뇌성마비는 출생 시 인구 1,000 명당 두 세명 꼴로 발병하는 발병빈도가 높은 질환이다. 그리고 뇌성마비는 두뇌 손상 정도에 따라 다양하고 복합적인 자세조절장애와 보행 장애가 나타난다. 신경발달치료, 부분체중지지를 이용한 걷기훈련 및 저항운동을 통한 강화훈련의 전통적인 물리치료가 뇌성마비 환자의 균형과 보행 능력을 증진시키기 위해 폭넓게 사용되었다. 하지만 전통적 물리치료는 치료사들에게 노동집약적이고, 환자들에게는 낙상의 위험이 있으며 뇌 ...
뇌성마비는 출생 시 인구 1,000 명당 두 세명 꼴로 발병하는 발병빈도가 높은 질환이다. 그리고 뇌성마비는 두뇌 손상 정도에 따라 다양하고 복합적인 자세조절장애와 보행 장애가 나타난다. 신경발달치료, 부분체중지지를 이용한 걷기훈련 및 저항운동을 통한 강화훈련의 전통적인 물리치료가 뇌성마비 환자의 균형과 보행 능력을 증진시키기 위해 폭넓게 사용되었다. 하지만 전통적 물리치료는 치료사들에게 노동집약적이고, 환자들에게는 낙상의 위험이 있으며 뇌 가소성을 일으키기에는 반복 훈련의 횟수가 적다는 문제가 있다. 이러한 뇌성마비인에게 나타나는 전통적 물리치료의 이러한 문제를 해결하기 위해, 한 기업이 워크봇(Walkbot) 로봇보행훈련시스템을 최근에 개발하였다. 그러므로 본 연구는 두가지 목적을 가지고 있다. 첫째는 워크봇 로봇보행훈련 그룹과 전통적 물리치료 그룹 간 18회 중재 전후의 뇌성마비의 서기, 걷기 기능, 달리기, 점프, 균형, 보행 속도 및 경직에 대한 효과 비교 이다. 둘째는 워크봇 로봇보행훈련 그룹이 18회의 로봇보행훈련 전후의 뇌파와 근전도로 뇌의 활성 도와 근육의 활성 도를 비교하는 것이다. 20명의 뇌성마비 연구 대상자 (남자 10명, 여자 10명, 평균나이 15.95 ± 1.82 years)가 한국의 한 도시의 병원과 재활센터에서 모집 되었다. 10명의 뇌성마비 대상자는 회당 30분의 로봇보행훈련과 전통적 물리치료를 함께 18회 받았다. 다른 10명의 뇌성마비 대상자는 18회의 전통적 물리치료만 받았다. 실험 결과는 18회의 중재 전과 후 측정되었다. 본 연구의 임상적 결과 측정 도구는 대동작 기능평가도구 88, 수정된 타디우 척도, 아동 균형 척도, 재활 로봇 보행 훈련 및 10미터보행검사가 이다. 신경생리학적 결과로는 대뇌피질 주파수 밴드 파워, 대뇌피질의 활성화된 전극 위치, 뇌전도지도, 보행위상관련 스펙트럴 섭동 및 하지의 근전도가 있다. 통계분석으로 로봇보행훈련 그룹과 전통적 물리치료 그룹 비교는 공분산 분석과 만-휘트니 유 검정이 사용 되었고, 동일한 그룹의 전후 비교는 대응표본 t-검정과 윌콕슨 부호 순위 검정으로 분석 되었다. 전통적물리치료 그룹 내 임상측정도구의 중재 전 후의 효과를 비교한 결과 10미터 보행 검사의 자기보행속도 (self-selected velocity)에서는 유의한 결과가 있었다. 하지만 그 외 다른 임상변수에서는 유의미한 결과가 없었다. 그러나 로봇보행훈련 그룹 그룹내 분석결과에서 중재 전과 비교하여 중재 후에 대동작 기능평가 서기 영역 (GMFM D)과 대동작 기능평가 걷기, 뛰기, 점프 영역 (GMFM E), 아동균형척도 및 10미터 보행검사의 자기보행속도 (self-selected velocity)에서 유의한 결과가 있었다. 수정된 타디우 척도의 근 반응정도와 반응각도, 10미터 보행검사의 빠른보행속도 (fast velocity)에서는 유의한 결과가 없었다. 