Journal Search Engine
Search Advanced Search Adode Reader(link)
Download PDF Export Citaion korean bibliography PMC previewer
ISSN : 1226-0134(Print)
ISSN : 2671-4450(Online)
Journal of Korean Society of Occupational Therapy Vol.29 No.3 pp.101-111
DOI : https://doi.org/10.14519/kjot.2021.29.3.08

Development of Spine Curvature Responsive Chair Backrest and Verification of Its Effectiveness

Hee-Dong Kim*, Hyun-Ae Chung*, Yeon-Sik Jang**, Je-Mo Park**, Young-Hyo Son***, Ji-Hun Lee****, Min-Tak Jwa*****, Jeom-Hee Park******, Hwa-Shik Jung*******
*Dept. Of Occupational Therapy, Dongshin University, Assistant Professor
**Dept. of Occupational Therapy, Chunnam Techno University, Assistant Professor
***Chumdanwooam Hospital, Occupational Therapist
****Dept. of Occupational Therapy, Dongshin University, Doctor’s Course
*****Dept. of Occupational Therapy, Dongshin University, Master’s Course
******Anyche Co., Ltd., CEO
*******Dept. Of Occupational Therapy, Dongshin University, Professor
Corresponding author: Jung, Hwa-Shik (hsjung@dsu.ac.kr /Dept. of Occupational Therapy, Dongshin University)
09/06/2021 25/06/2021

Abstract

Objective:

This study aimed at the development and validation of a spine curvature responsive chair backrest that helps maintain the correct posture and relieve back fatigue by facilitating and enhancing the natural spine curve in response to the shape of the spine while the chair back embraces the user’s back when seated.


Methods:

The spine curvature responsive backrest was designed to be attached to a general office chair. When the user leans on his or her back, the back responds according to the user’s spine curvature such that the entire back is closely stuck to the backrest, thereby maintaining and improving the natural curve of the spine. Ten male college students were selected as the subjects, and the change in their spinal curvature was measured using a motion analyzer and an EMG.


Results:

The results of a motion analyzer evaluation showed that the lordosis of the lumbar and the kyphosis of the thoracic vertebrae increased as the reclining angle increased to 125 degrees, starting from the backrest angle of 105 degrees when using the developed backrest. As the results of the EMG evaluation, the post-median frequency was higher than the pre-median frequency at all backrest angles.


Conclusion:

The spine curvature responsive backrest developed in this study helps to maintain a proper posture when seated, thereby relieving tension in the back muscles. It can be used as a chair for office workers and students who sit for a long period of time for reducing their back fatigue.



척추 굴곡 반응형 의자등받이 개발 및 효과성 검증

김 희동*, 정 현애*, 장 연식**, 박 제모**, 손 영효***, 이 지훈****, 좌 민탁*****, 박 점희******, 정 화식*******
*동신대학교 작업치료학과 조교수
**전남과학대학교 작업치료과 조교수
***첨단우암병원 작업치료사
****동신대학교 작업치료학과 박사과정
*****동신대학교 작업치료학과 석사과정
******유한회사 애니체 대표이사
*******동신대학교 작업치료학과 교수

초록

목적 :

본 연구는 착석시 의자등받이가 사용자의 허리를 감싸안고 척추형태에 반응하여 자연스러운 척 추 곡선을 유지 및 증진시켜 줌으로써 바른 자세 유지 및 허리 피로감 해소에 도움을 주는 척추 굴곡 반응형 의자등받이를 개발하고 이의 효과를 과학적으로 검증하는데 목적을 두었다.


연구방법 :

척추 굴곡 반응형 등받이는 일반 사무용 의자에 탈부착이 가능하며 사용자가 허리를 기댔을 때 등받이가 사용자의 척추라인에 따라 반응하도록 하여 허리 전체가 등받이에 밀착됨으로써 척추의 자연 스러운 굴곡 형태를 유지하고 증진시키도록 개발하였다. 개발된 등받이의 효과성 검증을 위해 표준체형 의 남자대학(원)생 10명을 피실험자로 선정하여 동작분석기와 근전계를 활용하여 착석시 척추 굴곡의 변화 측정과 척추 세움근의 활성도를 측정하였다.


결과 :

개발된 등받이와 비교 대상 의자에 착석시 척추 곡선 변화에 대한 동작분석기 평가결과, 등받이 각 도 105o부터 시작하여 리클라이닝 각도가 125o로 커짐에 따라 요추의 전만곡과 흉추의 후만곡이 커짐으 로써 척추 곡선이 증진됨을 보였다. 근전계를 활용한 척추 세움근(L5/S1)의 평가결과 개발된 의자를 사 용했을 때 모든 등받이 각도에서 사후 중앙주파수 값이 사전 중앙주파수 값보다 높게 측정됨으로써 피 로지수가 낮아졌음을 알 수 있었다.


결론 :

본 연구에서 개발한 척추 굴곡 반응형 등받이는 착석시 바른자세를 유지하게 하여 허리근육의 긴장완 화와 허리디스크에 가해지는 압력을 감소시켜 장시간 앉아서 업무를 보거나 공부하는 학생들의 피로감을 줄여줄 의자로써 활용이 가능하며 향후 이의 도입과 확산을 위한 추가적인 연구개발의 필요성을 제안한다.



