DOI QR코드

DOI QR Code

Development of Wireless Ambulatory System Measuring 3-D Motion as Podiatric Diagnosis

족부 진단용 3차원 움직임 측정을 위한 무선 이동형 시스템 개발

  • 김진호 (전북대학교 헬스케어공학과) ;
  • 김화인 (전주내과의원 소아족부클리닉) ;
  • 김동욱 (전북대학교 바아오메디컬공학부) ;
  • 원용관 (전남대학교 공과대화 전자컴퓨터공학과) ;
  • 김정자 (전북대학교 바아오메디컬공학부)
  • Received : 2010.12.01
  • Accepted : 2011.03.24
  • Published : 2011.05.31

Abstract

In this research, a wireless movable systems is introduced that is applicable for real-world clinical examination in order to resolve the inconvenience of wired motion analysis system which uses markers by measuring more accurately the angle of the 3D motion. The system is composed of bluetooth data transmission and 6 DOF inertial measurement system that is composed of 3-axis acceleration and 3-axis gyroscope. The samples were collected from 10 feet of 5 young children who were confirmed as patients having flat feet and achilles tendonitis by podiatric expert in pediatrics, and the validity of the system was evaluated by comparison with the opinion by the expert using the EMG data and the data measured by the developed system. ROM of ankle was measured by the difference between the maximum and the minimum peaks of 3-axis values (pitch, roll and yaw) measured at lateral malleolus bone, and based on this measured value, the eversion rate became relatively higher as flat feet state become worse, which is equivalent to the opinion from the podiatric experts. It was shown that there is a relation between the certain muscle activities and the abnormal motion of foot caused by disease.

본 연구에서는 보행 시 발의 3차원 움직임에 대한 보다 정확한 동작 각도를 측정하고, 기존의 마커 방식에 의한 유선 동작 분석 시스템의 불편함을 해결하기 위해서 양상에 실제 사용 가능한 족부 진단용 우선 이동형 시스템을 개발하였다. 시스템의 주요 모듈은 3축 가속도계와 3축 자이로계로 이루어진 관성 측정 장치와 블루투스 전송 모듈로 구성되었다. 피험자는 전주 소아과 족부 임상 전문의에게 평발과 아킬레스건염을 진단 받은 소아과 환자 5명의 10족 에 대한 측정을 하였으며, 족부 전문의의 이학적 소견과 대비하여 개발 시스템에서 측정한 값과 근전도 데이터를 바탕으로 그 타당성을 평가하였다. 발목의 ROM은 외측 복사뼈에서 측정된 최대 피크와 최소 피크의 차이로 측정하였고, 이 값에 근거하여 평발이 심할수록 외번의 비율이 상대적으로 높아짐을 보였다. 근전도 측정 결과 내번근으로 작용하는 전경골근의 보상 작용으로 인해 전경골근의 근 활성도가 높게 측정되었고, 아킬레스건염에 의해 족배굴곡이 제한됨으로 인해 족저굴곡근으로 작용하는 비복근의 근 활성도가 높아짐을 보임으로서 족부 질환에 따르는 발의 비정상적인 움직임과 특정 근육의 활성 사이에 상관성이 있음을 확인 하였다.

Keywords

References

  1. 정남주, 윤희중. "남자 비만 어린이 보행주기의 생체역학적 분석," 한국운동역학회지, Vol.10(2) pp.179-193, 2001
  2. 채원식. "롤러 신발과 조깅 슈즈 신발 착용 후 보행시 지면반력의 형태 비교 분석", 한국운동역학회지, Vol.16(1) pp.101-108, 2006
  3. 홍완성, 김기원. "신경근 전기자극으로 유발된 대퇴사두근의 피로도", 동남보건대학논문집, Vol.21 pp.35-42, 2003
  4. Ronald L. Valmassy, "Clenical Biomechanics of the Lower Extremities", Mosby, pp.104-112, 2004
  5. Wolf Schamberger, "부정렬증후군", Churchill Livingstone, pp.125-152, 2002
  6. 이홍재, "만성요통을 호소하는 축구 선수들의 골반 및 하지의 생체역학적 특징", 대한스포츠의학회지, Vol. 22(1) pp.59-66, 2004
  7. 정종구, 정문상, 한문식, "편평족에 관한 고찰", 대한정형외과학회지, Vol. 12, pp.533-766, 1978
  8. Root ML, W. Weed J., "Normal and abnormal function of the foot", LA:Clinical Biomechanic, vol 10(17), 1977
  9. 임호용, 임진택, "초등학교 5학년 어린이의 족부 건강에 대한 조사 연구", 대한물리치료사학회지 Vol.12(3) pp.34-45, 2005
  10. 이재영, 이경중, 김영호, 이성호, 박시운, "가속도계를 이용한 편마비 환자의 보행 분석 알고리즘 개발", 전자공학회논문지, Vol.41(4) pp.231-240, 2004
  11. 정진엽, 박문석, 최인호, 조태준, 유원준, 김진영, "정상 한국인의 3차원 보행 분석 - 예비보고 -", 대한정형외과학회지, Vol.40(1) pp.83-88, 2005
  12. Ryo Takeda, Shigeru Tadano, Akiko Natorigawa, Masahiro Todoh, Satoshi Yoshinari, "Gait postrue estimation using wearable acceleration and gyro sensors", Journal of Biomechanics, Vol.42 pp.2486-2494, 2009 https://doi.org/10.1016/j.jbiomech.2009.07.016
  13. Greg Welch, Gray Bishop, "An introduction to the kalman filter" University of North Carolina at Chapel Hill Department of Computer Science, 2001
  14. Perry, J., "Gait Analysis : Normal and Pathological Function", SLACK Inc., 1992
  15. Cerny K, Perry J, Walker JM, "Effect of an unrestricted knee-ankle-foot orthosis on the stance phase of gait in healthy persons", Orthopedics, vol 13(10) pp.1121-1127, 1990
  16. Kadaba MP, Ramakaishnan HK, Wootten ME, Gainey J, Gorton G, Cochran GVB, "Repeatability of kinematic kinetic and eletromyographic data in normal adult gait", J Orthop Res, Vol.7 pp.849-860, 1989 https://doi.org/10.1002/jor.1100070611
  17. Murray MP, Drought AB, Kory RC, "Walking patterns of normal men", J Bone Joint Surg, Vol.46A(2) pp.335-360, 1964
  18. 이중현, 이영신, 이재옥, 박성하. "Orthotics 착용에 따른 정상, 요족, 평발의 생체역학적 보행분석 및 시뮬레이션", 대한기계학회논문집, vol 31(11) pp.1115-1123, 2007
  19. 안시영, 이태영, 김도원, 오하령, 성영락, 박준석, "센서 네트워크 기술에 기반한 유헬스 서비스 공간 구현", 한국통신학회논문지, Vol.35(2) pp.225-231, 2010
  20. 김일곤, 김항찬, 예정훈, 이병기, 곽연식, "유헬스 표준화와 인증", 한국통신학회지(정보와통신), Vol.27(9) pp.9-14, 2010
  21. 김헌성, 조재형, 최윤희, 오정아, 이진희, 윤건호, "만성질환자 관리를 위한 유비쿼터스 헬스케어 시스템", 한국통신학회지(정보와통신), Vol.27(9) pp.3-8, 2010