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방법 논문

전방 십자인대 재건 후 회복 속도를 토크-속도 관계를 이용한 정량화

156 조회수

⸱

DOI:

10.3791/72088

⸱

2026년 7월 24일

 ,  ,  , 
1School of Kinesiology, Louisiana State University, 2Department of Orthopedics, University of North Carolina at Chapel Hill, 3Department of Physical Therapy, Louisiana State University Health Sciences Center

이 논문에서

요약

이 프로토콜은 전방 십자인대 재건 후 임상의가 토크-속도 관계를 어떻게 평가할 수 있는지 보여주기 위한 것입니다.

초록

전방 십자인대 재건술(ACLR) 후, 환자들은 대퇴사두근 근력이 지속적으로 결핍되어 삶의 질을 저하시키고 장기적인 기능 장애로 이어지는 경우가 많습니다. 역사적으로 근육 기능 평가는 단일 등량 속도에서 최대 등각 토크 또는 최대 토크에 초점을 맞추어, 활동 전반에 걸쳐 근육군에 가해지는 다양한 요구와 임상 의사결정을 안내하는 데 필요한 정밀도를 간과했습니다. 이 시연의 목적은 서로 다른 각속도에서의 등소동 시험을 통해 ACLR 이후 토크-속도 관계를 특성화하는 방법을 보여주는 것입니다. 프로토콜에는 참가자 준비, 다이나모미터 설치, 운동 범위 구성, 의자 자세와 다이너모미터 팔 길이 등 주요 테스트 구성 요소의 정렬이 포함됩니다. 근력 평가는 등척성 무릎 신전 테스트와 60°/s, 180°/s, 240°/s에서의 동심원 등키네틱 무릎 신전 및 굴곡 테스트로 구성됩니다. 2점 방식에서는 토크-속도를 느린 속도와 빠른 테스트 속도(예: 60°/s와 180°/s) 간의 정규화된 토크 생성 차이로 계산합니다. 완전한 다중 속도 특성화를 위해 각 속도에서 얻은 최대 토크 값을 스프레드시트나 통계 소프트웨어로 내보내고 회귀 기법으로 분석합니다. 이전 결과에 따르면, ACLR 후 환자들은 2점 측정법을 사용했을 때 관련 사지의 토크-속도 관계가 반대쪽 사지의 약 절반 정도 크기에 해당하며, 다중 속도 특성화를 통해 반대쪽 사지보다 경사가 더 작음을 보였습니다. 토크-속도 관계는 단일 속도 테스트로는 포착되지 않은 지속적인 결손을 식별할 수 있으며, 이는 시간에 따른 회복 모니터링에 활용될 수 있습니다.

서론

전방 십자인대 손상은 스포츠에서 가장 흔한 부상 중 하나로, 미국에서 매년 수십억 달러의 의료비를 초래합니다. 수술 기법과 임상 치료의 발전에도 불구하고, 전방 십자인대 재건술(ACLR) 후 환자들은 지속적으로 대퇴사두근 약화를 겪는 경우가 많습니다 2,3. 대퇴사두근 기능 결핍은 삶의 질 저하, 일상생활 활동 완수 능력 저하, 그리고 전체 기능 감소와 관련이 있습니다 4,5,6,7. 대퇴사두근 기능의 중요성을 고려할 때, 대퇴사두근의 객관적 평가를 포함한 테스트 배터리는 스포츠 복귀의사결정 시 사용되는 다차원 테스트 배터리의 핵심 요소입니다.

