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문제 정의
- 본 연구는 정상 성인을 대상으로 네 가지 과제(전화하기, 물 마시기, 세수하기, 숟가락 사용하기)를 수행하는 동안 기존의 삼차원동작분석 장비와 가속도계에서 발생하는 변수를 동시에 측정하여, 가속도계가 기존의 삼차원동작분석 장비를 대체할 수 있는지를 평가하기 위하여 수행되었다. 작업치료에서 평가는 작업치료 중재가 대상자에게 미친 영향을 파악하는 수단으로(Rogers & Holm, 1994), 여러 작업치료 연구자들은 중재결과를 측정할 수 있는 측정도구를 개발해 왔다(Edmans, 2010).
- 가속도계를 작업치료 임상에 적용하기 전에 정상인을 대상으로 가속도계가 기존의 삼차원 동작분석장비를 대체할 수 있는가에 대한 평가가 선행되어야 할 것이다. 본 연구는 정상 성인을 대상으로 일상생활활동을 수행하는 동안 기존의 삼차원 동작분석 장비와 가속도계에서 발생하는 변수를 동시에 측정하여, 기존의 삼차원 동작분석장비와 가속도계에서 측정된 값의 상관관계를 파악하고 작업치료 분야에서 가속도계의 활용 가능성을 제시하고자 하였다.
제안 방법
- 1 소프트웨어를 사용하여 수집한 데이터를 엑셀파일로 저장하여, 각 과제 수행 동안의 x, y, z 축의 가속도 출력 값을 추출하였다. x, y, z축의 가속도 출력 값을 합산하여 단일벡터크기(Signal Vector Magnitude: SVM)로 처리하였고, 각 과제의 시작 시부터 종료 시까지의 단일벡터크기를 합산하여 단일벡터 크기 합(Sum of Single Vector Magnitude: SSVM)을 구하였다. 삼차원 가속도와 움직임 사이의 관련성을 분석하기 위하여, 삼차원 동작 시스템인 CMS-70P를 사용하여 손목관절과 팔꿉관절에서 발생하는 관절가동 범위의 최대값과 최소값의 차이값을 산출하였다.
- 모든 과제의 시작 자세는 테이블 가장자리에 손목관절의 손바닥 부분이 닿도록 손을 위치시켰다. 각 과제 수행 전에 시범을 보여주고 3회 연습을 실시한 후, 3회 반복 측정하였다. 검사자의 ‘시작’이라는 구령에 따라 주어진 동작을 시작해서 물체-전화기, 컵, 숟가락-가 바닥에 닿거나, 손이 수도꼭지에 닿을 때까지의 가속도계와 동작 분석 자료를 수집하였다.
- 검사자의 ‘시작’이라는 구령에 따라 주어진 동작을 시작해서 물체-전화기, 컵, 숟가락-가 바닥에 닿거나, 손이 수도꼭지에 닿을 때까지의 가속도계와 동작 분석 자료를 수집하였다.
- 2) 물 마시기는 앉은 자세에서 테이블 가장자리에서 15cm 전방에 위치한 12×7cm 크기의 플라스틱 컵을 입까지 이동한 후 제자리에 놓는 동작이다. 동작 시작 전에 컵 바닥 부분에서 입까지 40cm를 측정한 지점에 의자를 당겨 체간의 자세를 고정한 후, 검사를 시작하였다(그림 2).
- 48 cm/s² 이다(Kim, Hwang, Jeon, Bae & Kim, 2011). 본 연구에 일상적인 과제를 측정하므로 기기의 민감도는 4G로 설정하였다. 피트미터는 가쪽위관절융기(lateral epicondyle)와 노뼈붓돌기(radial styloid process)에서 2cm 아래 지점에 부착하였다(그림 5)(Thies et al.
