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문제 정의
- 보행기능이 회복된다고 해도 정상인보다 보행속도가 저하되어 있어 문제없이 실외보행 (community ambulation)을 하는 경우는 많지 않다[4]. 그러므로 많은 환자들에게 중추신경계 회복을 돕는 물리치료를 통해 최대한 보행의 기능을 회복하는 것이 치료의 목표이다.
- 이에 본 연구에서는 발병 3개월 이내의 아급성기 뇌졸중 환자를 대상으로 하지 재활 로봇을 이용한 치료를 실시하고 고식적인 재활 치료를 실시한 대조군과 근력, 운동기능 및 일상생활동작능력 회복 정도를 비교하여 로봇 보조 장치를 이용한 재활 치료의 운동 회복 및 기능 향상에 대한 효과를 알아보고자 하였다. 그리고 환자들의 운동회복과 체성감각 유발전위(Somatosensory voked potential :SEP)와 관계를 알아보고자 하였다.
- 본 연구는 상하지 체성감각신경 유발전위를 환자의 예후와 연관시켜서 고찰해보았다. 감각신경 유발전위의 결과와 수정바델지수와의 연관성에 대한 연구가 있으며, PARK의 연구에 의하면 운동신경 유발전위 또는 감각신경 유발전위를 모두 검사하여 결과의 유무에 따라 분류하여 modified Rankin Scale (mRS)의 수치의 변화를 비교하였을 때, 운동신경 유발전위와 감각신경 유발전위 수치가 기능적인 예후를 측정하는데 도움을 줄 수 있다고 분석하고 있다.
- 우리가 일상생활을 수행하는데 가장 중요한 것은 보행 능력이다. 이에 뇌졸중 환자가 보행능력을 습득하여 가족의 부담을 덜고 스스로 이동하는 것을 최우선의 목표로 하게 된다. 보행능력의 습득을 위해서는 하지의 근력을 회복하는 것 뿐만 아니라, 체중지지 및 중심의 이동, 힘 조절이 함께 조화를 이루어야한다.
- 그러나 국내에는 아급성기 뇌졸중 환자에서 하지 재활 로봇을 이용한 연구가 부족한 실정이다. 이에 본 연구에서는 발병 3개월 이내의 아급성기 뇌졸중 환자를 대상으로 하지 재활 로봇을 이용한 치료를 실시하고 고식적인 재활 치료를 실시한 대조군과 근력, 운동기능 및 일상생활동작능력 회복 정도를 비교하여 로봇 보조 장치를 이용한 재활 치료의 운동 회복 및 기능 향상에 대한 효과를 알아보고자 하였다. 그리고 환자들의 운동회복과 체성감각 유발전위(Somatosensory voked potential :SEP)와 관계를 알아보고자 하였다.
제안 방법
- 이는 로봇재활치료의 효과가 고식적인 치료와 크게 차이가 없다는 이전 연구과 유사하나[12], 치료사의 부담이 줄고, 훈련시간의 상당부분의 자동화됨을 고려할 때 로봇치료의 필요성의 근거가 된다. Demet은 만성기 뇌졸중 환자에서 총 10번의 로봇 보행치료를 시행하고, 대조군에서는 conventional training을 추가로 시행하여 비교 분석하였다. 두 군 모두에서 치료직후 보행시간의 개선이 있었으나, 로봇 보행 치료군에서는 치료 후 8주 뒤에 시행한 10 m walking test 에서도 보행시간의 개선이 유지가 되었으나, 고식적인 치료군에서는 치료 직후에는 유의한 개선이 있었으나 8주 뒤에는 의미가 없는 것으로 나타나서 로봇보행치료의 우수성을 보여주었다.
- 경골 감각신경 유발 전위(하지)를 기준으로 반응이 없는 24명과 반응이 있었던 29명을 기준으로 나누어서 비교 분석을 시행하였다. 분석하였을 때 한글판 수정 바델 지수 점수와 하지의 MI, BBS는 치료 전, 후 모두에서 감각신경 유발전위결과에 따른 유의한 차이가 나타났다.
- 기록은 국제 뇌파 10~20 시스템의 Fz에 참고 전극을 삽입하여 정중 신경 검사 시는 C3’/C4’에, 경골 신경 검사시는 Cz’에 활성 전극을 삽입하여 기록하였다.
