개시 시간을 측정하기 위하여 삼차원 동작 분석 시스템인 Zebris CMS20(Zebris Meditechnic GmbH, Isny, Germany)을 사용하였다. 본 연구에서 목뼈의 돌림 및 가쪽 굽힘 각도와 가쪽 굽힘 움직임 개시 시간을 측정하기 위해 능동적 삼중 표식자(active triplet marker)를 뒤통수뼈, 네 번째 등뼈와 다섯 번째 등뼈 사이에 각각 하나씩 부착하였다(Walsh 등, 2007). 목뼈의 돌림 및 가쪽 굽힘 각도는 각각 수평면(horizontal plane)과 이마면(frontal plane)에서 나타나는 등뼈에 부착된 삼중 표식자에 대한 뒤통수뼈에 부착된 삼중 표식자의 상대적 움직임의 절대값으로 계산되었다.
- 둘째, 근활성도 측정을 위해 표면전극을 사용 하였는데 표면전극은 목빗근 주변의 다른 근육의 영향을 받을 수 있기 때문에 순수한 목빗근 근전도 신호를 얻을 수 없었다. 셋째, 모든 각 값에 절대값을 적용하였다. 이것은 목 돌림 동안 발생된 가쪽 굽힘의 방향성을 고려하지 않은 것이다.
- 시각적 생체 되먹임 비적용 조건(Figure 2)에서 검사자는 대상자에게 일정한 속도로 5초에 걸쳐 평상시에 주로 사용하는 움직임을 통해 최대 좌우 목 돌림을 각각 실시하도록 구두 지시를 하였고, 대상자는 최대 목 돌림 후 끝 범위에서 5초간 그 자세를 유지하였다. 시각적 생체 되먹임 조건에서는 대상자의 눈높이에 맞게 테이프를 이용하여 벽에 안내 선(guideline)을 표시하였고, 시각적 생체 되먹임 장치 (laser)를 머리 위해 장착하였다(Figure 3, 4). 대상자는 시각적 생체 되먹임 장치의 불빛으로 이 선을 따라가면서 5초에 걸쳐 최대 좌우 목 돌림을 각각 실시하였고, 끝 범위에서 5초간 최대 목 돌림을 유지하였다.
- 전극 부착전 표면근전도 신호에 대한 피부 저항을 감소시키기 위해 부착 부위를 가는 사포로 3∼4회 문질러 피부 각질층을 제거하고, 소독용 알코올 피부 지방을 제거한 후에 소량의 전해질 젤을 바른 표면 전극을 피부에 부착하였다. 양쪽 목빗근 근활성도 측정을 위한 근전도 전극은 2개의 채널을 이용하여 Cram과 Kasman (1997)이제시한 방법으로 양극표면전극을 2cm 간격으로 유양 돌기(mastoid process)와 복장패임(sternal notch) 사이 거리의 중간에 있는 근육 힘살 부위에 근육섬유배열 방향과 평행하게 부착하였다. 전극 부착 후 목빗근의 최대근 수축 정도를 알아보기 위하여 Kendall 등(2005)의 도수 근력 측정 방법으로 5초간 최대 수의적 등척성 수축을 2회 측정하였다.
- 전극 부착 후 목빗근의 최대근 수축 정도를 알아보기 위하여 Kendall 등(2005)의 도수 근력 측정 방법으로 5초간 최대 수의적 등척성 수축을 2회 측정하였다. 이를 위해 대상자는 바로 누운 자세에서 고개를 반대쪽으로 돌린 후 머리를 들어올리는 자세를 취하였고, 검사자는 머리의 전외측에 저항을 가하였다. 2회 측정한 최대 등척성 수축 값 중 처음 1초와 마지막 1초를 제외한 중간 3초의 2회 평균값을 근 활성도 정규화 과정을 위해 이용하였다.
- 전극 부착전 표면근전도 신호에 대한 피부 저항을 감소시키기 위해 부착 부위를 가는 사포로 3∼4회 문질러 피부 각질층을 제거하고, 소독용 알코올 피부 지방을 제거한 후에 소량의 전해질 젤을 바른 표면 전극을 피부에 부착하였다.
- 초음파 신호를 감지하는 3개의 마이크로 구성된 측정감지기(transducer sensor)는 대상자의 이마면과 평행하게 하여 100cm 떨어진 곳에 위치하였다. 측정감지기의 중심부는 측정테이블에 앉아있는 각 대상자의 일곱 번째 목뼈 가시돌기의 높이에 맞추어 고정하였다. 매 측정시마다 중립자세 (neutral position)를 맞추어 영점조절(calibration)을 실시하였고, 모든 각도의 변화는 CMS20을 통해 20㎐의 표본추출률(sampling rate)로 측정되었다.
