병원이나 검사실 등에 널리 이용되는 평형 기능 검사법은 고감도 압력센서를 이용한 균형감각조절임상검사(CTSIB, clinical test of sensory integration on balance)이다. 바로 선 자세에서 발바닥의 압력중심(center of pressure)의 변화를 관찰함으로써 흉부 흔들림을 객관적으로 측정한다. 본 논문에서는 가정에서도 손쉽게 흉부의 흔들림을 측정할 수 있는 방법을 제안하고자 한다. 위 밸런스보드(Wii balance board, WBB)는 게임기임에도 불구하고 흉부 흔들림과 상관관계가 높은 압력중심을 측정할 수 있기 때문에 기존의 임상용 제품과 유사한 결과를 보인다. 하지만 위 리모트 컨트롤러(Wii remote controller, WRC)는 WBB보다 저렴하고 손쉽게 구할 수 있음에도 불구하고 흉부 흔들림 분석에서는 압력 측정 방식이 아니기 때문에 기대만큼 활용되지 못하고 있다. 본 연구에서는 정상인 10명(남자:5명, 여자:5명)을 대상으로 WRC의 가속도 정보로부터 convex hull 혹은 ellipse area분석법을 이용하여 WBB와 유사한 결과를 보였다.
병원이나 검사실 등에 널리 이용되는 평형 기능 검사법은 고감도 압력센서를 이용한 균형감각조절임상검사(CTSIB, clinical test of sensory integration on balance)이다. 바로 선 자세에서 발바닥의 압력중심(center of pressure)의 변화를 관찰함으로써 흉부 흔들림을 객관적으로 측정한다. 본 논문에서는 가정에서도 손쉽게 흉부의 흔들림을 측정할 수 있는 방법을 제안하고자 한다. 위 밸런스보드(Wii balance board, WBB)는 게임기임에도 불구하고 흉부 흔들림과 상관관계가 높은 압력중심을 측정할 수 있기 때문에 기존의 임상용 제품과 유사한 결과를 보인다. 하지만 위 리모트 컨트롤러(Wii remote controller, WRC)는 WBB보다 저렴하고 손쉽게 구할 수 있음에도 불구하고 흉부 흔들림 분석에서는 압력 측정 방식이 아니기 때문에 기대만큼 활용되지 못하고 있다. 본 연구에서는 정상인 10명(남자:5명, 여자:5명)을 대상으로 WRC의 가속도 정보로부터 convex hull 혹은 ellipse area 분석법을 이용하여 WBB와 유사한 결과를 보였다.
The CTSIB (Clinical Test of Sensory Integration on Balance) using high sensitive pressure sensors is normally used to assess the sense of balance in hospital. It takes an objective measurement of the amount of sway that occurs in the body trunk by observing the change in the center of pressure (CoP)...
The CTSIB (Clinical Test of Sensory Integration on Balance) using high sensitive pressure sensors is normally used to assess the sense of balance in hospital. It takes an objective measurement of the amount of sway that occurs in the body trunk by observing the change in the center of pressure (CoP) on the foot at the upright posture. In this paper, we would like to propose method to easily measure trunk sway in home. Although the Wii balance board(WBB) is used for games, it can measures the center of pressure, which is highly correlated. The Wii remote controller(WRC) is inexpensive compared to the WBB, but it has problems with estimation of trunk sway because it can't measure pressure directly like WBB. We collected data from 10 normal subjects (5 males, 5 females) from two devices in order to compare the CoP from WBB and the center of mass (CoM) from WRC. The results of WRC and WBB was similar when the data were analyzed by the convex hull and ellipse area.
The CTSIB (Clinical Test of Sensory Integration on Balance) using high sensitive pressure sensors is normally used to assess the sense of balance in hospital. It takes an objective measurement of the amount of sway that occurs in the body trunk by observing the change in the center of pressure (CoP) on the foot at the upright posture. In this paper, we would like to propose method to easily measure trunk sway in home. Although the Wii balance board(WBB) is used for games, it can measures the center of pressure, which is highly correlated. The Wii remote controller(WRC) is inexpensive compared to the WBB, but it has problems with estimation of trunk sway because it can't measure pressure directly like WBB. We collected data from 10 normal subjects (5 males, 5 females) from two devices in order to compare the CoP from WBB and the center of mass (CoM) from WRC. The results of WRC and WBB was similar when the data were analyzed by the convex hull and ellipse area.
