의 자 차 추진 패 턴 에 따른 추 진 주기 의 시 간 적 변수 분 석

의 자 차 추진 패 턴 에 따른 추 진 주기 의 시 간 적 변수 분 석

A Comparative Analysis of the Temporal Parameter by the Wheelchair Stroke Pattern

공 진 용 ^* Kong, Jin Yong

Ⅰ 서 론 .

하지마비 등으로 인하여 보행에 문제를 가진 장애인과 노인들의 이동에 필수 적인 보조공학 기기는 의자차이다 의자차는 전동 의자차와 수동 의자차로 크게 . 분류가 되며 이중 수동 의자차는 주로 사용자의 상지 근력 등을 이용하여 추진 , 하고 있다 수동 의자차의 자가 추진은 상지 각 관절의 양측성 동시성 그리고 . , ,

* 나사렛대학교 재활공학과 교수 교신저자( : [email protected]) Department of Rehabilitation Technology, Korea Nazarene University Vol. 46, No. 4, pp. 1~18, 2007.

요 약

< >

의자차 사용자의 50% 이상은 상지의 통증과 손상을 경험하였거나 현재 문제를 가, 지고 있다 이러한 의자차 사용자의 근골격계 손상을 예방할 수 있고 역학적 효율이. , 높은 추진패턴을 선택할 수 있는 정보가 필요하다.

본 연구에서는 지체장애인의 주요 이동수단으로 사용되는 의자차의 추진 시 발생하 는 상지관련 근골격계 질환을 예방하기 위하여 추진주기의 시간적 변수를 이용한 최적, 의 의자차 추진패턴을 찾고자 실시하였다.

본 연구는 상지 근골격계 신경계 이상이 없으며 심혈관계 질환 경력이 없는/ , 20대 성인 남자 24명을 대상으로 속도에 따른 추진패턴 분석과 추진패턴에 따른 의자차 추, 진주기의 시간적 변수를 분석하여 최적의 추진패턴을 찾고자 실험하였다.

본 연구결과 여러 추진패턴 중 손상의 위험을 최소화시킬 수 있고 효율적인 최적의 패턴은 반원형이라고 할 수 있다 추후 연구에서는 관절가동범위 변화 에너지 소모율. , 등 종합적인 실험을 통해 적절한 추진패턴을 찾는 연구가 필요하리라 사료된다.

핵심어 : 의자차 추진패턴 시간적 변수 근골격계 손상, ,

반복적인 동작에 의하여 이루어지는데 이러한 동작형태는 상지 관절의 손상을 , 유발하는 중요한 요소가 된다.

그러나 상지는 선천적 생리적 기능에서 하지에 비해 부하가 크게 걸리지 않는 부위인데 수동 의자차를 추진하는 동안 상지는 생리적으로 감당할 수 있는 부 , 하저항력 보다 강한 역학적 스트레스를 받게 된다 (Price 등 , 2007; van der 등 수동 의자차 사용자는 오랜 기간 동안 반복적으로 상지를 Woude , 2001).

이용하고 있기 때문에 상지에 다양한 문제를 겪고 있다 (Wei 등 , 2003;

등 등

Rodgers , 2003; Sabick , 2001).

대표적으로 견관절 통증 수근관증후군 , (carpal tunnel syndrome), 그리고 다 른 상지의 병적질환은 수동 의자차 사용자의 대표적인 문제점들이다(Dyson-

과 등 수동 의자차 사용자의

Hudson Kirshblum, 2004; Samuelsson , 2004).

는 상지 관절에 관절통을 호소하고 있으며 는 상지에 단발신경병

64-73% , 67%

증 (mononeuropathies) 을 경험하고 있다 (Davidoff 등 , 1991). 가장 일반적인 누적외상성 질환으로는 수근관증후군으로 척수손상 의자차 사용자의 50-60%

가 손목에 신경병증을 경험하고 있다고 하였다 (Gironda 등 , 2004; Veeger 등 , 1998).

의자차 추진동작은 상지의 추진력을 의자차 손잡이에 전달시켜야 이루어지는 동작으로 이러한 힘의 전달은 상지의 각 관절을 통하여 전달되고 있다 이렇게 , . 전달된 추진력은 의자차 손잡이를 잡고 있는 손목을 통하여 다시 고스란히 반발 력으로 되돌아오게 되는데 이러한 반발력과 같은 외적 부하는 손목에 강한 압 , 박력으로 작용하게 된다 (Aljure 등 , 1985).

상지의 근골격계 손상 등은 통증 감소된 이동성 견관절과 손목관절의 수술 , , 등의 여러 문제점으로 인하여 삶의 질이 현저하게 감소되어 있는 실정이다 특 . 히 수동 의자차의 부적절한 추진패턴의 사용은 이러한 삶의 질을 현저하게 감 , 소시키는 주요한 요인이라고 할 수 있다 (Boninger 등 , 2004; Boninger 등 , 그래서 추진패턴의 적절한 선택과 훈련은 의자차 과사용으로 인한 근골 1999).

격계 손상 등의 문제점을 감소시켜주는 주요한 요인이 되고 있다.

수동 의자차의 추진을 운동학적으로 분석하면 크게 추진기 , (push phase) 와 회복기 (recovery phase) 로 구별할 수 있다 추진기 시 상지의 동작은 닫힌고리 . 현상 (closed chain event) 이라고 할 수 있다 (Newsam 등 , 1999). 그래서 추진 기 시 상지의 운동 경로는 의자차 손잡이와 사용자의 접촉에 의해 주로 결정된 다 (Bednarczyk 와 Sanderson, 1994). 즉 손잡이와 같이 따라서 움직이므로 , 의자차 사용자 간 유의한 차이는 발견되지 않는 특징을 가진다.

