척수 손상 장애인 대상 장애인용 풀링 케이블 운동기구의 사용성 평가: 개선점 도출을 중심으로

Ⅰ. 서 론

척수손상의 발생빈도는 전 세계적으로 인구 100만 명당 약 12~54명으로, 매년 미국의 경우 17,810명, 국내는 약 2,000~2,500명이 발생하는 것으로 추정되며, 매년 그 수가 증가하고 있다(Chen 등, 1997; Fitzharris 등, 2014; Shingu 등, 1992; White 등, 2020; Shin, 2020). 척수손상 장애인들은 ADL 향상 및 2차 합병증 예방, 정신건강, 사회활동 참여, 삶의 질 향상을 위해 근력/근지구력 운동이 필수적이며, 심폐 건강을 위해 최소 일주일에 세 번 30분 동안 중등도에서 격렬한 유산소 운동이 필요하다고 제안한다(Hicks 등, 2011; Haisma, 2006; Hicks 등, 2003; Ginis 등, 2012; Pebdani 등, 2022; Anneken 등, 2010; Ditor 등, 2003; Noreau & Shephard, 1995; Martin 등, 2018). 휠체어 사용자의 근력과 지구력은 일상 활동 참여와 연관 있다고 하였으며, 이러한 의미 있는 활동 참여는 사람들과의 연결을 촉진하고 역량과 기술을 구축하며 전반적인 건강과 웰빙을 향상시키기 때문에 척수손상 장애인에게 필수적이라 하였다(Hammill 등, 2017).

이러한 운동의 이점에도 불구하고 척수손상 장애인은 일반적으로 신체활동이 훨씬 적고 체력이 낮은 경향이 있으며, 사회활동 참여율이 낮고, 비장애인보다 더 큰 수준의 고통과 삶의 질을 경험한다(Jörgensen 등, 2017; Roberton 등, 2011; Ginis 등, 2010; Labbé 등, 2019; Stumbo 등, 2011; Barclay 등, 2015; Szeliga 등, 2022; Post & van Leeuwen, 2012). 접근하기 어려운 시설과 운동기구, 제한된 전문인력 지원은 척수손상 장애인의 운동 참여에 가장 큰 장벽으로 알려져 있다(Martin 등, 2018; Dolbow & Figoni, 2015; Kehn & Kroll, 2009; Learmonth 등, 2015; Scelza 등, 2005).

척수손상 장애인이 운동 시 고려해야 할 중요한 요소는 어깨 통증을 더 이상 악화시키지 않는 것이다(Ballinger 등, 2000; Wilbanks 등, 2016). 척수손상 장애인은 일상생활 동작에서 휠체어 페달링과 자리 이동(transfer)을 위한 가슴 및 전방 어깨 근육에 크게 의존하므로, 앞-뒤 근력의 불균형으로 인한 안쪽 회전(internal rotation)이 발생하게 되며 이는 어깨 통증의 직접적인 원인으로 여겨진다(Yang 등, 2009; 정경만, 2022; 고은경, 2023). 때문에, 상지 운동은 어깨 후방 근육(예, scapular retraction, shoulder external rotation, shoulder adduction muscle)에 초점을 맞춘 운동이 효과적인 것으로 알려져 있다(Liampas 등, 2021, Troy 등, 2015; Curtis 등, 1999; 정진규, 2022; 인태성, 2023).

척수손상 장애인의 운동을 위해 상지 에르고미터(arm crank ergometer, ACE), 로잉(rowing) 머신, 케이블(cable) 운동기구 등 목적에 따라 다양한 형태의 운동기구들이 개발되어왔다. 상지 에르고미터는 상지를 주로 사용하는 척수손상 장애인에게 효과적인 근력 및 지구력 향상을 제공하지만, 휠체어 추진력에 필요한 상지의 앞쪽 근육에 초점 되어 있으며, 수동 휠체어를 사용하는 척수손상 장애인의 어깨 통증과 안쪽회전, 전방 머리 자세 및 후만을 악화시킬 수 있는 것으로 알려져 있다(Pelletier, 2014; Faupin 등, 2010; Litzenberger 등, 2016; Quittmann 등, 2018). 로잉 머신의 경우 체육 시설에서 흔히 볼 수 있으며, 효과적으로 어깨 후면의 바깥 회전근을 강화할 수 있으나, 척수손상 장애인이 좌석으로 자리 이동(transfer)이 어렵고, 좌석에 앉은 자세에서 몸통의 바른 자세를 유지하기 힘들다는 단점이 있다(Nawoczenski 등, 2006; Lamont, 2011). 하지만, 케이블 운동기구는 휠체어를 탑승한 채 진입하여 운동 할 수 있어 자리 이동 동작이 필요치 않으며, 풀리의 높이 조절을 통해 다양한 어깨 후면 근육의 근력을 집중 강화시키는데 효과적이다.