- 두 군에서 치료 시작 전과 4주간 치료 후 하지 근력 측정을 위하여 각 관절별 굴곡과 신전을 구분하여 도수 근력검사를, 하지 기능 평가를 위하여 Fugl-Meyer motor assessment(FMA) 점수와 하지의 근력을 도수 측정하여 평가하는 Motricity Index(MI)점수, 보행을 하는데 도움이 필요한 정도에 따라 점수로 평가하는 Functional Ambulation Category Scale(FAC) 점수를 측정하였고, 보행 능력의 측정을 위하여 Berg Balance Scale(BBS) 점수, 10m 보행검사 점수를 측정하였다. 일상생활동작 수행 능력을 측정하기 위하여 장애의 정도를 결정하는데 주로 사용 되어지는 한글판 수정 바델 지수(Korean version of modified Barthel index, K-MBI)를 측정하였다.
- 또한 Locomat® 과 가상현실 시스템을 결합하여 생체되먹임(biofeed back)을 이용하였다.
- 로봇 재활 치료군은 Locomat®(Hocoma AG, Zurich, Switzerland)를 이용하였으며, 로봇 하지 재활 훈련 시간은 하루 30분이었으며 4주간 주 5회, 총 20회를 시행하였다.
- 연구 대상을 로봇 재활 치료군과 대조군으로 나누었으며, 로봇 재활 치료군은 1일 1회 로봇 치료와 1일 1회 고식적 재활 치료를 시행하였고 대조군은 1일 2회 고식적 재활 치료를 시행하였다. 로봇 재활 치료군은 Locomat®(Hocoma AG, Zurich, Switzerland)를 이용하였으며, 로봇 하지 재활 훈련 시간은 하루 30분이었으며 4주간 주 5회, 총 20회를 시행하였다.
- 체성감각 유발 전위 검사 결과는 정중신경(상지)을 기준으로 결과를 분석하였을 때 반응이 없는 14명과 반응이 있었던 39명을 기준으로 나누어서 비교 분석을 시행하였다. 치료 전, 후의 한글판 수정 바델 지수 점수는 치료 전, 후에 유의한 차이가 나타나지 않았다.
- 체성감각 유발전위 검사는 Cadwell sierra wave 근전도기(Cadwell, USA)를 사용하였으며 환자를 이완된 상태로 눕힌 후 막대 전극으로 양측 정중 신경과 경골 신경을 각각 완관절과 족관절에서 자극하였고 표면 침전극을 사용하여 두피에서 기록하였다. 각 근육의 수축이 유발되는 최소한의 자극강도로 자극하였으며 초당 2.
- 치료 방법을 환자에게 충분히 설명한 후 치료를 시행하였고, 치료 중 지속적인 보호 관찰 및 적절한 수행을 반복 지시하였으며, 모든 조절 지표들은 환자의 근력, 기능의 호전에 따라 점진적으로 조절하였다.
- 하지 재활 로봇은 Locomat® (Hocoma AG, Zurich, Switzerland)를 사용하여 하지 재활 훈련을 실시하였다.
대상 데이터
- 2011년 3월부터 2011년 12월까지 oo 병원 재활의학과에서 뇌경색 또는 뇌출혈로 입원 치료를 받은 환자 중 연구포함 기준에 해당되는 53명을 대상으로 하였다. 연구 포함 기준은 만 35에서 80세의 초발 뇌졸중 환자로 병변측 근위부의 도수근력검사에서 Medical Research Council (MRC) 척도 1이상이며, Functional Ambulation Category Scale(FAC)이 3 이하인, 발병 3개월 이내의 아급성기 환자로 하였다.
- 로봇 재활 치료군 32명중 남자가 21명, 여자가 11명이었으며, 좌측 편마비가 11명 우측 편마비가 21명이었다. 대조군 21명중 남자가 8명 여자가 13명이었으며, 좌측 편마비가 10명 우측 편마비가 11명이었다. 전체 대상자 중 뇌경색이 35명, 뇌출혈이 17명, 동시에 발생한 경우가 1명이었다.
