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문제 정의
- 90)을 보였으며, 부피가 작고 운동속도의 제약이 없어서 수술실의 제한된 환경에서도 사용할 수 있을 가능성이 높다. 따라서, 본 연구에서는 수술 중 환자 손목 경직의 정도를 정량적으로 측정할 수 있는 측정시스템을 이용하여, 경직에 대한 DBS 효과를 평가하고자 한다.
- 본 연구팀은 선행연구의 문제점을 해결하기 위한 방법으로 운동저항의 결과량이 아닌 운동저항의 원인요소인 운동속도와 무관한 점·탄성계수를 평가지표로 제시하였으며, 모터를 사용하지 않아 부피가 작은 Fig. 1 과 같은 분석시스템을 개발한바 있다.
제안 방법
- 관절각도를 측정하기 위한 포텐시오미터(J50s, Copal Electronics, Japan)를 환자의 손목관절 중심부에 위치하도록 하기 위해, 손받침판의 회전축과 손받침판 밑의 반월판 (semicircle plate) 사이에 고정하였다. 검사자가 인가 하는 굴곡/신전 운동에 대해 환자의 손목관절이 저항하는 토크를 측정하기 위해, 로드셀(UMMA10K, Dacell Inc., Korea)을 검사자용 손잡이와 환자용 손받침판의 사이에 삽입하였다. 또한, 관절의 각가속도를 측정하기 위해, 가속도계를 손받침판의 끝부분에 장착하였다.
- 1 과 같이 검사자가 피험자의 관절움직임을 인가할 수 있도록 손잡이를 환자용 손받침판(hand plate)의 끝에 부착하였다. 관절각도를 측정하기 위한 포텐시오미터(J50s, Copal Electronics, Japan)를 환자의 손목관절 중심부에 위치하도록 하기 위해, 손받침판의 회전축과 손받침판 밑의 반월판 (semicircle plate) 사이에 고정하였다. 검사자가 인가 하는 굴곡/신전 운동에 대해 환자의 손목관절이 저항하는 토크를 측정하기 위해, 로드셀(UMMA10K, Dacell Inc.
- , Korea)을 검사자용 손잡이와 환자용 손받침판의 사이에 삽입하였다. 또한, 관절의 각가속도를 측정하기 위해, 가속도계를 손받침판의 끝부분에 장착하였다. 측정된 신호는 필터와 증폭기를 거친 후, 데이터 수집(data acquisition: DAQ)보드를 통해 랩뷰로 저장하였다.
- 로드셀로부터 토크(τ), 포텐시오미터로부터 손목 관절의 각도(θ)를 측정하였고, 수치미분을 통하여 각속도(ω)와 각가속도(α)를 산출하였다.
- 수술 중 DBS 효과를 알아보기 위해 실험 조건은 DBS-Off 와 최종적 전극위치에서의 DBS-On 으로 하였다. 수술 중에 먼저 임상의가 고전적 방법에 따라 UPDRS 경직점수를 판정하였다.
- 수술 중 DBS 효과를 알아보기 위해 실험 조건은 DBS-Off 와 최종적 전극위치에서의 DBS-On 으로 하였다. 수술 중에 먼저 임상의가 고전적 방법에 따라 UPDRS 경직점수를 판정하였다. 그 후, 검사자가 30~70 [deg/sec] 범위의 평균 각속도로 손목에 운동(flexion/extension) 을 6 회 인가하였다.
- 이에 의해 점·탄성계수가 모두 비정규성 분포를 이루는 것을 확인하였고, 따라서 비모수 검증을 사용하였다.
- 또한, 관절의 각가속도를 측정하기 위해, 가속도계를 손받침판의 끝부분에 장착하였다. 측정된 신호는 필터와 증폭기를 거친 후, 데이터 수집(data acquisition: DAQ)보드를 통해 랩뷰로 저장하였다.
- 탄성성분은 운동방향에 따른 차이가 미약하므로6 운동방향에 무관한 하나의 요소로 간주하여 탄성계수(K)로 나타내고, 점성요소는 운동방향에 따라 현저히 변동하므로5 굴곡, 신전구간에 따라 굴곡구간의 점성계수(Bf), 신전구간의 점성계수(Be) 로 분리하여 표현하였다.