- 본 연구에서는 정상 성인을 대상으로 전화하기, 물마시기, 세수하기, 숟가락 사용하기를 수행할 때 기존의 삼차원동작분석 장비와 가속도계에서 발생하는 변수를 동시에 측정하였다. 기존의 삼차원동작분석 장비와 가속도계 모두 과제간의 유의한 측정값 차이가 있었으며, 팔꿉 관절에서는 삼차원동작분석 장비와 가속도계가 매우 유의한 상관관계를 보였으나, 손목 관절에서는 유의한 상관관계가 없었다.
- x, y, z축의 가속도 출력 값을 합산하여 단일벡터크기(Signal Vector Magnitude: SVM)로 처리하였고, 각 과제의 시작 시부터 종료 시까지의 단일벡터크기를 합산하여 단일벡터 크기 합(Sum of Single Vector Magnitude: SSVM)을 구하였다. 삼차원 가속도와 움직임 사이의 관련성을 분석하기 위하여, 삼차원 동작 시스템인 CMS-70P를 사용하여 손목관절과 팔꿉관절에서 발생하는 관절가동 범위의 최대값과 최소값의 차이값을 산출하였다.
- 선정된 4가지 과제 중 전화하기, 물 마시기, 숟가락 사용하기는 우세손으로, 세수하기는 양손으로 실시하였으며 실행 순서는 무작위로 실시하였다. 모든 과제의 시작 자세는 테이블 가장자리에 손목관절의 손바닥 부분이 닿도록 손을 위치시켰다.
대상 데이터
- 본 연구에서 사용된 과제는 삼차원 동작분석 장비를 활용한 선행 연구를 기준으로, 평균 110∼135도 범위에서 팔꿈관절의 굽힘이 일어나면서 평균 15∼25도 범위에서 손목관절의 폄이 발생하는 4가지 과제를 선정하였다(Aizawa et al, 2010).
- 본 연구에서 사용된 측정 도구인 피트미터(Model Fitmeter, Fit. Life, Korea)는 3축 가속도 동작 감지기로 무게는 13.7 g, 크기는 3.5×3.5×1.3 cm 이다.
- 연구 기간은 2014년 3월 3일부터 동월 30일까지 건강한 성인 20명(남자 10명, 여자 10명)을 대상으로 하였다. 상지의 외과적 혹은 신경학적 질환, 지난 6개월 동안 상지의 외상, 팔이나 어깨부위의 통증을 경험하였던 자는 제외하였다.
데이터처리
- 네 가지 동작수행 동안 손목과 팔꿈치에서 발생하는 관절가동범위 및 단일벡터크기의 차이를 비교하기 위하여 일요인 분산분석(One-way ANOVA)을 실시하였다. 3차원 동작분석 시스템에서 측정된 값과 가속도계에서 측정된 값의 상관성을 파악하기 위하여 피어슨 상관분석을 시행하였다. 상지의 먼 쪽과 몸 쪽 움직임의 차이를 분석하기 위하여 손목과 팔꿈치에서 측정된 단일벡터크기를 대응표본 t-검정으로 비교하였다.
- 표본 추출률(sampling rate)은 20Hz이었다. 각 표식자의 위치정보를 수집하고 분석하기 위해 Windata 2.19 프로그램(Zebris Medizinthchnik GmbH, Isny, Germany)이 사용되었다.
- 전화하기, 물 마시기, 세수하기, 숟가락 사용하기를 수행하는 동안 관절가동범위와 단일벡터 크기는 평균과 표준편차로 기술하였다. 네 가지 동작수행 동안 손목과 팔꿈치에서 발생하는 관절가동범위 및 단일벡터크기의 차이를 비교하기 위하여 일요인 분산분석(One-way ANOVA)을 실시하였다. 3차원 동작분석 시스템에서 측정된 값과 가속도계에서 측정된 값의 상관성을 파악하기 위하여 피어슨 상관분석을 시행하였다.
- 3차원 동작분석 시스템에서 측정된 값과 가속도계에서 측정된 값의 상관성을 파악하기 위하여 피어슨 상관분석을 시행하였다. 상지의 먼 쪽과 몸 쪽 움직임의 차이를 분석하기 위하여 손목과 팔꿈치에서 측정된 단일벡터크기를 대응표본 t-검정으로 비교하였다. 통계학적 유의수준 α는 .
