The Effect of the Laptop Computer Stand to Maintain the Good Posture of Neck

학 술 논 문

Journal of Biomedical Engineering Research 38: 291-294 (2017) http://dx.doi.org/10.9718/JBER.2017.38.6.291

291

랩톱 컴퓨터 스탠드의 목 자세 개선효과 분석

오임석

·이재현

·지영준

1울산대학교 전기공학부 의공학전공, ²울산대학교 대학원 전기전자컴퓨터공학과 의용생체공학전공

The Effect of the Laptop Computer Stand to Maintain the Good Posture of Neck

Imsuk Oh

, Jaehyun Lee

and Youngjoon Chee

1

College of Engineering, School of Electrical Engineering, Biomedical Engineering, University of Ulsan

2

Interdisciplinary Program of Medical & Biological Engineering, Graduate School, University of Ulsan (Manuscript received 29 September 2017 ; revised 6 November 2017 ; accepted 24 November 2017)

Abstract: It is known that laptop computer stand is helpful to maintain the good posture while using laptop computer on the desk. But the quantitative validation of its effect has not been reported. Using the wearable neck posture tracker, the forward flexion angle of the neck can be measured in daily life. In this study, the forward flexion angles of the neck while using the laptop computer with and without laptop computer stand were compared. From the pos- ture data of 10 subjects for 6 hours, the average of the forward flexion angle was 0.9 degree with laptop computer stand and 16.3 degree without laptop computer stand. As the conclusion, laptop computer stand can decrease the forward flexion angle which is known as forward head posture while using the laptop computer on the desk.

Key words: Posture, Neck, Laptop Computer Stand, Forward Flexion Angle

I. 도 입

랩톱 컴퓨터의 사용이 증가하고 있다. 2017년 1분기 데 스크톱 컴퓨터의 판매량은 62만대인데 반해 랩톱 컴퓨터의 판매량은 백만 대에 이른다. 2016년 1분기와 2017년 1분 기를 비교해보면 데스크톱 컴퓨터의 판매성장률은 1.5%인 데 랩톱 컴퓨터의 판매성장률은 9.3%이다[1].

랩톱 컴퓨터 사용자는 디스플레이 및 키보드의 모양으로 인해, 데스크톱 컴퓨터 사용자 보다 높은 수준의 근골격계 질병과 통증의 위험에 노출되어 있다[2]. 랩톱 컴퓨터 사용 자들은 데스크톱 컴퓨터를 사용할 때보다 더 큰 목 굴곡과 머리 기울임이 생긴다[3]. 좋지 않은 자세를 포함하여 랩톱 컴퓨터를 사용 때 VDT증후군(Visual Display Terminal

Syndrome) 이 더 많이 발생하는 것으로 보고된다[4]. VDT 증후군이란 VDT를 사용하는 동안 발생하는 근골격계장애, 심리적 장애, 시각계장애 등 모든 건강 장애를 합하여 부르 는 증후군이다[5]. 낮은 위치에 있는 디스플레이를 봄으로써 어깨의 근육과 인대가 늘어나 통증이 생기는 거북목증후군은 랩톱 컴퓨터 사용자에게 더욱 심각한 것으로 알려져 있다[6].

VDT증후군이나 거북목증후군이 랩톱 컴퓨터 스탠드를 사 용함으로써 완화된다고 알려져 있으나 랩톱 컴퓨터 스탠드 를 사용함으로써 목 자세가 얼마나 좋아지는 데에 대한 정 량적 분석이나 평가는 아직 보고된 바 없다. 본 연구에서는 일상생활 중에 머리-목 자세를 측정할 수 있는 웨어러블 센 서(wearable sensor)를 사용하여 랩톱 컴퓨터 스탠드의 머 리-목 자세 개선 여부를 정량적으로 측정, 비교, 분석해 보 고자 한다.

