초록 ▼

보행분석은 걷기 동작에 이상이 있는 환자의 보행특성을 평가하여 치료방안을 수립하거나 치료 후의 예후 평가에 유용하다. 국내의 경우, 보행분석 시스템을 구축하는데 요구되는 장비와 소프트웨어가 너무 고가이기 때문에 보행동작의 운동 특성 및 역학적 특성과 근전도 신호 등을 통합적으로 분석하기 어려웠다. 특히, 보행데이터의 축적이 거의 이루어지지 않았기 때문에 보행 동작의 정상성 여부를 판별할 때 비교의 기준이 될 수 있는 한국인의 정상보행 특성데이터가 확보되지 못한 문제점 때문에 보행분석의 임상적용에 큰 어려움을 겪고 있다.
본 연

보행분석은 걷기 동작에 이상이 있는 환자의 보행특성을 평가하여 치료방안을 수립하거나 치료 후의 예후 평가에 유용하다. 국내의 경우, 보행분석 시스템을 구축하는데 요구되는 장비와 소프트웨어가 너무 고가이기 때문에 보행동작의 운동 특성 및 역학적 특성과 근전도 신호 등을 통합적으로 분석하기 어려웠다. 특히, 보행데이터의 축적이 거의 이루어지지 않았기 때문에 보행 동작의 정상성 여부를 판별할 때 비교의 기준이 될 수 있는 한국인의 정상보행 특성데이터가 확보되지 못한 문제점 때문에 보행분석의 임상적용에 큰 어려움을 겪고 있다.
본 연구의 목표는 고관절이나 슬관절에 이상이 있는 관절 환자의 보행특성을 정상인의 보행특성과 비교하여 평가할 수 있는 정형외과용 보행분석 소프트웨어를 개발하는 것이다. 이러한 연구목표를 달성하기 위하여, 보행분석 시스템을 구축하였고, 보행실험 프로토콜을 정립하였으며, 정상인과 관절환자를 대상으로 보행실험을 실시하여 보행데이터를 축적하였다. 또한, 보행분석 소프트웨어의 구축에 요구되는 보행특성 모수별 정상보행의 범위 규정, 고관절 회전중심예측, 지면반력의 벡터다이아그램 분석, 근전도 신호의 주파수분석 등의 기능을 프로그램으로 구현하는 연구를 수행하였다. 보행분석 시스템은 인체의 3-차원적 움직임을 실시간으로 추적하는 6 대의 비디오카메라와 지면반력을 측정하는 힘판(Force Plate) 및 근육 활동을 측정하는 근전도(EMG) 측정장치 등을 컴퓨터에 연동시켜 구성되었다. 인체 하지의 3-차원적 운동궤적(Motion trajectory)은 2 대 이상의 비디오카메라에 동시에 잡힌 인체에 부착된 마커(Marker)의 위치좌표 변화로부터 구해진다. 본 연구에서는 마커의 부착 위치가 해부학적으로 잘 정의된 헬렌헤이즈 세트(Helen Hayes marker set)가 이용되었다. 마커 부착위치와 피실험자의 키와 몸무게 등의 인체측정학적(anthropometric) 데이터를 이용하여, 하지 각부(segment)의 질량과 관성모멘트가 계산되었고, 각 관절의 회전중심 위치가 결정되었다.
보행동작 분석에서 발생하는 오차의 상당 부분이 고관절 회전중심(Hip Joint Center)의 부정확한 예측에 기인한다. 보행분석에 이용되는 인체 링크모델 및 회전각의 계산은 고(Hip)관절에서 시작하여 슬(Knee)관절을 거쳐 족(Ankle)관절에 이르게 되므로, 고관절 회전중심의 오차는 점차 증폭되어 전체의 보행해석 결과에 나쁜 영향을 끼치게 된다. 외국의 인체측정학적 데이터에 근거하여 도출된 회귀식을 이용하여 고관절의 회전중심을 예측하는 기존의 방법은 한국인에 대하여는 그 적합성이 검증된 바 없다. 따라서, 보행분석 프로그램에서의 회전중심 예측의 정확성을 향상시키기 위하여, 마커(Marker)의 운동궤적에서 역으로 고관절 회전중심을 예측할수 있도록, 골반(pelvis)과 허벅지(thigh) 사이의 상대적인 동작궤적의 오차를 최소화하여 고관절의 회전중심을 결정하는 방법(Functional method)을 프로그램으로 구현하였다.