휠체어 사용자의 장애 유형에 따른 다양한 수준의 신체 기능을 고려할 때, 일반적인 비장애인용 운동기구 사용은 제한되며, 장애인과 비장애인이 함께 사용할 수 있는 유니버설 디자인의 적용 및 자세를 보조할 수 있는 보조장치가 필요하다고 하였다(Rimmer 등, 2017; van den Akker, 2020). 특히, 척수손상 장애인에게 보조장치는 골반과 몸통의 바른 자세와 조절에 도움을 주며, 목과 허리의 통증을 줄이고, 양손의 활용을 높이며, 호흡의 개선에도 영향을 주는 것으로 알려져 있다(Caneiro 등, 2010; Schüldt 등, 1986; Triolo 등, 2009; Sinderby 등, 1992).

최근 운동기구를 활용한 운동 시 골반과 몸통의 바른 자세를 돕는 보조장치 개발이 활발히 이루어지고 있다. 국외를 예를 들면, 척수손상 환자들의 Rowing 운동 시 골반과 몸통 지지를 위한 보조장치가 접목된 aROW (adaptive rowing machine), 스키 추진 동작과 유사한 움직임을 통해 앉은 자세에서 효과적으로 후방 근육 운동이 가능한 aSKI (adaptive ski machine)가 개발되었으며(Sawatzky 등, 2022; Wong 등, 2022; SPINAL CORD INJURY BC 2021), 국내에서는 케이블 운동기구에 장애인들의 골반과 몸통을 안정적으로 지지하기 위해 전방에 가슴과 골반의 지지대가 포함된 운동기구인 RX-Anterior가 개발되었다(임정수, 2019).

사용성은 특정 의도된 맥락 내에서 제품의 효율성, 유효성 및 만족도에 대한 사용자의 인식 조합으로 정의되며, 새로운 기술의 활용을 촉진하는데 중요하다고 하였다(Sauro & Lewis, 2016; Wong, 2022). 현재까지 국내·외 개발된 운동기구와 보조장치는 기구의 형태와 조작부, 구동부 방식 등이 다양하게 디자인되어 각기 다른 사용성을 가지고 있으며, 각각의 기구에 맞는 시나리오 설정과 효율성, 유효성 및 만족도 등의 지표를 활용한 사용성 연구가 필요하다.

따라서, 본 연구에서는 장애인용 풀링 케이블 운동기구의 사용성 평가를 통해 운동기구와 보조장치의 개선점을 도출하고자 하며, 향후 보조장치 개발에 참고자료로 활용되어 척수손상 장애인들이 운동기구 활용에 도움을 주고자 한다.

Ⅱ. 연구방법

2. 풀링 케이블 운동기구 및 보조장치

풀링 케이블 운동기구는 시판중인 RX-101 (JW Global, Korea) 운동기구이며, 보조장치는 이와 결합된 골반 및 몸통의 지지대이다. 본 운동기구는 척수손상 장애인이 휠체어를 탄 상태에서 진입할 수 있도록 고안되었다[그림 1]. 특징으로는 휠체어를 타고 활동하는 장애인을 고려하여 높이가 낮으며, 근력운동 시 보다 세밀한 부하를 조절할 수 있도록 무게판(weight stack)의 경우 500g씩 조절이 가능하도록 설계되었다. 풀리 손잡이의 경우 좌-우 양쪽 기둥(column) 높이에 5cm 간격으로 파여진 홀과 고정핀을 통해 높이를 조절할 수 있으며, 기구 전방에 골반 및 가슴을 지지할 수 있는 2개의 지지대로 구성되어 있다.

