약물이 보행 패턴에 미치는 영향 분석: 회전각 및 Jerk 기반 비교

1. 프로젝트 개요

이번 분석에서는 약물 투여 여부에 따른 보행 패턴 차이를 분석했다.
18명의 피험자가 직선 보행 후 회전할 때 신체 부위별 회전각을 측정했으며, 이를 통해 실험군(약물 투여)과 대조군(비투여)의 차이를 비교했다.

2. 데이터 및 변수 정의

실험 데이터 구성

• 피험자 그룹
  • 실험군 (13명): 약물 투여 피험자
  • 대조군 (5명): 약물 비투여 피험자
• 측정 부위 (총 12개)
  • 골반(Pelvis), 엉덩이(Hip), 무릎(Knee), 발목(Ankle), 상체(Trunk), 머리/목(Head/Neck), 어깨(Shoulder), 팔꿈치(Elbow)
  • 모든 부위에서 x, y, z 축 회전각(Rotation Angle) 데이터 수집

주요 분석 변수

각 부위의 움직임을 정량화하기 위해 여러 지표를 사용했다.

 

RMS (Root Mean Square)	변동성 측정	특정 부위가 얼마나 회전하는지 확인
Jerk RMS	가속도 변화율 (동작 부드러움)	값이 클수록 급작스러운 움직임을 의미
Jerk Ratio	Jerk의 최대값 / 평균값	급격한 움직임 여부 측정
CoA (Coefficient of Attenuation)	이동 감쇠 정도	피로도 및 이동 품질 분석
Auto Symmetry	좌/우 회전각 차이	움직임의 대칭성 평가
Stride Autocorrelation	보행 규칙성	규칙적인 패턴인지 확인

 

 

3. 실험군 vs 대조군 비교 분석

통계 분석 결과

• 총 291개 변수 중 75개에서 실험군과 대조군 간 유의미한 차이 발견
• p-value가 가장 낮은 주요 변수:
  • mean_change_Trunk_Rz (상체 z축 회전각 평균 변화량)
  • jerk_rms_Left_Ankle_Rz (왼쪽 발목 z축 Jerk RMS)
  • jerk_ratio_Trunk_Rx (상체 x축 Jerk Ratio)
  • coa_Trunk (상체 CoA)

특히 Jerk RMS 관련 변수가 실험군과 대조군 간 차이를 가장 잘 설명하는 것으로 나타났다. 예를 들어, 아래 그림은 대조군(빨간색)과 실험군(파란색)의 왼쪽 발목에 대해 jerk를 시각화한 결과이다. 

 

 

• 대조군 (비투여): Jerk RMS 값이 작고 변동성이 큼 → 불규칙한 움직임
• 실험군 (투여): Jerk RMS 값이 크고 변동성이 작음 → 더 부드러운 움직임

4. 회전 순서 분석

각 피험자가 회전 동작을 수행할 때 신체 부위별 움직이는 시점을 분석했다.
(Jerk의 magnitude가 최대가 되는 시점을 기준으로 회전 발생 시간 계산)

회전 순서 차이

• 실험군(투여): 대부분 신체 부위가 초기에 빠르게 움직임
• 대조군(비투여): 신체 부위 움직임이 불규칙하고 지연됨
• 특히 팔과 어깨의 회전 순서 차이가 큼

 

5. 연구 결과 요약

1. 실험군(약물 투여)의 보행이 더 규칙적이고 부드러운 패턴을 보임
2. 대조군(비투여)은 움직임이 더 불규칙하고 급격한 변화가 많음
3. Jerk RMS 및 회전 순서 분석을 통해 보행 패턴 차이를 명확히 확인

 

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