- 환자 선정 기준에 부합하는 53명이 연구를 종료하였으며, 로봇 재활 치료군이 32명, 대조군이 21명이었다. 로봇 재활 치료군 32명중 남자가 21명, 여자가 11명이었으며, 좌측 편마비가 11명 우측 편마비가 21명이었다. 대조군 21명중 남자가 8명 여자가 13명이었으며, 좌측 편마비가 10명 우측 편마비가 11명이었다.
- 연구 포함 기준은 만 35에서 80세의 초발 뇌졸중 환자로 병변측 근위부의 도수근력검사에서 Medical Research Council (MRC) 척도 1이상이며, Functional Ambulation Category Scale(FAC)이 3 이하인, 발병 3개월 이내의 아급성기 환자로 하였다. 모든 대상자는 한국판 간이정신상태검사(K-mini mental status exam, K-MMSE)에서 15점 이상이거나 두 단계의 명령 수행이 가능한 환자이다. 또한 하지의 경직으로 인한 고관절, 슬관절, 발목관절에 구축이나 가동범위의 제한이 없으며, Locomat® 을 시행을 제한하는 통증이 없고, standing이 가능할 정도의 trunk tone이 유지 가능한 환자로, 실험을 충분히 이해하고 자발적 참여 의사를 지니고 있으며 연구 참여에 동의한 환자로 하였다.
- 32일) 이었다. 발병 후 기간은 24일에서 26일로 아급성기 환자를 대상으로 하였다. 로봇 재활치료군과 대조군은 일반적인 특상은 차이가 나타나지 않았으나, 로봇 재활치료군의 나이가 56.
- 상지 체성감각 유발 전위 반응을 보인 39명, 로봇 재활치료군 21명과 대조군 18명을 분석하였다. 한글판 수정 바델 지수 점수는 치료전에는 두군에서 차이가 나타나지 않았으나, 치료 후에는 로봇 재활 치료군에서의 점수가 유의하게 높게 나타났다.
- 2011년 3월부터 2011년 12월까지 oo 병원 재활의학과에서 뇌경색 또는 뇌출혈로 입원 치료를 받은 환자 중 연구포함 기준에 해당되는 53명을 대상으로 하였다. 연구 포함 기준은 만 35에서 80세의 초발 뇌졸중 환자로 병변측 근위부의 도수근력검사에서 Medical Research Council (MRC) 척도 1이상이며, Functional Ambulation Category Scale(FAC)이 3 이하인, 발병 3개월 이내의 아급성기 환자로 하였다. 모든 대상자는 한국판 간이정신상태검사(K-mini mental status exam, K-MMSE)에서 15점 이상이거나 두 단계의 명령 수행이 가능한 환자이다.
- 환자 선정 기준에 부합하는 53명이 연구를 종료하였으며, 로봇 재활 치료군이 32명, 대조군이 21명이었다. 로봇 재활 치료군 32명중 남자가 21명, 여자가 11명이었으며, 좌측 편마비가 11명 우측 편마비가 21명이었다.
데이터처리
- 두 군의 훈련 전 평가 점수를 비교하기 위해 독립표본 t-검정을 사용하였으며 각 군에서 치료 전과 후의 평가를 비교하기 위해 paired t-test with Bonferroni’s correction을 사용하였다.
- 체성감각 유발 전위 검사결과는 건측에 비하여 환측에서 전혀 반응이 없는 군을 “1군”, 건측에 비해 감소하였으나 파형이 나타나거나 건측과 유사하게 정상적으로 나타나는 “ 2군” 으로 나누어서 각 군에 따른 여러 지표들을 독립표본 t-검정 분석하였다. 또한 체성감각 유발 전위 검사결과에서 반응이 있는 군에서 로봇치료군과 대조군을 독립표본 t-검정 분석하였다.
- 체성감각 유발 전위 검사결과는 건측에 비하여 환측에서 전혀 반응이 없는 군을 “1군”, 건측에 비해 감소하였으나 파형이 나타나거나 건측과 유사하게 정상적으로 나타나는 “ 2군” 으로 나누어서 각 군에 따른 여러 지표들을 독립표본 t-검정 분석하였다.
- 통계학적 분석은 WIndow SPSS version 19.0를 이용하였으며 통계적 유의 수준은 p<0.05로 하였다.
