VR-HMD를 활용한 불안정 지지면 운동이 기능적 발목 불안정성에 미치는 영향 The Effect of Unstable Supporting Exercise in Young Adults with Functional Ankle Instability when Training with a Virtual Reality-Head Mounted Display System원문보기
Purpose: This study was an investigation of the effect of unstable supporting exercise in young adults with functional ankle instability. The study tested the use of a jumper and virtual reality (VR) training via a VR-head mounted display (HMD) system to provide functional improvement in propriocept...
Purpose: This study was an investigation of the effect of unstable supporting exercise in young adults with functional ankle instability. The study tested the use of a jumper and virtual reality (VR) training via a VR-head mounted display (HMD) system to provide functional improvement in proprioception, range of motion (ROM), ankle muscle strength, agility, and balance. Methods: The subjects comprised 61 young adults (in their twenties) with functional ankle instability to decide as less than 24 points using Cumberland ankle instability tool. The subjects were divided into three groups: VUS (VR-HMD and unstable supporting exercise, n = 20), VSS (VR-HMD and stable supporting exercise, n = 19), and NUS (non-VR-HMD and unstable supporting exercise, n = 22). The exercise program was conducted three times per week for three weeks. VR training via a VR-HMD system and a VR application on a smart mobile device were used with the VUS and VSS groups, and unstable supporting exercise was used in the VUS and NUS groups for 30 minutes. Proprioception, ROM, ankle muscle strength, agility, and balance were measured before and after training. Results: The VUS group showed significant differences in most results, including proprioception, ROM, ankle muscle strength, agility, and balance to compare before and after, and the VSS and NUS groups partially. Moreover, the VUS group had significant differences in most results when compared with the other groups. Conclusion: Unstable supporting exercise and VR training via a VR-HMD system improved functional ankle instability in terms of proprioception, ROM, ankle muscle strength, agility, and balance.
Purpose: This study was an investigation of the effect of unstable supporting exercise in young adults with functional ankle instability. The study tested the use of a jumper and virtual reality (VR) training via a VR-head mounted display (HMD) system to provide functional improvement in proprioception, range of motion (ROM), ankle muscle strength, agility, and balance. Methods: The subjects comprised 61 young adults (in their twenties) with functional ankle instability to decide as less than 24 points using Cumberland ankle instability tool. The subjects were divided into three groups: VUS (VR-HMD and unstable supporting exercise, n = 20), VSS (VR-HMD and stable supporting exercise, n = 19), and NUS (non-VR-HMD and unstable supporting exercise, n = 22). The exercise program was conducted three times per week for three weeks. VR training via a VR-HMD system and a VR application on a smart mobile device were used with the VUS and VSS groups, and unstable supporting exercise was used in the VUS and NUS groups for 30 minutes. Proprioception, ROM, ankle muscle strength, agility, and balance were measured before and after training. Results: The VUS group showed significant differences in most results, including proprioception, ROM, ankle muscle strength, agility, and balance to compare before and after, and the VSS and NUS groups partially. Moreover, the VUS group had significant differences in most results when compared with the other groups. Conclusion: Unstable supporting exercise and VR training via a VR-HMD system improved functional ankle instability in terms of proprioception, ROM, ankle muscle strength, agility, and balance.
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문제 정의
따라서 VR-HMD를 이용한 시청각적 자극을 동반한 불안정 지지면에서의 운동이 기능적 발목 불안정성에 어떠한 영향을 미치는지 알아보자 하였다.
만성적 발목 불안정성은 반복적인 발목 손상을 야기함으로써 발목 주변의 연부조직과 근골격을 약화시키며, 이로 인해 신체 전체의 안정감을 감소시키고, 고유수용성 감각을 저하시키는 등 기능적 장애에 노출시킨다. 따라서 본 연구에서는 불안정 지지면을 적용한 균형운동 시 VR-HMD를 활용한 과제 지향적 접근을 통해, 동기를 유발시키고 운동 집중력을 향상시켜 기능적 발목 불안정성을 개선시키고자 하였다.
