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문제 정의
- 본 연구에서는 모바일 기기를 이용하여 뇌졸중 후 상지 편마비 환자를 위한 재활훈련 시스템을 개발하고, 그 프로그램의 임상적 유용성 평가에 대한 예비연구를 하고자 한다.
- 본 예비연구는 모바일기반의 상지재활 프로그램을 이용한 훈련이 뇌졸중 후 상지 편마비 환자의 기능회복과 삶의 질에 미치는 영향을 확인하고자 실시되었다.
가설 설정
- 본 연구에서 제안한 모바일 기반의 재활운동은 가상현실 게임 재활치료의 장점을 갖고 앞선 제한사항들을 보완할 수 있다. 첫째, 환자가 시스템을 직접 다루기 쉽다는 것이다. 재활훈련 후 수행된 모바일 재활의 만족도 질문결과를 보면 많은 환자들이 장비와 소프트웨어의 사용에 어려움 없이 편리하다고 응답했다.
제안 방법
- 상지 재활훈련 시스템은 크게 두 가지로 구성된다. 게임 컨텐츠를 통해 환자의 훈련 상황을 시각적으로 피드백 하는 태블릿PC(Samsung galaxy note 10.1), 상지의 움직임을 검출하는 스마트폰(Samsung galaxy S 2)으로 구성되어 있으며 프로그램은 안드로이드 기반으로 개발되었다. 상지의 움직임은 스마트폰에 내장되어 있는 오리엔테이션 센서 값의 변화를 이용해 검출하였고 센서 정확도에 대한 실험결과오차는 1도 이내로 환자들의 재활운동에 무리 없이 사용 가능했다.
- 경직은 반사의 과 흥분으로 인한 건반사의 항진을 보이는 신장 속도에 비례하는 긴장성 신장 반사로 정의되는데 속도가 증가됨에 따라 경직이 증가하게 되므로 갑작스러운 동작은 근경직을 초래할 수 있기 때문에[13] 상지를 천천히 움직이도록 유도했다. 게임의 난이도는 미리 설계되어 있는 형식에 맞추어 진행되는 일반모드와 사용자가 직접 조절할 수 있는 사용자 설정 모드로 나누었다. 사용자 설정 모드에서는 게임의 난이도에 관여하는 운동 횟수, 운동 속도, 관절각 범위 등의 여러 요소 들을 직접 조절함으로써 환자 개개인의 질환상태에 부합하는 재활운동이 될 수 있도록 했다.
- 재활 프로그램은 두 개의 모바일 기기로 구성되며, 브룬스트롬 회복단계에 따른 팔 운동 단계에 기반한 게임컨텐츠를 개발했다. 게임컨텐츠는 재활운동 진행 중 갑작스러운 운동으로 인한 근 경직이 발생하는 것을 예방할 수 있도록 제작했으며 상지 움직임의 정량적 측정을 통해 환자 개개인의 질환상태에 부합하는 알맞은 재활훈련 프로토콜을 제공할 수 있도록 설계했다.
- 재활게임 컨텐츠는 고 연령층이 사용하기에 무리가 없도록 제작했으며 모바일 디바이스 이 외에 다른 장치는 사용 하지 않도록 했다. 또한 게임 중 모든 움직임은 근경직이 발생하는 것을 예방할 수 있도록 제작했다. 경직은 반사의 과 흥분으로 인한 건반사의 항진을 보이는 신장 속도에 비례하는 긴장성 신장 반사로 정의되는데 속도가 증가됨에 따라 경직이 증가하게 되므로 갑작스러운 동작은 근경직을 초래할 수 있기 때문에[13] 상지를 천천히 움직이도록 유도했다.
- 실험과정은 총 10회기로 2주간 진행되었으며 한 회기는 개발한 모바일 재활게임을 이용하여 손목의 굴곡&신전, 어깨 운동, 팔뚝의 내전&외전으로 구성된 총 3가지 재활운동을 30분간 수행하고 작업치료(Occupational Therapy) 30분을 병행하는 것으로 구성했다.
- 그림 2의 (d)는 어깨 굴곡 및 내전외전 운동게임이다. 어깨 움직임을 통해 오브젝트(물 호스)를 상하좌우로 이동하며 타켓 오브젝트(불)와의 접촉을 일정시간 유지하도록 했다.
- 실험과정은 총 10회기로 2주간 진행되었으며 한 회기는 개발한 모바일 재활게임을 이용하여 손목의 굴곡&신전, 어깨 운동, 팔뚝의 내전&외전으로 구성된 총 3가지 재활운동을 30분간 수행하고 작업치료(Occupational Therapy) 30분을 병행하는 것으로 구성했다. 임상적 유용성은 재활훈련 수행 전후 상지 기능의 회복 정도와 삶의 질 척도의 변화, 그리고 훈련 후 모바일 재활의 만족도에 대한 질문지 응답을 통해 평가했다.
