골반 방향 평가를 위한 관성 측정 단위의 타당성 및 신뢰성: 체계적 문헌고찰

Ahmed M. Almansour

doi:10.3791/71343

연구 논문

골반 방향 평가를 위한 관성 측정 단위의 타당성 및 신뢰성: 체계적 문헌고찰

DOI:

10.3791/71343

⸱

2026년 5월 12일

Ahmed M. Almansour

¹Department of Physical Therapy and Health Rehabilitation, College of Applied Medical Sciences, Majmaah University

이 논문에서

요약

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

이 체계적 문헌고찰은 골반 방향 평가를 위한 관성 측정 단위(IMU)의 타당성과 신뢰성을 평가하였습니다. IMU는 특히 천골 기반 배치 연구에서 가장 높은 타당성을 보였으나, 골반 기울기와 회전, 고속 운동 중, 임상 집단에서 수행 능력은 더 큰 변동성을 보였습니다.

초록

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

골반 방향 평가는 보행, 자세, 스포츠 생체역학에 기본적인 요소입니다; 하지만 실험실 기반 모션 캡처 시스템 사용은 비용이 많이 들고 통제된 환경에만 제한됩니다. 관성 측정 장치(IMU)는 전통적인 실험실의 휴대용 대안을 제공하지만, 배치, 보정, 센서-융합 설정/프로토콜에서 차이가 있어 임상 실무에서 해석을 복잡하게 만들 수 있습니다. 따라서 본 체계적 문헌고찰은 기능적 및 스포츠 특화 과제 중 IMU 기반 골반 방향의 타당성과 신뢰성을 검토하였습니다. PubMed, Web of Science, IEEE Xplore에서 IMU를 이용해 골반 방향(예: 기울기, 경사, 회전)을 평가한 관련 연구를 검색하였으며, PRISMA 지침을 사용해 결과를 보고하였습니다. 적격 연구에는 인간 참가자의 데이터를 보고하고 광학 모션 캡처 시스템에 대한 IMU의 타당성 또는 신뢰성을 보고한 연구가 포함되었습니다. 12개의 연구가 포함 기준을 충족했으며, 12문항 방법론적 품질 도구를 사용해 검증하였습니다. 포함된 연구들 간에 IMU 타당성 결과는 차이가 있었습니다; 골반 기울기는 가장 높은 정확도를 보였으며, 최근 연구에서 평균 평균근 오차(RMSE) 값은 보통 0.2°에서 4.9° 사이이며 평균 차이가 최소했습니다. 경사와 회전은 더 큰 변동성을 보였으며, 고속 주행 시 RMSE 값은 6°에서 11°에 달했습니다. IMU 신뢰도 결과는 지속적인 기능 활동 중에도 우수에서 우수한 반복성을 보여주었습니다(클래스 내 상관계수(ICC) 0.87–1.00). 반대로, 전고관절 접착술 후 골반 기울기(골반 기울기)에 대해서는 신뢰도가 낮았습니다(ICC = 0.08). IMU는 특히 통제된 작업이나 천골 기반 배치가 적용될 때 유용한 골반 방향 측정을 제공하는 것으로 보입니다. 그러나 골반 경사와 회전, 고속 또는 복잡한 움직임 시, 임상 집단에서는 타당성이 더 다양합니다. 프로토콜 표준화, 보고 개선, 다양한 애플리케이션 간 성능 명확화를 위한 추가 연구가 필요합니다.

서론

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

골반 방향의 정확한 평가는 인간의 움직임 패턴을 이해하고, 정확한 임상 결정을 내리며, 건강하고 운동을 좋아하는 근골격계 장애인에게 영향을 미칠 수 있는 미묘한 상태를 식별하는 데 필수적입니다.^1. 골반 방향은 일반적으로 기울기, 회전, 경사²세 가지 요소로 설명됩니다. 비정상적인 골반 방향은 관절 부하와 근육 및 움직임 효율성에 영향을 미치며, 요통과 고관절 관절염과 같은 근골격계 질환과 관련이^{있습니다.} 3,4,5,6,7. 스포츠 인구에서는 이러한 현상이 성능 제한과 부상 위험 증가와도 연관되어 있습니다⁸. 따라서 임상적으로 접근 가능한 골반 방향 측정 방법은 평가, 재활 모니터링, 스포츠 수행 연구에 필수적입니다 ^2,6.

광학 모션 캡처 시스템은 골반 방향을 정량화하기 위한 실험실 기반 참조 방법으로 널리 사용되며; 그러나 이들은 종종 통제된 환경에서 사용되며, 일상적인 임상 또는 스포츠 환경에서는 덜 실용적일 수 있습니다 ^9,10. 관성 측정 장치(IMU)는 일반적으로 삼축 가속도계, 자이로스코프, 자기계를 포함하며, 실험실¹¹^, ¹²^, ¹³^, ¹⁴^, ¹⁵^, ¹⁶ 외부에서 골반 방향 평가를 위한 휴대용 접근법으로 점점 더 많이 사용되고 있습니다. IMU 센서 융합 알고리즘(예: Madgwick, Mahony, Kalman 필터)이 3차원 골반 방향을 추정하는 데 사용되지만, 처리 방식의 차이는^17,18 전체 측정 성능에 영향을 미칠 수 있습니다.

그러나 IMU를 이용해 골반 방향을 평가하는 것은 이전 연구에서 보고된 센서 배치(예: 천골, 요추), 교정 절차, 샘플링 빈도, 융합 알고리즘 등 여러 방법론적 요인에 영향을 받습니다¹⁹. 이러한 연구 간 차이는 IMU 기반 골반 방향 평가의 정확성과 반복성에 관한 일관성 없는 결과를 초래할 수 있습니다¹⁴^, ²⁰^, ²¹. IMU는 하지의 운동학과 요추 운동에 대해 검증되었으나(¹⁴^, ²¹^, ²²), 골반 기울기, 회전 또는 경사에 초점을 맞춘 증거는 제한적이고 방법론적으로도 일관성이 없습니다.

