Yeo, Sang Seok
(Department of Physical Therapy, College of Health Sciences, Dankook University)
,
Cho, In Hee
(Department of Physical Therapy, College of Health Sciences, Dankook University)
Purpose: The prefrontal lobe, supplementary motor area, cerebellum, and basal ganglia are activated during gait. In addition, gait is controlled by nerves, such as the corticospinal tract (CST) and corticoreticular pathway (CRP). In this study, the presence of an injury to the CST and CRP was identi...
Purpose: The prefrontal lobe, supplementary motor area, cerebellum, and basal ganglia are activated during gait. In addition, gait is controlled by nerves, such as the corticospinal tract (CST) and corticoreticular pathway (CRP). In this study, the presence of an injury to the CST and CRP was identified by diffusion tensor imaging and the characteristics of the gait pattern were investigated according to inferior cerebral artery infarction. Methods: One patient and six control subjects of a similar age participated. A 69-year-old female patient had an injury to the left basal ganglia, insular gyrus, corona radiata, dorsolateral prefrontal cortex, and postcentral gyrus due to an inferior cerebral artery infarction. Diffusion tensor imaging (DTI) data was acquired 4 weeks after the stroke. The kinematic and spatio-temporal parameters of gait were collected using a three-dimensional gait analysis system. Results: On 4 weeks DTI, the CST and CRP in the affected hemisphere did not show injury to the affected and unaffected hemisphere. Gait analysis showed that the cadence of spatio-temporal parameter was decreased significantly in the patient. The angle of the knee joint was decreased significantly in the affected and unaffected sides compared to the control group. Conclusion: The results of diffusion tensor imaging showed that although the patient was evaluated to be capable of an independent gait, the quality and quantity of gait might be reduced. This study could help better understand the gait ability analysis of stroke patients and the abnormal gait pattern of patients with a brain injury.
Purpose: The prefrontal lobe, supplementary motor area, cerebellum, and basal ganglia are activated during gait. In addition, gait is controlled by nerves, such as the corticospinal tract (CST) and corticoreticular pathway (CRP). In this study, the presence of an injury to the CST and CRP was identified by diffusion tensor imaging and the characteristics of the gait pattern were investigated according to inferior cerebral artery infarction. Methods: One patient and six control subjects of a similar age participated. A 69-year-old female patient had an injury to the left basal ganglia, insular gyrus, corona radiata, dorsolateral prefrontal cortex, and postcentral gyrus due to an inferior cerebral artery infarction. Diffusion tensor imaging (DTI) data was acquired 4 weeks after the stroke. The kinematic and spatio-temporal parameters of gait were collected using a three-dimensional gait analysis system. Results: On 4 weeks DTI, the CST and CRP in the affected hemisphere did not show injury to the affected and unaffected hemisphere. Gait analysis showed that the cadence of spatio-temporal parameter was decreased significantly in the patient. The angle of the knee joint was decreased significantly in the affected and unaffected sides compared to the control group. Conclusion: The results of diffusion tensor imaging showed that although the patient was evaluated to be capable of an independent gait, the quality and quantity of gait might be reduced. This study could help better understand the gait ability analysis of stroke patients and the abnormal gait pattern of patients with a brain injury.
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문제 정의
결론적으로 본 연구에서는 아래대뇌동맥경색 환자에 겉질척수로와 겉질그물체로 손상 양상에 따른 보행 특성의 변화를 보고하였다. 연구결과를 종합하여 볼 때 확산텐서영상의 분석결과 겉질척수로와 겉질그물체로에 정상적인 소견과 서열척도를 통해 독립적인 보행이 가능하다고 평가된 환자의 경우에도 정량적이고 객관적인 보행 분석을 시행한 경우 보행의 질이나 양이 감소된 결과가 나올 수 있을 것으로 사료된다.
따라서, 본 연구에서는 아래대뇌동맥 경색에 의한 겉질과 겉질 밑 영역에 손상이 있는 한 명의 환자를 대상으로 겉질척수로와 겉질그물체로의 손상 유무를 확산텐서영상 기법으로 평가하고 그에 따른 보행 기능의 양상을 보행분석을 통해 평가하고자 한다.
대상자들은 5개 이상의 stride가 되도록 7 m 거리를 걷도록 지시받았다. 본 실험은 보행 과제를 실시할 때 각 걸음에서 발생하는 특성들을 기록하였다. 본 연구는 첫 번째와 마지막 걸음을 제외하고 중간 3개 걸음의 운동학적 데이터와 시공간적 데이터를 기록하였다.