이론/모형
- 인지기능의 평가는 한국판간이정신상태검사(Korean-mini mental state examination, K-MMSE)로 우울증상 척도는 Beck’s depression inventory(BDI)를 측정하였다.
- 두 군에서 치료 시작 전과 4주간 치료 후 하지 근력 측정을 위하여 각 관절별 굴곡과 신전을 구분하여 도수 근력검사를, 하지 기능 평가를 위하여 Fugl-Meyer motor assessment(FMA) 점수와 하지의 근력을 도수 측정하여 평가하는 Motricity Index(MI)점수, 보행을 하는데 도움이 필요한 정도에 따라 점수로 평가하는 Functional Ambulation Category Scale(FAC) 점수를 측정하였고, 보행 능력의 측정을 위하여 Berg Balance Scale(BBS) 점수, 10m 보행검사 점수를 측정하였다. 일상생활동작 수행 능력을 측정하기 위하여 장애의 정도를 결정하는데 주로 사용 되어지는 한글판 수정 바델 지수(Korean version of modified Barthel index, K-MBI)를 측정하였다. 인지기능의 평가는 한국판간이정신상태검사(Korean-mini mental state examination, K-MMSE)로 우울증상 척도는 Beck’s depression inventory(BDI)를 측정하였다.
성능/효과
- 체성감각 유발전위 검사는 Cadwell sierra wave 근전도기(Cadwell, USA)를 사용하였으며 환자를 이완된 상태로 눕힌 후 막대 전극으로 양측 정중 신경과 경골 신경을 각각 완관절과 족관절에서 자극하였고 표면 침전극을 사용하여 두피에서 기록하였다. 각 근육의 수축이 유발되는 최소한의 자극강도로 자극하였으며 초당 2.82회의 빈도로 100회의 반복자극을 주어 평균하는 과정을 수차례 반복하였다. 기록은 국제 뇌파 10~20 시스템의 Fz에 참고 전극을 삽입하여 정중 신경 검사 시는 C3’/C4’에, 경골 신경 검사시는 Cz’에 활성 전극을 삽입하여 기록하였다.
- Demet은 만성기 뇌졸중 환자에서 총 10번의 로봇 보행치료를 시행하고, 대조군에서는 conventional training을 추가로 시행하여 비교 분석하였다. 두 군 모두에서 치료직후 보행시간의 개선이 있었으나, 로봇 보행 치료군에서는 치료 후 8주 뒤에 시행한 10 m walking test 에서도 보행시간의 개선이 유지가 되었으나, 고식적인 치료군에서는 치료 직후에는 유의한 개선이 있었으나 8주 뒤에는 의미가 없는 것으로 나타나서 로봇보행치료의 우수성을 보여주었다.[13] 본 연구에서는 치료 직후의 비교연구에만 그쳐 추가적인 연구가 필요할 것으로 생각된다.
- 이를 통해 단순히 보행만 보조하는 로봇에 가상현실의 시행 후 청각적 제공과 시각적 행동 되먹임(Visual-feedback)이 되어 보다 기능적으로 환자의 보행을 유도한다. 또한 장애물을 피하고, 동물을 잡는 등의 보다 정확한 동작과 힘을 주는 것을 통해 , 단순 반복 훈련(simple repetitive training)에서 벗어나, 반복적인 과제 수행 훈련(repetitive task-oriented training)을 수행할 수 있으며, 이를 통해 환자들의 보행능력을 증대시키는데 도움을 줄 수 있었다.
- 그러나 로봇 치료군과 대조군의 하지의 MI가 치료군에서 대조군에 비해 통계학적으로 유의하게 낮은 수치를 보였으나, 치료 이후에는 두 군에서 차이가 나타나지 않았다. 로봇 재활 치료군과 대조군의 치료 후 임상지표평가에서 로봇 재활 치료군에서 BBS, FAC 및 K-MBI가 대조군에 비해 통계학적으로 유의한 호전을 보였다. 10M walking test, BDI는 치료 전,후 두 군 모두에서 유의한 차이가 나타나지 않았다(table 2).
