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문제 정의
- 본 연구는 다양한 자세와 동작을 취할 시 인체 부위별 피부의 최대신장률과 체표면적의 증가율에 대한 정량적인 자료를 얻고자 수행되었다. 그 결과 손목과 목 부위 피부는 평균 15% 이상, 상지와 하지의 대표 관절 부위인 팔꿈치와 무릎 부위 피부는 평균 40% 이상 신장됨을 확인하였다.
- 현재까지 몇몇 연구들이 수행되었음에도 불구하고, 다양한 자세에서 인체 부위별 최대값, 즉 길이 방향으로의 최대신장률과 체표면적의 최대증가율을 보고한 국내 연구는 거의 없으며 성별에 따른 차이 유무를 다룬 연구도 거의 없다. 이에 본 연구는 다양한 자세에서 부위별 피부의 최대 신장률과 면적증가율 측정을 목적으로 하였으며, 특히 인체에서 최대 굴곡 관절 부위인 팔꿈치와 무릎, 허리, 뒷목을 선정하여 이 부위들에서의 최대 피부신장률을 비교하였고, 성별에 따른 차이 유무도 추가적으로 분석하였다.
제안 방법
- 본 연구에서 가슴이나 배 부위의 피부신장률 측정이 배제된 이유는 이러한 몸통 부위들은 관절 움직임에 의해 최대 신장이 기대되는 부위가 아니기 때문이었다. 본 연구에서 선택된 다섯 부위 관절 중 다각도의 관절 움직임 방향을 가지는 손목과 목 관절 부위는 각각 두 자세(손목을 앞으로 굽히 기, 손목을 뒤로 젖히기; 목을 옆으로 눕히기, 목을 앞으로 굽히기)에서 그 변화율이 조사되어 총 일곱 자세 (총 다섯 부위) 에서의 변화율이 측정되었다(Fig. 1A). 각 부위별 측정점은 사이즈 코리아에서 제공하는 표준 인체측정 기준점을 참고하여 정해졌으며(Fig.
- 줄자를 이용하여 인간공학적 정자세에서 각 부위별 가로와 세로 길이를 측정하였으며,이를 이용하여 직사각형의 면적을 계산하였다. 이어 각 부위별 피부가 최대로 늘어날 수 있는 최대 신장자세를 취하여(Fig. 1A), 변화된 수직방향(지면과 수직인 방향)의 길이를 측정하여 길이 방향의 신장률을 계산하였다. 부위별 관절 가동 자세는 모두 랑게선을 따라 피부 신장을 최대화 할 수 있는 방향으로 설정되었으며, 최대 신장을 유도하기 위해 부위별 관절을 최대 가동할 수 있는 자세를 취하게 하였다.
- 즉, 피험자들에게 스스로의 최대 관절 가동 범위를 충분히 연습하게 한 후 본 측정이 실시되었다. 인체 각 부위별 관절을 최대한 구부린 혹은 뒤로 젖히거나 옆으로 누인 자세에서 변형된 직사각형의 가로와 세로 길이를 재측정하여 다음의 식을 이용해 피부 변형률, 즉 길이 방향의 피부 신장률과 체표면적 변화율을 계산하였다(Eq. 1).
- 인체 부위별 직사각형의 크기들은 직사각형의 직선 변형없이 최대로 그릴 수 있는 범위에서 선정되었다. 줄자를 이용하여 인간공학적 정자세에서 각 부위별 가로와 세로 길이를 측정하였으며,이를 이용하여 직사각형의 면적을 계산하였다. 이어 각 부위별 피부가 최대로 늘어날 수 있는 최대 신장자세를 취하여(Fig.
- 부위별 관절 가동 자세는 모두 랑게선을 따라 피부 신장을 최대화 할 수 있는 방향으로 설정되었으며, 최대 신장을 유도하기 위해 부위별 관절을 최대 가동할 수 있는 자세를 취하게 하였다. 즉, 피험자들에게 스스로의 최대 관절 가동 범위를 충분히 연습하게 한 후 본 측정이 실시되었다. 인체 각 부위별 관절을 최대한 구부린 혹은 뒤로 젖히거나 옆으로 누인 자세에서 변형된 직사각형의 가로와 세로 길이를 재측정하여 다음의 식을 이용해 피부 변형률, 즉 길이 방향의 피부 신장률과 체표면적 변화율을 계산하였다(Eq.