제안 방법
선정된 대상자들을 VR-HMD (VR box, Max, China)를 착용하고 불안정 지지면에서 운동하는 VR-HMD+unstable surface (VUS)군 20명, VR-HMD를 착용하고 안정 지지면에서 운동하는 VR-HMD+stable surface (VSS)군 19명, VR-HMD를 착용하지 않고 불안정지지면에서 운동하는 none VR-HMD+unstable surface (NUS)군 22명으로 각 집단에 무작위로 배정하였다. VUS군과 VSS군, NUS군 모두 주 3회 3주간 총 9회에 걸쳐 운동프로그램을 적용한 후 사전검사와 같은 방법으로 사후검사를 실시하여 전, 후 차이를 알아보았다. 3개의 군 모두 준비운동 5분, 본 운동 20분, 마무리 운동 5분으로 구성하였다.
모집된 연구 대상자 총 61명에게 사전평가로 한발서기 검사, Y-balance 검사, 균형 감각 측정 검사, 발목근력 측정 검사, 발목 고유 감각 측정 검사, 관절가동범위(range of movement, ROM) 검사를 실시하였다. 선정된 대상자들을 VR-HMD (VR box, Max, China)를 착용하고 불안정 지지면에서 운동하는 VR-HMD+unstable surface (VUS)군 20명, VR-HMD를 착용하고 안정 지지면에서 운동하는 VR-HMD+stable surface (VSS)군 19명, VR-HMD를 착용하지 않고 불안정지지면에서 운동하는 none VR-HMD+unstable surface (NUS)군 22명으로 각 집단에 무작위로 배정하였다.
본 연구는 2017년 8월 28일부터 9월 29일까지 성남 소재 E 대학교에서 기능적 발목 불안정성을 가진 대상자를 선별하여 VR-HMD를 착용하고 불안정 지지면에서 운동하는 20명, VR-HMD를 착용하고 안정 지지면에서 운동하는 19명, VR-HMD를 착용하지 않고 불안정 지지면에서 운동하는 22명으로 나누고 중재 전⋅후로 고유수용감각, 근력, 균형능력을 측정하였다. 본 연구의 내용을 종합해 볼 때, 가상현실의 시각적 자극을 제공한 운동은 고유수용감각, 근력, 균형능력을 보다 향상시켜 기능적 발목 불안정성에 긍정적 효과를 가지는 것으로 생각된다.
모집된 연구 대상자 총 61명에게 사전평가로 한발서기 검사, Y-balance 검사, 균형 감각 측정 검사, 발목근력 측정 검사, 발목 고유 감각 측정 검사, 관절가동범위(range of movement, ROM) 검사를 실시하였다. 선정된 대상자들을 VR-HMD (VR box, Max, China)를 착용하고 불안정 지지면에서 운동하는 VR-HMD+unstable surface (VUS)군 20명, VR-HMD를 착용하고 안정 지지면에서 운동하는 VR-HMD+stable surface (VSS)군 19명, VR-HMD를 착용하지 않고 불안정지지면에서 운동하는 none VR-HMD+unstable surface (NUS)군 22명으로 각 집단에 무작위로 배정하였다. VUS군과 VSS군, NUS군 모두 주 3회 3주간 총 9회에 걸쳐 운동프로그램을 적용한 후 사전검사와 같은 방법으로 사후검사를 실시하여 전, 후 차이를 알아보았다.
대상 데이터
기능적 발목 불안정성을 가진 환자의 균형능력을 향상시키기 위한 VR-HMD (VR box, Max, China)기기는 총 12대로 각각 바이온 회사 제품을 사용하였다. 실험에서 사용된 애플리케이션으로는 VR 줄타기(Yi Wang, China), VR 교통 자전거 경주(Babloo Games, United Arab Emirates), Subway Surf Race VR 2017(Daisy Daisy, USA)을 사용하였다.
불안정 지지면 운동은 점퍼(JUMPER, TOGU, Germany)를 이용하였다. 본 연구에 사용된 점퍼는 약 24cm 높이로 된 에어공간으로 구성되어 있고 공기가 들어있으며, 이러한 특성으로 인해 탄성이 있는 무른지면을 제공할 수 있다. 이는 서서 균형을 이루는 노력 자체만으로도 초당, 단위 면적당 다양한 반작용력을 갖게 하며, 건, 인대, 관절 고유 수용기를 모두 활성화 시킬 수 있는 장비이다.
