[논문]헤드 마운티드 디스플레이 착용이 목 관절가동범위와 목 근육 두께 및 통증에 미치는 융합연구

오소현; 정성대; 심재훈; 양노열

doi:10.15207/jkcs.2020.11.9.277

헤드 마운티드 디스플레이 착용이 목 관절가동범위와 목 근육 두께 및 통증에 미치는 융합연구
Convergence Study of Wearing Head-Mounted Display on Cervical Range of Motion, Neck Muscles Thickness, and Pain 원문보기

한국융합학회논문지 = Journal of the Korea Convergence Society, v.11 no.9, 2020년, pp.277 - 285

오소현 (백석대학교 보건학부 물리치료학과) , 정성대 (백석대학교 보건학부 물리치료학과) , 심재훈 (백석대학교 보건학부 물리치료학과) , 양노열 (충남도립대학교 작업치료학과)

초록
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본 연구는 헤드 마운티드 디스플레이(Head-Mounted Display; HMD) 사용이 건강한 젊은 성인들의 목관절가동범위(CROM)와 목 근육 두께 및 통증에 미치는 영향을 분석하였다. HMD 군(남자 16명, 여자 7명)은 HMD를 착용하고 30분 동안 정해진 영상을 시청하도록 하였다. 대조군(남자 15명, 여자 8명)은 HMD군과 동일한 자세로 HMD 착용없이 30분 동안 앉아있게 하였다. 실험 전·후에 목관절가동범위, 위등세모근과 어깨올림근의 두께와 압력통증역치를 측정하고 대응표본 t검정과 독립 t검정으로 분석하였다. HMD 군의 목관절가동범위와 양쪽 위등세모근과 어깨올림근의 압력통증역치는 사전 검사 보다 유의하게 감소하였고(p<.05), 양쪽 위등세모근의 두께는 유의하게 증가하였고(p<.05). 반면에, 대조군은 목관절가동범위, 근육 두께 및 압력통증역치에서 유의한 차이가 없었다(p>.05). 분석 결과, 장시간 HMD 사용은 목관절가동범위와 압력통증역치를 감소시키고 근육을 비대하게 하여 목과 어깨의 근골격계 질환을 야기할 수 있으므로, 본 연구는 올바른 자세를 유지하며 적절한 시간 동안만 HMD를 사용할 것을 권장한다.

Abstract ▼ AI-Helper

The purpose of this study was to evaluate the effects of wearing Head-Mounted Display (HMD) on the cervical range of motion (CROM), neck muscle thickness, and pain in healthy young adults. The HMD group(male=16, female=7) was asked to perform sitting comfortably in a backless chair with hands on their knees with the HMD was worn on their heads to watch the video for 30 minutes. The control group(male=15, female=8) was asked to sit in the same posture as the HMD group for 30 minutes. CROM, neck muscle thickness, and pressure pain threshold (PPT) of both the upper trapezius and levator scapulae were measured before and after intervention. CROM and PPT of the upper trapezius and levator scapulae in the HMD group were significantly decreased and the thickness of the muscles in the HMD group were significantly increased more than in the pre-test (p<.05). There was no significant difference in CROM, muscle thickness, and PPT in the control group. Wearing HMD for a long time can cause a decrease in CROM and PPT and an increase in muscle thickness, and there is a risk of developing musculoskeletal disorders in the neck and shoulder. Therefore, this study recommends maintaining the correct posture of the neck and shoulder and using HMD only for an appropriate time.

주제어

표/그림 (8)

그림 Fig. 1. Flowchart of this study.
그림 Fig. 2. Wearing the Samsung Gear VR
표 Table 1. Common characteristics of this study participants
그림 Fig. 3. Measurement of The cervical Range of Of Motion. (A: Flexion, B: Extension, C: Right Side Flexion, D: Left Side Flexion, E: Right Rotation, F: Left Rotation)
그림 Fig. 4. Measurement Muscle Thickness. (A: Upper Trapezius, B: Levator Scapulae)
그림 Fig. 5. Measurement Pressure Pain Threshold. (A: Upper Trapezius, B: Levator Scapulae)
표 Table 2. Comparison of pre and post change in CROM, Muscle thickness, PPT
표 Table 3. The change of CROM, muscle thickness and PPT of the intergroup