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문제 정의
본 연구에서는 WRC의 가속도 정보로부터 convex hull 혹은 ellipse area 분석법을 이용하여 상업용 압력 중심 측정 결과와 유사한 결과를 보이는 WBB와 비교하여 WRC의 활용 가능성을 보이고자 한다.
제안 방법
SPSS(SPSS Inc, Chicago, IL)를 사용하여 피실험자 10명에게 EO, EC, EOOF, ECOF의 4가지의 조건에서 얻은 압력중심과 질량중심에 대하여 각 조건마다 신뢰성 검정을 하였다. 그리고 앞에서 언급한 데이터 분석 인자들에 대하여 상관관계를 비교하였다.
5cm로 실제 임상에 쓰이는 폼을 사용하였다. 각 조건 사이에는 충분한 시간을 주어 자세 변경 후 안정화하도록 하였다. 압력중심과 질량중심이 프로그램 화면상 정중앙에 오도록 옵셋을 제거한 후 데이터가 기록하였다.
SPSS(SPSS Inc, Chicago, IL)를 사용하여 피실험자 10명에게 EO, EC, EOOF, ECOF의 4가지의 조건에서 얻은 압력중심과 질량중심에 대하여 각 조건마다 신뢰성 검정을 하였다. 그리고 앞에서 언급한 데이터 분석 인자들에 대하여 상관관계를 비교하였다.
압력중심과 질량중심 정보에 대해서 피실험자 10명이 4가지 조건에 대하여 세 번의 반복에 대하여 신뢰도 분석을 진행하였다. 표 2에서는 내부 일관성(internal consistency)을 나타내는 계수인 Cronbach’s Alpha 값을 보여준다.
그림 9. 압력중심과 질량중심의 이동궤적 비교.
질량중심과 무게중심의 변화는 각 점 사이의 거리를 시간으로 나누어 속도로써 관찰하였다.
대상 데이터
WRC는 최대 ±3g까지 측정 가능한 3축 가속도(ADXL330, Analog Device, USA)를 내장하고 있어 이 정보를 손쉽게 외부에서 얻을 수 있다. WRC와 WBB의 센서는 별도 보정없이 공장에서 보정되어 출시된 상태 그대로를 사용했다.
압력중심과 질량중심이 프로그램 화면상 정중앙에 오도록 옵셋을 제거한 후 데이터가 기록하였다. 데이터는 위의 4가지 조건 당 10초 동안 50Hz 샘플링 주파수로 하여 500개씩 총 2000개를 얻었다.
스펀지 재질의 폼은 가로, 세로, 높이가 각각 46.5cm, 40.0cm, 그리고 6.5cm로 실제 임상에 쓰이는 폼을 사용하였다. 각 조건 사이에는 충분한 시간을 주어 자세 변경 후 안정화하도록 하였다.
자극에 대한 흔들림이 얼마나 있는가를 보기 위해 눈을 뜬 상태(eye-open, EO), 눈을 감은 상태(eye-closed EC), 눈을 뜨고 폼에 올라가 있는 상태(eye-open on form, EOOF), 눈을 감고 폼에 올라가 있는 상태(eye-closed on form, ECOF)에 대하여 데이터를 획득하였다[7].
2kg)을 대상으로 진행하였다. 피실험자에게 설문을 통하여 질병이나 투약 사실이 없는지 확인하였으며 가만히 서있는 자세에 불편함이 없는지 확인 후 문제가 없다고 판단된 학생을 대상으로 하였다.
한경대학교에 재학 중인 남자 5명(26.6±1.3세, 174.6±43.8cm, 69±144.5kg), 여자 5명(23.8±8.7세, 160.6±29.8cm, 54.2±20.2kg)을 대상으로 진행하였다.
이론/모형
데이터 측정 프로그램은 마이크로소프트사의 비주얼 스튜디오 2010 C#을 사용하였고, 데이터 획득 API는 오픈 소스인 Brian Peek 라이브러리를 사용하였다[17]. 그림 1은 데이터 획득 화면의 예를 보여준다.