가설 설정
(A) Brain MRI on at stroke onset shows injury on the left dorsolateral prefrontal cortex, corona radiate, basal ganglia and internal capsule due to infarction of left posterior cerebral artery. (B) Diffusion tensor imaging of the corticospinal tract and corticoreticular pathway in the affected hemisphere showed intact integrity like the unaffected hemisphere.
제안 방법
DTI 데이터는 1.5T 자기공명영상장치(Philips Gyroscan Intera system,BEST, Netherlands)와 single-shot echo-planar imaging에 대한 6개 채널의 두부 코일을 장착하여 뇌졸중 후 4주 후에 측정되었다. 각각의 32개의 비공선적 확산 증감 경사에 대해, 전측 교련(anterior commissure) 연결선에 평행하게 67개의 인접하는 절편 영상들이 획득되었다.
본 연구는 첫 번째와 마지막 걸음을 제외하고 중간 3개 걸음의 운동학적 데이터와 시공간적 데이터를 기록하였다. 본 연구는 보행 동안 무릎과 엉덩관절에 대한 관절각도범위와 걸음 거리, 걸음 속도, 한 발짝 거리 및 분속수를 측정하였다. 본 연구에서는 정상 대조군 평균값을 기준으로 두 배 이상의 표준편차를 보이는 보행 변수들은 유의한 차이가 있는 것으로 정의하였다(reference range = mean± 2SD).
본 연구에서는 왼쪽 아래대뇌동맥(inferior cerebral artery) 폐색으로 뇌졸중 진단을 받은 환자를 대상으로 하여 겉질척수로와 겉질그물체로의 손상유무를 평가하였고, 그에 따른 독립보행 양상을 동작분석 시스템을 사용하여 평가하였다. 확산텐서영상 평가 결과, 손상측과 비손상측 반구의 겉질척수로와 겉질그물체로에 특별한 손상은 없는 것으로 나타났다.
대상 데이터
69세의 여자 환자로 대학병원 신경과에서 왼쪽 아래대뇌동맥(inferior cerebral artery) 폐색으로 왼쪽 기저핵(basal ganglia), 섬이랑(insular gyrus), 대뇌부챗살(corona radiate), 뒤가쪽이마앞겉질(dorsolateral prefrontal cortex), 중심뒤이랑(postcentral gyrus)에 손상이 있는 것으로 진단받았다(Figure 1A). 발병 초기에는 상·하지의 도수근력검사 결과 1등급(trace grade) 정도로 심각한 근력저하가 관찰되었으며, 앉기 균형과 서기 균형에서도 혼자서 균형을 유지하는 데 어려움이 관찰되었다.
5T 자기공명영상장치(Philips Gyroscan Intera system,BEST, Netherlands)와 single-shot echo-planar imaging에 대한 6개 채널의 두부 코일을 장착하여 뇌졸중 후 4주 후에 측정되었다. 각각의 32개의 비공선적 확산 증감 경사에 대해, 전측 교련(anterior commissure) 연결선에 평행하게 67개의 인접하는 절편 영상들이 획득되었다. 취득된 영상 매개 변수는 다음과 같다: 획득 매트릭스= 96× 96, 재구성된 매트릭스=192 ×192, 영상범위=240 × 240 mm2, 반복시간=10,726 ms, 에코시간=76 ms, 병렬 영상 축소 인자=2, 에코 평면 영상 인자= 49, b =1,000 s/mm2, 자극 회수=1, 슬라이스 두께: 갭 없이 2.
만성 뇌졸중 환자 1명과 비슷한 연령대의 신경학적 질병이 없는 6명의 대조군(남: 2명, 여: 4명, 평균나이: 63.3세 [61-68세])이 본 연구에 참여하였다. 모든 대상자들은 연구 동의서에 서명을 했으며, 본 연구의 과정은 임상연구 심의위원회로부터 승인받았다.
본 실험은 보행 과제를 실시할 때 각 걸음에서 발생하는 특성들을 기록하였다. 본 연구는 첫 번째와 마지막 걸음을 제외하고 중간 3개 걸음의 운동학적 데이터와 시공간적 데이터를 기록하였다. 본 연구는 보행 동안 무릎과 엉덩관절에 대한 관절각도범위와 걸음 거리, 걸음 속도, 한 발짝 거리 및 분속수를 측정하였다.
