내족지 보행 교정을 위한 컴프레션 레깅스형 보조기 개발

Abstract

In-toeing gait is a typical abnormal walking pattern in which the lower extremities internally rotate on the transverse plane, and the direction of the foot progression is inward due to torsional deformation of the lower extremities and muscle abnormality. Unfortunately, few effectively conservative interventions can correct the in-toeing gait caused by the hip joint except surgical treatment. Thus, this study proposed a design methodology for orthopedic compression leggings for in-toeing gait correction that can be applied to various user groups and used for self-gait training in daily life. To achieve the research objective, first, the design method of the orthopedic compression leggings that can correct in-toeing gait was proposed by applying the fabric stretch characteristics and the compression and support characteristics of the support panel (SP) structure, and directly implementing clothing pattern from the 3D body figure. Second, the effects of the developed orthopedic leggings for in-toeing gait correction were investigated in terms of quantitative function and user evaluation. The design method of the orthopedic compression leggings that can correct in-toeing gait was proposed. Specifically, a representative body figure with an average body size of females in their 20s and a straight side body shape was extracted from the 6th Size Korea survey data at the first step. Then, the leggings block pattern was drafted, proposing the corresponding measure-to-made (C-MTM) method for the leggings block pattern that can be implemented directly by measuring the 3D body figure at the second step: 1. The body surface lengths divided by a grid with horizontal and vertical reference lines on the 3D body figure in the drafting process were measured. 2. The side seam line length of the body was converted to a 2D vertical line, and the front and back-arc lengths of the body were converted to 2D horizontal lines. 3. The midline and the inner seam line lengths were adjusted while rotating the horizontal arcs based on the side seam line. 4. The available stretch of the fabric was applied by suggesting a pattern reduction method using graduated application rates (GAR) to the leggings block pattern at the third step. This study intended to evaluate the feasibility of a pattern reduction method using graduated application rates using a pattern reduction method using fixed application rates (FAR) for comparison. A support panel structure to correct the in-toeing gait was designed at the fourth step. The principle of the support panel structure is to reduce the concentric contraction of the hip internal rotation muscles that cause the increase in myofascial tension by compressing and supporting it by the support panel. The effect of the developed orthopedic leggings for gait correction was investigated through wear experiments. The wearing conditions are three types; loose shorts (CON), compression leggings pattern-reduced by fixed application rates (FCL), and compression leggings pattern-reduced by graduated application rates (GCL). First, pedestrian survey interviews, anthropometric measurements including body composition, 3D body scanning and lower extremity torsion angle, and clothing pressure for two leggings conditions (FCL and GCL) were performed. Second, foot progression angle, joint movement angle, and skin blood flow were measured through treadmill gait during 35 minutes for three wearing conditions (CON, FCL, and GCL) at intervals of one week by a random sampling method. Third, a user evaluation questionnaire was developed for orthopedic compression leggings identified by body parts, and user evaluation was conducted. Then, differences in clothing pressure, foot progression angle, joint movement angle, skin blood flow, and user evaluation rating were statistically analyzed among the wearing conditions. As a result, it was shown that the method using graduated application rates implemented partial graduated compression from the top hip to the calf range, and the method using fixed application rates implemented partial graduated compression providing a slight difference in clothing pressure. The positive effects of GCL were to increase the foot progression angle in the direction of external rotation by 31.1% in the affected leg and increase blood flow by 37.4% compared to the resting state. As a result of the joint movement angle, the developed orthopedic leggings reduced the internal rotation of the hip on the transverse plane compared to CON. Thus, it was interpreted that developed orthopedic leggings caused a significant change in the foot progression angle by reducing the internal rotation of the hip. In user evaluation, the users recognized the compression and support, directional tension strength, and excellent gait correction usefulness centered on the thigh and calf where the support panel was located. It was confirmed that the developed orthopedic leggings provide moderate or higher ease of donning and doffing and provide excellent satisfaction with the product, appearance, size and compression, ease of movement, cleaning manageability, and safety despite increasing pressure. As the result of the confirmation of high acceptability, users' adoption and compliance to the use can be expected. The proposed leggings design method can be used for mass production by extracting the representative body figure for each size designation and individual customization. The developed orthopedic leggings are new soft wearable orthoses that secure usability and compliance with quantitative functions and provide daily use to individuals with mild in-toeing gait who have no opportunity for intervention. In addition, the developed orthopedic leggings in this study can be used for the rehabilitation of patients with severe in-toeing gait. The intervention using the developed orthopedic leggings will provide the benefits of reducing the risk of osteoarthritis and contribute to healthy walking.

