[논문]기능적 전기 자극을 이용한 생체되먹임 융합 자세조절 훈련이 뇌졸중 환자의 근활성도와 균형 능력에 미치는 영향

김제호; 엄요한

doi:10.14400/jdc.2019.17.12.319

기능적 전기 자극을 이용한 생체되먹임 융합 자세조절 훈련이 뇌졸중 환자의 근활성도와 균형 능력에 미치는 영향
The Effects of Biofeedback Fusion Postural Control Training using Functional Electrical Stimulation on the Muscle Activity and Balance Ability of the Stroke Patient 원문보기

디지털융복합연구 = Journal of digital convergence, v.17 no.12, 2019년, pp.319 - 327

김제호 (세한대학교 물리치료학과) , 엄요한 (군장대학교 물리치료학과)

초록
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본 연구에서는 기능적 전기 자극을 이용한 생체되먹임 융합 자세조절 훈련을 중재하여 급성기 뇌졸중 환자들의 다리 근활성도와 균형 능력에 미치는 효과에 대하여 알아보고자 하였다. 뇌졸중 환자는 기능적 전기 자극을 이용한 생체 되먹임 융합 자세조절 실험군 15명과 일반적인 생체되먹임 융합 자세조절 대조군 15명으로 나누어 8주간 주 5회, 30분간 시행하였고, 다리 근활성도를 평가하기 위해 근전도를 이용하여 가쪽넓은근, 안쪽넓은근, 넙다리곧은근, 넙다리두갈래근를 측정하였다. 균형 능력을 측정하기 위해 Biorecue를 이용하여 균형 능력을 측정하였다. 다리 근활성도 비교에서는 가쪽넓은근, 안쪽넓은근, 넙다리곧은근, 넙다리두갈래근에서 통계적으로 유의한 차이를 보였고, 균형 능력 비교에서는 신체 중심 이동면적, 총 궤적 길이, 안정선한계에서 통계적으로 유의한 차이를 보였다. 이에 따라 기능적 전지 자극을 이용한 생체되먹임 자세조절 훈련이 일반적인 생체되먹임 자세조절 훈련 보다 다리 근활성도와 균형 능력을 향상시키는데 효과적임을 알 수 있었다.

Abstract ▼ AI-Helper

The muscle activity and balance ability of the acute stroke patient has been checked by the functional electrical stimulation using biofeedback fusion postural control training in this study. Functional electrical stimulation using biofeedback fusion postural control training have been implemented on 15 trainees and general biofeedback fusion postural control training have been implemented on another 15 trainees for 30 minutes at 5 times per week during 8 weeks, and vastus lateralis, vastus medialis, rectus femoris and biceps femoris have been measured using the biceps femoris to evaluate the muscle activity of the lower extremity. The moving surface area, whole path length and limited of stability have been measured using biorecue to measure the balance ability. There was statistically meaningful difference on the vastus lateralis, vastus medialis, rectus femoris and biceps femoris in the muscle activity of the lower extremity and there was statistically meaningful difference on surface area, whole path length and limited of stability in the balancing ability. Based on above, it is realized that the functional electrical stimulation using biofeedback fusion postural control training is more effective than the general biofeedback fusion postural control training on the improvement of the muscle activity of the lower extremity and the balance ability.

주제어

표/그림 (5)

표 Table 1. General characterisitics of the subjects
그림 Fig. 1. functional electrical stimulation using biofeedback postural control training
그림 Fig. 2. Balance trainer
표 Table 2. Comparison of muscle activity between groups
표 Table 3. Comparison of balance ability between groups