- 7%BF). 측정 부위는 총 다섯 부위로, 인체 운동학적 관점에서 몸의 움직임 중 관절의 가동 범위가 가장 넓은 부위인 팔꿈치, 무릎, 양 견관절(등), 목관절, 손목 관절 부위가 선정되었으며, 각 부위의 피부 최대 신장 자세에서 피부 변화율이 측정되었다. 본 연구에서 가슴이나 배 부위의 피부신장률 측정이 배제된 이유는 이러한 몸통 부위들은 관절 움직임에 의해 최대 신장이 기대되는 부위가 아니기 때문이었다.
- 측정 시 모든 피험자는 동작을 방해하지 않는 넉넉한 사이즈의 동일한 실험용 반소매 티셔츠와 반바지를 착용하였다(Fig. 1A). 피부변형량을 측정하는 일반적인 방법으로는 크로스커트법, 날인법, 미연신사법 등이 사용되어 왔으나 본 연구에서 이러한 방법들 대신 피부에 직접 기준선을 그어 측정한 이유는 착용의복에 의한 잠재적 오차를 제거하고 피부의 직접적 변형량을 추정하기 위함이다.
대상 데이터
- 본 연구는 남성 다섯 명과 여성 다섯 명을 대상으로 하였고 피부신장률과 체표면적 증가율 모두에서 성차를 발견할 수는 없었다. 따라서 본 연구에서 얻어진 결과들은 한국인 평균체형을 갖는 20대 남녀에게 통합하여 적용가능하다.
- 본 연구에는 한국인 평균 체형 범위에 속하는 20대 남성 5명과 여성 5명, 총 10명이 실험에 참여하였다 (남성: 나이 23 ± 2세, 키 177.9 ± 4.8 cm, 체중 76.7 ± 8.8 kg, BMI 24.2 ± 2.5, 체지방률 16.2 ± 3.4%BF; 여성: 나이 22 ± 1세, 키 163.2 ± 3.6 cm, 체중 51.4 ± 2.7 kg, BMI 19.3 ± 1.6, 체지방률 27.4 ± 6.7%BF).
데이터처리
- 모든 결과는 평균과 표준편차(SD)로 나타내었고, 기본적인 통계처리는 SPSS 22.0를 이용하였다. 피부 최대 길이신장률과 체표면적 변화율의 부위별 인체 부위별 차이는 일원배치분산분석(ANOVA)를 사용하여 검정하였으며, 유의한 차이가 있는 항목에 대해 Turkey의 Post hoc test를 수행하였다.
- 피부 최대 길이신장률과 체표면적 변화율의 부위별 인체 부위별 차이는 일원배치분산분석(ANOVA)를 사용하여 검정하였으며, 유의한 차이가 있는 항목에 대해 Turkey의 Post hoc test를 수행하였다. 성차를 검증하기 위해 t 검정이 실시되었다. 피부 길이 방향 최대신장률과 면적 최대변화율 간 상관관계를 파악하기 위해 일곱 자세 중 견관절을 제외한 총 여섯 자세(손목 안쪽 굽힘, 손목 바깥 젖힘, 목 옆 눕힘, 목 앞으로 굽힘, 무릎 굽힘, 팔꿈치 굽힘)에 대해 Pearson의 상관분석이 이용되었다.
- 성차를 검증하기 위해 t 검정이 실시되었다. 피부 길이 방향 최대신장률과 면적 최대변화율 간 상관관계를 파악하기 위해 일곱 자세 중 견관절을 제외한 총 여섯 자세(손목 안쪽 굽힘, 손목 바깥 젖힘, 목 옆 눕힘, 목 앞으로 굽힘, 무릎 굽힘, 팔꿈치 굽힘)에 대해 Pearson의 상관분석이 이용되었다. 통계적 유의성은 p<0.
- 0를 이용하였다. 피부 최대 길이신장률과 체표면적 변화율의 부위별 인체 부위별 차이는 일원배치분산분석(ANOVA)를 사용하여 검정하였으며, 유의한 차이가 있는 항목에 대해 Turkey의 Post hoc test를 수행하였다. 성차를 검증하기 위해 t 검정이 실시되었다.