본 연구에 참여한 대상자는 VUS군 20명, VSS군 19명, NUS군 22명인 전체 61명을 대상으로 실험을 하였다. 본 연구에 참여한 대상자의 일반적 특성은 아래의 표와 같으며, 세 군 간 비교한 결과 유의한 차이가 있지 않았다(p>0.
본 연구의 대상은 S시 E대학교에 재학 중인 20대 성인 대학생 중 과거 병력, 문진, 이학적 검사, 설문조사를 통해 300여 명의 학생 중 기능적 발목관절 불안정성으로 판단되고 실험에 동의한 61명을 대상으로 탈락된 대상자 없이 연구가 시행되었다. 연구 대상자는 체중을 지탱하지 어려울 정도의 발목 삠을 과거에 한 번 이상 경험하였고, 발목 수술 병력이 없는 자, 발목관절에 휘청거림을 느끼는 자, Cumberland 발목 불안정성 설문지 점수가 24점 이하인 자, 중재나 일상생활을 통증 증가 없이 수행할 수 있는 자, 현재 재활 운동 프로그램에 참여하고 있지 않은 자로 선정하였고, 발목에 외과적 변형, 부종(edema)이나 혈관 등의 구조이상이 있는 자, 실험에 영향을 미치는 시, 청각 장애 및 정신 또는 인지적 장애가 있는 자, 발목 삠을 경험하지 못한 자, 발목 삠 외에 다른 근골격계 손상이 있는자는 연구 대상에서 제외하였다.
데이터처리
대상자의 일반적 특성은 일원배치 분산분석(one-way ANOVA)을 이용하여 동질성을 확인하였다. 각 군 내에서의 전⋅후 비교는 대응표본 t 검정(paired t-test)를 이용하였고, 군 간에서의 전과 후의 변화 비율의 비교는 일원배치 분산분석을 이용하였다. 사후 검정은 Bonferroni 다중 비교 테스트를 사용하였다.
0 for win 프로그램(SPSS, SPSS Inc, USA)을 이용해서 분석하였다. 대상자의 일반적 특성은 일원배치 분산분석(one-way ANOVA)을 이용하여 동질성을 확인하였다. 각 군 내에서의 전⋅후 비교는 대응표본 t 검정(paired t-test)를 이용하였고, 군 간에서의 전과 후의 변화 비율의 비교는 일원배치 분산분석을 이용하였다.
각 군 내에서의 전⋅후 비교는 대응표본 t 검정(paired t-test)를 이용하였고, 군 간에서의 전과 후의 변화 비율의 비교는 일원배치 분산분석을 이용하였다. 사후 검정은 Bonferroni 다중 비교 테스트를 사용하였다. 통계학적 유의수준은 0.
이론/모형
균형 감각 측정 도구로 Bio Rescue (Bio rescue, RM INGENIERIE, France)를 사용하였다. Bio Rescue는 화면과 플랫폼(platform)으로 이루어져 있으며, 12개의 스트레인 게이지(strain gauges)를 가지고 있어서 플랫폼의 각도가 측정되어진다.
발목의 등속성 근 기능의 측정을 위하여 Biodex 등속성 힘측정계(Biodex medical systems, shirley, USA)를 사용하였다.
성능/효과
VR-HMD를 이용한 가상현실 프로그램과 더불어 불안정 지지면 운동을 이용하여 균형훈련을 실시한 결과 VUS군에서 운동 전후에 오른발과 왼발의 발바닥 굽힘, 발등 굽힘, 안쪽 번짐, 가쪽 번짐 모두의 최대 근력이 유의한 증가를 보였다. VSS군은 운동 전 후에 오른발과 왼발의 발바닥 굽힘에서만 유의한 증가를 보였고, NUS군은 운동 전후에 오른발의 안쪽 번짐과 왼발의 발바닥 굽힘에서만 유의한 증가를 보였다.
, 2011)처럼 시각적 자극이 없었던 NUS군만 유의하지 않았던 것으로 생각된다. 따라서 시각적 자극을 동반한 불안정 지지면에서의 운동이 동적 및 정적 균형 증진에 효과가 있다는 것을 알 수 있었다.
