Purpose : Conventional Balance Measurement can only measure the center of gravity and the shaking movement of the body. As a result, it has the disadvantages of not responding to visual changes and blocking functions of variables. This study was carried out to evaluate the performance of new equipme...
Purpose : Conventional Balance Measurement can only measure the center of gravity and the shaking movement of the body. As a result, it has the disadvantages of not responding to visual changes and blocking functions of variables. This study was carried out to evaluate the performance of new equipment that measures the balance of the body using changes in body segment and pressure using the acceleration sensor to compensate for the disadvantages of the existing equipment. Methods : To this end, balance ability was measured in 43 healthy male/female adults without orthopedic injuries and nervous system damage in the last 6 months. in a situation where the visual information was restricted by Virtual Reality (VR) gear, all subjects measured and evaluated the balance ability utilizing the new equipment. Balance measurement (Prime Medilab, Korea) and Wii fit (Nintendo, Japan) were used to measure the balance ability of the subjects, and the balance ability test was performed in 4 postures using each device for data acquisition. The test duration for each posture was 30 seconds. For data acquisition, the average value of three experiments measured using each equipment was analyzed, and the statistical test was performed using the independent sample and the corresponding sample t-test, and the significance level was set to α=.05. Results : As a result of measuring the balance ability using individual equipment, blocking visual information using VR gear, the average speed, maximum speed, and moving area of the COP increased equally. It was found that the obtained absolute size of the result in Wii was somewhat larger than that of BM. Conclusion : It is considered that in the future research, it is necessary to measure changes in the body's center of gravity through image analysis, etc., to make clear comparison and evaluation of the usability.
Purpose : Conventional Balance Measurement can only measure the center of gravity and the shaking movement of the body. As a result, it has the disadvantages of not responding to visual changes and blocking functions of variables. This study was carried out to evaluate the performance of new equipment that measures the balance of the body using changes in body segment and pressure using the acceleration sensor to compensate for the disadvantages of the existing equipment. Methods : To this end, balance ability was measured in 43 healthy male/female adults without orthopedic injuries and nervous system damage in the last 6 months. in a situation where the visual information was restricted by Virtual Reality (VR) gear, all subjects measured and evaluated the balance ability utilizing the new equipment. Balance measurement (Prime Medilab, Korea) and Wii fit (Nintendo, Japan) were used to measure the balance ability of the subjects, and the balance ability test was performed in 4 postures using each device for data acquisition. The test duration for each posture was 30 seconds. For data acquisition, the average value of three experiments measured using each equipment was analyzed, and the statistical test was performed using the independent sample and the corresponding sample t-test, and the significance level was set to α=.05. Results : As a result of measuring the balance ability using individual equipment, blocking visual information using VR gear, the average speed, maximum speed, and moving area of the COP increased equally. It was found that the obtained absolute size of the result in Wii was somewhat larger than that of BM. Conclusion : It is considered that in the future research, it is necessary to measure changes in the body's center of gravity through image analysis, etc., to make clear comparison and evaluation of the usability.
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문제 정의
그러나 시중에 판매되고 있는 일반적인 균형능력 측정 장비는 단순히 신체의 무게 중심이동과 흔들림만을 측정하여 시각적 변화에 대한 대응 및 변수에 대한 차단기능이 전무한 것이 현실이다. 그러므로 이 연구는 발판에 전달된 압력의 변화량만을 이용한 기존의 직립형 평형성 측정장비와 달리 가속도 센서를 이용하여 신체분절의 변화와 압력의 변화량을 이용해 신체의 평형성을 측정하는 신규장비를 개발하기 위하여 실시되었다. 이를 위해 Virtual Reality(VR)을 이용하여 인체의 시각정보를 제한한 상황에서 개발된 프로토 타입의 신규 장비와 부피가 작고 저렴하며, 측정방법이 쉬운 장점으로 인해 신체의 정적 안정성을 측정하는데 활용도가 높은 장비의 비교 평가를 통해 신규 개발중인 균형능력 측정장비의 성능평가를 하고자 한다.