성능/효과
- 2012). In vitro 실험들의 경우 일반적인 피부의 신장률을 20% 수준으로 간주하고 이를 벗어나면 원상태로의 회복이 어렵다고 여겨지고 있으나, 본 연구 결과에 따르면 팔꿈치와 무릎 피부의 최대신장률은 평균 40% 이상이었으며 개별적으로 70%의 신장률을 보인 경우도 있었으므로, in vitro 측정값들은 실제 피부신장률을 과소추정 할 수 있음을 기억하고 주의깊게 적용해야 할 것이다.
- 본 연구는 다양한 자세와 동작을 취할 시 인체 부위별 피부의 최대신장률과 체표면적의 증가율에 대한 정량적인 자료를 얻고자 수행되었다. 그 결과 손목과 목 부위 피부는 평균 15% 이상, 상지와 하지의 대표 관절 부위인 팔꿈치와 무릎 부위 피부는 평균 40% 이상 신장됨을 확인하였다. 체표면적 변화율 역시 팔꿈치에서 평균 94%, 무릎에서 평균 74%증가를 보여, in vitro 상태에서 측정하여 보고된 기존 선행연구들의 값들보다 월등히 큰 변화 범위를 보여 주었다.
- 본 연구는 남성 다섯 명과 여성 다섯 명을 대상으로 하였고 피부신장률과 체표면적 증가율 모두에서 성차를 발견할 수는 없었다. 따라서 본 연구에서 얻어진 결과들은 한국인 평균체형을 갖는 20대 남녀에게 통합하여 적용가능하다. 일반적인 체형요소들은 동일 연령 대일 경우 남성이 여성보다 더 길고(길이), 더 두꺼우 며(두께), 더 넓고(면적), 남자는 허리둘레로 여자는 가슴둘레로 체질량지수(BMI)를 가장 잘 예측할 수 있 다고 보고된다(Kim et al.
- 0%) 피부로 모두 평균 40% 이상의 신장률을 보였으며, 본 연구에서 선정된 다섯 부위 중 가장 적은 신장률을 보인 손목도 안쪽 굽힘 자세와 뒤로 젖힌 자세에서의 유의차 없이 평균 15% 이상의 피부신장률을 보여 주었다. 무릎과 팔꿈치는 인체 관절 중 가장 큰 가동범위를 가지고 있기 때문에 가장 큰 신장률을 보인 것은 충분히 예상 가능한 결과였으나 본 연구를 통해 이러한 최대신장률의 값을 정량화하였다는 점에서 의의가 크다. 특히 무릎의 경우 표준편차가 10%로 크고, 70%의 신장률을 보인 피험자도 있었으므로, 유연 전자섬유개발 시 안정적인 적용을 위해 약 1.
- 피부변형량을 측정하는 일반적인 방법으로는 크로스커트법, 날인법, 미연신사법 등이 사용되어 왔으나 본 연구에서 이러한 방법들 대신 피부에 직접 기준선을 그어 측정한 이유는 착용의복에 의한 잠재적 오차를 제거하고 피부의 직접적 변형량을 추정하기 위함이다. 본 연구에서는 펜을 이용하여 인체 각 부위별 관절의 정중앙 측정점을 기준으로 가로선과 세로선의 기준값으로 이루어진 직사각형을 직접 피부 표면에 그렸으며 각 부위별 직사각형의 면적은 25~323 cm2 로 정해졌다(Table 1). 인체 부위별 직사각형의 크기들은 직사각형의 직선 변형없이 최대로 그릴 수 있는 범위에서 선정되었다.
- 부위별 면적증가율이 가장 큰 부위는 팔꿈치로 93.7 ± 6.4% 였으며, 다음으로 무릎이 74.8 ± 10.8%로 두 번째로 큰 면적 증가율을 보였다.
- 부위별 피부 최대신장률과 체표면적 변화율 간 상관관계를 분석한 결과, 손목(안쪽 방향 굽힘), 손목(바깥 방향 굽힘) 및 목(앞으로 굽힘)에서 유의한 양의 상관관계가 발견된 반면(p<0.05), 목(옆으로 굽힘)과 무릎, 팔꿈치에서는 유의한 상관이 발견되지 않았다(Fig. 5).
