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문제 정의
- 따라서 본 연구에서는 정상인을 대상으로 팔길이의 15%, 37.5%, 60%의 거리에서 크기가 다른 물체를 잡기위해 팔뻗기 수행 시 물체 크기 및 뻗기 거리가 상지의 운동형상학적 변수-평균 속도, 평균 가속도, 최대 속도, 속도의 정점 수-에 미치는 영향을 분석하고, 두 변수 사이의 상호작용효과도 확인하고자 하였다.
- 본 연구는 삼차원 동작 분석기를 활용하여 물체 크기 및 뻗기 거리변화가 운동형상학적 변수(속도, 가속도, 최대 속도, 속도의 정점 수)에 미치는 영향을 분석하였다. 속도는 물체 크기 및 뻗기 거리와 비례하였으나 가속도는 물체 크기 및 뻗기 거리와 유의한 관련성이 없었다.
제안 방법
- 5%, 60% 되는 지점에 놓인 각 목표물(2cm, 10cm)을 잡고 놓은 뒤 다시 출발점으로 돌아오도록 지시하였다(Kim, Yoo, Jung & Jeon , 2010)(Figure 3). 각각의 과제순서는 무작위로 시행하였으며 과제 사이에는 1분간의 휴식시간을 두어 학습효과를 줄이고자 하였다.
- 사전 설명회는 이학적 검사학 및 운동치료학 강의를 수행하는 재학생을 대상으로 연구 주제와 관련한 해부학적 구조 및 운동학, 실험내용과 임상적 의의, 3차원 동작분석의 기본 원리 등에 대하여 약 30분간 설명한 후 연구에 동의하는 최종 30명의 대상자를 선정하였다. 대상자 수는 G-Power 프로그램으로 산출한 결과를 적용하였다.
- 대상자들은 등받이가 있는 의자에 편안히 앉은 후 팔꿈치관절 90° 굽힘, 아래팔 중립자세, 손목 중립자세를 취하고 가볍게 주먹을 쥐도록 하였다(Figure 2).
- 셋째, 뻗기 거리가 증가할수록, 물체 크기가 클수록 최대 속도가 증가하였다. 본 연구에서는 물체 크기를 2cm와 10cm로 제한하여 공간적 정확성을 조작하였다. 표적의 크기가 작을 때 높은 공간적 정확성이 요구된다.
- 19 프로그램(Zebris Medizintechnik GmbH, Isny, Germany)을 사용하여 각 표식자의 정보를 삼차원상 좌표로 전환되어 실시간 각도변화를 저장하였다. 본 연구에서는 상지의 움직임을 알아보기 위해 1개의 단일 표식자를 오른쪽 노뼈 붓돌기(radial styloid process)에 부착하였다(Figure 1).
- 본 연구에서는 정상인을 대상으로 두 가지 물체 크기와 세 가지 거리에 따른 팔뻗기를 실시하여 속도, 가속도, 최대 속도, 속도의 정점 수를 측정하였다. 물체 크기와 뻗기 거리 사이의 상호작용효과는 없는 것으로 나타났으나, 각각의 변수는 종속변수에 유의미한 영향을 미치는 것을 확인할 수 있었다.
- 복장뼈에서 10cm 떨어진 곳을 팔뻗기 출발점으로 정하고 테이블 위에 표시하였다. 시작점 위에 움직일 손의 콩알뼈(Pisiform)를 접촉시켜 준비 자세를 취하도록 하였다. 복장뼈에서 팔길이의 15%, 37.
- 연구 대상자에게 출발자세를 취하게 한 후 검사자의 ‘시작’ 소리에 맞춰 팔길이의 15%, 37.5%, 60% 되는 지점에 놓인 각 목표물(2cm, 10cm)을 잡고 놓은 뒤 다시 출발점으로 돌아오도록 지시하였다(Kim, Yoo, Jung & Jeon , 2010)(Figure 3).
- 각도의 변화는 20Hz의 표본 수집률 (sampling rate)로 측정되었다. 윈도우용 WinData 2.19 프로그램(Zebris Medizintechnik GmbH, Isny, Germany)을 사용하여 각 표식자의 정보를 삼차원상 좌표로 전환되어 실시간 각도변화를 저장하였다. 본 연구에서는 상지의 움직임을 알아보기 위해 1개의 단일 표식자를 오른쪽 노뼈 붓돌기(radial styloid process)에 부착하였다(Figure 1).
- 5%, 60%가 되는 지점을 탁자 위에 목표점으로 표시하였다. 팔길이는 안쪽 겨드랑이에서 먼쪽 손목 주름까지로 정의하고 길이를 측정하였다. 움직임의 범위를 측정하기 위해 하나의 센서는 출발점에 부착하고 다른 하나의 센서는 목표점에 부착하였다.