AI 본문요약
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문제 정의

본 연구에서는 8주간의 기능적 전기 자극을 이용한 생체되먹임 융합 자세조절 훈련이 뇌졸중 환자의 근활성도와 균형에 미치는 영향을 알아보고 뇌졸중 환자를 대상으로 그 효과를 구명함으로써 급성기 뇌졸중 환자들에게 더 나은 치료의 가능성을 제시하기 위해 다음과 같이 논의하고자 한다.
이처럼 뇌졸중 환자의 기능 회복을 위한 다양한 재활 훈련이 적용되고 있는 가운데, 운동감각 입력의 변화와 함께 다양한 생체되먹임을 결합한 치료방법 들은 미비한 실정이다. 본 연구에서는 급성기 뇌졸중 환자에게 기능적 전기 자극을 이용한 생체되먹임 자세조절 훈련을 중재하여 다리 근활성도와 균형에 미치는 영향에 대해 연구하고, 급성기 뇌졸중 환자들의 재활훈련에 기초 자료로 사용하고자 한다.

제안 방법

균형 능력이 측정되고, 여러가지 균형 훈련 프로토콜을 통해서 재활치료 및 운동치료를 중재하는데 사용된다. 검사 방법에는 정적 균형 능력을 측정하기 위해 두 발 서기를 60초간 수행하는 동안 신체 중심(center of pressure)의 이동면적(surface area)과 총궤적길이(whole path length)를 측정하였다. 동적 균형 능력인 안정성 한계(limited of stability)를 측정하기 위해 화면에서 지시하는 8개의 방향으로 체중 이동 시의 거리를 측정하였다.
균형 능력을 분석하기 위하여 균형분석기(Biorescue, RM Ingenierie, France)을 사용하였으며, 정사각형의 기립용 힘판으로 구성되어 있고 그 위에는 정확한 발의 위치를 위해서 눈금자가 표시되어 있다. 균형 능력이 측정되고, 여러가지 균형 훈련 프로토콜을 통해서 재활치료 및 운동치료를 중재하는데 사용된다.
검사 방법에는 정적 균형 능력을 측정하기 위해 두 발 서기를 60초간 수행하는 동안 신체 중심(center of pressure)의 이동면적(surface area)과 총궤적길이(whole path length)를 측정하였다. 동적 균형 능력인 안정성 한계(limited of stability)를 측정하기 위해 화면에서 지시하는 8개의 방향으로 체중 이동 시의 거리를 측정하였다. 모든 평가는 3회를 측정하고, 얻은 결과값의 평균값을 이용하였다.
연구는 2018년 9월부터 2018년 12월까지 3개월 간 뇌졸중으로 인해 반신마비 진단을 받고 전남 소재의 재활병원에서 기능 회복을 위해 중추신경계 물리치료를 받고 있는 입원 환자들 중에서 뇌졸중 진단을 받고 6개월을 초과하지 않은 반신마비 환자, 뇌졸중 후 재발 병력이 없는 자, 운동 시⋅지각 검사에서 정상범주에 속한 자, 한국형 간이 정신 상태 검사에서 24점 이상으로 의사소통이 가능한 자, 보조기를 사용하거나 사용하지 않고 독립적으로 10 m를 걸을 수 있는 자, 시야결손에 문제가 없으며, 당뇨와 고혈압 외 다른 의학적 질환을 가지고 있지 않은 자, 본 연구에 자발적으로 참여하기를 희망하는 자로 선정하였다. 본 연구에서는 설정한 기준에 적합한 뇌졸중 환자 30명을 대상으로 실험군으로 기능적 전기 자극을 이용한 생체되먹임 융합 자세조절 훈련 그룹, 대조군은 일반적인 생체되먹임 융합 자세조절 훈련 그룹으로 분류하여 각 그룹에 15명씩, 단순 무선 표본추출을 통하여 무작위 임의 배치하였다. 본 연구에서는 G-power 3.