II. 방 법

1. 랩톱 컴퓨터 사용 시 머리-목 자세의 측정

책상에서 컴퓨터를 사용할 때의 바른 자세는 그림 1(a)의 Corresponding Author : Youngjoon Chee,

School of Electrical Engineering, University of Ulsan TEL: +82-10-6362-9524 / FAX: +82-52-259-1306 E-mail: [email protected]

이 논문은 2017년도 정부(교육부)의 재원으로 한국연구재단의 지원

을 받아 수행된 기초연구사업임(NRF-2017R1A2B2005321).

랩톱 컴퓨터 스탠드의 목 자세 개선효과 분석 - 오임석·이재현·지영준

292

사진과 같이 화면표시장치의 상단이 머리-목-몸통을 바로 세 웠을 때의 시선과 평행하게 하고 화면과 사용자 눈과의 거 리는 적어도 40 cm 이상이 되도록 하는 것이다. 팔은 자연 스럽게 늘어뜨리고, 작업자의 어깨가 들리지 않아야 하며, 팔꿈치의 내각이 90

이상이 되어야 하고 엉덩이 무릎 역시 90

가 되도록 한다. 의자는 등을 자연스럽게 받쳐주면서 허 리가 휘지 않고 똑바로 된 자세로 앉고 발바닥 전면이 바닥 면에 닿는 자세가 바른 자세이다[8]. 하지만 많은 랩톱 컴 퓨터 사용자들이 그림 1(b)와 같은 목이 앞으로 구부러지고 상체가 전체적으로 앞으로 기울어지는 자세를 취한 상태에 서 사용을 한다. 이는 랩톱 컴퓨터의 화면 표시장치가 키보 드에 붙어있어, 척추를 펴고 앉은 자세에서는 근원적으로 시 선과 평행한 수준의 높이에 맞출 수 없기 때문이다. 랩톱 컴 퓨터를 책상 위에서 장시간 사용하는 경우에는 그림 1(a)에 서 보이는 것처럼 랩톱 스탠드를 사용하여 화면표시장치의

높이를 시선과 맞추고, 외장 키보드와 마우스를 이용하여 사 용하는 것이 그림 1(b)와 같은 위험한 자세를 취하게 되는 경우를 줄일 수 있다고 알려져 있고, 실제로 많은 사람들이 이러한 방법으로 사용한다.

본 연구에서는 몸에 부착하는 형태의 웨어러블 센서를 사 용하여 사용자의 불편이 최소화 되어 장시간 랩톱 컴퓨터를 사용하는 동안 머리-목 자세를 측정하기 위하여 경추의 기 울기를 측정하였다. 양 쪽 귀에 다리를 걸고 센서가 목 뒷 면에 위치하도록 제작된 목 자세 추적 장치로 판매중인 알 렉스(ALEX-N5, (주)나무, 대한민국)의 하드웨어에 펌웨어 를 실험 목적에 맞게 변경하여 사용하였다.

3 축 가속도 센서가 탑재되어 있는 웨어러블 센서의 경추 기울기 측정원리는 다음과 같다. 컴퓨터를사용할 때와 같이 정적인 상태에서는 그림 2에서 보는 바와 같이 지구 중심 방향으로 중력 가속도(g)가 3축가속도 센서에 가해진다. 머

Fig. 1. The postures using laptop computer on the desk (a) good head-neck posture with laptop computer stand, (b) neck forward head posture without laptop computer stand.

그림 2. 관성센서를 이용한 머리-목 자세 측정 원리.

Fig. 2. The principle to measure the neck tilt angle using 3-axis accelerometer.

Journal of Biomedical Engineering Research 38: 291-294 (2017)

293 리가 앞으로 빠지는 거북목 자세(Forward Head Posture)

에서는 목 뒤에 붙어 있는 관성센서가 함께 기울고 3축 가 속도 센서에서 측정되는 중력 가속도가 3개의 축에 나누어 관찰된다. 센서의 3축에서 관찰되는 신호에 식 (1)을 적용 하게 되면, 센서가 향하는 방향으로의 지평면 기준으로의 기 울기를 측정할 수 있다. 물론 이 경우의 인체의 움직임으로 인한 가속도는 동잡음(motion artifacts)로 작용하여 각도 측정에서의 오차로 작용한다.

