Purpose: The purpose of this study was to assess the effects of virtual reality-based continuous slow exercise on muscle strength and dynamic balance capacity, in older adults over 65 years of age. Methods: Twenty-six volunteers were randomly divided into two groups; a Virtual Reality (VR) exercise-...
Purpose: The purpose of this study was to assess the effects of virtual reality-based continuous slow exercise on muscle strength and dynamic balance capacity, in older adults over 65 years of age. Methods: Twenty-six volunteers were randomly divided into two groups; a Virtual Reality (VR) exercise-group ($67.8{\pm}4.1$ yrs) and a Control group ($65.5{\pm}5.2$ yrs). The VR group participated in eight weeks of virtual reality exercise, utilizing modified Tai-Chi provided by a motion capture system, and the Control group had no intervention. The hip muscle strength and dynamic balance of the members of both the VR group and the Control group were measured at pre- and post-intervention, using a multimodal dynamometer, and backward stepping test, respectively. Results: 1. After the 8-week VR-based exercise, the VR group showed significant improvement of hip strength, compared to the control group: hip extension (p=0.00), flexion (p=0.00), abduction (p=0.00), and adduction (p=0.00). 2. After the 8-week VR-based exercise, the VR group showed significant improvement of dynamic balance capacity as ground reaction force, compared to the control group. Eyes opened backward stepping test: Fx (+) (p=0.00), Fy (-) (p=0.02), Ver (+) (p=0.02) direction. Eyes closed backward stepping test: Fx (+) (p=0.04), Fy (-) (p=0.04), Ver (+) (p=0.03) direction. Conclusion: The VR group showed improvement of their hip muscle strength, and dynamic balance capacity. Therefore VR-based continuous slow exercise would contribute to reducing the risk of falls in the elderly.
Purpose: The purpose of this study was to assess the effects of virtual reality-based continuous slow exercise on muscle strength and dynamic balance capacity, in older adults over 65 years of age. Methods: Twenty-six volunteers were randomly divided into two groups; a Virtual Reality (VR) exercise-group ($67.8{\pm}4.1$ yrs) and a Control group ($65.5{\pm}5.2$ yrs). The VR group participated in eight weeks of virtual reality exercise, utilizing modified Tai-Chi provided by a motion capture system, and the Control group had no intervention. The hip muscle strength and dynamic balance of the members of both the VR group and the Control group were measured at pre- and post-intervention, using a multimodal dynamometer, and backward stepping test, respectively. Results: 1. After the 8-week VR-based exercise, the VR group showed significant improvement of hip strength, compared to the control group: hip extension (p=0.00), flexion (p=0.00), abduction (p=0.00), and adduction (p=0.00). 2. After the 8-week VR-based exercise, the VR group showed significant improvement of dynamic balance capacity as ground reaction force, compared to the control group. Eyes opened backward stepping test: Fx (+) (p=0.00), Fy (-) (p=0.02), Ver (+) (p=0.02) direction. Eyes closed backward stepping test: Fx (+) (p=0.04), Fy (-) (p=0.04), Ver (+) (p=0.03) direction. Conclusion: The VR group showed improvement of their hip muscle strength, and dynamic balance capacity. Therefore VR-based continuous slow exercise would contribute to reducing the risk of falls in the elderly.
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문제 정의
본 연구는 26명의 노인을 대상으로 하여 가상현실을 통한 연속적인 느린 운동이 노인의 낙상 요인인 근력과 동적 균형능력에 미치는 영향을 분석해 보고자 하였다. 실험 결과, 가상현실 운동을 실시한 운동군이 대조군에 비해 고관절부 근력과 균형 능력에서 유의한 향상을 보였다.
본 연구는 가상현실을 통한 연속적인 느린 운동이 노인의 낙상 요인인 근력과 동적 균형 능력에 미치는 영향을 알아보고자 하였다. 가상현실을 통한 연속적인 느린 운동은 노인의 고관절 근력과 동적 균형 능력을 향상시킬 수 있으며 결과적으로 낙상의 위험 요인 감소에 도움을 줄 수 있어 현장 적용 및 활용에 유익할 것으로 본다.