성능/효과
그림 12는 압력중심과 질량중심의 데이터를 ellipse area로 분석한 것이다. 그림 12(a)는 convex hull과 같이 압력중심의 경우 7, 9번 피실험자를 제외하고는 모두 EO에 비해 EC의 값이 증가하였고 EOOF와 ECOF는 모두 경우에 있어 구별이 가능하였다. 그림 12(b)는 질량중심의 결과로 모든 피실험자의 데이터로부터 EO 와 EC, 그리고 EOOF와 ECOF를 구별할 수 있었다.
반면 convex hull의 결과에서 압력중심의 경우 폼을 이용하지 않을 경우 5%, 이용할 경우 81%의 차이를 보였으며 질량중심 기반의 데이터로 폼을 사용하지 않고 시각의 유무를 확인한 결과에서는 결과에서 10%이지만 폼을 사용한 차이에서는 80%의 차이를 보였다. Ellipse area를 이용한 압력중심기반의 폼을 사용하지 않은 시각의 유무평가에서는 6%, 사용한 경우 85%의 차이를 보였고 질량중심의 경우 폼을 사용하지 않은 시각의 유무를 평가한 실험에서는 14%, 폼을 이용한 경우 78%의 차이를 보였다.
WBB로 얻은 압력중심의 경우 모든 피실험자에 대해서 EO보다 EC의 값이 증가하여 시각의 유무에 따른 흔들림의 거리를 이용해 구별이 가능하였고, EOOF에 비해 ECOF의 값이 증가하여 폼 위에서의 시각유무를 통해 몸의 흔들림의 구별이 가능 하였다. WRC로 얻은 질량중심의 경우에도 convex hull과 ellipse area를 이용했을 경우에는 가속도 데이터와 질량중심의 이동 속도로는 구별이 어려웠던 경우에도 EOOF와 ECOF의 변화는 뚜렷이 구별할 수 있었다.
평균이동속도를 통하여 몸통의 흔들림을 측정할 경우보다 convex hull과 ellipse area의 분석 결과를 이용할 경우 흉부 흔들림의 정도를 정확하게 구분할 수 있었다. 그러므로 가속도 변화와 질량중심을 이용하는 것보다 제안한 convex hull과 ellipse area를 이용하여 밸런스 보드와 유사한 정도의 흉부 흔들림의 감도를 높일 수 있었다.
반면 convex hull의 결과에서 압력중심의 경우 폼을 이용하지 않을 경우 5%, 이용할 경우 81%의 차이를 보였으며 질량중심 기반의 데이터로 폼을 사용하지 않고 시각의 유무를 확인한 결과에서는 결과에서 10%이지만 폼을 사용한 차이에서는 80%의 차이를 보였다. Ellipse area를 이용한 압력중심기반의 폼을 사용하지 않은 시각의 유무평가에서는 6%, 사용한 경우 85%의 차이를 보였고 질량중심의 경우 폼을 사용하지 않은 시각의 유무를 평가한 실험에서는 14%, 폼을 이용한 경우 78%의 차이를 보였다.
그림 11(b)는 질량중심의 데이터로 2, 7번의 피실험자의 경우에는 여전히 EO와 EC의 구별이 불가하였으나 EOOF와 ECOF는 모두 구별 가능하였다. 압력중심과 질량중심을 이용한 convex hull을 이용한 경우 모든 대상에서 EOOF에 비해 ECOF의 값이 증가하는 일관성을 보였다.
표 2에서는 내부 일관성(internal consistency)을 나타내는 계수인 Cronbach’s Alpha 값을 보여준다. 압력중심에서는 모든 조건에서 중증도 이상의 신뢰도를 나타내었으나 질량중심에서는 EO와 EC가 중증도 이상의 신뢰도를 보이지 않았다. 이것은 질량중심의 원 데이터가 압력중심의 데이터보다는 편차가 큼을 의미한다.
그림 13은 표 3에서 가장 큰 값을 1로 하여 상대적인 크기로 비교한 그림이다. 압력중심을 이용한 결과에서 평균이동속도는 EO과 EC간에는 1%의 차이, EOOF와 ECOF의 경우는 8%의 차이를 보였다. 이에 반해 질량중심에서는 EO와 EC의 차는 10%에 불과하지만 EOOF와 ECOF간에는 20%의 차이가 발생하였고 두 경우 모두 폼을 이용하지 않았을 때 보다 이용할 경우 차이가 커지는 것을 확인할 수 있었다.