보조장치는 전방에 연결된 철제 프레임에 연결되어 사용자의 상지 운동 시 허벅지 및 골반과 가슴을 안정되게 고정하는 역할을 한다. 골반 지지대의 경우 롤러 형태의 쿠션으로 허벅지 및 골반을 위에서 고정 후에도 쉽게 뒤로 빠져나갈 수 있는 구조로 되어 있으며, 가슴 지지대의 경우 탄력이 있는 밴드로 되어있어 운동 시 사용자의 몸통을 효과적으로 지지하도록 설계되었다[Figure 1].

Figure 1.

Weight pulley exercise machine with assistance device

3. 연구절차

연구절차는 예비사용성 평가 준비, 예비 사용성 평가(비장애인 대상) 및 시나리오/지표 검증/수정, 사용성 평가(척수손상 장애인 대상), 평가 결과 분석 순으로 진행하였다[Figure 2]. 본 연구를 시작하기 전에 모든 연구자들은 Helsinki 선언에 입각하여 연구절차를 이행하였으며, 기관생명윤리위원회 심의 (NRC-2021-06-048, NRC-2022-04-032)을 받고 진행하였다.

Figure 2.

Study procedure

본 사용성 평가에 앞서 시나리오 및 평가 지표 검증을 위해 20세부터 59세까지 비장애인 성인 남녀 5명을 대상으로 예비 사용성 평가(Preliminary usability test)를 수행하였다[Table 1]. 예비 사용성 평가를 통해 사용성 평가(summative usability test) 시나리오 및 평가 지표를 검증하였다[Figure 2].

Table 1.

Achievement of task performance and time

예비 사용성 평가 시나리오는 사용성 평가 목적 및 동의서 획득을 위한 오리엔테이션과 제품 설명, 과제 수행, 인터뷰의 순서로 진행된다. 과제 수행의 경우 총 9가지 세부 과제(입장과 퇴장, 손잡이 및 지지부, 무게추 조작, 예비운동 및 본 운동)로 구성되었으며, 이후 인터뷰를 통해 안전성 및 시스템 사용성 평가 설문을 수행하도록 구성하였다[Table 1].

Figure 3.

Usability test scenarios

3.1.1. 사용법 숙지 시간

사용설명서를 읽고 제품의 착용 및 조작에 대한 전반적인 이해를 하는데 소요되는 시간을 초시계로 측정하였다.

3.1.2. 과제 성공 또는 실패 여부

장애인용 풀링 케이블 운동기구 및 보조장치 사용성 평가 관련 세부 과제마다의 성공 또는 실패 여부에 대한 점수를 표기하였다(Lee 등, 2017)[Table 2].

Table 2.

Achievement of task performance (success or failure)

3.1.3. 과제별 수행시간

기존 장애인용 운동기구 사용성 평가 관련 9개 과제를 수행하는데 소요되는 시간을 초시계로 측정하였다.

3.1.4. 안전성

안전성 관련 평가는 '고령친화제품 사용성 평가 지표 개발 연구'의 안전성 지표를 참고하였다(전성철 등, 2019). Q1부터 Q7까지 총 7개의 문항으로 되어있으며, 5점 리쿼트 척도를 사용 하였다[Table 3].

Table 3.

Safety evaluation

3.1.5. 시스템 사용성 척도(System Usability Scale, SUS)

SUS는 다양한 제품 또는 서비스의 사용성을 평가하는 빠르고 효과적인 방법을 제공하며, 허용 가능한 수준의 타당도와 민감도를 가지고 있으며, 내적 일치도는 0.9이상이다(Brooke, 2013). 문항은 총10개이며, 5점 척도로 구성되어 있다(1점 = 전혀 동의할 수 없음, 5점 = 매우 동의함). 홀수 문항은 긍정적인 질문이고 짝수 문항은 부정적인 질문으로 홀수 문항은 점수가 높을수록, 짝수 문항은 점수가 낮을수록 사용성이 좋은 시스템을 의미한다(Brooke, 2013)[표 3]. 결과값은 각 항목마다 2.5 곱하여 최종 0점(매우 나쁜 사용성)에서 100점(훌륭한 사용성)사이의 백분위 점수로 환산하였으며 등급(grade)과 허용수준(acceptable), 권장사항(adjective)에 따라 분류하였다(Sauro, 2011; Kim 등, 2022)[Figure 4][Table 4].

Figure 4.

