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문제 정의
- 이 연구는 2개월 동안의 반복된 경부근육전기자극치 료를 받은 뇌졸중으로 인한 삼킴장애 남성 15명을 대상으로 음향음성학적 분석 방법을 이용하여 경부근육전기자극치료가 음성의 강도, 음도, 음질에 미치는 영향을 파악하였다. 이 연구결과에 기초하여 얻은 결론은 다음과 같다.
- 이 연구의 결과는 삼킴재활치료 과정에서 반복된 경부 근육전기자극치료가 삼킴 능력의 향상과 함께 성대 진동의 주기성의 안정화에 영향을 미칠 수 있는 가능성을 시사한다. 향후 경부근육전기자극치료에 따른 음성 변화의 인과관계를 규명하기 위해서 후두내시경이나 신경근육 검사 등을 포함한 전향적 연구가 필요하다.
- 대상자는 연구기간 동안 경부근육전기자극치료가 끝나고 음성분석을 실시하기 전까지 어떠한 재활치료도 받지 않았다. 이는 다른 재활치료로 인한 대상자의 피로가 음성에 미칠 수 있는 영향을 통제하고, 동일한 시간대에 음성분석을 실시함으로써 음성의 가변성을 최소화하기 위해서였다. 마이크는 Shure사의 PG48-LC를 사용하였고, 동일한 측정을 위해서 마이크와 입술 간의 거리는 5cm의 거리를 유지하였다.
- 경부전기자극치료의 이론적 근거가 반복된 훈련을 통해서 손상된 기능을 주변에서 재구성 또는 재배치하는 신경가소성의 원리에 있기 때문에[14], 일회적인 자극에 의한 반응만으로는 경부근육전기자극치료에 따른 음성의 변화를 확인하는데 제한이 있다. 이에, 이 연구는 뇌졸중으로 인한 삼킴장애 환자를 대상으로 음향음성학적 분석 방법을 이용하여 반복된 경부근육전기자극치료가 음성의 강도, 음도, 음질에 미치는 영향을 파악하는 것을 목적으로 수행되었다.
제안 방법
- 2달 동안의 경부근육전기자극치료가 종료되면, 대상자의 삼킴 능력의 변화를 확인하기 위해서 연하조영검사 (videofluoroscopy)를 시행하였다. 연하조영검사는 조영제를 섞은 음식물을 삼키는 과정을 투시촬영기를 통해서 촬영하는 검사이다.
- 경부근육전기자극치료는 연구가 종료되는 시점까지 동일한 시간에 두 채널용 전기자극기를 이용하여 1회 25분 동안 진행되었고 전체 대상자 15명 모두 1일 간격으로 주 5회씩 2개월 동안 총 40회의 치료를 받았다. 두 개의 전극은 Humbert 등[13]의 연구를 참고하여 설골의 상방(superior to the hyoid bone)과 갑상연골 위(superior to the thyroid notch)에 각각 부착하였다.
- 두 개의 전극은 Humbert 등[13]의 연구를 참고하여 설골의 상방(superior to the hyoid bone)과 갑상연골 위(superior to the thyroid notch)에 각각 부착하였다. 경부전기자극치료는 연구자의 개입을 최소화하고, 연구기간 동안 동일한 치료를 유지하기 위해서 경부근육전기치료 전문교육을 받은 삼킴재활전문 작업치료사 1인이 각각 전담하였다. 경부근육전기자극치료 이외에 다른 재활치료가 음성에 미치는 영향을 통제하기 위해서 연구 시작 후 종결까지 발성 훈련 및 자세변화 등의 보상적 치료기법을 시행하지 않았다.
- 대상자의 중재 전의 음성 특성을 분석하기 위해서 입원 후 경부근육전기자극치료를 시행하기 전까지의 1주 이내의 기간을 기초선(baseline)으로 설정하여 3회의 음성분석을 시행하였고, 2개월 동안의 중재기간이 종료된 1주 후를 유지 기간으로 설정하고 1주일 동안 2일 간격으로 3회에 걸쳐서 음성을 분석하였다.
- 경부근육전기자극치료는 연구가 종료되는 시점까지 동일한 시간에 두 채널용 전기자극기를 이용하여 1회 25분 동안 진행되었고 전체 대상자 15명 모두 1일 간격으로 주 5회씩 2개월 동안 총 40회의 치료를 받았다. 두 개의 전극은 Humbert 등[13]의 연구를 참고하여 설골의 상방(superior to the hyoid bone)과 갑상연골 위(superior to the thyroid notch)에 각각 부착하였다. 경부전기자극치료는 연구자의 개입을 최소화하고, 연구기간 동안 동일한 치료를 유지하기 위해서 경부근육전기치료 전문교육을 받은 삼킴재활전문 작업치료사 1인이 각각 전담하였다.