θ = 90 − 식 (1)

센서의 착용 위치나 초기 기울기의 차이가 있을 수 있으 므로 측정을 시작할 때 바른 자세(Upright posture)를 취 하게 하고 이 때의 기울기를 기준으로 목의 기울기를 계산 한다. 3축 가속도 센서(BMA 250, BOSCH, Germany)에 서 초당 10 Hz로 신호를 읽어내어 시계열신호로 1분 동안 의 머리-목 자세의 평균값을 파라미터로 사용한다. 센서보드 에 내장된 마이크로 컨트롤러 프로세서(nRF51822, Nordic Semiconductor, Norway) 와 내장된 플래시 메모리에 저장 된 데이터를 실험이 끝난 후 블루투스를 통해 스마트폰으로 읽어 들여 두 시간 이상 진행한 실험 데이터를 컴퓨터에 저 장하였다[7]. 본 연구에서는 실험 초기의 바른 자세에서의 경추기울기와 랩톱 컴퓨터 사용 중 측정한 경추기울기의 차 이를 전방굴절각도(forward flexion angle)로 정의하고 이 를 기준으로 랩톱 컴퓨터 스탠드가 머리-목 자세 변화에 미 치는 영향을 분석하였다. 즉 전방굴절각도가 0이면 시작시 의 바른 자세가 유지된 것이고, +20

라면, 해당 시점(분 단 위)에서의 머리-목 자세가 전방으로 20

기울어진 것이며,

−10

라면 오히려 뒤 쪽으로 머리가 젖혀진 자세를 의미한다.

2. 머리-목 자세 데이터 측정 방법

본 실험에서는 피험자는 26~30대에 학생과 직장인 등 10 명을 상대로 2016-12-13일부터 2017-05-13일까지 각자의 집이나 사무실에서 이루어졌으며 실험에 사용한 랩톱 컴퓨 터 스탠드(나미네 X3, 에이비엘코리아, 대한민국)는 높이와 각도를 조절할 수 있는 모델을 선정하였고 무선 키보드와 무선 마우스를 사용하였다. 랩톱 컴퓨터 스탠드 사용 유무 를 제외한 책상 의자 등의 주변 실험 환경은 동일하게 통제 된 상황에서 실험을 진행하였다. 피험자에게 컴퓨터를 사용 할 때의 바른 자세를 설명하였고 가능한 바른 자세로 컴퓨 터를 사용하도록 권고하였다. 웨어러블 센서를 착용한 상태 에서 문서작업, 게임, 인터넷 등을 자유롭게 사용하도록 하 였다. 세 시간씩 두 차례에 걸쳐 머리-목 자세를 측정하였 는데, 한 번은 랩톱 컴퓨터 스탠드를 함께 사용하였고, 다른 한 번은 책상 표면에 랩톱 컴퓨터를 그대로 놓고 사용하도 록 하였다. 위와 같은 실험방식으로 10명의 피험자에게 실험

한 후 데이터를 얻고 정리하여서 데이터의 평균을 구하였다.

III. 결 과

그림 3은 실험이 진행되는 동안 한 피험자의 전방굴절각 도를 분 단위로 표현한 것이다. 랩톱 컴퓨터 스탠드를 사용 하지 않았을 때의 전방굴절각도를 적색(위 쪽)으로 표현하 고, 사용했을 때의 전방굴절각도를 청색(아래 쪽)으로 표현 하였다. 두 실험은 따로 진행되었지만 비교를 위하여 하나 의 그래프로 표현하였다. 두 경우 모두 실험을 시작할 때는 5.0~6.0

로 측정값이 비슷하게 시작하였다. 시간이 흐르면 서 랩톱 컴퓨터 스탠드를 사용하지 않을 때는 점점 목이 전 방으로 굴절이 되어서 세 시간의 평균값이 14.5