위의 결과를 종합해 보면 원 데이터의 정확성, 정밀성, 그리고 질량중심 추정모델의 오차로 인하여 WRC는 WBB만큼의 정확한 결과를 얻기를 어렵지만, convex hull 혹은 ellipse area를 통하여 흔들림 정보를 활용할 경우 4가지 자극법에 대한 특성 차이의 구별은 가능함을 알 수 있었다.
그러나 질량중심의 경우 3, 9, 10번 피실험자는 EO와 EC의 구별이 불가하였고, 이 중 3번과 10번의 피실험자는 EOOF와 ECOF의 구별도 불가하였다. 이 결과를 보더라도 질량중심이 압력중심보다 감도가 낮다는 것을 확인할 수 있었다.
압력중심을 이용한 결과에서 평균이동속도는 EO과 EC간에는 1%의 차이, EOOF와 ECOF의 경우는 8%의 차이를 보였다. 이에 반해 질량중심에서는 EO와 EC의 차는 10%에 불과하지만 EOOF와 ECOF간에는 20%의 차이가 발생하였고 두 경우 모두 폼을 이용하지 않았을 때 보다 이용할 경우 차이가 커지는 것을 확인할 수 있었다.
그림 12(b)는 질량중심의 결과로 모든 피실험자의 데이터로부터 EO 와 EC, 그리고 EOOF와 ECOF를 구별할 수 있었다. 즉, WBB에서 얻은 압력중심과 같이 ellipse area를 분석하면 시각의 혼란이나 지지면의 감각변화에 대하여 모두 구별이 가능하였다.
평균이동속도를 통하여 몸통의 흔들림을 측정할 경우보다 convex hull과 ellipse area의 분석 결과를 이용할 경우 흉부 흔들림의 정도를 정확하게 구분할 수 있었다. 그러므로 가속도 변화와 질량중심을 이용하는 것보다 제안한 convex hull과 ellipse area를 이용하여 밸런스 보드와 유사한 정도의 흉부 흔들림의 감도를 높일 수 있었다.
후속연구
본 연구 결과를 바탕으로 주변에서 흔히 구할 수 있는 WRC를 이용하여 손쉽게 흉부의 흔들림 정도를 평가할 수 있어 가정에서 스크린 용도나 치료의 예후를 관찰하는데 활용할 수 있을 것으로 기대된다.
질의응답
핵심어
질문
논문에서 추출한 답변
자세측정기란?
자세측정기는 사람이 직립자세 유지에 필요한 기능을 분석하여 수치화할 수 있어 어지럼증 평가에 활용되는 검사기기이다. 컴퓨터를 이용한 자세측정기(posturography)는 피검사자가 직립하여 올라설 수 있는 평판과 그 위에서 신체가 평판에 가하는 압력의 크기를 감지할 수 있는 여러 개의 압력 센서로 구성되어 있다.
신체평형 문제가 발생하면 나타날 수 있는 현상은?
역학조사에 따르면 70세 이상 인구의 35%에서 보행 장애를 경험하며, 85세 이상은 80%에 이른다. 일상생활 중 가장 빈번하게 이루어지는 보행 시[2] 신체평형 문제가 발생하면 낙상빈도가 늘어나 신체 움직임이 줄어 삶의 질 저하가 발생할 수 있다[3～5]. 균형 장애에 대한 관심[6]과 간단한 정량 검사의 필요성 또한 널리 인식되고 있다.
균형감각조절임상검사에선 흉부의 흔들림을 어떻게 측정하나?
병원이나 검사실 등에 널리 이용되는 평형 기능 검사법은 고감도 압력센서를 이용한 균형감각조절임상검사(CTSIB, clinical test of sensory integration on balance)이다. 바로 선 자세에서 발바닥의 압력중심(center of pressure)의 변화를 관찰함으로써 흉부 흔들림을 객관적으로 측정한다. 본 논문에서는 가정에서도 손쉽게 흉부의 흔들림을 측정할 수 있는 방법을 제안하고자 한다.
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