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문제 정의
- 더불어 스마트폰을 사용함에 있어서 어떠한 사용방법이 근골격계에 미치는 위험성을 최소화할 수 있는지에 대한 연구 또한 많이 이루어지지 않았다. 따라서 본 연구의 목적은 휴대전화 메시지 작성 시 휴대기기 파지방법이 엄지손가락의 운동학적 변인과 근육 활동에 어떠한 영향을 미치는 알아보는데 있다.
- 본 연구는 3차원 영상분석과 근전도 분석을 통하여 휴대전화 파지방법에 따른 엄지손가락과 상지근육의 생체역학적 변인을 측정?분석하는데 그 목적이 있다. 본 연구를 수행한 결과, 휴대기기 파지방법이 엄지손가락 관절의 가동성과 움직임에는 크게 기여하지 않지만, 엄지손가락과 상지근육의 활동정도에는 직·간접적인 영향을 미치는 것으로 나타났다.
- 따라서 엄지손가락의 기능은 휴대전화 사용에서 가장 중요한 역할을 담당하고 있다. 본 연구에서는 휴지전화 파지방법이 엄지손가락의 동작과 이와 관련된 근육활동에 미치는 영향을 평가 분석하는데 그 목적이 있다.
- 따라서 엄지손가락의 기능은 휴대전화 사용에서 가장 중요한 역할을 담당하고 있다. 본 연구에서는 휴지전화 파지방법이 엄지손가락의 동작과 이와 관련된 근육활동에 미치는 영향을 평가 분석하는데 그 목적이 있다.
제안 방법
- 근전도 데이터는 전파정류 처리를 하며 최대 정적 수축 근전도치에 대하여 아래의 공식을 사용하여 표준화하였다. 각 피험자와 각 조건에 따라 전체 10분간의 최대 근전도치와 평균 근전도치를 계산하였다.
- 근전도 데이터는 350 Hz의 저역 통과 필터링을 실시한 후 10 Hz의 고역 통과 필터링을 실시하였다. 근전도 데이터는 전파정류 처리를 하며 최대 정적 수축 근전도치에 대하여 아래의 공식을 사용하여 표준화하였다.
- 근활성도 측정을 위해 근전도기기(Delsys Trigno wireless system, Delsys, USA, sampling frequency = 2000 Hz, gain = 1,000, input impedance>1015 O, CMRR>80 dB)를 설치하였다.
- 모든 동작 시 스마트폰(Apple iPhone 4, Apple, USA, 115.2 × 58.6 × 9.3 mm, 137 g)은 오른손으로 파지하게 하여 스마트폰이 흉골의 검상돌기(solar plexus) 전방에 위치하도록 요구하였다.
- 본 연구에서는 휴대폰 문자 작성 시 가장 빈번하게 사용되는 근육의 활동을 측정하기 위해 4개의 표면 전극을 수지신근(Extensor Digitorum [ED]), 제 1 배측 골간근(First dorsal interosseous [FDI]), 장무지 외전근(Abductor Pollicis Longus [APL]), 단무지 외전근(Abductor Pollicis Brevis [APB])에 부착하였다(Gustafsson et al., 2010; Jonsson et al., 2011; Figure 3). 표면전극 부착위치와 표준화를 위한 최대정적수축방법은 [Table 1]과 같다(Cram & Kasman, 1997).
- 워밍업이 완료된 후 피험자는 휴대기기 파지방법에 따른 두 가지 조건 속에서 각각 3번씩 수행과제를 실시하였다(Figure 4). 본 연구의 수행과제는 피험자의 전방에 위치한 컴퓨터 모니터에 3 Hz의 속도로 표시되는 숫자를 10분간 휴대기기에 입력(tapping)하는 것으로 설정하였다. 휴대기기 파지방법의 순서는 무작위 순으로 실시하였으며, 연속적인 입력에 따른 피험자의 피로유발을 방지하고자 각 조건 사이에 약 10분간의 휴식을 취하였다.
- 본 연구의 피험자들은 실험에 들어가기 전 실험 환경 하에서 충분히 워밍업 및 연습을 실시하였다. 워밍업이 완료된 후 피험자는 휴대기기 파지방법에 따른 두 가지 조건 속에서 각각 3번씩 수행과제를 실시하였다(Figure 4).