이에 반해 회복기는 열린고리현상 , (open chain event) 이라고 한다 (Newsam

등 , 1999). 추진기와 달리 회복기 동안에는 손이 손잡이와 접촉을 하지 않는다 . 그래서 상지가 손잡이에 의해서 방해를 받지 않고 자신의 스타일에 맞는 다양한 형태의 운동패턴을 보여주기 때문에 의자차 사용자 간 추진패턴의 편차는 커지 게 된다 (Rao 등 , 1996).

그림 의자차 추진패턴 가지 형태

< 1-1> 5

① ②반원형(SC; semicircular pattern), 원형(CIRC; circular pattern),

③ ④ 단고리형(SLOP; single-looping over propulsion pattern), 쌍고리형(DLOP; double-looping over propulsion pattern)

⑤

등 은 회복기의 운동패턴을 가지로 구분하였는데 손동작의

Schantz (1999) 3 ,

모양에 따라 원운동 (circular movement), 반원운동 (semicircular movement), 그리고 펌프운동 (pumping movement) 으로 나누었으며 , Boninger 등 (2002) 은 회복기의 운동패턴을 반원형 (semicircular), 활형 (arcing), 단고리형 (single

쌍고리형 로 구분

looping over propulsion), (double looping over propulsion)

하여 정의하였다 이전의 연구자들에 의해 분류된 회복기 추진패턴을 본 연구에 . 서는 5 가지로 형태로 구분하였다 첫째 활형 . , (arcing pattern; 추진기 패턴동안 이동한 손의 궤적을 따라 반대로 원위치로 되돌아오는 패턴 ), 둘째 , 반원형 추진기 패턴의 마지막에서 직선으로 손잡이 아래에서 원 (semicircular pattern;

위치로 되돌아오는 패턴 ), 셋째 원형 , (circular pattern; 추진기 패턴의 마지막에

서 손잡이 아래에서 둥근 원모양의 궤적을 이루며 원위치로 되돌아오는 패턴),

넷째 단고리형 , (single-looping over propulsion pattern; 추진기 패턴의 마지

막에서 손잡이 위에서 궤적을 이루며 원위치로 되돌아오는 패턴 ), 그리고 다섯 째 쌍고리형 , (double-looping over propulsion pattern; 추진기 패턴의 마지막 에서 손잡이 위에서 궤적이 8 자 모양을 이루며 원위치로 되돌아오는 패턴 등이 ) 다 그림 < 1-1>.

와 은 상지의 운동학적 분석과 의자차 추진 특

Bednarczyk Sanderson(1994)

성에 관한 연구는 의자차를 추진하는 동안 사용자와 의자차간의 상호작용을 서 술할 수 있는 중요한 단서가 될 것이라고 하였으며 의자차 추진으로 인한 문제 , 점을 예방하기 위해 의자차 추진의 운동학적 분석을 통한 최적의 추진패턴을 찾 는 것이 선행되어야 한다.

근골격계 손상을 예방하기 위한 중재방법으로 제한할 수 있는 대표적인 추진 패턴에 관한 연구는 Sanderson 과 Sommer(1985) 에 의해 처음으로 이뤄졌다 . 이들은 2 명의 의자차 사용자를 대상으로 손에 마커를 부착시켜 이 마커의 궤적 을 추적함으로써 추진패턴을 구별하여 원형과 활형 , 2 가지 패턴이 있음을 보고 하였다 이후의 연구에서 . Chou 등 (1991) 은 3 명의 의자차 사용자와 3 명의 의자 차 미사용자를 대상으로 분석한 결과 의자차 사용자는 반원형을 미사용자는 활 , , 형을 주로 사용하고 있음을 확인하였다 그리고 . Shimada 등 (1998) 은 7 명의 의 자차 사용자를 대상으로 한 추진패턴 조사에서 2 명은 반원형 , 4 명은 쌍고리형 , 그리고 1 명은 단고리형을 사용하고 있다고 하였으며 , de Groot 등 (2004) 은 24 명의 의자차 비사용자를 대상으로 활형 반원형 단고리형에 대해 실험을 실시하 , , 여 최적의 의자차 추진패턴을 찾고자 노력하였다.

그러나 이들의 연구결과를 분석한 결과 연구자들에 따라 최적의 추진패턴을 서로 다르게 주장하고 있다 . Sanderson 과 Sommer(1985) 와 Veeger 등 은 비장애인 실험자를 대상으로한 추진패턴 연구에서 활형이 가장 비효 (1989)

율적인 패턴이라고 주장하였다 반면 . , Shimada 등 (1998) 과 Veeger 등 (1989) 은 원형이 가장 효과적인 추진패턴이라고 주장하였다 . de Groot 등 (2004) 은 등 의 실험과 반대로 효율적 측면에서는 반원형보다 활형이 최 Boninger (2002)

적의 추진패턴이라고 주장하였다 . 그리고 가장 최근의 연구인 Richter 등 의 연구에서는 최적의 추진패턴은 따로 존재하는 것이 아니라 사용자가 (2007)

자신의 사용환경에 적절히 맞춰서 선택하는 것이 최선이라고 주장하였다.

이처럼 아직까지 최적의 추진패턴을 찾는 연구 결과가 모호한 상황에서 본 연

구에서는 지체장애인의 주요 이동수단으로 사용되는 의자차의 다양한 추진속도

와 추진 시 발생하는 상지관련 근골격계 질환을 예방하며 이차적 장애를 야기 ,

할 수 있는 위험요소를 조기 발견하기 위하여 추진주기의 시간적 변수를 이용 ,

한 최적의 의자차 추진패턴을 찾고자 실시하였다.