대상 데이터
- DBS 시술은 약물의 부작용이 나타나는 환자만을 대상으로 하는 것이 일반적이므로 파킨슨 환자 중에서도 그 빈도가 많지가 않아서, 많은 피험자를 대상으로 연구하기가 어려운 분야이다. 따라서, 현재까지 보고된 논문에서는 DBS 수술중의 정량적 경직평가에 관한 내용은 전무하고, DBS 수술을 과거에 받았던 환자에 대해 DBS 의 효과를 조사한 논문만이있으나, 이 경우에도 실험대상이 된 상지의 수가 10 개(10 환자)9 와 13 개(13 환자)7 였다. 본 연구와 참고문헌 7, 9 는 수술 중과 수술 후라는 실험 시점만 다르며, DBS 의 효과를 파악한다는 점은 일치한다.
- 01). 본 연구에서 대상으로 한 모집단의 특성과 데이터 수에 따라 통계분석을 하였기 때문에 충분히 통계적으로 의미가 있으며 11 개의 데이터로 본 연구의 유효성 입증이 가능하다고 판단된다.
- 본 연구에서는 DBS 수술 중의 파킨슨병 환자6 명을 대상으로 실험을 하였다. 이중 5 인은 좌우측 수술을 시행하였고 1 인은 편측 수술을 시행하여, 실험데이터는 총 11 개가 되었다.
- 본 연구에서는 DBS 수술 중의 파킨슨병 환자6 명을 대상으로 실험을 하였다. 이중 5 인은 좌우측 수술을 시행하였고 1 인은 편측 수술을 시행하여, 실험데이터는 총 11 개가 되었다. 환자의 연령은 57.
데이터처리
- 즉, DBS 에 의한 점탄성계수의 변화를 확인하기 위해 Wilcoxon Signed Ranks test 를 실시하였다. 또한, 점탄성계수 (두 개의 점성계수와 한개의 탄성계수)의 DBS 에 의한 감소율을 %로 표현하고, Friedman test 와 post-hoc test 를 이용하여 비교하였다.
- 본 연구에서는 데이터 수가 적고, Shapiro-Wilk test 를 실시하여 점탄성계수가 모두 비정규 분포를 이루는 것을 확인하였기 때문에 Wilcoxon signed rank test 를 실시하였다.15 Table 2 은 DBS Off/On 각 경우의 UPDRS 경직점수와 점탄성의 값을 나타낸다.
- 로드셀로부터 토크(τ), 포텐시오미터로부터 손목 관절의 각도(θ)를 측정하였고, 수치미분을 통하여 각속도(ω)와 각가속도(α)를 산출하였다. 산출한 실험데이터를 이용하여 최소자승법(least square estimation: LSE)을 통해 탄성과 점성을 계산하였다.13 관성모멘트(moment of inertia: I)는 손목의 굽힘 상태에서 순간 놓음(Quick release) 방법14을 이용하여 폄 운동시 관성모멘트를 각 피험자마다 미리 산출하였다.
- 이에 의해 점·탄성계수가 모두 비정규성 분포를 이루는 것을 확인하였고, 따라서 비모수 검증을 사용하였다. 즉, DBS 에 의한 점탄성계수의 변화를 확인하기 위해 Wilcoxon Signed Ranks test 를 실시하였다. 또한, 점탄성계수 (두 개의 점성계수와 한개의 탄성계수)의 DBS 에 의한 감소율을 %로 표현하고, Friedman test 와 post-hoc test 를 이용하여 비교하였다.
- 통계분석을 위해 먼저 Shapiro-Wilk test 를 실시 하여 점탄성계수의 정규성(normality)을 검증하였다. 이에 의해 점·탄성계수가 모두 비정규성 분포를 이루는 것을 확인하였고, 따라서 비모수 검증을 사용하였다.
이론/모형
- 산출한 실험데이터를 이용하여 최소자승법(least square estimation: LSE)을 통해 탄성과 점성을 계산하였다.13 관성모멘트(moment of inertia: I)는 손목의 굽힘 상태에서 순간 놓음(Quick release) 방법14을 이용하여 폄 운동시 관성모멘트를 각 피험자마다 미리 산출하였다.
성능/효과
- 3(a)) 보다 DBS-On 일 때(Fig. 3(b)) 토크-각도의 기울기, 히스테리시스(hysteresis)의 면적이 모두 감소하는 것을 확인 할 수 있다. 탄성계수는 평균 적인 기울기를 나타내며, 히스테리시스의 면적은 점성계수에 비례하므로, 점탄성 모두 감소할 것을 예측할 수 있다.
