Current Issue

피험자의 보행 데이터는 양측 발등에 부착된 IMU 센서의 Pitch 값을 이용하여 보행 주기를 구분하였다. 발등 Pitch 값의 최대점은 발꿈치가 닿는 순간(Heel Strike, HS), 최소점은 발끝 들림(Toe Off, TO) 시점으로 정의하였으며, 이를 기준으로 보행 주기를 입각기(HS→TO) 와 유각기(TO→HS) 로 분리하였다. 또한 HS 이벤트는 발등의 회전(Roll) 값이 급격히 변화하는 시점을 기준으로 판별하였다. 이를 통해 전체 보행 주기(100%)에서 입각기는 약 60%, 유각기는 약 40%로 구분되었다. 데이터 분석에는 15분간 수집된 자료 중 처음과 마지막 5분을 제외한 중앙 5분간의 자료를 사용하였다.

IMU 센서에서 출력된 오일러 각(Roll, Pitch, Yaw)을 기반으로 시상면(sagittal plane)에서 굴곡/신전, 관상면(frontal plane)에서 내전/외전, 수평면(transverse plane)에서 내회전/외회전을 각각의 골반, 고관절, 슬관절, 족관절의 운동을 측정하였다. <Table 2>에는 각 관절에 대한 각도 측정에 대한 움직임에 대해 정리하였다. 여기에서 시상면(sagittal plane)은 인체를 좌우로 나누는 면으로 앞뒤로 일어나는 움직임을 관찰하는 것이며, 관상면(frontal plane)은 인체를 앞뒤로 나누는 면으로 외전, 내전과 같이 좌우로 일어나는 움직임을 관찰하는 것이다. 마지막으로, 수평면(transverse plane)은 인체를 위아래로 나누는 면으로 축회전의 움직임을 의미한다. 본 연구에서는 오일러 각의 Roll 값을 이용하여 내전각과 외전각을, Pitch 값을 이용하여 굴곡각과 신전각을, Yaw 값을 이용하여 내회전각과 외회전각을 산출하였다.또한 각 관절의 가동범위(ROM)는 최대각에서 최소각을 뺀 값으로 계산하였다.

하지 관절의 운동학적 지표를 정확히 해석하기 위해서는 정상 성인의 보행 패턴에 대한 사전 이해가 필수적이다. Winter(2009)는 인체 보행을 운동학적으로 정량화하여, 하지 관절의 굴곡(flexion), 신전(extension), 및 관절 모멘트(joint moment) 의 정상 범위를 제시하였다. 또한 Jin(2022)은 건강한 성인과 경증 지적 발달장애인을 비교하여, 보행 중 하지 관절의 굴곡각, 외회전각, 배측굴곡각, 저측굴곡각 등 주요 운동학적 변인을 분석하였다. An and Jung(2002)은 정상군과 편마비 환자군의 보행 패턴을 비교하기 위해 굴곡–신전, 내반–외반, 내회전각 등의 지표를 활용하여 하지의 운동 특성을 규명한 바 있다. 본 연구에서는 이러한 선행연구를 토대로, 경증 발달장애인의 평지 보행 시 의복 조건이 하지 관절각에 미치는 영향을 다각적으로 분석하였다. 특히 보행 주기의 입각기(stance phase)와 유각기(swing phase)에 걸쳐 다양한 운동학적 매개변수를 산출하였으며, IMU 센서를 활용한 관절 운동 추정의 정확도를 높이기 위해 McCamley et al.(2012)의 방법을 참고하여 분석 기준을 수정·적용하였다<Table 3>.