Ⅱ 연구 방법 .

연구대상자 1.

본 연구의 대상자는 ○○ 대학에 재학 중인 건강한 20 대 성인 남자 24 명을 대상으로 실시하였다 이들은 모두 의자차 사용 경험이 없고 상지에 근골격계 . , 이상이나 신경계 이상이 없으며 심혈관계 질환 경력이 없는 자로 선정하였다 , .

본 연구의 참가에 동의한 대상자의 필요조건은 다음과 같다.

첫째 의자차 사용 경험이 없는 자 ,

둘째 손목 팔꿈치 등의 관절 움직임에 제한이 없고 기능적으로 정상인 자 , , 셋째 현재 상지에 피로 동통 지각이상 등의 근골격계 장애가 없는 자 , , , 위의 조건을 충족시키는 대상자를 대상으로 실험을 실시하였으며 2007 년 5 월

일부터 동년 월 일까지 대상자 명을 선별하여 사전 예비실험을 실시하

20 5 25 3

여 의자차 추진 및 데이터 수집 시에 발생하는 문제점 및 오류를 수정 보완한 ㆍ 후 , 2007 년 6 월 10 일부터 동년 6 월 30 일까지 연구대상자 전원에 대해 실험을 하였다.

실험대상자를 의자차 사용 경험이 없는 자로 선정한 이유는 이미 경험있는 의 자차 사용자는 사용기간에 따라 자신에게 가장 적합하고 효율적인 하나의 추진 패턴을 오랫동안 사용하고 있기 때문에 본 실험에서 확인하고자 하는 여러 종류 의 추진패턴을 사용할 경우 다른 결과가 나타날 수 있는 등의 문제가 발생할 수 있다 이에 본 실험에서는 다양한 의자차 추진패턴에 대한 조건이 균등한 의자 . 차 추진 경험이 없는 자를 선발하여 실시하게 되었다.

실험에 참가한 연구대상자 24 명의 일반적 특성은 평균연령 24.5 , 세 평균체중

평균신장 이었다 표

72.5kg, 174.3cm < 2-1>.

표 연구대상자의 일반적인 특징

< 2-1>

Number Mean ± SD Range

Age(year) 24 24.5 ± 3.1 20 ~ 27

Weight(kg) 24 72.5 ± 5.3 67 ~ 78

Height(cm) 24 174.3 ± 5.2 169 ~ 179

실험 방법 2.

본 실험의 절차는 연구 조건에 적합하며 실험에 동의한 연구 대상자를 선정 , 하여 실험의 절차를 설명한 후 실험 환경에 익숙해지도록 본 실험에 들어가기 , 전에 심리적 안정 상태를 유지하기 위하여 저 속도에서 1min 간 추진을 하게 하 였다 추진 후 . 30min 정도의 휴식을 가진 후에 본 실험에 임하도록 하였다 대 . 상자는 서로 다른 2 가지의 속도 (0.67m/s, 1.33m/s) 에서 의자차 추진을 각각

간 실시하였다

1min .

의자차 추진 장치 1)

실험에는 뒷바퀴 손잡이 지름 60cm, 등받이 각도 3° 좌석 , (seat) 각도 2°, 캠버 (camber) 0° 그리고 무게 20kg 인 표준형 수동 의자차를 사용하였다 손잡 . 이는 보조 추진장치가 설치되지 않고 코팅되지 않은 손잡이를 사용하였다 추진 , . 을 하는 동안에 상지 운동범위에 제한을 주지 않기 위하여 의자차의 팔 지지대

는 제거하였다 등

(armrest) (Newsam , 1999).

이전 연구자들에 의해 주로 사용된 의자차 에르고미터 (ergometer) 와 비교하 여 의자차 트레드밀 (treadmill) 은 추진력이 체간과 상지의 움직임에 의해서 발 생하고 회복기 동안 의자차 사용자 시스템에 작용하는 관성력을 추진에 이용할 - 수 있다 이러한 관성력은 의자차 추진 시 역학적 효율을 높이는데 중요한 역할 . 을 수행하고 있기 때문에 본 실험에서는 의자차 사용자가 일상생활에서 사용하 , 는 동일한 추진 환경을 제공할 수 있으며 자유추진 , (free-wheeling) 을 할 수 있는 의자차 트레드밀에서 실시하였다 그림 < 2-1>.

그림

< 2-1> Wheelchair propulsion situation

의자차 추진의 시간적 변수 측정 및 추진패턴 측정 2)

시간적 변수 측정 (1)

의자차 추진 시 측정한 시간적 변수로 추진율 (cadence), 전추진기 시간 (cycle

추진기 시간 회복기 시간 그리고 비

time), (push time), (recovery time), PSP 율 등이 있다 이들 시간적 변수를 측정하기 위하여 의자차 추진 주기를 추진기 . 와 회복기로 나누어 Penny & Giles 사 전기관절측각기 Data Logger(M180, Penny & Giles, Biometrics Limited, Pontllanfraith, Blackwood Gwent, NP2

의 소프트웨어를 사용하여 분석하였다

2YD, UK) Data Log .

주관절의 전기관절측각기 센서 (SG110) 는 Murray 등 (2002) 의 연구와 동일 하게 주관절을 완전 신전시킨 상태에서 전기관절측각기의 축을 상완의 내외상과 연장선에 일치시켜 부착시켰다 전기관절측각기의 근위단은 상완골 측면 정중앙 . , 원위단은 전완 측면 정중앙에 부착시켰다 그림 < 2-2>.