    Ⅰ. 서 론

    오늘날 앉아서 일하는 직업의 비율은 지난 수세기에 비해 훨씬 더 높은 비율로 증가하고 있으며 앉아서 일하 는 직업에 종사하는 사람들에게는 적은 육체적 노동이 요구되나 요통을 유발하는 주요 위험요인이라고 보고하 고 있다(Choi et al., 2010;Lengsfeld, Frank, van Deursen, & Griss, 2000). Genin 등(2018)에 따르면 미국의 경우 앉아서 일하는 직업의 증가로 인하여 이들 에게 높은 건강 비용이 발생하고 있으며 이에 따라 사무 용 의자개발에 관한 관심이 높아지고 이와 관련된 산업 도 폭발적으로 증가하고 있다.

    현재까지 좀 더 편안하고 안락한 사무용 의자를 개발 하기 위한 노력은 꾸준하게 이어오고 있으며 최근의 기 술개발은 사용자의 건강과 편리성의 기능을 중요시하 는 방향으로 발전하고 있다. American Occupational Therapy Association(AOTA)도 작업치료사가 제공하 는 착석 및 이동기기(seating and wheeled mobility) 중재는 클라이언트의 일상을 안전하게 수행할 수 있는 능 력을 최적화하기 위한 자세 지지와 정렬 그리고 의자의 기능 및 안전에 대한 개인의 요구를 충족하도록 해야 하는 것과 복합적인 재활 기술을 포함해야 한다고 하고 있다 (American Occupational Therapy Association AOTA], 2021). Human Factors Engineering of Computer Workstations에 따르면 “좋은 착석의 목적은 일정기간 동안 편안하고 생리적으로 만족스럽고 수행할 작업이나 활동에 적합한 역동적인 자세로 안정된 신체 지지를 제공 하는 것이다”라고 하였으며 이에 따라 다양한 인간공학 적 디자인 가이드라인과 표준들이 설정되어 활용되고 있 는 상황이다(ANSI/HFES 100, 2007;BIFMA G1, 2002;BSR/HFES 100, 2002;CSA-Z412, 2000).

    하지만 이러한 의자 디자인 가이드라인이나 표준들은 주로 의자치수, 경사각도, 조절기능, 요추지지 등의 관점 에서만 접근하였으므로 척추 전체의 곡선 유지 및 증진 을 고려한 등받이에 대한 연구개발이 필요한 실정이었다. 우리가 경험하는 바와 같이 의자등받이는 등과 허리를 지탱해주어 상체의 체중이 분산되게 함으로써 허리에 가 해지는 피로를 줄여주는 역할을 한다. 즉 척주 세움근을 편안하게 하여 척추에 가해지는 스트레스를 감소시키며 요추지지가 있는 의자의 경우 요추전만을 유지시켜 편안 함을 증가시키는 역할을 한다(Ellegast et al., 2012;Groenesteijn et al., 2012;Kim, Son, & Kang, 2018;Van Niekerk, Louw, & Hillier, 2012;Zemp, Taylor, & Lorenzetti, 2016). O’Sullivan, O’Sullivan, O’Sullivan과 Dankaerts (2021)에 따르면 작업치료사 가 클라이언트를 위한 사무용 의자를 선택할 때 사용자 다리의 길이나 몸통의 크기에 맞도록 조절 가능한 의자 가 필요하다고 하였으며 특히 등받이에 제공되는 요추지 지의 경우 구매전에 자신의 몸통 치수나 형태에 맞게 받 쳐줄 수 있는지를 반드시 시도해봐야 한다고 하였다.

    우리가 일반적으로 사용하고 있는 사무용 의자의 등받 이는 사용자의 등과 허리를 지지할 수 있게 등 부위로부 터 허리로 이어지는 척추 곡선에 대응하는 형태로 제작 되고 있다. 그러나 이러한 의자는 각 제조사의 설계기준 에 따라 임의의 형태대로 제작되고 있어서 다양한 사용 자의 신체특성을 제대로 반영하지 못하는 경향이 있다 (Groenesteijn et al., 2012;O’Sullivan et al., 2012). 따라서 이러한 의자에 앉았을 때 어떤 사용자에게는 요 추부위는 등받이에 닿으나 어깨와 흉추부위는 등받이에 서 뜨게 되고 또한 어떤 이에게는 이와 반대되는 경우가 발생할 수 있다. 특히 등받이를 리클라이닝하였을 때 흉 추부위는 펴지고 요추부위가 등받이의 요추지지 부위로 부터 벌어짐으로써 등받이가 등과 허리 전체를 지지해주 지 못하는 현상이 발생한다.

    이에 따라 사무용 의자 사용자 중의 상당수는 의자의 등받이 부분에 허리 쿠션, 베게 또는 수건 말이, 등받이 보조받침대와 같은 추가적인 도구를 사용하여 이를 해결 하려는 노력을 우리는 주변에서 종종 볼 수 있다. 하지만 이러한 노력에도 불구하고 장시간 착석시 등받이가 사용 자의 등과 허리 전체를 충분히 지지해주지 못함으로써 허 리에 피로가 축적되어 자세불량을 야기하고 이로 인해 요 통뿐만 아니라 장기적으로는 척추의 변형까지도 유발할 수 있다(Li & Huang, 2021). Carcone과 Keir(2007)는 보조 등받이와 요추패드 두께에 따른 등받이 압력, 척추자 세, 편안함을 측정하였는데 연구결과 허리의 압력감소와 요추전만이 증진됨을 보고하였다. Veraga와 Page(2000) 도 6개의 서로 다른 의자등받이의 효과를 검증하였는데 의자등받이의 디자인과 사용시간은 허리부위의 편안함과 불편함을 지각하는 데 영향을 미친다고 보고하였다.