제안 방법
BM과 Wii 제품의 비교 평가를 위해 두 가지 장비를 활용하여 측정된 대상자들의 균형능력 데이터를 비교하였다. BM과 Wii를 이용해 측정된 대상자들의 압력중심 변화는 측정된 시기, 제품에 따른 압력중심의 연산방법 및 측정방법에 따라 그 결과 값에 차이가 있을 수 있다.
BM과 Wii를 이용해 측정된 대상자들의 압력중심 변화는 측정된 시기, 제품에 따른 압력중심의 연산방법 및 측정방법에 따라 그 결과 값에 차이가 있을 수 있다. 그러므로 어느 하나의 측정된 결과치가 절대적인 기준이 될 수 없으므로 두 가지 장비에 따른 측정치의 변이 계수(coefficient variation; CV) 측정을 통해 측정된 결과치의 변이성을 추가적으로 확인 하였다.
Balance measurement(BM)와 Wii를 이용해 측정된 대상자들의 압력중심 변화는 측정된 시기, 제품에 따른 압력중심의 연산방법 및 측정방법에 따라 그 결과값에 차이가 있을 수 있다. 그러므로 어느 하나의 측정된 결과치가 절대적인 기준이 될 수 없으므로 두 가지 장비에 따른 측정치의 변이계수(coefficient variation; CV)를 비교함으로써 각각의 측정 결과치에 대한 분산을 확인 하였다.
반복 실험에 의한 대상자들의 실행효과와 피로효과를 최소화하기 위하여 두 가지 장비에 대한 균형능력 측정실험에 참여하는 순서는 단순무선배정 방법을 이용하여 무작위로 배정 하였으며, 각각의 측정 간 5분씩 휴식을 취하도록 하였다. 모든 대상자들은 각각의 장비를 활용하여 4가지 자세에 대해 검사를 시행하였으며, 각각의 자세에 대한 검사시간은 30초가 소요되었다(Fig 2).
시각정보 차단이 대상자들의 균형능력에 미치는 효과를 확인하기 위하여 첫째, 모든 대상자들은 균형능력 측정장비의 압력판 위에서 눈을 뜨고 정면을 바라보는 자세로 균형능력을 측정하였고, 둘째, 가상현실기기(VR gear)를 착용한 상태에서 동일한 측정을 하였다. 셋째, 대상자들의 체성 감각의 유입을 제한하여 시각적 영향을 더욱 강조하기 위하여 스폰지를 발밑에 두고 정면을 바라보는 자세로 측정을 실시하였고, 넷째, 시각과 체성감각의 유입을 모두 제한하기 위하여 스폰지를 발밑에 두고 가상현실기기를 착용한 상태에서 균형능력을 각각의 균형능력 측정장비를 활용하여 측정하였다. 이때 대상자들의 가상현실기기 착용 유·무에 따른 압력중심(COP)의 평균속도와 최고속도 및 압력중심의 이동면적 변화를 비교하였으며, 두 개의 균형능력 측정장비를 상호비교하기 위하여 각 측정장비를 이용하여 획득된 데이터를 비교분석 하였다.
시각정보 차단이 대상자들의 균형능력에 미치는 효과를 확인하기 위하여 첫째, 모든 대상자들은 균형능력 측정장비의 압력판 위에서 눈을 뜨고 정면을 바라보는 자세로 균형능력을 측정하였고, 둘째, 가상현실기기(VR gear)를 착용한 상태에서 동일한 측정을 하였다. 셋째, 대상자들의 체성 감각의 유입을 제한하여 시각적 영향을 더욱 강조하기 위하여 스폰지를 발밑에 두고 정면을 바라보는 자세로 측정을 실시하였고, 넷째, 시각과 체성감각의 유입을 모두 제한하기 위하여 스폰지를 발밑에 두고 가상현실기기를 착용한 상태에서 균형능력을 각각의 균형능력 측정장비를 활용하여 측정하였다.
신체의 평형성을 측정하는 신규장비의 성능평가를 위해 가상현실기기를 이용하여 시각정보를 제한한 상황에서 신규장비와 신체의 정적 안정성 측정 활용도가 높은 장비를 비교 평가한 결과 다음과 같은 결과를 보였다.
