This thesis is concerned with the evaluation and understanding of the static performance of postural control system.
A computer-aided instrumentation system for the automatic measurement of postural sway has been developed. We used only the Kistler force platform and amplifiers, and developed the data acquisition and analysis software using an IBM PC. This system was used to obtain the continuous records of center of pressure location.
Also, an attempt was made to determine the effect of respiration on standing balance. Ten able-bodied subjects were asked to stand upright on a force platform and were asked to hold their breath after inspiration and after expiration, and to breathe regularly, 4, 6, and 8 respirations per 20 seconds. Sway was measured over 20-second periods with eyes open and eyes closed. The results show that both respiration and eye condition affect the sway distance of the center of pressure on body balance. The sway distance in holding breath after inspiration is significantly greater than in holding breath after expiration, and increasing the respiration rate produces a greater postural sway. Also, the grade of visual compensation for body balance is higher in the regular respiration condition than in breath holding.
Finally, this thesis is concerned with the contour representation and analysis of postural sway trajectory in posturography. We proposed two methodologies to derive the contour of postural sway based on the boundary points of sway area. An algorithm for finding the sway contour in each method was developed, and the experiments were performed to examine the computational efficiency between the methods proposed. Fourteen able-bodied men were asked to stand upright on a force platform to compare the numerical measures of sway shape with other quantitative sway measures used in previous researches into balance. The results show that numerical measures of sway contour (area, perimeter, and complexity of sway shape) and radius length diagram can be used to describe the tendency of sway shape, whereas other quantitative sway measures represent the extent of sway amounts.
These findings are applicable for ergonomics, sports, and clinical situations.
인간은 몸 전체의 평형을 유지하기 위해서는 감각기관 및 복잡한 신경, 근육체계의 조절 작용이 요구된다. 1853년 Romberg가 사람이 똑바로 서 있는 자세에서도 평형을 유지하기 위하여 끊임없이 동요하고 있다는 사실을 관찰한 이래로, 인간의 평형 기능과 능력을 조사하기 위한 연구가 의학, 체육학 분야에서 많이 이루어졌으며, 선 자세에서의 신체 동요에 관한 연구는 신체 평형 능력을 조사하기 위한 대표적인 수단으로 이용되어 왔다. 신체 동요에 대하여 많은 연구가들은 생리적, 물리적 실험 환경 요소 등을 달리하는 실험을 통하여 평형에 영향을 미치는 요인을 알아내기 위하여 노력해왔으며, 신체 평형 시스템의 해석 및 평가를 통하여 재활의학 분야에서 질병의 진단이나, 스포츠 과학 분야에서의 평형을 증진시키는 데 응용하고 있다.
본 연구에서는 신체 평형 능력 평가를 위한 평형 연구 분야 중에서 정적 자세에서의 평형 연구에 촛점을 맞추어, 연구에 필요한 측정 장비 시스템의 구축, 평형 시스템에 영향을 미치는 요인의 파악, 동요 자료를 해석하기 위하여 필요한 방법론 등을 연구하였다.
제 1 장에서는 지금까지의 평형 연구에 관련된 문헌조사를 체계적으로 정리하였으며, 제 2장에서는 Kistler사의 힘판(force platform)을 국내에서 생산된 범용 A/D (Analog-to- digital) 변환기와 IBM PC에 연결하여 신체 중심 동요 자료를 실시간에 따라 자동으로 측정할 수 있는 자동화된 측정 장비 시스템 및 정량적 척도를 구하는 software를 구축하였다. 제 3 장에서는 호흡의 형태가 신체 평형 시스템에 영향을 미치는 영향을 동요량 측정에 의하여 입증하였다. 실험 결과에 의하면 숨을 들이 마신뒤 호흡을 멈추는 경우가 내쉰뒤 멈추는 경우보다 중심동요량이 더 큰 것으로 나타났다. 또한, 호흡 속도가 중심 동요량에 영향을 주며, 신체 평형유지를 위한 시각 정보의 존재 유무는 호흡을 멈춘 경우보다 호흡시에 더 큰 영향을 주는 것으로 나타났다. 제 4 장에서는 신체 평형 연구에서 중심동요 자료의 동요 경향 및 패턴에 관한 특징을 추출하기 위한 동요 형상의 표현 및 분석 척도 개발에 촛점을 맞추었다. 중심 동요에 관한 형상 표현을 위하여 중심동요도에서 동요 면적의 경계점들에 의하여 동요윤곽을 구하는 방법을 두 가지 제시하였으며, 이들 중에서 반경 벡터에 의한 방법이 이진 영상 방법보다 계산 시간적인 측면과 효율 면에서 유리한 것으로 나타났다. 또한, 동요 경향을 표현하는 동요 형상 척도들이 제시되었으며, 이들 중에서 형상 복잡도는 동요량이나 형상의 면적 크기, 형상의 둘레 등과는 독립적인 척도로서 형상의 변동을 나타내는데 이용될 수 있음을 실험을 통하여 입증 하였다. 또한, 반경 벡터를 이용한 형상 표시방법에서 반경 길이 도표는 동요 경향을 표시하고, 형상 복잡도 척도와 함께 동요 경향을 파악하는데 이용될 수 있음을 예시하였다.
본 연구에 의한 결과는 신체 평형 능력 평가를 위한 연구에서 고려하여야 할 변수에 대한 지침과 평가를 위한 방법론을 제공하며, 스포츠, 임상 및 인간공학 분야 등에서 적용될 수 있다. 즉, 사격이나 양궁 등에서 선 자세에서 신체의 중심 동요를 최소화시키는 방법론이나, 중심 동요 자료를 컴퓨터를 이용하여 동요 형상을 자동적으로 표현하고 그 특성치를 구하여 평형 능력 평가나 임상 분야에서 평형 시스템의 질환등의 진단을 위한 유용한 정보로 이용될 수 있을 것이다.