    현재까지 개발된 의자등받이 중에서 독특한 형태의 듀 오백을 예로 들자면, 듀오백은 두 개의 등받이가 척추라 인을 중심으로 양쪽 허리부위를 감싸서 받쳐주고 의자프 레임에 등받이가 유동성 고무로 결합되어 있으므로 등받 이가 상하좌우로 자유롭게 움직일 수 있다는 장점을 가 진 등받이로서 척추를 압박하지 않고 등을 감싸안아 받 쳐주는 형태로 설계되어 있다(Duoback Korea, 2021). 하지만 듀오백 의자등받이의 경우 등받이의 표면이 편 평한 상태에서 상하좌우로 이동만 되기 때문에 사용자 의 척추 곡선에는 대응할 수 없다고 판단된다. 또한 미국 의 Teknion(2021)사에서 개발한 Responsive Back Technology(RBT) Task Chair의 등받이는 인간의 척 추뼈와 갈비뼈 형상으로서 사용자가 앉았을 때 자신의 척추 굴곡에 맞춰줌으로써 바른 자세를 유지시켜주며 앉 아있는 동안 지속적으로 사용자의 허리에 맞게 조정해주 는 역할을 강조하고 있으나 이 등받이는 사용자의 등 전 체를 감싸서 받쳐주지 못하여 장시간 사용했을 때 체중 분배에 문제가 있을 수 있다고 추정된다.

    이처럼 의자의 등받이가 척추 전체를 지지해주지 못하 거나 원래의 척추 곡선을 유지 및 증진 시켜주지 못한다 면 상체의 체중이 균등하게 분산되지 않아 요추와 엉덩 이에 많은 부담을 주게 된다. 이에 따라 본 연구에서는 Kim 등(2015)의 선행연구에 따른 후속 연구로서 일반 사무용 의자에 탈부착할 수 있으며 착석시 의자등받이가 사용자의 척추형태에 반응하여 등 전체를 감싸 안아주고 척추의 자연스러운 곡선유지 및 증진시켜 줌으로써 허리 의 자세교정과 피로감 해소에 도움이 될 수 있는 척추 곡 선 반응형 등받이를 개발하였다. 아울러 개발된 의자등 받이의 효과를 과학적으로 검증하기 위하여 객관적인 평 가기준을 설정하여 검증함으로써 향후 의자 사용자의 허 리건강을 촉진하고 이와 관련된 연구개발 활성화에 기여 하는데 목적을 두었다.

    Ⅱ. 연구 방법

    1. 연구대상자

    연구대상으로 평편한 등받이로 제작된 일반적인 사무 용 의자와 이 의자에 본 연구에서 개발한 척추 곡선 반응 형 등받이를 장착한 의자의 비교평가를 위하여 본 연구의 목적과 취지를 이해하고 연구에 자발적으로 참여할 것에 동의하고 척추질환을 비롯한 근골격계, 신경계, 순환계에 이상이 없는 건강한 남자 대학(원)생 10명을 선정하였다. 평가의 일관성과 동질성을 확보하기 위해 사이즈 코리아 의 제7차 인체측정자료를 참조하여 25세부터 29세까지 의 한국인 평균(표준편차) 키[173.6cm(±5.5)]와 몸무 게[73.9kg(±11.5)]에 해당하는 체형 소유자를 피실험 자로 선정하였다(Sizekorea, 2021). 또한 척추를 뒤에 서 보았을 때 일직선이며 이를 중심으로 좌우대칭이며 옆에서 보았을 때는 S자 곡선의 척추형태를 가진 피실험 자를 선별하기 위하여 모아레 간섭 촬영검사기(Moire topography photographic instrument, Yagami Model MF-120N)와 척추측만측정기(Scoliometer, Yagami Model YS-1)를 활용하였다.

    2. 연구 도구

    본 연구에서 사용할 연구도구로 일반사무용 의자의 등 받이와 달리 척추 곡선에 따라 반응할 수 있는 척추 곡선 반응형 등받이를 개발하였다. 이 등받이는 일반 표준형 사무용 의자에 탈부착할 수 있도록 설계하였다. Figure 1은 본 연구에서 비교 대상으로 선정한 일반사무용 의자 와 본 연구에서 개발한 척추 곡선 반응형 등받이 프레임 및 이를 비교 대상 의자에 장착한 사진이다. 따라서 등받 이 부분을 제외한 나머지 부분은 선정된 의자와 같은 사 양(치수, 형태, 재질, 조절방식)이다.

    Figure 1에서 보는 바와 같이 척추 곡선 반응형 등받 이는 비교 대상 의자의 등받이에 탈부착이 가능하며 동 일한 패딩을 씌운 형태로 구성되어있다. 개발된 등받이 는 상하 고정 프레임 양쪽에 척추뼈를 형상화한 각각 7개 의 관절과 이들 관절 사이에 가로로 연결된 6개의 유동성 관절을 적용하여 흉추와 요추부위의 곡선에 반응하도록 제작하였으며 등받이 지지프레임과 결합되어 의자에 장 착하게 된다. 등받이의 높이와 너비 등과 같은 구체적인 사양은 Ergonomic Chair Recommendations and Requirements(BSR/HFES 100, 2002)를 참조하였다.

