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요추 관절가동범위와 신체압력중심을 이용한 신체균형능력 분석 및 훈련 콘텐츠
Analysis and Training Contents of Body Balance Ability using Range of Motion of Lumbar Spine and Center of Body Pressure 원문보기

The journal of the institute of internet, broadcasting and communication : JIIBC, v.19 no.1, 2019년, pp.279 - 287  

구세진 (한국산업기술대학교, 컴퓨터공학과) ,  김동연 (한국산업기술대학교, 컴퓨터공학과) ,  신성욱 (한국산업기술대학교, 컴퓨터공학과) ,  정성택 (한국산업기술대학교, 컴퓨터공학과)

초록
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본 논문에서는 신체의 움직임 정보와 족압 분포의 변화를 측정하여 신체 균형 능력을 분석하고자 하였다. 그래서 관성측정장치와 FSR 센서를 사용하여 관절가동범위와 신체압력중심을 측정하고 분석할 수 있는 프로그램을 개발하였고, 이에 대한 결과를 바탕으로 균형 능력 개선에 도움을 줄 수 있는 콘텐츠를 제작하였다. 이 프로그램에서 측정된 관절가동범위와 신체압력중심의 정량적인 값을 실시간으로 시각화하여 사용자가 결과를 쉽게 알 수 있도록 하였다. 또한 콘텐츠는 측정된 균형정보를 바탕으로 난이도가 조절되며 균형능력을 개선하고자 하는 방향에 맞춰 수행할 수 있도록 제작되었다. 이것은 사용자의 동작에 따라 움직이는 물체를 보면서 진행하는 시각 되먹임 방법을 이용하여 집중력과 참여의지를 높여 더욱 효과적인 균형 훈련 결과를 기대할 수 있다.

Abstract AI-Helper 아이콘AI-Helper

In this paper, we attempted to analyze the balance ability of the body by measuring changes in body motion and plantar pressure distribution. So we developed a program that can measure and analyze range of motion and center of body pressure using inertial measurement unit(IMU) and FSR(Force Sensing ...

주제어

표/그림 (5)

AI 본문요약
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문제 정의

  • 여기서 코어 근육은 인체 중심의 안정성 획득에 중요한 역할을 하는 척추, 배, 골반 주위 근육들을 의미한다[14]. 그래서 본 연구에서의 재활 훈련 콘텐츠를 코어 근육 강화 운동과 관련된 내용으로 설계하여 더욱 효과적인 균형 능력 향상을 돕고자 하였다.
  • 본 논문은 균형능력 평가에 사용되는 기존의 장비들의 문제점으로 지적하고 있는 고가의 장비 및 측정 장소에 대한 기회비용을 최소화하고자 하였다. 이를 위하여 소형화되고 저렴한 관성측정장치와 압력센서를 사용하여 척추 질환자들이 간편하면서 정량적으로 평가할 수 있는 소프트웨어를 개발하였다.
  • 개발된 콘텐츠는 인체 중심의 안정성에 중요한 역할을 하는 코어 근육 강화 운동이 가능하도록 설계하였으며, 균형 훈련에서 효과가 높다고 알려진 시각적 되먹임을 이용하여 기능성 게임 형태로 훈련할 수 있도록 하였다. 사용자의 동작에 맞춰 움직이는 물체를 보고 요추의 유연성과 신체중심 이동 훈련 게임을 진행하는 과정에서 재미를 느끼고 집중력과 참여의지를 높여 지속적인 훈련을 통한 효율적인 균형능력 개선이 가능하도록 하고자 하였다. 전체적으로 콘텐츠 수행은 측정 프로그램에서 얻어진 결과를 기준으로 설정되는 난이도와 신체 균형을 개선하고자 하는 훈련 방향 설정을 한 후 진행할 수 있으며, 훈련 전후에 대하여 정량적으로 균형능력 개선정도를 확인이 가능하기 때문에 사용자들은 훈련에 대한 성취감과 만족감을 가질 수 잇을 것이다.
  • 압력센서를 이용하여 신체압력중심을 측정할 수 있는 프로그램을 개발하여 사용자의 COP 위치와 신체 균형의 틀어짐을 쉽게 알 수 있도록 하였다. 이 프로그램 수행 결과는 균형 능력 평가로 활용할 수 있으며, 이를 바탕으로 사용자의 신체 균형 개선을 위한 맞춤형 훈련이 가능하도록 콘텐츠를 개발하였다.
  • 이와 같은 연구 결과들을 바탕으로 본 연구에서는 장소에 구애 받지 않고 저렴한 가격의 장비를 활용하여 많은 척추 질환자들이 쉽게 사용할 수 있는 방법을 제안하고자 한다. 최근 저렴하고 소형화된 센서들 중에 신체의 움직임 정보를 쉽게 측정하고 분석할 수 있는 관성측정장치(IMU: Inertial Measurement Unit)와 압력판에 사용되는 센서보다 훨씬 저렴한 FSR(Force-sensing resistor) 센서를 사용하여 신체 균형능력을 정량적으로 측정하여 평가하고자 하였다.
  • 또한 FSR센서는 신체 자세를 유지하기 위한 특정 신체부위의 움직임, 근육의 동작 등을 분석하거나 양발이 지면을 누르는 신체 압력중심(COP : Center of Pressure)의 실시간 위치 이동을 분석하여 정량적으로 균형 능력을 측정하는데 사용하였다. 추가적으로 정량화된 환자의 균형능력 정보를 바탕으로 환자 맞춤형 기능성 게임을 구현함으로써 흥미를 유발시키고 재활의 참여도와 집중력을 높여 효과적인 재활 훈련을 돕고자 하였다.
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질의응답