- 0)를 이용하여 분석하였다. 전화하기, 물 마시기, 세수하기, 숟가락 사용하기를 수행하는 동안 관절가동범위와 단일벡터 크기는 평균과 표준편차로 기술하였다. 네 가지 동작수행 동안 손목과 팔꿈치에서 발생하는 관절가동범위 및 단일벡터크기의 차이를 비교하기 위하여 일요인 분산분석(One-way ANOVA)을 실시하였다.
- 측정된 자료는 윈도우용 SPSS(ver. 18.0)를 이용하여 분석하였다. 전화하기, 물 마시기, 세수하기, 숟가락 사용하기를 수행하는 동안 관절가동범위와 단일벡터 크기는 평균과 표준편차로 기술하였다.
이론/모형
- 피트미터에서 측정된 값과의 관련성을 분석하기 위하여, 3차원 동작 분석 시스템인 CMS-70P(Zebris Medizintechnik Gmbh, Germany)를 사용하였다. 셋째 손허리뼈 머리, 알머리뼈, 손목 주름에서 10cm 몸 쪽에 능동 표식자(active marker)를 부착하여 손목관절 움직임을 측정하였으며, 팔꿈치 주름에서 먼 쪽 10cm, 위 팔뼈의 가쪽위관절융기, 가쪽위관절융기에서 10cm 몸 쪽에 표식자를 부착하여 팔꿉관절의 움직임을 측정하였다.
성능/효과
- 2) 물 마시기는 앉은 자세에서 테이블 가장자리에서 15cm 전방에 위치한 12×7cm 크기의 플라스틱 컵을 입까지 이동한 후 제자리에 놓는 동작이다.
- 3) 세수하기는 싱크대 앞에서 대상자의 입에서 수도꼭지까지 40cm를 측정한 지점에 체간의 구부린 자세를 고정한 후, 수도꼭지에서 얼굴까지 손을 이동한 후 다시 수도꼭지에 손이 닿으면 동작을 종료하였다(그림 3).
- 각 과제 수행 시 관절가동범위와 단일벡터크기 합은 유의한 상관관계를 보였다(p<.01; p<.001; p<.01; p<.05)(표 2).
- 과제 수행 시 손목과 팔꿈치에서 발생하는 단일벡터크기를 비교한 결과, 전화하기와 세수하기는 손목과 팔꿈치에서 유의한 차이를 보였으나(p<.001; p.05; p>.05)(표 3).
- 과제 수행 시 팔꿈치에서 발생하는 관절가동범위와 단일벡터크기 합은 과제에 따라 유의한 차이가 있었다.(p<.
- 이동이란 주로 어깨와 팔꿈치의 움직임이 조합된 동작으로 먼 쪽 움직임보다 몸 쪽 움직임이 상대적으로 많으나, 조작은 주로 손목과 손의 움직임이 조합된 동작으로 몸 쪽 움직임보다 먼 쪽 움직임이 상대적으로 많다(Volman, Wijnroks & Vermeer, 2002). 과제에 따른 먼 쪽 움직임(손목 관절) 및 몸 쪽 움직임(팔꿉 관절)을 비교한 결과에서 전화하기와 세수하기는 손목 관절과 팔꿉 관절의 단일벡터크기에서 유의한 차이가 있었으나, 물 마시기와 숟가락 사용하기는 손목 관절과 팔꿉 관절의 단일벡터크기에서 통계학적으로 유의한 차이는 없었다. 이것은 피트미터 가속도계의 특성상 손목과 팔꿈치가 동시에 움직이는 동작(전화기를 책상에서 얼굴로 이동하기, 세수를 위해 손을 수도꼭지에서 얼굴로 이동하기)은 중심축인 팔꿈치에서 멀어질수록 단일벡터크기가 증가하였을 것으로 생각된다.