AI 본문요약
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문제 정의

가상현실과 관련된 이전 연구에서, 교육 분야에서 활용된 가상현실의 효과 및 가상현실 체험 후 시각 기능의 변화와 피로의 유발에 대한 연구들은 다수 보고되었지만 HMD의 장시간 착용에 따른 근골격계적 질환과 관련된 연구는 아직 미비한 실정이다. 따라서 본 연구는 HMD 착용이 목 관절가동범위와 목과 어깨 근육 두께 및 통증에 미치는 영향을 알아보고자 하였다. 주요 결과는 다음과 같았다.
이와 같이, 이전의 가상현실 관련 연구들을 살펴보면 가상현실 체험 후 신체의 다양한 문제들을 보고하였지만, HMD로 유발되는 근골격계적 질환에 대한 연구는 아직 부족한 실정이다. 따라서 본 연구의 목적은 건강한 성인을 대상으로 장시간 HMD 착용 시 목의 관절가동범위(Cervical Range of Motion, CROM)와 목과 어깨 근육 두께 및 통증에 미치는 영향을 알아보고자 한다.
본 연구는 건강한 남녀 성인 46명을 대상으로 장시간 HMD 착용 시 목의 관절가동범위와 목과 어깨의 근육 두께 및 통증에 미치는 영향을 알아보고자 하였다. HMD 군에서 중재 후 목의 관절가동범위(굽힘, 폄, 좌우 가쪽 굽힘, 좌우 돌림)가 유의한 감소가 있었고, 양쪽 위등세모근의 근 두께에서도 유의한 증가가 있었으며 양쪽 위등세 모근과 양쪽 어깨올림근의 압통역치도 유의하게 감소하였다.

제안 방법

대상자의 허리를 중립으로 위치시키고 엉덩 관절과 무릎 관절을 90° 굽힘 한 자세로 의자에 똑바로 앉게 하였다.
본 연구는 목의 능동적 관절가동범위를 측정하기 위해 관절가동범위측정기(CROM Deluxe, Atlas Medic’s Inc, Quebec, Canada)를 사용하였다. 목관절가동범위 측정 항목은 목의 굽힘(flexion), 폄(extension), 좌측 우측 가쪽굽힘(lateral flexion), 좌측 우측 회전(rotation)을 각 2회씩 측정하여 평균값을 사용하였다.
본 연구는 목의 능동적 관절가동범위를 측정하기 위해 관절가동범위측정기(CROM Deluxe, Atlas Medic’s Inc, Quebec, Canada)를 사용하였다.
5A 참고). 어깨올림근은 목빗근과 위쪽등세모근의 사이에 통각계를 피부표면과 수직을 이루게 하여 측정하였다(Fig. 5B 참고).
위등세모근은 여섯 번째 목뼈 극돌기와 견봉을 사이를 펜으로 긋고 위등세모근의 가장 돌출된 부위부터 바깥방향으로 2㎝ 천천히 도자를 옮기면서 삼각 중앙지점에서 멈춰서 피부에 직각을 유지한 상태로 관찰하여 영상을 측정하였으며[18](Fig. 4A 참고), 어깨올림근은 목빗근과 위쪽등세모근의 사이에 도자를 두고 피부에 직각을 유지한 상태로 관찰하여 영상을 측정하였다[19](Fig. 4B 참고).
HMD의 헤드밴드를 머리에 씌우고 가상현실 글라스를 자신의 눈높이에 맞추어 착용한다. 초점조절 다이얼을 조절하여 초점을 맞춘 후 30분간 자세를 유지한 채로 가상현실 영상을 시청하도록 하였다(Fig. 2 참고).
, New Jersey, USA)를 사용하였다. 측정을 위해 선형 탐촉자(linear probe)를 사용하여 B모드 영상을 얻었다. 대상자의 허리를 중립으로 위치시키고 엉덩 관절과 무릎 관절을 90° 굽힘 한 자세로 의자에 똑바로 앉게 하였다.
손바닥은 몸을 향하도록 하였으며 양팔을 몸통 옆에놓고 머리와 목이 중립이 되게 한 후 측정하였다[17]. 측정의 신뢰도를 높이기 위하여 한명의 측정자가 측정하도록 하였으며 각 근육마다 두 번 반복 측정하여 평균값으로 산출하였다.
측정자는 대상자의 측정 근육에 압력을 천천히 증가시키고 대상자에게 압력을 통증으로 느낄 때 “아” 하는 소리를 내도록 지시하였다.
피험자는 앉은 자세에서 상체를 바로 세우고 양쪽 어깨높이를 같게 한다. 측정자는 피험자가 가쪽굽힘을 하고자 하는 반대방향의 어깨를 고정하고 피험자는 완전한 목의 가쪽굽힘이 될 때까지 가쪽굽힘을 한 후 측정한다(Fig. 3C, D 참고).
측정자는 대상자의 측정 근육에 압력을 천천히 증가시키고 대상자에게 압력을 통증으로 느낄 때 “아” 하는 소리를 내도록 지시하였다. 통증을 느끼기 시작한 압력을 3회 측정하였고, 각 측정마다 1분의 시간을 두고 측정 위치가 변경되지 않도록 표시를 해 두었다[20].