추진기는 주관절의 굴곡각도가 감소하는 시기로 회복기는 주관절 굴곡각도가 , 증가하는 시기로 구분하여 시간적 변수인 전추진기 시간 추진기 시간 회복기 , , 시간 추진율 , , PSP 비율 등을 측정하였다 추진율은 . 1min 간 의자차 손잡이를 추진한 횟수를 말하며 , PSP 비율은 추진기 시간을 회복기 시간으로 나눈 값을 말한다.

그림 관절측각기 부착위치 주관절

< 2-2> ;

회복기 패턴 측정 (2)

의자차 추진 시 회복기의 추진패턴을 측정하기 위하여 디지털 비디오카메라를 사용하였다 카메라는 노출시간이 . 1/200sec, 카메라의 속도가 초당 30 프레임인 사의 을 사용하였다 카메라 설치는 의자차 트레드밀의 측면

Sony DCR-TRV40 .

에 위치시켜 의자차를 추진하는 피험자의 시상면 (sagittal plane) 상의 활동을 측

정하였다 손의 궤적을 추적하기 위한 마커 . (marker) 는 실험자의 3 번째 중수지 절관절 (MP joint) 피부 위와 의자차 뒷바퀴 축에 부착하여 측정하였다 .

분석방법 3.

의자차 추진패턴 및 속도에 따른 시간적 변수 변화량을 계산하였다 추진 패턴 . 간의 차이를 알아보기 위하여 Bonferroni post hoc test 를 실시하였으며 실험 , 변수간 추진패턴의 차이를 알아보기 위하여 Chi-square test 를 실시하였다 .

자료 처리 및 분석을 위한 통계는 상용 통계프로그램인 윈도용 SPSS version 을 이용하였으며 통계학적 유의성을 검정하기 위하여 유의수준 는 로

11.0 α .05

하였다.

Ⅲ 결 과 .

속도에 따른 추진패턴 분석 1.

속도에 따른 추진패턴에서 반원형을 선택한 비율은 43.8%(21 ) 회 로 가장 높 게 나타났으며 단고리형이 , 33.3%(16 ), 회 쌍고리형이 16.7%(8 ), 회 그리고 활 형이 0.1%(3 ) 회 로 나타났다 그러나 원형을 사용한 경우가 없었다 표 . < 3-1>

그림

< 3-1>.

표 추진패턴 분석

< 3-1>

0.67m/s 1.33m/s Total

SEMI 10 11 21(43.8%)

SLOP 8 8 16(33.3%)

DLOP 5 3 8(16.7%)

ARC 1 2 3(0.1%)

0 5 10 15 20 25

S EMI S LO P D LO P A R C

추 진 패 턴

추진횟수

1 .3 3 ㎧ 0 .6 7 ㎧

그림 추진패턴 분석

< 3-1>

추진패턴에 따른 의자차 추진주기의 시간적 변수 분석 2.

추진패턴에 따른 의자차 추진주기의 시간적 변수를 분석한 결과 표 < 3-2>, 추진율은 추진패턴에 따라 통계학적으로 유의한 차이를 보여주었다 (p<.05). 이 중 반원형이 가장 낮게 나왔으며 다음으로 단고리형 쌍고리형 활형 순으로 나 , , , 타났다 그림 < 3-2>. 전추진기 시간은 단고리형이 가장 길게 나왔으며 활형이 , 가장 짧은 시간을 보여주었다 추진패턴에 따른 . PSP 비율은 다른 추진패턴에 비해 반원형이 가장 큰 것으로 나타났다 (p<.05)< 그림 3-3>.

속도에 따른 시간적 변수의 변화는 속도가 증가할수록 추진율은 모든 추진패 턴에서 유의하게 증가함을 확인할 수 있었으며 (p<.05), PSP 비율도 추진속도 에 따라 유의하게 증가하였다(p<.05).

표 추진패턴에 따른 시간적 변수

< 3-2>

Mean ± SD

P

F (dof)

n ν SEMI SLOP DLOP ARC Effect of

velocity

Effect of Stroke Pattern Cadence

ⅰ 70.5 ± 3.5 73.6 ± 4.8 72.9 ± 4.1 76.1 ± 3.8 0.02 0.00

ⅱ 76.3 ± 2.8 79.5 ± 3.5 78.8 ± 5.3 80.4 ± 4.2 2.5 (1) 26.7 (3) CT

ⅰ 1.31 ± 0.1 1.19 ± 0.4 1.23 ± 0.3 1.02 ± 0.4 0.08 0.01

65 70 75 80 85 90

SEM I SL O P DL O P A R C

추 진 패 턴

추진율

0.67 ㎧ 1.33 ㎧

그림 추진패턴에 따른 추진율

< 3-2>

0.8 1 1.2 1.4 1.6 1.8 2

SEM I SL O P DL O P A R C

추 진 패 턴

PSP 비율

0.67 ㎧ 1.33 ㎧

그림 추진패턴에 따른 비율

< 3-3> PSP

ⅱ 1.20 ± 0.4 1.01 ± 0.2 1.11 ± 0.3 0.95 ± 0.5 0.02 (1) 23.4 (3) PT

ⅰ 0.79 ± 0.1 0.60 ± 0.1 0.73 ± 0.1 0.59 ± 0.2 0.06 0.00

ⅱ 0.74 ± 0.2 0.56 ± 0.1 0.68 ± 0.1 0.57 ± 0.2 4.3 (1) 11.9 (3) RT

ⅰ 0.52 ± 0.1 0.59 ± 0.2 0.50 ± 0.2 0.43 ± 0.1 0.07 0.00

ⅱ 0.46 ± 0.1 0.45 ± 0.1 0.43 ± 0.1 0.38 ± 0.1 3.8 (1) 20.8 (3) PSP ratio

ⅰ 1.52 ± 0.1 1.12 ± 0.1 1.46 ± 0.1 1.37 ± 0.3 0.06 0.00

ⅱ 1.61 ± 0.2 1.24 ± 0.3 1.58 ± 0.1 1.50 ± 0.1 1.2 (1) 10.8 (3)