대상 데이터
- 목표물은 각 변의 길이가 2cm인 나무 블록 1개와 각 변의 길이가 10cm인(속에 빈 공간이 있는) 플라스틱 블록 1개를 사용하였으며 무게는 동일하게 주문 제작하였다(Peternel, Sigaud, & Babič, 2017).
- 연구를 위한 축정은 부산시 소재 A요양병원에 근무하는 작업치료사 1인이 수행하였고, 2019년 9월에 D대학교 작업치료학과 재학생을 대상으로 연구 주제와 관련하여 사전 설명회를 개최하였다. 사전 설명회는 이학적 검사학 및 운동치료학 강의를 수행하는 재학생을 대상으로 연구 주제와 관련한 해부학적 구조 및 운동학, 실험내용과 임상적 의의, 3차원 동작분석의 기본 원리 등에 대하여 약 30분간 설명한 후 연구에 동의하는 최종 30명의 대상자를 선정하였다. 대상자 수는 G-Power 프로그램으로 산출한 결과를 적용하였다.
- 본 연구는 D대학교 생명윤리위원회(Institutional Review Board: IRB, 2019-013-HR-03)의 승인 후 2019년 9월 10일부터 11월 20일까지 수행되었다. 연구를 위한 축정은 부산시 소재 A요양병원에 근무하는 작업치료사 1인이 수행하였고, 2019년 9월에 D대학교 작업치료학과 재학생을 대상으로 연구 주제와 관련하여 사전 설명회를 개최하였다. 사전 설명회는 이학적 검사학 및 운동치료학 강의를 수행하는 재학생을 대상으로 연구 주제와 관련한 해부학적 구조 및 운동학, 실험내용과 임상적 의의, 3차원 동작분석의 기본 원리 등에 대하여 약 30분간 설명한 후 연구에 동의하는 최종 30명의 대상자를 선정하였다.
데이터처리
- 0 소프트웨어를 사용하였다. 대상자의 일반적 특성은 기술통계와 빈도분석을 사용하였다. 두 가지 물체 크기(2cm, 10cm)에서 세 가지 거리(15%, 37.
- 대상자의 일반적 특성은 기술통계와 빈도분석을 사용하였다. 두 가지 물체 크기(2cm, 10cm)에서 세 가지 거리(15%, 37.5%, 60%)로 팔뻗기 과제를 수행했을 때 변수를 비교하기 위해서 일원분산분석(One-way ANOVA measure)으로 분석하였고, 사후검정은 Tukey 검정을 실시하였다. 또한 세 가지 뻗기 거리(15%, 37.
- 5%, 60%)로 팔뻗기 과제를 수행했을 때 변수를 비교하기 위해서 일원분산분석(One-way ANOVA measure)으로 분석하였고, 사후검정은 Tukey 검정을 실시하였다. 또한 세 가지 뻗기 거리(15%, 37.5%, 60%)에서 두 가지 물체 크기(2cm, 10cm)에 따른 운동형상학적 차이를 보기 위해서 독립 t검정(Independent t-test)으로 분석하였다. 팔뻗기 거리(15%, 37.
- 팔뻗기 거리(15%, 37.5%, 60%)와 물체크기(2cm, 10cm)에 따른 상호작용효과를 확인하기 위해 이원분산분석(3×2 Two-way ANOVA measure)을 실시하였다.
이론/모형
- 움직임의 평균 속도, 평균 가속도, 최대 속도, 속도의 정점수 분석을 위해 삼차원 동작 분석 시스템인 CMS-70P(Zebris Medizintechnik Gmbh, Germany)를 사용하였다. 이 장비는 개인용 컴퓨터, 초음파 신호를 내보내는 직경 1cm의 능동표식자(basic unit, CMS-70P), 능동표식자의 정보를 전달할 수 있는 cable adapter, 초음파 신호를 인식하는 측정감지기로 구성되어 있다.
성능/효과
- 37.5%, 60% 뻗기 거리에서 물체의 크기가 10cm일 때 평균속도는 유의하게 증가하였다(p=.007, p=.021). 평균속도는 물체 크기가 2cm일 때 팔길이의 15%, 37.
- 넷째, 뻗기 거리가 증가할수록, 물체 크기가 클수록 속도의 정점 수는 감소하였다. 속도의 정점 수는 1회의 과제를 수행하는데 사용되는 반복적인 가속 및 감속을 나타내는 수이다.