- 습관적인 음성을 유도하고자 음성 분석 전에 본인의 이름을 먼저 말한 후에 즉시 녹음한 모음연장발성을 분석하였다. 모든 음성녹음은 1회 발성한 자료를 수집하였고, 분석 구간은 오실로그래프(oscillograph)와 기본 주파수의 구간 변화점(time point of fundamental frequency)을 비교하여 발성한 모음에서 안정된 구간을 지정하여 음도와 음질을 분석하였다[그림 1].
- 음성 녹음은 모음 /e/를 연장 발성하는 방법으로 실시하였다. 습관적인 음성을 유도하고자 음성 분석 전에 본인의 이름을 먼저 말한 후에 즉시 녹음한 모음연장발성을 분석하였다. 모든 음성녹음은 1회 발성한 자료를 수집하였고, 분석 구간은 오실로그래프(oscillograph)와 기본 주파수의 구간 변화점(time point of fundamental frequency)을 비교하여 발성한 모음에서 안정된 구간을 지정하여 음도와 음질을 분석하였다[그림 1].
- 삼킴장애 치료는 식약청(FDA)의 승인을 받은 경부근육전기자극치료기인 VitalStim(Chattanooga Group, Tennessee, USA)을 이용하였다[14]. 연구에서는 교류를 이용한 2채널을 사용하였고, 진동의 빈도는 80Hz, 자극폭은 300usec, 한주기당 자극은 700usec로 설정된 값으로 고정하였고, 전류의 강도는 6.5mA에서 시작하여 환자의 불편함과 통증을 견딜 수 있는 범위에서 강도를 0.5mA씩 조절하였다. 패드는 직경 2cm 크기의 원 모양을 사용하였다.
- 음성 녹음은 모음 /e/를 연장 발성하는 방법으로 실시하였다. 습관적인 음성을 유도하고자 음성 분석 전에 본인의 이름을 먼저 말한 후에 즉시 녹음한 모음연장발성을 분석하였다.
- 음성분석은 경부근육전기자극치료가 끝난 후 1시간 이내에 소음이 없는 음성검사실에서 대상자의 모음 연장 발성을 음향분석프로그램에 직접 녹음하여 분석하는 방법으로 진행하였다. 대상자는 연구기간 동안 경부근육전기자극치료가 끝나고 음성분석을 실시하기 전까지 어떠한 재활치료도 받지 않았다.
- 이 연구에서는 경부근육전기자극 치료를 설명변수로, 음성의 강도, 음도, 음질(Jitter, Shimmer, NNE) 변수를 결과변수로 각각 정의하였다. 대상자의 기초선 특성은 기술 분석을 이용하여 평균 및 표준편차를 제시하였고, 연구의 결과 변수에 대한 관측 자료가 정규분포를 가정하는지를 확인하기 위해서 일표본 콜모고로프-스미르노프(one-sample Kolmogorov-Smirnov) 검정을 수행하였다.
- speech는 정상과 병리적 음성을 비교하기 위해 사용되는 음성분석 프로그램으로서 2,973명의 표준음성과 902명의 병리적 음성에 대한 광범위한 데이터베이스를 기초로 하고 있다. 이 연구에서는 음성 측정을 위한 분석 지표로 강도는 mean-intensity, 음도는 mean F₀, 음질은 Jitter, Shimmer, NNE(Normalized Noise Energy)를 각각 이용하였다.
대상 데이터
- 위의 기준을 한 가지라도 만족하지 못하는 경우에는 대상에서 제외하였다. 기준에 적합한 남성 15명이 최종 연구대상으로 선정되었고, 대상자의 동의를 받아서 연구가 진행되었다.
- 이는 다른 재활치료로 인한 대상자의 피로가 음성에 미칠 수 있는 영향을 통제하고, 동일한 시간대에 음성분석을 실시함으로써 음성의 가변성을 최소화하기 위해서였다. 마이크는 Shure사의 PG48-LC를 사용하였고, 동일한 측정을 위해서 마이크와 입술 간의 거리는 5cm의 거리를 유지하였다.
