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Analysis of Kinematic Motions of First Metatarsophalangeal Joint during Electrical Stimulation of Abductor Hallucis Muscle in Subjects with Hallux Valgus

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엄지발가락가쪽휨증의 엄지벌림근 전기자극 시 첫 번째 발허리발가락관절의 운동형상학적 움직임 분석

김문환1, 고은경2, 정도영3

1연세대학교 원주의과대학 원주기독병원 재활의학과, 2마산대학교 물리치료과, 3중부대학교 관광보건대학 물리치료학과

Analysis of Kinematic Motions of First Metatarsophalangeal Joint during Electrical Stimulation of Abductor Hallucis Muscle in Subjects with Hallux Valgus

Moon-Hwan Kim, PT, MSc1, Eun-Kyung Koh, PT, PhD2, Do-Young Jung, PT, PhD3

1

Department of Rehabilitation Medicine, Wonju Christian Hospital, Wonju College of Medicine, Yonsei University,

2

Department of Physical Therapy, Masan University,

3

Department of Physical Therapy, College of Tourism & Health Science, Joongbu University

Purpose: The purpose of this study is to compare the kinematic motion of the first metatarsophalangeal (MTP) joint during an electrical stimulation of abductor hallucis (AbdH) muscle, between the normal group and the hallux valgus (HV) group.

Methods: A total of twenty subjects (normal group=10 and HV group=10) participated in this study. The kinematic motions of first MTP joint was measured by using 3-dimensional motion analysis during an electrical stimulation in the sitting position.

The intensity of an electrical stimulation was set to be tolerated in each subject, and the data of kinematic motions were collected in three trials of 5 seconds. An independent t-test was used to compare the angle of flexion and abduction of the first MTP joint and proximal phalanx in frontal plane, between the normal and HV groups.

Results: Participants showed that the angle of flexion was significantly greater in the HV group (13.12±10.61

o

), compared to that of the normal group (10.17±2.31

o

); and the angle of abduction was significantly smaller in the HV group (10.61±4.99

o

) than that of the normal group. Also, the angle of the proximal phalanx in frontal plane was significantly smaller, compared to the normal group (53.42±10.70

o

) (p<0.05).

Conclusion: These findings suggest that dysfunction of AbdH muscle is apparent in HV deformity and provide insight into potential risk factors for the development of HV deformity.

Keywords: Abductor hallucis, Adductor halluces, Hallux valgus

I. 서론

엄지발가락가쪽휨증(hallux valgus) 기형은 첫 번째 발허리뼈 (first metatarsal)의 안쪽 편위와 엄지발가락의 가쪽 편위가 특

징이다.1 이 기형의 대부분은 첫 번째 발허리발가락관절(first metatarsophalangeal joint)의 점진적인 아탈구에 의해 발생된 다.2 종자뼈의 아탈구가 있는 것처럼 엄지발가락이 가쪽돌림 되어 있으며 중증의 엄지발가락가쪽휨증의 경우에 탈구가 될 수 있다.3 또한 엄지발가락가락쪽휨증으로 인한 발의 변형은 첫 번째 발허리발가락관절에 통증 및 보행 시 문제점을 야기 하기도 한다.4

엄지발가락가쪽휨증의 원인은 많은 요인들로 이루어져 있 다.3 높은 굽의 뾰족한 구두가 중요한 외재적 요인일 수 있으

5

Received June 28, 2012 Revised August 12, 2012 Accepted August 15, 2012

Corresponding author Do-Young Jung, [email protected],kr

Copyright © 2012 by The Korean Society of Physical Therapy

This is an Open Access article distributed under the terms of the Creative Commons Attribution Non-Commercial License (http://creativecommons.org/licenses/by-nc/3.0/) which permits unrestricted non-commercial use, distribution, and reproduction in any

The J ournal of K orean S ociety of P hysical T herapy Original Article

(2)

기형의 중요한 요인이라고 제안한 것처럼 Mann과 Coughlin6 평발이 엄지건막류(bunion) 형성에 영향을 미친다고 보고 하였다. 엄지발가락가쪽휨증과 관계가 있는 첫번째중족골 안굽음증(metatarsus primus varus)은 첫 번째와 두 번째 발허 리뼈 사이 각이 증가된 것이 특징이다. 엄지발가락가쪽휨증 다른 내제적인 원인으로는 아킬레스 힘줄의 구축, 첫 번 발허리쐐기관절(metatasrocuneiform joint)의 과운동성 (hypermobile) 그리고 뇌성마비와 뇌졸중과 같은 신경-근육 질환 등이 있다.1 또한 유전은 엄지발가락가쪽휨증 기형으 발전해나가는 요인일 수 있다.7 Coughlin1 엄지발가락가 쪽휨증 기형이 있는 아동의 어머니 31명 중 29명(94%)이 엄지 발가락가쪽휨증 기형이 있었다고 보고하였다.