또한 뇌졸중 환자의 균형 능력 향상을 위해서는 8주 이상의 훈련 기간을 설정해야 하며, 기능적 전기 자극 뿐만 아니라 다른 훈련 프로그램도 함께 적용되어야 한다고 생각된다. 본 연구에서도 균형 능력의 효과적인 향상을 위해 8주 이상의 중재기간을 설정하였고, 기능적 전기 자극과 함께 생체되먹임 융합 자세조절 훈련을 적용하였다.
Boyaci 등[44]은 기능적 전기 자극의 적용방법에 대해서 수동적인 전기 자극 치료보다 능동적인 움직임을 병행한 기능적 전기 자극 훈련이 기능 회복에 더 효과적이라고 보고하였고, 기능적 전기 자극 동안 과제훈련을 수행할 경우, 더 효과적인 기능 회복을 보인다고 보고하였다[45]. 본 연구에서도 마찬가지로 기능적 전기 자극과 함께 능동적인 움직임인 생체되먹임 융합 자세조절을 훈련을 적용하였다. 이는 생체되먹임을 이용한 스스로가 참여하는 훈련이 과제를 수행하는 동안 움직임에 대한 정보가 제공되어, 다음 움직임 수행에서 즉각적인 행동수정을 이끄는 긍정적인 강화로 사용되어 근활성도와 균형 능력 향상에 유의한 영향을 미쳤다고 생각된다.
잡음을 최소화하기 위하여 대역 통과 필터 30~500 Hz와 대역 여과 필터 60 Hz를 사용하였고, 신호의 표본 추출률은 1,024 Hz로 설정하였다. 수집된 신호는 root mean square(RMS) 처리를 하였다. 표면 근전도 신호에 대한 피부 저항을 감소시키기 위하여 근전도 부착 부위의 털을 제모하고 사포로 각질층을 제거한 후, 소독용 알코올 솜을 이용하여 피부를 깨끗이 닦아내었다.
연구 대상자들은 일반적인 중추신경계 물리치료를 30분씩 중재한 후, 실험군은 기능적 전기 자극을 이용한 생체되먹임 융합 자세조절훈련, 대조군은 일반적인 생체되먹임 융합 자세조절 훈련을 실시하였다. 기능적 전기 자극을 이용한 생체되먹임 융합 자세조절 훈련은 Physio4(기능적 전기 자극)과 Balance trainer를 이용하여 중재하였다(Fig.
91 소프트웨어를 이용하여 자료 처리하였다. 잡음을 최소화하기 위하여 대역 통과 필터 30~500 Hz와 대역 여과 필터 60 Hz를 사용하였고, 신호의 표본 추출률은 1,024 Hz로 설정하였다. 수집된 신호는 root mean square(RMS) 처리를 하였다.
이극 표면 전극을 측정하는 근육에 부착하였다. 전극부착 근육은 가쪽넓은근, 안쪽넓은근, 넙다리곧은근, 넙다리두갈래근에 부착하여 근활성도를 측정하였다.
과도한 보상작용이나 손을 사용하는 경우 치료사의 구두를 통해 이를 제한한다. 중재는 8주간, 1주일에 5회, 1일 30분 동안 시행하였다. 뇌졸중 환자의 기능적 능력 향상을 위해서는 6주 이상의 훈련 기간을 설정해야 하며, 다른 훈련 프로토콜도 함께 적용되어야 한다고 하였다[23].
수집된 신호는 root mean square(RMS) 처리를 하였다. 표면 근전도 신호에 대한 피부 저항을 감소시키기 위하여 근전도 부착 부위의 털을 제모하고 사포로 각질층을 제거한 후, 소독용 알코올 솜을 이용하여 피부를 깨끗이 닦아내었다. 안정성 한계를 3회 검사하는 동안 다리의 근활성도를 3회 측정하고 표준화하기 위하여 측정된 데이터를 실효치로 변환하고 측정된 값을 이용하여 평균값을 사용했다.