- 연구 대상은 상급의료기관에서 뇌졸중으로 인한 삼킴장애 진단을 받았고, 발병 후 6개월 이내에 경부근육전기자극치료를 받기위해 인천광역시 소재 A, B 재활병원에 2010년 2월부터 2011년 3월까지 내원한 입원환자를 대상으로 하였다. 대상자의 선정 기준은 다음과 같다.
- 대상자의 선정 기준은 다음과 같다. 첫째, 폐질환, 후두질환 및 구강 조음 기관에 병력이 없고, 둘째, 발성이 가능하고, 셋째, 50세 이상 70세 미만의 남성이고, 넷째, 단축형정신상태검사(Mini-Mental State Examination Korean version; MMSE-K)[26] 결과 20점 이상으로 검사 방법을 이해하고 수행하는 데 어려움이 없고, 다섯째, 연구 진행일 이전까지 음성재활 및 경부근육 전기자극치료를 받은 경험이 없고, 여섯째, 연구의 참여를 동의하는 자로 선정하였다. 위의 기준을 한 가지라도 만족하지 못하는 경우에는 대상에서 제외하였다.
- 5mA씩 조절하였다. 패드는 직경 2cm 크기의 원 모양을 사용하였다.
데이터처리
- 이 연구에서는 경부근육전기자극 치료를 설명변수로, 음성의 강도, 음도, 음질(Jitter, Shimmer, NNE) 변수를 결과변수로 각각 정의하였다. 대상자의 기초선 특성은 기술 분석을 이용하여 평균 및 표준편차를 제시하였고, 연구의 결과 변수에 대한 관측 자료가 정규분포를 가정하는지를 확인하기 위해서 일표본 콜모고로프-스미르노프(one-sample Kolmogorov-Smirnov) 검정을 수행하였다. 이 때, 결과 변수가 양측검정에서 유의수준 0.
- 대상자의 기초선 특성은 기술 분석을 이용하여 평균 및 표준편차를 제시하였고, 연구의 결과 변수에 대한 관측 자료가 정규분포를 가정하는지를 확인하기 위해서 일표본 콜모고로프-스미르노프(one-sample Kolmogorov-Smirnov) 검정을 수행하였다. 이 때, 결과 변수가 양측검정에서 유의수준 0.05 미만인 경우에는 정규분포를 가정하지 않는 비모수검정인 윌콕슨의 부호 순위 검정(Wilcoxon signed rank test)을 이용하였고, 양측 검정에서 유의수준 0.05 이상인 경우에는 정규분포를 가정하고 모수 검정인 대응표본 T검정(paired t-test)을 이용하여 기초선 기간과 유지 기간의 평균값 차이를 검정하였다. 수집된 모든 자료는 IBM SPSS version 19.
- speech에 제시되어 있는 정상 역치 기준과 비교했을 때 비정상적인 수치에 해당하였다. 일표본 콜모고로프-스미르노프 검정결과, 모든 변수가 유의수준 0.05 이상으로 정규분포를 가정하였기 때문에 모든 분석은 모수 검정인 대응표본 T검정을 이용하여 분석하였다.
이론/모형
- 연하조영검사는 조영제를 섞은 음식물을 삼키는 과정을 투시촬영기를 통해서 촬영하는 검사이다. 모든 대상자의 삼킴 능력은 재활의학과 전공의가 영상을 보고 흡인-침습 척도(PenetrationAspiration Scale; PAS)를 이용하여 평가하였다[25]. 흡인-침습 척도는 표 1에 제시하였다.
- 삼킴장애 치료는 식약청(FDA)의 승인을 받은 경부근육전기자극치료기인 VitalStim(Chattanooga Group, Tennessee, USA)을 이용하였다[14]. 연구에서는 교류를 이용한 2채널을 사용하였고, 진동의 빈도는 80Hz, 자극폭은 300usec, 한주기당 자극은 700usec로 설정된 값으로 고정하였고, 전류의 강도는 6.
- 음성의 강도, 음도, 음질 측정은 Dr. speech의 Vocal Assessment for voice(Version 4.5, Tiger Drs, Inc, USA)를 이용하였다[27]. Dr.
성능/효과
- Shimmer는 기초선 기간의 평균 3.4 dB(%)에서 유지기간에는 평균 2.5 dB(%)로 감소하여 (p<0.01), Dr. speech에 제시되어 있는 정상 역치 기준인 3.0 dB(%)이내에 도달하였다.
- 경부근육전기자극치료 이전인 기초선 기간의 음성과 치료 종료 후 유지기간의 음성에 대해서 음향학적 평가를 수행한 결과, 음도를 제외한, 강도, Jitter, Shimmer, NNE의 수치에서 통계적으로 유의미한 향상이 있었다 (p<0.05).
