[논문]외부 하중이 어깨관절의 능동적 재위치 검사 결과에 미치는 영향: 3차원 동작 분석 시스템을 이용한 예비연구

황지선; 황선홍

doi:10.12674/ptk.2018.25.2.071

외부 하중이 어깨관절의 능동적 재위치 검사 결과에 미치는 영향: 3차원 동작 분석 시스템을 이용한 예비연구
Effect of External Load on Shoulder Joint Active Relocation Using 3D Motion Capture System: A Pilot Study 원문보기

한국전문물리치료학회지 = Physical Therapy Korea, v.25 no.2, 2018년, pp.71 - 77

황지선 (호서대학교 일반대학원 물리치료학과) , 황선홍 (호서대학교 생명보건대학 물리치료학과, 호서대학교 기초과학연구소)

Abstract ▼ AI-Helper

Background: There are insufficient objective or quantitative evidence for the better intervention to improve proprioception particularly for the application of external load. There are conflicting opinions whether the external load is effective for proprioception improvement or not. Objects: The purpose of this study was to investigate effects of external load on proprioception of shoulder joint quantitatively using 3D motion capture system. Methods: Nine healthy adults joined for this study. They were asked to perform scapular plane abduction motion with attaching reflective markers on the trunk and upper limb. The 3D positions of finger marker, while they performed the same task with and without external load, were recorded and analyzed. Results: All participants showed decreased variable errors in the vertical direction when the external load was applied (p<.02). Even though other directions (y, z) and absolute errors increased, they did not have statistical significances. Conclusion: Based on this study results, the external load application would be effective for shoulder joint position sense improvement.

주제어

AI 본문요약
AI-Helper

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문제 정의

따라서 본 연구에서는 분절의 위치를 비교적 정확하게 직접 측정하기 위한 방법으로 3차원 동작분석 장치를 이용하여 외부부하 유무에 따른 어깨관절의 재위 검사를 실시하였다. 본 연구의 목적은 외부부하가 어깨관절 고유수용성감각에 미치는 영향을 분석하는 것이며, 연구 대상자들은 외부부하를 적용했을 때 더 향상된 고유수용성감각을 보일 것이라고 가정하였다.
정상인들에게는 40%의 부하가 고유수용성감각 증진에 효과를 발휘하지 못한다 하더라도 환자의 경우에는 효과가 있을 수 있기 때문에 추후 어깨관절 손상 환자를 대상으로 한 연구도 진행되어야 할 것이다. 또한 본 연구에서는 단순히 부하 적용 유무에 대한 효과만을 관찰하는 것을 목적으로 하였는데, 관절 움직임 훈련을 반복적으로 실시하는 것도 고유수용성감각 증진에 효과가 있다는 연구들도 있기 때문에(Salles 등, 2015), 부하 적용을 한 상태에서 관절 움직임 훈련을 병행하는 것에 대한 효과도 조사할 필요가 있다.
본 연구는 외부 부하 유무의 조건이 고유수용성감각 중 위치감각에 어떠한 영향을 미치는가에 대하여 분석하였다. 어깨관절 능동적 재위 검사 결과, 수직위치에 대해서는 향상된 관절 재위치 능력이 관찰되었다.
따라서 본 연구에서는 분절의 위치를 비교적 정확하게 직접 측정하기 위한 방법으로 3차원 동작분석 장치를 이용하여 외부부하 유무에 따른 어깨관절의 재위 검사를 실시하였다. 본 연구의 목적은 외부부하가 어깨관절 고유수용성감각에 미치는 영향을 분석하는 것이며, 연구 대상자들은 외부부하를 적용했을 때 더 향상된 고유수용성감각을 보일 것이라고 가정하였다.
무게 부하가 고유수용성 감각에 미치는 영향을 조사한 기존 연구들은 임상에서 널리 사용하는 검사방법(레이저 포인터나 눈금자를 이용한 방법)이 아닌 가상현실게임이나 외골격을 착용한 방식으로 검사되었다. 서론에서 밝혔듯이 고유수용성감각을 검사하는 방법과 장치들은 여러 가지가 있는데, 본 연구에서는 임상에서 사용하는 방식과 유사하면서도 좀 더 정확한 정량적 결과를 획득하기 위하여 손가락 위치 좌표를 3차원 모션캡처 장치를 사용하여 측정하였다. 이 방법은 임상에서 쉽게 적용 가능한 검사법은 아니지만 능동적 재현 검사에 대한 기존의 검사 방법에 비하여 상대적으로 쉬우면서도 정확성과 객관성을 확보할 수 있는 방법이라고 판단된다.