- 둘째, 물체 크기와 뻗기 거리의 변화는 평균 가속도에 영향을 미치지 않았다. 가속도는 수행시간 내에서 속도가 변화하는 비율을 나타내며 움직임 궤적의 공간적, 시간적인 속성을 가지고 있다(Plamondon, 1995).
- 물체 크기가 10cm일 때도 길이의 15%, 37.5%, 60%로 세 가지 뻗기를 수행한 결과 세 군은 서로 유의한 차이가 있었으며(p<.01), 거리가 증가할수록 최대 속도는 유의하게 증가하였다(Table 4).
- 물체 크기가 10cm일 때도 길이의 15%, 37.5%, 60%로 세 가지 뻗기를 수행한 결과 세 군은 서로 유의한 차이가 있었으며(p<.01), 거리가 증가할수록 평균 속도가 통계학적으로 유의하게 증가하였다(Table 2).
- 본 연구에서는 정상인을 대상으로 두 가지 물체 크기와 세 가지 거리에 따른 팔뻗기를 실시하여 속도, 가속도, 최대 속도, 속도의 정점 수를 측정하였다. 물체 크기와 뻗기 거리 사이의 상호작용효과는 없는 것으로 나타났으나, 각각의 변수는 종속변수에 유의미한 영향을 미치는 것을 확인할 수 있었다.
- 이것은 움직임의 부드러움을 나타내는 속도기반의 변수 중 하나로 그 수가 적을수록 움직임은 부드럽고 많을수록 움직임이 부드럽지 않음을 나타낸다(Messier and Kalaska, 1999; Hussain, Murphy, & Sunnerhagen, 2018; Gulde, & Hermsdorfer, 2018). 물체크기가 동일할 때 뻗기 거리가 증가할수록 움직임의 정점 수가 감소하였는데 본 연구에서 실험한 평균속도변수를 비교한 결과를 보면 뻗기 거리가 증가할수록 평균 속도는 증가하며, 이는 뻗기 거리가 짧은 조건에 비해 목표물에 닿는 속도가 빨라졌음을 뜻한다. 이와 관련한 Massie와 Malcolm(2012)의 연구에서 뇌졸중 환자를 대상으로 움직임 속도만 제한을 두고 동일한 과제로 실험을 하였다.
- 움직임 속도는 가장 빠른 속도와 스스로 선택한 속도를 하도록 지시하였고 삼차원 움직임 분석기를 이용하여 측정한 결과 가장 빠르게 과제를 수행한 집단에서 평균 운동 단위가 감소하였으며 스스로 선택한 속도를 수행한 집단보다 움직임이 부드러웠다고 보고하였다. 본 연구에서는 뻗기 거리가 증가할수록 속도의 정점수는 감소하고 속도는 증가하였다. 이것은 속도와 움직임 단위가 반비례한다고 설명한 Massie와 Malcolm(2012)의 연구 결과와 일치한다.
- 정확도가 낮은 과제는 사전 프로그래밍이 된 경향이 있어 감속 구간이 짧으며, 정확도가 높은 과제는 시각적 피드백 제어를 활용해 감속 구간이 더 길다(Wu, Lin, Lin, Chang & Chen, 2005). 본 연구에서도 움직임의 정확도를 결정짓는 목표 위치를 여섯 가지의 조건으로 측정한 결과 물체 크기 및 뻗기 거리에서 정확도가 요구되는 과제일수록 감속 구간이 더 길어지는 경향을 보였다. 또한 뻗기 거리가 증가할수록 평균 속도가 증가하였다.
- 본 연구의 결과는 임상에서 뻗기 훈련을 적용할 때 물체 크기-뻗기 거리를 10cm-60%, 2cm-60%, 10cm-37.5%, 2cm-37.5%, 10cm-15%, 2cm-15% 순으로 등급화할 수 있다는 것이다. 이러한 패턴을 일상적 활동에서 고려한다면, 예를 들어 물체 크기는 10cm 컵에서 작은 클레이로 난이도를 조절할 수 있고, 뻗기 거리는 30cm, 15cm, 7cm로 난이도 조절이 가능하다고 생각된다.
- 세 가지 뻗기 거리에서 물체의 크기가 10cm일 때 정점 수는 유의하게 감소하였다(p=.000 p=.041, p=.026). 속도의 정점 수는 물체 크기가 2cm일 때 팔길이의 15%, 37.
- 세 가지 뻗기 거리에서 물체의 크기가 10cm일 때 최대속도는 유의하게 증가하였다(p=.01 p=.002, p=.002). 최대 속도는 물체 크기가 2cm일 때 팔길이의 15%, 37.