실험 시 모든 대상자들의 자연스러운 정적 균형능력을 측정하기 위하여 편안한 복장 차림으로 실험 전 1회의 연습을 실시한 후 실험에 참여하였다. 대상자들의 정적 균형능력 측정을 위하여 소형의 크기 및 저렴한 가격으로 인해 다양한 균형능력 실험에 활용도가 높은 Wii fit(Nintendo, Japan)과 신규개발 장비인 Balance Measurement(Prime Medilab, Korea)가 사용되었다(Fig 1).
실험 전 모든 대상자들에게 실험의 목적과 내용 및 방법에 관하여 설명하고 자발적으로 참여의사를 밝히고 참여 동의서에 서명한 대상으로 실험을 진행 하였다. 그리고 이 연구는 사람을 대상으로 하는 실험이므로 실험 전 건양대학교 생명윤리위원회(Institutional Review Board)의 승인(승인번호: KYU-2019-356-01, 승인일: 2019.
실험 중 예기치 못한 상황에서 발생할 수 있는 낙상에 의한 부상을 예방할 수 있도록 안전한 매트 위에서 대상자들의 균형능력을 측정하였으며, 검사자는 언제나 대상자의 뒤에서 낙상에 대비하였고 각각의 장비를 이용하여 측정된 3회의 측정치의 평균값을 분석에 사용하였다.
이때 대상자들의 가상현실기기 착용 유·무에 따른 압력중심(COP)의 평균속도와 최고속도 및 압력중심의 이동면적 변화를 비교하였으며, 두 개의 균형능력 측정장비를 상호비교하기 위하여 각 측정장비를 이용하여 획득된 데이터를 비교분석 하였다.
그러므로 이 연구는 발판에 전달된 압력의 변화량만을 이용한 기존의 직립형 평형성 측정장비와 달리 가속도 센서를 이용하여 신체분절의 변화와 압력의 변화량을 이용해 신체의 평형성을 측정하는 신규장비를 개발하기 위하여 실시되었다. 이를 위해 Virtual Reality(VR)을 이용하여 인체의 시각정보를 제한한 상황에서 개발된 프로토 타입의 신규 장비와 부피가 작고 저렴하며, 측정방법이 쉬운 장점으로 인해 신체의 정적 안정성을 측정하는데 활용도가 높은 장비의 비교 평가를 통해 신규 개발중인 균형능력 측정장비의 성능평가를 하고자 한다.
자료처리는 SnowForce3(Prime Medilab, Korea), Balancia software ver. 2.0(Mintosys, Korea) 프로그램을 이용하여 대상자들의 균형능력을 분석하였으며, 두 가지 프로그램에서 공통적으로 획득할 수 있는 COP의 평균속도와 최고속도 및 압력중심의 이동면적 변화를 획득하였다. 획득된 모든 데이터는 50 Hz로 샘플링하여 추출하였으며 노이즈에 의한 오차를 제거하기 위해 10 Hz 저역통과 필터로 필터링 하였다.
0(Mintosys, Korea) 프로그램을 이용하여 대상자들의 균형능력을 분석하였으며, 두 가지 프로그램에서 공통적으로 획득할 수 있는 COP의 평균속도와 최고속도 및 압력중심의 이동면적 변화를 획득하였다. 획득된 모든 데이터는 50 Hz로 샘플링하여 추출하였으며 노이즈에 의한 오차를 제거하기 위해 10 Hz 저역통과 필터로 필터링 하였다.
대상 데이터
이 연구의 실험 참여 대상자는 최근 6개월간 하지에 정형외과적 부상 및 신경계(중추성 질환, 말초전정질환 등) 손상이 없는 신체 건강한 성인 남/여 43명을 하였다(남: 20명, 여: 23명, 나이: 24.26±7.73세, 키: 167.66±9.74 ㎝, 몸무게: 64.4±12.08 ㎏).
데이터처리
가상현실기기 사용 유·무 및 두 가지 균형능력 측정장비를 통해 획득된 대상자들의 균형능력 평가 데이터는 신규 개발 장비에 대한 통계적 검정은 SPSS 18.0을 이용하여 독립표본 t-test와 대응표본 t-test를 실시하였으며, 이때의 유의수준은 α=.05로 하였다.