대상 데이터
- 본 연구 대상자의 선정 조건은 시상면에서 봉우리돌기와 바깥귀길을 지나는 수직선상의 거리가 5cm 이상인 전방머리자세를 가진 성인으로 선정하였으며(Weon 등, 2010)(Figure 1), 제외 조건은 과거나 현재에서 척추수술, 심폐계, 근골격계, 신경계 질환을 가지고 있었던 성인으로 선정하였다. 대상자 선정 조건과 제외 조건을 충족한 성인 남녀 14명(남:10명, 여: 4명)이 본 연구 대상자로 최종 선정되었으며, 대상자들의 일반적인 특성은 Table 1과 같다. 연구 이전에 모든 연구 실험 대상자들에게 연구의 목적과 방법에 대하여 자세히 설명하였고, 그 후 모든 연구 대상자들은 자발적으로 동의하였다.
- 본 실험에서는 목빗근의 활성도를 측정하기 위하여 MP150 WSW(BIOPAC System Inc. CA, USA) 근전도 기기를 사용하였다. 근전도 신호의 표본 추출률은 1000㎐로 설정하였고 증폭된 파형을 대역통과필터(band pass filter) 20∼450㎐를 적용하였다.
- 본 연구를 위해 총 80명의 성인을 대상으로 대상자 선정 절차를 진행하였다. 본 연구 대상자의 선정 조건은 시상면에서 봉우리돌기와 바깥귀길을 지나는 수직선상의 거리가 5cm 이상인 전방머리자세를 가진 성인으로 선정하였으며(Weon 등, 2010)(Figure 1), 제외 조건은 과거나 현재에서 척추수술, 심폐계, 근골격계, 신경계 질환을 가지고 있었던 성인으로 선정하였다. 대상자 선정 조건과 제외 조건을 충족한 성인 남녀 14명(남:10명, 여: 4명)이 본 연구 대상자로 최종 선정되었으며, 대상자들의 일반적인 특성은 Table 1과 같다.
- 본 연구를 위해 총 80명의 성인을 대상으로 대상자 선정 절차를 진행하였다. 본 연구 대상자의 선정 조건은 시상면에서 봉우리돌기와 바깥귀길을 지나는 수직선상의 거리가 5cm 이상인 전방머리자세를 가진 성인으로 선정하였으며(Weon 등, 2010)(Figure 1), 제외 조건은 과거나 현재에서 척추수술, 심폐계, 근골격계, 신경계 질환을 가지고 있었던 성인으로 선정하였다.
- 자료 분석을 위하여 목빗근의 근활성도, 목뼈의 돌림 및 가쪽 굽힘 각도는 최대 목 돌림을 5초간 유지하였을 때 처음과 마지막 1초를 제외한 중간 3초간의 자료를 수집하였다. 가쪽 굽힘 움직임 개시 시간은 정면을 바라본 상태에서 끝 범위까지 좌우 목 돌림을 수행하는 동안 가쪽 굽힘이 1도 이상 증가 되었을 때로 설정하였다.
데이터처리
- 근전도 신호의 표본 추출률은 1000㎐로 설정하였고 증폭된 파형을 대역통과필터(band pass filter) 20∼450㎐를 적용하였다. 수집된 신호를 정량화하기 위해 실표평균값(root mean square, RMS)처리를 하였다. 목 돌림 동안 수집된 근활성도 신호는 최대 수의적 등척성 수축(maximal voluntary isometric contraction) 백분율로 정규화 하였다.
- 전방머리자세를 가진 성인에게 목 돌림 수행 시 시각적 생체되먹임 적용이 목의 가쪽 굽힘 움직임 패턴과 목빗근 근활성도에 미치는 영향을 알기 위해 짝 비교 t-검정(paired t-test)을 실시하였다. 목의 가쪽 굽힘 각도는 모두 절대값 처리되었다.
이론/모형
- 목뼈의 돌림 및 가쪽 굽힘 각도와 가쪽 굽힘 움직임 개시 시간을 측정하기 위하여 삼차원 동작 분석 시스템인 Zebris CMS20(Zebris Meditechnic GmbH, Isny, Germany)을 사용하였다. 본 연구에서 목뼈의 돌림 및 가쪽 굽힘 각도와 가쪽 굽힘 움직임 개시 시간을 측정하기 위해 능동적 삼중 표식자(active triplet marker)를 뒤통수뼈, 네 번째 등뼈와 다섯 번째 등뼈 사이에 각각 하나씩 부착하였다(Walsh 등, 2007).