본 연구에서는 노인들에게 시각, 청각적 피드백이 주어지는 가정용 가상현실 기기를 사용하고, 현재까지 노인에게 긍정적인 효과를 보이고, 많은 연구가 이루어진 태극권과 유사한 느리고 연속적인 동작으로 구성된 가상현실을 이용한 운동을 적용하고자 한다. 본 연구의 목표는 노인의 낙상 위험성을 감소시키기 위한 중재의 일환으로 가상현실 운동이 대표적 낙상요인인 근력과 균형 능력에 미치는 영향을 알아보는 것이다.
본 연구에서는 노인들에게 시각, 청각적 피드백이 주어지는 가정용 가상현실 기기를 사용하고, 현재까지 노인에게 긍정적인 효과를 보이고, 많은 연구가 이루어진 태극권과 유사한 느리고 연속적인 동작으로 구성된 가상현실을 이용한 운동을 적용하고자 한다. 본 연구의 목표는 노인의 낙상 위험성을 감소시키기 위한 중재의 일환으로 가상현실 운동이 대표적 낙상요인인 근력과 균형 능력에 미치는 영향을 알아보는 것이다.
제안 방법
양팔을 가슴 위에 교차시키도록 하고 시선은 정면을 향하도록 한 후 가만히 선 자세를 5초 동안 유지하도록 한다. 5초 후, 실험자가 시작 신호를 주면 대상자는 스스로 선택한 속도로 자신의 무게 중심(center of gravity, COG)을 최대한 뒤로 이동시키고, 우세측 발을 뒤로 내딛도록 하였다.
가상현실 운동 프로그램(Ubisoft Inc., Surrey, 영국)은 태극권의 연속적인 느린 동작의 특성을 지닌 선(zen)운동 프로그램을 선택하여 실시하였으며, 주요 구성동작은 아래와 같다(Figure 1A). 본 운동인 가상현실 운동은 35분간 실시하였으며, 중간 휴식시간을 5분간 가졌다.
균형 능력은 힘측정판(Bertec Corp., OH, 미국)을 이용하여 측정하였다. 힘측정판 위에서 backward stepping test (BST)를 실시하여 지면 반발력(ground reaction force, GRF)을 측정하였다.
근력 측정은 다방향 동력계(Primus RS, BTE Co., Maryland, 미국)를 사용하여 측정하였다. 본 연구에서 사용된 다방향 동력계는 케이블 시스템 등의 적용을 통해, 다양한 자세에서 대상자의 고관절 등의 근력, 파워 일량 등을 높은 신뢰도로서 측정이 가능한 장비이다.
운동은 운동군 13명에게 가상현실 운동 프로그램을 8주간 주 3회씩 지속적으로 실시하였다. 대조군은 운동군과 동일하게 전ㆍ후 평가를 실시하였으며 별도의 운동 프로그램은 시행하지 않았다. 그들은 평소와 같은 생활 패턴을 유지하도록 하였다.
본 연구에서 사용한 가상현실 프로그램은 1:1 운동 프로그램으로서 시각적 피드백이 가능하므로 실험 대상자가 요구 동작을 정확히 수행할 수 있도록 하였을 것이다. 가상현실 프로그램의 특성은 실험 대상자에게 동기를 부여하며 화면을 통해 받을 수 있는 시청각적 자극으로 흥미를 유발시켜 운동의 집중도 및 지속성을 높인다.
ST로부터 얻어지는 지면반력(ground reaction force, GRF)은 특정 수행자의 개인적 특성과 관련한 수행 동작의 정보를 제공하므로, 균형유지의 척도로서 동작분석과 함께 자주 사용된다. 본 연구에서 시행한 BST는 무게 중심을 뒤로 옮기다가 안정성의 한계 범위에서 우세측 발을 뒤로 딛음으로서 생기는 GRF를 이용하여 균형을 유지하도록 실시하였다. BST 시 우세측 발을 딛기 직전까지 무게 중심은 COG 방향과 함께 뒤로 이동하므로 낙상을 방지하기 위해서는 GRF를 이용하여 낙상 방향으로의 힘을 상쇄시켜야 한다.
본 운동인 가상현실 운동은 35분간 실시하였으며, 중간 휴식시간을 5분간 가졌다. 본 운동 전 준비운동으로 전신의 스트레칭을 10분 동안 실시하였고, 본 운동이 끝난 후에는 5분간 정리 운동을 실시하였다. 운동은 운동군 13명에게 가상현실 운동 프로그램을 8주간 주 3회씩 지속적으로 실시하였다.