현재 임상적 근육 기능 평가는 최대 근력을 근육 용량의 척도로 평가하지만, 근육 수행 능력은 추가적인 생리학적 원리(8,9,10)의 영향도 받습니다. 힘-속도 관계는 수축 속도와 힘 생성 사이의 역관계로 정의되는 기본 생리학적 원리입니다11,12. 이 모델은 여러 인비트로 및 생체 내 연구뿐만 아니라 인간 전체 근육에서도 토크-속도 관계12,13을 통해 입증되었습니다. 토크-속도 관계는 이전에 등량 다이나메트리를 통해 특성화되었으며, ACLR 병력이 있는 환자뿐만 아니라 고정, 노화 및 기타 병리로 인해 변화가 나타나는 것으로 나타났습니다 14,15,16,17,18. 임상에서 1단계 또는 2단계 검사가 널리 사용되고 있기 때문에, 이 방법은 근육의 근본적인 생리학적 원리의 변화를 모니터링하기 위해 개발되었습니다.

ACLR 이후 등척성 검사와 등분성 검사의 사용은 널리 사용되고 널리 받아들여지고 있습니다19,20. 단일 속도에서의 토크 생성에만 집중하여 등척성 또는 등량 속도 테스트를 하는 것은 일상 생활 및 고수준 스포츠 중 근육 요구량의 범위를 대표하지 못할 수 있습니다.14, 21, 22. 토크-속도 관계를 특성화하는 2점 방법은 신뢰할 만한 것으로 밝혀졌으며, 선택한 속도가 최소 90°/s 이상의 각속도 차이를 가질 경우 임상적으로 유용할 수 있다15,23. 이 프로토콜은 임상용으로 두 가지 속도 등소 검사와 토크-속도 관계를 더 자세히 특성화하기 위한 다중 속도 사용을 시연합니다. 이 프로토콜은 최대 토크 생성 분석에 중점을 두지만, 다이나모미터는 시계열 분석을 위한 시계열 데이터의 완전한 내보내기도 지원합니다. 최대 토크는 최대 힘 또는 출력 생성의 척도이지만, 토크 발달률, 최대 토크까지 도달 시간, 최대 토크의 각도와 같은 변수들은 참가자가 빠르게 힘을 생성하고 다양한 잠재적 요구에 대응하는 능력을 판단하는 추가 방법을 보여줍니다24, 25, 26, 27.

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프로토콜

모든 대표 데이터는 기관 심사 위원회의 승인 후 수집되었으며, 모든 참가자로부터 사전 동의를 받았습니다. 아래 프로토콜은 ACLR 후 최소 12세 4개월 된 참가자를 대상으로 이식편 유형에 따른 제한 없이 시행되었습니다. 제외 기준은 임신, 하체 근처의 심각한 감염, 알려진 근육 이상, 심폐 질환 병력이었습니다.

1. 방법 1: 참가자 준비 및 다이나모미터 설치

참고: 일관된 다이나모미터 설치는 세션과 참가자 간에 유효하고 재현 가능한 토크 평가를 보장하는 데 매우 중요합니다. 제조사의 권장에 따라 다이너모미터는 매달 보정되어야 합니다. 이 프로토콜의 토크, 속도, 위치 데이터는 100Hz로 내보내졌으며, 제조사의 신호 처리 외에는 추가적인 평활화나 필터링이 적용되지 않았습니다. 재활 중 개방 체인 무릎 신전술을 완료하기 전에 이 프로토콜을 완료해서는 안 됩니다.