대상 데이터

본 연구에서는 설정한 기준에 적합한 뇌졸중 환자 30명을 대상으로 실험군으로 기능적 전기 자극을 이용한 생체되먹임 융합 자세조절 훈련 그룹, 대조군은 일반적인 생체되먹임 융합 자세조절 훈련 그룹으로 분류하여 각 그룹에 15명씩, 단순 무선 표본추출을 통하여 무작위 임의 배치하였다. 본 연구에서는 G-power 3.1.9.4를 이용한 공분산분석을 기준으로 하여 양측검정 유의수준 0.05, 검정력 0.80, 효과크기 0.50으로 계산하여 총 표본 크기는 28명으로 나왔으며, 탈락률을 고려하여 각 집단 당 15명, 총 30명으로 산출하였다. 연구 대상자의 일반적 특성은 Table 1과 같다.
연구는 2018년 9월부터 2018년 12월까지 3개월 간 뇌졸중으로 인해 반신마비 진단을 받고 전남 소재의 재활병원에서 기능 회복을 위해 중추신경계 물리치료를 받고 있는 입원 환자들 중에서 뇌졸중 진단을 받고 6개월을 초과하지 않은 반신마비 환자, 뇌졸중 후 재발 병력이 없는 자, 운동 시⋅지각 검사에서 정상범주에 속한 자, 한국형 간이 정신 상태 검사에서 24점 이상으로 의사소통이 가능한 자, 보조기를 사용하거나 사용하지 않고 독립적으로 10 m를 걸을 수 있는 자, 시야결손에 문제가 없으며, 당뇨와 고혈압 외 다른 의학적 질환을 가지고 있지 않은 자, 본 연구에 자발적으로 참여하기를 희망하는 자로 선정하였다.

데이터처리

0을 사용하였다. 그룹 간 정규성 검증을 위해 Shapiro-wilk test를 시행하였다. 중재 방법에 따른 근활성도와 균형 능력을 비교하기 위하여 공분산분석(analysis of covariance: ANCOVA)을 실시하였다.
, California, USA)을 이용하였다. 디지털 신호는 개인용 컴퓨터에서 Acqknow -ledge 3.91 소프트웨어를 이용하여 자료 처리하였다. 잡음을 최소화하기 위하여 대역 통과 필터 30~500 Hz와 대역 여과 필터 60 Hz를 사용하였고, 신호의 표본 추출률은 1,024 Hz로 설정하였다.
동적 균형 능력인 안정성 한계(limited of stability)를 측정하기 위해 화면에서 지시하는 8개의 방향으로 체중 이동 시의 거리를 측정하였다. 모든 평가는 3회를 측정하고, 얻은 결과값의 평균값을 이용하였다. Song & Park[31]은 Biorescue 검사 도구가 검사-재검사 방법에서 급내 상관계수 ICC=0.
표면 근전도 신호에 대한 피부 저항을 감소시키기 위하여 근전도 부착 부위의 털을 제모하고 사포로 각질층을 제거한 후, 소독용 알코올 솜을 이용하여 피부를 깨끗이 닦아내었다. 안정성 한계를 3회 검사하는 동안 다리의 근활성도를 3회 측정하고 표준화하기 위하여 측정된 데이터를 실효치로 변환하고 측정된 값을 이용하여 평균값을 사용했다. 이극 표면 전극을 측정하는 근육에 부착하였다.
그룹 간 정규성 검증을 위해 Shapiro-wilk test를 시행하였다. 중재 방법에 따른 근활성도와 균형 능력을 비교하기 위하여 공분산분석(analysis of covariance: ANCOVA)을 실시하였다. 통계학적 유의 수준은 α=.

이론/모형

근활성도를 측정하기 위해 MP100 표면 근전도 시스템(Biopac System Inc., California, USA)을 이용하였다. 디지털 신호는 개인용 컴퓨터에서 Acqknow -ledge 3.