보행 주기 중 입각기(stance phase)와 유각기(swing phase) 동안 골반의 관절각 변화 양상을 분석한 결과는 <Fig. 3>과 같다. 골반 굴곡각이 양(+) 일 경우 전방 굴곡을, 신전각이 음(–) 일 경우 후방 신전이 제한됨을 의미한다. 입각기 동안 평균 굴곡각은 컨트롤 8.29° CP-L 5.18°, CP-H 3.08°로 나타나, 두 밀착 바지 착용 조건 모두 컨트롤 대비 유의한 감소를 보였다. 평균 신전각은 컨트롤 –3.07°, CP-L –2.08°, CP-H –1.72°로, CP-L과 CP-H 간에는 통계적으로 유의한 차이가 없었으나 두 조건 모두 컨트롤보다 유의하게 감소하였다. 유각기에서도 대부분의 지표가 컨트롤 대비 CP-L 및 CP-H 조건에서 감소하는 경향을 보였으며, 그중 신전 평균각과 외회전 최대각에서 유의한 차이가 확인되었다. 특히 신전 평균각은 컨트롤 –3.20°, CP-L –2.08°, CP-H –1.72°로 나타나, 밀착 바지 착용 시 골반의 굴곡 및 신전이 전반적으로 제한되는 경향을 보였다. 이 중 CP-H 착용 조건에서 유각기 동안 전방 굴곡이 가장 감소하였으며, 이는 경증 발달장애인에게서 흔히 나타나는 과도한 골반 보상 움직임을 완화하여 보행 안정성을 향상시킬 가능성을 시사한다. 한편, 본 연구의 피험자들은 입각기 동안 골반 신전이 충분히 이루어지지 않아, 상체의 무게중심이 전방으로 치우치는 특징을 보였다. 이러한 보행 패턴은 체간 안정성을 저하시켜 보폭 감소 및 보행 효율 저하로 이어질 수 있다. Naruse et al.(2017)은 ADHD 아동이 정상 아동보다 전방 골반 기울기(anterior pelvic tilt) 가 유의하게 크다고 보고하며, 과도한 전방 기울기가 균형 및 자세 조절에 부정적 영향을 미친다고 제시하였다. 또한 Suits et al.(2021)은 정상 성인의 평균 전방 골반 기울기가 약 13°(±6°) 수준임을 보고하며, 골반의 전후 기울기 변화가 보행과 자세 안정성에 중요한 역할을 한다고 강조하였다. 정상 보행에서는 골반의 전후 움직임이 보행 에너지 효율성 향상에 기여하지만, 경증 발달장애인의 경우 골반이 과도하게 전방으로 기울어진 상태에서 후방 신전이 충분히 이루어지지 않으면, 상체를 앞으로 숙여 체간 균형을 유지하게 된다. 이로 인해 상체 흔들림이 증가하고, 빠른 보행이나 방향 전환 시 균형 상실 위험이 높아지며, 보폭 감소 및 에너지 소모 증가로 인한 피로 누적이 발생할 수 있다.

<Fig. 3> 
Dynamic Pelvic Kinematics during the Stance and Swing Phases(b) of Gait.

입각기 동안의 외회전 최대각은 컨트롤 조건(6.22°)보다 CP-L(4.10°) 에서 낮았으나, CP-H(5.26°) 에서는 CP-L보다 다소 높은 값을 보였다. 외전 최대각은 컨트롤(2.10°) 대비 CP-L(0.90°)과 CP-H(0.82°)에서 모두 1.00° 미만으로 유의하게 감소하였다. 이외의 지표들은 컨트롤 조건에 비해 전반적으로 감소 경향을 보였으나, 통계적으로 유의한 차이는 나타나지 않았다. 또한 유각기에서도 외회전 최대각이 컨트롤보다 두 밀착 바지 조건에서 낮게 나타나, 밀착 바지 착용 시 보행 중 골반의 과도한 회전이 억제됨을 확인할 수 있었다. 일반적으로 정상 성인의 보행에서 골반의 외회전각은 약 4∼5° 수준으로 보고되는데(An & Jung, 2002), 본 연구의 피험자는 컨트롤 조건에서 6.22°로 정상 범위보다 다소 높은 값을 보였다. 반면, 밀착 바지 착용 시 CP-L에서는 4.10°, CP-H에서는 5.26°로 나타나, 의복압이 높을수록 외회전각이 다소 증가하는 경향을 보였다. 한편, 본 연구에서 피험자의 골반 내회전각은 음수 값으로 나타나, 정상적인 내회전이 부족하고 외회전이 과도하게 일어남을 의미한다. 정상 보행에서는 보행 주기마다 내회전과 외회전이 교대로 반복되는 리듬이 유지되지만, 본 연구의 피험자들은 외회전이 우세한 경향을 보여 발끝이 바깥쪽으로 향하는 외족지 보행(out-toeing gait) 양상을 보였다. 이러한 보행 패턴은 일정 수준의 안정성을 확보할 수 있으나, 체간 흔들림 증가, 보행 효율 저하, 피로 누적 등의 부정적 영향을 초래할 수 있다.

종합하면, CP-L 착용 조건에서 제공되는 적정 수준의 의복압은 발달장애인의 불균형한 보행 경향을 완화하고, 골반 관절에서 일정 수준의 안정성을 확보하는 데 기여한 것으로 판단된다.