- 셋째, 뻗기 거리가 증가할수록, 물체 크기가 클수록 최대 속도가 증가하였다. 본 연구에서는 물체 크기를 2cm와 10cm로 제한하여 공간적 정확성을 조작하였다.
- 속도의 정점 수는 물체 크기가 2cm일 때 팔길이의 15%, 37.5%, 60%로 세 가지 뻗기를 수행한 결과 세 군은 서로 유의한 차이가 있었으며(p<.01), 팔길이의 15% 거리보다 37,5%, 60%일 때 정점 수는 유의하게 감소하였다.
- 첫째, 물체의 크기가 클수록, 뻗기 거리가 증가할수록 평균 속도가 증가하였다. 물체 크기가 수행 속도에 영향을 주는 것은 Fitts의 법칙과 Speed–Accuracy Trade Off(SAT)로 설명할 수 있다.
- 최대 속도는 물체 크기가 2cm일 때 팔길이의 15%, 37.5%, 60%로 세 가지 뻗기를 수행한 결과 세 군은 서로 유의한 차이가 있었으며(p<.01), 팔뻗기 거리가 증가할수록 최대 속도는 유의하게 증가하였다.
- 평균속도는 물체 크기가 2cm일 때 팔길이의 15%, 37.5%, 60%로 세 가지 뻗기를 수행한 결과 세 군은 서로 유의한 차이가 있었으며(p<.01), 사후검정 결과 뻗기 거리가 증가할수록 평균 속도가 통계학적으로 유의하게 증가하였다.
후속연구
- 작업치료사는 이전의 학습되었지만 여러 가지 질환으로 인해 저하된 움직임 기술을 재획득하여 일상생활에서도 적용하도록 중재계획과 목표를 설정해야 하며 본 연구에서 도출된 결과를 임상에 적용하여 움직임의 질적 향상에 활용될 수 있을 것이라 생각된다. 그러나, 본 연구의 결과를 임상에서 활용하기 위해서는 중추신경계 손상환자를 대상으로 한 후속 연구가 반드시 필요할 것이다.
- 추후 연구에서는 노인을 포함한 다양한 연령의 움직임을 분석하고, 중추신경계 손상 환자의 움직임도 측정 및 비교해야 할 것이다. 또한 상지의 먼 쪽 부위뿐만 아니라 팔굽관절과 어깨관절을 포함한 다양한 위치에서 발생하는 운동형상학적 변수를 고려해야 할 것이다.
- 또한 분석요소가 최대속도, 이동 시간 및 최대속도 도달시간으로 제한되어 있으며 체간의 굴곡 및 가쪽굴곡 등 체간의 움직임을 주요 변수로 연구하여 상지의 분리된 움직임이 분석되지 않았다. 또한 팔길이 70% 이내에서 뻗기 거리와 물체 크기에 따른 구체적인 수행도를 순서적으로 분류할 수 있다면 뻗기 훈련 시 참고자료로 활용할 수 있을 것이다.
- 본 연구는 주로 20대 정상 성인을 대상으로 하였고, 단일 표식자로 공간 내에서 노뼈붓돌기에 부착된 마커의 움직임만 분석하였다는 제한점이 있었다. 추후 연구에서는 노인을 포함한 다양한 연령의 움직임을 분석하고, 중추신경계 손상 환자의 움직임도 측정 및 비교해야 할 것이다.
- 등급화된 과제는 운동학습의 전이에서도 중요한데 운동학습의 전이는 이전에 획득한 움직임 기술을 기반으로 넓은 범위에서 새로운 움직임 기술을 학습하는 것이다(Rose & Christina, 2006). 작업치료사는 이전의 학습되었지만 여러 가지 질환으로 인해 저하된 움직임 기술을 재획득하여 일상생활에서도 적용하도록 중재계획과 목표를 설정해야 하며 본 연구에서 도출된 결과를 임상에 적용하여 움직임의 질적 향상에 활용될 수 있을 것이라 생각된다. 그러나, 본 연구의 결과를 임상에서 활용하기 위해서는 중추신경계 손상환자를 대상으로 한 후속 연구가 반드시 필요할 것이다.
- 본 연구는 주로 20대 정상 성인을 대상으로 하였고, 단일 표식자로 공간 내에서 노뼈붓돌기에 부착된 마커의 움직임만 분석하였다는 제한점이 있었다. 추후 연구에서는 노인을 포함한 다양한 연령의 움직임을 분석하고, 중추신경계 손상 환자의 움직임도 측정 및 비교해야 할 것이다. 또한 상지의 먼 쪽 부위뿐만 아니라 팔굽관절과 어깨관절을 포함한 다양한 위치에서 발생하는 운동형상학적 변수를 고려해야 할 것이다.
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