최근에 제안된 엄지발가락가쪽휨증 기형의 다른 내재적 요 인은 발 내재근인 엄지벌림근(abductor hallucis, AbdH)과 엄지 모음근(adductor hallucis, AddH) 사이의 근육 불균형이다.8-10 이전 근전도 연구에서 Arinci Incel 등8 엄지발가락가쪽휨증 군과 정상군 각각 20명을 대상으로 최대저항으로 첫 번째 발 허리발가락관절의 굽힘, 폄, 벌림 그리고 모음 시 엄지벌림근 엄지모음근의 근 활성도를 비교하였는데 정상군에 비해 엄 지발가락가쪽휨증군에서 첫 번째 발허리발가락과절의 벌림 엄지벌림근의 근 활성도가 모음 시 현저하게 감소했다고 보고하였다. 또한 Iida와 Basmajian10 25명의 정상군과 10명 엄지발가락가쪽휨증을 대상으로 앉은 자세와 선 자세에서 정상군에 비해 엄지발가락휨증군에서 첫 번째 발허리발가락 관절 벌림 시 엄지벌림근의 근 활성도가 현저하게 감소하였다 보고하였다. 그러므로 Arinci Incel 등8 Groiso11에서는 지벌림근의 근력강화를 통해 초기 엄지발가락가쪽휨증 기형 교정할 수 있다고 언급하였다. 또한 Koh와 Jung12 엄지발 가락휨증과 같은 발 기형을 다양한 방법으로 교정함으로써 당 뇨발 궤양을 예방하고 관리하는데 도움을 준다고 보고하였다.

엄지벌림근은 발 내재근의 첫 번째 층(first layer)에 있는 발 바닥 안쪽 면에 위치한다. 엄지벌림근은 발뒤꿈치의 거친면

에서 엄지발가락의 몸쪽 마디뼈의 기저에 부착되어 있다.13 Kendall 등14 엄지벌림근과 짧은엄지굽힘근의 먼쪽 부착점 함께 공유하고 있기 때문에 엄지벌림근이 엄지발가락의 벌 림뿐만 아니라 굽힘 기능도 있다고 언급하였다. 하지만 아직 까지 엄지벌림근의 정상적인 기능을 운동형상학적인 분석을 통해 알아본 연구는 아직까지 없는 실정이다. 또한 몇몇 문헌 에서 엄지벌림근의 근력강화가 엄지발가락가쪽휨증을 예방 하고 치료하는데 중요하다고 하지만 아직까지 엄지벌림근의 수축 시 첫 번째 발허리발가락관절의 운동형상학적 움직임에 대한 연구는 없는 실정이다. 따라서 본 연구에서는 정상군과 엄지발가락가쪽휨증군을 대상으로 엄지벌림근의 전기자극 첫 번째 발허리발가락관절의 운동형상학적 움직임을 비교 하고자 하였다.

II. 연구방법

1. 연구대상

본 연구의 대상자는 실험 전에 본 연구의 목적과 방법에 대해 충분히 설명을 듣고, 자발적으로 실험 참여에 동의한 Y대학에 재학 중인 성인 20명(정상군: 10명, 중증 엄지발가락가쪽휨증 군: 10명)을 대상으로 실시하였다(Table 1). 당뇨병, 엄지발가 락가쪽휨증 수술에 대한 과거력, 신경병증, 염증성 관절염, 그 리고 심혈관계 질환자는 본 연구에서 제외되었다. 관절각도계 측정(goniometric measurement)은 엄지발가락가쪽휨증의 정 도를 결정하는데 사용되었다. 엄지발가락가쪽휨증 각은 선 자 세에서 몸쪽 마디뼈와 첫 번째 발허리뼈의 종축에 대한 교차 점으로부터 형성되는 각이다. 이전 연구에 따르면 엄지발가락 가쪽휨증 각이 정상은 15o 미만이고 중증 엄지발가락가쪽휨 증은 20~30o이다.15 정상과 중증 엄지발가락가쪽휨증에 해당 하는 대상자들은 각각 정상군과 중증 엄지발가락가쪽휨증군 으로 나뉘었다.