- 양쪽 목빗근 근활성도 측정을 위한 근전도 전극은 2개의 채널을 이용하여 Cram과 Kasman (1997)이제시한 방법으로 양극표면전극을 2cm 간격으로 유양 돌기(mastoid process)와 복장패임(sternal notch) 사이 거리의 중간에 있는 근육 힘살 부위에 근육섬유배열 방향과 평행하게 부착하였다. 전극 부착 후 목빗근의 최대근 수축 정도를 알아보기 위하여 Kendall 등(2005)의 도수 근력 측정 방법으로 5초간 최대 수의적 등척성 수축을 2회 측정하였다. 이를 위해 대상자는 바로 누운 자세에서 고개를 반대쪽으로 돌린 후 머리를 들어올리는 자세를 취하였고, 검사자는 머리의 전외측에 저항을 가하였다.
성능/효과
- 본 연구는 전방머리자세를 가진 성인 남녀 14명을 대상으로 목 돌림 시 시각적 생체되먹임 적용이 목뼈의 돌림 각도, 목뼈의 가쪽 굽힘 움직임 패턴과 목빗근의 근활성도에 미치는 영향에 대해서 알아보았다. 그 결과, 시각적 생체되먹임 적용이 목 돌림 시 목뼈의 가쪽 굽힘 각도를 유의하게 감소시켰다. 하지만, 목 돌림 각도 및 목빗근의 근활성도는 시각적 생체되먹임 적용 유무의 조건들에서 유의한 차이를 보이지 않았다.
- 따라서 향후 연령과 대상자 수를 고려한 연구가 필요하다. 둘째, 근활성도 측정을 위해 표면전극을 사용 하였는데 표면전극은 목빗근 주변의 다른 근육의 영향을 받을 수 있기 때문에 순수한 목빗근 근전도 신호를 얻을 수 없었다. 셋째, 모든 각 값에 절대값을 적용하였다.
- 목빗근은 목뼈의 가쪽 굽힘뿐 아니라 목 돌림의 주요 근육으로써 작용한다. 따라서, 시각적 생체되먹임 적용하였을 때 나타난 목뼈의 가쪽 굽힘 감소 정도가 목빗근의 근활성도를 감소시킬 정도로 충분하지 못하였을 뿐만 아니라, 생체되먹임 조건 유무에 따른 목 돌림 각도에 유의한 차이가 없었던 본 연구 결과가 목빗근의 근활성도에 영향을 미친 것으로 사료된다. 비록 목 돌림 시 목뼈 돌림과 함께 짝 움직임(coupled motion)으로써 목뼈 가쪽 굽힘이 함께 발생하기는 하지만(Ishii 등, 2004), 지나친 목뼈의 가쪽 굽힘은 목뼈 및 주변 연부조직에 전단력(shear force)을 가하게 된다 (Sahrmann, 2010).
- 목 돌림 시 시각적 생체되먹임의 적용은 목 돌림에 동반되는 가쪽 목 굽힘 각도가 왼쪽 목 돌림과 오른쪽목 돌림에서 시각적 생체되먹임의 비적용에 비해 유의 하게 낮게 굽힘 되었다(p<0.05).
- 목 돌림 시 시각적 생체되먹임의 적용은 목 돌림의 가쪽 목 굽힘 움직임 개시 시간이 왼쪽 목 돌림과 오른쪽 목 돌림에서 시각적 생체되먹임의 비적용에 비해 유의하게 늦게 개시되었다 (p0.05)(Table 3).
- 목의 축돌림과 같은 정확한 관절의 움직임을 만들어 내기 위해서는 주변 근육의 적절한 상호수축이 필요하다. 본 연구결과에서는 시각적 생체되먹임을 적용하였을 때 목 돌림 시 목빗근을 우세하게 사용하는 사람들에게서 주로 나타나는 목뼈의 가쪽 굽힘 각도를 유의하게 감소시키고 개시시간을 유의하게 지연시켰으나, 왼쪽과 오른쪽 목빗근의 근활성도에는 변화를 주지 못했으며, 목 돌림 관절가동범위에도 유의한 차이를 발생시키지 못했다. 목빗근은 목뼈의 가쪽 굽힘뿐 아니라 목 돌림의 주요 근육으로써 작용한다.