- 로봇 재활 치료군과 대조군의 훈련 전 임상 지표 평가 비교에서 보행지표인 BBS, FAC 및 K-MBI, FMA, MMSE, BDI는 두 군 사이에 유의한 차이를 보이지 않았다. 그러나 로봇 치료군과 대조군의 하지의 MI가 치료군에서 대조군에 비해 통계학적으로 유의하게 낮은 수치를 보였으나, 치료 이후에는 두 군에서 차이가 나타나지 않았다.
- 발병 후 기간은 24일에서 26일로 아급성기 환자를 대상으로 하였다. 로봇 재활치료군과 대조군은 일반적인 특상은 차이가 나타나지 않았으나, 로봇 재활치료군의 나이가 56.78세(표준편차 11.41세)이고, 대조군은 67.81세(표준편차 9.9세)로 대조군에서 유의하게 높았다(table 1).
- 본 연구 결과 로봇 재활 치료군과 대조군 모두 4주간 치료 후 로봇 재활 치료군은 한글판 수정 바델 지수가 대조군에 비해 통계적으로 유의한 차이가 나타났다.
- 본 연구 결과 로봇 재활 치료군과 대조군 모두 4주간 치료 후 로봇 재활 치료군은 한글판 수정 바델 지수가 대조군에 비해 통계적으로 유의한 차이가 나타났다.
- 본 연구에서 로봇 보행치료는 아급성기 뇌졸중 환자에서 하지의 운동기능의 회복을 촉진시키고, 보행기능을 회복시키는데 효과적인 보행훈련 도구임을 보여주었다. 이에 뇌졸중의 중증 정도와 기간에 따른 효과의 차이를 비교하는 등의 추가적인 연구가 필요할 것으로 생각되어진다.
- 경골 감각신경 유발 전위(하지)를 기준으로 반응이 없는 24명과 반응이 있었던 29명을 기준으로 나누어서 비교 분석을 시행하였다. 분석하였을 때 한글판 수정 바델 지수 점수와 하지의 MI, BBS는 치료 전, 후 모두에서 감각신경 유발전위결과에 따른 유의한 차이가 나타났다. FMA는 감각신경 유발 전위 결과에 따른 유의한 차이가 나타나지 않았다(table 4).
- 재활 치료 전과 후 두 군 간의 임상 지표의 호전 정도를 비교하였을 때 임상 지표의 치료 전후 비교에서 로봇 재활 치료군과 대조군 모두에서 MI, FMA, BBS, FAC 및 K-MBI, MMSE 에서 통계학적으로 유의한 호전을 보였다.
- 재활 치료 전과 후 두 군 사이의 임상 지표의 호전 정도를 비교하였을 때 10M walking test는 두군간 통계학적으로 유의한 차이를 보이지 않았다. 치료 전 로봇 보행 치료군에서는 64.
- 재활 치료 전과 후 두군 간의 임상 지표의 호전 정도를 비교하였을 때 보행능력 및 균형능력의 지표인 FAC와 BBS는 치료 후 통계학적으로 유의한 차이가 나타났다. FAC는 치료 전 로봇 보행 치료군에서는 1.
- 그러나 대조군과 치료군간에 유의한 나이 차이가 있었으며, 치료군의 하지근력이 대조군에 비해 매우 낮았다는 제한점 등이 있었다. 젊은 환자들이 로봇치료에 대한 선호도가 매우 높았으며, Locomat 의 특성상 키가 작은 환자에게 적용하는데 제한이 있어, 키가 작은 노인들에게 적용하기가 어려웠으며, 연령에 따라 기계에 적응하는 능력이 다를 수 있었다. 이에 환자군을 선별하여 연구하며, 치료기간을 늘리고, 평가를 추가적으로 시행하는 등의 제한점을 보완한 연구가 더 필요할 것으로 생각되어 진다.
- 재활 치료 전과 후 두 군 사이의 임상 지표의 호전 정도를 비교하였을 때 10M walking test는 두군간 통계학적으로 유의한 차이를 보이지 않았다. 치료 전 로봇 보행 치료군에서는 64.9sec, 대조군에서는 48.2sec,로 나타났으며, 4주간의 치료후 34.9, 30.1로 두군 모두에서 치료 전보다 유의한 개선을 보였으나, 치료 후를 비교하였을 때 로봇 보행 치료군에서 우위성이 나타나지는 않았다. 이는 로봇재활치료의 효과가 고식적인 치료와 크게 차이가 없다는 이전 연구과 유사하나[12], 치료사의 부담이 줄고, 훈련시간의 상당부분의 자동화됨을 고려할 때 로봇치료의 필요성의 근거가 된다.