두 그룹간 비교에서 로봇보행훈련 그룹은 대동작 기능평가도구 걷기, 뛰기, 점프 영역, 아동균형척도, 10미터 보행 검사의 자기보행속도에서 전통적 물리치료그룹보다 향상되었다. 대동작 기능평가도구 서기 영역(GMFM D)은 로봇보행훈련 그룹에서 전통적 물리치료보다 뚜렷한 증가 경향 있었다. 수정된 타디우 척도와 10미터 보행 검사의 빠른 보행속도에서는 두 그룹간 유의한 결과가 없었다. 비록 전전두엽 (Fp1, Fp2), 운동보조영역, 왼쪽 감각 운동 피질(C1, C3), 오른쪽 감각 운동 피질(C2, C4), 체성감각 연합 피질(Cz, CP1, CP2, Pz) 부위에서 로봇보행훈련 그룹의 대뇌 밴드 파워 값이 실험 전후 유의한 차이가 없었으나, Cz 위치에서 저 감마 (γ) 밴드 (25-40㎐) 에서 뚜렷한 감쇄 경향성 확인 되었다. 정성적 변화도 대뇌피질의 보행위상관련 스팩트럴 섭동과 뇌전도 지도에서 나타났다. 로봇보행훈련 그룹에서 근전도 분석결과 왼쪽의 앞정강근의 근활성도가 실험 후에서 실험 전보다 12.8% 유의하게 증가되었다. 하지만, 오른쪽의 앞정강근과 양쪽의 안쪽 장딴지근에서는 통계적으로 유의한 증가가 없었다. 워크봇 로봇보행훈련은 서기와 걷기 뛰기 점프 기능, 균형 및 자기보행속도에서 전통적 물리치료보다 탁월하게 증가되었다. 몇몇 논문들이 로봇보행훈련시 대뇌피질활동에 대하여 연구하였으나, 본 연구는 뇌성마비 대상자에게 새로운 실험방법을 적용하여 대뇌피질과 근육 활성도가 로봇보행훈련이 어떻게 되는지 알아보는 최초의 연구로서 중요한 의미가 있다. 대뇌피질의 활성도는 통계학적으로 유의미하지 않았지만, 보행과 관련된 대뇌피질의 변화가 있었다. 왼쪽 앞정강근도 실험 전보다 더 활성화 되었다. 활성화된 대뇌피질은 뇌 가소성과 동일한 말을 의미하는 것은 아니다. 그리하여 차후 연구로 대뇌피질과 근육의 활성도가 뇌파 상에서 나타나는 것에 대한 더 깊은 해석이 필요하고, 신경생리학적 평가 가 전통적 물리치료에서 측정되어 그룹간 비교하는 것이 요구된다.
뇌성마비는 출생 시 인구 1,000 명당 두 세명 꼴로 발병하는 발병빈도가 높은 질환이다. 그리고 뇌성마비는 두뇌 손상 정도에 따라 다양하고 복합적인 자세조절장애와 보행 장애가 나타난다. 신경발달치료, 부분체중지지를 이용한 걷기훈련 및 저항운동을 통한 강화훈련의 전통적인 물리치료가 뇌성마비 환자의 균형과 보행 능력을 증진시키기 위해 폭넓게 사용되었다. 하지만 전통적 물리치료는 치료사들에게 노동집약적이고, 환자들에게는 낙상의 위험이 있으며 뇌 가소성을 일으키기에는 반복 훈련의 횟수가 적다는 문제가 있다. 이러한 뇌성마비인에게 나타나는 전통적 물리치료의 이러한 문제를 해결하기 위해, 한 기업이 워크봇(Walkbot) 로봇보행훈련시스템을 최근에 개발하였다. 그러므로 본 연구는 두가지 목적을 가지고 있다. 첫째는 워크봇 로봇보행훈련 그룹과 전통적 물리치료 그룹 간 18회 중재 전후의 뇌성마비의 서기, 걷기 기능, 달리기, 점프, 균형, 보행 속도 및 경직에 대한 효과 비교 이다. 둘째는 워크봇 로봇보행훈련 그룹이 18회의 로봇보행훈련 전후의 뇌파와 근전도로 뇌의 활성 도와 근육의 활성 도를 비교하는 것이다. 20명의 뇌성마비 연구 대상자 (남자 10명, 여자 10명, 평균나이 15.95 ± 1.82 years)가 한국의 한 도시의 병원과 재활센터에서 모집 되었다. 10명의 뇌성마비 대상자는 회당 30분의 로봇보행훈련과 전통적 물리치료를 함께 18회 받았다. 