- 재활 게임 컨텐츠는 현재 뇌졸중 후 편마비 환자를 대상으로 시행되고 있는 브룬스트룸 회복단계(Brunnstrom stage:이하 B-stage)에 따른 상지재활훈련에 기반하여 제작했다. B-stage란 회복 단계를 뜻하며 상지의 B-stage는 수의적 운동이 불가능한 1단계부터 독립적인 관절 움직임이 쉽게 가능해지는 6단계로 나누어져 있다[12].
- 재활 프로그램은 두 개의 모바일 기기로 구성되며, 브룬스트롬 회복단계에 따른 팔 운동 단계에 기반한 게임컨텐츠를 개발했다. 게임컨텐츠는 재활운동 진행 중 갑작스러운 운동으로 인한 근 경직이 발생하는 것을 예방할 수 있도록 제작했으며 상지 움직임의 정량적 측정을 통해 환자 개개인의 질환상태에 부합하는 알맞은 재활훈련 프로토콜을 제공할 수 있도록 설계했다.
- 재활게임 컨텐츠는 고 연령층이 사용하기에 무리가 없도록 제작했으며 모바일 디바이스 이 외에 다른 장치는 사용 하지 않도록 했다. 또한 게임 중 모든 움직임은 근경직이 발생하는 것을 예방할 수 있도록 제작했다.
- 상지의 움직임은 스마트폰에 내장되어 있는 오리엔테이션 센서 값의 변화를 이용해 검출하였고 센서 정확도에 대한 실험결과오차는 1도 이내로 환자들의 재활운동에 무리 없이 사용 가능했다. 재활운동 시 상지 움직임을 측정하기 위해 스마트폰을 팔목, 어깨 등 재활을 수행하고자 하는 부위의 관절각을 얻을 수 있는 곳에 암밴드를 이용하여 고정시켰다. 상지 움직임 검출을 위해 사용된 스마트폰의 무게는 약 120 g으로 환자에게 적용했을 때 무게로 인한 불편감 없이 운동을 수행할 수 있었다.
- 재활치료 후, 개발한 모바일 재활프로그램의 만족도에 대한 질문지 응답을 수행했다. 질문의 유형은 사용 편의성, 질환관리 등의 문항으로 이루어진 행렬식질문이며 5점리커트 척도로 매우 그렇다(5점)부터 매우 그렇지않다(1점)으로 구성되어 있다.
대상 데이터
- 개발한 프로그램의 임상적 유용성의 예비평가를 위해 경기도 성남시에 소재하는 S대학교 병원에 내원하고 있는 뇌졸중 후 상지 편마비를 겪고 있는 환자 11명(평균연령: 61.64± 15.80세)을 대상으로 시험적용을 실시했다(IRB number: B-1306/208-005).
데이터처리
- 본 연구의 통계적 분석은 SPSS 21을 이용하여 통계처리 하였으며, 재활훈련 전과 10회의 치료 종료시점 사이의 상지 기능과 삶의 질의 변화를 검정하기 위해 대응표본 t-검정을 실시했다. 통계학적 유의수준은 p < .
이론/모형
- 삶의 질 평가를 위해 EuroQoL-5 Dimension(이하 EQ5D)와 Beck Depression Inventory(이하 BDI)지수를 측정했다. EQ-5D는 EuroQol 그룹에서 개발한 일반적 건강 관련 삶의 질 측정도구로 운동능력, 자기관리, 일상 활동, 통증/불편, 불안/우울의 5개 차원에 대해서 문제없음, 다소 문제 있음, 심각한 문제 있음의 3가지 수준으로 평가하도록 구성되어 있다[15].
- 상지 기능의 회복 정도는 퍼글-마이어 평가(fugl meyer assessment: 이하 FMA) 상지 점수와 팔과 손의 B-stage를 통해 평가했다. FMA는 뇌졸중 환자의 기능적 회복 정도를 평가하기 위해 고안된 평가도구로써, 브룬스트룸의 편마비 분류와 회복(Brunnstrom's hemiplegia classification and progress record)의 6단계 과정을 근거로 50개의 항목으로 상세히 분류하였고, 상지의 경우 어깨, 팔꿈치, 전완, 손목, 손가락의 협응 능력으로 세분화 된다.
성능/효과
- FMA평가를 시행한 결과, 재활훈련 전 상지의 FMA 평균점수는 25.82 ± 6.87, 훈련 후 평균 점수는 43.91 ± 6.05였다.