고관절에서의 입각기와 유각기 동안의 관절각 변화 결과는 <Fig. 4>에 제시하였다. 입각기(stance phase)에서는 내회전 최대각과 내·외회전 가동범위(range of motion; ROM) 에서 통계적으로 유의한 차이가 나타났다. 내회전 최대각은 컨트롤 조건(–6.76°)보다 CP-L(–4.43°) 및 CP-H(–4.02°) 착용 시 모두 감소하였다. 유각기(swing phase)에서는 외회전 최대각과 내·외회전 ROM에서 유의한 차이가 확인되었으며, 두 지표 모두 CP-L과 CP-H 간의 통계적 차이는 없었으나, 컨트롤 조건 대비 유의하게 감소하였다(p<.05). 특히 고관절의 내회전–외회전 ROM은 CP-L(허벅지 압력 1.36∼1.42 kPa)보다 CP-H(1.52∼1.65 kPa) 에서 더 큰 폭으로 감소하였다. 이는 허벅지 부위의 의복압이 높을수록 하지의 회전 움직임이 제한되어, 발의 전·후방 추진력이 감소하고 결과적으로 보폭 단축 및 보행 속도 저하로 이어질 수 있음을 시사한다. 반면, 입각기 동안 CP-H 착용 시 외전 및 내전 각도 모두 컨트롤과 CP-L 조건보다 낮게 나타나, 의복압이 높을수록 고관절의 좌우 흔들림이 억제되어 보행 안정성이 향상될 가능성을 확인하였다. 정상 성인의 보행에서 고관절의 굴곡–신전 ROM은 입각기 동안 약 40∼50° 범위로 보고되는데(Mullerpatan et al., 2025), 본 연구의 경증 발달장애인 피험자는 평균 42.5°로 정상 하한 수준을 보였다. 이는 보행 시 발을 충분히 전방으로 뻗지 못해 추진력이 부족하고, 보행 효율 저하 및 이상 보행 패턴으로 이어질 가능성을 내포한다.

<Fig. 4> 
Dynamic Hip Kinematics during the Stance and Swing Phases of Gait.

입각기 동안의 최대 외전각 역시 컨트롤 조건(–6.88°)보다 CP-L(–5.23°) 및 CP-H(–4.19°) 에서 낮게 나타나, 밀착 바지 착용이 고관절의 회전 및 외전 움직임을 제한하는 효과를 보였다(p<.05). 정상 성인의 내회전–외회전 ROM은 일반적으로 약 ±10∼15° 범위로 보고되지만, 발달장애인의 경우 이러한 회전 범위가 제한되어 보폭이 감소하고, 하지의 회전 반동이 줄어들어 보행 속도 및 효율이 저하될 가능성이 있다. 또한 정상 성인의 내전–외전 ROM은 약 8∼12° 수준으로, 체간 균형 유지 및 보행 안정성 확보에 핵심적인 역할을 한다. 그러나 발달장애인은 보행 시 지지 다리의 체중 부하 능력이 상대적으로 부족하여, 골반의 굴곡과 신전에 의한 보상 움직임이 증가하는 경향을 보인다. 이러한 과도한 보상 작용은 체간 균형 조절의 어려움으로 이어져 보행 안정성을 저하시킬 위험이 있다. 따라서 발달장애인을 위한 보행 보조용 밀착 바지 설계 시, 허벅지 부위의 의복압 수준을 정밀하게 조절하여 보행 안정성을 향상시키는 동시에, 보폭 단축이나 속도 저하와 같은 부정적 영향을 최소화할 필요가 있다.

보행 주기 동안 슬관절의 관절각 변화 결과는 <Fig. 5>에 제시하였다.

<Fig. 5> 
Dynamic Knee Kinematics during the Stance and Swing Phases of Gait.

