[논문]무릎 관절 추적 과제에 따른 편마비 환자의 운동조절 비교

정이정; 조상현; 전혜선

문제 정의

본 연구는 뇌졸중 환자의 보행을 목표로 하는 하지의 협응력(coordination)과 조절능력의 평가와 훈련 효과를 알아보기 위한 기초자료 연구로서, 뇌졸중 환자와 정상인의 무릎 관절에서 무작위적인 추적 과제를 통해 수행의 정확도 지수를 비교하고자 한다. 따라서 본 연구에서는 뇌졸중 환자와 정상인 간에 운동 조절 능력의 차이가 나타날 것이며, 일정한 파형의 추적 과제처럼 무작위적인 추적 과제도 정확도를 측정할 수 평가도구로 활용됨을 제시할 것이다.
본 연구는 만성 편마비 환자들과 정상인들에서 무작위적인 파형의 추적 과제를 통해 무릎 관절에서의 정확도 지수(AI)를 비교하고자 하였다. 이런 차이점에 대한 분석은 무릎 관절에서 뇌졸중 환자와 정상인들의 운동 조절 능력의 차이를 측정할 수 있고, 추적 훈련을 통한 효과를 설명할 수 있는 평가 지표가 될 수 있을 것이다(권용현 등, 2005; Carey 등, 2004).
이것은 복잡하고 다양한 난이도를 제시함으로써 환자 스스로의 시공간적 정보의 처리 능력의 개선을 중요시한다. 본 연구에서는 무작위적인 파형의 추적 과제를 시행하여 검사하였다. 운동학습 효과와 관련하여 새로운 과제를 수행할 수 있는 능력은 변하지 않는 일정한 조건에서의 훈련보다는 다양한 조건에서의 훈련에서 오차가 적게 나타났다(McCracken과 Stelmach, 1977).