Table 1. Descriptive statistics for subjects (N=20)

Normal group (n=10) HV group (n=10) t p

Age (yr) Height (cm) Weight (kg) HV angle (

o

)

24.50±2.68 166.70±9.38 61.80±13.20 11.40±1.64

25.9±3.07 168.4±7.67 60.5±7.94 23.00±3.91

-1.087 -0.443 0.267 -8.635

0.292 0.663 0.793 0.000*

*Significant difference between Normal group and HV group, standard deviation in parentheses.

HV: hallux valgus.

(3)

2. 실험도구

정상군과 엄지발가락가쪽휨증군의 엄지벌림근을 전기자극 을 하기위해 전기자극기(Microstim 2-channel, Medel GMbH, Hamburg, Germany)를 이용하였다(Figure 1). 자극형태는 근육자극, 파형은 단상파, 주파수는 30 Hz, 전체치료시간 (on-time)은 7초이며 램프업(ramp-up) 시간은 1초, 램프다 운(ramp-down) 시간은 1초이다. 전류강도는 대상자가 참 을 수 있을 정도의 강도로 설정하였다. 엄지벌림근의 전기 자극 시 첫 번째 발허리발가락관절의 운동형상학적 움직임 을 측정하기 위해 3차원 동작분석 시스템인 CMS-HS (Zebris, Medizintechnik GmbH, Isny, Germany)을 사용하였다. 동작 분 석기는 측정 센서인 초음파 신호를 보내는 능동 삼중표지 도 자(active triple marker) 1개, 단일표지 도자(single marker) 3 개와 초음파 신호를 인식하는 측정 감지기로 구성되어 있다 (Figure 1). 본 실험 기기의 센서 역할을 하는 측정 감지기와 대 상자의 발과의 거리는 약 80 cm 유지하였다. 엄지벌림근의 전 기자극 시 운동형상학적 움직임은 Win-data 2.19 소프트웨어 (Zebris, Medizintechnik GmbH)로 측정하였다.

3. 실험절차

각각의 대상자는 발목관절, 무릎관절, 그리고 엉덩관절이 90o 가 되게 의자의 높이를 조절하여 앉도록 하였다. 첫 번째 발허 리발가락관절의 운동형상학적 움직임을 측정하기 위해 발의 발허리뼈의 머리가 측정 프랫폼의 앞 모서리에 놓이도록 하였 다(Figure 2). 엄지벌림근의 전기자극을 위한 전기자극 패드의 위치는 안쪽 복사의 앞쪽 모서리에서 그려진 가상선 바로 앞 인 발배골 거친면의 1~2 cm 바로 뒤에 부착하였다(Figure 2).8

또한 첫번째 발허리발가락관절의 운동형상학적 움직임을 측 정하기 위해 3개의 단일표지 도자를 몸쪽 마디뼈의 중앙에 부 착하였고, 1개의 삼중표지 도자를 측정 테이블의 왼쪽 모서리 에 부착하였다. 실험 전 첫 번째 발허리발가락관절의 유연성 을 확보하기 위해 수동 관절운동을 모든 대상자에게 실시하였 다. 그리고 엄지벌림근의 전기자극 시 대상자가 참을 수 있을 정도의 전기자극 강도가 얼마인지 알아보았다. 각각의 대상자 들에게 이 전기자극 강도로 7초간의 전기자극을 3회 반복 실 시하였다. 엄지벌림근의 피로를 예방하기 위해 반복자극 시 자극 간 5분간의 휴식을 취하도록 하였다.

4. 자료분석

엄지벌림근의 전기자극 시 운동형상학적 자료 즉, 첫 번째 발 허리발가락관절의 굽힘과 벌림 각을 7초간 수집하고 처음과

Figure 1. Experimental equipment. (A)

Motion analysis (Zebris, Medizintechnik GmbH, Isny, Germany). (B) Electrical Stimulator (Microstim 2-channel, Medel GMbH, Hamburg, Germany).

Figure 2. Locations of electrical pads and active markers.

(4)

마지막 2초간의 자료를 제외하고 나머지 3초간의 자료를 평 균값을 구하는데 사용하였다. 전기자극 3회 반복측정한 값의 평균값을 자료 분석하는 데 사용하였다.

정상군과 엄지발가락가쪽휨증군에서 첫 번째 발허리발가 락관절의 굽힘, 폄 각을 이용하여 전두면에서의 몸쪽 마디뼈 움직임 각(θ)을 다음과 같은 공식으로 계산했다(Figure 3).

5. 통계처리

엄지벌림근의 전기자극 시 정상군과 엄지발가락가쪽휨증군 간의 첫번째발허리발가락관절의 굽힘 각, 벌림 각, 그리고 전

두면에서의 몸쪽 마디뼈 움직임 각을 비교하기 위해 독립표본 t-검정(independent t-test)을 사용하였다. 모든 측정값들은 윈 도용 SPSS ver. 14.0 프로그램(SPSS Inc., Chicago, IL, USA)을 이 용하여 통계 처리하였다. 이때 유의성 수준은 p<0.05에서 검 증하였다.