, Surrey, 영국)은 태극권의 연속적인 느린 동작의 특성을 지닌 선(zen)운동 프로그램을 선택하여 실시하였으며, 주요 구성동작은 아래와 같다(Figure 1A). 본 운동인 가상현실 운동은 35분간 실시하였으며, 중간 휴식시간을 5분간 가졌다. 본 운동 전 준비운동으로 전신의 스트레칭을 10분 동안 실시하였고, 본 운동이 끝난 후에는 5분간 정리 운동을 실시하였다.
우세측 발이 힘측정판에 접지하는 순간부터 떨어지는 순간까지 대상자의 GRF를 3회 측정하였으며, Fx (+), Fx (-), Fy (+), Fy (-), Ver (+) 방향의 최대값을 구하였다. 힘측정판은 GRF의 각 방향에 비례하는 신호를 발생하였으며 Cortex 1.
본 운동 전 준비운동으로 전신의 스트레칭을 10분 동안 실시하였고, 본 운동이 끝난 후에는 5분간 정리 운동을 실시하였다. 운동은 운동군 13명에게 가상현실 운동 프로그램을 8주간 주 3회씩 지속적으로 실시하였다. 대조군은 운동군과 동일하게 전ㆍ후 평가를 실시하였으며 별도의 운동 프로그램은 시행하지 않았다.
, WA,USA)을 사용하였다. 주 본체(XBOX360, Microsoft Inc., WA, USA)와 영상출력을 위한 64인치 모니터가 연결되었으며, 본 장비는 대상자가 모션 캡쳐 시스템 앞에서 몸을 움직이면 화면을 통해 가상현실 환경 속에서 시각적 피드백을 받을 수 있도록 설계되었다. 체간, 어깨, 팔꿈치, 골반, 무릎, 발목과 같은 대상자의 신체 분절을 모션 캡쳐 시스템이 실시간으로 캡쳐하여, 대상자는 본인의 움직임을 모니터를 통해 지속으로 확인하며 운동을 진행할 수 있다.
측정 시 시선은 정면을 향하도록 지시하였고, 바로 선 자세를 유지하고 대상 작용이 일어나지 않도록 주의하였다. 측정에 앞서 측정 방법을 충분히 숙지시킨 후 각 3회씩 측정하였다. 측정한 값들은 평균(mean)과 표준편차(standard deviation) 값을 계산하여 분석하였다.
측정은 시범을 통해 동작을 숙지시킨 후 진행되었으며, 눈을 뜨고(eyes opened BST) 3번, 눈을 감고(eyes closed BST) 3번 측정하여 총 6번 측정되었다. Eyes opened BST와 eyes closed BST의 순서는 무작위로 선택되었다.
19 측정부위는 우세측 하지 고관절의 신전근, 굴곡근, 내전근, 그리고 외전근이었다. 측정을 위해 스트랩을 경골체 중앙에 위치시키고 부착된 줄이 팽팽하게 일직선을 유지하도록 한 후 최대 등척성 근력(maximal voluntary isometric contraction, MVIC)을 기록하였다. 측정 시 시선은 정면을 향하도록 지시하였고, 바로 선 자세를 유지하고 대상 작용이 일어나지 않도록 주의하였다.
, OH, 미국)을 이용하여 측정하였다. 힘측정판 위에서 backward stepping test (BST)를 실시하여 지면 반발력(ground reaction force, GRF)을 측정하였다.20 BST에서 대상자는 힘측정판 위에서 맨발인 상태로 양 발의 간격을 10 cm로 유지하며 바로 선 자세를 취하도록 한다(Figure 1-B).
우세측 발이 힘측정판에 접지하는 순간부터 떨어지는 순간까지 대상자의 GRF를 3회 측정하였으며, Fx (+), Fx (-), Fy (+), Fy (-), Ver (+) 방향의 최대값을 구하였다. 힘측정판은 GRF의 각 방향에 비례하는 신호를 발생하였으며 Cortex 1.0 (Motion Analysis Corp., CA, 미국)를 사용하여 샘플링 주기(Sampling rate)는 1,200 Hz로 설정하였다.