- 피험자는 고정된 의자에 편안히 앉은 상태에서 자연스럽게 상완을 몸통에 밀착하였다. 실험간 인체 관절 중심의 좌표화를 위해 직경 0.5 cm의 반사마커를 오른손 엄지손가락의 중수골 근위점, 기절골 근위점, 말절골의 근위점과 윈위점에 부착하였고, 지역좌표계 설정을 위해 스틱형 외부 마커 2개를 기절골과 중수골의 중간 지점에 부착하였다(Figure 2).
- 엄지손가락의 운동학적 변인 산출을 위해 두 대의 고감도 카메라(Motion Master100, Visol, Korea)를 피험자 좌우 45° 각도에 설치하였고, 촬영속도는 200 frames/s, 셔터 속도는 1/1000 sec로 설정하였다.
- 엄지의 중수지절관절(Metacarpophalangeal joint [MCP])과 수근중수 관절(Carpometacarpal joint [CMC])의 상대각은 오일러 각을 통해 계산하였다(Winter, 2005). 오일러 각의 계산은 X-Y'-Z″의 순서로 이루어진 연속적인 세 번의 유한(finite) 회전축에 대한 회전으로 나타내었다.
- 10(Visol, Korea)을 사용하여 3차원 동작 분석을 실시하였으며, 각 마커에서 얻어진 2차원 좌표값은 Direct Linear Transformation (Abdel-Aziz & Karara, 1971) 방식을 사용하여 3차원 공간 좌표값을 산출하였다. 영상 좌표화 과정에서 발생되는 노이즈를 최소화하기 위해 2차 Butterworth low-pass digital filter를사용하였으며, 이때 차단 주파수는 8 Hz로 설정하였다. 엄지의 지절간 관절(Interphalangeal [IP])은 경첩관절(hinge joint)로 간주하여(Speirs et al.
- 본 연구의 피험자들은 실험에 들어가기 전 실험 환경 하에서 충분히 워밍업 및 연습을 실시하였다. 워밍업이 완료된 후 피험자는 휴대기기 파지방법에 따른 두 가지 조건 속에서 각각 3번씩 수행과제를 실시하였다(Figure 4). 본 연구의 수행과제는 피험자의 전방에 위치한 컴퓨터 모니터에 3 Hz의 속도로 표시되는 숫자를 10분간 휴대기기에 입력(tapping)하는 것으로 설정하였다.
- 휴대기기 파지방법의 순서는 무작위 순으로 실시하였으며, 연속적인 입력에 따른 피험자의 피로유발을 방지하고자 각 조건 사이에 약 10분간의 휴식을 취하였다. 총 3회의 측정자료 중 과제목표를 가장 정확하게 수행한 동작 1회를 선택하여 분석하였다.
- 본 연구의 수행과제는 피험자의 전방에 위치한 컴퓨터 모니터에 3 Hz의 속도로 표시되는 숫자를 10분간 휴대기기에 입력(tapping)하는 것으로 설정하였다. 휴대기기 파지방법의 순서는 무작위 순으로 실시하였으며, 연속적인 입력에 따른 피험자의 피로유발을 방지하고자 각 조건 사이에 약 10분간의 휴식을 취하였다. 총 3회의 측정자료 중 과제목표를 가장 정확하게 수행한 동작 1회를 선택하여 분석하였다.
대상 데이터
- 본 연구에서는 스마트폰 사용경력 1년 이상의 오른손을 사용하는 K대학교 남학생 12명을 피험자로 선정하였다. 피험자는 실험에 앞서 피로를 유발 시킬 수 있는 강도 높은 신체 활동은 실험 4주 전부터 금지하였다.
데이터처리
- 통계적 유의성을 검증하기 위해 SPSS 18.0(IBM, USA)을 이용하였으며, 유의성 수준은 p<.05에서 대응표본 t검정(paired t-test)을 실시하였다.
이론/모형
- Kwon3D program ver 3.10(Visol, Korea)을 사용하여 3차원 동작 분석을 실시하였으며, 각 마커에서 얻어진 2차원 좌표값은 Direct Linear Transformation (Abdel-Aziz & Karara, 1971) 방식을 사용하여 3차원 공간 좌표값을 산출하였다.
- 각속도는 각변위 자료를 사용하여 아래에 제시한 유한차이법을 통해 산출하였다(Wood, 1982).