System usability scale scores and standards

Table 4

System usability scale score classification

2.2. 사용성 평가

하반신 마비 장애인 5명을 대상으로 예비 사용성 평가를 바탕으로 보완된 시나리오를 이용한 사용성 평가를 시행하였다. 평가 시나리오에 따라 실험에 대한 설명 및 동의서 획득 이후 제품 설명, 제품 둘러보기 및 과제 수행 동안 사용법 숙지 시간 및 과제의 성공 실패 및 수행시간을 측정하였다[Figure 2]. 이후 안전성 및 SUS 평가를 수행하고, 보조장치에 대한 전반적으로 느낀 점에 대한 인터뷰를 진행하였다.

2.3. 자료분석

모든 자료는 SPSS 21.0 소프트웨어를 사용하여 분석하였다. 피험자의 일반적 특성 및 수행시간, 안전성 평가, SUS는 평균과 표준편차를 구하였고, 성공/실패 여부는 빈도를 산출하였다.

Ⅲ. 결 과

2. 과제 수행시간 및 성공/실패 여부 결과

과제 수행시간의 경우 풀리 높이 조절, 가슴/골반 지지대 조절, 무게조절에서 편차가 가장 컸으며(11.64 ~25.44초), 풀리 높이조절, 골반지지대 조절에서 1명의 실패가 있었다[Table 5].

Table 5.

Achievement of task performance and time

3. 안전성 평가 결과

안전성 평가 결과 Q1의 ‘운동 시 초기 위치에서 떨어지지 않고 잘 고정되어 있는가?’와 Q2의 ‘자세를 유지하기에 충분히 견고한가?’, Q4의 ‘상지 운동을 하는 동안 바른자세 유지를 도와주는가?’, Q5의 ‘운동 중 몸통을 안정적으로 지지하는가?’ 항목의 경우 모두 동일하게 평균 4.40 ± 0.55점을 나타냈으며, Q7의 ‘벨트의 경우 찝힘이나 압박에 안전한가?’ 항목은 평균 3.80 ± 1.10 점을 나타냈다. 총 7개 항목 중에서 Q3의 ‘기구를 착용할 때 사용자의 손이나 팔, 손가락 등이 끼이거나 압박되지 않는가?’ 항목은 평균 3.00 ± 1.00점 이었으며, Q6의 ‘장시간 사용 시 피부 접촉부에 손상이 있지 않는가?(제품 마감이나 벨크로 등에 의한 긁힘, 찟어짐, 마찰 등)’ 항목은 평균 3.00 ± 0.71점으로 나머지 5개 항목의 점수(평균 3.80점 ~ 4.40점) 보다 낮은 점수를 나타냈다[Table 6].

Table 6.

Safety evaluation and SUS results

4. 시스템 사용성 척도 평가 결과

시스템 사용성 평가 결과는 그림 4와 같다. 전체 항목에 대한 점수는 평균 64.5점으로 허용 수준에서 '거의 허용 가능'에 해당되었다[Table 7].

Table 7

System usability scale score classification

Ⅳ. 논 의

본 연구에서는 장애인용 풀링 케이블 운동기구의 예비 사용성 평가를 통해 장애인용 운동기구의 개선점을 도출하고자 하였다. 과제 수행 시간의 경우 대상자간 편차가 가장 심한 과제는 1)골반 지지대 조절(25.44초), 2) 무게 변경(17.15초), 그리고 3)가슴 지지대 조절(15.95초) 순이었다.

풀리나 지지대의 위치 조절의 경우 힘이 약한 여성 그리고 상대적으로 상위 레벨의 손상(T9)의 피험자에게서 두드러지게 나타났으며, 지지대가 무겁고 조작부가 뻑뻑하여 많은 시간이 소요되었다(풀리 손잡이 조절:40초, 가슴 지지대 조절: 38.5초). 이는 수행 과제의 성공·실패 여부에도 같은 원인으로 확인되었다. 풀리 높이 조절의 경우 하지와 몸통의 마비가 있는 척수손상 장애인의 경우 양팔을 동시에 사용해서 조작하는 것은 불가능하며, 반드시 한쪽 팔은 운동기구 등을 지지한 상태에서 조작한다는 점을 볼 때, 양손이 아닌 한 손으로 위치를 조절하는 설계가 필요하다. 또한 지지대 자체 하중에 의해 조작 시 갑작스럽게 떨어져 패드가 아닌 금속 부분이 신체에 충격을 주어 외상 위험이 존재하였다. 가벼운 지지대와 조작 레버의 장력 및 마찰력 감소, 편리한 스트랩 고정방법이 필요하며, 기타 손이 닿지 않는 손잡이의 경우 조작을 통해 줄을 당겨주어 손잡이가 몸 가깝게 위치할 수 있는 구조적인 설계 개선이 필요하다.