제안 방법

각 조건의 동작들은 3회 이상 반복 측정을 실시하였고, 기준위치를 정하기 위한 동작은 측정 전 연습을 2∼3회 실시하였다.
대상자는 마커 부착 후 똑바로 선 자세에서 편안한 속도로 어깨관절 굽힘 90도, 바깥돌림 45도 동작인 어깨뼈 면 벌림(scapular plane abduction or scaption)자세를 취하고 3초 정도 유지하도록 요구되었다. 이때 측정된 손가락 마커의 3차원 위치 좌표가 기준위치로 정의되었다.
본 연구에서는 팔꿈치 관절 움직임을 제한하였기 때문에 손가락 마커 위치를 어깨관절 재위 검사의 주요변인으로 사용하였다. 3차원 동작분석 장치가 고가이며 측정이 번거로운 단점이 있으므로 임상에서 사용하기에 최대한 간편한 방법으로 손가락 마커 하나만의 3차원 위치를 분석대상으로 하였다.
손가락 끝의 위치와 어깨관절 각도를 관찰하기 위하여 6대의 적외선 카메라(Kestrel digital, MotionAnalysis Co. Ltd, USA)와 동작분석 소프트웨어(Cortex, MotionAnalysis, Co. Ltd, USA)를 이용하였다. 대상자의 우세측 상지와 몸통에는 Wu 등(2005)의 정의를 참조하여 총 11개의 반사마커를 부착하였으며 마커의 위치정보는 120 ㎐의 샘플링율로 측정되었다.
이때 측정된 손가락 마커의 3차원 위치 좌표가 기준위치로 정의되었다. 이후 대상자의 시각만을 차단 한 후에 위에서 실시한 어깨관절의 위치를 기억을 바탕으로 재현하도록 하였고, 시각 차단과 손목에 2 ㎏ 모래주머니를 착용한 상태에서도 동일한 동작을 취하도록 요구하였다. 각 조건의 동작들은 3회 이상 반복 측정을 실시하였고, 기준위치를 정하기 위한 동작은 측정 전 연습을 2∼3회 실시하였다.

대상 데이터

20대 건강한 성인 9명이 본 연구를 위하여 자발적으로 참여하였다(9 females, 22±1 yr, 160.0±4.0 ㎝, 53.2±6.4 ㎏).
본 연구에서는 팔꿈치 관절 움직임을 제한하였기 때문에 손가락 마커 위치를 어깨관절 재위 검사의 주요변인으로 사용하였다. 3차원 동작분석 장치가 고가이며 측정이 번거로운 단점이 있으므로 임상에서 사용하기에 최대한 간편한 방법으로 손가락 마커 하나만의 3차원 위치를 분석대상으로 하였다. 관절각도는 마커의 위치좌표를 이용하여 계산되는 것이므로 어깨관절을 대상으로 한 절대, 변인오차 분석결과도 본 결과와 유사할 것이라고 예상된다.
본 연구의 실험 프로토콜은 호서대학교 연구윤리위원회의 심의를 거처 승인되었으며(approval number: 1041231-160921-HR-046-02), 참여한 대상자들은 실험 전 모두 자발적 참여 동의서에 서명하였다. 연구대상자의 선정기준은 정신적 인지에 문제가 없는 자, 특별한 어깨 질환이 없는 자, 통증이나 심각한 신경계 및 근골격계 질병이 없는 자를 대상으로 선정하였고 극심한 어깨 통증을 호소하는 자, 1년 이내에 어깨 재활수술을 경험한 자, 만성적인 어깨 통증을 호소하는 자, 어깨관절의 벌림 운동범위가 120도 미만인 자는 제외하였다. 실험에 참가한 대상자들의 특성은 Table 1과 같다.

