걸음걸이 분석

Gait analysis
"Gait Analysis"가 여기로 리디렉션됨.Jacquelin Perry와 Judith M. Burnfield가 쓴 책은 Gage Analysis: 정상 및 병리학적 함수.
적외선 카메라와 바닥 장착 힘 플랫폼을 갖춘 보행 분석 실험실

걸음걸이 분석은 동물의 움직임의 체계적 연구로서, 보다 구체적으로 관찰자의 눈과 뇌를 이용한 인간의 움직임에 대한 연구로서, 신체 운동, 신체 역학, 근육의 활동 등을 측정하기 위한 계기에 의해 강화된다.[1]걸음걸이 분석은 걷는 능력에 영향을 미치는 조건을 가진 개인을 평가하고 치료하는 데 사용된다.운동선수들이 좀 더 효율적으로 달리도록 돕고 부상을 입은 사람들의 자세 관련 문제나 움직임 관련 문제를 파악하기 위해 스포츠 생체역학에도 흔히 사용된다.null

이 연구는 계량화(게이트의 측정 가능한 파라미터의 도입 및 분석)와 해석(즉, 걸음걸이 패턴에서 동물(건강, 나이, 크기, 체중, 속도 등)에 대한 다양한 결론을 도출하는 것을 포함한다.null

역사

과학적 걸음걸이 분석의 선구자는 드 모투 애니멀리움(동물의 걸음걸이에 대하여)[2]의 아리스토텔레스였으며 훨씬 후기인 1680년에 조반니 알폰소 보렐리도 드 모투 애니멀리움(I et II)이라고 불렀다.1890년대에 독일의 해부학자 크리스티안 빌헬름 브루네와 오토 피셔는 짐을 싣고 내리는 조건에서 인간의 걸음걸이의 생체역학에 관한 논문을 연재했다.[3]null

사진술과 촬영술의 발달로 육안으로 움직임을 관찰해 볼 때 눈에 띄지 않았던 인간과 동물의 움직임의 디테일이 드러나는 이미지 시퀀스를 포착할 수 있게 됐다.Eadwardd Muybridge와 Etienne-Jules Marey는 1900년대 초 이러한 발전의 선구자였다.예를 들어, 연재 사진에서는 먼저 이 발견 이전에 만들어진 그림에서 주로 잘못 표현된 말 '갈롭'의 상세한 순서가 밝혀졌다.null

비록 많은 초기 연구가 필름 카메라를 사용하여 이루어졌지만, 뇌성마비, 파킨슨병, 신경근육 장애와 같은 병리학적 조건을 가진 인간에게 걸음걸이 분석의 광범위한 적용은 1970년대에 시작되었으며, 실제 내에서 개별 환자에 대한 상세한 연구를 생산할 수 있는 비디오 카메라 시스템의 가용성과 함께 시작되었다.이산화 비용 및 시간 제약종종 걸음걸이 분석 결과를 바탕으로 정형외과 수술을 수반하는 치료 체계의 발전은 1980년대에 크게 진전되었다.전세계의 많은 선도적인 정형외과 병원들은 현재 치료 계획을 설계하고 후속 모니터링을 위해 일상적으로 사용되는 걸음걸이 연구실을 가지고 있다.null

현대 컴퓨터 기반 시스템의 개발은 1970년대 후반과 1980년대 초반에 여러 병원 기반 연구소에서 독립적으로 이루어졌으며, 일부는 항공우주 산업과의 협력을 통해 이루어졌다.[4]상업적 발전은 곧 1980년대 중반 상업용 TV와 이후 적외선 카메라 시스템의 출현과 함께 뒤따랐다.null

2018년에는 운동 요약 척도인 게틀 운동 지수에 대한 새로운 제안이 있다.null

공정 및 장비

좌우 챔버를 통해 2D로 마커 위치에 대한 정보 획득, 이 정보의 조합은 마커 위치에 3D 영상을 발생시킨다.