- 개발한 프로그램의 임상적 유용성 예비평가를 위해 11명의 뇌졸중 후 상지 편마비 환자에게 시험적용을 수행하고, 상지 운동기능의 회복을 평가하기 위한 퍼글-마이어, 브룬 스트롬 회복단계, 삶의 질 변화를 평가하기 위한 EuroQoL5 Dimension와 Beck Depression Inventory를 사용한 결과에서, 재활치료 후 삶의 질은 개선되었으나 통계학적으로 유의미한 변화는 보이지 않았으며 상지 기능은 재활치료 전과 비교하여 상지 FMA척도와 팔과 손의 B-stage가 유의 하게 증가하는 상지 기능의 개선을 보여주었다. 위의 평가 결과로부터, 본 연구에서 개발한 모바일 게임기반 재활치료 프로그램이 상지기능 개선에 임상적 유용성이 있다고 할 수 있었다.
- 이로써 재활운동 중 일어선 자세가 요구되지 않아 앉아있거나 병상에 누워있는 환자에게도 적용 가능할 것이다. 네 번째, 보편적으로 보급되어있는 스마트폰을 이용하므로 재활을 위한 별도의 고비용 장비가 요구되지 않아 재활치료를 위해 장비가 구비되어있는 재활치료기관을 방문하지 않고도 훈련이 가능하다는 것이다. 이를 통해 통근치료가 어려운 환자나 재가환자가 가정에서 자신의 스마트폰을 이용해 재활 훈련을 실시할 수 있으며 휴대성이 용이하여 가정뿐만 아니라 실외 어디서든 장소에 구애 받지 않고 재활훈련을 실시할 수 있을 것이다.
- 재활훈련 후 수행된 모바일 재활의 만족도 질문결과를 보면 많은 환자들이 장비와 소프트웨어의 사용에 어려움 없이 편리하다고 응답했다. 둘째, 단순한 게임목적으로 디자인된 컨텐츠가 아닌 환자가 수행해야 할 정확한 기능적 운동을 유도할 수 있는 컨텐츠를 제공한다는 것이다. 세 번째로, 재활을 수행하고자 하는 목표부위에 스마트폰을 부착하여 그 부위의 움직임을 측정하므로 신체 움직임 측정을 위해 전신을 감지할 필요가 없다는 것이다.
- 만족도 응답평균을 100점으로 환산하면 질환관리가 82.5점으로 가장 높았으며, 그 뒤를 이어 프로그램의 형식, 사용 편의성과 전반적 만족도가 81.25점, 치료제공이 80.25점으로 나타났다.
- 본 연구에서 제안한 모바일 기반의 재활운동은 가상현실 게임 재활치료의 장점을 갖고 앞선 제한사항들을 보완할 수 있다. 첫째, 환자가 시스템을 직접 다루기 쉽다는 것이다.
- 1), 상지의 움직임을 검출하는 스마트폰(Samsung galaxy S 2)으로 구성되어 있으며 프로그램은 안드로이드 기반으로 개발되었다. 상지의 움직임은 스마트폰에 내장되어 있는 오리엔테이션 센서 값의 변화를 이용해 검출하였고 센서 정확도에 대한 실험결과오차는 1도 이내로 환자들의 재활운동에 무리 없이 사용 가능했다. 재활운동 시 상지 움직임을 측정하기 위해 스마트폰을 팔목, 어깨 등 재활을 수행하고자 하는 부위의 관절각을 얻을 수 있는 곳에 암밴드를 이용하여 고정시켰다.
- 둘째, 단순한 게임목적으로 디자인된 컨텐츠가 아닌 환자가 수행해야 할 정확한 기능적 운동을 유도할 수 있는 컨텐츠를 제공한다는 것이다. 세 번째로, 재활을 수행하고자 하는 목표부위에 스마트폰을 부착하여 그 부위의 움직임을 측정하므로 신체 움직임 측정을 위해 전신을 감지할 필요가 없다는 것이다. 이로써 재활운동 중 일어선 자세가 요구되지 않아 앉아있거나 병상에 누워있는 환자에게도 적용 가능할 것이다.
- 우울증 진단척도 평가를 시행한 결과, 재활훈련 전 BDI의 평균점수는 10.91 ± 2.93, 훈련 후 8.00 ± 1.20였다.
- 개발한 프로그램의 임상적 유용성 예비평가를 위해 11명의 뇌졸중 후 상지 편마비 환자에게 시험적용을 수행하고, 상지 운동기능의 회복을 평가하기 위한 퍼글-마이어, 브룬 스트롬 회복단계, 삶의 질 변화를 평가하기 위한 EuroQoL5 Dimension와 Beck Depression Inventory를 사용한 결과에서, 재활치료 후 삶의 질은 개선되었으나 통계학적으로 유의미한 변화는 보이지 않았으며 상지 기능은 재활치료 전과 비교하여 상지 FMA척도와 팔과 손의 B-stage가 유의 하게 증가하는 상지 기능의 개선을 보여주었다. 위의 평가 결과로부터, 본 연구에서 개발한 모바일 게임기반 재활치료 프로그램이 상지기능 개선에 임상적 유용성이 있다고 할 수 있었다.