CT, cycle time; PT, push time; RT, recovery time; PSP ratio, push time divided by recovery time; SEMI, semicircular; SLOP, single-looping over propulsion ; DLOP, double-looping over propulsion; ARC, arcing(pumping); ν , velocity ( =0.67m/s, ⅰ ⅱ =1.33m/s).

Significance

<.05.

Ⅴ 고 찰 .

이동성 제한을 가지고 있는 사람들의 대부분은 이동접근성 확보를 위하여 이 동보조기기를 대부분 사용하고 있다 이러한 이동보조기기 중 가장 대표적인 것 . 이 바로 의자차로써 많은 이동에 문제를 가진 사람들이 일반적으로 사용하는 기 기이다 그러나 의자차를 사용하는 대부분의 사용자들은 다양한 외부환경을 극 . 복해야하는 많은 어려움을 겪고 있으며 이러한 물리적 장벽을 극복하고 독립적 , 이동을 위해 의자차 사용자들은 다양한 조작기술을 습득하고 있다 이러한 의자 . 차 조작기술의 습득은 의존적 삶과 독립적 삶을 구분하는 중요한 단서가 되기도 한다 (Kilkens 등 , 2005).

수동 의자차의 부정확한 사용 장시간의 반복적인 동작 그리고 체중부하로 의 , , 자차 사용자의 대부분은 수근관증후군 또는 주관절 견관절 건염과 같은 근골격 / 계 질환을 겪고 있다 (Gellman 등 , 1988; Monahan, 1986). 수동 의자차를 자 가 추진하는 장애인의 대다수는 손목과 팔의 통증을 호소하는 경우가 많으며, 이에 부가적으로 연부조직 등의 손상과 같은 이차적인 질병을 가지고 있는 경우 가 많다 선행연구에 의하면 수동 의자차를 자가 추진하는 척수손상 장애인의 . 이상이 일상생활동작을 제한하는 요소인 손목과 손에 통증을 경험하고 있 50%

다고 하였다 (Wei 등 , 2003). 이에 본 연구의 목적은 지체장애인의 주요 이동수 단으로 사용하는 의자차의 추진기 시간적 변수를 통하여 상지관련 근골격계 질 환을 예방하며 효율적으로 추진할 수 있는 추진패턴을 알아보고자 실시하였다 , .

최근에 들어와 의자차 추진과 관련된 여러 연구가 시도되고 있으며 그 예로 , 의자차 추진의 역학적 분석과 추진 시 관절의 운동학적 분석 등이 이뤄지고 있 다 (Boninger 등 , 2002; DiGiovine 등 , 2001; Shimada 등 , 1998). 이들의 연 구는 근골격계 손상으로 인한 신경학적 문제 등을 해결하기 위하여 의자차 추진 과 손상 간의 상관관계를 연구하고 있으며 대표적으로 , Boninger 등 (1999) 은 의자차 추진 시 추진율과 정중신경의 손상 간의 상관관계를 연구하였다.

그러나 의자차 추진과 손상 간의 상관관계를 연구가 극히 몇 몇 연구자들에 의해 제한적으로 이뤄져 있어서 의자차 사용자와 재활 전문가들이 수동 의자차 , 로 인한 근골격계 손상을 예방하기 위한 중재방법 즉 추진패턴 및 의자차 맞춤 , 적용 등의 정보를 충분히 얻기가 어려운 실정이다.

근골격계 손상을 예방하기 위한 중재방법을 위한 추진패턴에 관한 연구는

과 에 의해 처음으로 이뤄졌다 과

Sanderson Sommer(1985) . Sanderson Sommer 는 명의 의자차 사용자를 대상으로 실험한 결과 명은 반원형 명은 활

(1985) 3 2 , 1

형을 사용하였다고 하였다 이중 활형은 손의 움직임이 펌핑 . (pumping) 하는 동작 을 취하는 형태를 취하고 있어 추진기 말기에서 회복기 초기로 변환하는데 속도의 역전이 발생하기 때문에 더 많은 힘이 필요하다고 하였다 . Chou 등 (1991) 은 명 3 의 의자차 사용자와 명의 의자차 미사용자를 대상으로 분석한 결과 의자차 사용 3 , 자는 반원형을 미사용자는 활형을 사용하고 있음을 확인하였다 , . Chou 등 (1991) 은 의자차 사용자는 활형보다는 주로 반원형을 사용하고 있기 때문에 반원형이 더 효율적일 것이라는 가정을 하였다 . Shimada 등 (1998) 은 7 명의 의자차 사용자를 대상으로 한 추진패턴 조사에서 2 명은 반원형 , 4 명은 쌍고리형 그리고 , 1 명은 단 고리형을 사용하고 있다고 하였다 특히 반원형을 사용한 실험자는 긴 추진기 시 . , 간과 짧은 회복기 시간을 보였으며 주관절의 신전각도와 견관절 외전각도가 크게 , 나타났다고 하였다.