의 결과를 보였고, 랩톱 컴퓨터 스탠드를 사용할 때는 세 시간 동안의 전방굴절각도의 평균이 3.0

를 보였다. 그림 3의 결과를 나 타낸 피험자의 경우, 랩톱 컴퓨터 스탠드를 사용할 때와 사 용하지 않을 때 평균 차이는 11.5

를 보였다. 그래프를 보 면 실험 중 피험자의 전방굴절각도는 한 각도로 고정된 것 이 아니라 계속 변화하고 있는 것을 알 수 있다. 이는 장시 간 랩톱 컴퓨터를 사용하는 동안 피험자가 한 자세로 랩톱 컴퓨터를 사용하는 게 아니라 머리와 목을 계속 움직여가면 서 앞뒤로 움직인다는 것을 알 수 있다. 스탠드를 미사용 시 의 실험에서 약 60분경에서 급격하게 각도가 낮아지는 것 을 볼 수 있다. 이는 피험자가 장시간 실험 도중 화장실에 잠시 갔다 온 것이다.

표 1은 랩톱 컴퓨터 스탠드 사용 여부에 따른 실험 결과 로 각 피험자의 전방굴절각도 3시간 동안의 평균치를 보여 주고 있다. 좌측 열은 랩톱 컴퓨터 스탠드 사용할 때의 값 이고, 우측의 값은 랩톱 컴퓨터 스탠드 없이 사용할 때의 결 과이다. 본 실험에 참가한 10명의 피험자의 평균에 대해서 랩톱 컴퓨터 스탠드를 사용할 때 전방굴절각도가 현저하게 tan

( a

+ a a

⁄

)

그림 3. 피험자6의 랩톱 컴퓨터 사용 시 전방굴절각도 변화 사례 , 적 색: 랩톱 컴퓨터 스탠드 미사용 시, 아래, 청색 : 랩톱 컴퓨터 스탠드 사용 시).

Fig. 3. Forward flexion angle for 3 hours of subject 6 with laptop computer stand (blue, lower) and without laptop computer stand (red, upper).

랩톱 컴퓨터 스탠드의 목 자세 개선효과 분석 - 오임석·이재현·지영준

294

줄어듬을 확인할 수 있다. 피험자에 따라 다르지만 랩톱 컴 퓨터 스탠드를 사용하지 않았을 때는 평균 전방굴절각도가 11.2~24.0

였고, 랩톱 컴퓨터 스탠드를 사용할 때는 평균 0.9

를 보였다. 실험에 참가한 피험자들의 평균을 보면 랩톱 컴퓨터 스탠드를 사용하게 되면 15.4

만큼 목이 앞으로 덜 굽은 상태에서 랩톱 컴퓨터를 사용하고 있음을 확인하였다

*(paired t-test, p < 0.00).

IV. 토의 및 결론

본 연구에서는 ‘랩톱 컴퓨터 스탠드를 사용하면 이를 사 용하지 않을 때 보다 바른 머리-목 자세를 유지하면서 랩톱 컴퓨터를 사용할 수 있음을 정량적으로 보여주었다. 사용자 가 바른 자세가 무엇인지를 인지하고 있더라도, 컴퓨터 사 용에 몰입을 하면서 시각적인 정보를 중시하여 바른 자세를 유지해야 한다는 인식을 유지할 수 없기 때문으로 생각된다.

랩톱 컴퓨터 스탠드를 사용하여 화면 표시장치의 높이를 시 선에 맞게 조절하면 자세에 대한 인식이 없어지는 몰입의 상황에서도 바른 머리-목 자세를 취하게 될 확률이 높다. 이 러한 상황은 VDT 증후군 개념이 도입된 수십 년 전부터 널 리 알려졌고, 랩톱 컴퓨터 스탠드로 이러한 취지에서 사용 하고 있다. 본 연구에서는 이와 같은 지식을 정량적으로 확 인한 것에 의미가 있다고 할 수 있다. 이는 장시간 실험을 하는 동안 피험자가 인식하지 못하는 상황에서도 머리-목 자 세를 추적할 수 있는 웨어러블 센서 기술이 발전하여 가능 한 결과이다.