일반적인 걸음걸이 분석 실험실은 산책로나 러닝머신 주위에 여러 대의 카메라(비디오 또는 적외선)를 배치하여 컴퓨터와 연결되어 있다.환자는 신체의 다양한 기준점에 위치한 마커(예: 골반의 장골 척추, 발목 골반, 무릎의 협곡) 또는 신체 세그먼트의 절반에 적용되는 마커 그룹을 가지고 있다.환자가 캣워크나 러닝머신을 걷고 컴퓨터는 각 마커의 궤적을 3차원으로 계산한다.모형이 적용되어 밑의 뼈의 움직임을 계산한다.이를 통해 각 관절의 움직임에 대한 완전한 분석을 할 수 있다.한 가지 일반적인 방법은 하체에 총 15개의 마커가 부착된 헬렌 헤이스 병원 마커 세트를 사용하는 것이다.[5]15개의 마커 모션을 분석하여 각 관절의 각도 모션을 제공한다.[citation needed]null

보행 패턴의 운동학을 계산하기 위해, 대부분의 실험실은 바닥 장착형 하중 변환기를 가지고 있는데, 힘 플랫폼이라고도 하며, 지반 반응력과 모멘트를 측정하는 것으로, 크기, 방향 및 위치(압력의 중심이라 함)를 포함한다.힘의 공간적 분포는 교육용 장비로 측정할 수 있다.이를 각 신체 부위의 알려진 역학에 추가하면 보행 사이클의 모든 단계에서 각 관절에 대한 순 힘과 힘의 순 모멘트를 계산하는 동작의 뉴턴- 오일러 방정식에 기초한 방정식의 해법이 가능하다.이것에 대한 계산 방법은 역역학이라고 알려져 있다.[citation needed]null

그러나 이러한 운동학의 사용은 개별 근육에 대한 정보가 아니라 사지의 신장이나 굴곡기와 같은 근육 그룹에 대한 정보를 야기한다.운동에 대한 개별 근육의 활동성과 기여도를 감지하기 위해서는 근육의 전기적 활동을 조사할 필요가 있다.많은 실험실에서 또한 근육의 전기적 활동이나 전자기파(EMG)를 감지하기 위해 피부에 부착된 표면 전극을 사용한다.이러한 방법으로 근육의 활성화 시간과 어느 정도까지는 근육의 활성화 크기를 조사할 수 있다. 즉, 걸음걸이에 대한 기여도를 평가함으로써 말이다.일반적인 운동학적, 운동학적 또는 EMG 패턴으로부터의 편차는 특정 병리학적 진단, 치료 결과 예측 또는 훈련 프로그램의[citation needed] 효과 결정에 사용된다.

요인 및 모수

걸음걸이 분석은 많은 요인에 의해 변조되거나 변형되며, 정상적인 걸음걸이 패턴의 변화는 일시적일 수도 있고 영구적일 수도 있다.요인은 다양한 유형일 수 있다.

  • 외부: 지형, 신발, 의류, 화물 등
  • 본질: 성별, 몸무게, 키, 나이 등
  • 신체: 체중, 키, 체격 등
  • 심리학: 성격 유형, 감정
  • 생리학적: 인체측정학적 특성, 즉 신체의 측정 및 비율
  • 병리학: 예를 들어 외상, 신경성 질환, 근골격계 이상, 정신 질환

걸음걸이 분석을 위해 고려하는 매개변수는 다음과 같다.

  • 스텝 길이
  • 스트라이드 길이
  • 캐던스
  • 속도
  • 동적 베이스
  • 진행선
  • 발 각도
  • 엉덩이 각도
  • 스쿼트 퍼포먼스[6]

기술

모션 캡쳐에 의해 기록된 보행 순서

걸음걸이 분석은 [7]측정 가능한 매개변수를 도입하고 분석하는 측정과 대상(건강, 나이, 크기, 체중, 속도 등)에 대한 결론을 도출하는 해석을 포함한다.분석은 다음을 측정하는 것이다.

시간/공간

속도의 계산, 리듬의 길이, 투구 등으로 구성된다.이러한 측정은 다음을 통해 수행된다.

  • 스톱워치와 지면에 표시를 한다.
  • 압력 매트 위를 걷고 있다.
  • 레인지 레이저 센서가 바닥에서 몇 센티미터 위에 있는 비행기를 스캔한다.[8][9]
  • 3D 자이로스코프 및 3D 가속도계 데이터를 해석하는 관성 센서 및 소프트웨어.