따라서 이 체계적 문헌고찰은 IMU 기반 골반 방향 평가에 대한 이용 가능한 근거를 평가하는 것을 목표로 하였습니다. 주요 목적은 골반 방향 측정을 위한 IMU의 타당성과 신뢰성을 조사하는 것이었습니다. 부차적인 목적은 센서 배치, 교정 절차, 센서-융합 접근법 등 연구 전반에 보고된 방법론적 특성을 요약하고, 연구 간 직접 비교를 제한하는 근거 공백을 식별하는 것이었습니다.

프로토콜

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

이 체계적 문헌고찰은 체계적 문헌고찰 및 메타분석을 위한 선호 보고 항목(PRISMA 2020) 지침에 따라 수행되었습니다²³. 체계적 문헌고찰 프로토콜은 국제 전향적 체계문헌고찰 등록부(PROSPERO)에 등록번호 CRD420251179585로 등록되었습니다. 전체 프로토콜 세부 사항은 다음 사이트에서 확인할 수 있습니다:

(https://www.crd.york.ac.uk/PROSPERO/view/CRD420251179585)

검색 전략

2025년 11월 1일, PubMed, Web of Science, IEEE Xplore를 검색하여 인간의 IMU를 이용한 골반 방향 평가를 한 독창적인 연구 논문을 찾았습니다. 포함된 논문들은 영어 출판물에 한정되었으며, 검색 기간은 2005년부터 2025년까지로 제한되었습니다. 검색 날짜 제한은 최근 몇 년간 IMU 기술의 급속한 발전으로 인해 현대 측정 방법만 포함되도록 한 것이었습니다. 참고문헌 목록 선별, 인용 추적, 수동 검색과 같은 보조 검색 방법은 수행되지 않았습니다. 표 1은 각 데이터베이스에서 사용되는 검색 세부사항과 검색 문자열을 보여줍니다.

데이터베이스
퍼블메드	(관성 측정 단위[제목/초록] 또는 IMU[제목/초록] 또는 가속도계[제목/초록] 또는 자이로스코프[제목/초록] 또는 착용 가능[제목/초록]) 그리고 (골반[제목/초록] 또는 골반[제목/초록] 또는 "골반 기울기"[제목/초록] 또는 "골반 회전"[제목/초록] 또는 "골반 기울기"[제목/초록] 또는 "골반 방향"[제목/초록] 또는 "전방 골반 기울기"[제목/초록] 또는 "후면 골반 기울기"[제목/초록]) AND( 유효[제목/초록] 또는 정확한 성격[제목/초록] 또는 합의[제목/초록] 또는 "Bland-Altman"[제목/초록] OR 신뢰할 만[제목/초록] 또는 반복[제목/초록] 또는 재생산[제목/초록] 초록] 또는 ICC[제목/초록] 또는 SEM[제목/초록] 또는 MDC[제목/초록])
과학의 웹	("관성 측정 단위" 또는 IMU 또는 가속도 측정* 또는 자이로스코프* 또는 웨어러블) 그리고 (골반 또는 골반 기울기, 또는 '골반 기울기', '골반 회전', '골반 기울기', '골반 방향', '골반 전방 기울기', '후방 골반 기울기') 그리고 (유효 또는 정확성* 또는 합의, '블랜드-알트만', '리리아브* 또는 반복/재생산*, ICC, 세뇌, MDC)
IEEE Xplore	(("관성 측정 단위" 또는 "관성 측정 단위" 또는 IMU, IMU, 가속도계, 가속도계, 자이로스코프, 자이로스코프 또는 착용 가능한 단위) 그리고 ("골반" 또는 "골반 기울기" 또는 "골반 회전" 또는 "골반 기울기" 또는 "골반 방향" 또는 "전방 골반 기울기" 또는 "후방 골반 기울기") 그리고 (타당성 또는 검증, 정확성, 일치 또는 "블랜드-알트만" 또는 신뢰성, 반복성, 재현성, ICC, SEM, MDC)

표 1: 각 데이터베이스에 사용되는 검색 문자열. PubMed, Web of Science, IEEE Xplore에서 골반 방향 평가를 위한 관성 측정 단위(IMU)의 타당성 및/또는 신뢰성을 평가하는 연구를 식별하기 위해 사용되는 검색 문자열. 이 표를 다운로드하려면 여기를 클릭해 주세요.

자격 요건

인간 참가자를 포함한 연구는 자격이 있었으며; IMU를 사용하여 골반 기울기, 회전 또는 경사도를 측정했습니다; 그리고 광학 모션 캡처와 비교하여 IMU의 타당성 또는 신뢰성에 관한 데이터를 보고했습니다. 포함된 연구들은 정량적 타당성(예: RMSE, 편향, 상관관계, Bland–Altman)과 신뢰도 지표(ICC, 측정 표준오차[SEM], 최소 감지 가능 변화[MDC])를 보고한 원래의 실험 연구였습니다. 동물, 시뮬레이션, 골반 구간 평가에 초점을 맞춘 연구, 비교 측정이 부족한 연구(기술적 결과만 보고), 리뷰, 프로토콜, 초록, 증례 보고서 등 비독창 연구인 연구는 제외되었습니다.

연구 선별 및 선발

저자는 두 명의 인정된 비저자 평가자의 도움을 받아 제목과 초록의 관련성을 선별하고, 전체 텍스트 검토를 통해 최종 포함 여부를 결정했으며, PRISMA 2020 플로우 다이어그램으로 논문을 요약하였습니다. 검색된 모든 기록이 중복 여부를 확인하고, 중복된 기록은 삭제되었습니다.