이론/모형
실험 시 모든 대상자들의 자연스러운 정적 균형능력을 측정하기 위하여 편안한 복장 차림으로 실험 전 1회의 연습을 실시한 후 실험에 참여하였다. 대상자들의 정적 균형능력 측정을 위하여 소형의 크기 및 저렴한 가격으로 인해 다양한 균형능력 실험에 활용도가 높은 Wii fit(Nintendo, Japan)과 신규개발 장비인 Balance Measurement(Prime Medilab, Korea)가 사용되었다(Fig 1).
성능/효과
BM 장비를 이용하여 가상현실기기 사용 유·무에 따른 대상자들의 압력중심 변화를 측정한 결과 눈을 뜨고 똑바로 선 자세에서 가상현실기기 착용 전에 비하여 착용 후 대상자들의 압력중심 평균속도 및 최고 속도, 그리고 압력중심의 이동면적이 증가하였으며, 이러한 차이는 통계적으로 유의한 차이가 있는 것으로 나타났다.
BM 제품 사용 시 가상현실기기 착용 유·무에 따른 압력중심의 평균속도 변화는 가상현실기기 착용 전이 착용 후에 비하여 압력중심의 평균속도 변화가 작은 것으로 나타났으며, 이러한 차이는 통계적으로 유의한 차이가 있는 것으로 나타났다(p=.001)(Table 1).
BM 제품 사용 시 가상현실기기 착용 유·무에 따른 압력중심의 평균속도 변화의 차이가 큰 것으로 나타났으며, 이러한 차이는 통계적으로 유의한 차이가 있는 것으로 나타났다(p=.001)(Table 2).
BM의 비교평가를 위해 이용된 Wii 장비를 이용하여 가상현실기기 사용 유·무에 따른 대상자들의 압력중심 변화를 측정한 결과도 가상현실기기 착용 후 대상자들의 압력 중심 평균속도, 최고 속도 및 압력중심의 이동면적이 증가하였다.
Wii를 이용해 측정된 대상자들의 압력중심 이동면적이 BM을 이용해 측정된 압력중심의 이동면적에 비하여 더 큰 것으로 나타났으며 이러한 차이는 통계적으로 유의한 차이가 있는 것으로 나타났다(p=.008)(Table 6).
Wii를 이용해 측정된 대상자들의 압력중심 최고속도가 BM을 이용해 측정된 압력중심의 최고 속도에 비하여 더 큰 것으로 나타났으며, 이러한 차이는 통계적으로 유의한 차이가 있는 것으로 나타났다(p=.001)(Table 6).
Wii를 이용해 측정된 대상자들의 압력중심의 이동면적이 BM을 이용해 측정된 압력중심의 이동면적에 비하여 더 큰 것으로 나타났으나 이러한 차이는 통계적으로 유의한 차이가 없는 것으로 나타났다(p=.237)(Table 5).
Wii를 이용해 측정된 대상자들의 압력중심의 최고속도가 BM을 이용해 측정된 압력중심의 최고 속도에 비하여 더 큰 것으로 나타났으며, 이러한 차이는 통계적으로 유의한 차이가 있는 것으로 나타났다(p=.001)(Table 5).
가상현실기기 착용 유·무에 따른 압력중심의 이동면적 변화는 가상현실기기 착용 전이 착용 후에 비하여 압력중심의 이동면적이 작은 것으로 나타났으며, 이러한 차이는 통계적으로 유의한 차이가 있는 것으로 나타났다(p=.022)(Table 1).
가상현실기기 착용 유·무에 따른 압력중심의 이동면적 변화는 가상현실기기 착용 후 압력중심의 이동면적이 크게 증가하는 것으로 나타났다.
가상현실기기 착용 유·무에 따른 압력중심의 이동면적 변화는 가상현실기기 착용 후 압력중심의 이동면적이 크게 증가하는 것으로 나타났으며, 이러한 차이는 통계적으로 유의한 차이가 있는 것으로 나타났다(p=.001)(Table 3).