- 이것은 피트미터 가속도계의 특성상 손목과 팔꿈치가 동시에 움직이는 동작(전화기를 책상에서 얼굴로 이동하기, 세수를 위해 손을 수도꼭지에서 얼굴로 이동하기)은 중심축인 팔꿈치에서 멀어질수록 단일벡터크기가 증가하였을 것으로 생각된다. 그러나 손목과 팔꿈치가 부분적으로 분리되어 움직이는 동작(컵을 입으로 이동할 때는 팔꿈치가 주로 움직이지만 컵을 기울일 때는 손목이 주로 움직임, 숟가락을 입으로 이동할 때는 팔꿈치가 주로 움직이지만, 숟가락을 기울일 때는 손목이 주로 움직임)은 먼 쪽 움직임의 단일벡터크기의 총합과 몸 쪽 움직임의 단일벡터크기의 총합이 분리되지 않고 나타났다. 추후 연구에서는 이러한 실험상의 제한점을 보완하여 이동동작과 조작동작을 분리한 후 분석해야 할 것이며 연구대상자도 충분히 확보하여 보다 일반화 가능성이 높은 결과를 도출해야 할 것이다.
- 그러나, 과제 수행 시 관절가동범위와 단일벡터크기합의 상관관계는 팔꿈치에서는 모든 과제에서 매우 유의한 상관성을 보였으나, 손목에서는 모든 과제는 통계적으로 유의미한 상관성을 보이지 않았다. 이것은 손목에서 관절가동범위는 움직임의 양만 반영하지만, 단일벡터크기는 물체(휴대폰, 컵, 싱크대, 숟가락)의 종류와 크기, 먼 쪽 근육의 움직임 및 몸 쪽 근육의 움직임의 상호작용을 종합적으로 반영하기 때문일 것이다(Gray et al.
- 본 연구에서는 정상 성인을 대상으로 전화하기, 물마시기, 세수하기, 숟가락 사용하기를 수행할 때 기존의 삼차원동작분석 장비와 가속도계에서 발생하는 변수를 동시에 측정하였다. 기존의 삼차원동작분석 장비와 가속도계 모두 과제간의 유의한 측정값 차이가 있었으며, 팔꿉 관절에서는 삼차원동작분석 장비와 가속도계가 매우 유의한 상관관계를 보였으나, 손목 관절에서는 유의한 상관관계가 없었다. 전화하기와 세수하기에서는 팔꿉 관절과 손목 관절에서 발생하는 단일벡터크기가 유의한 차이가 있었으나, 물 마시기와 숟가락 사용하기에서는 유의한 차이가 없었다.
- 또한, 무선으로 신호를 수집할 수 있어 작업 치료실이나 집에서 수행하는 대부분의 활동에 제한을 주지 않으며, 실험준비과정 없이 간단하게 측정이 가능하다(de Niet, Bussmann, Ribbers & Stam, 2007). 본 연구에서 과제 수행 시 손목 및 팔꿈치의 관절가동범위와 단일벡터크기 합을 비교한 결과 전화하기, 물마시기, 세수하기, 숟가락 사용하기 수행 시 손목에서 발생하는 관절가동범위와 단일벡터크기 합은 과제에 따라 유의한 차이가 있었다. 이것은 삼차원동작분석 장비뿐만 아니라 가속도계도 일상생활활동에서 발생하는 역학적 특징을 반영할 수 있다는 것을 시사한다(Aizawa et al.
- 피트미터에서 측정된 값과의 관련성을 분석하기 위하여, 3차원 동작 분석 시스템인 CMS-70P(Zebris Medizintechnik Gmbh, Germany)를 사용하였다. 셋째 손허리뼈 머리, 알머리뼈, 손목 주름에서 10cm 몸 쪽에 능동 표식자(active marker)를 부착하여 손목관절 움직임을 측정하였으며, 팔꿈치 주름에서 먼 쪽 10cm, 위 팔뼈의 가쪽위관절융기, 가쪽위관절융기에서 10cm 몸 쪽에 표식자를 부착하여 팔꿉관절의 움직임을 측정하였다. 표본 추출률(sampling rate)은 20Hz이었다.