본 연구에서는 불안정 지지면 위에서 VR-HMD를 이용한 가상현실의 시각적 자극을 제공함으로써 운동을 진행했을 때 발목 불안정성의 주요 원인이 되는 고유수용감각, 근력, 균형능력이 모두 유의하게 증가하였다. 이는 발목 불안정성으로 인한 신체기능을 향상시켜 기능적 발목 불안정성을 완화시킬 것으로 생각된다.
본 연구는 2017년 8월 28일부터 9월 29일까지 성남 소재 E 대학교에서 기능적 발목 불안정성을 가진 대상자를 선별하여 VR-HMD를 착용하고 불안정 지지면에서 운동하는 20명, VR-HMD를 착용하고 안정 지지면에서 운동하는 19명, VR-HMD를 착용하지 않고 불안정 지지면에서 운동하는 22명으로 나누고 중재 전⋅후로 고유수용감각, 근력, 균형능력을 측정하였다. 본 연구의 내용을 종합해 볼 때, 가상현실의 시각적 자극을 제공한 운동은 고유수용감각, 근력, 균형능력을 보다 향상시켜 기능적 발목 불안정성에 긍정적 효과를 가지는 것으로 생각된다. 따라서 기존 치료에 가상현실 등을 활용한 치료 프로그램은 보다 나은 결과를 가져올 수 있을 것으로 생각된다.
후속연구
또한 VR-HMD의 부작용인 가상멀미의 원인으로 알려진 디스플레이 구현 속도가 개인 스마트 폰의 성능에 따라 다르게 나타나는 점은 고려하지 못하였다. 본 연구결과를 통해, 다양한 환자를 치료할 때 단순한 동작으로 유발하는 훈련을 적용하기보다, 기존 치료에 가상현실 등을 복합적으로 활용하여 흥미와 동기를 유발시키고 과제 지향적 접근을 활용한 치료 프로그램을 활용하는 것이 보다 나은 치료 결과를 가져올 수 있을 것으로 생각된다.
이 실험이 3주간의 짧은 기간이었고 실험대상자가 모두 20대 학생이라는 점과 개인의 일상생활 속의 운동을 완전히 차단하지 못했다는 제한점이 있다. 차후에 중재기간을 늘리고, 다양한 연령대를 대상으로 한 연구가 필요할 것으로 본다. 또한 VR-HMD의 부작용인 가상멀미의 원인으로 알려진 디스플레이 구현 속도가 개인 스마트 폰의 성능에 따라 다르게 나타나는 점은 고려하지 못하였다.
질의응답
핵심어
질문
논문에서 추출한 답변
가상현실(virtual reality, VR)프로그램이란 무엇인가?
가상현실(virtual reality, VR)프로그램이란, 대상자가 컴퓨터 스마트폰 등과 같은 기기를 통해 만들어낸 특정한 공간 및 상황에서 상호작용을 하는 것을 말한다. 또한, 가상현실에서 사용되는 시각적 피드백은 물체의 운동에 관한 정보와 자신의 운동에 대한 정보를 제공받아 환경의 요구에 맞도록 행동을 조절한다(Ma, 1996).
발목 불안정성의 원인은 무엇인가?
발목 손상의 경우 고유수용성 감각의 결손이 발목 불안정성의 원인이 된다(Han et al., 2006; Willems et al.
정적 균형에서 전후 결과가 VUS군과 VSS군에서는 유의하였지만 NUS군에서는 유의하지 않은 이유는?
정적 균형에서 전후 결과는 VUS군과 VSS군에서는 유의하였지만 NUS군에서는 유의하지 않았다. 이는 시각적 인지과제를 병행한 훈련이 균형 변화에 있어서 유의한 차이가 있다는 연구결과(Gouglidis et al., 2011)처럼 시각적 자극이 없었던 NUS군만 유의하지 않았던 것으로 생각된다. 따라서 시각적 자극을 동반한 불안정 지지면에서의 운동이 동적 및 정적 균형 증진에 효과가 있다는 것을 알 수 있었다.
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