가상현실기기 착용 유·무에 따른 압력중심의 이동면적 변화는 가상현실기기 착용 후 압력중심의 이동면적이 크게 증가하는 것으로 나타났으며, 이러한 차이는 통계적으로 유의한 차이가 있는 것으로 나타났다(p=.001)(Table 4).
가상현실기기 착용 유·무에 따른 압력중심의 최고속도 변화는 가상현실기기 착용 전에 비하여 착용한 후에 최고속도가 증가하는 것으로 나타났으며, 이러한 차이는 통계적으로도 유의한 차이가 있는 것으로 나타났다(p=.002)(Table 3).
가상현실기기 착용 유·무에 따른 압력중심의 최고속도 변화는 가상현실기기 착용 전이 착용 후에 비하여 압력중심의 최고속도 변화가 작은 것으로 나타났으며, 이러한 차이는 통계적으로 유의한 차이가 있는 것으로 나타났다(p=.001)(Table 1).
가상현실기기 착용 유·무에 따른 압력중심의 최고속도 변화는 가상현실기기의 착용 전에 비하여 착용한 후에 최고속도가 매우 증가하는 것으로 나타났으며, 이러한 차이는 통계적으로 유의한 차이가 있는 것으로 나타났다(p=.001)(Table 2).
가상현실기기를 이용하여 시각적 정보를 차단한 결과 가상현실기기의 사용은 입력되는 시각정보의 유입을 차단하여 인체의 균형유지 능력에 영향을 미치는 것으로 판단할 수 있으며, 개발된 BM과 Wii에 의해 측정된 균형능력 측정 데이터 간에 대한 동질성이 확인 되었다.
눈을 뜨고 바로선 자세에서 BM과 Wii 장비에 의해 측정된 대상자들의 압력중심의 변화는 BM에 비하여 Wii에 의해 측정된 평균속도가 더 큰 것으로 나타났으며, 이러한 차이는 통계적으로 유의한 차이가 있는 것으로 나타났다(p=.001)(Table 5).
눈을 뜬 채 Wii 제품을 이용하여 균형능력을 측정한 결과 가상현실기기 착용 시 압력중심의 평균속도가 증가하는 것으로 나타났으며, 이러한 차이는 통계적으로 유의한 차이가 있는 것으로 나타났다(p=.001)(Table 3).
두 가지 장비 사용에 따른 결과 값의 절대적 크기는 BM을 이용하여 획득된 결과 값이 다소 작은 것으로 나타났다. 이러한 결과 값의 차이는 대상자들의 균형능력을 측정한 시기, 균형능력 측정 장비의 하드웨어적 구조의 차이, 측정 장비의 하드웨어적 압력중심 연산방법 및 측정 방법에 의에 결과 값에 차이가 있을 수 있다.
두 가지 장비에 의해 측정된 결과 값의 변이계수를 비교한 결과 압력중심의 평균속도 변화량은 Wii의 변이계수가 작은 것으로 나타난 반면 압력중심의 최고속도의 변이계수는 BM의 변이계수가 작은 것으로 나타났으며, 압력중심의 이동면적은 상황에 따라 다른 패턴을 보였다.
반복 실험에 의한 대상자들의 실행효과와 피로효과를 최소화하기 위하여 두 가지 장비에 대한 균형능력 측정실험에 참여하는 순서는 단순무선배정 방법을 이용하여 무작위로 배정 하였으며, 각각의 측정 간 5분씩 휴식을 취하도록 하였다. 모든 대상자들은 각각의 장비를 활용하여 4가지 자세에 대해 검사를 시행하였으며, 각각의 자세에 대한 검사시간은 30초가 소요되었다(Fig 2).
스폰지 위에서 눈을 뜨고 똑바로 선 자세에서도 가상현실기기 착용 전에 비하여 착용 후 대상자들의 압력중심 평균 및 최고속도가 유의하게 증가하였으며, 압력중심의 이동면적이 크게 증가하였다. 이에 따라 가상현실기기의 사용은 입력되는 시각정보의 유입을 차단하며 인체의 균형유지 능력에 영향을 미치는 것으로 판단할 수 있으며, 이러한 결과는 과도한 시각 의존에 의해 전정감각을 통한 신체의 균형능력 조절 능력이 영향을 받았기 때문이라고 판단된다(Monger 등, 2002; Yelnik 등, 2008).