대상 데이터

HMD는 92.6 x 201.9 x 116.4 mm(세로 x 가로 x 두께)이며 무게는 318g인 Samsung Gear VR(SM-R322, Samsung Electronics Co., Ltd, Seoul)을 사용하였다. HMD에 사용된 스마트폰은 크기 153.
, Ltd, Seoul)을 사용하였다. HMD에 사용된 스마트폰은 크기 153.2 x 76.1 x 7.6 mm(세로 x 가로 x 두께)이며 무게는 171g 인 갤럭시 노트5(SM-N920K, Samsung Electronics Co., Ltd, Seoul)를 사용하였다.
본 연구의 대상자는 충남 천안시 B대학교에 재학 중인 젊은 성인 남녀 46명(남자 31명, 여자 15명)으로 하였으며 무작위 방법을 이용하여 연구대상자 46명을 실험군(HMD 군)과 대조군(Control Group)에 각각 23명씩 할당하였다. 연구 대상자의 선정기준은 다음과 같다.

데이터처리

05로 설정하였다. 대상자의 일반적인 특성은 기술통계를 이용하였다.
본 연구에서는 각각 중재 후 목 관절가동범위와 목 근육 두께 및 압력통증역치에 차이가 있는지 비교하기 위해 대응표본 t검정(paired t test)을 통해 이루어 졌고 그룹 간 각각 중재 후 목 관절가동범위와 목 근육 두께 및 압력통증역치에 차이가 있는지 비교하기 위해 독립 t검정(independent t test)을 사용하였다. 수집된 자료 분석은 윈도우용 SPSS ver.
수집된 자료 분석은 윈도우용 SPSS ver. 20(SPSS Inc., Chicago, USA)를 이용하여 분석하였으며 통계학적 검증을 위해 유의수준 α는 0.05로 설정하였다.

이론/모형

본 연구는 위등세모근과 어깨올림근의 압통역치(Pressurepain thresholds, PPT)를 측정하기 위해 디지털통각계(COMMANDER Algometry 2016, TECH MEDICAL, USA)를 사용하였다. 대상자의 허리를 중립으로 위치시키고 엉덩 관절과 무릎 관절을 90° 굽힘 한 자세로 의자에 똑바로 앉게 하였다.
본 연구는 위등세모근와 어깨올림근의 근 두께를 측정하기 위하여 초음파기기 LOGIQ P6 PRO(GEInc., New Jersey, USA)를 사용하였다. 측정을 위해 선형 탐촉자(linear probe)를 사용하여 B모드 영상을 얻었다.