22-24 각 센서는 벨크로 스트랩으로 양쪽 발목 위 3 cm 정강이, 무릎 위 3 cm 허벅지 앞쪽 면 및 위뒤엉덩뼈가시(posterior superior iliac spine, PSIS) 중앙에 부착되었다. 본 연구에서 사용된 sampling 주파수는 100 Hz로 설정하였다. 대상자들은 5개 이상의 stride가 되도록 7 m 거리를 걷도록 지시받았다.
확산텐서영상 데이터는 Oxford centre for functional magnetic resonance imaging of the brain (FMRIB) software library (FSL; www.fmrib.ox.ac.uk/fsl)를 사용하여 분석되었다. 와전류로 인해 머리 움직임 영향과 영상 왜곡의 상관관계를 위해 affine multi-scale two-dimensional registration이 사용되었다.
이론/모형
보행에 대한 운동학적 및 시공간적 변수들은 LEGSys+ 장치(BioSensics, Cambridge, Massachusetts, USA)를 사용하여 측정되었다. 5개의 착용식 센서들(5.
uk/fsl)를 사용하여 분석되었다. 와전류로 인해 머리 움직임 영향과 영상 왜곡의 상관관계를 위해 affine multi-scale two-dimensional registration이 사용되었다. 운동신경섬유의 분석은 다중 광파 모델을 기반으로 한 확률적 신경다발영상(tractography) 방법을 이용하여 수행되었으며, FMRIB 확산(5,000개의 유선형 샘플, 0.
와전류로 인해 머리 움직임 영향과 영상 왜곡의 상관관계를 위해 affine multi-scale two-dimensional registration이 사용되었다. 운동신경섬유의 분석은 다중 광파 모델을 기반으로 한 확률적 신경다발영상(tractography) 방법을 이용하여 수행되었으며, FMRIB 확산(5,000개의 유선형 샘플, 0.5 mm 스텝 길이,곡률 임계 값= 0.2)에서 구현된 신경다발영상 루틴을 사용하여 본 연구에 적용하였다.
성능/효과
그러나 3차원 보행분석결과, 분속수가 동일 연령대의 정상성인에 비하여 감소한 것으로 나타났으며, 마비측과 비마측 하지의 무릎관절 움직임 범위도 유의하게 감소한 것으로 나타났다. 결과적으로, 본 연구에서는 아래대뇌동맥경색으로 인해 겉질과 겉질 밑 영역에 손상이 발생하더라도 겉질척수로와 겉질그물체로에 손상이 없을 수 있음을 확인하였다. 또한 정상적인 운동 신경로의 연결성을 유지한 뇌졸중 환자의 경우 평지에서의 독립 보행이 충분히 가능하다는 것을 확인하였다.
또한 환자는 FAC 점수 4점으로 계단을 제외한 평지 보행은 독립적으로 가능한 상태였다. 그러나 3차원 보행분석결과, 분속수가 동일 연령대의 정상성인에 비하여 감소한 것으로 나타났으며, 마비측과 비마측 하지의 무릎관절 움직임 범위도 유의하게 감소한 것으로 나타났다. 결과적으로, 본 연구에서는 아래대뇌동맥경색으로 인해 겉질과 겉질 밑 영역에 손상이 발생하더라도 겉질척수로와 겉질그물체로에 손상이 없을 수 있음을 확인하였다.
뇌졸중 환자와 정상 대조군의 보행분석결과, 시공간적 변수에서는 뇌졸중 환자의 분속수에서 유의한 감소 양상을 보였다(Table 1). 반면 한 발짝 거리와 보폭의 경우 환자의 대조군에서 유의한 차이를 보이지 않았다.
결과적으로, 본 연구에서는 아래대뇌동맥경색으로 인해 겉질과 겉질 밑 영역에 손상이 발생하더라도 겉질척수로와 겉질그물체로에 손상이 없을 수 있음을 확인하였다. 또한 정상적인 운동 신경로의 연결성을 유지한 뇌졸중 환자의 경우 평지에서의 독립 보행이 충분히 가능하다는 것을 확인하였다. 하지만, 뇌졸중 후 확산텐서영상 평가에서 운동신경로에 정상소견을 보인다 하더라도, 정량적인 보행분석에서는 정상성인에 비하여 보행의 수준이나 질이 떨어질 수 있을 것이다.