III. 결과

엄지벌림근 전기자극 시 첫 번째 발허리발가락관절의 굽힘 각 이 정상군(10.17±2.31o)에 비해 엄지발가락가쪽휨증군(13.12

±10.61o)에서 유의하게 컸으며(p<0.05) 벌림 각은 정상군 (17.37±4.71o)에 비해 엄지발가락가쪽휨증군(10.61±4.99o)에 서 유의하게 작았다(p<0.05). 전두면에서의 몸쪽 마디뼈 움직 임 각(θ)의 각은 정상군(53.42±10.70o)에 비해 엄지발가락가 쪽휨증군(31.72±4.43o)이 유의하게 작았다(p<0.05) (Table 2).

IV. 고찰

본 연구에서는 정상군과 엄지발가락가쪽휨증군에서 엄지벌 림근의 전기자극 시 첫 번째 발허리발가락관절의 운동형상학 적 움직임을 알아보았다. 사체연구에서 엄지벌림근은 엄지벌 림, 첫 번째 발허리뼈의 굽힘과 뒤침(supinator), 발뒤꿈치의 안쪽번짐, 그리고 앞정강뼈의 가쪽돌림 기능으로 발의 안쪽세 로활(medial longitudinal arch)을 높여주는 기능을 한다고 보 고하였다.16 또한 보행 시 엄지벌림근은 말기 중간입각기에서 추진기에 수축하여 지면에 대해 몸쪽 발가락뼈 기저부의 안정 성을 도와주며 발목뼈중간관절(midtarsal joint)의 사선 축에서 의 움직임 시 첫번째발허리뼈를 고정하고 첫번째 열(first ray) 을 발바닥 굽힘하는 기능을 한다. 또한 Kendall 등14은 엄지벌 림근이 엄지발가락의 첫 번째 발허리발가락관절의 벌림 기능 을 주로 하고 굽힘을 도와준다고 하였다. 비록 엄지벌림근의 정상적인 기능은 잘 알려져 있지만 아직까지 첫 번째 발허리 발가락관절에서의 정확한 운동형상학적인 기능과 엄지발가

Figure 3. Diagram depicting method of determining the degree of

proximal phalanx in frontal plane (θ).

Vector

flexion

= 2 × Length of Phalanx Sin(θ

flexion

/2) Vector

abduction

= 2 × Length of Phalanx

Sin(θ

abduction

/2) Θ = Arc ( (Sin(θ

abduction

/2)

(Sin(θ

flexion

/2) )

Table 2.

Descriptive statistics for subjects in normal group and HV group (unit: degree)

Angle Normal group (n=10) HV group (n=10) t p

Flexion Abduction

Phalanx in frontal plane

10.17 (2.31) 17.37 (4.71) 53.42 (10.70)

13.12 (2.89) 10.61 (4.99) 31.72 (4.43)

-2.52 3.12 5.92

0.021*

0.006*

0.000*

*Significant difference between normal group and HV group.

HV: hallux valgus.

(5)

락가쪽휨증 기형의 경우 엄지벌림근의 기능변화에 대한 연구 없는 실정이다. 이전 연구에서는 기능적 전기치료기구를 통하여 근 경직의 약화, 근육의 기능 향상 및 보행능력의 향상 등을 연구하였다.17,18 그러나 본 연구에서는 기능적 전기치료 기구를 사용하여 엄지벌림근의 전기자극을 했을 때 정상군과 엄지발가락가쪽휨증군에서 첫 번째 발허리발가락관절의 운 동형상학적 움직임을 비교함으로써 엄지벌림근의 기능변화 알아볼 수 있었다.

연구 결과 엄지벌림근 전기자극 시 첫 번째 발허리발가 락관절의 굽힘 각이 정상군(10.17±2.31o)에 비해 엄지발가락 가쪽휨증군(13.12±10.61o)에서 유의하게 컸으며 벌림 각은 정상군(17.37±4.71o)에 비해 엄지발가락가쪽휨증군(10.61±