스폰지 위에서 눈을 뜨고 바로선 자세에서 BM과 Wii 장비에 의해 측정된 대상자들의 압력중심 변화는 BM에 비하여 Wii에 의해 측정된 평균속도가 더 큰 것으로 나타났으며, 이러한 차이는 통계적으로 유의한 차이가 있는 것으로 나타났다(p=.001)(Table 6).
스폰지 위에서 눈을 뜨고 바로선 자세에서 측정된 대상자들의 압력중심 변인의 변화는 모든 변인이 앞서 나타난 측정치와 동일하게 BM에 비하여 Wii에서 측정된 변인의 크기가 더 큰 것으로 나타났다.
스폰지 위에서 눈을 뜬 채 Wii 제품을 이용하여 균형능력을 측정한 결과 가상현실기기 착용 시 압력중심의 평균속도가 증가하는 것으로 나타났으며, 이러한 차이는 통계적으로 유의한 차이가 있는 것으로 나타났다(p=.001)(Table 4).
압력중심의 평균속도 및 이동면적의 변이계수는 BM이 Wii에 비하여 다소 큰 것으로 나타났으나 압력중심의 최고 속도는 BM이 더 작은 것으로 나타났다.
압력중심의 평균속도 변화에 대한 변이계수는 BM이 Wii에 비하여 다소 큰 것으로 나타났으나 압력중심의 최고 속도 및 이동면적은 BM이 더 작은 것으로 나타났다.
후속연구
BM의 경우 단일 압력 센서를 이용하여 지면에 가해지는 압력변화를 측정하고, 가속도센서에 의해 측정된 머리분절의 움직임을 이용하여 압력중심의 변화량을 측정하는 반면, Wii는 4개의 로드셀에 가해지는 압력변화 정보를 측정하여 압력중심의 변화량을 측정하기 때문이라고 판단된다. 그러므로 향후 보다 명확한 비교를 위하여 영상분석 등을 통한 신체의 무게중심 변화를 측정하고 이를 비교 평가하는 추가적인 연구가 필요할 것으로 생각된다.
질의응답
핵심어
질문
논문에서 추출한 답변
균형능력 평가는 어디에 사용되고 있는가?
신체의 안정성을 통한 균형 유지는 인간이 일상생활을 영위해 나아가는데 있어 가장 기본적인 필수 요소이며, 신체의 균형을 조절하는 다양한 과제들과 매우 밀접한 관련이 있다(Shumway-Cook & Woollacott, 1995; Wade & Jones, 1997). 그러므로 균형능력 평가는 뇌졸중 환자나 노인의 낙상 위험도 및 균형능력, 일상생활 동작 수행 및 운동성을 평가하기 위한 도구로 오래전부터 사용되고 있다.
신체의 직립자세 안정성을 측정하기 위해 현재까지 가장 활용도가 높은 검사 방식은 무엇이고, 그 방식의 장단점은 무엇인가?
신체의 직립자세 안정성을 측정하기 위해 다양한 검사방식이 시도되었다. 현재까지 가장 활용도가 높은 롬버그 검사는 공간의 제약이 없고 간편하며, 손쉬운 측정방법으로 인해 현재까지 가장 활용도가 높다. 그러나 이처럼 활용도가 높은 롬버그 검사 등은 정량적 측정이 어렵다는 단점을 가지고 있다.
인체의 균형유지 능력에 영향을 미치는 요소들은 무엇인가?
인체는 균형 유지를 위해 무게 중심을 균형유지의 한계점 내에 위치시킨다. 이러한 인체의 균형유지 능력은 감각계와 운동계의 섬세한 상호작용이 요구되며, 기저면의 크기와 상태, 인체관절의 가동범위, 근력, 체성감각기능의 발달 정도, 중력, 기저면의 변화 및 시각정보의 정보유입량 등 외부 환경에 대한 능동적인 조절능력이 중요하게 고려되어야 한다(Horak, 2006).
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