데이터처리

마커의 3차원 위치 좌표는 대상자가 바라보는 전방이 X축, 좌우(또는 내외) 방향이 Y축, 상하(또는 수직) 방향이 Z축으로 실험실의 전역좌표계를 기준으로 정의되었다. 능동적 재위치 검사 (ART) 결과로 손가락 마커의 (1) 기준 위치, (2) 시각 차단 후 위치, (3) 시각 차단과 부하 적용 후 위치 결과 값들에서 평균 위치를 각각 계산하였고, 기준 위치 (1)로부터 각각 두 조건 (2), (3) 에 대한 절대 오차(absolute error)와 변인오차 (variable error)를 계산하였다(신뢰구간 95%). 부하 적용 시 고유수용성 감각에 유의한 차이가 있는지는 검증하기 위하여 부하유무에 따른 절대 및 변인오차들의 평균을 비교하였는데 3∼5회 평균값을 비교하므로 비모수검정인 Wilcoxon signed rank test (유의수준 .
05)를 실시하였다. 본 연구에서 측정된 자료에 대한 통계분석은 SPSS ver. 20(IBM Corp., Armonk, NY, USA)를 사용하여 처리하였다.
부하 적용 시 고유수용성 감각에 유의한 차이가 있는지는 검증하기 위하여 부하유무에 따른 절대 및 변인오차들의 평균을 비교하였는데 3∼5회 평균값을 비교하므로 비모수검정인 Wilcoxon signed rank test (유의수준 .05)를 실시하였다.

이론/모형

Ltd, USA)를 이용하였다. 대상자의 우세측 상지와 몸통에는 Wu 등(2005)의 정의를 참조하여 총 11개의 반사마커를 부착하였으며 마커의 위치정보는 120 ㎐의 샘플링율로 측정되었다. 외부 부하는 대상자의 손목에 2 ㎏의 모래주머니를 착용하도록 하였다.

성능/효과

이중 3명의 대상자는(대상자 1, 7, 8) 세 방향(x, y, z) 모두에서 변인오차의 유의한 감소를 보였다 (Table 2). 2명의 대상자는(대상자 1, 5) 부하를 가했을때 변인오차 뿐만 아니라 세 방향의 절대오차도 감소하였으나 통계적으로 유의하지는 않았고, 부하를 적용 했을 때와 적용하지 않았을 때 모두 그 오차 값이 매우 컸다(Table 2, Table 3).
본 연구는 예비연구로 참여한 대상자들의 표본수가 작고, 모집된 대상자들의 성별이 모두 여성들이었기 때문에 결과를 일반화하기 어려운 한계가 있다. 9명의 대상자들 중에서 부하적용 시 절대오차 감소를 보인 대상자도 있었고, 중력방향이 아닌 전후 방향이나 좌우 방향의 변인오차 감소를 보인 대상자도 있었다. 뿐만 아니라 부하적용 시 오히려 오차가 증가하는 대상자들도 있었다.
어깨관절 능동적 재위 검사 결과, 수직위치에 대해서는 향상된 관절 재위치 능력이 관찰되었다. 따라서 본 연구의 결과를 외부 부하가 고유수용성감각 증진에 도움이 된다는 정량적, 임상적 근거로 삼을 수 있다고 판단된다. 이 결과를 바탕으로 추후, 부하를 적용한 운동법을 고안하고, 환자군을 포함하는 더 큰 표본을 대상으로 한 조사가 진행된다면 고유수용성감각 증진훈련에 대한 임상적 근거 마련에 더 큰 기여를 할 것으로 사료된다.
본 연구의 결과는 중력방향의 위치감각에 대해서 반복적 재위 능력 향상에 효과가 있는 것으로 요약할 수 있다. 부하를 가했을 때 절대오차가 감소하는 경우는 드물었지만, 비록 기준 위치에서 벗어난 위치로 어깨관절을 위치시켰다 하더라도 부하의 방향(중력방향)에 대해서는 비교적 비슷한 위치까지 반복적으로 어깨관절을 움직이는 능력은 향상되었다고 볼 수 있을 것이다.
본 연구는 외부 부하 유무의 조건이 고유수용성감각 중 위치감각에 어떠한 영향을 미치는가에 대하여 분석하였다. 어깨관절 능동적 재위 검사 결과, 수직위치에 대해서는 향상된 관절 재위치 능력이 관찰되었다. 따라서 본 연구의 결과를 외부 부하가 고유수용성감각 증진에 도움이 된다는 정량적, 임상적 근거로 삼을 수 있다고 판단된다.
외부 부하를 가했을 때 9명의 대상자들 모두 중력방향(z)의 손가락 마커 위치에 대한 변인오차가 유의하게 감소하였다. 이중 3명의 대상자는(대상자 1, 7, 8) 세 방향(x, y, z) 모두에서 변인오차의 유의한 감소를 보였다 (Table 2).