  1. 모든 시술을 시작하면 관련 없는 팔다리로 시작하세요.
  2. 참가자는 약 5분간 러닝머신을 3.0 mph의 표준 속도로 걷는 표준화된 워밍업을 완료하게 합니다.
  3. 다이너모미터를 켜고 다이너모미터 암을 부착하세요.
  4. 의자를 85° 등 각도로 위치시키고, 다이너모미터 회전을 제조사 표준에 맞게 40°로 설정하세요.
  5. 참가자를 앉히고 엉덩이를 약 85°까지 굽히고, 곧은 자세를 유지하며 테스트 중 다이나모미터 손잡이를 잡지 않도록 지시합니다.
  6. 뒤로 이동을 조정하여 슬와와 협상이 좌석 가장자리에서 약 3–4cm 앞쪽에 위치하도록 합니다.
  7. 의자 위치와 다이나모미터 팔 방향을 조정하여 기계적 축이 외측 대퇴골 과과와 일치할 때까지 유지하세요.
  8. 다이나모미터 암 저항 패드를 하퇴부 앞쪽 외측 망골 근위쪽에 약 5cm 위치시키세요28,29.
  9. 테스트 팔을 다이너모미터 팔에 고정하세요. 다이너모미터 암에 스트랩으로 고정할 때는 샹크가 회전하지 않도록 중립 상태를 유지하세요. 몸통과 골반을 가로지르는 스트랩을 사용해 참가자를 안정시키세요.
  10. 검사용 허벅지를 끈으로 고정해 엉덩이 굴곡을 방지하고, 반대쪽 팔다리는 사용 가능한 고정장치로 고정하세요. 구속 외에도, 환자들은 검사 기간 동안 검사된 팔다리를 오직 뻗거나 굽히는 시도만 하도록 신호를 받아야 합니다.
  11. 추가 조정이 필요 없도록 팔다리를 전체 가동 범위 내에서 수동적으로 움직이세요. 의자 위치, 다이나모미터 위치, 팔 길이를 기록해 향후 평가를 위해 사용하세요.

2. 방법 2: 운동 범위 설정

참고: 소프트웨어 기반 정지와 수동 정지를 사용하세요.

  1. 해부학적 제로를 180°/무릎 전체 신전으로 설정하세요. 참가자가 무릎 전체 신전이 부족한 경우, 다이나모미터 오프셋 기능을 사용해 제한을 고려하세요. 현재 사지 위치와 해부학적 0도 사이의 차이를 다이너모미터 오프셋에 입력합니다. 운동 범위 제한은 파형 분석과 최대 토크 각도에 영향을 줄 수 있습니다.
  2. 다이나모미터 신전 한계를 175°(해부학적 무릎 굴곡 5°, 즉 최대 가용 무릎 신전 0 또는 최대 허용 범위)로 설정하세요.
  3. 굴곡 다이나모미터 한계를 70°(해부학적 0에서 무릎 굴곡 110°, 110°에 도달할 수 없을 경우 최대 무릎 굴곡 기준)로 설정하세요.
  4. 수동 정지 장치를 그에 맞게 조정하세요.
  5. 사지 무게는 참가자의 편안함을 해치지 않으면서 최대 무릎 신전 범위에 최대한 가깝게 측정해야 하며, 초과하지 않는 상태여야 합니다. 환자에게 긴장을 풀고 팔다리를 3-4번 빠르게 연속으로 재도록 지시하여 무게가 안정적으로 보일 때까지 반복합니다.
    참고: 사지 무게가 1.5 Nm 미만으로 변동한다면, 무게를 안정적으로 간주하세요. 무게가 받아들여지면 소프트웨어가 자동으로 중력 보정을 적용합니다. 모든 분석에는 보정값이 사용되어야 합니다.

3. 방법 3: 강도 평가

참고: 신호와 지시의 일관성이 매우 중요합니다. 환자들에게 가능한 한 세고 빠르게 발길질하도록 지시하세요. 말로 격려해 주세요.

  1. 관련 없는 팔다리로 테스트를 시작하세요
  2. "가능한 한 세고 빠르게 차라", "다리를 최대한 빠르고 세게 다시 당겨라", "당신은 항상 기계를 움직이고 있는데 기계는 당신을 움직이지 않는다"와 같은 표준화된 구두 지침을 제공하세요.
  3. 모든 재판 동안 강력한 언어적 격려를 제공하세요.

4. 방법 4: 등척성 검사

  1. 무릎 굽힘 90도 관절 각도에서 등척성 무릎 신전 테스트를 수행하세요.
  2. 먼저 세 번의 익숙한 반복부터 시작하세요. 참가자에게 인지한 최대 수축의 25%에서 발로 내고 수축을 유지하라고 지시하며, 그 다음 50%와 75%를 유지하고, 수축 사이에는 30초간 휴식을 취합니다. 이 휴식 간격은 등동성 및 등척성 다이나메트리를 이용한 다른 연구들과 일치한다 24,26.
  3. 참가자에게 가능한 한 빠르고 세게 차고 수축을 3초에서 5초 정도 유지하도록 지시하세요.
  4. 최대 2–3회 시도를 수행하며 각 시도 사이에 30초간 휴식을 취합니다.