- 9)으로 본 연구과제의 지시를 이해하고 수행하는데 어려움이 없었다. 대상자의 삼킴 능력을 평가하는 흡인-침습 척도는 평균 6.1점(표준편차: 0.6)으로 이물질이 기도와 성대를 통과하여, 기침을 통해서만 이물질이 기도나 후두 밖으로 나올 수 있는 수준이였다. 대상자의 평균 음도는 130 Hz(표준편차: 9.
- 대상자의 음질은 Jitter는 평균 1.1 dB(%), Shimmer는 평균 3.4 dB(%), NNE는 –5.7 dB(%)로서 Dr. speech에 제시되어 있는 정상 역치 기준과 비교했을 때 비정상적인 수치에 해당하였다.
- 음질의 측면에서는 경부근육전기자극치료를 받는 동안 대상자의 음성은 성대 진동의 주기성이 안정되었다. 대상자의 음질은 경부근육전기자극치료 이후 성대 진동의 주파수 변동(frequency perturbation)을 나타내는 Jitter와 성대 진동의 진폭변동(amplitude perturbation)을 나타내는 Shimmer의 모두 정상 수치에 도달하였다. 성대 진동의 주파수 변동은 신경학적, 기류학적, 음향학적 요인으로 발생할 수 있다.
- 6)으로 이물질이 기도와 성대를 통과하여, 기침을 통해서만 이물질이 기도나 후두 밖으로 나올 수 있는 수준이였다. 대상자의 평균 음도는 130 Hz(표준편차: 9.0), 평균 강도는 41.8 dB(표준편차: 3.6) 이었다. 대상자의 음질은 Jitter는 평균 1.
- 음도의 변화는 윤상갑상근(cricothyroid muscle)이 담당하는데, Vilkman 등[19]은 윤상갑상근의 경우 후두외부근육의 영향과는 무관하게 작용한다고 하였다. 따라서 본 연구에서 경부근육전기자극치료가 후두 외부근육의 향상에 영향을 미쳤다고 할지라도 대상자의 음도 변화에는 큰 영향을 미치지 않은 것으로 추측된다.
- 또한, 후두가 상승되는 경우에도 음도가 변화하여 Jitter에 영향을 미칠 수도 있다[20]. 따라서 이 연구에서 경부근육전기자극치료로 인한 Jitter와 Shimmer의 안정화는 후두 거상 기능의 향상 또는 성대 진동을 조절하는 근육의 기능 회복에 기인하는 것으로 추측된다. 그러나 성대 진동의 주기성은 기류학적으로 폐압의 변화에도 상대적으로 영향을 받을 수 있기 때문에 [21], 후속연구에서는 성대 진동의 주파수 변동과 관련된 복합적인 요인들을 파악할 수 있도록 음향음성학적 검사 외에 공기역학적 검사가 추가로 필요하다.
- 연하조형검사의 흡인-침습 척도 결과, 기초선 기간에 비해서 경부근육전기자극치료 이후에 삼킴 능력의 유의한 향상이 있었다(p=<0.001).
- 음성 강도는 기초선 기간의 평균 41.8 dB에서 유지기간에는 평균 44.5 dB로 약 3dB가 증가하였다 (p<0.01).
- 음성의 강도 측면에서는 경부근육전기자극치료 이후 대상자의 음성은 삼킴 능력의 향상과 함께 음성의 강도가 평균 약 4dB 유의하게 증가하였다. 이 결과는 경부근육 전기 자극은 음성 강도의 변화에 유의한 영향을 미치지 못했다는 Fowler 등 [15]의 결과와는 상이하다.
- 001). 전체 대상자 15명 중 4명은 흡인-침습 척도를 기준으로 삼킴 능력이 2수준 이상, 9명은 1수준 이상 향상되었고, 2명은 삼킴 능력이 향상되지 않았다.
후속연구
- 따라서 이 연구에서 경부근육전기자극치료로 인한 Jitter와 Shimmer의 안정화는 후두 거상 기능의 향상 또는 성대 진동을 조절하는 근육의 기능 회복에 기인하는 것으로 추측된다. 그러나 성대 진동의 주기성은 기류학적으로 폐압의 변화에도 상대적으로 영향을 받을 수 있기 때문에 [21], 후속연구에서는 성대 진동의 주파수 변동과 관련된 복합적인 요인들을 파악할 수 있도록 음향음성학적 검사 외에 공기역학적 검사가 추가로 필요하다.