성능/효과

그룹 간의 중재 전·후 가쪽넓은근 근활성도 비교에서 실험군은 34.51±7.77에서 39.44±8.87로(F=18.36), 넙다리두갈래근 근활성도 비교에서 24.25 ±4.59에서 27.95±4.49로(F=28.69), 앞정강근 근활성도 비교에서 40.86± 9.62에서 43.99±10.17로(F=45.21), 장딴지근 근활성도 비교에서 31.35±6.27에서 33.37 ±6.66로(F=15.67), 대조군과 비교하여 통계학적으로 유의한 차이가 있었다(p<0.05)(Table 2 참고).
그룹 간의 중재 전·후 신체 중심 이동면적 비교에서 실험군은 67.41±13.12에서 461.67±11.54로(F=31.98), 총궤적길이 비교에서 8.02±2.22에서 7.73±2.35로(F= 17.78), 안정성 한계 비교에서 131.39±28.54에서 141.
본 연구는 뇌졸중 환자를 대상으로 기능적 전기 자극을 이용한 생체되먹임 융합 자세조절 훈련을 8주 동안 실시한 후 근활성도와 균형에 미치는 영향을 분석한 결과, 기능적 전기 자극을 이용한 생체되먹임 융합 자세조절 훈련이 근활성도와 균형의 증가에 더 효과적임을 알 수 있었다. 뇌졸중 환자들에 있어서 효과적인 치료로 생각되며, 중추신경계 손상 환자의 기능 회복 중재 방법으로 제안할 수 있겠다.
Robertson 등[29]은 뇌졸중 환자 15명을 대상으로 4주 동안 2시간씩, 기능적 전기 자극을 이용한 균형 훈련을 중재한 실험군과 일반적인 균형 훈련을 중재한 대조군을 비교한 연구에서 기능적 전기 자극을 이용한 실험군이 대조군에 비교하여 균형 능력에 유의한 향상을 보였다. 본 연구에서도 기능적 전기 자극을 이용한 그룹에서 근활성도에 유의한 차이를 보였다. Stein 등[42]은 다리에 기능적 전기 자극의 적용은 근력, 피로 저항, 유산소 능력을 증가시킨다고 하였다.
Hong [49]은 뇌졸중 환자 30명을 대상으로 가상현실 훈련 전 기능적 전기 자극 훈련을 적용한 그룹과 가상현실훈련 전 수동적 몸통 정렬 훈련을 적용한 그룹으로 나누어 6주간, 일주일에 주 3회, 1일 30분을 중재한 후 집단 내 비교 연구에서 기능적 전기 자극을 적용한 그룹에서 안정성 한계에 유의한 향상을 보였다. 본 연구에서도 기능적 전기 자극을 적용한 그룹에서 안정성 한에 유의한 향상을 보였는데, 이는 기능적 전기 자극 치료와 생체되먹임 융합 자세조절 훈련이 뇌졸중 환자의 마비측의 다리 근력을 향상시킴으로써 균형 능력에 긍정적인 영향을 미쳤을 것이라고 생각한다.
Tong 등[10]은 아급성 뇌졸중 환자를 대상으로 전동식 보행 훈련과 기능적 전기 자극 병행 보행 훈련이 균형에 미치는 효과에 대한 실험에서 20분, 4주간, 1일 1회 실시한 결과 기능적 전기 자극을 병행한 전동식 보행 훈련군이 일반적인 전동식 보행 훈련군과 중추신경계 물리 치료군에 비하여 균형에서 세 군간 유의한 차이를 얻지 못하였다. 하지만 본 연구에서는 기능적 전기 자극을 적용한 그룹에서 균형 능력에 유의한 차이를 보였다. 이는 선행연구에 비해 본 연구에서 중재 기간이 길어 균형 능력 향상에 유의한 차이를 준 것으로 생각된다.