등 은 반원형이 가장 추진율 추진 빈도 이 낮고 추진기의

Boninger (2002) ( ) ,

비율이 가장 크다고 하였고 추진율과 손목 손상 간의 상관관계가 높음을 밝혔 , 다 그러나 . de Groot 등 (2004) 은 24 명의 의자차 비사용자를 대상으로 활형 , 반원형 단고리형으로 실험한 결과 , , Boninger 등 (2002) 의 실험에서와 동일하게 반원형이 활형에 비해 가장 낮은 추진빈도와 큰 추진기 시간을 가지고 있다고 하였다 그러나 활형이 반원형에 비해 에너지 소모율이 가장 낮았으며 효율적 . , 측면에서는 반원형보다 활형이 최적의 추진패턴이라고 주장하였다.

그러나 de Groot 등 (2004) 과 Boninger 등 (2002) 의 실험은 동일하게 의자 차 에르고메터에서 실시하여 평상시 추진환경에서 추진하는데 사용되는 관성력 을 배제한 채 실험을 실시하였다 실제 의자차 사용자들은 평지 경사로 등 다양 . , 한 지면환경에서 추진을 하게 되며 이들의 대부분은 추진의 효율을 높이기 위 , 해 체간 등의 관성력을 이용하여 추진하고 있다 그러므로 이전의 연구자들이 . 실험환경에서 간과한 관성력을 이용할 수 있는 의자차 트레드밀에서 본 실험을 실시하여 최적의 의자차 추진패턴을 찾고자 하였다.

실험결과 속도에 따른 추진패턴에서 가장 많은 추진패턴을 보여주고 있는 것 은 반원형으로 43.8% 의 비율을 보여주었고 , 단고리형 (33.3%), 쌍고리형

그리고 활형 의 순으로 사용을 하고 있었다

(16.7%), (0.1%) .

등 은 명의 척수손상 의자차 사용자를 대상으로 연구한 결 Boninger (2002) 38

과 가장 선호하는 추진패턴은 단고리형 , (45%; 0.9m/s 에서 39%, 1.8m/s 에서

이었으며 쌍고리형 반원형 활형 순으로 사용을 하고

53%) , (25%), (16%), (14%)

있었으며 속도가 증가할수록 반원형을 사용하는 사용자가 증가하였다고 하였으

며 , Richter 등 (2007) 은 26 명의 척수손상 의자차 사용자를 대상으로 연구한 결

과 평지에서 활형 (42.3%) 이 가장 많았으며 다음으로 단고리형 , (30.8%), 쌍고

리형 (26.9%) 으로 나타났다 .

이처럼 연구자들에 따라 주로 사용하는 추진패턴이 다르게 나타나고 있었으 며 본 연구에서도 위 연구자들과 다르게 반원형이 가장 높은 비율을 보여주고 , 있는 것으로 나타났다.

등 이전의 연구자들은 주로 추진 실험환경에서 의자차가 전 Boninger (2002)

후 좌우로 움직이지 않고 고정된 상태에서 뒷바퀴만이 움직이는 환경에서 실험 / 하였고 본 연구에서는 실제 추진환경과 유사하게 추진동안 전후 좌우로 자유롭 , / 게 움직이는 환경이었기 때문에 사용자의 관성력 등이 추가로 사용되어 다른 결 과를 보여주는 것이 아닌가 사료된다.

그러나 본 연구에서 실험대상자 중 가장 많이 사용하는 반원형에 대해 등 은 고위 척수손상 의자차 사용자의 경우 주관절 신전을 할 Dallmeijer (1998)

수 없기 때문에 일반적인 추진형태인 미는 , (push) 추진형태보다 당기는 (pull) 추진형태를 취하기 때문에 활형보다는 반원형이 가장 효율적일 수 있다고 주장 하였다 그리고 . Shimada 등 (1998) 과 Veeger 등 (1989) 은 원형이 가장 효과적 인 추진패턴이라고 주장하였다 . Sanderson 과 Sommer(1985) 는 활형에 비해 반원형과 원형이 더욱 효율적이라고 하였다 이처럼 반원형과 원형은 추진기와 . 회복기의 상지 궤적이 가장 부드러운 형태로 추진기에서 회복기로 자연스럽게 전환 (switch) 되기 때문에 에너지 소모가 최소화되어 역학적 효율이 높아질 수 있을 것으로 사료된다.

등 은 추진율과 정중신경 손상 위험에 대한 상관관계 연구에 Boninger (1999)

서 추진율이 높을수록 손목의 근골격계 질환을 야기할 수 있는 정중신경의 손상 위험이 증가된다고 하였으며 , Silverstein 등 (1987) 은 인간공학적 관련 연구에 서 수행과제의 빈도는 손상의 위험과 밀접한 관련이 있다고 하였다 추진패턴에 . 따른 의자차 추진주기의 시간적 변수를 분석한 결과 추진율은 반원형 , (70.5±

이 다른 패턴에 비해 가장 낮게 나타났다

3.5, 76.3±2.8) .

추진기 시간은 반원형이 가장 길게 나타났는데 (0.79±0.1, 0.74±0.2) 이는 등 의 연구에서와 같은 결과를 보여주고 있으며 비율 또

de Groot (2004) , PSP

한 다른 추진패턴에 비해 반원형 (1.52±0.1, 1.61±0.2) 가장 높게 나타났다 . 등 의 연구에서 회복기의 시간이 길수록 의자차 추진 시 역학적 Shimada (1998)

효율은 떨어진다고 하였는데 회복기 시간의 증가는 곧 , PSP 비율의 감소를 의 미하므로 의자차 추진의 역학적 효율에 좋지 않은 영향을 미친다고 볼 수 있다.