입각기(stance phase)에서는 굴곡(flexion), 신전(extension), 외회전 최대각, 내전 최대각, 그리고 내·외전 가동범위(range of motion; ROM) 에서 통계적으로 유의한 차이가 나타났다. 굴곡각의 경우, 컨트롤 조건은 13.20°, CP-L은 15.04°로 두 조건 간 통계적으로 유의한 차이는 없었으나, CP-H(18.25°) 에서 유의하게 증가하였다(p<.05). 신전각은 컨트롤(–3.26°)에 비해 CP-L(–1.83°) 과 CP-H(–1.17°) 모두에서 유의하게 감소하였으며, 두 밀착 바지 간에는 차이가 나타나지 않았다. 유각기(swing phase)에서는 평균 신전각, 굴곡–신전 ROM, 내번 최대각에서 유의한 차이가 확인되었다. 평균 신전각은 컨트롤(–4.28°)보다 CP-L(–2.67°)과 CP-H(–2.15°)에서 모두 유의하게 감소하였다. 이러한 결과는, 상대적으로 높은 의복압을 가진 CP-H(종아리 2.32 kPa, 무릎 1.94 kPa) 착용 시 입각기 동안 슬관절의 굴곡이 증가하고 신전이 감소함을 의미한다. 또한 굴곡–신전 ROM과 외회전각이 모두 감소하여, 압박 수준이 높을수록 하지의 전방 신전 동작이 제한되고 보폭이 단축될 가능성이 있음을 시사한다. 정상 성인의 유각기에서 굴곡–신전 ROM은 약 55∼65°로 보고되나(Mullerpatan et al., 2025), 본 연구의 발달장애인 피험자는 최대 67.9°로 다소 크게 나타났다. 이는 보행 시 충격 흡수 및 안정성 확보를 위한 보상 작용으로 해석될 수 있다. 그러나 과도한 굴곡은 보행 추진력 감소, 보폭 축소, 에너지 소비 증가로 이어질 가능성이 있으며, 신전이 충분히 이루어지지 않을 경우 입각기 말기(heel-off 및 toe-off)에서 추진력이 약화되어 보행 속도가 저하될 수 있다(Kınacı‐Biber et al., 2025). 또한 발달장애인은 정상 성인보다 슬관절의 굴신 범위가 좁고, 굴곡·신전 속도가 느리며, 착지 및 체중 지지 시 무릎이 과도하게 굴곡된 상태를 유지하는 경향을 보인다. 이는 Haynes et al.(2012)의 연구에서 보고된 바와 같이, 착지 시 무릎 굴곡이 정상보다 크고 신전이 부족한 보행 특성과 일치한다.

특히 내전 최대각에서 조건 간 차이가 가장 뚜렷하게 나타났다. 컨트롤 조건(–6.88°)은 CP-L(–4.96°) 보다 유의하게 낮았으며(p<.05), CP-H(–3.08°) 와는 더욱 큰 차이를 보였다(p<.01). 또한 내전–외전 ROM은 컨트롤 대비 밀착 바지 착용 시 감소하는 경향을 보였으며(p<.05), 유각기(swing phase) 의 굴곡–신전 ROM과 내전 최대각 역시 동일한 경향을 보여, 두 지표 모두 밀착 바지 착용 시 관절 가동범위가 유의하게 감소하였다(p<.05). 이러한 결과는 무릎 내회전 범위가 감소함에 따라 체간·고관절·슬관절의 회전 반동이 줄어들고, 그에 따라 보행 추진력이 약화될 수 있음을 시사한다. 반면, 무릎의 내·외전 움직임 감소는 보행 시 좌우 흔들림을 줄여 안정성을 향상시키는 긍정적 효과를 보였다. 그러나 동시에 굴곡–신전 및 내회전 범위의 축소는 균형 조절 여유를 감소시켜, 낙상에 대한 방어 능력을 저하시킬 가능성이 있다. 따라서 밀착의류는 컨트롤 조건에 비해 경증 발달장애인의 보행 안정성 향상에 일정 부분 기여할 수 있으나, 과도한 의복압은 관절의 운동 자유도를 제한하여 일부 지표에서 부정적 영향을 초래할 수 있음을 의미한다. 이에 따라 발달장애인의 보행 보조용 밀착의류 설계 시, 안정성과 운동 효율을 균형 있게 고려한 적정 압박 강도 설정이 필요하다.

족관절의 보행 시 관절각 변화를 분석한 결과는 <Fig. 6>에 제시하였다. 입각기(stance phase)에서 족관절의 운동학적 지표는 전반적으로 컨트롤 조건 대비 CP-L 및 CP-H 착용 시 감소하는 경향을 보였다. 통계적으로 유의한 차이는 내회전 최대각, 외회전 최대각, 외번 최대각에서 확인되었다. 내회전 최대각은 컨트롤(–3.85°)에 비해 CP-L(–2.43°) 및 CP-H(–2.04°) 에서 감소하였으며, 두 밀착 바지 간에는 통계적으로 유의한 차이가 나타나지 않았다(p>.05). 외회전 최대각의 경우, 컨트롤(6.67°)과 CP-L(5.48°)은 유사한 수준이었으나, CP-H(5.12°) 에서는 유의하게 감소하였다. 또한 외번 최대각에서도 컨트롤(8.45°)과 CP-L(7.52°) 간에는 차이가 없었지만, CP-H(6.21°) 에서 유의한 감소가 관찰되었다(p<.05). 이러한 결과는 밀착 바지 착용이 족관절의 회전 및 외전 움직임을 억제하여 관절의 과도한 변위를 제한하는 효과를 지님을 시사한다. 반면, 유각기(swing phase)에서는 족관절의 대부분 지표가 컨트롤 대비 밀착 바지 착용 시 증가하는 경향을 보였다. 통계적으로 유의한 차이는 내회전 최대각과 내전 최대각에서 확인되었다. 내회전 최대각은 컨트롤(–6.52°) > CP-L(–5.74°) > CP-H(–4.35°) 순으로 나타나, 의복압이 높을수록 내회전 움직임이 감소하는 경향을 보였다. 내전 최대각의 경우 CP-L과 CP-H가 통계적으로 유사한 수준을 보였으며, 두 조건 모두 컨트롤 대비 유의하게 감소하였다(p<.05). 이러한 결과는 밀착 바지의 압박이 족관절의 회전 및 내전 움직임을 안정화시켜 보행 중 발의 좌우 흔들림을 줄이고 균형 유지에 기여할 가능성을 시사한다. 그러나 동시에 의복압이 과도할 경우 발의 자유로운 회전과 추진 동작을 제한할 우려가 있으므로, 발달장애인의 보행 특성에 적합한 부위별 압박 강도 조절이 필요함을 보여준다.