    등받이를 구성하는 소재로서 등받이 양쪽 관절은 인장 력과 복원성이 뛰어난 나일론 유리섬유(nylon glass fiber) 재질을 채택하여 탄성을 극대화했으며 이들 관절 에 연결된 가로 토션바(torsion bar)는 탄성복합체 Thermo Plastic Elastomer(TPE) 소재를 적용하여 착 석시 등받이가 허리부위에 부드럽게 밀착되어 자유로운 곡선운동을 할 수 있게 하였다. 즉 사용자의 척추 곡선 모양과 움직임에 따라 각각의 토션바와 이에 연결된 유 동성 관절은 독립적으로 반응하여 동작한다. 일반적인 의자의 경우 등받이를 리클라이닝 시키면 사용자의 요추 로부터 의자의 요추지지 부분이 멀어지게 되어 요추부위 를 제대로 지지해주지 못하게 된다. 그러나 개발된 척추 곡선 반응형 등받이는 리클라이닝 각도에 따라 리클라이 닝 하지 않았을 때와 마찬가지로 등받이의 토션바와 유 동성 관절이 사용자 허리의 움직임에 대응함으로써 요추 부위가 밀려나지 않으면서 흉추부위를 포함한 허리 전체 를 받쳐주게 된다.

    3. 평가 도구

    평가도구로서 척추 곡선의 변화를 측정할 수 있는 동 작분석기(Zebris사의 3D Motion Analyzer Type CNS10 -6-2)와 착석시 척주 세움근의 활성도 측정을 위한 근 전계(BTS사의 FreeEMG 1000)를 활용하였다. 아울러 착석시 의자의 등받이 각도를 측정하기 위하여 JAMAR 사의 고니오미터를 활용하였다.

    4. 연구 방법 및 절차

    척추 곡선과 근전도 측정을 위한 전극부착을 위하여 모든 참여자에게 팬티만 입게 하였다. 척추 곡선 측정과 근전도 분석을 위한 실험조건은 의자 종류(척추 곡선 반 응형 등받이를 장착한 의자와 비교 대상 의자) 및 의자등 받이 각도(105° & 125°)에 따라서 각각 4가지 조건으로 구분하였다. 각 피실험자는 척추 곡선 변화 측정과 척추 세움근 활성도 측정 등 총 8번의 측정 과정을 거치게 된다. 실험을 위하여 피실험자의 자세는 의자 좌판의 높이를 바 닥에서부터 자신의 오금 높이의 각도가 90°가 되도록 조 정하였으며 근전도 측정의 경우 착석 후 양팔을 팔걸이에 올리고 팔꿈치 관절의 각도가 90°가 되도록 하였다.

    모든 실험조건은 단순 무작위 배정으로 무작위 배정표 를 사용하여 두 가지 의자와 두 가지 등받이 각도에 따른 실험순서를 배정하였으며 이월효과(carry-over effect) 와 잠재효과(latent effect)를 제거하기 위하여 실험시 작 전 10분과 실험순서 간 5분간을 안정된 상태에서 소 파에 등을 기대어 휴식하도록 하였다. 측정순서는 척추 곡선 측정을 먼저 시행하였으며 근전도 측정은 2일로 나 누어 동일한 실험방식으로 실시하였다.

    1) 척추 곡선 변화 측정

    동작분석기를 활용하여 척추 곡선 반응형 의자 의자와 비교 대상 의자 착석시 척추 곡선의 변화에 대한 측정을 위하여 흉추와 요추의 첨부(apex)를 전극부착 위치로 결정하였다. 따라서 전극부착 위치는 Figure 2에서 보는 바와 같이 척추 최대 돌출부위 2점(흉추 T7, 요추 L3)에 서 연장된 옆면 부위에 전극을 부착하여 측정하였다. 경 추지지의 경우 모든 의자가 등받이와 분리되어 따로 부 착되기 때문에 분석에서 제외하였다. 척추 곡선의 변화 를 측정하려는 본 연구의 목적상 전극을 직접 척추부위 에 붙여야 하지만 본 연구의 경우 전극을 척추에 붙이고 의자에 앉으면 의자등받이에 전극이 가리면서 전극에서 보낸 초음파 신호를 초음파 마이크로폰이 수신할 수 없 게 된다. 따라서 전극부착 위치를 결정하기 위하여 각 척 추체의 첨부인 T7과 L3의 랜드마크인 견갑하각(inferior angle of scapula)과 배꼽(umbilicus)과 장골능(iliac crest) 사이 지점을 표시하고 그 지점의 수평선상의 연 장선과 시상면상에서의 중력선이 만나는 지점을 지정하 였다(Figure 2).

    따라서 피실험자는 Figure 2에서 보는 바와 같이 앉은 자세에서 부착된 전극을 가리지 않도록 양팔의 아래팔을 구부려 팔짱을 낀 상태로 세 개의 전극을 부착하였다. 앉 는 자세는 허리가 등받이에 밀착되게 앉도록 하였으며 시선은 자신의 정면 눈높이에 응시용 표적을 배치하여 바라보며 움직임을 최소화하도록 하였다.