- 기존의 삼차원동작분석 장비와 가속도계 모두 과제간의 유의한 측정값 차이가 있었으며, 팔꿉 관절에서는 삼차원동작분석 장비와 가속도계가 매우 유의한 상관관계를 보였으나, 손목 관절에서는 유의한 상관관계가 없었다. 전화하기와 세수하기에서는 팔꿉 관절과 손목 관절에서 발생하는 단일벡터크기가 유의한 차이가 있었으나, 물 마시기와 숟가락 사용하기에서는 유의한 차이가 없었다. 따라서 가속도계는 임상에서 일상생활활동의 역학적 변수를 측정할 때 유용하게 사용하게 사용될 수 있을 것으로 생각되며, 손목 관절보다는 팔꿉 관절에서 가속도계가 삼차원동작분석 장비를 대체할 수 있는 가능성이 높을 것으로 사료된다.
후속연구
- 삼차원 동작분석장비의 경우 장비의 제한으로 상지 특히 손에서의 연구는 주로 실험실 연구로 제한이 되고 실제 임상에서 평가 도구로 적용되기에는 경제적, 기술적으로 제한이 있다. 그러나 가속도계의 경우에는 임상에서도 손쉽게 환자에게 적용할 수 있으며, 특히 움직임의 양을 객관적으로 수량화 할 수 있다는 점에서 근거중심치료의 근거로 사용할 수 있을 것이다. 최근에 들어서야 가속도계를 작업치료 영역에서 사용하기 시작하여 기존 평가 척도와 가속도계 사이의 관련성에 대한 근거가 부족하지만, 다양한 연구를 통해 이를 뒷받침 할 수 있을 것이다.
- 전화하기와 세수하기에서는 팔꿉 관절과 손목 관절에서 발생하는 단일벡터크기가 유의한 차이가 있었으나, 물 마시기와 숟가락 사용하기에서는 유의한 차이가 없었다. 따라서 가속도계는 임상에서 일상생활활동의 역학적 변수를 측정할 때 유용하게 사용하게 사용될 수 있을 것으로 생각되며, 손목 관절보다는 팔꿉 관절에서 가속도계가 삼차원동작분석 장비를 대체할 수 있는 가능성이 높을 것으로 사료된다.
- 또한, 본 연구의 결과가 작업치료 임상에서 활용되기 위해서는 가속도계를 활용하여 대조군과 중추신경계 손상 환자군을 비교한 연구도 수행되어야 할 것이다. 기존의 삼차원 동작분석장비를 활용하여 대조군과 뇌졸중 환자군을 비교한 연구에서는 같은 과제를 수행할 때 뇌졸중 환자군이 정상 대조군보다 체간의 움직임이 증가하였지만, 어깨와 팔의 움직임이 감소하였다(Cirstea & Levin, 2000).
- 최근에 들어서야 가속도계를 작업치료 영역에서 사용하기 시작하여 기존 평가 척도와 가속도계 사이의 관련성에 대한 근거가 부족하지만, 다양한 연구를 통해 이를 뒷받침 할 수 있을 것이다. 추후 연구에서는 가속도계를 활용하여 대조군과 뇌졸중 환자군에서 차이가 나는 변수를 확인해야 할 것이다.
- 그러나 손목과 팔꿈치가 부분적으로 분리되어 움직이는 동작(컵을 입으로 이동할 때는 팔꿈치가 주로 움직이지만 컵을 기울일 때는 손목이 주로 움직임, 숟가락을 입으로 이동할 때는 팔꿈치가 주로 움직이지만, 숟가락을 기울일 때는 손목이 주로 움직임)은 먼 쪽 움직임의 단일벡터크기의 총합과 몸 쪽 움직임의 단일벡터크기의 총합이 분리되지 않고 나타났다. 추후 연구에서는 이러한 실험상의 제한점을 보완하여 이동동작과 조작동작을 분리한 후 분석해야 할 것이며 연구대상자도 충분히 확보하여 보다 일반화 가능성이 높은 결과를 도출해야 할 것이다.
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