5. 방법 5: 등소 검사

  1. 다음 속도로 동심원 등량 무릎 신전 및 굴곡 테스트를 수행하세요: 60°/s, 180°/s, 240°/s.
    참고: 다이나모미터 설정은 동심 등량 검사 중 기본적으로 작용제와 길항제 운동을 쌍으로 표시하지만, 이 결과는 이전에 결함이 확인된 무릎 신전근에 초점을 맞춥니다.
  2. 각 속도에서,
    1. 4회 연속으로 최소 최대 연습 반복을 수행하며, 낮은 노력에서 거의 최대 강도(25–75%)로 점차 진행합니다.
    2. 최대 노력 반복 8회를 수행하세요.
    3. 토크와 시간 또는 토크와 위치 곡선을 실시간으로 시각적 피드백으로 보여주고, 일관된 구두 격려를 제공하세요.
    4. 각 새로운 속도로 테스트 사이에 30초에서 60초간 휴식을 두세요. 이 휴식 간격은 등동성 및 등척성 다이나메트리를 이용한 다른 연구들과 일치한다 24,26. 단일 속도 시험은 보통 30초의 휴식 간격을 사용하지만, 다중 속도 시험을 이용한 연구에서는 60초의 휴식 간격이 피로24, 30, 31의 잠재적 영향을 줄이기에 충분하다는 것이 입증되었습니다. 참가자들이 과도한 피로를 보이면 부위별 휴식 시간을 늘리는 것을 고려하세요.
  3. ACLR 다리에서 전체 프로토콜을 반복하세요.
  4. 참가자들이 날카로운 통증이나 불편함을 느끼면 검사를 중단하도록 지시하세요.

6. 방법 6: 데이터 처리 및 결과 측정

참고: 임상 사용 시에는 모든 속도에서 최대 토크 생성의 대칭성을 평가하고, 수축 속도가 증가함에 따라 토크 감소를 확인하세요. 임상시험 간 변이 계수가 10%를 초과하면, 환자가 통증을 보고하지 않는 한 시간이 허락하면 재검사를 하십시오.

  1. 각 속도와 수축 유형별로 최대 토크(최대 토크를 생성한 반복 동작)를 식별하세요.
  2. 토크 값을 체질량(Nm/kg)으로 정규화하세요.
  3. 토크-속도 계산을 위해 2점 방법(예: 60°/s 및 180°/s)을 사용할 두 가지 기본 속도 집합을 식별합니다. 2점 계산의 경우, 토크-속도를 느린 속도와 빠른 속도에서의 정규화된 토크 생성 차이로 계산합니다.

7. 방법 7: 다중 속도 토크-속도 특성화 (선택 사항)

  1. 각 테스트된 조건에 대해 최대 토크 값을 내보내며, 등척성(0°/s)과 모든 등속도(60°/s, 180°/s, 240°/s)를 포함합니다.
  2. 데이터를 Microsoft Excel 스프레드시트 소프트웨어에 입력하세요:
    1. 열: 각속도
    2. 열 B: 최대 토크 (Nm)
    3. 열: 피크 토크 무관제 (Nm)
      참고: 원시 및 정규화된 토크 값은 개별 참가자 내에서 비례 기울기를 생성합니다. 참가자 간 비교를 위해 체중 및 기타 개별화 요인이 통계 모델의 공변량으로 포함될 수 있습니다.
  3. 스프레드시트 소프트웨어의 SLOPE 함수를 사용하여 =SLOPE(torque_values, velocity_values)
  4. =(involved_limb_slope/uninvolved_limb_slope)*100을 사용하여 대칭성을 분석할 추가 행을 생성하세요 (그림 1).
  5. 결과 기울기 값을 기록합니다
  6. 원한다면 전체 토크, 위치, 속도, 시계열 데이터를 내보내 후속 분석을 수행할 수 있습니다. 내보내진 데이터는 토크 발생률(시간에 따른 토크 변화)과 기타 토크 시간 특성 계산에 사용될 수 있습니다26,32.