후속연구

한 선행연구에서는 관절위치감각과 힘 감각의 연관성이 관절 각도마다 다르게 나타났다고 보고 하였는데(Phillips 등, 2018) 또 다른 연구에서는 힘 감각과 관절 위치 감각은 서로 상관성이 없다고도 보고하였다(Kuling 등, 2013; Marini 등, 2017;Niespodziński 등, 2018). 따라서 증진 시키고자 하는 고유수용성감각의 종류에 따라 적절한 자세 및 훈련방법을 선택한 후 그에 따른 적절한 정량적 평가 방법을 선택한다면, 외부 부하를 적용한 운동이 고유수용성감각 에 미치는 영향을 좀 더 정확하고 객관적으로 조사할 수 있을 것이다.
그러나 어깨관절의 관절각도 결과를 포함하지 않은 제한점이 여전히 남아있다. 따라서 추후 본연구에서는 어깨관절 각도를 대상으로 본 연구에서와 동일한 분석을 실시하여 그 결과도 포함시킬 계획이다.
본 연구는 예비연구로 참여한 대상자들의 표본수가 작고, 모집된 대상자들의 성별이 모두 여성들이었기 때문에 결과를 일반화하기 어려운 한계가 있다. 9명의 대상자들 중에서 부하적용 시 절대오차 감소를 보인 대상자도 있었고, 중력방향이 아닌 전후 방향이나 좌우 방향의 변인오차 감소를 보인 대상자도 있었다.
따라서 증진 시키고자 하는 고유수용성 감각의 종류에 따라 운동방법이 달라져야 한다(Clark 등, 2015). 본 연구의 대상이었던 외부 부하는 관절위치 감각 보다는 힘 감각에 더 민감한 영향을 미칠 것이기 때문에 힘 감각의 증진 효과에 대한 정량적 평가 방법 또한 고려되어야 한다. 한 선행연구에서는 관절위치감각과 힘 감각의 연관성이 관절 각도마다 다르게 나타났다고 보고 하였는데(Phillips 등, 2018) 또 다른 연구에서는 힘 감각과 관절 위치 감각은 서로 상관성이 없다고도 보고하였다(Kuling 등, 2013; Marini 등, 2017;Niespodziński 등, 2018).
연구 대상자들은 선행연구들처럼 정상인을 대상으로 하였는데 고유수용성감각에 이상이 없는 정상인들도 짧은 기간의 훈련으로 향상된 고유수용성감각 기능을 보였다는 선행연구(Clark 등, 2015)를 참조하여 본 연구의 결과를 해석해야 할 것으로 사료된다. 정상인들에게는 40%의 부하가 고유수용성감각 증진에 효과를 발휘하지 못한다 하더라도 환자의 경우에는 효과가 있을 수 있기 때문에 추후 어깨관절 손상 환자를 대상으로 한 연구도 진행되어야 할 것이다.
부하를 가했을 때 절대오차가 감소하는 경우는 드물었지만, 비록 기준 위치에서 벗어난 위치로 어깨관절을 위치시켰다 하더라도 부하의 방향(중력방향)에 대해서는 비교적 비슷한 위치까지 반복적으로 어깨관절을 움직이는 능력은 향상되었다고 볼 수 있을 것이다. 위 결과를 바탕으로 부하를 각 방향(x, y, z)으로 적용 시킨다면 모든 방향의 관절 재위 능력 향상에 도움이 될 것이라 예상할 수 있다.
따라서 본 연구의 결과를 외부 부하가 고유수용성감각 증진에 도움이 된다는 정량적, 임상적 근거로 삼을 수 있다고 판단된다. 이 결과를 바탕으로 추후, 부하를 적용한 운동법을 고안하고, 환자군을 포함하는 더 큰 표본을 대상으로 한 조사가 진행된다면 고유수용성감각 증진훈련에 대한 임상적 근거 마련에 더 큰 기여를 할 것으로 사료된다.
뿐만 아니라 부하적용 시 오히려 오차가 증가하는 대상자들도 있었다. 이러한 결과들에서는 비록 통계적 유의성이 발견되지 못하였다 하더라도 부하 적용에 대한 효과가 개인마다 차이가 있을 것임을, 특히 치료현장에서는, 면밀히 고려해야 할 것으로 판단된다.
연구 대상자들은 선행연구들처럼 정상인을 대상으로 하였는데 고유수용성감각에 이상이 없는 정상인들도 짧은 기간의 훈련으로 향상된 고유수용성감각 기능을 보였다는 선행연구(Clark 등, 2015)를 참조하여 본 연구의 결과를 해석해야 할 것으로 사료된다. 정상인들에게는 40%의 부하가 고유수용성감각 증진에 효과를 발휘하지 못한다 하더라도 환자의 경우에는 효과가 있을 수 있기 때문에 추후 어깨관절 손상 환자를 대상으로 한 연구도 진행되어야 할 것이다. 또한 본 연구에서는 단순히 부하 적용 유무에 대한 효과만을 관찰하는 것을 목적으로 하였는데, 관절 움직임 훈련을 반복적으로 실시하는 것도 고유수용성감각 증진에 효과가 있다는 연구들도 있기 때문에(Salles 등, 2015), 부하 적용을 한 상태에서 관절 움직임 훈련을 병행하는 것에 대한 효과도 조사할 필요가 있다.