핵심어 질문 논문에서 추출한 답변
정적균형능력이란? 이들 중에 균형 능력은 신체자세와 균형을 조절하는 일상생활활동을 위한 과제들의 가장 기본이 되는 필수 요소이기 때문에 이에 대한 정확한 진단 평가와 재활 훈련 방법 연구가 요구되고 있다[4]. 일반적으로 균형능력은 정적균형능력과 동적균형능력으로 구분하고 있으며, 정적균형능력은 고정된 지면에서 신체의 균형을 유지하는 능력이고 동적균형능력은 보행동작을 수행하는 동안에 균형을 유지하는 능력을 의미한다[5].
신체 균형 능력을 분석하기 위해 개발 된 프로그램은? 본 논문에서는 신체의 움직임 정보와 족압 분포의 변화를 측정하여 신체 균형 능력을 분석하고자 하였다. 그래서 관성측정장치와 FSR 센서를 사용하여 관절가동범위와 신체압력중심을 측정하고 분석할 수 있는 프로그램을 개발하였고, 이에 대한 결과를 바탕으로 균형 능력 개선에 도움을 줄 수 있는 콘텐츠를 제작하였다. 이 프로그램에서 측정된 관절가동범위와 신체압력중심의 정량적인 값을 실시간으로 시각화하여 사용자가 결과를 쉽게 알 수 있도록 하였다.
척추질환의 신체적 영향은? 현대인들의 신체활동이 감소된 생활 습관은 여러 가 지 척추질환을 발병시키고 있으며, 이로 인한 통증은 사 회 활동을 어렵게 하거나 의료비의 증가로 심각한 사회 경제적 손실을 초래하고 있다[1]. 척추질환은 외형적인 신 체변화, 요통, 심폐기능 장애와 같은 합병증을 유발 할 뿐 만 아니라 주변 장기들의 기능 장애를 일으켜 수명 단축에도 영향을 끼칠 수 있다[2]. 또한 요추의 불안정으로 발생하는 만성요통은 허리부분의 움직임과 신체의 안정성이 감소하거나 근력과 지구력, 유연성에 문제가 발생되어 운동반응 저하로 인한 균형 능력의 문제와 만성 통증 질환을 수반할 수 있다[3].
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참고문헌 (18)

  1. M.C. Jensen, M.N, Brant-Zawadzki, N. Obuchowski, M.T. Modic, D. Malkasian, J.S. Ross, "Magnetic resonance imaging of the lumbar spine in people without back pain", New England Journal of Medicine, Vol. 331, No. 2, pp. 69-73, July 1994. DOI: https://doi.org/10.1056/NEJM199407143310201 

  2. R. Cailliet, "Exercise for scoliosis, Therapeutic exercise", Baltimore Williams and Wilkins, 1983. 

  3. K. M. Alexander, T. L. Kinney LaPier, "Differences in static balance and weight distribution between normal subjects and subjects with chronic unilateral low back pain", Journal of orthopaedic & sports physical therapy, Vol. 28, No. 6, pp. 378-383, Dec 1998. DOI: https://doi.org/10.2519/jospt.1998.28.6.378 