데이터 추출

추출된 데이터에는 서지학적 세부사항(저자, 연도), 참가자 특성, IMU(위치, 브랜드, 모델, 센서 수, 샘플링 속도, 센서 융합/방향 알고리즘), 테스트 과제(서기, 걷기, 쪼그려 앉기, 달리기), 보고된 결과(RMSE, 편향, 상관관계, ICC, SEM, MDC)가 포함되었습니다. 추출된 데이터는 표준화된 엑셀 스프레드시트를 사용해 두 차례 교차 검증되었습니다.

편향 위험 및 품질 평가

포함된 연구들의 방법론적 질은 심리측정 논문²⁴의 연구 설계 비판적 평가(Critical Appraisal of Study Design for Psychometric Articles 24)를 사용하여 평가되었으며, 이 도구는 이전에 웨어러^{블 센서의} 심리측정 특성을 조사하는 연구에 사용되었습니다. 이 품질 평가에는 최대 점수 24점이 12개 문항이 포함되었으며, 이를 백분율로 환산했습니다. 각 문항은 연구 질문, 연구 설계, 측정, 분석, 권고안의 다섯 가지 범주에서 2점(만족), 1점(부분 만족), 0점(불만족)으로 평가되었습니다. 일관성을 높이기 위해 이 품질 평가는 원고에 명시된 두 명의 비저자 평가자가 수행했으며, 차이는 논의를 통해 해결되었습니다. 연구들은 총 품질 점수에 따라 다음과 같이 분류되었습니다: 고품질, 85–100%; 중간 정도 질, 70–84%; 저품질 50–69%; 또는 매우 낮은 품질, <50%입니다. 전체 12문항 도구와 채점 기준은 보충 표 S1에 제공되어 있습니다.

데이터 합성

연구 결과는 타당성 및 신뢰도 결과, 골반 운동면, 과제 유형, 주요 방법론적 특성에 따라 연구를 그룹화하여 내러티브 형식으로 종합하였습니다. 연구 결과 해석 시 방법론적 질이 고려되었으며; 품질 점수만으로 제외한 연구는 없었으나, 낮은 품질의 연구는 더 신중하게 해석하였다.

결과

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

연구 선정

초기 데이터베이스 검색에서 714개의 잠재적 연구가 확인되었습니다(PubMed = 190, Web of Science = 482, IEEE Xplore = 42). 중복 제거 및 제목-초록 선별 후, 63편의 전체 텍스트 논문이 적격성을 평가했으며, 12편의 연구가 포함 및 제외 기준을 충족하여 이 체계적 문헌고찰에 포함되었습니다(그림 1).

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그림 1: PRISMA 2020 연구 선정 흐름도. PRISMA 2020에 따른 연구 식별, 선별, 적격성 평가 및 최종 포함 과정을 보여주는 흐름도입니다. 이 그림의 더 큰 버전을 보시려면 여기를 클릭해 주세요.

포함된 연구의 질이

포함된 모든 연구는 2014년부터 2025년 사이에 발표된 동료 평가 실험 논문이었습니다. 방법론적 질 평가를 바탕으로 세 연구는 고품질(85–100^%)로 ^{평가되었고}, 7개는 중간 품질(70%–84%), 2개는 저품질(50%–69%)로 평가되었습니다. 고품질 연구들은 검증을 위한 참조 시스템(예: Vicon, Optotrak, Qualisys) 사용, 결과의 명확한 보고, 적절한 통계 분석(예: RMSE, ICC, Bland–Altman) 등 방법론적 강점을 입증했습니다. 포함된 연구들에서 일반적인 한계는 작은 표본 크기와 IMU–구간 교정의 불완전한 설명이었습니다(표 2).

저자	질문 1	질문 2	질문 3	Q4	질문 5	질문 6	Q7	질문 8	Q9	Q10	Q11	Q12	총	%	품질
Buganè 외 ³⁰쪽	2	0	1	2	0	해당 없음	1	2	2	2	2	1	15	68%	LQ
Bolink 외 ²²	2	2	1	2	1	해당 없음	2	2	2	2	1	2	19	86%	본부
에크달 외 ³¹쪽	2	1	1	2	0	해당 없음	2	2	2	0	1	1	14	64%	LQ
페르피냐-마르티네즈 외 ³²	2	2	1	2	1	해당 없음	1	2	2	1	1	1	16	73%	크레이트
르블루 외 ³⁵	2	1	1	2	0	해당 없음	1	2	2	2	2	1	16	73%	크레이트
린 외, ²⁵	2	2	2	2	1	해당 없음	2	2	2	2	2	1	20	90%	본부
브라이스 외 ²⁹	2	0	1	2	2	해당 없음	2	2	2	2	2	1	18	82%	크레이트
아스가리 & 헬러 ²⁷	2	1	1	2	0	해당 없음	2	2	2	2	2	1	17	77%	크레이트
Bessone 외 ²⁸	2	1	2	2	0	해당 없음	2	2	2	2	1	1	17	77%	크레이트
Kim 외 ²⁶	2	1	2	2	2	해당 없음	2	2	2	2	1	1	19	86%	본부
루이스-말라곤 외 ³³	2	2	1	2	0	해당 없음	1	2	2	2	2	1	17	77%	크레이트
Zügner 외 ³⁴	2	2	2	2	0	해당 없음	1	2	2	2	2	1	18	82%	크레이트

표 2: 포함된 12개 연구의 방법론적 질 평가. 본 리뷰에서 사용된 수정된 12개 항목의 심리측정 논문 설계 비판적 평가를 기반으로 포함된 연구들의 방법론적 질 점수입니다. 각 문항은 2 = 만족스러움, 1 = 부분적으로 만족스러움, 0 = 불만족으로 평가되었습니다. Q1–Q12는 보충 표 S1에 나열된 수정된 방법론적 품질 항목에 해당합니다. 약어: HQ = 고품질; MQ = 중간 정도의 품질; LQ = 저품질; N/A = 해당되지 않음. 이 표를 다운로드하려면 여기를 클릭해 주세요.