본 연구에서는 웨어러블 센서를 목 뒤에 장착하여 머리- 목 자세에 대한 평가를 진행하였으나, 일부 피험자의 경우,

엉덩이를 의자 뒤로 밀착시키는 바른 자세를 유지하지 못하 고 요추가 뒤로 휘는 자세(Lumbar Kyphosis)를 취한 상 태에서 머리-목 자세만 바르게 유지하는 경우가 있었다. 센 서의 부착위치를 변경시키면 요추 자세에 대한 평가도 가능 하겠으나 하나의 센서로 머리-목 자세와 요추의 자세를 동 시에 측정하는 것이 불가능했다. 아울러 피험자가 모두 20 대 남성으로 제한되어 있어 다른 성별이나 연령대에 대해서 도 같은 결과를 얻을 수 있는지는 확인하지 못하였다.

실험에서는 목 각도를 정량적으로 측정하여 분석하려고 시도를 하였다. 피험자들이 평소 데스크톱 컴퓨터 사용으로 인한 랩톱 컴퓨터 사용이 익숙하지 않다는 점, 실험 중 움 직임 등이 있었다. 특히 올바른 자세를 교육을 하였지만 시 간이 지나면서 무의식적으로 좋지 않은 자세가 되면서 허리 가 비스듬하게 되면서 목 각도에 영향을 주게 되는 것을 고 려하지 못하였다.

본 실험에서 사용했던 웨어러블 센서, 커넥티드 헬스케어 기술을 이용하면 머리-목 자세 뿐 아니라 골반, 요추와 같 은 다른 신체부위의 일상생활에서의 자세도 측정할 수 있을 것으로 생각된다. 본 실험에서 사용한 실험 기법을 사용하 여 인체공학적으로 설계된 것으로 주장하는 다른 제품, 이 를 테면 방석이나 의자의 자세 교정 효과의 평가가 가능할 것으로 생각된다.

참고문헌

[1] http://www.kr.idc.asia/press/pressreleasearticle.aspx?prid=

486, accessed on Jul. 27, 2017.

[2] K. Asundi, D. Odell, A. Luce, and J.T. Dennerlein, “Changes in posture through the use of simple inclines with notebook computers placed on a standard desk”, Applied ergonomics, vol. 43, no. 2, pp. 400-407, 2012.

[3] T. Kim, S. Chen, and J. Lach, “Detecting and preventing for- ward head posture with wireless inertial body sensor net- works”, in International Conference on Body Sensor Networks (BSN), 2011, pp. 125-126.

[4] J. Lee, Y. Chee, J. Bae, H. Kim, and Y. Kim, “The Wearable Sensor System to Monitor the Head & Neck Posture in Daily Life”, Journal of Biomedical Engineering Research, vol. 37, no. 3, pp. 112-118, 2016.

[5] S. Lee and K. Kim, “A study of the relationship between the subjective symptoms of VDT syndrome and occupational factors in VDT operators”, The Journal of Korean Acupunc- ture & Moxibustion Society, vol. 18, no. 6, pp. 70-83, 2001.

[6] H. Moffet, M. Hagberg, E. Hansson-Risberg, and L. Kar- lqvist, “Influence of laptop computer design and working posi- tion on physical exposure variables”, Clinical Biomechanics, vol. 17, no. 5, pp. 368-375, 2002.

[7] L. Straker, K. J. Jones, and J. Miller, “A comparison of the pos- tures assumed when using laptop computers and desktop com- puters”, Applied ergonomics, vol. 28, no. 4, pp. 263-268, 1997.

[8] https://www.microsoft.com/accessories/ko-kr/support/ergo- nomic-comfort, accessed on Jul. 27, 2017.

표 1. 랩톱 컴퓨터 스탠드 사용 여부에 따른 피험자들의 전방굴절각 도 평균.

Table 1. Experimental results : forward flexion angle of neck for 3 hours.

unit : degree

subject With Laptop computer stand

Without Laptop computer stand

subject1 −3.2 20.7

subject2 −1.7 11.6

subject3 2.5 18.3

subject4 −0.4 10.9

subject5 −3.5 19.8

subject6 3.0 14.5

subject7 6.2 18.9

subject8 2.2 13.3

subject9 4.3 20.7

subject10 −0.4 14.2

average 0.9 16.3*