안전성 평가에서 낮은 점수를 받은 Q3 번과 Q6 번은 모두 신체 끼임 및 압박과 관련된 요소로[표 2] 지지대와 몸통 고정 스트랩이 운동 시 몸통의 안정성은 높였으나, 압박과 끼임에 대한 위해 요소를 함께 증가시킨 것으로 보인다. 향후 운동 보조장치는 직접적으로 신체를 지지하거나 압박하는 형태가 아닌 자세 정보를 제공하거나 바이오피드백(biofeedback) 등으로 보조하는 것으로의 보조장치의 관점 전환이 필요할 것으로 보인다.

시스템 사용성 평가 척도 결과는 64.5점으로 거의 허용가능(nearly acceptable) 수준이나, 등급은 C 등급으로 사용성이 낮은 것으로 나타났다. 이는 Usability.gov에서의 사용성 평가 점수의 평균 점수인 68점을 기준으로 3.5점 낮은 백분위수(percentile) 40에 해당된다(https://measuringu.com/interpret-sus-score/). 기존 Wong 등(2022)의 연구에서 로잉 머신의 보조장치 시스템 사용성 결과인 83.21점과 비교 시 낮은 결과를 나타냈다. 이는 선행 연구 피험자의 손상 수준(8명의 흉추레벨, 2명의 요추레벨, 2명의 경추레벨 척수손상, 1명의 다발성경화증, 1명의 이분척수증)과 본 연구의 피험자의 손상 수준(척수손상 흉추 1번 이하 운동 완전 손상)과 남녀 성비의 차이(선행 연구 14명 중 3명이 여성, 본 연구 5명 중 2명이 여성)로 보인다. 여성은 상대적으로 남성 보다 보조장치를 조작하는데 많은 시간이 소요되고, 2명 중 1명이 핸들 높이 조절과 골반 지지부 조작에서 실패하였으며, 이러한 결과는 사용성에서 낮은 점수와 관련이 있는것으로 보인다. 또한 선행 연구의 보조장치는 골반 지지대 1개의 조작부로 구성되어 있으나, 본 연구에서의 보조장치는 손잡이, 가슴지지대, 골반지지대, 가슴스트랩, 무게추 등 조작부가 5개로 선행연구와 비교 시 5배 많은 조작 과제들로 되어있어 보다 복잡하고 많은 도움을 필요로했기 때문에 낮은 점수가 나온 것으로 보인다. 이는 전문가의 도움이 필요하다는 Q4번 항복의 낮은 점수와 관련있는 것으로 보인다.

시스템 사용성 척도 평가 결과 장애인용 풀링 케이블 운동기구는 기술자(전문가)의 도움이 필요하며(Q4번 항목, 3점), 만족스럽지 못하고 어렵다는 결과를 바탕으로 여전히 사용 편의성 및 자립의 측면에서 개선되어야 할 부분이 있음을 시사한다.

본 연구의 제한점은 보다 많은 수의 다양한 손상레벨에서의 피험자를 대상으로 하지 못하였으며, 향후 본 연구 결과를 바탕으로 개선된 보조장치 개발이 필요하며, 개선된 보조장치의 사용성 비교와 척수손상 장애인이 보조장치를 사용하여 운동 시 안정된 자세유지와 이를 통한 운동 효율 향상에 대한 유효성 검증 연구가 더 필요할 것이다.

Ⅴ. 결 론

본 사용성 평가를 통해 장애인용 풀링 케이블 운동기구 및 보조장치는 조작 및 편의성의 개선이 필요하며, 보조장치는 장애인의 바른자세 운동에 도움을 주는 신체 비 속박 형태의 자세정보제공 (바이오피드백)의 적용이 필요할 것이다.

Acknowledgments

본 연구는 보건복지부 지능형 재활운동체육 중개연구사업(#TRSRE-IN11)의 지원으로 쓰인 것임.

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