포함된 연구의 특징

참가자

포함된 12개 연구에는 총 232명의 참가자 가 18세에서 80세 사이였습니다. 이들 연구의 대부분은 건강하고 레크리에이션을 즐기거나 경쟁적인 러너와 골퍼를 평가한 반면, 임상 집단, 특히 전고관절 성형술(THA) 환자와 무릎 또는 고관절 골관절염 환자를 포함한 연구는 단 두 편에 불과했습니다.

IMU 시스템, 배치 및 센서-융합 알고리즘

대부분의 연구는 천골 위에 IMU를 설치하여 골반 데이터를 수집하여,²⁵^, ²⁷^, ²⁸^, ²⁹^, ³⁰^, ³¹^, ³²^, ³³, ³⁴ 연구에서 천골 기반 배치가 가장 흔히 보고된 접근법입니다. 상업용 시스템으로는 Xsens, Delsys, MicroStrain, BTS G-Sensor, IMeasureU, APDM-Opal, aktos-t, RunScribe, TuringSense 등이 있었습니다. Table 3는 각 연구의 IMU 배치, 시스템 및 번호에 대한 완전한 요약을 제공합니다.

연구	참여자는 없습니다	임무	IMU 시스템	센서 배치	아니. IMU의	샘플링 속도	필터링 방법	센서-융합 / 방향 알고리즘
Buganè 외 ³⁰	16명 건강	걷기	F4A IMU	세룩	1	100 Hz	8Hz 컷오프 주파수를 가진 4차 버터워스 저역 통과 필터	Matlab의 'detrend' 함수를 사용해
Bolink 외 ²²	고관절 또는 무릎 골관절증 환자 17명	걷기, 앉아서 서 서기, 블록 스텝업	마이크로스트레인 관성 링크	허리 아래쪽(PSIS 사이)	1	100 Hz	해당 없음	MATLAB의 알고리즘
르블루 외 ³⁵	7명 건강	걷기	x-IMU x-io 테크놀로지스	골반(요추 5), 허벅지, 정강아지, 발	7	128 Hz	해당 없음	마호니의 AHRS 알고리즘
Perpiñá-Martínez 외 ³²	29명의 주자	달리기	BTS G-센서	S1 (천골)	1	100 Hz	해당 없음	해당 없음
에크달 외 ³¹	11명 건강	걷기 및 스포츠 활동	델시스 트리뇨 아반티	천골, 허벅지, 정강아지, 발	7	240 Hz	저역 통과 4차 버터워스 필터 (5 Hz)	해당 없음
브라이스 외 ²⁹	8명의 엘리트 여성 조정 선수	조정	IMeasureU IMUs v2.0	T1, T7, L2, 두 번째 천골 S2	4	500 Hz	해당 없음	칼만 필터
린 외 ²⁵	20명의 주자	달리기	Xsens MVN Awinda	천골, 허벅지, 정강아지, 발	7	100 Hz	4차 무지연 저역 통과 버터워스 필터로, 컷오프 주파수는 8Hz입니다	Xsens MVN Analyze에서 제공하는 내장 알고리즘
아스가리 앤 헬러. ²⁷	6명의 주자	달리기	APDM 오팔	세룩	1	128 Hz	하이패스 및 로우패스 필터	칼만 필터 vs 상보 핵융합
베소네 외 ²⁸	14명 건강	걷기	aktos-t IMU 시스템	골반, 발, 정강, 허벅지, C7 척추, 가슴, 팔뚝, 상완, 손, 머리	16	143 Hz	로우패스 필터(10Hz, 2차 버터워스 필터)	커스텀 퓨전 (iSen 3.08의 알고리즘)
김 외 ²⁶	36명의 골퍼	골프 스윙	튜링센스 피벗	L4와 T1(L4에서 골반)	2	100 Hz	컷오프 주파수 12Hz를 가진 버터워스 필터	매지윅 필터
루이스-말라곤 외 ³³	16명 건강	걷기와 달리기	런스크라이브 천골 보행 실험실	천골과 발	3	500 Hz	해당 없음	해당 없음
Zügner 외 ³⁴	THA 환자 49명	걷기	게이트스마트™	골반부(장골능선 아래), 허벅지와 정강이 2개	6	102.4 Hz	해당 없음	해당 없음

표 3: 포함된 연구들 전반에 걸친 IMU 시스템의 특성, 센서 배치, 샘플링 속도, 필터링 방법, 센서-융합 접근법. 주요 연구 특성 요약으로, 참가자 집단, 이동 과제, IMU 시스템, 센서 배치, 센서 수, 샘플링 비율, 보고된 기준 시스템 등이 포함됩니다. 약어: IMU= 관성 측정 단위; OA = 골관절염; PSIS = 후위 상장골 가시; THA = 전고관절 관절 성형술; N/R = 미보고. 이 표를 다운로드하려면 여기를 클릭해 주세요.

포함된 연구들 간의 필터링 및 센서-융합 성능 분석은 방법론적 변이와 불완전한 보고로 인해 제한되었습니다. 융합 방법을 명확히 설명한 연구는 단 4편뿐이며; 두 명은 칼만^27,29, 한 명은 매지윅 알고리즘²⁶, 한 명은 마호니의 AHRS 알고리즘³⁵를 사용했다. 방법론적 세부 정보 부족으로 인해 융합 알고리즘의 직접적인 비교나 정확도에 대한 독립적인 기여는 불가능했습니다. 이러한 변동성은 골반 방향 정확도의 차이가 과제 요구, 센서 위치, 또는 근본적인 융합 전략 때문인지 판단을 복잡하게 만들었습니다.