- 이전 연구들을 종합해 보았을 때, 전방머리자세를 가진 성인들의 목 돌림 움직임 시 목뼈 및 주변 연부조직에 가해지는 부하를 줄이기 위해서는 목뼈의 가쪽 굽힘 각도 및 개시시간을 지연시키는 것이 중요하다. 본 연구에서는 시각적 생체되먹임을 적용 조건에서 대상자들이 안내선을 따라 목 돌림을 수행함으로써 불필요한 목의 가쪽 돌림 움직임이 감소하였고, 이로 인하여 가쪽 돌림 각도 및 개시시간이 지연된 것으로 사료된다.
- 본 연구의 결과는 목 돌림 수행 시 시각적 생체되먹임 작용은 목의 가쪽 굽힘 정도를 유의하게 감소시켰고, 가쪽 굽힘 움직임 개시시간을 유의하게 늦추었다. 이는 시각적 생체되먹임 적용이 적용하지 않은 경우에 비해 상대적으로 목의 축돌림에 근접한 움직임을 유도했다는 것을 보여준다.
- 왼쪽과 오른쪽 목 돌림 시 왼쪽 및 오른쪽 목빗근의 근활성도는 시각적 생체 되먹임 적용 유무 조건들에 대해 유의한 차이를 보이지 않았다(p>0.05)(Table 2).
- 그 결과, 시각적 생체되먹임 적용이 목 돌림 시 목뼈의 가쪽 굽힘 각도를 유의하게 감소시켰다. 하지만, 목 돌림 각도 및 목빗근의 근활성도는 시각적 생체되먹임 적용 유무의 조건들에서 유의한 차이를 보이지 않았다. 본 연구 결과를 토대로, 시각적 생체되먹임 적용은 목 돌림 시 불필요한 목뼈 가쪽 굽힘을 동반하는 전방머리자세를 가진 성인들에게 올바른 축돌림을 유도할 수 있는 훈련 프로그램의 일환으로써 사용 가능할 것이다.
후속연구
- 첫째, 20대 성인만을 대상으로 실시하였고, 대상자 수가 많지 않아 일반화하는데 어려움이 있다. 따라서 향후 연령과 대상자 수를 고려한 연구가 필요하다. 둘째, 근활성도 측정을 위해 표면전극을 사용 하였는데 표면전극은 목빗근 주변의 다른 근육의 영향을 받을 수 있기 때문에 순수한 목빗근 근전도 신호를 얻을 수 없었다.
- 하지만, 목 돌림 각도 및 목빗근의 근활성도는 시각적 생체되먹임 적용 유무의 조건들에서 유의한 차이를 보이지 않았다. 본 연구 결과를 토대로, 시각적 생체되먹임 적용은 목 돌림 시 불필요한 목뼈 가쪽 굽힘을 동반하는 전방머리자세를 가진 성인들에게 올바른 축돌림을 유도할 수 있는 훈련 프로그램의 일환으로써 사용 가능할 것이다.
- 본 연구의 결과를 종합해 볼 때, 전방머리자세를 가진 성인에게 목 돌림 시 불필요한 목의 가쪽 굽힘을 최소화 시킬 수 있는 목의 축돌림을 교육하기 위한 프로그램을 임상에서 개발 및 적용할 때 시각적 생체되먹임 방법을 고려할 필요가 있을 것으로 생각된다. 하지만 일시적인 시각적 생체되먹임 방법은 목빗근의 근활성도 및 목 돌림 관절가동범위를 변화시키는데 어려움이있으므로, 시각적 생체되먹임 방법은 임상적인 목적및 판단 하에 전방머리자세를 가진 성인들에게 적용되어져야 할 것이다.
- 비록 목 돌림 시 목뼈 돌림과 함께 짝 움직임(coupled motion)으로써 목뼈 가쪽 굽힘이 함께 발생하기는 하지만(Ishii 등, 2004), 지나친 목뼈의 가쪽 굽힘은 목뼈 및 주변 연부조직에 전단력(shear force)을 가하게 된다 (Sahrmann, 2010). 시각적 생체되먹임을 이용하여 목 돌림 시 목뼈의 가쪽 굽힘이 감소하였음에도 불구하고 목뼈 돌림 각도는 유의한 차이가 없었던 본 연구 결과는 전방머리자세를 가진 성인들의 일반적인 목 돌림 시불필요한 목의 가쪽 돌림을 동반한다는 사실을 뒷받침해 줄 수 있는 근거가 될 수 있을 것이다.
- 이것은 목 돌림 동안 발생된 가쪽 굽힘의 방향성을 고려하지 않은 것이다. 하지만 우리연구의 목적은 목 돌림 시 발생되는 목의 가쪽 굽힘의 정도를 비교하는 것이므로 향후 목 돌림 동안 움직임의 방향을 고려하는 연구가 필요할 것이다.
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