- 부위별 피부의 최대신장률과 체표면적의 최대증가율 간 상관관계 분석을 통해 흥미로운 결과를 얻을수 있었다. 피부 최대신장률과 체표면적 증가율에서 가장 큰 변화율을 보였던 무릎과 팔꿈치 부위의 경우 모두 두 항목 간 유의한 상관관계가 발견되지 않았으나, 상대적으로 적은 변화율을 보였던 손목과 목 부위에서는 신장률과 면적 증가율 간 유의한 상관관계가 발견되었다.
- 다섯 부위 중 목 옆과 무릎은 표준편차가 10% 이상으로 피험자별 큰 차이를 나타내었다. 성별에 따른 면적 증가율의 차이를 분석해본 결과 다섯 부위 모두에서 유의한 성차는 발견되지 않았다(Fig. 4B).
- 2013). 이처럼 정지 자세 상태에서의 체형요소들(길이, 둘레, 면적)과 체질량 요소 (부피와 중량)에 뚜렷한 성차가 존재하지만, 본 연구 결과 동적 상태에서 피부의 신장률에 성차는 존재하지 않았다. 즉, 체형요소의 절대값에서는 성차가 있으나 이의 변화율, 즉 비율에서의 성차는 발견되지 않았다.
- 인체 부위별 체표면적 최대증가율을 수직 길이 변화량과 수평 길이 변화량을 이용하여 계산한 결과 부위별 유의한 차이를 보였다(p<0.05)(Fig. 4A).
- 피부 최대신장률과 체표면적 증가율에서 가장 큰 변화율을 보였던 무릎과 팔꿈치 부위의 경우 모두 두 항목 간 유의한 상관관계가 발견되지 않았으나, 상대적으로 적은 변화율을 보였던 손목과 목 부위에서는 신장률과 면적 증가율 간 유의한 상관관계가 발견되었다. 즉, 길이와 면적 간 상관은 변화율이 큰 부위보다 변화율이 적은 부위에서 발견되었다. 이처럼 변화율이 적은 부위에서 길이와 면적 간 유의한 상관이 발견된 이유는 특정 자세로 인해 이러한 부위들의 피부가 늘어날 경우 양방향 신장이 아니라 주로 단일 방향으로만 신장이 일어나기 때문이다.
- 그 결과 손목과 목 부위 피부는 평균 15% 이상, 상지와 하지의 대표 관절 부위인 팔꿈치와 무릎 부위 피부는 평균 40% 이상 신장됨을 확인하였다. 체표면적 변화율 역시 팔꿈치에서 평균 94%, 무릎에서 평균 74%증가를 보여, in vitro 상태에서 측정하여 보고된 기존 선행연구들의 값들보다 월등히 큰 변화 범위를 보여 주었다. 본 연구 결과 피부신장률과 체표면적 증가율 모두에서 유의한 성차는 발견되지 않았으나 이는 추후 다양한 체지방율 범위에 분포하는 남녀 피험자를 대상으로 추가 비교분석해 볼 필요가 있다.
- 체표면적의 증가율도 피부의 신장률과 유사한 경향을 보였으나, 부위별로 보다 세분화된 차이를 보여 팔꿈치에서 가장 큰 면적 증가율(93.7 ± 6.4%)을 보였다.
- 부위별 피부의 최대신장률과 체표면적의 최대증가율 간 상관관계 분석을 통해 흥미로운 결과를 얻을수 있었다. 피부 최대신장률과 체표면적 증가율에서 가장 큰 변화율을 보였던 무릎과 팔꿈치 부위의 경우 모두 두 항목 간 유의한 상관관계가 발견되지 않았으나, 상대적으로 적은 변화율을 보였던 손목과 목 부위에서는 신장률과 면적 증가율 간 유의한 상관관계가 발견되었다. 즉, 길이와 면적 간 상관은 변화율이 큰 부위보다 변화율이 적은 부위에서 발견되었다.