대상 데이터
대상자는 무작위 추출을 통해 운동군 13명과 대조군 13명 두 집단으로 구분하였다. 대상자의 일반적 특성은 아래와 같다(Table 1).
본 연구는 서울시 성북구에 소재한 보건소에서 모집한 65세 이상의 노인 26명을 대상으로 시행 되었다. 연구 대상자들의 가상현실 운동과 평가는 K대학교 동작분석실에서 진행되었다.
데이터처리
자료처리시근력과GRF값은MATLABver.R2008a (MathWorks Inc, 미국)을 사용하여 계산하였으며, 데이터는 평균(mean)과 표준편차(standard deviation)로 표현되었다. 가상현실을 통한 연속적인 느린 운동에 따른 고관절 근력과 균형 능력의 집단과 운동 전ㆍ후 차이에 대한 유의성 검증을 위하여 공분산분석(repeated measures analysis of covariance, ANCOVA)을 사용하였다.
R2008a (MathWorks Inc, 미국)을 사용하여 계산하였으며, 데이터는 평균(mean)과 표준편차(standard deviation)로 표현되었다. 가상현실을 통한 연속적인 느린 운동에 따른 고관절 근력과 균형 능력의 집단과 운동 전ㆍ후 차이에 대한 유의성 검증을 위하여 공분산분석(repeated measures analysis of covariance, ANCOVA)을 사용하였다. 자료의 통계처리 시 SPSS ver.
본 연구에서 얻어진 가상현실을 통한 연속적인 느린 운동에 따른 노인들의 고관절부 근력 및 동적 균형 능력의 결과는 사전 검사값을 공변량으로 하는 공분산분석(ANCOVA)으로 분석되었으며 결과는 다음과 같다.
본 연구는 서울시 성북구에 소재한 보건소에서 모집한 65세 이상의 노인 26명을 대상으로 시행 되었다. 연구 대상자들의 가상현실 운동과 평가는 K대학교 동작분석실에서 진행되었다.
측정에 앞서 측정 방법을 충분히 숙지시킨 후 각 3회씩 측정하였다. 측정한 값들은 평균(mean)과 표준편차(standard deviation) 값을 계산하여 분석하였다.
이론/모형
가상현실에서 대상자의 동작을 인식하기 위한 장비로 모션 캡쳐 시스템(KINECT, Microsoft Inc., WA,USA)을 사용하였다. 주 본체(XBOX360, Microsoft Inc.
성능/효과
33 가상현실을 이용한 선행 연구를 살펴보면, 노인을 대상으로 시각적 피드백이 가능한 가상현실 프로그램을 적용하여 균형 능력의 유의한 증가가 보고된 바 있다.34 가상현실 게임 프로그램을 이용한 훈련으로 뇌졸중 환자의 상지의 기능적 움직임이 증가하였고,35 만성 편마비 환자들에게 가상현실에서 발목 운동을 적용한 결과 발목과 무릎의 관절가동범위가 증가하여 보행 능력이 향상되었다.36 또한 뇌손상 아이들에게 가상 현실 시스템에 기반한 운동 프로그램을 적용하여, 삶의 질 뿐만 아니라 기능적인 움직임의 향상을 보고하였다.
가상현실 운동 전ㆍ후 운동군과 대조군의 eyes opened BST 시 GRF를 측정한 결과 Fx (+) (p=0.00), Fy (-) (p=0.02), Ver (+) (p=0.02)에서 실험군이 대조군에 비해 유의하게 증가한 것으로 나타났다. 사전 검사 대비 Fx (+) (17%), Fy (-) (49%), Ver (+) (14%)의 GRF 향상이 나타났다.
가상현실 운동 전ㆍ후 운동군과 대조군의 고관절부 근력을 측정한 결과 고관절 신전근(p=0.00), 굴곡근(p=0.00), 내전근(p=0.00), 외전근(p=0.00) 모든 근력에서 실험군이 대조군에 비해 유의하게 증가한 것으로 나타났다(Table 2). 사전 검사 대비 고관절 신전근(59%), 굴곡근(26%), 내전근(46%), 외전근(31%)의 근력 향상이 나타났다.