다른 10명의 뇌성마비 대상자는 18회의 전통적 물리치료만 받았다. 실험 결과는 18회의 중재 전과 후 측정되었다. 본 연구의 임상적 결과 측정 도구는 대동작 기능평가도구 88, 수정된 타디우 척도, 아동 균형 척도, 재활 로봇 보행 훈련 및 10미터보행검사가 이다. 신경생리학적 결과로는 대뇌피질 주파수 밴드 파워, 대뇌피질의 활성화된 전극 위치, 뇌전도지도, 보행위상관련 스펙트럴 섭동 및 하지의 근전도가 있다. 통계분석으로 로봇보행훈련 그룹과 전통적 물리치료 그룹 비교는 공분산 분석과 만-휘트니 유 검정이 사용 되었고, 동일한 그룹의 전후 비교는 대응표본 t-검정과 윌콕슨 부호 순위 검정으로 분석 되었다. 전통적물리치료 그룹 내 임상측정도구의 중재 전 후의 효과를 비교한 결과 10미터 보행 검사의 자기보행속도 (self-selected velocity)에서는 유의한 결과가 있었다. 하지만 그 외 다른 임상변수에서는 유의미한 결과가 없었다. 그러나 로봇보행훈련 그룹 그룹내 분석결과에서 중재 전과 비교하여 중재 후에 대동작 기능평가 서기 영역 (GMFM D)과 대동작 기능평가 걷기, 뛰기, 점프 영역 (GMFM E), 아동균형척도 및 10미터 보행검사의 자기보행속도 (self-selected velocity)에서 유의한 결과가 있었다. 수정된 타디우 척도의 근 반응정도와 반응각도, 10미터 보행검사의 빠른보행속도 (fast velocity)에서는 유의한 결과가 없었다. 두 그룹간 비교에서 로봇보행훈련 그룹은 대동작 기능평가도구 걷기, 뛰기, 점프 영역, 아동균형척도, 10미터 보행 검사의 자기보행속도에서 전통적 물리치료그룹보다 향상되었다. 대동작 기능평가도구 서기 영역(GMFM D)은 로봇보행훈련 그룹에서 전통적 물리치료보다 뚜렷한 증가 경향 있었다. 수정된 타디우 척도와 10미터 보행 검사의 빠른 보행속도에서는 두 그룹간 유의한 결과가 없었다. 비록 전전두엽 (Fp1, Fp2), 운동보조영역, 왼쪽 감각 운동 피질(C1, C3), 오른쪽 감각 운동 피질(C2, C4), 체성감각 연합 피질(Cz, CP1, CP2, Pz) 부위에서 로봇보행훈련 그룹의 대뇌 밴드 파워 값이 실험 전후 유의한 차이가 없었으나, Cz 위치에서 저 감마 (γ) 밴드 (25-40㎐) 에서 뚜렷한 감쇄 경향성 확인 되었다. 정성적 변화도 대뇌피질의 보행위상관련 스팩트럴 섭동과 뇌전도 지도에서 나타났다. 로봇보행훈련 그룹에서 근전도 분석결과 왼쪽의 앞정강근의 근활성도가 실험 후에서 실험 전보다 12.8% 유의하게 증가되었다. 하지만, 오른쪽의 앞정강근과 양쪽의 안쪽 장딴지근에서는 통계적으로 유의한 증가가 없었다. 워크봇 로봇보행훈련은 서기와 걷기 뛰기 점프 기능, 균형 및 자기보행속도에서 전통적 물리치료보다 탁월하게 증가되었다. 몇몇 논문들이 로봇보행훈련시 대뇌피질활동에 대하여 연구하였으나, 본 연구는 뇌성마비 대상자에게 새로운 실험방법을 적용하여 대뇌피질과 근육 활성도가 로봇보행훈련이 어떻게 되는지 알아보는 최초의 연구로서 중요한 의미가 있다. 대뇌피질의 활성도는 통계학적으로 유의미하지 않았지만, 보행과 관련된 대뇌피질의 변화가 있었다. 왼쪽 앞정강근도 실험 전보다 더 활성화 되었다. 활성화된 대뇌피질은 뇌 가소성과 동일한 말을 의미하는 것은 아니다. 그리하여 차후 연구로 대뇌피질과 근육의 활성도가 뇌파 상에서 나타나는 것에 대한 더 깊은 해석이 필요하고, 신경생리학적 평가 가 전통적 물리치료에서 측정되어 그룹간 비교하는 것이 요구된다.