  4. M . E. Tinetti, D . I. Baker, G . McAvay, E. B. Claus, P. Garrett, M. Gottschalk, R. I. Horwitz, "A multifactorial intervention to reduce the risk of falling among elderly people living in the community", New England Journal of Medicine, Vol. 331, No. 13, pp. 821- 827, Sept 1994. DOI: https://doi.org/10.1056/NEJM199409293311301 

  5. S. B. O'Sullivan, T. J. Schmitz, G. Fulk, "Physical rehabilitation", FA Davis, 2013. 

  6. P. W. Duncan, D. K. Weiner, J. Chandler, S. Studenski, "Functional reach: a new clinical measure of balance", Journal of gerontology, Vol. 45, No. 6, pp. 192-197, Nov 1990. DOI: https://doi.org/10.1093/geronj/45.6.M192 

  7. Gribble, P. A., Hertel, J., Plisky, P., "Using the Star Excursion Balance Test to assess dynamic postural-control deficits and outcomes in lower extremity injury: a literature and systematic review", Journal of athletic training, Vol. 47, No. 3, pp. 339-357, May/Jun 2012. DOI: https://doi.org/10.4085/1062-6050-47.3.08 

  8. Jeong-Lae Kim, "Analysis of Posture Balance System of using Multi-parameter after Exercising", The Journal of The Institute of Internet, Broadcasting and Communication, Vol. 11, No. 5, pp. 145-150, Oct 2011. 

  9. Seung-Kyum Park, Jeong-Pil Lee, Sung-Yong Chun, Sang-Hoon Kim, Hee-Jung Jung, Bong-Kewn Lee, Jae-Kewn Oh, "Physical Science : Effects of Gymnastic Ball Exercise on Activity of Low Back Muscle in the Chronic Low Back Pain Patients", Koera Sports Research, Vol. 18, No. 2, pp. 757-766, Apr 2007. 

  10. S. F. Nadler, G. A. Malanga, L. A. Bartoli, J. H. Feinberg, M. Prybicien, M. DePrince, "Hip muscle imbalance and low back pain in athletes: influence of core strengthening", Medicine & Science in Sports & Exercise, Vol. 34, No. 1, pp. 9-16, Jan 2002. 

  11. C. L. Hubley-Kozey, M. J. Vezina, "Muscle activation during exercises to improve trunk stability in men with low back pain", Archives of physical medicine and rehabilitation, Vol. 83, No. 8, pp. 1100-1108, Aug 2002. DOI: https://doi.org/10.1053/apmr.2002.33063 

  12. Hye-Lim Ahn, Mi-Suk Shin, "The Effect of Sling Exercise Therapy on Pain Decrease and Muscle Strengthening for Low Back Pain Paitents", Journal of Korean Medicine Rehabilitation, Vol. 17, No. 4, pp. 167-174, 2007 

  13. P. W. Brill, G. S. Couzen, "The core program. 1st ed", Bantam Book, 2002. 

  14. C. Kisner, L. A. Colby, "Therapeutic exercise : Foundations and techniques 4", F. A. Davis, 2002. 

  15. Chang-Joo Lim, Sung-Taek Chung, Dae-Woon Lim, Yun-Guen Jeong,"Development of Motion based Serious Game: "Falling" case study", Journal of The Korean Society for Computer Game, Vol. 25, No. 1, pp. 117-125, Mar 2012. 

  16. D. Fitzgerald, N. Trakarnratanakul, B. Smyth, B. Caulfield, "Effects of a wobble board-based therapeutic exergaming system for balance training on dynamic postural stability and intrinsic motivation levels" journal of orthopaedic & sports physical therapy, Vol. 40, No. 1 , pp. 11-19, Jan 2010. DOI: https://doi.org/10.2519/jospt.2010.3121 

  17. R. A. Geiger, J. B. Allen, J. O'Keefe, R. R. Hicks, "Balance and Mobility Following Stroke: Effects of Physical Therapy Interventions With and Without Biofeedback/Forceplate Training", Physical Therapy, Vol. 81, No. 4, pp. 995-1005, Apr 2001. 

  18. L. Rocchi, L. Chiari, A. Cappello, "Feature selection of stabilometric parameters based on principal component analysis", Medical and Biological Engineering and Computing, Vol. 42, No. 1, pp. 71-79, Jan 2004. DOI: https://doi.org/10.1053/apmr.2002.33063 

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