- 영상 좌표화 과정에서 발생되는 노이즈를 최소화하기 위해 2차 Butterworth low-pass digital filter를사용하였으며, 이때 차단 주파수는 8 Hz로 설정하였다. 엄지의 지절간 관절(Interphalangeal [IP])은 경첩관절(hinge joint)로 간주하여(Speirs et al., 2001) 다음의 공식에 따라 산출하였다.
성능/효과
- 각 분절의 각속도는 스마트폰 파지방법에 따라 통계적인 유의차는 나타나지 않았지만, 모든 분절에서 TH시의 수행이 OH시의 수행보다 다소 높게 나타났다(Table 3).
- CMC관절의 최대각은 OH 시의 굴곡, 내전, 내회전, 외회전이 TH시보다 다소 크게 나타났지만 통계적으로 유의한차이는 나타나지 않았다. 두 조건간의 각도차이는 미미하지만, TH 파지방법에서의 관절가동범위(Range of Motion[ROM])가 OH 파지방법의 ROM보다 다소 증가하는 것으로 나타났다. Lin et al.
- 또한, 6가지 ADL (activities of daily living)동작을 통해 엄지손가락의 ROM을 분석한 Lin 등 (2011)의 연구에 따르면, IP관절의 굴곡과 신전 범위가 45°, MCP관절과 CMC관절의 굴곡과 신전, 내전과 외전의 범위가 각각 24, 23, 22, 20°라고 보고하였다. 본 연구결과를 살펴보면, 일생생활에서 엄지손가락을 사용할 때 보다 문자메시지 작성 시 엄지손가락의 ROM이 증가하였으며, 문자메시지 작성 시와 의도적인 손가락의 최대 회전 시 발생되는 ROM 값이 매우 유사한 것으로 나타났다. 특히 MCP와 CMC관절의 굴곡과 내전은 일상생활의 엄지손가락 움직임과 많은 차이가 발생하였으며, 이러한 결과는 물건을 잡는 그립(grip)형태와는 다르게 휴대전화의 화면을 터치하는 동작 시 엄지가 반대편의 다른 손가락 끝부분과 접촉하는 대립(opposion) 동작과 유사하기 때문인 것으로 판단된다(Cooney et al.
- 본 연구를 수행한 결과, 휴대기기 파지방법이 엄지손가락 관절의 가동성과 움직임에는 크게 기여하지 않지만, 엄지손가락과 상지근육의 활동정도에는 직·간접적인 영향을 미치는 것으로 나타났다.
- 본 연구에서도 선행연구의 결과와 같이 엄지의 내·외전 각속도가 증가할 때 TH가 OH보다 APB의 근활성도가 증가하였다.
- Gustafsson 등 (2010)은 FDI의 근활성도는 문자 메시지 작성 시 보다 휴대기기를 파지하고 통화를 했을 때 증가한다고 보고하였고, 이는 전화통화 시 휴대폰을 손에서 놓치거나 피험자의 귀에서 떨어지지 않게 하기 위해 더 큰 파악력(grip force)이 필요하기 때문이라고 보고하였다. 본 연구의 결과, OH 방법에 비해 TH 방법 시 FDI의 최대 근활성도가 통계적으로 유의하게 증가한 것으로 나타났다. 이러한 선행연구와 본 연구의 결과를 비교해 볼 때, TH가 OH에 비해 보다 안정적으로 휴대전화를 파지한 것으로 판단되며, 문자메시지 작성을 효율적으로 수행하기 위해서는 TH가 OH보다 효과적인 파지방법으로 판단된다.
- (2011)는 IP관절과 MCP관절의 굴곡각은 엄지손가락의 부상과 재활에 대한 평가척도로 사용될 수 있으며, 부상에 대한 완치도가 높을수록 굴곡각도가 증가됨을 보고하였다. 본 연구의 결과를 통해 TH 파지 방법은 양손을 사용함으로써 OH 파지방법에 비해 스마트폰의 하중에 대한 부담감을 감소시키고, 동시에 손과 엄지손가락의 가동성을 높여 문자메시지 작성 시 다소 유리한 파지법으로 판단된다. 특히, 본 연구의 실험 과제인 연속적 숫자 입력은 TH 파지방법에 비해 OH 시 과제 수행의 난이도가 비교적 높은 것으로 나타났다.