Abstract ▼

Gait analysis has been recognized as a useful tool for evaluating gait characteristics and planning treatments on patients with movement disorders. Due to the high expense of hardware and software for gait analysis, only a few dedicated laboratories provide comprehensive gait analysis elaborating ki

Gait analysis has been recognized as a useful tool for evaluating gait characteristics and planning treatments on patients with movement disorders. Due to the high expense of hardware and software for gait analysis, only a few dedicated laboratories provide comprehensive gait analysis elaborating kinematics, kinetics and electromyography. Because the reliable database representing normal gait characteristics of Korean has never been presented in public, the clinical gait analysis has been suffered from the lack of data and thus limited in its application.
The objective of this study was to develop the gait analysis software useful for clinicians in orthopedics. The test protocols providing comprehensive data of angular motions, joint moments, ground reaction forces, and electromyograms during walking were proposed. The gait tests were performed on healthy subjects and patients with joint disease. The database representing normal gait was constructed by accumulating gait data from healthy Korean subjects. The abnormal gait characteristics of patients with joint disease were statistically differentiated from normal gaits by comparing the patients' data with the predefined normal range.
The integrated gait analysis system consisted of video cameras tracing trajectories of body segments, force plates measuring ground reaction forces, electromyography devices detecting muscular contractions, and a computer with data processing boards. The anatomically defined Helen Hays markers were attached on the body segments, and the 3-dimensional motion trajectories of lower extremities during walking were traced by the video cameras with sampling rates of 60~200 Hz. The mass and the moment of inertia for each segment were determined using the information on marker positions and some anthropometric data.
Motion analysis of the lower extremities required determination of the location of the hip joint center. Kinematic and kinetic variables calculated from motion data were highly sensitive to errors in hip joint center location. The imprecise location of markers could lead to mislocation of joint centers, which propagated to errors in joint kinematics and kinetics. Hip joint center was defined relative to the anatomic landmarks and estimated using a regression equation developed for the Caucasian. However, the adequacy of this regression had never been examined for Korean. To improve the repeatability of kinematic and kinetic data, a functional method was used to define hip joint centers and axes of rotation.

목차 Contents

• 표지 ... 1
• 제출문 ... 2
• 목차 ... 3
• Ⅰ. 연구개발결과 요약문 ... 4
• (한글) 요약문 ... 4
• (영문) SUMMARY ... 6
• Ⅱ. 총괄연구개발과제 연구결과 ... 8
• 1. 총괄연구개발과제의 최종 연구개발 목표 ... 8
• 1.1. 총괄연구개발과제의 목표 ... 8
• 1.2. 총괄연구개발과제의 목표달성도 ... 13
• 2. 총괄연구개발과제의 최종 연구개발 내용 및 결과 ... 14
• 2.1. 보행실험 및 데이터분석 방법의 정립 ... 14
• 2.2. 정상인 보행실험의 내용 및 분석결과 ... 26
• 2.3. 관절환자 보행실험의 내용 및 분석결과 ... 42
• 2.4. 보행분석 소프트웨어 개발결과 ... 54
• 3. 총괄연구개발과제의 연구결과 고찰 및 결론 ... 70
• 3.1. 고찰 ... 70
• 3.2. 결론 ... 73
• 4. 총괄연구개발과제의 연구성과 ... 74
• 4.1. 총괄연구개발과제의 연구성과 ... 74
• 4.2. 총괄연구성과 세부내용 ... 75
• 4.3. 향후 성과 추진계획 ... 85
• 5. 연구개발결과의 파급효과 ... 87
• 5.1. 기술적 파급효과 ... 87
• 5.2. 경제적 파급효과 ... 88
• 5.3. 사회적 파급효과 ... 88
• 6. 참여연구원 편성표 ... 89
• 7. 참고문헌 ... 90
• 8. 부록 : 보행분석 소프트웨어의 작성코드 ... 92
• 9. 첨부서류 ... 127