운동학

  1. 크로노포토그래피는 움직임을 기록하는 가장 기본적인 방법이다.알려진 주파수에서의 스트로브 조명은 과거에 단일 사진 영상의 걸음걸이를 분석하는데 도움을 주기 위해 사용되었다.[10][11]
  2. 단일 또는 다중 카메라의 영상을 이용한 시네 필름 또는 비디오 녹화는 관절 각도와 속도를 측정하는 데 사용될 수 있다.이 방법은 분석 과정을 크게 단순화하고 2차원만 아닌 3차원 분석이 가능한 분석 소프트웨어 개발로 도움을 받아왔다.
  3. 반사 마커(일반적으로 반사되는 공)를 사용하는 패시브 마커 시스템은 여러 대의 카메라(일반적으로 5개에서 12개 카메라)를 사용하여 동시에 정확한 움직임을 측정할 수 있다.카메라는 몸에 부착된 마커에서 반사된 모습을 기록하기 위해 필터가 일치하는 고출력 스트로브(일반적으로 적외선 또는 적외선 부근)를 사용한다.마커는 눈에 잘 띄는 해부학적 랜드마크에 위치한다.원래 신호와 반사 신호 사이의 각도 및 시간 지연을 바탕으로 공간 내 마커의 삼각 측정이 가능하다.소프트웨어는 이후에 식별 라벨이 주어지는 이들 표식기로부터 3차원 궤적을 만드는 데 사용된다.컴퓨터 모델은 라벨이 부착된 궤도의 상대 표식기 위치에서 관절 각도를 계산하는 데 사용된다.[12]이것들은 또한 영화 산업에서 모션 캡쳐에도 사용된다.[13]
  4. 액티브 마커 시스템은 패시브 마커 시스템과 유사하지만 "활성" 마커를 사용하십시오.이 마커들은 들어오는 적외선 신호에 의해 촉발되고 그들 자신의 해당 신호를 보내 응답한다.그리고 나서 이 신호는 마커의 위치를 삼각측량하는 데 사용된다.수동형 시스템에 비해 이 시스템의 장점은 개별 마커가 사전 정의된 주파수에서 작동하므로 자체적인 "아이덴티티"가 있다는 것이다.이것은 마커 위치의 후처리가 필요하지 않음을 의미하지만 시스템은 패시브 시스템보다 시야 밖 마커를 덜 용서하는 경향이 있다.[14]
  5. MEMS 관성 센서, 생체역학 모델 및 센서 융합 알고리즘을 기반으로 하는 관성(카메라 없음) 시스템.이러한 전신 또는 부분체계는 조명 조건에 관계없이 실내와 실외에서 사용할 수 있다.

마커리스 걸음걸이 캡처

  • 마커리스 걸음걸이 캡처 시스템은 하나 이상의 컬러 카메라 또는 2.5D[further explanation needed] 깊이 센서(즉, Kinect)를 사용하여 일련의 이미지에서 신체 관절 위치를 직접 계산한다.마커리스 시스템은 마커 부착 없이 자연환경에서 비침습적 인간보행분석을 허용한다.마커를 제거하면 인간 걸음걸이 측정 및 분석 기법의 적용성이 확대되고, 준비 시간이 상당히 단축되며, 모든 종류의 애플리케이션에서 효율적이고 정확한 동작 평가가 가능하다.현재 주 마커리스 시스템은 단안 카메라나 다중 카메라 스튜디오가 있는 비디오 기반 모션 캡처 시스템이다.[15]요즘은 임상 응용을 위한 깊이 센서 기반의 걸음걸이 분석이 점점 인기를 끌고 있다.깊이 센서는 깊이 정보를 측정할 수 있고 2.5D 깊이 이미지를 제공할 수 있기 때문에 단안형 인간 자세 평가에서 포즈 모호성을 현저히 줄이고 전경/백그라운드 뺄셈 작업을 효과적으로 단순화했다.[16]

압력 측정

압력 측정 시스템은 압력 분포, 접촉 영역, 힘의 움직임의 중심, 측면 사이의 대칭에 대한 통찰력을 제공함으로써 걸음걸이를 측정하는 추가적인 방법이다.이러한 시스템은 일반적으로 단순한 압력 정보 이상을 제공한다. 이러한 시스템에서 이용할 수 있는 추가 정보는 힘, 타이밍 및 공간 매개변수다.압력 측정 매트나 보행로(풋 스트라이크를 더 많이 포착할 수 있도록 길이가 더 길어지는 길이)와 같이 다양한 압력 평가 방법을 사용할 수 있을 뿐만 아니라, (신발 내부에 센서가 배치되어 있는 위치) 내부 압력 측정 시스템도 이용할 수 있다.[17][18][19]많은 압력 측정 시스템은 종합적인 보행 분석을 제공하기 위해 모션 캡처, EMG 또는 포스 플레이트와 같은 추가 유형의 분석 시스템과 통합된다.[citation needed]null

키네틱스

움직임의 생산에 관여하는 힘에 대한 연구인가.null

동적전기학

걸음걸이 중 근육활동 패턴에 대한 연구다.null

적용들

보행 분석은 인간과 동물의 보행 능력을 분석하는 데 사용되므로 이 기술은 다음과 같은 응용에 사용할 수 있다.