- 피부 최대신장률을 보인 부위는 팔꿈치(평균 ± SD: 43.8 ± 4.0%)와 무릎(42.6 ± 10.0%) 피부로 모두 평균 40% 이상의 신장률을 보였으며, 본 연구에서 선정된 다섯 부위 중 가장 적은 신장률을 보인 손목도 안쪽 굽힘 자세와 뒤로 젖힌 자세에서의 유의차 없이 평균 15% 이상의 피부신장률을 보여 주었다.
후속연구
- 또한 고온다습 혹은 저온건조 환경에서의 피부신장률을 분석하여 환경온습도의 영향을 파악하는 것도 후속 연구로서 의미가 있을 것이다. 관절 가동범위가 가장 큰 인체 부위를 선정하여 얻어진 본 연구 결과는 유연 전자섬유나 직물 형태의 플렉서블 센서 개발자들에게, 나아가 의료용 목적으로 인공피부를 개발하거나 피부재생 연구자들에게 유용한 정보로 활용될 수 있을 것이다.
- 즉, 가슴이나 손목, 발목, 목과 같은 부위에서의 생체반응 모니터링뿐만 아니라 이러한 생체정보들을 전달하는 회로로서 전신 어느 부위에건 확장 배치될 수 있다. 따라서 다양한 자세와 동작에서 가능한 인체 부위별 최대신장률의 범위를 조사하여, 이 범위를 만족하는 가용신장률을 갖는 전자섬유 개발을 제안하는 것이 타당할 것이다. 또한 체형과 피하지방 분포에는 기본적인 성차가 존재하기 때문에(Kim et al.
- 본 연구 결과 피부신장률과 체표면적 증가율 모두에서 유의한 성차는 발견되지 않았으나 이는 추후 다양한 체지방율 범위에 분포하는 남녀 피험자를 대상으로 추가 비교분석해 볼 필요가 있다. 또한 고온다습 혹은 저온건조 환경에서의 피부신장률을 분석하여 환경온습도의 영향을 파악하는 것도 후속 연구로서 의미가 있을 것이다. 관절 가동범위가 가장 큰 인체 부위를 선정하여 얻어진 본 연구 결과는 유연 전자섬유나 직물 형태의 플렉서블 센서 개발자들에게, 나아가 의료용 목적으로 인공피부를 개발하거나 피부재생 연구자들에게 유용한 정보로 활용될 수 있을 것이다.
- 체표면적 변화율 역시 팔꿈치에서 평균 94%, 무릎에서 평균 74%증가를 보여, in vitro 상태에서 측정하여 보고된 기존 선행연구들의 값들보다 월등히 큰 변화 범위를 보여 주었다. 본 연구 결과 피부신장률과 체표면적 증가율 모두에서 유의한 성차는 발견되지 않았으나 이는 추후 다양한 체지방율 범위에 분포하는 남녀 피험자를 대상으로 추가 비교분석해 볼 필요가 있다. 또한 고온다습 혹은 저온건조 환경에서의 피부신장률을 분석하여 환경온습도의 영향을 파악하는 것도 후속 연구로서 의미가 있을 것이다.
- 1975). 본 연구 결과는 온열적으로 쾌적한 환경온습도에서 측정되었으나, 인체가 덥고 습한 환경에 노출되는 경우, 혹은 피부 밀착 스마트 작업복 착용에 의해 과도한 땀이 유발되어 피부수분도가 증가하는 경우 부위별 피부의 최대신장률이 증가 할 수 있음을 시사하므로, 추후 고온다습 환경에서의 피부신장률에 대해 측정해 볼 필요가 있다.
- 본 연구결과는 20대 남녀를 비교한 결과이며, 고령이 될수록 피부가 얇아지고 피부신장률이 떨어지며(Pawlaczyk et al. 2013) 피부의 인장강도는 약해지 고(Edwards & Marks 1995) 체지방율은 증가하므로 (Kim et al. 2013), 피부신장률의 성차에 대한 논의는 연령대와 체지방율 범위를 확대하여 추가 분석해볼 필요가 있다.
- 본 연구에서 얻어진 피부 신장률의 부위별 차이를 이해하기 위해 피부에 고유하게 존재하는 랑거선(Langer’s line)을 언급할 필요가 있다.
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