성능/효과

본 연구는 건강한 남녀 성인 46명을 대상으로 장시간 HMD 착용 시 목의 관절가동범위와 목과 어깨의 근육 두께 및 통증에 미치는 영향을 알아보고자 하였다. HMD 군에서 중재 후 목의 관절가동범위(굽힘, 폄, 좌우 가쪽 굽힘, 좌우 돌림)가 유의한 감소가 있었고, 양쪽 위등세모근의 근 두께에서도 유의한 증가가 있었으며 양쪽 위등세 모근과 양쪽 어깨올림근의 압통역치도 유의하게 감소하였다. 따라서 본 연구는 장시간 HMD의 착용이 목의 관절가동범위와 목과 어깨 근육 두께 및 통증에 영향을 미쳐 근골격계적 질환을 유발할 수 있다고 제언하는 바이다.
HMD 군의 목의 관절가동범위는 모두 유의한 감소를 보였다. 목의 굽힘에서 중재 전 64.
HMD 군의 양쪽 위등세모근과 어깨올림근의 압통 역치에서 모두 유의한 감소를 보였다. 오른쪽 위등세모근은 중재 전 7.
HMD 군의 어깨올림근과 대조군의 위등세모근과 어깨올림근의 근 두께에서는 유의한 변화를 보이지 않았다.
대조군의 목의 관절가동범위는 유의한 변화를 보이지 않았다.
첫째, CROM은 HMD를 착용한 전 후 유의하게 감소하였다. 둘째, 양쪽 위등세모근의 근 두께는 HMD를 착용한 전 후 유의하게 증가하였다. 셋째, 양쪽 위등세모근과 양쪽 어깨올림근의 압통 역치는 HMD를 착용한 전후 모두 유의하게 감소하였다.
목의 관절가동범위에서는 HMD 군은 대조군에 비해 목의 굽힘, 오른쪽 가쪽 굽힘, 왼쪽 가쪽 굽힘, 오른쪽 돌림, 왼쪽 돌림이 유의하게 더 감소된 것으로 나타났다(p<.05).
05)(Table 2 참고). 반면, 대조군의 위등세모근과 어깨올림근에서는 유의한 변화를 보이지 않았다.
본 연구 결과, HMD 착용 또는 사용 후 목의 관절가동 범위가 유의하게 감소하였다. 채윤원(2009)은 만성과 특발성 긴장성 두통 환자를 대상으로 목의 관절가동범위를 정상인과 비교하는 실험을 진행하였다[22].
이와 같은 이전 연구들은 공통적으로 영상장비의 시청은 전방머리자세를 야기하고, 그에 따라 목과 어깨 근육의 비정상적인 변화에 대해 보고하였다. 본 연구에서도, 이전 연구들과 동일하게 HMD 사용 후 위등세모근의 근두께가 증가하였을 뿐만 아니라, 통증압력역치도 유의하게 증가하였다. HMD 사용에 따라 머리 무게가 증가하게 되고 증가된 무게만큼 목과 어깨 주위 근육들의 추가적인 수축이 필요하게 된다.
둘째, 양쪽 위등세모근의 근 두께는 HMD를 착용한 전 후 유의하게 증가하였다. 셋째, 양쪽 위등세모근과 양쪽 어깨올림근의 압통 역치는 HMD를 착용한 전후 모두 유의하게 감소하였다.
압력통증 역치에서는 HMD 군이 대조군에 비해 양쪽 위등세모근과 어깨올림근의 통증 역치가 더 감소된 것으로 나타났다(p<.05)(Table 3 참고).
채윤원(2009)은 만성과 특발성 긴장성 두통 환자를 대상으로 목의 관절가동범위를 정상인과 비교하는 실험을 진행하였다[22]. 연구 결과, 만성과 특발성 긴장성 두통군은 정상군에 비해 더 낮은 가동범위를 보였다. 다시 말해, 목의 관절가동범위 감소는 만성 또는 긴장성 투통 발생과 밀접한 관련이 있다.
첫째, CROM은 HMD를 착용한 전 후 유의하게 감소하였다. 둘째, 양쪽 위등세모근의 근 두께는 HMD를 착용한 전 후 유의하게 증가하였다.

후속연구

HMD 군에서 중재 후 목의 관절가동범위(굽힘, 폄, 좌우 가쪽 굽힘, 좌우 돌림)가 유의한 감소가 있었고, 양쪽 위등세모근의 근 두께에서도 유의한 증가가 있었으며 양쪽 위등세 모근과 양쪽 어깨올림근의 압통역치도 유의하게 감소하였다. 따라서 본 연구는 장시간 HMD의 착용이 목의 관절가동범위와 목과 어깨 근육 두께 및 통증에 영향을 미쳐 근골격계적 질환을 유발할 수 있다고 제언하는 바이다.
또한 본 연구에서는 임의로 HMD 착용 시간을 30분으로 설정하였지만 30분이 대상자의 신체 구조물 변화를 유발하는 가장 이상적인 시간이었는지 판단하기 어렵고 HMD 착용 시 시간에 따른 종속변수들의 변화를 확인하지 못했다. 따라서 향후 연구에서는 연구 대상자의 수를 증가시켜서 관련 모집단을 일반화하는데 더 과학적인 근거를 제시할 수 있도록 진행해야 하고, HMD 착용 시간에 따른 신체 구조물의 변화를 알아보는 연구가 지속 되어야 할 것으로 사료된다.
본 연구는 젊고 건강한 성인 남녀 46명을 동원하였기 때문에 목과 어깨질환이 있는 환자에게 또는 전 연령대에 일반화하기에는 어려움이 있다. 또한 본 연구에서는 임의로 HMD 착용 시간을 30분으로 설정하였지만 30분이 대상자의 신체 구조물 변화를 유발하는 가장 이상적인 시간이었는지 판단하기 어렵고 HMD 착용 시 시간에 따른 종속변수들의 변화를 확인하지 못했다. 따라서 향후 연구에서는 연구 대상자의 수를 증가시켜서 관련 모집단을 일반화하는데 더 과학적인 근거를 제시할 수 있도록 진행해야 하고, HMD 착용 시간에 따른 신체 구조물의 변화를 알아보는 연구가 지속 되어야 할 것으로 사료된다.
본 연구는 젊고 건강한 성인 남녀 46명을 동원하였기 때문에 목과 어깨질환이 있는 환자에게 또는 전 연령대에 일반화하기에는 어려움이 있다. 또한 본 연구에서는 임의로 HMD 착용 시간을 30분으로 설정하였지만 30분이 대상자의 신체 구조물 변화를 유발하는 가장 이상적인 시간이었는지 판단하기 어렵고 HMD 착용 시 시간에 따른 종속변수들의 변화를 확인하지 못했다.
따라서 장시간 HMD 사용 시 그 무게로 인해 목은 자연스럽게 굽힘이 되고 시선은 하향시선이 되며 목과 어깨에 부하를 증가시키고 척추 자세의 유지가 어려워진다. 이런 요인들은 결과적으로 머리를 앞으로 향하는 전방머리자세를 유발시킬 수 있으며 다양한 근골격계적 질환 뿐만 아니라 폐 기능에 좋지 않은 영향을 야기할 수 있을 것으로 사료된다.