발병 초기에는 상·하지의 도수근력검사 결과 1등급(trace grade) 정도로 심각한 근력저하가 관찰되었으며, 앉기 균형과 서기 균형에서도 혼자서 균형을 유지하는 데 어려움이 관찰되었다. 발병 4주 후 평가에서는 상지와 하지의 근력검사에서 전반적으로 3등급(fair grade)의 결과를 보였으며, 기능적 보행지수(functional ambulation category) 척도는 4점(계단 보행에 있어 감독이 필요한상태)이었다.19
결론적으로 본 연구에서는 아래대뇌동맥경색 환자에 겉질척수로와 겉질그물체로 손상 양상에 따른 보행 특성의 변화를 보고하였다. 연구결과를 종합하여 볼 때 확산텐서영상의 분석결과 겉질척수로와 겉질그물체로에 정상적인 소견과 서열척도를 통해 독립적인 보행이 가능하다고 평가된 환자의 경우에도 정량적이고 객관적인 보행 분석을 시행한 경우 보행의 질이나 양이 감소된 결과가 나올 수 있을 것으로 사료된다. 본 연구의 결과는 뇌졸중 환자의 보행 능력 분석과 뇌 손상 환자의 비정상적인 보행 패턴에 대한 이해에 도움이 될 수 있을 것으로 생각된다.
반면 한 발짝 거리와 보폭의 경우 환자의 대조군에서 유의한 차이를 보이지 않았다. 운동학적 변수에 대한 분석결과, 뇌졸중 환자의 비마비측과 마비측 무릎 모두에서 대조군과 비교하여 유의한 관절 움직임 감소 양상이 관찰되었다. 반면에 엉덩관절의 관절움직임은 두 그룹 간 유의한 차이를 보이지 않았다(Figure 2).
확산텐서영상 분석결과 일차운동영역에서 시작하여 대뇌부챗살, 속섬유막, 중뇌와 숨뇌를 거쳐 척수로 이어지는 겉질척수로는 손상측 반구와 비손상측 반구 모두에서 특별한 손상이 없는 것으로 관찰되었다(Figure 1B). 또한, 전운동영역에서 시작하여 속섬유막과 뇌줄기의 망상체로 연결되는 겉질그물체로의 경우에도 손상측 반구와 비손상측 반구 모두에서 특별한 손상이 없는 것으로 관찰되었다(Figure 1B).
본 연구에서는 왼쪽 아래대뇌동맥(inferior cerebral artery) 폐색으로 뇌졸중 진단을 받은 환자를 대상으로 하여 겉질척수로와 겉질그물체로의 손상유무를 평가하였고, 그에 따른 독립보행 양상을 동작분석 시스템을 사용하여 평가하였다. 확산텐서영상 평가 결과, 손상측과 비손상측 반구의 겉질척수로와 겉질그물체로에 특별한 손상은 없는 것으로 나타났다. 또한 환자는 FAC 점수 4점으로 계단을 제외한 평지 보행은 독립적으로 가능한 상태였다.
후속연구
본 연구의 결과는 뇌졸중 환자의 보행 능력 분석과 뇌 손상 환자의 비정상적인 보행 패턴에 대한 이해에 도움이 될 수 있을 것으로 생각된다. 그러나 본 연구는 증례 보고이므로 연구의 결과를 일반화할 수 없다는 제한점을 가지고 있다. 또한, ROI의 설정이 분석자에 의해 달라질 수 있으며, 교차섬유로 인해 운동신경로의 완벽한 분석이 어려웠을 수 있다.
또한, ROI의 설정이 분석자에 의해 달라질 수 있으며, 교차섬유로 인해 운동신경로의 완벽한 분석이 어려웠을 수 있다. 따라서 연구의 결과를 보완하고 일반화하기 위해서 보다 많은 사례를 추가한 후속 연구가 필요할 것으로 사료된다.
연구결과를 종합하여 볼 때 확산텐서영상의 분석결과 겉질척수로와 겉질그물체로에 정상적인 소견과 서열척도를 통해 독립적인 보행이 가능하다고 평가된 환자의 경우에도 정량적이고 객관적인 보행 분석을 시행한 경우 보행의 질이나 양이 감소된 결과가 나올 수 있을 것으로 사료된다. 본 연구의 결과는 뇌졸중 환자의 보행 능력 분석과 뇌 손상 환자의 비정상적인 보행 패턴에 대한 이해에 도움이 될 수 있을 것으로 생각된다. 그러나 본 연구는 증례 보고이므로 연구의 결과를 일반화할 수 없다는 제한점을 가지고 있다.
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