    2) 근전계를 활용한 척추 근활성도 측정

    표면 근전도(surface electromyography) 검사는 척 주기립근의 활성도 평가와 요통의 위험도 예측을 위한 연구에 그동안 많이 적용되어왔다(Curran, O’Sullivan, O’Sullivan, Dankaerts, & O’Sullivan, 2015;Heydari, Nargol, Jones, Humphrey, & Greenough, 2010). 특 히 척주 세움근에 대한 EMG 평가는 주로 L4/L5나 요천 추부위 근육(lumbosacral paravertebral muscle)인 L5/S1 표면부위에 전극을 부착하여 수행하는 것이 일반 적인 경향이다(Rohlmannt et al., 2001). 이에 따라 본 연구에서도 근전계(BTS FreeEMG)를 활용한 척추 곡 선 반응형 등받이 의자와 비교 대상 의자 착석시 척추 주 변 근육 근활성도를 측정하기 위하여 Figure 3에서 보는 바와 같이 척추부위 중 착석시 체압이 집중적으로 부과되 는 요천추 부위의 척주 세움근과 다열근(multifidus) 사 이에 2개의 전극을 부착하였다. 사용된 전극은 Ag/AgCl 표면전극(EMG Electrodes H124SG, COVIDIENtm, USA)을 사용하였다.

    근전도 측정시 피부 저항과 오류를 최소화하기 위하여 알코올로 닦아 낸 후 완전히 마른 후에 전극을 부착하고 CH1(left)과 CH2(right)를 요추 5번(L5)과 천추 1번 (S1) 사이에 척추를 중심으로 근섬유 방향과 평행하게 좌우에 배치하였다. 채널에서 송출되는 표면 근전계 아날로그 신호는 디지털화하여 1000Hz의 신호획득률 (sampling rate)로 수집되며, 구간 필터링과 잡음제거를 위해 20-500Hz의 대역통과필터(band pass filter)로 필터링하였다.

    근전도 측정을 위해 먼저 피실험자의 등과 허리가 등 받이에 밀착되어 착석하도록 하였다. 근전도 측정의 경 우 피실험자의 움직임이 결과에 영향을 미칠 수 있으므 로 측정시 움직임을 최소화하도록 하였으며 시선 또한 자신의 눈높이에 맞추어 앉고 손의 자세는 팔걸이에 팔 꿈치를 올리도록 하였다. 이후 피실험자는 척추 곡선 반 응형 의자와 비교 대상 의자에 각각 30분 동안 앉아 컴퓨 터 화면을 응시하도록 하였다. 서로 다른 의자와 각각의 의자 기울기 105°와 125°에 앉은 상태에서 근피로가 발 생한 것을 확인하기 위하여 근전계를 이용하여 중앙주파 수(Median Frequency; MDF) 값을 추출하였다. 이후 근육 피로도는 피로지수(Fatigue Index; FI)를 활용하 여 분석하였다. 피로지수는 아래와 같이 사전 중앙주파 수에서 사후 중앙주파수를 뺀 값을 사전 중앙주파수로 나누어 계산하였다.

    JKSOT-29-3-101_EQ1.gif

    여기서 사전 중앙주파수 값은 정해진 의자 각도에 기 대어 앉은 상태 초기 5초 동안의 신호를 이용하였고, 사 후 중앙주파수 값은 30분 동안 의자에 기대어 있는 상태 의 마지막 5초 동안의 신호를 이용하여 구하였다.

    5. 분석 방법

    동작분석기를 활용한 척추 곡선의 위치 데이터의 변화 측정결과 즉, 본 연구에서 개발된 의자와 비교 대상 의자 와의 등받이 리클라이닝 각도가 각각 105°와 125°일 때 변화하는 척추 2점 위치 흉추의 후만곡(T7)과 요추의 전만곡(L3)의 차이를 맨-휘트니 검정(Mann-Whitney U Test)으로 분석하였다. 근전계를 활용한 척추의 근피 로도 측정자료 또한 본 연구에서 개발된 의자와 비교 대 상 의자에 착석시 측정한 사전과 사후 중앙주파수 차이 를 윌콕슨 쌍대비교(Wilcoxon Matched-Pairs Signed- Ranks Test)를 활용하여 분석하였다. 통계적 유의수준 α = .05로 설정하였다.

    Ⅲ. 연구 결과

    1. 동작분석기를 활용한 척추 굴곡 평가결과

    Table 1은 동작분석기를 활용한 피실험자 10명의 척 추 곡선의 변화에 대한 평가결과를 보여준다. 표에서 가 리키는 수치는 본 연구에서 개발한 의자와 비교 대상 의 자의 위치 데이터 차이로서, 양수는 후방향, 음수는 전방 향을 가리키며 수치가 클수록 흉추의 후만곡과 요추의 전만곡이 증진되는 것을 의미한다. 평가결과, 비교 대상 의자보다 흉추의 후만곡과 요추 전만곡의 상대적인 변위 (displacement)가 커짐을 알 수 있다. 또한 등받이 각도 105°부터 시작하여 리클라이닝 각도가 125°로 커짐에 따라 흉추의 후만곡과 요추 전만곡의 상대적인 변위가 커짐을 알 수 있다.

    맨-휘트니 검정결과 등받이 리클라이닝 각도가 125° 일 때 흉추의 후만곡과 요추의 전만곡의 차이에 있어서 통계적으로 유의미(p < .05)함을 보였으나 등받이 각도 105°에서는 유의미함을 보이지 않았다(Table 1). 또한 흉추와 요추 각각의 등받이 리클라이닝 각도에 따른 통 계적인 유의미한 차이도 보이지 않았다.