- 상지 체성감각 유발 전위 반응을 보인 39명, 로봇 재활치료군 21명과 대조군 18명을 분석하였다. 한글판 수정 바델 지수 점수는 치료전에는 두군에서 차이가 나타나지 않았으나, 치료 후에는 로봇 재활 치료군에서의 점수가 유의하게 높게 나타났다. 하지의 MI는 치료 후에는 차이가 없었졌으나, 치료 전에는 앞서 분석과 마찬가지로 유의한 차이가 나타났다(table 5).
후속연구
- 로봇 치료를 받은 환자군의 나이의 특성상 대조군보다 어려서 가상 현실의 게임에 조금 더 익숙할 수 있으며, 치료를 받는 동안 다시 걸을 수 있다는 희망과 자신을 가상현실의 주인공으로 인식하며 피드백을 받을 수 있다는 점에서 여러 긍정적인 효과를 가져올 수 있다. Cheng의 연구에서는 일어서는 과정 동안 반신마비 뇌졸중 환자들에게 시각적, 청각적인 되먹임을 제공하는 훈련은 매일 20분간 주 5회, 3주간 실시하였을 때 환자의 체중부하의 대칭성이 호전되고 낙상이 줄었으며, 치료 직후, 6개월 후 수치 모두 유사했다는 결과를 보여서 추후 환자의 관찰기간을 늘려 로봇보행치료의 효과를 연구해보는 것이 필요할 것으로 생각되어 진다.[15]
- 두 군 모두에서 치료직후 보행시간의 개선이 있었으나, 로봇 보행 치료군에서는 치료 후 8주 뒤에 시행한 10 m walking test 에서도 보행시간의 개선이 유지가 되었으나, 고식적인 치료군에서는 치료 직후에는 유의한 개선이 있었으나 8주 뒤에는 의미가 없는 것으로 나타나서 로봇보행치료의 우수성을 보여주었다.[13] 본 연구에서는 치료 직후의 비교연구에만 그쳐 추가적인 연구가 필요할 것으로 생각된다.
- 서기는 가능하나 근위부의 근력 저하로 평지에서는 중등도 이상의 도움이 필요하여 보행연습에는 치료사의 많은 도움이 필요한 군과 보행시 최소한의 도움이 필요하나, 체중이동이 잘 이루어지지 않거나 잘못된 보행패턴으로 보행 회복이 이루어지고 있는 환자군에서 다르게 적용해 볼 수 있다. 본 논문에서는 두 그룹의 적용 시 차이를 언급하지 않고 있으나, 환자의 특성에 따라 올바른 보행 패턴을 배우고, 근력의 회복에 따라 unloading 되는 무게를 점차 줄여가고, guidance force를 조절해 가면서 단순한 보행의 획득에만 초점을 맞추는 것이 아니라 보행의 질을 개선해나가는 것에도 도움을 주는 구체적인 로봇 보행 치료의 방향에 대한 연구가 더욱 필요할 것으로 생각 된다.
- 본 연구에서 로봇 보행치료는 아급성기 뇌졸중 환자에서 하지의 운동기능의 회복을 촉진시키고, 보행기능을 회복시키는데 효과적인 보행훈련 도구임을 보여주었다. 이에 뇌졸중의 중증 정도와 기간에 따른 효과의 차이를 비교하는 등의 추가적인 연구가 필요할 것으로 생각되어진다.
- 젊은 환자들이 로봇치료에 대한 선호도가 매우 높았으며, Locomat 의 특성상 키가 작은 환자에게 적용하는데 제한이 있어, 키가 작은 노인들에게 적용하기가 어려웠으며, 연령에 따라 기계에 적응하는 능력이 다를 수 있었다. 이에 환자군을 선별하여 연구하며, 치료기간을 늘리고, 평가를 추가적으로 시행하는 등의 제한점을 보완한 연구가 더 필요할 것으로 생각되어 진다.
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