체압특성을 이용한 수면자세 추정에 관한 연구

Abstract

본 연구의 목적은 에어셀 매트리스에서의 다양한 수면자세(Supine, Lateral, Prone) 변화가 신체부위(Shoulders, Hips)의 체압특성(Force, Area, Peak Pressure, Mean Pressure) 비율값(ratio)에 미치는 영향을 규명하고, 산출된 체압특성 비율값을 이용하여 수면자세 추정이 가능한지 분석하는 것이다. 본 연구의 가설은 수면자세인 똑바로 누운자세(Supine Position 1~5), 옆으로 누운자세(Lateral Position 6~10), 엎드려 누운자세(Prone Position 11~12) 총 12가지의 수면자세에 따라 어깨부, 엉덩이부 체압특성(Force, Area, Peak Pressure, Mean Pressure)의 비율값(ratio)에 차이가 있을 것 이라고 가정 하였다. 실험설계는 에어셀 매트리스의 경도 변화와 다양한 수면자세 조건에 따른 체압특성을 규명하기 위해 기본적으로 2가지 에어셀 매트리스 압력조건(Hard setting, Customized setting)에서의 총 12가지 수면자세(Supine Position 5가지, Lateral Position 5가지, Prone Position 2가지) 조건을 실험의 독립변수로 정하였다. 종속변수는 체압분포 측정장비로 추출한 4가지의 체압요소(Force, Area, Peak Pressure, Mean Pressure)에서 얻어진 어깨부, 엉덩이부 두 곳의 산출값(체압비)을 변수로 설정하였으며, Within-subject design으로 실험설계를 하였다.

실험에는 허리와 관련된 근골격계 질환 및 신경계통의 질병을 앓은 적이 없고, 현재 건강상태가 양호한 총 15명의 피실험자가 참여하였으며, 실험순서는 에어셀 압력조건 2가지(Hard Setting, Customized Setting), 수면자세 조건 12가지(Supine 5가지, Lateral 5가지, Prone 2가지)를 무작위(random) 배열을 통해 진행하였다. 에어셀 압력 조건은 Hard Setting의 경우 5구역의 전체 에어셀 압력을 30kPa로 고정시켰으며, CSTM(Customized) Setting의 경우 5구역의 에어압을 피실험자가 가장 편안하다고 느끼는 상태로 조절하였다. 피실험자 한 명당 24가지 조건의 실험을 각 조건별 15sec씩 3회에 걸쳐 총 72회 측정하였으며, 체압 측정기의 Sampling Rate는 30Hz로 설정하였다.

본 연구의 분석방법은 종속변수(Force Ratio, Area Ratio, Peak Pressure)에 대한 각 독립변수(수면자세 1~12)들의 평균값을 비교하고, 전체적으로 독립변수간 유의한 수준의 차이를 보이는지 확인하기 위해 분산분석(ANOVA)을 타입별로 수행하였다. 데이터의 신뢰성을 확보하기 위해 Kolmogorov-Smirnov 검증을 이용한 정규성 가정과 Levene의 동질성 검증을 이용한 등분산 검정을 수행하였다. 그 결과, 정규성 가정은 모든 타입 별 자세에 따라 유의수준이 0.1을 넘어 정규분포가 형성됨을 검정하였으며, 등분산 검정은 모든 타입 별 자세에 따라 유의수준이 0.5보다 크게 나타나서 등분산성을 만족함을 검정하였다. 또한 타입 별 자세에 따른 분산분석(ANOVA)을 통해 유의한 차이를 보이는 종속변수를 선정하여 사후분석(Post-Hoc Test)을 시행하였다. 사후분석은 Duncan 분석을 이용하였으며, 자세에 따라 구별할 수 있는 유의미한 차이가 나타나는지 알아보았고, 수면자세에 따라 집단군이 형성되는지 확인하였다.

에어셀 매트리스 압력조건(Hard, CSTM)에서의 수면자세 추정은 Hard Type 조건의 경우 Area Ratio와 Peak Preassure Ratio의 결과를 통해 Prone Position을 추정할 수 있으며, Supine Position과 Lateral Position은 Force Ratio와 Area Ratio를 통해 자세추정이 가능함을 밝혔다. CSTM Type 조건의 경우 Force Ratio와 Area Ratio 결과를 통해 자세 2와 자세 11을 제외한 모든 자세를 추정할 수 있었으며, 자세 2와 자세 11의 경우 Peak Pressure Ratio 분석결과를 조합하여 추정하면 유의한 차이로 자세추정이 가능한 것으로 도출되었다. 본 연구결과들을 바탕으로 다양한 압력으로 조합된 매트리스에서도 해당 종속변수를 이용하면 ‘Supine Position’, ‘Lateral Position’, ‘Prone Position’을 구분해내어 수면자세를 추정할 수 있을 것이라고 판단된다.

본 연구에서는 에어셀 매트리스에서의 다양한 수면자세 조건 변화에 의해 추출된 체압 특성값이 수면자세 추정에 활용 가능한지를 평가하고 검증하였다. 본 연구에서 사용된 변수들은 매트리스분야와 자세 판별을 요구하는 인간공학적 제품을 연구하는데 객관적인 변수로로이용될 수 있을 것으로 기대된다. 또한 본 연구의 결과값은 체압분포 측정을 통해 수면자세 및 수면 중 뒤척임을 파악 할 수 있으며, 향후 수면자세를 추정하여 에어셀의 압력을 자동제어 할 수 있는 매트리스를 개발하는데 있어 기초자료로 활용될 수 있을 것이다. 추후 연구에서는 자세추정 데이터베이스의 축적을 통해 보다 다양한 수면자세들의 체압변수를 측정하고 분석하여 수면자세 추정의 신뢰성을 높여 알고리즘화 시킬 예정이다.