    2. 근전계를 활용한 척추 세움근(L5/S1) 활성도 평가결과

    Table 2(등받이 리클라이닝 각도 105°)는 근전계를 활용한 척추근육의 활성도 측정(MDF)에 따른 근피로도 (FI) 계산결과를 보여준다. 표에서 CH1(left)과 CH2 (right)는 요추 5번(L5)과 천추 1번(S1) 사이의 측정결 과이다. 표에서 보는 바와 같이 척추 반응형 의자의 경우 사후 평균 중앙주파수 값이 사전 평균 중앙주파수 값보 다 등받이 리클라이닝 각도 105°(CH1: 56.0→57.8, CH2: 46.9→51.4)와 125°에서 (CH1: 51.3→59.2, CH2: 45.6→51.0) 모두 일관성 있게 높게 나타났다.

    한편 비교 대상 의자의 경우 등받이 리클라이닝 각도 에 따른 중앙주파수의 증감이 미미하거나 일관성을 보이 지 않으며 비교 대상 의자의 피로지수(105° CH1: -.03, 105° CH2: -.02; 125° CH1: -.04, 125° CH2: -.02) 도 척추 반응형 의자의 피로지수(105° CH1: -.04, 105° CH2: -.11; 125° CH1: -.14, 125° CH2: -.13) 에 비해 높음을 알 수 있다. 여기서 피로지수는 0에 가까 워질수록 피로도가 낮다고 해석하며 음수의 경우 피로지 수 수치가 커질수록 사후가 사전보다 근육이 더 활성화 됨을 의미하므로 이때 피로도는 더 낮다고 해석할 수 있 다. 즉 피로지수 공식에서 사후 중앙주파수가 작아지면, 분모는 커지게 되므로 전체적인 피로도는 증가한다.

    윌콕슨 쌍대비교를 활용한 통계분석 결과 척추 반응 형 의자의 경우 사전과 사후 중앙주파수 차이는 105° (p = .799)의 척추 좌측 전극 부위를 제외한 모든 전극 위치 및 등받이 리클라이닝 각도에서 통계학적으로 유의 미(p < .05)함을 보였다. 하지만 비교 대상 의자의 경우 사전과 사후 중앙주파수 차이에 있어서는 모두 통계적으 로 유의미함을 보이지 않았다(p > .05). 한편 전극부착 좌우 위치 채널에 따른 전반적인 통계적 유의미함은 보 이지 않았다.

    Ⅳ. 고 찰

    생활환경이 현대화되고 업무환경이 변화하면서 인간 이 의자에 앉아 지내는 시간은 점차 증가하고 있다. 우리 는 이미 현대인의 생활과 업무의 필수품이 된 컴퓨터의 경우 그 사용 시간이 급격하게 증가하는 것을 체험할 수 있다. 컴퓨터의 사용시간 증가는 의자에 앉는 시간의 증 가로 이어지고 이때 인간과 의자의 상호작용으로 다양한 근골격계질환이 보고되고 있다(Shibata & Maeda, 2010).

    본 연구는 이와 같은 의자 사용시간의 증가와 그에 따 라 발생하는 근골격계질환을 예방하기 위한 목적으로 수 행하였다. 연구결과, 사용자가 개발된 의자등받이에 기 댔을 때 사용자의 척추 곡선에 따라 반응하여 허리 전체 가 부드럽게 밀착되어 등받이와 일체가 되게 지지해줌으 로써 일반사무용 의자에 착석시 발생하는 어깨와 흉추 부위의 뜨는 현상이나 등받이를 리클라이닝하였을 때 등 과 허리 부위로부터 의자의 요추지지가 밀려나는 현상을 방지해 주는 역할을 할 수 있다고 판단된다. 이에 따라 척추의 자연스러운 굴곡을 유지 및 증진시켜 줌으로써 기존의 사무용 의자를 사용한 경우보다 자세교정 및 피 로감 해소에 도움을 주는 효과가 있음을 보여주었다. 이 는 Geyer 등(2003)가 제시한 착석의 중재 목적인 사용 자의 기능활동 참여를 가능케 하는 최적의 자세촉진, 앉 은 자세의 안전성과 최적의 균형제공, 골격의 정렬유지, 골격변형의 예방, 조직의 약화방지, 자세의 편안함 증가, 피로감 감소, 호흡 및 순환계 기능강화 등의 요건에 상당 히 부합한다고 보인다.

    본 연구에서는 개발한 의자에 착석시 척추 곡선에 대 한 평가결과, 등받이 각도 105°부터 시작하여 리클라이 닝 각도가 125°로 커짐에 따라 요추의 전만곡과 흉추의 후만곡이 커짐으로써 척추 곡선이 증진됨을 보였다. 특 히 등받이 리클라이닝 각도에 따라 흉추보다는 요추의 변위가 큰 것을 알 수 있었다. 현재까지 상용화되거나 실 험용으로 제작된 의자등받이와 관련된 검증연구는 의자 의 다른 사양에 비해 상대적으로 미미한 실정이지만, 척 추자세를 참조한 평가, 체압분포를 참조한 평가, 근전도 (EMG)를 참조한 평가), 그리고 불편도를 참조한 평가 등이 주요 평가지표로 활용되고 있음을 알 수 있다(Basri & Griffin, 2013;Carcone & Keir, 2007;Dunk & Callaghan, 2005;Groenesteijn et al., 2012;Vergara & Page, 2000). 본 연구는 이러한 선행연구들과는 달리 의자에 착석한 상태에서 척추 곡선의 변화를 동작분석기 를 활용하여 측정한 평가방식을 사용하였기 때문에 이들 연구결과와의 상대적 비교는 어려운 상황이다.