제안 방법

실험 전 대상자들에게 실험의 절차에 대해 자세히 설명하고, 연습을 수행한 후 평가하였다. 각각 1분 동안 측정하였으며 사이에 30초의 휴식시간을 두면서 3회 반복 측정하여 평균값을 구하였다.
4 ㎐에서 무작위적으로 변하도록 프로그램을 설정하여 추적과제를 실시하였으며, 양 발의 넓이가 20 ㎝의 일정한 지점에 발의 위치를 설정한 후 한쪽 다리를 가로 세로 높이 30 ㎝인 계단식 발판위에 올려놓은 상태로 체중지지 한 후 추적과제를 수행하였다. 검사 동안 대상자는 컴퓨터 화면으로부터 100 ㎝ 후방에 130 ㎝ 높이의 지지대에 양손을 가볍게 올려놓고 곧게 선 다음 검사를 실시하였다(그림 1). 실험 전 대상자들에게 실험의 절차에 대해 자세히 설명하고, 연습을 수행한 후 평가하였다.
전기측각기는 무릎이 90˚ 로 굴곡된 상태를 90˚로 설정하였으며, 곧게 선 자세를 0˚로 정하여 영점조정(calibration)을 하였다. 먼저 연구자가 시범을 보이고, 대상자가 준거 사인파을 정확하게 수행하도록 대상자에게 무릎관절의 수동운동을 시켜준 다음, 스스로 3회 연습하도록 하였다.
무릎의 추적 훈련 동안 관절 각도 변화를 측정하기 위해 전기측각기를 사용하였으며, 이것은 두개의 단단한 팔이 용수철로 연결된 전기분압기(electrical potentiometer)구성되었다.
검사 동안 대상자는 컴퓨터 화면으로부터 100 ㎝ 후방에 130 ㎝ 높이의 지지대에 양손을 가볍게 올려놓고 곧게 선 다음 검사를 실시하였다(그림 1). 실험 전 대상자들에게 실험의 절차에 대해 자세히 설명하고, 연습을 수행한 후 평가하였다. 각각 1분 동안 측정하였으며 사이에 30초의 휴식시간을 두면서 3회 반복 측정하여 평균값을 구하였다.
이 장비에서 나오는 아날로그 신호는 MP150 시스템¹⁾ 으로 보내져 디지털 신호로 전환된 다음 개인용 컴퓨터에서 Acqknowledge 소프트웨어를 이용하여 필터링과 기타처리를 하였다. 각도 신호의 표본 추출율(sampling rate)은 40 ㎐ 이고 1.
전기측각기는 회전축을 슬개골의 정중선, 고정팔(stationary arm)은 외측과에서 대전자(greater trochanter)를 잇는 선 위에 평행하게 슬개골 중앙선을 따라 대퇴부 위에 놓고, 이동팔(moving arm)은 경골 능선(tibia crest)을 따라 놓았다. 전기측각기는 무릎이 90˚ 로 굴곡된 상태를 90˚로 설정하였으며, 곧게 선 자세를 0˚로 정하여 영점조정(calibration)을 하였다. 먼저 연구자가 시범을 보이고, 대상자가 준거 사인파을 정확하게 수행하도록 대상자에게 무릎관절의 수동운동을 시켜준 다음, 스스로 3회 연습하도록 하였다.
전기측각기를 이용하여 편마비 환자의 건측과 환측 및 정상인의 좌우 무릎 관절에서 각각 추적과제를 실시하였다. 전기측각기는 회전축을 슬개골의 정중선, 고정팔(stationary arm)은 외측과에서 대전자(greater trochanter)를 잇는 선 위에 평행하게 슬개골 중앙선을 따라 대퇴부 위에 놓고, 이동팔(moving arm)은 경골 능선(tibia crest)을 따라 놓았다. 전기측각기는 무릎이 90˚ 로 굴곡된 상태를 90˚로 설정하였으며, 곧게 선 자세를 0˚로 정하여 영점조정(calibration)을 하였다.
전기측각기를 이용하여 편마비 환자의 건측과 환측 및 정상인의 좌우 무릎 관절에서 각각 추적과제를 실시하였다. 전기측각기는 회전축을 슬개골의 정중선, 고정팔(stationary arm)은 외측과에서 대전자(greater trochanter)를 잇는 선 위에 평행하게 슬개골 중앙선을 따라 대퇴부 위에 놓고, 이동팔(moving arm)은 경골 능선(tibia crest)을 따라 놓았다.
환자군의 무릎관절에서 환측과 건측의 수행한 추적과제의 정확도와 정상군의 수행결과를 비교하였다(그림 3). 정상군은 좌․우의 정확도 지수가 유의한 차이가 없었기 때문에 정상측은 좌․우 평균값을 사용하였다. 환자군의 추적과제 정확도 지수는 환측이 -32.
준거 사인파는 0～40°로 슬관절의 굴곡과 신전 각도가 일정하고, 속도는 .2～.4 ㎐에서 무작위적으로 변하도록 프로그램을 설정하여 추적과제를 실시하였으며, 양 발의 넓이가 20 ㎝의 일정한 지점에 발의 위치를 설정한 후 한쪽 다리를 가로 세로 높이 30 ㎝인 계단식 발판위에 올려놓은 상태로 체중지지 한 후 추적과제를 수행하였다. 검사 동안 대상자는 컴퓨터 화면으로부터 100 ㎝ 후방에 130 ㎝ 높이의 지지대에 양손을 가볍게 올려놓고 곧게 선 다음 검사를 실시하였다(그림 1).
추적과제의 수행은 준거 사인파와 대상자의 굴곡 신전의 정확도 지수(accuracy index: AI)를 구하여 운동 조절 능력을 정량화 하였다(그림 2). 정확도 지수는 대상자들의 움직임의 범위로 정규화 하여 준거 사인파와 대상자가 수행한 각도간의 정확성을 수식으로 정리하여 사용한 방법으로 공식은 다음과 같다(Carey 등, 2002a; Carey 등, 1998).
환자군의 무릎관절에서 환측과 건측의 수행한 추적과제의 정확도와 정상군의 수행결과를 비교하였다(그림 3). 정상군은 좌․우의 정확도 지수가 유의한 차이가 없었기 때문에 정상측은 좌․우 평균값을 사용하였다.

대상 데이터

본 연구는 뇌졸중으로 인한 편마비 환자들로 원주기독병원 재활의학과에서 치료를 받고 있는 6명(남 4명, 여 2명)을 대상으로 실시하였으며, 정상인은 6명(남 4명, 여 2명)을 대상으로 실시하였다.

데이터처리

추적 과제를 통한 집단간 정확도의 차이는 비모수만휘트니 U 검정(Mann-Whitney U test)을 통해 검정하였으며, 집단내 환측과 건측의 차이는 비모수 윌콕슨 순위검정(Wilcoxon matched pairs signed ranks test)을 실시하였다. 분석 시 유의수준 α는 .