- 재활치료 후 우울증이 감소되었음을 보였으나 통계학적으로 유의한 차이가 없었다(p > .05).
- 훈련 효과에 의한 B-stage(hand)의 변화를 알아본 결과 유의미한 증가를 보였으며(t = −5.573, df = 10, ***p < .001), B-stage(arm)또한 통계학적으로 유의하게 증가했다(t = −5.333, df = 10, ***p < .001).
후속연구
- 하지만 본 연구에서 얻어진 결과로 미루어 봤을 때, 모바일 기반의 상지재활게임은 환자의 상황에 맞는 치료방법을 제공하여 질환관리에 도움이 되고, 고 연령층의 환자가 이용하기에 어려움이 없어 재활치료 프로그램에 대한 만족도가 높았으며 실제로 앞서 수행한 임상적 유용성 평가에서도 상지기능의 개선을 나타냄 으로 보아 기존에 시행되었던 재활치료법과 같이 환자에게 유용한 새로운 상지재활의 패러다임이 될 것이라 생각된다. 더 나아가 본 연구에서 개발한 모바일 재활 시스템에서 상지 움직임을 측정하는 스마트폰을 대신하여 스마트워치와 같은 웨어러블 디바이스와의 결합을 통해 향후 더 발전된 상지재활 플랫폼을 제시할 수 있을 것이라 기대된다.
- 이를 통해 통근치료가 어려운 환자나 재가환자가 가정에서 자신의 스마트폰을 이용해 재활 훈련을 실시할 수 있으며 휴대성이 용이하여 가정뿐만 아니라 실외 어디서든 장소에 구애 받지 않고 재활훈련을 실시할 수 있을 것이다. 마지막으로, 앞에서 언급한 바와 같이 재활 시 정확한 근육 움직임을 유도하므로 운동을 보조해줄 보호자 없이도 가정에서 환자 스스로가 재활훈련을 수행할 수 있을 것이다. 이와 더불어 흥미 있는 게임으로 이루어져 시청각적 피드백을 제공함으로써 환자에게 재활치료의 동기를 제공할 수 있다.
- 본 연구의 제한점으로는, 대조군과의 상지기능 변화에 대한 비교가 이루어 지지 않아 평가결과에서 나타난 통계학적으로 유의미한 상지 운동기능의 개선이 ‘시간의 경과에 따른 자연스러운 기능회복’ 또는 ‘작업치료 재활훈련을 병행함으로써 얻어진 기능 개선’이 아닌 본 연구에서 개발한 모바일기반 재활게임 프로그램을 적용함에 따른 결과임을 일반화하기에 미약하다는 것이다.
- 세 번째로, 재활을 수행하고자 하는 목표부위에 스마트폰을 부착하여 그 부위의 움직임을 측정하므로 신체 움직임 측정을 위해 전신을 감지할 필요가 없다는 것이다. 이로써 재활운동 중 일어선 자세가 요구되지 않아 앉아있거나 병상에 누워있는 환자에게도 적용 가능할 것이다. 네 번째, 보편적으로 보급되어있는 스마트폰을 이용하므로 재활을 위한 별도의 고비용 장비가 요구되지 않아 재활치료를 위해 장비가 구비되어있는 재활치료기관을 방문하지 않고도 훈련이 가능하다는 것이다.
- 본 연구의 제한점으로는, 대조군과의 상지기능 변화에 대한 비교가 이루어 지지 않아 평가결과에서 나타난 통계학적으로 유의미한 상지 운동기능의 개선이 ‘시간의 경과에 따른 자연스러운 기능회복’ 또는 ‘작업치료 재활훈련을 병행함으로써 얻어진 기능 개선’이 아닌 본 연구에서 개발한 모바일기반 재활게임 프로그램을 적용함에 따른 결과임을 일반화하기에 미약하다는 것이다. 하지만 본 연구에서 얻어진 결과로 미루어 봤을 때, 모바일 기반의 상지재활게임은 환자의 상황에 맞는 치료방법을 제공하여 질환관리에 도움이 되고, 고 연령층의 환자가 이용하기에 어려움이 없어 재활치료 프로그램에 대한 만족도가 높았으며 실제로 앞서 수행한 임상적 유용성 평가에서도 상지기능의 개선을 나타냄 으로 보아 기존에 시행되었던 재활치료법과 같이 환자에게 유용한 새로운 상지재활의 패러다임이 될 것이라 생각된다. 더 나아가 본 연구에서 개발한 모바일 재활 시스템에서 상지 움직임을 측정하는 스마트폰을 대신하여 스마트워치와 같은 웨어러블 디바이스와의 결합을 통해 향후 더 발전된 상지재활 플랫폼을 제시할 수 있을 것이라 기대된다.
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