골반 방향 평가를 위한 IMU의 타당성

골반 기울기, 경사, 회전에 대한 IMU를 평가한 포함된 연구들 22,25,26,27,28,29,30,31,33,34,35에서, 광학 모션 캡처 시스템과 비교했을 때 타당성은 평면과 작업 특이성에 따라 나타나 모든 조건에서 균일하지 않은 것으로 나 타났습니다(표 포함된 연구들은 걷기 22,28,30,31,33,34,35, 달리기 25,27,32,33, 그리고 스포츠별 행동 26,29,31 등 다양한 운동 과제를 조사했습니다기능은 기능 맥락 전반에 걸쳐 IMU 성능을 폭넓게 개관합니다.

보고된 RMSE 값은 골반 기울기에서 0.69°에서 4.90° 22,25,27,28,30,33,35, 골반 경사의 경우 0.77°에서 4.75° 범위 22,25,27,28,33,35 . 골반 회전은 가장 큰 변동성을 보였으며, 고속 달리기 및 기타 까다로운 동작 시 RMSE 값은 1.22°에서 7.77° 사이였으며,²⁵^, ²⁷^, ²⁸^, ^{30, 33}, ³⁵ 범위에 달했습니다.

골반 방향에 대한 편향 값은 8개 연구에서 IMU 측정값과 광학 모션 캡처(OMC^{) 간의} 평균 체계적 차이로 보고^{되었습니다.} Buganè 등은 골반 기울기(−9.9°에서 −5.7°)의 비교적 큰 음의 편향, 더 작은 경사 편향(−1.2°에서 −1.4°), 골반 회전의 약간 과대평가(+0.7°에서 +1.5°)^{를 보고했습니다}. Brice 등은 조정 중 S2 수준인 작은 시상 골반 편^{향을 보고}했으며, 이는 −2.7°에서 −0.09° 사이였습니다. Asgari와 Heller²⁷은 모든 골반면에서 최소한의 편향(−0.50°에서 −0.10°)을 관찰했으며, Bessone 등은 비슷하게 낮은 편향(−0.7°에서 −1.7°)^{을 보고했다}. Lin 등은 달리기 속도에 따라 골반 기울기 편향(−0.18°에서 +1.5°)과 회전 편향(−1.1°에서 +0.99°)이 나타났으나, 같은 연구에서 IMU는 OMC 시스템에 비해 골반 기울기를 과소평가했습니다(−3.3°에서 −4.1°).

반면, Ruiz-Malagón 등은 걷기와 고속 달리기 시 골반 기울기 편향이 최대 +4.6°, 골반 회전 편향이 −11.2°에 달하는 더 큰 편^{향을 보고}했습니다. 환자에서 Zügner 등은 골반 기울기가 OMC에 비해 −0.5°의 작은 평균 오차를 보였음^{을 발견했습니다}. 골반 방향에 대한 보고된 상관계수는 연구별로 크게 달랐으며, 일부 작업에서는 낮거나 음수인 반면, 다른 작업에서는 강한 일치를 보였으며, 움직임 평면과 과제 요구에 따라 ^22,26,27,30.

Lin 등은 고속 주^{행 시 상} 관계수가 더 낮고 변동성이 더 높았으며(0.44–0.89), Ruiz-Malagón 등은 전반적으로 음수(−0.48에서 0.76)^{를 포함한 더} 약한 상관계수를 보고했습니다. 전반적으로 통제된 과제에서 타당성이 더 강하게 나타났으며, 고속 운동은 더 큰 오류와 약한 일치와 관련이 있었습니다. 골반 기울기에 대해 낮은 RMSE 값이 자주 보고되었으나, 골반 변수 간 일치는 연구별로 균일하지 않았고, 특히 더 힘든 달리기 조건에서 성능 저하가 두드러졌습니다. 더 나은 성능은 천골 기반 IMU 배치와 표준화된 교정 절차를 사용한 연구에서 더 흔히 보고되었으나, 불완전한 방법론적 보고로 인해 연구 간 직접적인 비교가 제한적이었습니다.

골반 방향 평가를 위한 IMU의 신뢰성

신뢰도는 네 개의 연구에서 평가되었습니다(표 4). 대부분의 연구에서는 골반 방향에 대해 양호에서 우수한 ICC 수치를 보고했으며, 건강한 운동 인구 ²⁶^, ³²^, ³⁵에서 0.81에서 0.99 범위가 나타났습니다. 그러나 THA 이후 개인들에서 골반 기울기 신뢰도가 낮게 보고되어 모든 인구에서 일관되게 높지 않았습니다(ICC = 0.08)³⁴. Lebleu 등은 걷기 중 골반 가동 범위(ROM)에 대해 세션 간 신뢰도가 높^{다는 것을 발견}했으나, 신뢰도는 움직임면과 교정 방법에 따라 달랐다. Perpiñá-Martínez 등은 달리기 중 골반 기울기, 경사, 회전 시 ICC ^값> 0.80도 보고했습니다. 이 결과들은 지속적인 기능 활동 중 일관된 측정을 시사합니다. Kim 등은 골프 스윙 중 골반 회전과 기울음에 대해 ICC 값이 0.91에서 0.99 사이로, 이 스포츠별 과제에서 높은 반복성을 나타냈습니다.