질의응답

핵심어	질문	논문에서 추출한 답변
	가상현실의 추세는?	가상현실 기술은 기존 2차원 디스플레이에 비해 3차원 영상 정보를 기반으로 사용자에게 높은 현실감과 몰입감을 제공하고 효율적이고 정확한 업무 및 편리한 일상생활을 가능하게 하는 장점이 있다[3]. 또한 가상현실은 학습 환경을 조성하는데 큰 이점을 제공하여 교육 분야에서의 활용이 증대되는 추세이다[4]. Kim과 Chun(2013)의 연구에 따르면 2차원 시각자료를 제시한 경우보다 가상현실 도구를 사용하였을 때 더 많은 학생들의 수업 흥미와 학업성취도를 향상시켰다고 하였으며[5], 류인영 등(2009)의 연구에서는 역사교육을 위한 가상현실 기반의 학습 콘텐츠가 책이나 전자출판, 웹 검색 방법과 같은 학습 방법보다 집중도, 자기주도적 학습, 이해도에서 높은 효과가 나타났다고 하였으며[6], 곽원규 등(2004)의 연구에서는 웹 기반 가상현실 프로그램이 학생들에게 흥미를 불러일으켰으며 공간시각화 능력이 향상되고 구체물을 활용한 학습보다 더 큰 학습효과를 얻었다고 하였다[7].
	가상현실로 인한 여러 가지 문제점은 무엇인가?	이렇듯 가상현실이 주는 여러 가지 이점이 있지만 장시간 가상현실로 인한 여러 가지 문제점도 존재한다. HMD의 장시간 착용은 여러 가지 시각 기능 및 근골격계적 질환(musculoskeletal disease)을 유발할 가능성이 높다. 기존의 다수의 연구에서 HMD가 시각 기능의 변화와 피로가 유발됨을 보고하였다. Morse 등(1999)의 연구에 따르면 HMD을 통한 가상현실 20분 시청 후 피실험자는 근거리 외사위(exophoria)가 증가되었고 조절눈모음비는 감소되었다고 보고하였다[8]. 또한 Sharples 등(2008)에 의한 연구에 따르면 HMD는 데스크톱 모니터나 프로젝션 디스플레이에 비해 멀미나 방향 감각 상실 등을 유발한다고 하였으며[9], Lo 등(2001)의 연구에서는 20분간 HMD 사용 후 멀미가 심하게 나타난다고 하였다[10]. 또한 장비의 무게로 인해 목에서 지탱하는 머리의 무게가 증가하게 되고 이로 인해 머리뼈와 목 연결부의 앞굽음(kyphosis) 증가와 뒤통수 아래 근육 및 목과 어깨 근육의 비정상적이고 지속적인 근 수축과 같은 보상작용(compensation)이 발생되기도 한다[11]. 이로 인해 대표적인 근골격계적 질환인 머리가 앞으로 돌출된 전방머리자세(Forward Head Posture, FHP)가 유발된다.
	가상현실 기술의 장점은?	가상현실 디바이스는 기본적으로 머리에 쓰는 기계인 HMD(Head-Mounted Display)가 대표적이며 HMD를 쓰고 인간의 시각·청각·촉각 등을 자극시켜 마치 현실처럼 느껴지는 가상세계를 체험하도록 해준다. 가상현실 기술은 기존 2차원 디스플레이에 비해 3차원 영상 정보를 기반으로 사용자에게 높은 현실감과 몰입감을 제공하고 효율적이고 정확한 업무 및 편리한 일상생활을 가능하게 하는 장점이 있다[3]. 또한 가상현실은 학습 환경을 조성하는데 큰 이점을 제공하여 교육 분야에서의 활용이 증대되는 추세이다[4].

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저자의 다른 논문 :

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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