The prevalence of cerebral palsy (CP) is fairly high, ranging from 2 to 3 per 1000 live births. CP is a heterogeneous mix of disorders with a hallmark symptom of locomotor and postural-control deficits of varying severity due to brain injury. Conventional physical therapy (CPT), including neuro...
The prevalence of cerebral palsy (CP) is fairly high, ranging from 2 to 3 per 1000 live births. CP is a heterogeneous mix of disorders with a hallmark symptom of locomotor and postural-control deficits of varying severity due to brain injury. Conventional physical therapy (CPT), including neurodevelopmental treatment, partial weight support treadmill training, and strength training based on resistance exercises have been used broadly to improve balance and gait function. However, CPT is labor-intensive to therapists, increases the risk of falling, and lacks a sufficient repetition training to induce brain plasticity. To mitigate the inherent problems of CPT, a company recently developed Walkbot robotic-assisted gait training (RAGT) system for individuals with CP. Therefore, the present study has two purposes. The first one is to compare the effects of conventional gait training and Walkbot robot-assisted gait training on standing function, walking, running, jumping function, balance, gait speed, spasticity in patients with CP. The second is to determine the differences of the Walkbot RAGT group’s brain and muscle activation before and after the 18 sessions of intervention via electroencephalography (EEG) and electromyography (EMG). We enrolled twenty children with CP (10 males and 10 females; mean age 15.95 ± 1.82 years) from a city hospital and rehabilitation center in South Korea. Ten children with CP completed 18 sessions (30 minutes per session) of RAGT plus CPT. Another ten individuals with CP underwent only 18 sessions of CPT. Outcome measures were assessed before and after the 18 sessions of each intervention. The clinical outcome instruments used in our study were Gross motor function measure (GMFM)-88, Pediatric balance scale (PBS), 10-meter waking test (10-MWT), and the Modified Tardieu Scale (MTS). Neurophysiological test were EEG frequency band power, activated EEG electrode location and topography, gait event-related spectral perturbations, and EMG on lower extremities. Analysis of covariance and Mann-Whitney U test were used to compare the RAGT and CPT groups and paired t-test, Wilcoxon signed-rank test was used to compare pre-test and post-test performance in each group. The self-selected velocity between pre-test and post-test in the CPT group showed significant change (p 0.05). However, the RAGT group post-test had improved values on GMFM D, GMFM E, PBS, and the self-selected speed on 10-MWT (p 0.05). GMFM E, PBS, and self-selected velocity in 10-MWT in the RAGT group presented better results than the CPT group (p 0.05). Though no significant EEG band power data changes in the RAGT group were observed in the prefrontal area (Fp1, Fp2), supplementary motor area (FC1, FC2), left sensorimotor cortex (C1, C3), right sensorimotor cortex (C2, C4), and somatosensory association cortex (Cz, CP1, CP2, Pz) between the pre-test and post-test (p > 0.05), the low gamma (γ) band (25-40 Hz) on Cz had low tendency to change after the intervention (p = 0.095). However, there was a positive qualitative change shown in the gait cycle event-related spectral perturbation (ERSP) and topography. The EMG analysis in the RAGT group showed a 12.8% increase of the left tibialis anterior muscle activation in comparison with the pre-test (p 0.05) Compared to the CPT group, Therefore, the Walkbot RAGT group was superior in standing and walking performance, balance parameters, and gait speed in self-selected conditions. Several research has been dedicated to the cortical activity during RAGT; however, this study utilized a novel experimental set up to measure the cortico-muscular contribution in RAGT in individual with CP. Though we did not find significant changes in the brain activities in RAGT, several activated brain area related locomotion existed in qualitative research. We did establish increased tibialis anterior muscle activation. It is important to note that the engagement of these activated cortical structures was not exactly equal to providing evidence for neuroplasticity. Further research is necessary to provide an in-depth interpretation of the cortico-muscular activities on the EEG signal and to compare neurophysiological assessment results with the CPT group.