내족지 보행은 하지 염전 변형과 근육 이상을 원인으로 하여 횡단면 상에서 하지가 내회전된 자세로 걷게 되는 보행 양상을 말하는 것으로, 발의 방향이 진행 방향 대비 내측을 향하는 대표적인 이상 보행 증상이다. 현재 수술적 치료를 제외하고 고관절 및 대퇴골 원인에 의한 내족지 보행을 교정할 수 있는 효과적인 보존적 중재법은 거의 없는 실정이다. 따라서 본 연구는 다양한 사용자군에 확대 적용할 수 있으며 사용자 스스로 일상생활에서 보행 훈련할 수 있는 내족지 보행 교정용 컴프레션 레깅스형 보조기의 설계 방법론을 제안하고자 한다. 이와 같은 목적을 달성하기 위하여 1) 소재의 신장 특성과 지지패널(SP) 구조에 의한 압박 및 지지 특성을 적용하고 3차원 인체 형상으로부터 구현하여 내족지 보행을 교정할 수 있는 컴프레션 레깅스형 보조기의 설계법을 제안하고, 2) 정량적 기능 및 사용자 평가 측면에서 개발 보조기의 내족지 보행 교정 효과를 검증하였다. 내족지 보행을 교정할 수 있는 컴프레션 레깅스형 보조기 설계법을 제안하였다. 즉, 제6차 한국인 인체치수 3차원형상 측정조사사업의 데이터로부터 도출된 20대 여성의 평균 인체치수를 가지며 측면이 바른체형인 대표 형상을 추출하고, 3차원 인체 형상 측정으로 바로 구현할 수 있는 대응 측정(C-MTM) 레깅스 원형 제도법을 제안하여 레깅스 원형을 제도하였다. 제도 과정은 인체 형상에 가로 및 세로 기준선으로 된 그리드에 의해 분할되는 체표길이를 측정하여, 옆선 을 수직선으로, 앞·뒤호 분량을 수평선으로 제도하고 옆선을 기준으로 호를 회전하면서 정중선과 안솔기선의 분량을 길이 맞춤하였다. 이런 방식으로 제도된 레깅스 원형에 점진적 적용비율(GAR)에 의한 패턴 축소법을 제안하여 소재의 유효신장률을 적용하였다. 점진적 적용비율에 의한 패턴 축소법의 유효성을 검증하기 위하여 고정된 적용비율(FAR)에 의한 축소 패턴을 비교용으로 제작하였다. 그런 다음 내족지 보행을 교정하기 위한 지지패널 구조를 설계하였다. 지지패널 구조의 원리는 지지패널에 의해 압박 및 지지함으로써 근육근막의 긴장을 증가시키는 고관절 내회전 근육의 동심성 수축 작용을 저감시키는 것이다. 착용 실험을 통해 개발 컴프레션 레깅스형 보조기의 보행 교정 효과를 검증하였다. 실험복 조건은 여유 있는 반바지(CON), 고정된 적용비율로 패턴 축소된 컴프레션 레깅스(FCL), 점진적 적용비율로 패턴 축소된 컴프레션 레깅스(GCL) 3종이다. 보행 실태 조사 인터뷰 및 3차원 인체 스캔 및 하지 염전각, 체성분을 포함하는 인체 측정, 2종 레깅스 실험복 조건에 대한 의복압 측정을 실시하였다. 3종 실험복 조건에 대한 35분 트래드밀 보행 훈련을 실시하여 족부 진행각 및 하지 관절 각도, 피부 혈류량을 측정하였다. 인체 부위별 파악할 수 있는 컴프레션 레깅스형 보조기용 사용자 평가 설문지를 개발하여 사용자 평가를 실시하였다. 실험복 조건 간에 의복압 및 족부 진행각, 하지 관절 각도, 피부 혈류량, 사용자 평가 결과의 차이를 통계적으로 분석하였다. 분석 결과, 점진적 적용비율은 엉덩이로부터 장딴지 범위로 부분적인 점진적 컴프레션을, 고정된 적용비율은 낮은 의복압 차를 제공하는 부분적인 점진적 컴프레션을 구현하였다. 점진적 적용비율로 설계된 GCL은 내족지 보행을 보이는 이환하지의 족부 진행각을 외회전 방향으로 31.1% 증가시키고 휴식 상태 대비 혈류량을 37.4% 증가시키는 유의미한 효과를 보였다. 또한 하지 관절 각도 분석 결과, CON과 비교하여 횡단면 상에서의 고관절 내회전을 저감시키는 것으로 나타나, 개발 보조기가 횡단면 상에서의 고관절 내회전을 저감시킴으로써 족부 진행각의 유의한 변화를 일으킴을 입증하였다. 사용자 평가 결과, 사용자는 지지패널이 위치하는 넙다리와 장딴지를 중심으로 압박 및 지지, 방향성 장력 강도, 우수한 보행 교정 유용성을 인지하였다. 개발 보조기가 증가된 압박을 제공함에도 불구하고 중등 이상의 착탈의 용이성을 제공하며, 우수한 제품 및 외관, 사이즈, 압박 만족도, 동작 용이성, 세척 관리성, 안전성을 제공하는 것을 확인하였다. 높은 수용도 결과의 확인으로, 개발 보조기에 대한 사용자의 채택 및 사용 준수를 기대할 수 있을 것으로 사료된다. 제안된 레깅스 설계법은 맞춤 제작과 더불어 사이즈별 대표 형상 추출을 통해 대량 생산에도 활용 가능하다. 개발 보조기는 정량적 기능과 함께 사용성 및 사용 준수가 확보된 새로운 유연한 착용형 보조기로서, 중재 기회가 전무하였던 경증 내족지 보행을 지닌 사람들에게 일상적으로 사용할 수 있는 기회를 제공하고 중증 내족지 보행 환자의 재활에 활용될 수 있다. 이를 통해 골관절염의 위험을 줄이는 이점을 제공할 것이며 건강한 보행에 기여할 것이다.