    근전계를 활용한 개발된 의자 평가 결과, 개발된 의자 를 사용했을 때 등받이 각도 105°와 125°에서 사후 중앙 주파수 값이 사전 중앙주파수값 보다 모두 높게 나타남 으로써 해당 근육의 활성도가 사후 측정에서도 높았음을 의미하며 이는 전반적으로 근육의 피로도가 낮아짐으로 써 비교 대상 의자보다 허리근육의 긴장완화에 도움이 된다는 것을 알 수 있었다. 잘 알려진 바와 같이 의자 등 받이의 리클라이닝 각도가 수직방향(90°)에서 커질수록 척추 디스크와 주변 근육에 부하를 줄여줌으로써 요통을 예방하는 효과가 있다(Shibata & Maeda, 2010). 특히 Andersson과 Ortengren(1974)은 요추, 흉추, 경추근 육의 활동이 110°까지 감소된다고 보고하였으며 Park, Kim, Kim과 Lee(2000)은 요추 디스크의 압력과 등근 육의 활동이 110-130°에서 가장 많이 감소한다고 보고 하였다. 또한 굴곡진 허리지지 등받이는 요추의 전만을 유지시키며 요추디스크 L4-L5의 압력도 감소시킨다고 하였다(Rohlmannt et al., 2001). 등받이 각도에 따른 본 연구결과도 전반적으로 선행연구와 부합함을 보였다.

    본 연구의 한계점으로 본 연구에서 개발한 척추 반응 형 등받이는 일반 표준형 사무용 의자에 탈부착할 수 있 도록 설계하였으나 수많은 종류의 의자에 모두 적용하는 데는 한계가 따른다. 즉 의자의 구조는 제조사나 제품에 따라 천차만별이기 때문이다. 한편 보다 정확한 척추 굴 곡 평가를 위해서는 X-ray 투시기 등의 전문 의료기기 를 활용하여 척추의 모양을 모니터링하는 방식이 가장 정확한 방법이라고 판단되지만, 전문의료인이 아닌 경우 이러한 기기를 활용하기 어려운 여건이므로 향후 과제로 남겨놓는다. 또한 상기 효과를 확증하고 일반화하기 위 해서는 추후 사용효과에 대한 장기간의 추적조사와 다수 의 연구대상자 특히 장시간 착석근무자에 대한 다양한 사용성 평가와 통계적 검증이 요구된다.

    Ⅴ. 결 론

    본 연구에서 개발한 척추 곡선 반응형 등받이에 대한 동작분석기와 근전계를 활용한 평가결과 사용자가 착석 시 의자등받이가 사용자의 척추형태에 반응하여 척추의 자연스러운 곡선을 유지 및 증진시켰음을 보였다. 이는 기존의 사무용 의자를 사용한 경우보다 장기간 사용했을 때 척추의 바른 자세유지가 가능하며 또한 착석시 허리 근육의 긴장완화와 허리디스크에 가해지는 압력을 감소 시켜 허리의 피로감을 줄여줄 가능성을 보여준 것이다. 따라서 척추 곡선 반응형 등받이는 장시간 앉아서 업무 를 보거나 공부하는 학생들을 위한 의자로써 활용할 수 있으며 향후 이의 도입과 확산을 위한 추가적인 연구개 발의 필요성을 제안한다.

    Figure

    JKSOT-29-3-101_F1.gif

    Selected Office Chair (Left), Developed Spine Curvature Responsive Backrest Frame (Left in Middle), Backrest Combined With Support Frame (Right in Middle), and Developed Backrest Attached on the Selected Chair (Right)

    JKSOT-29-3-101_F2.gif

    Position of the Electrode Attachment on the Apex of the Thoracic and Lumbar Vertebrae and Scene of Measuring Spine Curve Change Using Motion Analyzer (Zebris)

    JKSOT-29-3-101_F3.gif

    Position of Electrode Attachment on L5/S1 and Scene of Measuring Erector Spinae Muscles Activity Using BTS FreeEMG

    Table

    Difference Between Front and Back Positions of Spine Curvature Responsive Backrest and Comparison Backrest (N = 10)

    Result of Measurement for Lumbosacral Paravertebral Muscle Activation and Calculation for Fatigue Evaluation (Backrest Reclining Angle 105°)