질의응답

핵심어	질문	논문에서 추출한 답변
	대표적인 고유수용성감각 평가방법에는 무엇이 있는가?	대표적인 고유수용성감각 평가방법에는 수동움직임역치검사(threshold detection of passive motion;TTDPM), 관절위치재현(joint position reproduction;JPR), 능동움직임 크기 식별 검사(active movement extent discrimination assessment; AMEDA) 3가지가 있다(Han 등, 2016). 위 3가지 평가 방법은 공통적으로 특별한 기계장치를 필요로 하며 이 장치는 기준위치 (target position)를 대상자로 하여금 경험시킨 후 그 기준위치를 시각정보가 차단된 상태에서 재현하도록 하고 있다.
	고유수용성감각 평가방법 3가지의 공통적 특징은 무엇인가?	대표적인 고유수용성감각 평가방법에는 수동움직임역치검사(threshold detection of passive motion;TTDPM), 관절위치재현(joint position reproduction;JPR), 능동움직임 크기 식별 검사(active movement extent discrimination assessment; AMEDA) 3가지가 있다(Han 등, 2016). 위 3가지 평가 방법은 공통적으로 특별한 기계장치를 필요로 하며 이 장치는 기준위치 (target position)를 대상자로 하여금 경험시킨 후 그 기준위치를 시각정보가 차단된 상태에서 재현하도록 하고 있다. 그 중 JPR은 기계장치가 기준위치로 움직여 주기 때문에 수동적 재현 검사(passive relocation test)로도 불린다.
	고유수용성감각이란 무엇인가?	고유수용성감각(proprioceptive sense)은 3차원 공간 에서 신체 분절의 위치와 움직임을 결정짓기 위해 기계적 감각 수용기(mechanoreceptor)로 부터 전달된 감각 신호를 통합하는 개별능력으로 정의된다. 다시 말하면, 고유수용성 감각이란 단순히 감각 수용기만을 지칭하는 생리학적 특징만을 의미하는 것이 아니라 감각 신호를 통합하는 중추신경계의 심리적 기능까지도 포함하는 포괄적인 개념이다.

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표제어: PCR

동의어: Packet Collision Rate

용어 설명 출처 목록 (6)

용어 설명: PCR은 세균 특이성이 있는 primer를 이용하여 적은 수의 세균이 있을지라도 쉽게 검출할 수 있는 유용한 방법이며, 이를 이용하여 구강 내 치면세균막이나 타액에서 직접 세균을 검출할 수 있게 되었다[8].

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