figure-protocol-1
그림 1. 단순화된 대표적인 토크-속도 데이터셋과 빠른 분석 워크플로우. 최대 토크 값은 스프레드시트 소프트웨어로 내보내져 각속도에 대해 선형 회귀선을 사용해 그래프로 표시했습니다. 이는 단일 참가자에 대한 간소화된 데이터 입력을 의미하며, 각 참가자별 추가 열과 종단 평가를 위한 테스트 세션으로 확장되어야 합니다. 이 그림의 더 큰 버전을 보시려면 여기를 클릭해 주세요.

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결과

이 프로토콜을 성공적으로 완료하면 0 속도(등거리)에서 최대 토크 출력과 등소수축 속도가 증가함에 따라 토크가 점차 감소하는 결과를 가져야 합니다12. 이전 코호트에서 ACLR 병력이 있는 환자를 조사했을 때, 이 점진적 감소는 침관된 사지에서 ACLR 사지보다 더 심각했습니다14. 개별 토크 시간 또는 토크 위치 그래프는 비교적 일관된 수축을 보여야 합니다. 각 반복 세트 내의 이상적인 변동 계수는 10% 이하여야 합니다. 변동 계수가 15%를 초과하는 검사는 최대 노력이 일관되지 않음을 나타낼 수 있으므로, 참가자가 통증을 보고하지 않는 한 반복해야 합니다.

2점 및 다중 속도 토크-속도 결과를 도출하는 대표적인 데이터셋과 계산 워크플로우는 그림 1에 나와 있습니다. 임상 해석을...

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토론

이 프로토콜은 ACLR 후 다중 모달 다이나메트리를 이용해 대퇴사두근의 토크-속도 관계를 평가하는 임상적으로 실현 가능한 방법을 설명합니다. 지속적인 대퇴사두근 약화는 연령대와 ACLR 이식편 유형에 걸쳐 흔하다36,37. 수술 후 스포츠 복귀 환자를 위한 전통적인 검사 배터리는 최대 근력에 초점을 맞추지만, 수축성 요구량 범위에 따른 대퇴사두근 기능을 완전히 평가하지는 않을 수 있습니다. 느린 등소속도에서의 단일 속도 시험이나 등척성 시험은 최대 근력 생성을 평가하는 데 가장 적합하며, 높은 속도에서의 시험은 최대 출력 생성을 평가하는 데 가장 적합합니다. 여러 각속도에서 대퇴사두근을 평가하면 임상의와 연구자들이 수축 속도가 증가함에 따라 토크 감소라는 기본 생리학적 원리를 조사할 수 있습니다13. 2점 방법은 이전에 더...

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공개 사항

저자들은 이해 상충이나 보고할 공개 사항이 없습니다.

재료

```html
이 논문에 사용된 재료 목록
이름회사카탈로그 번호댓글
컴퓨터 워크스테이션모든 상업용 제조업체N/A다이나모미터 소프트웨어를 작동하고 데이터를 내보내는 데 사용
디지털 경사계모든 상업용 제조업체N/A필요한 경우 해부학적 제로 위치를 확인하는 데 사용
HUMAC NORM 검사 및 재활 시스템CSMi Solutionshttps://csmisolutions.com/등방성 및 등속성 무릎 강도 테스트에 사용되는 컴퓨터화된 다중 모드 다이나모미터
스프레드시트 소프트웨어마이크로소프트Excel (버전 종속)토크 데이터의 데이터 입력 및 처리에 사용
러닝머신모든 상업용 제조업체N/A테스트 전 표준화된 워밍업에 사용
```

참고문헌

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전방 십자인대 재건 후 회복 속도를 토크-속도 관계를 이용한 정량화
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