- 따라서 연구 결과를 해석하는데 있어서 주의가 요구된다. 넷째, 음향음성학적 분석결과만으로는 경부근육전 기자극치료와 음성에 영향을 미치는 근육의 회복 간의 인과관계를 설명하는데 제한이 있다. 경부근육전기자극 치료와 후두내부근육의 회복 간의 인과관계를 증명하기 위해서는 후두근전도검사 또는 경부단층촬영을 이용하여 근육의 회복정도를 확인할 필요가 있다.
- 연구 대상자들은 모두 삼킴치료가 시급하게 요구되는 급성기 또는 아급성기 삼킴장애 환자였기 때문에 치료를 시행하지 않는 통제 집단이나 다른 치료를 시행하는 위약 집단 (placebo control group)을 선정하는 것은 윤리적인 문제가 있었다. 둘째, 대상자의 수가 적기 때문에 결과를 일반화 하는데 제한이 있다. 급성기의 삼킴장애 환자들 중에는 기관절개술(tracheostomy)을 한 환자가 많기 때문에 연구기간 동안 많은 수의 발성이 가능한 삼킴장애 환자를 모집하기에는 어려움이 있었다.
- 본 연구의 경부근육전기자극치료 과정에서 NNE 수치의 유의한 향상이 있었지만, 여전히 병리학적으로 비정상적 수치였기 때문에 성대의 틈이 정상 수준으로 회복되었다고 결론을 내리기에는 제한이 있다. 따라서 이 연구의 결과를 기초로 후속연구에서 경부근육 전기자극치료에 따른 NNE의 향상을 입증하기 위해서는 2개월 이상의 중재기간이 필요할 것이다.
- 여러 연구들에서 경부근육 전기 자극은 후두외부근육에만 유의한 영향을 미친다고 보고되었음에도 불구하고[8, 13], 경부의 강한 전기 자극이 후두외부근육 뿐만 아니라 후두내부근육의 활성화에도 미미한 영향을 미칠 수 있는 가능성을 배제할 수 없다[13]. 따라서 이러한 가능성을 검증하기 위해서 향후 연구에서는 음향음성학적 분석과 함께 후두내부 근육의 운동을 측정하는 분석이 요구된다.
- 성대 마비 등으로 인해 성대에 틈이 생기면, 난기류성 소음이 생성되면서 더 많은 공기가 유출되어 음성에 소음이 증가될 수 있다[24]. 본 연구의 경부근육전기자극치료 과정에서 NNE 수치의 유의한 향상이 있었지만, 여전히 병리학적으로 비정상적 수치였기 때문에 성대의 틈이 정상 수준으로 회복되었다고 결론을 내리기에는 제한이 있다. 따라서 이 연구의 결과를 기초로 후속연구에서 경부근육 전기자극치료에 따른 NNE의 향상을 입증하기 위해서는 2개월 이상의 중재기간이 필요할 것이다.
- 이 연구의 제한점은 다음과 같다. 첫째, 이 연구는 대조군이 없기 때문에 본 연구의 결과만으로는 음성의 변화가 경부전기자극치료의 효과에 기인한 것인지 또는 자가 회복에 기인한 것인지를 확인할 수 없다. 연구 대상자들은 모두 삼킴치료가 시급하게 요구되는 급성기 또는 아급성기 삼킴장애 환자였기 때문에 치료를 시행하지 않는 통제 집단이나 다른 치료를 시행하는 위약 집단 (placebo control group)을 선정하는 것은 윤리적인 문제가 있었다.
- 이 연구의 결과는 삼킴재활치료 과정에서 반복된 경부 근육전기자극치료가 삼킴 능력의 향상과 함께 성대 진동의 주기성의 안정화에 영향을 미칠 수 있는 가능성을 시사한다. 향후 경부근육전기자극치료에 따른 음성 변화의 인과관계를 규명하기 위해서 후두내시경이나 신경근육 검사 등을 포함한 전향적 연구가 필요하다.
- 경부근육전기자극 치료와 후두내부근육의 회복 간의 인과관계를 증명하기 위해서는 후두근전도검사 또는 경부단층촬영을 이용하여 근육의 회복정도를 확인할 필요가 있다. 향후 연구에서는 경부근육전기자극치료와 음성을 산출하는 근육과의 관계를 구체적으로 파악하기 위해서 음향음성학적 분석과 신경근육검사를 함께 실시하여 상관관계를 살펴보는 실험 연구가 요구된다.
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