연구	골반 변수	RMSE (°)	편향 / 평균 차이 (°)	r	ICC	SEM (°)	MDC (°)
Buganè 외 ³⁰쪽	기울기, 사각, 회전	틸트 = 0.73; 경사 = 1.22; 회전 = 2.66	편향: 기울기: −9.9에서 −5.7; 기울기 −1.24에서 −1.41; 회전 +0.71에서 +1.5	0.88–0.95	해당 없음	해당 없음	해당 없음
Bolink 외 ²²	기울기, 경사	틸트 = 2.7; 경사 = 2.68	해당 없음	0.86–0.94	0.94 -1.00	해당 없음	해당 없음
르블루 외 ³⁵	기울기, 사각, 회전	틸트 = 0.9에서 1.0; 기울음 = 1.1에서 1.2; 회전 = 1.5	해당 없음	해당 없음	0.81–0.93	0.5–2.2	해당 없음
페르피냐-마르티네즈 외 ³²	기울기, 사각, 회전	해당 없음	해당 없음	해당 없음	틸트 0.868; 경사 0.963; 회전 0.922	해당 없음	해당 없음
에크달 외 ³¹쪽	골반 시상, 관상, 횡방향 ROM	해당 없음	평균 차이: 시상체 기울기: 0.67°에서 2.13°; 코로나 경사도: −0.46°에서 0.61°; 횡회전: −0.72°에서 −0.87°	해당 없음	해당 없음	해당 없음	해당 없음
브라이스 외 ²⁹	S2 시상골 기울기(조정 중)	틸트 = 2.43에서 4.90	편향: 기울기 −2.70에서 −0.09	해당 없음	해당 없음	해당 없음	해당 없음
린 외, ²⁵	틸트, 비스듬, 회전 (달리기)	틸트 = 4.31에서 4.59; 경사 = 4.29에서 4.75; 회전 = 6.47에서 7.77	편향: 기울기 −0.18에서 +1.5까지; 기울음은 −3.3에서 −4.1; 회전 −1.1에서 +0.99	0.44–0.89	해당 없음	해당 없음	해당 없음
아스가리 & 헬러 ²⁷	기울기, 사각, 회전	틸트 = 0.69; 경사 = 0.77; 회전 ≈ 1.22.	편향: 기울기 −0.10; 기울음 −0.50; 회전 −0.49	해당 없음	해당 없음	해당 없음	해당 없음
Bessone 외 ²⁸	기울기, 사각, 회전	틸트 = 2.5; 경사 = 2.4; 회전 = 2.9	편향: 기울기 −0.7; 기울음 −1.7; 회전 −1.3	기울기 = -0.011; 기울음 = 0.82; 회전 = 0.83	해당 없음	해당 없음	해당 없음
Kim 외 ²⁶	기울기, 회전	해당 없음	평균 차이: 경사 1.65	경사 = 0.92	0.91–0.99	해당 없음	해당 없음
Kim 외 ²⁶	기울기, 회전	해당 없음	회전 0.76	회전 = 0.99	0.91–0.99	해당 없음	해당 없음
루이스-말라곤 외 ³³쪽	ROM: 틸트, 비스듬, 회전 (걷기/달리기)	해당 없음	편향: 기울기 +0.2에서 +4.6까지; 기울음은 −1.1에서 −6.1; 회전 +0.7에서 −11.2	−0.48에서 0.76	−1.62에서 0.83	해당 없음	해당 없음
Zügner 외 ³⁴	틸트 (THA 환자)	해당 없음	평균 차이: 기울기 −0.5	해당 없음	0.08	해당 없음	해당 없음

표 4: IMU 기반 골반 방향 평가의 타당성 및 신뢰도 결과 요약. 골반 기울기, 기울기, 회전에 대한 보고된 결과 요약으로, RMSE, 편향 또는 평균 차이, 상관계수 및 ICC, SEM, MDC와 같은 신뢰도 지표를 포함합니다. 약어: RMSE = 평균평균근 오차; r = 피어슨 상관계수; ICC = 클래스 내 상관계수; SEM = 측정 표준오차; MDC = 최소 감지 가능한 변화; ROM = 운동 범위; THA = 전고관절 관절 성형술; N/R = 미보고. 이 표를 다운로드하려면 여기를 클릭해 주세요.

데이터 이용 가능성

이 체계적 문헌고찰에 포함된 모든 데이터는 보충 자료로 제공되었습니다.

보충 표 S1: 심리측정 논문에 대한 연구 설계에 대한 비판적 평가. 이 파일을 다운로드하려면 여기를 클릭해 주세요.

보충 표 S2: 포함된 12개 연구의 원시 추출 데이터.이 파일을 다운로드하려면 여기를 클릭해 주세요.

보충표 S3: 포함된 연구의 방법론적 질 평가.이 파일을 다운로드하려면 여기를 클릭해 주세요.

토론

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이 체계적 문헌고찰은 다양한 기능 과제, 센서 시스템, 건강 및 임상 집단에서 골반 방향(기울기, 경사, 회전)을 측정하는 IMU의 타당성과 신뢰성을 조사하였습니다. 연구 결과는 IMU가 특히 걷기 및 기타 통제된 작업 시 골반 방향 평가에 있어 실현 가능하고 합리적으로 정확한 접근법임을 시사합니다. 포함된 연구들 전반에 걸쳐 대부분의 IMU 시스템은 보행 및 중간 속도 활동 시 광학 모션 캡처와 양호에서 우수 유사성을 보였습니다. 골반 기울기에 대한 보고된 RMSE 값은 일반적으로 낮았으며, 0.69°에서 4.90° 사이였습니다. 골반 기울기와 회전은 더 큰 변동성을 보였고, IMU에서 전두면 및 횡방향 골반 방향을 추정하는 데 더 큰 도전을 제기했습니다. 보고된 RMSE 값은 골반 기울기에서 0.77°에서 4.75°, 골반 회전에서 1.22°에서 7.77° 사이였으며, 가장 큰 오차는 고속 달리기²⁵와 같은 더 까다로운 작업에서 관찰되었습니다.

골반 기울기가 골반 회전에 비해 더 나은 결과를 얻은 한 가지 가능한 설명은, 시상면-운동이 횡면면 추정보다 누적 부류, 연조직 인위물, 정렬 관련 오류에 덜 민감할 수 있다는 점입니다. 반면, 골반 회전과 다소 적은 범위 내에서는 움직임의 급격한 변화, 센서 정렬, 연구 간 방법론적 차이에 더 큰 영향을 받을 수 있습니다. 작업 복잡성도 중요한 것으로 보인다. 걷기나 기타 통제된 작업 시 오차가 적은 경우가 더 자주 보고된 반면, 고속 달리기는 더 큰 변동성을 초래했다. 또한, 천골 기반 배치법이 연구에서 가장 널리 사용된 접근법이었으며, 골반 움직임을 보다 안정적으로 추정할 수 있으나, 모든 연구에서 위치 영향력을 직접 비교할 수는 없었다. 이는 불완전한 방법론적 보고로 인해 이루어지지 않았다. 마지막으로, 임상 또는 수술 후 집단에서의 제한적인 결과는 변화된 움직임 패턴과 측정 조건이 수행에 영향을 미칠 수 있음을 시사하지만, 이에 대한 연구는 아직 충분히 이루어지지 않았습니다.