The prevalence of cerebral palsy (CP) is fairly high, ranging from 2 to 3 per 1000 live births. CP is a heterogeneous mix of disorders with a hallmark symptom of locomotor and postural-control deficits of varying severity due to brain injury. Conventional physical therapy (CPT), including neurodevelopmental treatment, partial weight support treadmill training, and strength training based on resistance exercises have been used broadly to improve balance and gait function. However, CPT is labor-intensive to therapists, increases the risk of falling, and lacks a sufficient repetition training to induce brain plasticity. To mitigate the inherent problems of CPT, a company recently developed Walkbot robotic-assisted gait training (RAGT) system for individuals with CP. Therefore, the present study has two purposes. The first one is to compare the effects of conventional gait training and Walkbot robot-assisted gait training on standing function, walking, running, jumping function, balance, gait speed, spasticity in patients with CP. The second is to determine the differences of the Walkbot RAGT group’s brain and muscle activation before and after the 18 sessions of intervention via electroencephalography (EEG) and electromyography (EMG). We enrolled twenty children with CP (10 males and 10 females; mean age 15.95 ± 1.82 years) from a city hospital and rehabilitation center in South Korea. Ten children with CP completed 18 sessions (30 minutes per session) of RAGT plus CPT. Another ten individuals with CP underwent only 18 sessions of CPT. Outcome measures were assessed before and after the 18 sessions of each intervention. The clinical outcome instruments used in our study were Gross motor function measure (GMFM)-88, Pediatric balance scale (PBS), 10-meter waking test (10-MWT), and the Modified Tardieu Scale (MTS). Neurophysiological test were EEG frequency band power, activated EEG electrode location and topography, gait event-related spectral perturbations, and EMG on lower extremities. Analysis of covariance and Mann-Whitney U test were used to compare the RAGT and CPT groups and paired t-test, Wilcoxon signed-rank test was used to compare pre-test and post-test performance in each group. The self-selected velocity between pre-test and post-test in the CPT group showed significant change (p 0.05). However, the RAGT group post-test had improved values on GMFM D, GMFM E, PBS, and the self-selected speed on 10-MWT (p 0.05). GMFM E, PBS, and self-selected velocity in 10-MWT in the RAGT group presented better results than the CPT group (p 0.05). Though no significant EEG band power data changes in the RAGT group were observed in the prefrontal area (Fp1, Fp2), supplementary motor area (FC1, FC2), left sensorimotor cortex (C1, C3), right sensorimotor cortex (C2, C4), and somatosensory association cortex (Cz, CP1, CP2, Pz) between the pre-test and post-test (p > 0.05), the low gamma (γ) band (25-40 Hz) on Cz had low tendency to change after the intervention (p = 0.095). However, there was a positive qualitative change shown in the gait cycle event-related spectral perturbation (ERSP) and topography. The EMG analysis in the RAGT group showed a 12.8% increase of the left tibialis anterior muscle activation in comparison with the pre-test (p 0.05) Compared to the CPT group, Therefore, the Walkbot RAGT group was superior in standing and walking performance, balance parameters, and gait speed in self-selected conditions. Several research has been dedicated to the cortical activity during RAGT; however, this study utilized a novel experimental set up to measure the cortico-muscular contribution in RAGT in individual with CP. Though we did not find significant changes in the brain activities in RAGT, several activated brain area related locomotion existed in qualitative research. We did establish increased tibialis anterior muscle activation. It is important to note that the engagement of these activated cortical structures was not exactly equal to providing evidence for neuroplasticity. Further research is necessary to provide an in-depth interpretation of the cortico-muscular activities on the EEG signal and to compare neurophysiological assessment results with the CPT group.
주제어
#근전도 뇌성마비 뇌전도 뇌전도 지도 대뇌피질 밴드 파워 대동작 기능평가도구 로봇보행훈련 보행위상관련 스펙트럴 섭동 아동 균형 척도 10미터 보행검사 Cerebral palsy Electroencephalography EEG frequency band power Gait cycle event-related spectral perturbations Gross motor function measure-88 Pediatric balance scale Robot-assisted gait training Topography 10-minute walking test
학위논문 정보
저자
황종석
학위수여기관
Graduate School, Yonsei University
학위구분
국내박사
학과
Department of Physical Therapy
지도교수
Sunghyun You
발행연도
2020
총페이지
viii, 78장
키워드
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