    Reference

    1. Andersson, B. J. , & Ortengren, R. (1974). Lumbar disc pressure and myoelectric back muscle activity during sitting II. Studies on an Office Chair, Scandinavian Journal of Rehabilitation Medicine, 6, 115-121.
    2. ANSI/HFES 100. (2007). Human factors engineering of computer workstations, American National Standards Institute and the Human Factors and Ergonomics Society. Retrieved from https://webstore.ansi.org/standards/hfes/ansihfes1002007
    3. American Occupational Therapy Association (AOTA). (2021). The role of occupational therapy in providing seating and wheeled mobility services. Retrieved from https://www.aota.org/-/media/Corporate/Files/AboutOT/Professionals/WhatIsOT/RDP/Facts/Wheeled-Mobility-fact-sheet.pdf
    4. Basri, B. , & Griffin, M. J. , (2013). Predicting discomfort from whole-body vertical vibration when sitting with an inclined backrest. Applied Ergonomics, 44(3), 423-434.
    5. BIFMA Ergonomics Guide G1. (2002). Business and institutional furniture manufacturer’s association. Retrieved from https://www.bifma.org/
    6. BSR/HFES 100. (2002). Draft standard for trial use. human factors engineering of computer workstations. Santa Monica, CA: Human Factors and Ergonomics Society.
    7. Carcone, S. M. , & Keir, P. J. (2007). Effects of backrest design on biomechanics and comfort during seated work. Applied Ergonomics, 38(6), 755-764.
    8. Choi, B. , Schnall, P. , Yang, H. , Dobson, M. , Landsbergis, P. , Israel, L. , ... Baker, D. (2010). Sedentary work, low physical job demand, and obesity in US workers. American Journal of Industrial Medicine, 53(11), 1088-1101.
    9. CSA-Z412. (2000). Guideline on office ergonomics. Toronto, CA: Canadian Standards Association International.
    10. Curran, M. , O’Sullivan, L. , O'Sullivan, P. , Dankaerts, W. , & O’Sullivan, K. (2015). Does using a chair backrest or reducing seated hip flexion influence trunk muscle activity and discomfort? A systematic review. Human Factors, 57(7), 1115-1148.
    11. Dunk, N. M. , & Callaghan, J. P. (2005). Gender-based differences in postural responses to seated exposures. Clinical Biomechanics, 20, 1101- 1110.
    12. Duoback Korea. (2021). DuoBack. Retrieved from https://www.duoback.co.kr/goods/catalog?category=00010001
    13. Ellegast, R. P. , Kraft, K. , Groenesteijn, L. , Krause, F. , Berger, H. , & Vink, P. (2012). Comparison of four specific dynamic office chairs with a conventional office chair: Impact upon muscle activation, physical activity and posture. Applied Ergonomics, 43(2), 296-307.
    14. Genin, P. M. , Dessenne, P. , Finaud, J. , Pereira, B. , Dutheil, F. , Thivel, D. , & Duclos, M. (2018). Effect of work-related sedentary time on overall health profile in active vs. inactive office workers. Frontiers in Public Health, 6, 279.
    15. Geyer, M. J. , Brienza, D. M. , Bertocci, G. E. , Crane, B. , Hobson, D. , Karg, P. , & Trefler, E. (2003). Wheelchair seating: A state of the science report. Assistive Technology, 15(2), 120-128.
    16. Groenesteijn, L. , Ellegast, R. P. , Keller, K. , Krause, F. , Berger, H. , & de Looze, M. P. (2012). Office task effects on comfort and body dynamics in five dynamic office chairs. Applied Ergonomics, 43(2), 320-328.
    17. Heydari, A. , Nargol, A. V. F. , Jones, A. P. C. , Humphrey, A. R. , & Greenough, A. G. (2010). EMG analysis of lumbar paraspinal muscles as a predictor of the risk of low-back pain. European Spine Journal, 19(7), 1145-1152.
    18. Kim, C. Y. , Song, G. Y. , Jang, Y. S. , Ko, H. E. , Kim, H. D. , Park, J. , Jung, H. S. (2015). Development of ergonomic backrest for office chairs. Journal of Ergonomic Society of Korea, 34(2), 151-165.
    19. Kim, C. J. , Son, S. M. , & Kang, K. W. (2018). The effect of chair backrest on respiratory function in prolonged sitting position. Journal of Korean Physical Therapy, 30(3), 96-99.
    20. Lengsfeld, M. , Frank, A. , van Deursen, D. L. , & Griss, P. (2000). Lumbar spine curvature during office chair sitting. Medical Engineering and Physics, 22(9), 665-669.
    21. Li, J. , & Huang, Y. (2021). Subjective preferences and discomfort ratings of backrest and seat pan adjustments at various speeds. Applied Sciences, 11(4), 1721.
    22. O’Sullivan, K. , O'Sullivan, P. , O'Sullivan, L. , & Dankaerts, W. (2012). What do physiotherapists consider to be the best sitting spinal posture? Manual Therapy, 17(5), 432-437.
    23. O’Sullivan, M. (2021). An OT’s guide to choosing an office chair. Retrieved from https://www.michelleosullivan.com.au/choosing-an-office-chair/
    24. Park, S. J. , Kim, C. H. , Kim, C. J. , & Lee, J. W. (2000). Comfortable driving postures for Koreans. International Journal of Industrial Ergonomics, 26 (4), 489-497.
    25. Rohlmannt, A , Claes, L. E. , Bergmannt, G. , Graichen, F. , Neef, P. , & Wilke, H. J. (2001). Comparison of intradiscal pressures and spinal fixator loads for different body positions and exercises. Ergonomics, 44(8), 781-794.
    26. Shibata, N. , & Maeda, S. (2010). Determination of backrest inclination based on biodynamic response study for prevention of low back pain. Medical Engineering and Physics, 32(6), 577-583.
    27. Sizekorea. (2021). Question and answer. Retrieved from https://sizekorea.kr/board/article/index/1
    28. Teknion. (2021). Responsive Back Technology (RBT) task chair. Retrieved from http://www.teknion.com
    29. Van Niekerk, S. M. , Louw, Q. A. , & Hillier, S. (2012). The effectiveness of a chair intervention in the workplace to reduce musculoskeletal symptoms. A systematic review. BMC Musculoskeletal Disorders, 13(1), 1-7.
    30. Vergara, M. , & Page, A. (2000). Technique to measure lumbar curvature in the ergonomic evaluation of chairs: Description and validation. Clinical Biomechanics, 15(10), 786-789.
    31. Zemp, R. , Taylor, W. R. , & Lorenzetti, S. (2016). Seat pan and backrest pressure distribution while sitting in office chairs. Applied Ergonomics, 53, 1-9.