편향 결과는 포함된 연구들 중 IMU의 정확성도 뒷받침합니다. 그러나 Buganè 등의 초기 연구에서는 큰 체계적 편향과 골반 기울기(−9.9°에서 −5.7°)를 과소평가한 반면, 센서-융합 및 보정 절차가 개선된 최근 연구들은 모든 평면에서 낮은 편향(<2°)을 일관되게 보고했습니다²⁷^, ²⁸^, ²⁹. Lin 등^{도 마찬가지로 기울}기와 회전 편향이 최소한이었으나, 골반 경사에 체계적으로 과소평가된 현상을 확인했다. 한 가지 가능한 해석은 전면면의 정확도가 자기계의 드리프트나 좌표계 정렬과 같은 요인에 더 민감할 수 있다는 것이지만, 포함된 연구에서는 직접적으로 평가되지 않았습니다.

과제 강도가 타당성에 영향을 미치는 것으로 보이며, 고속 달리기 중 특히 골반 회전³³에서 오차와 편향이 더 높게 보고되었습니다. 그러나 필터링과 센서-퓨전 방법의 구체적인 기여는 이 세부 사항이 불완전하게 보고되어 밝혀지지 않았다. 또한, 허리띠를 통한 천골 IMU 부착이 고가속 작업 중 신호 교란에 기여했을 수 있으나, 이는 직접적인 원인보다는 해석적 설명으로 간주되어야 합니다. 전반적으로 이 결과들은 IMU 수행이 과제 요구와 측정 조건에 따라 달라질 수 있음을 시사하며, 정상 상태 보행, 통제된 운동 동작 및 기타 덜 까다로운 작업에서는 오차가 더 적게 보고된다는 점입니다.

일반적으로 포함된 연구들에서 IMU 기반 골반 측정의 높은 반복성이 보고되었습니다. Bolink 등²² 와 Perpiñá-Martínez 등은 걷기와 러닝머신 달리기 중 골반면에서 ICC 수치가 0.90을 초과^{한다고 보고하} 여, 지속적인 기능 활동 중에도 우수한 단기 반복성과 높은 일관성을 나타냈습니다. Lebleu 등은 ICC 값이 ≥0.98, SEM 값이 보통 2.2° 미만인 높은 세션 간 신뢰^{도를 관찰하여} IMU가 종단 모니터링에 적합함을 지지했습니다. Kim 등^{은 골프} 스윙 분석 중 ICC 값이 0.91-0.99임을 발견하여, 복잡한 스포츠별 움직임 조건에서도 강한 반복성을 시사합니다. THA 후 환자에서 골반 기울기에서 매우 낮은 신뢰도가 관찰되었습니다. 그 연구에서는 두 개의 IMU가 골반에 사용되었고, 그 평균 값은³⁴로 사용되었습니다. 이러한 구성은 수술 후 환자에서 일관된 센서 배치를 달성하는 데 어려움을 초래했을 수 있습니다; 그러나 이 접근법의 효과가 직접 평가되지 않았기 때문에 해석적 측면에 머무릅니다.

임상 및 스포츠 응용에 대한 시사점

검토된 증거는 IMU가 기능적 및 스포츠 특화 과제, 특히 통제된 환경에서 골반 방향 평가에 사용될 수 있음을 시사합니다. 그러나 대부분의 연구가 건강한 참가자나 운동 능력이 있는 참가자를 대상으로 했기 때문에, 이러한 결과가 임상 보행 평가, 재활 모니터링, 수술 후 인구에 적용될 가능성은 신중하게 해석되어야 합니다. 휴대성이 뛰어나기 때문에 실험실 외부에서 반복적인 골반 평가와 작업별 동작 모니터링에 실용적인 선택지가 될 수 있습니다. 하지만 달리기나 골반 역학 변형 환자와 같은 고속 작업에 IMU를 적용할 때도 정확성과 신뢰성이 떨어질 수 있으므로 주의가 필요합니다. IMU의 배치, 교정 및 처리 절차의 표준화는 다양한 작업과 환경 간 재현성을 향상시키는 데 여전히 중요합니다.

실용적인 해석을 위해 RMSE와 바이어스 값이 낮을수록 IMU 도출 측정값과 참조 측정값 간의 일치가 더 가깝다는 의미이고, ICC 값이 높을수록 반복성이 더 높다는 의미입니다. 하지만 이러한 지표의 실질적 중요성은 의도된 적용에 따라 다릅니다. 예를 들어, 통제된 스포츠나 보행 과제에서 광범위한 움직임 선별보다 임상 의사결정이나 종단 모니터링에서는 더 작은 오류가 필요할 수 있습니다. 포함된 연구들 간에 허용 가능한 골반 방향 오류의 표준화된 임계값이 일관되게 정의되지 않았기 때문에, 본 검토 결과는 비교 해석이 가장 적으며, 일반적으로 통제된 작업에서 더 나은 결과가 관찰되고 고속 또는 임상 맥락에서는 덜 일관된 수행이 관찰됩니다.