- Friedman’s test 결과 점탄성의 감소율에 차이가 있었고, post-hoc test (Wilcoxon signed rank test) 결과, Bf의 감소율이 Be 와 K 의 감소율보다 더컸다(p<0.05).
- LSE 로 계산된 모델 파라메터의 값을 이용하여 도출된 모델토크와 실험토크의 RMS (root mean square) 오차는 모든 실험데이터에서 최대 토크의 9%이하(8.01±1.82%)로서, 모델의 동정(identification) 은 성공적인 것으로 판단된다.
- Wilcoxon signed rank test 결과, UPDRS 경직점수와 점탄성 모두 DBS 에 의해 유의하게 감소하였다 (p<0.01).
- 본 연구에서는 토크모터를 사용하지 않아 수술실에서 적합한 작은 부피의 장비를 사용할 수 있 었고, 저항성 토크의 역학적 결과지표가 아닌 역학적 원인요소에 해당하는 점탄성을 분석지표로 사용하여 검사자가 훈련을 통해 일정속도로 운동을 인가해야 하는 제한이 없었다. 또한, 제안된 시스템을 이용하여 수술 중에 측정한 점탄성은 DBS 의 효과를 유의하게 나타내었다. 따라서, 본 연구에서 제안한 분석장비와 평가지표는 수술 중에 파킨슨병 환자의 경직을 평가하는데 있어서 큰 도움이 될 것으로 기대한다.
- 이러한 결과는 점탄성 계수가 UPDRS 경직점수를 대신해서 수술중의 DBS 의 효과를 표현할 수있는 적합한 분석지표이며, 특히, Bf가 수술 중의 DBS 에 의한 경직의 감소를 가장 크게 표현할 수 있는 지표임을 나타낸다. DBS 에 의한 Bf의 감소율이 Be보다 큰 이유로서 DBS 가 굴곡근과 신전근에 미치는 효과가 차별적일 것을 예상할 수 있으나, 정확한 것은 앞으로의 신경생리학적인 연구를 통해 규명되어야 할 것이다.
- 점탄성계수는 수술중의 DBS 에 의해 모두 유의하게 감소하였고(Table 2), 특히 굴곡구간에서의 점성계수(Bf)의 감소율이 가장 컸다(Fig. 4). 따라서본 연구에서 제안한 점탄성계수는, DBS 수술 중 적합한 전극의 위치와 자극 파라메터를 선정할 때, 도움이 될 것으로 기대된다.
후속연구
- 가 수술 중의 DBS 에 의한 경직의 감소를 가장 크게 표현할 수 있는 지표임을 나타낸다. DBS 에 의한 Bf의 감소율이 Be보다 큰 이유로서 DBS 가 굴곡근과 신전근에 미치는 효과가 차별적일 것을 예상할 수 있으나, 정확한 것은 앞으로의 신경생리학적인 연구를 통해 규명되어야 할 것이다.
- 또한, 제안된 시스템을 이용하여 수술 중에 측정한 점탄성은 DBS 의 효과를 유의하게 나타내었다. 따라서, 본 연구에서 제안한 분석장비와 평가지표는 수술 중에 파킨슨병 환자의 경직을 평가하는데 있어서 큰 도움이 될 것으로 기대한다.
- 4). 따라서본 연구에서 제안한 점탄성계수는, DBS 수술 중 적합한 전극의 위치와 자극 파라메터를 선정할 때, 도움이 될 것으로 기대된다.
- 토크모터로 운동을 인가하여 역학적인 평가지표를 산출한 연구들은 한정된 공간과 수술대와 장치까지의 거리를 고려한다면 실험 장비의 부피가 커서 사용이 부적합하다. 또한, 경사가 있는 수술 대에 누워있는 환자를 대상으로 실험하는 것이 불가능하며 장비의 조작이 어렵다는 제한점이 있다.
- 본 연구에서는 토크모터를 사용하지 않아 수술실에서 적합한 작은 부피의 장비를 사용할 수 있 었고, 저항성 토크의 역학적 결과지표가 아닌 역학적 원인요소에 해당하는 점탄성을 분석지표로 사용하여 검사자가 훈련을 통해 일정속도로 운동을 인가해야 하는 제한이 없었다. 또한, 제안된 시스템을 이용하여 수술 중에 측정한 점탄성은 DBS 의 효과를 유의하게 나타내었다.
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