BST 시 우세측 발을 딛기 직전까지 무게 중심은 COG 방향과 함께 뒤로 이동하므로 낙상을 방지하기 위해서는 GRF를 이용하여 낙상 방향으로의 힘을 상쇄시켜야 한다. 가상현실 운동 후 운동군은 대조군에 비해 eyes opened BST, eyes closed BST에서 GRF는 Fx (+), Fy (-), Ver (+) 방향에서 유의한 증가를 나타냈다. BST에서 후방 낙상을 방지하기 위해서는 GRF를 이용한 Fx (+), Ver (+) 방향으로의 추진력이 필요하다.
31 일반적으로 고유 감각의 퇴화는 균형 능력의 저하와 밀접한 관련이 있는 것으로 알려져 있지만, 노인의 경우 자세 조절 시 시각 의존도가 높기 때문에,32 시각 정보가 감소되거나 제거된 상황에서 불안정성이 더욱 증가하게 된다. 눈을 감아 시각 정보가 결여된 eyes closed BST상태에서 GRF가 상승되었다는 본 연구의 결과는 가상현실 운동을 통해 노인의 균형 유지에 대한 시각 의존도를 낮추고 다양한 감각 정보를 통해 보다 정확한 균형 조절 능력을 습득할 수 있음을 의미한다.
본 연구에서 사용한 가상현실 운동 프로그램은 기존의 태극권 운동과 마찬가지로 연속적이고 느린 동작들로 구성되었기 때문에 기존의 태극권 운동을 실시한 연구들과 비교해 볼 수 있을 것이다. 본 연구 결과 가상현실에서 연속적이고 느린 동작으로 구성된 운동 프로그램을 8주 동안 실시했을 경우 기존의 태극권 운동과 마찬가지로 하지의 근력 증진에 효과적이었음을 알 수 있었다.23 그러나 선행 연구들은 대부분 족관절24 또는 슬관절25부의 근력을 측정하였으나, 본 연구에서는 고관절 근력을 측정하여 유의한 결과를 나타내었다.
02)에서 실험군이 대조군에 비해 유의하게 증가한 것으로 나타났다. 사전 검사 대비 Fx (+) (17%), Fy (-) (49%), Ver (+) (14%)의 GRF 향상이 나타났다. 하지만 Fx (-) (p=0.
00) 모든 근력에서 실험군이 대조군에 비해 유의하게 증가한 것으로 나타났다(Table 2). 사전 검사 대비 고관절 신전근(59%), 굴곡근(26%), 내전근(46%), 외전근(31%)의 근력 향상이 나타났다.
본 연구는 26명의 노인을 대상으로 하여 가상현실을 통한 연속적인 느린 운동이 노인의 낙상 요인인 근력과 동적 균형능력에 미치는 영향을 분석해 보고자 하였다. 실험 결과, 가상현실 운동을 실시한 운동군이 대조군에 비해 고관절부 근력과 균형 능력에서 유의한 향상을 보였다.
선행 연구에서는 고관절 굴곡근은 노인의 보행 능력 향상과 관련이 있으며,21 고관절 외전근과 내전근은 보행시 좌우안정성 유지에 기여한다. 특히, 낙상을 경험한 노인은 고관절 신전근의 근력이 유의하게 낮음이 확인되었다.22 이처럼 노인의 낙상 예방 측면에서 고관절의 근력 강화는 일상생활 동안 안정성을 향상시킬 수 있을 것으로 보고되고 있다.
후속연구
본 연구는 가상현실을 통한 연속적인 느린 운동이 노인의 낙상 요인인 근력과 동적 균형 능력에 미치는 영향을 알아보고자 하였다. 가상현실을 통한 연속적인 느린 운동은 노인의 고관절 근력과 동적 균형 능력을 향상시킬 수 있으며 결과적으로 낙상의 위험 요인 감소에 도움을 줄 수 있어 현장 적용 및 활용에 유익할 것으로 본다.
또한 가상현실 운동의 개별적인 효과만을 보기 위해 본 연구에서는 대조군이 기존의 어떠한 운동 프로그램도 수행하지 않았기 때문에 이 또한 한계점으로 생각될 수 있다. 따라서 향후 연구에서는 낙상에 대한 두려움이 있는 다수의 낙상 고위험군 노인들에게도 가상현실 기반 운동이 예방 효과가 있는지에 대한 연구가 필요할 것이다. 또한 기존 운동프로그램과의 직접적인 비교를 통해 가상현실 운동의 장단점을 보다 구체적으로 연구하는 것도 의의가 있을 것으로 생각된다.