4.99o)에서 유의하게 작았다. 이 연구의 결과로 미루어 볼 때 엄지발가락가쪽휨증 기형의 경우 엄지벌림근의 기능이상이 있음을 입증하였다. Brenner19 엄지발가락가쪽휨증의 안쪽 종자뼈의 가쪽으로의 이동은 엄지벌림근이 안쪽 종자뼈에 부 착되어 있기 때문에 엄지벌림근의 힘줄이 또한 이동이 되어 있어서 이러한 이동은 엄지발가락가쪽휨증 기형의 발달에 의 변화라고 하였다. 또한 Eustace 등20 엄지벌림근의 잇는 점을 바꾸는 수술적인 접근 방식은 엄지발가락가쪽휨증의 증 상이 호전하도록 도와준다고 하였다. 이전 문헌에서 알 수 있 듯이 엄지발가락가쪽휨증의 먼 쪽 부착점의 변화는 엄지벌림 근의 기능이상을 초래하여 정상군에 비해 굽힘 각이 증가되고 벌림 각이 감소됨을 확인하였다.

이전 연구에서 엄지발가락가쪽휨증에서 엄지벌림근과 엄 지모음근의 근육 불균형이 있다는 것은 증명되었다. 엄지발가 락가쪽휨증군의 경우 정상군에 비해 엄지 모음 시 엄지모음 근의 근 활성도에 비해 엄지 벌림 시 엄지벌림근의 근 활성도 현저하게 감소되었다고 보고하였다.8-10 본 연구의 결과로 미루어 볼 때 이러한 엄지벌림근의 기능이상으로 엄지벌림근 엄지모음근의 근육 불균형이 유발될 수 있을 거라 사료된 . 왜냐하면 엄지벌림근이 엄지발가락의 벌림보다는 굽힘 하 기능이 증가되기 때문이다. 본 연구에서 전두면에서의 몸 마디뼈 움직임 각(θ)의 각을 공식을 통해 알아보았는데 정 상군(53.42±10.70o)에 비해 엄지발가락가쪽휨증군(31.72±

4.43o)이 유의하게 작았다. Kendall 등14 엄지벌림근의 근력 평가 시 대상자가 저항에 대해 엄지 발가락을 벌림하도록 하 였다. 본 연구에서는 정상군에서 전두면에서의 몸쪽 마디뼈 움직임 각이 53.42o 벌림과 굴곡이 동시에 일어났다. 정상인 들의 엄지벌림근의 근력 평가 시 벌림과 굴곡을 동시에 저항

운동형상학적 기능은 엄지벌림근의 근력강화 시 활용될 수 있 것이다. 즉, 엄지발가락가쪽휨증을 예방하거나 교정하기 위해서는 전두면에서의 몸쪽마디뼈 움직임 각에 방향으로 저 항을 주어 엄지벌림근의 근력강화를 해야한다고 사료된다. 본 연구의 제한점으로 연구결론이 모든 엄지발가락가쪽휨증에 적용할 수 없다는 점이다. 본 연구에서는 중증 엄지발가락 휨증을 대상으로 하였다. 향후 연구에서는 이러한 엄지벌림근 정확한 운동형상적 기능을 바탕으로 엄지벌림근의 근력강 시 엄지발가락가쪽휨증 환자의 기형 변화에 영향을 주는지 알아볼 필요가 있다.

연구는 정상군과 엄지발가락가쪽휨증군을 대상으로 엄 지벌림근의 전기자극 시 첫 번째 발허리발가락관절의 운동형 상학적 움직임을 비교하고자 하였다. 본 연구의 결과, 엄지벌 림근 전기자극 시 첫 번째 발허리발가락관절의 굽힘 각이 정 상군에 비해 엄지발가락가쪽휨증군에서 유의하게 컸으며 벌 각은 정상군에 비해 엄지발가락가쪽휨증군에서 유의하게 작았다. 전두면에서의 몸쪽 마디뼈 움직임 각은 정상군에 비 엄지발가락가쪽휨증군이 유의하게 작았다. 그러므로 본 연 구에서는 엄지발가락휨증 기형에서 엄지벌림근의 기능이상 확인할 수 있었으며 엄지벌림근의 기능이상이 엄지발가락 휨증 기형 발달에 위험요소로써 작용될 수 있다고 제안한다.

Author Contributions

Research design: Jung DY, Kim MH Acquisition of data: Kim MH, Koh EK

Analysis and interpretation of data: Jung DY, Koh EK Drafting of the manuscript: Kim MH, Jung DY

Administrative, technical, and material support: Koh EK Research supervision: Jung DY

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수치

Table 1. Descriptive statistics for subjects                                                                                                                                                                                  (N=20)
Figure 1. Experimental equipment. (A)  Motion analysis (Zebris, Medizintechnik  GmbH, Isny, Germany)
Figure 3. Diagram depicting method of determining the degree of  proximal phalanx in frontal plane (θ).

참조

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