성능/효과

본 연구는 오차 감지의 반복적인 훈련과 운동 수행 시스템들을 강화시키기 위해 개선된 무작위적 추적 과제가 만성 편마비 환자와 정상인의 무릎에서 환측과 건측 및 정상측의 정확도에 각각 차이가 있음을 확인 할 수 있었다. 무릎 관절에서 추적 과제시 준거 사인파형과 수행한 정확도 지수는 환자의 건측과 정상측이 환자의 환측보다 크게 나타났으며(p<.05), 정상측이 환자의 건측 보다 정확도 지수가 크게 나타났다(p<.05). 뇌졸중 환자의 환측 및 건측의 무릎 관절에서 운동조절 능력을 증가시키기 위한 훈련이 필요하며, 효율적인 운동을 적용하기 위해서는 복잡성과 난이도가 높은 추적 훈련을 개발하여 운동계획과 운동학습에 효과적인 훈련 방법을 제시하는 것이 필요하겠다.
본 연구는 오차 감지의 반복적인 훈련과 운동 수행 시스템들을 강화시키기 위해 개선된 무작위적 추적 과제가 만성 편마비 환자와 정상인의 무릎에서 환측과 건측 및 정상측의 정확도에 각각 차이가 있음을 확인 할 수 있었다. 무릎 관절에서 추적 과제시 준거 사인파형과 수행한 정확도 지수는 환자의 건측과 정상측이 환자의 환측보다 크게 나타났으며(p<.
Carey 등 (1998)은 뇌졸중 환자의 건측과 정상인의 손가락을 움직임과 같은 방향의 조건과 수평방향의 두 조건에서 각각 추적 과제를 수행하여 정확도를 비교한 결과, 움직임과 같은 방향의 조건에서 과제를 수행했을 때 정상측이 건측보다 유의하게 정확도 지수가 크게 나타났다고 제시하였다. 본 연구에서도 선행연구들의 결과처럼 정상측이 편마비 환자들의 환측과 건측 보다 정확도 지수가 유의하게 크게 나타났다. 이것은 운동중추기능(central executive function)들의 손상으로 인해 운동계획(motor plan)들을 선택하고 프로그래밍을 하는 정보처리 능력이 손실되었기 때문이다(Carey 등, 2002a).
정상군은 좌․우의 정확도 지수가 유의한 차이가 없었기 때문에 정상측은 좌․우 평균값을 사용하였다. 환자군의 추적과제 정확도 지수는 환측이 -32.1%, 건측이 -25.8%, 정상측이 8.0%로 나타났고, 건측이 환측보다 유의하게 정확도가 지수가 높았으며(p<.05), 정상측은 건측과 환측에 비해 유의하게 정확도 지수가 높게 나타났다(p<.05).

후속연구

05). 뇌졸중 환자의 환측 및 건측의 무릎 관절에서 운동조절 능력을 증가시키기 위한 훈련이 필요하며, 효율적인 운동을 적용하기 위해서는 복잡성과 난이도가 높은 추적 훈련을 개발하여 운동계획과 운동학습에 효과적인 훈련 방법을 제시하는 것이 필요하겠다.
또한 신체의 균형과 자세를 유지하게 하는 관절의 기계적 수용기와 파형의 시각적 입력들을 통해 나타난 반작용적인 신경근 활동들은 뇌간의 기능을 강화시켜 반복적인 움직임을 통해 대뇌피질이 자세와 움직임의 인지적 인식을 제공함으로써 운동패턴을 결정 할 수 있도록 도와준다고 제시되었다(Lephart 등, 1997). 따라서 본 연구에 나타난 편마비 환자의 무릎 관절에서 환측과 건측의 운동 조절 능력을 증가시키기 위해서는 고유수용성 감각을 효과적으로 자극시킬 수 있는 체중지지 자세에서의 추적 훈련이 필요할 것이다.
본 연구는 뇌졸중 환자의 보행을 목표로 하는 하지의 협응력(coordination)과 조절능력의 평가와 훈련 효과를 알아보기 위한 기초자료 연구로서, 뇌졸중 환자와 정상인의 무릎 관절에서 무작위적인 추적 과제를 통해 수행의 정확도 지수를 비교하고자 한다. 따라서 본 연구에서는 뇌졸중 환자와 정상인 간에 운동 조절 능력의 차이가 나타날 것이며, 일정한 파형의 추적 과제처럼 무작위적인 추적 과제도 정확도를 측정할 수 평가도구로 활용됨을 제시할 것이다.
앞으로 편마비 환자의 하지에서 움직임 속도와 범위를 선택적으로 적용할 수 있는 무작위적인 파형을 이용한 추적 훈련을 실시하고, 보행과 같은 기능 평가와 자기공명영상을 이용한 뇌반구의 활성도를 측정하여 운동 조절에 효과적인 치료 방법에 대한 연구가 이루어져야 할 것이다.

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