의료 진단

병리학적 걸음걸이는 근본적인 병리학에 대한 보상을 반영하거나 그 자체로 증상의 인과관계를 책임질 수 있다.뇌성마비와 뇌졸중 환자는 흔히 걸음걸이 실험실에서 볼 수 있다.걸음걸이의 연구는 재활 공학에서 미래의 발전을 허용하는 것뿐만 아니라 진단과 개입 전략을 만들 수 있도록 한다.임상 응용과는 별개로, 운동 경기력을 최적화하고 향상시키기 위해 프로 스포츠 훈련에서 걸음걸이 분석을 사용한다.null

보행 분석 기법은 보행 장애와 교정 정형외과 수술의 영향을 평가할 수 있다.[20]뇌성마비 치료 방법으로는 보톡스를 이용한 스패스틱 근육의 인위적인 마비나 특정 힘줄의 연장, 재첨부 또는 분리 등이 있다.왜곡된 뼈 해부학적 구조를 교정하는 작업도 병행한다(발견).[20]null

지압 및 골격 요법 사용

걸음걸이의 장애는 골반이나 천골의 어긋난 부분을 나타낼 수 있기 때문에 걸음걸이의 관찰은 척추지압 및 골격요법 직업의 진단에도 이롭다.천골과 장골 생체역학적으로 서로 반대 방향으로 움직이면서 천골 또는 천골 인대를 통한 두 사람 사이의 유착(다른 것 중)은 골반이 회전하는 것을 암시할 수 있다.척추지압술과 골요병술의 두 의사는 모두 걸음걸이를 이용하여 골반의 목록을 식별하고 다양한 기법을 사용하여 보행운동에 관련된 부위로 전체 범위의 운동을 회복시킬 수 있다.골반의 지압 조절은 골반 조작 요법(OMT)이 있는 것처럼 보행 패턴을[21][22] 복원하는 데 도움이 되는 추세를 보여 왔다.[23][24]

비교생물역학

인간이 아닌 동물의 걸음걸이를 연구함으로써 운동 역학에 대한 더 많은 통찰력을 얻을 수 있는데, 이는 운동뿐만 아니라 해당 종의 생물학을 이해하는 데 있어 다양한 함의를 가지고 있다.null

생체 측정학으로서의 걸음걸이

보행인식은 보행 스타일과 걸음걸이로 사람을 인식하고 확인하는 행동 생체인증의 일종이다.[25][26] 걸음걸이 인식의 발달은 각 개인이 발목, 무릎, 엉덩이의 위치 등 독특한 측정에 의해 정의된 걸음걸이를 가질 수 있기 때문에 포렌식 사용 기법의 발달로 이어졌다.[27]null

감시

2018년에는 중국 정부가 걸음걸이 분석을 기반으로 감시 도구를 개발해 얼굴이 가려져도 사람을 고유하게 식별할 수 있다는 보도가 나왔다.[28][29]null

대중 매체

  • G. K. 체스터튼은 그의 아버지 브라운의 미스터리 중 하나인 "퀴어 발"을 걸음걸이 인식에 대해 미리 설명했다.
  • 코리 닥터로는 그의 저서 '어린 형제'에서 고등학교에서 사용되는 보안기술로 걸음걸이를 많이 인정한다.
  • 아서 코난 도일은 셜록 홈즈가 <스칼렛의 서재>에서 라체 킬러의 키를 확인하기 위해 걸음걸이 분석을 이용하도록 했다.
  • 영화 미션: 불가능 – Rogue Nation은 벤지 던이 보안 프로토콜의 일부로 보행 분석 소프트웨어를 사용하는 시설에 침투해야 하는 장면에서 보행 분석을 특징으로 한다.

참고 항목

참조

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추가 읽기

외부 링크