후속연구

본 연구는 뇌졸중 환자를 대상으로 기능적 전기 자극을 이용한 생체되먹임 융합 자세조절 훈련을 8주 동안 실시한 후 근활성도와 균형에 미치는 영향을 분석한 결과, 기능적 전기 자극을 이용한 생체되먹임 융합 자세조절 훈련이 근활성도와 균형의 증가에 더 효과적임을 알 수 있었다. 뇌졸중 환자들에 있어서 효과적인 치료로 생각되며, 중추신경계 손상 환자의 기능 회복 중재 방법으로 제안할 수 있겠다. 본 연구의 제한점으로 연구대상자 의 지역적 제한으로 모든 뇌졸중 환자에게 일반화하기 어려웠고, 연구대상자의 나이, 성별, 손상 부위와 발병 후 유병 기간 등의 관련 인자가 연구에 미치는 영향을 완전히 배제하기 어려웠다.
뇌졸중 환자들에 있어서 효과적인 치료로 생각되며, 중추신경계 손상 환자의 기능 회복 중재 방법으로 제안할 수 있겠다. 본 연구의 제한점으로 연구대상자 의 지역적 제한으로 모든 뇌졸중 환자에게 일반화하기 어려웠고, 연구대상자의 나이, 성별, 손상 부위와 발병 후 유병 기간 등의 관련 인자가 연구에 미치는 영향을 완전히 배제하기 어려웠다. 그리고 연구대상자의 일상생활 통제에 어려움이 있었다.
그리고 연구대상자의 일상생활 통제에 어려움이 있었다. 앞으로 본 연구를 바탕으로 아급성기 뇌졸중 환자가 아닌 급성기 뇌졸중 환자를 대상으로 하여 효과를 확인하는 연구가 필요하다.

질의응답

핵심어	질문	논문에서 추출한 답변
	뇌졸중의 문제점은?	뇌졸중은 뇌에 혈액을 공급하는 혈관이 출혈되거나 경색되어 뇌 조직의 손상이 발생하고, 그에 따른 장애를 유발하는 신경학적 질환으로 뇌졸중 환자들은 비정상적인 근 긴장도, 근력 약화, 일상생활을 제한, 인지능력 저하, 균형 능력 저하 및 보행 장애 등의 다양한 문제가 나타난다[1]. 뇌졸중으로 인한 대뇌 겉질과 추체로(pyramidal tract) 손상은 반신마비를 가져오며 자세, 근 긴장도, 수 의적 움직임의 비정상화로 인해 운동 장애가 나타나게 된다[2].
	균형분석기(Biorescue, RM Ingenierie, France)의 용도는?	균형 능력을 분석하기 위하여 균형분석기(Biorescue, RM Ingenierie, France)을 사용하였으며, 정사각형의 기립용 힘판으로 구성되어 있고 그 위에는 정확한 발의 위치를 위해서 눈금자가 표시되어 있다. 균형 능력이 측정되고, 여러가지 균형 훈련 프로토콜을 통해서 재활치료 및 운동치료를 중재하는데 사용된다. 검사 방법에는 정적 균형 능력을 측정하기 위해 두 발 서기를 60초간 수행하는 동안 신체 중심(center of pressure)의 이동면적(surface area)과 총궤적길이(whole path length)를 측정하였다.
	뇌졸중 환자들의 일상생활 능력을 향상시키는 물리치료적 접근 방법 어떤 것들이 있는가?	뇌졸중 환자들의 일상생활 능력을 향상시키는 물리치료적 접근 방법은 과제 지향적 운동, 기능적 전기 자극, 트레드밀 보행 훈련, 운동 이미지 훈련, 리듬 청각 자극 훈련, 로봇 치료, 가상현실 훈련, 근력 강화 운동 등과 같이 다양하게 제시되고 있다. 최근 뇌졸중 환자의 기능적 능력의 향상에 감각적인 요소가 중요한 부분을 차지하고 있고 외부에서 들어오는 감각자극을 이용한 새로운 중재 방법들이 개발되고 있다[16].

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표제어: PCR

동의어: Packet Collision Rate

용어 설명 출처 목록 (6)

용어 설명: PCR은 세균 특이성이 있는 primer를 이용하여 적은 수의 세균이 있을지라도 쉽게 검출할 수 있는 유용한 방법이며, 이를 이용하여 구강 내 치면세균막이나 타액에서 직접 세균을 검출할 수 있게 되었다[8].

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