<Fig. 6> 
Dynamic Ankle Joint-Angle Patterns during the Stance and Swing Phases of Gait.

본 연구에서 측정된 발목 부위의 의복압은 CP-L 0.64 kPa, CP-H 0.86 kPa 수준으로 나타났으며, 이 범위에서는 발목의 배측굴곡(dorsiflexion) 과 저측굴곡(plantarflexion) 간에 통계적으로 유의한 차이가 확인되지 않았다. 따라서 보행 시 착지(heel strike) 및 발차기(toe-off) 단계에서의 발목 굴곡 움직임은 본 연구의 의복압 수준에서 큰 영향을 받지 않는 것으로 판단된다. 다만, 입각기에서 저측굴곡이 제한될 경우 보행 추진력 감소로 이어질 수 있고, 유각기에서 족배굴곡이 충분히 이루어지지 않을 경우 발 끌림으로 인한 낙상 위험이 증가할 가능성이 있다. 그럼에도 불구하고, 본 연구에서 나타난 0.64∼0.86 kPa 범위의 발목 의복압은 발달장애인의 보행 보조용 의류 설계 시 적정 수준의 압박 강도로 해석된다. Park et al.(2003, as cited in Cornwall & McPoil, 1999)은 정상인의 입각기 동안 평균 발등 굽힘각도(dorsiflexion angle)를 20°(13∼33°) 수준으로 보고하였다. 이에 비해 본 연구의 경증 발달장애인 피험자는 컨트롤 조건에서 12.45°로 정상인보다 낮은 수준을 보였다. 그러나 밀착 바지 착용 시 통계적으로 유의한 차이는 없었으나 컨트롤 대비 수치적으로 증가하는 경향을 보여, 적정 수준의 의복압을 적용할 경우 발등 굽힘각이 추가적으로 증가할 가능성이 있다. 보행 추진력은 주로 고관절의 신전 움직임에서 발생하지만, 느린 속도의 보행에서는 족관절 또한 추진력 생성에 중요한 역할을 담당한다(Riley et al., 2001). 따라서 발목 부위의 적정 의복압 설정은 보행 보조 의류 설계 시 매우 중요한 요인으로 고려되어야 한다. 한편, 내회전–외회전 ROM은 컨트롤보다 밀착 바지 착용 시 감소하였으며, 이는 허벅지 및 종아리 부위의 압박으로 인한 발목 회전 자유도 제한의 결과로 해석된다. 또한 내전·외전 각도는 CP-H 조건에서 감소하여, 보행 중 발의 좌우 흔들림을 줄이고 안정성 향상에 기여하는 것으로 나타났다. 이러한 결과는 선행연구와도 일치한다. Luo et al.(2023)은 발목 보조기 착용 시 내전·외전 각도와 회전 속도가 감소하여 발목 안정성이 향상된다고 보고하였으며, Stotz et al.(2021)은 달리기 시 보조기 착용으로 내전 각도가 47∼58% 감소함을 확인하여 발목 안정성 강화 효과를 제시하였다. 또한 Hijmans et al.(2008)은 의료용 압박복 착용이 발 관절 위치 감각을 향상시켜 좌우 흔들림 제어 능력을 개선한다고 보고하였다.

종합하면, 본 연구결과는 CP-H와 같은 높은 수준의 의복압이 발목의 내전·외전 움직임을 일정 부분 제한함으로써 발 안정성 증진에 기여할 수 있음을 보여준다.