특히 회복기는 닫힌고리현상의 동작이 일어나는 추진기와 다르게 상지의 동작은

열린고리현상으로서 손잡이에 의한 영향을 적게 받는 자유운동형태를 띠고 있

다 이처럼 회복기는 자유운동형태의 동작을 취하게 되므로 회복기 시간이 길수 .

록 상지의 운동형태가 다양하게 변할 수 있게 되며 이는 힘의 분산을 야기하여 , 역학적 효율의 저하를 가져올 것으로 여겨진다.

위 내용을 근거로 여러 추진패턴 중 손상의 위험을 최소화시킬 수 있고 효율 , 적인 최적의 패턴은 반원형이라고 할 수 있다 이 패턴은 타원형 형태로 이뤄져 . 있어서 추진기에서 회복기로 이동하는 과정이 부드럽게 이뤄지며 특히 회복기 , 동안 불필요한 손의 움직임이 최소화될 수 있는 타원형 형태로 되어 있다 또한 . 반원형은 추진율 즉 추진빈도가 가장 낮고 PSP 비율이 가장 높은 것으로 나타 났다 이는 추진패턴에서 빈도와 추진율이 최소가 되었을 때 손상의 위험이 최 . 소화된다는 선행연구를 근거로 가장 근골격계 손상을 예방할 수 있는 최적의 패 턴이라고 할 수 있을 것이다 이처럼 의자차 사용자의 의자차 재활 교육에서 근 . 골격계 질환을 예방하기 위해서는 효율적인 추진패턴을 적절하게 선택하여 사용 자들의 선택에 도움이 될 수 있도록 재활전문가 모두 노력해야할 것이다.

Ⅵ 결 론 .

본 연구는 상지에 근골격계 이상이나 신경계 이상이 없으며 심혈관계 질환 , 경력이 없는 20 대 성인 남자 24 명을 대상으로 의자차를 추진하게 하여 적절한 , 추진패턴을 찾고자 실험하였다 추진패턴 분석과 추진패턴에 따른 의자차 추진 . 주기의 시간적 변수를 분석한 결과는 다음과 같다.

첫째 속도에 따른 추진패턴의 비율은 반원형 , (43.8%), 단고리형 (33.3%), 쌍 고리형 (16.7%), 그리고 활형 (0.1%) 으로 나타났다 원형을 사용한 사용자는 없 . 었다.

둘째 추진패턴에 따른 의자차 추진주기의 시간적 변수에서 추진율은 반원형 ,

쌍고리형 단고리형

(70.5±3.5, 76.3±2.8), (72.9±4.1, 78.8±5.3), (73.6±4.8,

활형 순으로 나타났으며 비율은 반원

79.5±3.5), (76.1±3.8, 80.4±4.2) , PSP

형 (1.52±0.1, 1.61±0.2), 단고리형 (1.12±0.1, 1.24±0.3), 활형 (1.37±0.3,

쌍고리형 순으로 나타났다

1.50±0.1), (1.46±0.1, 1.58±0.1) .

이상의 결과 여러 추진패턴 중 손상의 위험을 최소화시킬 수 있고 효율적인

최적의 패턴은 반원형이라고 할 수 있다 추후 연구에서는 시간적 변수 관절가 . ,

동범위 변화 에너지 소모율 등 종합적인 실험을 통해 적절한 추진패턴을 찾는 ,

연구가 필요하리라 사료된다.

참 고 문 헌

Aljure, J., Eltorai, I., Bradley, W. E., Lin, J. E., Jonson, B. (1985).

Carpal tunnel syndrome in paraplegic patients. Paraplegia, 23, 182-186.

Bednarczyk, J. H., Sanderson, D. J. (1994). Kinematics of wheelchai propulsion in adults and children with spinal cord injury. Arch Phys Med Rehabil, 75, 1327-1334.

Boninger, M. L., Cooper, R. A., Baldwin, M. A., Shimada, S. D., Koontz, A. M. (1999). Wheelchair pushrim kinetics: body weight and median nerve function. Ach Phys Med Rehabil, 80, 910-915.

Boninger, M. L., Impink, B. G., Cooper, R. A., Koontz, A. M. (2004).

Relation between median and ulnar nerve function and wrist kinematics during wheelchair propulsion. Ach Phys Med Rehabil, 85, 1141-1145.

Boninger, M. L., Souza, A. L., Cooper, R. A., Fitzgerald, S. G., Koontz, A. M., Fay, B. T. (2002). Propulsion patterns and pushrim biomechanics in manual wheelchair propulsion. Arch Phys Med Rehabil, 83 (5), 718-723.

Chou, Y. L., Su, F. C., An, K. A., Lu, J. W. (1991). Application of motion analysis system in analyzing wheelchair propulsion. Chin J Med Bio Eng, 11, 173-177.

Dallmeijer, A. J., van der Woude, L. H. V., Veeger, H. E. J., Hollander, A. P. (1998). Effectiveness of force application in manual wheelchair propulsion in persons with spinal cord injuries. Am J Phys Med Rehabil, 77 (3), 213-221.

Davidoff, G., Werner, R., Waring, W. (1991). Compressive mononeuropathies of the upper extremity in chronic paraplegia. Paraplegia, 29 (1), 17-24.

DiGiovine, C. P., Cooper, R. A., Boninger, M. L. (2001). Dynamic

calibration of a wheelchair dynamometer. J Rehabil Res Dev,

38 (1), 41-56.

Dyson-Hudson, T. A., Kirshblum, S. C. (2004). Shoulder pain in chronic spinal cord injury, part Ⅰ : epidemiology, etiology, and pathomechanics. J Spinal Cord Med, 27, 4-17.