향후 연구 방향

IMU 기반 골반 방향에 관한 향후 연구는 여러 방법론적·임상적 공백을 해결하는 데 중점을 두어야 합니다. IMU는 통제된 및 스포츠 특화 과제에서 골반 방향에 대해 좋은 타당성과 신뢰성을 입증했지만, IMU 배치, 교정 전략, 융합 알고리즘, 필터링 절차 등에서는 연구별 변동성이 존재합니다. 따라서 IMU 기반 골반 평가를 위한 표준화된 국제 가이드라인 개발은 연구를 크게 향상시키고 임상 전환을 가속화할 것입니다. 향후 연구 우선순위는 임상 집단으로 검증 및 신뢰성 연구를 확대하는 것입니다. 포함된 대부분의 연구는 건강한 또는 운동 인구를 대상으로 수행되어 요통, 고관절 병리, 신경학적 질환, 수술 후 운동 장애 환자로 일반화가 제한되었습니다. 병리적 움직임 패턴은 추가 연부 조직 인공물, 골반 협응력 변화, 센서 정렬 문제를 현재 검토에서 다루지 못할 수 있습니다. 이들 집단에서의 추가 검증이 필요하며, 더 넓은 임상 적용을 권고할 수 있습니다.

마지막으로, 향후 연구에서는 신뢰구간, 효과량, 타당도 지표, 센서-퓨전 및 교정 절차의 상세한 설명을 일상적으로 제시하여 보고 기준과 통계 분석을 강화하는 데 중점을 두어야 합니다. 표준화된 프로토콜을 사용하는 임상시험은 다양한 움직임 과제와 집단에서 허용 가능한 골반 IMU 정확도에 대한 기준 기준을 설정하고 최선의 실천 임계값을 정의하는 데 필수적입니다.

잠재적 한계

이 체계적 문헌고찰의 몇 가지 한계점을 해석할 때 고려해야 합니다. 첫째, 적격 연구 수가 비교적 적어 포함/제외 기준을 충족한 연구는 12개에 불과했습니다. 이 연구들은 중간에서 높은 방법론적 질을 보였으나, 제한된 근거 기반으로 인해 결론이 제한적이며, 다양한 운동 맥락에서 IMU 수행 능력의 변동성을 과소평가할 수 있습니다. 둘째, 포함된 대부분의 연구는 건강한 젊은 성인이나 운동 인구를 대상으로 수행되었습니다. 셋째, 샘플링 빈도, 센서-퓨전 알고리즘, 보정 절차, 좌표계 정의 등 연구 전반에서 높은 방법론적 변동성이 뚜렷하게 나타났습니다. 이러한 불일치는 연구 간 비교 가능성을 제한합니다. 또한, 이러한 방법론적 특성에 대한 불완전하고 일관성 없는 보고는 연구들을 직접 비교하는 데 한계가 있었고, IMU 성과에 영향을 미칠 수 있는 요인에 대한 추론의 강도도 제한되었습니다. 마지막으로, 신뢰성 증거는 제한적입니다. 일부 연구에서는 검사-재검사 신뢰도를 보고했으며, SEM 값을 보고한 연구는 단 한 편뿐이었습니다. MDC는 어떤 연구도 보고하지 않았으며, 이는 관찰된 종방향 변화가 측정 잡음을 초과하고 임상적으로 의미가 있는지 해석하는 데 한계가 있었으며, 특히 재활 및 스포츠 복귀 상황에서 그렇습니다.

이 체계적 문헌고찰은 IMU가 골반 방향에 대한 유용한 측정을 제공할 수 있음을 보여주며, 천골 기반 배치를 이용한 통제된 과제와 연구에 대한 강력한 근거를 보여줍니다. 골반 기울기에서 타당성이 더 일관된 반면, 골반 기울기와 회전에 대해서는 특히 고속 작업 시 더 큰 변동성과 불확실성이 관찰되었습니다. 이용 가능한 신뢰도 증거는 기능적 및 스포츠 특이적 과제에서 대체로 긍정적이었으나, 임상 집단에서는 제한적이었습니다. 전반적으로 불완전한 방법론적 보고와 연구 간 이질성은 직접적인 비교와 더 넓은 결론을 제한합니다. 임상 집단을 대상으로 표준화된 프로토콜과 보다 견고한 평가를 통한 추가 연구가 필요하며, 이를 통해 근거 기반을 강화할 수 있습니다.

공개 사항

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저자는 이해 상충을 주장할 필요가 없습니다.

감사의 글

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

저자는 프로젝트 번호(R-2026-168)를 통해 이 연구를 지원해 준 마즈마 대학교 대학원 및 과학 연구 학장에 감사의 뜻을 전합니다. 저자는 방법 부분에서 도움을 준 압둘아지즈 알카티리 박사와 나이프 알라슈디 박사에게 감사의 뜻을 전합니다.

재료

이 논문에 사용된 재료 목록
이름	회사	카탈로그 번호	댓글
심리측정 논문에 대한 연구 설계에 대한 비판적 평가	슬랙 주식회사	해당 없음	포함된 연구를 평가하는 데 사용된 방법론적 질 평가 도구.
IEEE Xplore	IEEE	해당 없음	전자 데이터베이스가 2025년 11월 1일에 적합한 연구를 검색했습니다.
마이크로소프트 엑셀	마이크로소프트 코퍼레이션	해당 없음	데이터 추출 및 교차 검증에 사용되는 표준화된 스프레드시트입니다.
프로스페로	요크 대학교 리뷰 및 보급 센터	CRD420251179585	프로토콜 등록을 위해 국제 전향 등록부를 사용합니다.
퍼블메드	국립생명공학정보센터(NCBI)	해당 없음	전자 데이터베이스가 2025년 11월 1일에 적합한 연구를 검색했습니다.
과학의 웹	클라리베이트	해당 없음	전자 데이터베이스가 2025년 11월 1일에 적합한 연구를 검색했습니다.

재인쇄 및 허가

이 JoVE 논문의 텍스트 또는 그림 재사용 허가 요청

허가 요청

골반 방향 평가를 위한 관성 측정 단위의 타당성 및 신뢰성: 체계적 문헌고찰

이 논문에서

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감사의 글

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