- Johansson과 Sojka (1991)는 근육활동 시 근육의 통증은 대개 높은 근 활성도를 동반한다고 보고하였다. 본 연구의 결과에서는 TH방법 사용에 비해 OH방법시 APL의 최대 근전도치가 통계적으로 유의하게 증가된 것으로 나타났다. 이는 컴퓨터 키보드와 마우스의 사용(tapping) 시 전완과 손목의 지지가 상지의 근활성도에 긍정적인 영향을 미친다는 연구결과(Cook, Burgess-Limerick, & Papalia, 2004)와 유사하게 휴대전화의 파지가 불안정한 OH 방법에서 엄지의 신전과 동시에 관절의 안정화를 위해 근육활동이 증가되어졌기 때문인 것으로 판단된다.
- 상지 근골격계 질환 유발위험요소 및 손목건초염(De Quervain’s disease)발병의 평가척도(Marras & Schoenmarklin, 1993; Moore, 1997)인 엄지손가락 분절의 각속도 결과를 살펴보면, TH가 OH에 비해 모든 분절의 평균 및 최대 각속도가 다소 높게 나타났다.
- 스마트폰 파지방법에 따른 평균적분근전도치는 FDI를 제외한 나머지 근육에서 TH가 OH보다 다소 높은 근육 활동을 보였으나, 통계적으로 유의한 차이는 없었다(Table 4). 최대적분근전도치는 FDI와 APL에서 두 집단간 통계적으로 유의한 차이가 나타났다(Table 5).
- 엄지손가락을 구성하는 3가지 관절에 대한 관절 최대각 결과를 살펴보면, IP관절의 굴곡은 두 조건간의 통계적 유의차는 없었지만, TH 파지방법이 OH 파지방법 보다 다소 크게 나타났다. 기절골의 움직임을 담당하는 MCP관절은 내전을 제외한 나머지 5가지 최대각에서 TH 파지방법이 OH보다 다소 크게 나타났지만 유의한 차이는 없었다.
- 또한, 문자메시지 작성 시 ED가 엄지손가락의 움직임에 직접적인 기여는 하지 않지만, 신속한 엄지손가락 동작 시 손목과 손의 이완 및 안정화시키는 역할을 한다고 보고하였다. 이러한 결과와 동일하게 본 연구에서도 MCP관절과 CMC관절의 외전 각속도가 빠른 경우 TH에서 보다 높은 ED의 근활성도가 나타났다. 하지만, 다른 근육에 비해 상대적으로 근활성도가 낮은 점을 고려할 때, ED는 문자메시지 작성 시 주동적인 역할을 수행하지 않는 것으로 생각된다.
- 본 연구의 결과, OH 방법에 비해 TH 방법 시 FDI의 최대 근활성도가 통계적으로 유의하게 증가한 것으로 나타났다. 이러한 선행연구와 본 연구의 결과를 비교해 볼 때, TH가 OH에 비해 보다 안정적으로 휴대전화를 파지한 것으로 판단되며, 문자메시지 작성을 효율적으로 수행하기 위해서는 TH가 OH보다 효과적인 파지방법으로 판단된다.
- 스마트폰 파지방법에 따른 평균적분근전도치는 FDI를 제외한 나머지 근육에서 TH가 OH보다 다소 높은 근육 활동을 보였으나, 통계적으로 유의한 차이는 없었다(Table 4). 최대적분근전도치는 FDI와 APL에서 두 집단간 통계적으로 유의한 차이가 나타났다(Table 5).
- 본 연구의 결과를 통해 TH 파지 방법은 양손을 사용함으로써 OH 파지방법에 비해 스마트폰의 하중에 대한 부담감을 감소시키고, 동시에 손과 엄지손가락의 가동성을 높여 문자메시지 작성 시 다소 유리한 파지법으로 판단된다. 특히, 본 연구의 실험 과제인 연속적 숫자 입력은 TH 파지방법에 비해 OH 시 과제 수행의 난이도가 비교적 높은 것으로 나타났다.
후속연구
- 생체역학적 관점에서 볼 때, 휴대기기를 이용한 메시지 작성 시 두 손 파지방법이 한 손 파지방법에 비해 효율적이고 안정적인 것으로 생각된다. 본 연구를 통해 올바른 휴대기기 사용 동작 및 방법에 대한 기초자료를 제시할 수 있을 것이며, 엄지손가락의 기능적 평가 및 휴대기기와 관련된 질병 또는 증후군 예방을 위한 보정 기구의 개발을 위한 기초 자료로써 본 연구의 자료가 활용될 수 있을 것으로 판단된다.
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