Gellman, H., Sie, I., Waters, R. L. (1988). Late complications of the weight-bearing upper extremity in the paraplegic patient. Clin Orthop, 233, 132-135.

Gironda, R. J., Clark, M. E., Neugaard, B., Nelson, A. (2004). Upper limb pain in a national sample of veterans with paraplegia. J Spinal Cord Med, 27, 120-127.

Kilkens, O. J., Dallmeijer, A. J., Angenot, E., Twisk, J. W., Post, M. W., van der Woude, L. H. (2005). Subject-and injury-related factors influencing the course of manual wheelchair skill performance during initial inpatient rehabilitation of persons with spinal cord injury. Ach Phys Med Rehabil, 86, 2119-2125.

Monahan, T. (1986). Wheelchair athletes need special treatment but only for injuries. Physician Sports Med, 14, 121-128.

Murray, W. M., Buchanan, T. S., Delp, S. L. (2002). Scaling of peak moment arms of elbow muscles with upper extremity bone dimensions. J Biomech, 35 (1), 19-26.

Newsam, C. J., Rao, S. S., Mulroy, S. J., Gronley, J. K., Bontrager, E.

L., Perry, J. (1999). Three-dimensional upper extremity motion during manual wheelchair propulsion in men with different levels of spinal cord injury. Gait Posture, 10, 223-232.

Price, R., Ashwell, Z. R., Chang, M. W., Boninger, M. L., Koontz, A. M., Sisto, S. A. (2007). Upper-limb joint power and its distribution in spinal cord injured wheelchair users: Steady-state self-selected speed versus maximal acceleration trials. Ach Phys Med Rehabil, 88, 456-463.

Rao, S. S., Bontrager, E. L., Gronley, J. K., Newsam, C. J., Perry, J.

(1996). Three-dimensional kinematics of wheelchair propulsion.

IEEE Trans Rehabil Eng, 4 (3) , 152-160.

Rodgers, M. M., McQuade, K. J., Rasch, E. K., Keyser, R. E., Finley, M.

A. (2003). Upper-limb fatigue-related joint power shifts in

experienced wheelchair users and nonwheelchair users. J Rehabil

Res Dev, 40 (1), 27-38.

Sabick, M. B., Zhao, K. D., An, K. N. (2001). A comparison of methods to compute the point of force application in handrim wheelchair propulsion: A technical note. J Rehabil Res Dev, 38 (1), 57-68.

Samuelsson, K. A., Tropp, H., Gerdle, B. (2004). Shoulder pain and its consequence in paraplegic spinal cord-injured, wheelchair users.

Spinal Cord, 42, 41-46.

Sanderson, D. J., & Sommer, H. J. (1985). Kinematic features of wheelchair propulsion. J Biomech, 18 (6), 423-429.

Schantz. P., Bjorkman. P., Sandberg. M., Andersson, E. (1999). Movement and muscle activity pattern in wheelchair ambulation by persons with para-and tetraplegia. Scand J Rehabil Med, 31, 67-76.

Shimada, S. D., Robertson, R. N., Bonninger, M. L., Cooper, R. A.

(1998). Kinematic characterization of wheelchair propulsion. J Rehabil Res Dev, 35, 210-218.

van der Woude, L. H., Veeger, H. E., Dallmeijer, A. J., Janssen, T. W., Rozendaal, L. A. (2001). Biomechanics and physiology in active manual wheelchair propulsion. Med Eng Phys, 10, 713-733.

Veeger H. E. J., Meershoek, L. S., van der Woude, L. H. V., Langenhoff, J. M. (1998). Wrist motion in handrim wheelchair propulsion. J Rehabil Res Dev, 35 (3), 305-313.

Veeger, H. E. J., Meershoek, L. S., van der Woude, L. H. V. (1989).

Effect of rear wheel camber in manual wheelchair propulsion. J Rehabil Res Dev, 26 , 37-46.

Wei, S. H., Huang, S. L., Jiang, C. J., Chiu, J. C. (2003). Wrist

kinematic characterization of wheelchair propulsion in various

seating positions: implication to wrist pain. Clin Biomech, 18,

S46-52.

<Abstract>

A Comparative Analysis of the Temporal Parameter by the Wheelchair Stroke Pattern

Kong, Jin Yong

The purpose of this study were to classify stroke patterns of manual wheelchair users and to determine if different patterns of propulsion lead to different biomechanics and cadence are different between stroke patterns.

After having given written informed consent, 24 able-bodied male subjects participated in the study. Criteria for inclusion were: male sex, no previous experience in wheelchair propulsion, absence of any medical contraindications.

To evaluate four different stroke patterns(semicircular, single-looping over propulsion, double-looping over propulsion, arcing), subjects performed four 1-min submaximal exercise blocks on a motor-driven wheelchair treadmill. The velocity was 0.67m/s or 1.33m/s for the low- and high-velocity group, respectively. Movement analysis was performed with a digital video camera, which was placed at the right side of the subjects, to record the hand movement in the sagittal plane.

A stroke pattern that involves using a semicircular pattern with the hand below the pushrim during the recovery phase of the propulsion stroke was associated with lower cadence and more time spent in the push phase relative to the recovery phase.

Therefore, it may be wise to train wheelchair users in this pattern of propulsion. Research is needed to determine the best technique for training wheelchair users in how to push using a specific pattern.

Key Words : wheelchair stroke pattern, stroke temporal parameter, musculoskeletal injury

논문접수 : 2007. 11. 4 / 수정본 접수 : 2007. 12. 7 / 게재 승인 : 2007. 12. 14