본 연구의 한계점으로 대상자의 수가 많지 못했다는 점이 지적될 수 있을 것이다. 또한 가상현실 운동의 개별적인 효과만을 보기 위해 본 연구에서는 대조군이 기존의 어떠한 운동 프로그램도 수행하지 않았기 때문에 이 또한 한계점으로 생각될 수 있다. 따라서 향후 연구에서는 낙상에 대한 두려움이 있는 다수의 낙상 고위험군 노인들에게도 가상현실 기반 운동이 예방 효과가 있는지에 대한 연구가 필요할 것이다.
따라서 향후 연구에서는 낙상에 대한 두려움이 있는 다수의 낙상 고위험군 노인들에게도 가상현실 기반 운동이 예방 효과가 있는지에 대한 연구가 필요할 것이다. 또한 기존 운동프로그램과의 직접적인 비교를 통해 가상현실 운동의 장단점을 보다 구체적으로 연구하는 것도 의의가 있을 것으로 생각된다.
22 이처럼 노인의 낙상 예방 측면에서 고관절의 근력 강화는 일상생활 동안 안정성을 향상시킬 수 있을 것으로 보고되고 있다. 본 연구에서 사용한 가상현실 운동 프로그램은 기존의 태극권 운동과 마찬가지로 연속적이고 느린 동작들로 구성되었기 때문에 기존의 태극권 운동을 실시한 연구들과 비교해 볼 수 있을 것이다. 본 연구 결과 가상현실에서 연속적이고 느린 동작으로 구성된 운동 프로그램을 8주 동안 실시했을 경우 기존의 태극권 운동과 마찬가지로 하지의 근력 증진에 효과적이었음을 알 수 있었다.
본 연구의 한계점으로 대상자의 수가 많지 못했다는 점이 지적될 수 있을 것이다. 또한 가상현실 운동의 개별적인 효과만을 보기 위해 본 연구에서는 대조군이 기존의 어떠한 운동 프로그램도 수행하지 않았기 때문에 이 또한 한계점으로 생각될 수 있다.
질의응답
핵심어
질문
논문에서 추출한 답변
노인의 낙상에 있어 가장 문제가 되는 것은 무엇인가?
낙상의 잠재적 위험 요소는 크게 환경적 요인, 약물 복용, 노화와 병적상태, 영양상태, 운동부족으로 분류할 수 있다.4 그 중 노인의 낙상에 있어 가장 문제가 되는 것은 노화와 병적상태 및 운동부족으로 인한 근력 약화와 균형 장애이며, 노화에 따른 생리적 변화는 점차적으로 근력 및 근지구력을 감소시킨다.5,6 따라서 노인의 낙상을 예방하기 위해서는 근력과 균형 능력을 증진시키는 운동이 필요하다고 볼 수 있다.
낙상의 잠재적 위험 요소는 어떻게 분류할 수 있나?
이처럼 고령화 사회와 맞물려 더욱 증가되고 있는 낙상은 다양한 위험 요소를 가지고 있다. 낙상의 잠재적 위험 요소는 크게 환경적 요인, 약물 복용, 노화와 병적상태, 영양상태, 운동부족으로 분류할 수 있다.4 그 중 노인의 낙상에 있어 가장 문제가 되는 것은 노화와 병적상태 및 운동부족으로 인한 근력 약화와 균형 장애이며, 노화에 따른 생리적 변화는 점차적으로 근력 및 근지구력을 감소시킨다.
낙상을 감소시키기 위해 노인에게 적용되는 운동 중재 중 태극권은 무엇인가?
낙상을 감소시키기 위해 노인에게 적용되는 운동 중재로서 일반적인 근력강화 운동7 외에도 근 지구력 운동8과 유연성 및 균형 운동9의 효과가 선행 논문을 통해 입증되었다. 그 중 태극권은 연속적으로 이어지는 느린 동작들로 구성된 중국의 전통 운동으로서,10 근력, 유연성 및 균형 능력 증진의 효과를 모두 가지고 있는 운동이다.11 구성 동작은 무릎 굽히기, 한발서기, 체중 옮기기 등이 있으며, 하지 근력을 강화시키고 고유 감각을 증진시켜 보행 및 균형능력 등 다양한 신체적 능력향상에 도움이 된다.
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