[논문]뇌졸중 환자의 상지기능에 대한 경두개 직류자극술 효과 : 체계적 고찰 및 메타분석

원경아; 양민아; 박혜연; 박지혁

doi:10.22683/tsnr.2020.9.1.007

뇌졸중 환자의 상지기능에 대한 경두개 직류자극술 효과 : 체계적 고찰 및 메타분석
Effectiveness of Transcranial Direct Current Stimulation(tDCS) on Upper Extremity Function in Stroke Patients : A Systematic Review and Meta-Analysis 원문보기

Therapeutic science for rehabilitation = 재활치료과학, v.9 no.1, 2020년, pp.7 - 23

원경아 (연세대학교 일반대학원 작업치료학과) , 양민아 (연세대학교 보건과학대학 작업치료학과) , 박혜연 (연세대학교 보건과학대학 작업치료학과) , 박지혁 (연세대학교 보건과학대학 작업치료학과)

초록
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목적 : 본 연구는 뇌졸중 환자의 상지기능 회복에 대한 경두개 직류자극(transcranial Direct Current Stimulation; tDCS)의 효과를 살펴본 연구를 분석하는 데 목적이 있다. 연구 방법 : 2009년부터 2018년 현재까지 국내외 학술지에 게재된 논문들을 NDSL과 RISS를 통해 검색하였다. 선정기준과 배제기준을 통해 총 14개의 실험연구 논문이 선정되었다. 이를 PEDro 척도를 사용하여 질적 평가를 시행하고, 이 중 12개 논문에 대해서 Comprehensive Meta Analysis 3.0 프로그램을 사용하여 메타분석을 실시하였다. 결과 : 본 연구에서 고찰한 문헌 14편은 모두 국외 학술지에 게재된 문헌들이었다. 메타분석을 실시한 결과 효과 크기는 상지 근력 0.19로 '작은 효과크기', 상지 움직임 0.49로 '보통 효과크기'를 보였다. 상지 움직임의 효과크기는 통계적으로 유의한 변화가 있던 것으로 분석되었다(p<0.05). 또한 양극(anode) 모드는 '큰 효과크기'를. 음극(cathode) 모드는 '보통 효과크기'를 보였으며, 양극 모드의 효과크기만 통계적으로 유의하였다(p<0.05). 결론 : 본 연구 결과를 통하여 상지기능이 제한된 뇌졸중 환자에게 tDCS는 유용한 재활 기법이 될 수 있다는 것을 확인하였다. 이는 국내 임상가들에게 뇌졸중 환자를 위한 새로운 재활 기법의 기초자료를 제시하고, 효과적인 중재를 계획하는 데 도움이 될 것이다.

Abstract ▼ AI-Helper

Objective : The purpose of this article was to analyze the effects of tDCS on the recovery of upper limb function in stroke patients. Methods : We searched for papers published in journals between 2009 to 2018, using NDSL and RISS. A total 14 experimental research papers were selected for analysis. The quality of the 14 articles was evaluated using the PEDro scale and 12 articles were analyzed through the Comprehensive Meta Analysis 3.0 program. Results : All of the 14 articles that were systematically reviewed in this study were published in foreign journals. The effect sizes for upper extremity(U/Ex) strength and U/Ex motion were 0.19(small size effect) and 0.49(medium size effect) respectively. Furthermore, the effect sizes of anode mode and cathode mode were 0.71(large size effect) and 0.41(medium size effect), respectively. The effect size of U/Ex motion and the anode mode were statistically significant(p<0.05). Conclusion : We identified that tDCS can be a useful rehabilitation technique for stroke patients with limited upper body function. These findings are expected to help with suggestions for basic data on new rehabilitation techniques for stroke patients and the planning of effective interventions.

주제어

표/그림 (13)

그림 Figure 1. Flow Diagram for Study Selection
표 Table 1. General Characteristics of the Studies Subjects
표 Table 2. Characteristics of Transcranial Direct Current Stimulation
그림 Figure 2. Forest Plot Showing Upper Extremity(U/EX) Strength
그림 Figure 3. Forest Plot Showing Upper Extremity Motion
그림 Figure 4. Forest Plot Showing a-tDCS
그림 Figure 5. Forest Plot Showing c-tDCS
그림 Figure 6. Funnel plot of U/EX Strength and Motion
그림 Figure 7. Funnel plot of a-tDCS and c-tDCS
표 Table 3. Characteristics of Analyzed Studies
표 Table 3. Characteristics of Analyzed Studies(continued)
표 Table 3. Characteristics of Analyzed Studies(continued)
표 Table 3. Characteristics of Analyzed Studies(continued)

AI 본문요약
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문제 정의

경두개 직류자극의 효과를 알아보기 위해 각 문헌의 특성을 P.I.C.O. 형식에 맞춰 분석하여 제시하고자 하였다. P.
따라서 본 연구는 tDCS의 적용 방법과 연구 디자인 등에서 다양한 형태를 띤 연구들의 결과를 체계적으로 분석 및 통합하여 연구 동향을 파악하고자 하였다. 또한, 메타분석을 통해 뇌졸중 환자를 대상으로 tDCS 중재가 시행된 연구들의 결과를 통합하여 뇌졸중 환자의 ‘상지 근력과 움직임’에 대한 효과 비교 및 ‘tDCS의 양극모드와 음극모드’의 효과 비교를 실시해보고자 한다.
또한, 메타분석을 통해 뇌졸중 환자를 대상으로 tDCS 중재가 시행된 연구들의 결과를 통합하여 뇌졸중 환자의 ‘상지 근력과 움직임’에 대한 효과 비교 및 ‘tDCS의 양극모드와 음극모드’의 효과 비교를 실시해보고자 한다.
메타분석에서 이질성은 통합하고자 하는 개별 연구들이 동질하지 않음을 의미하며, 본 연구에서는 ‘상지 근력(strength)과 상지움직임(motion)’과 ‘양극 모드(anodal tDCS; a-tDCS)와 음극 모드(cathodal tDCS; c-tDCS)’로 구분되어진 여러 요인들이 통계적으로 다른지를 확인하기 위해 통계적 이질성 검정이 수행되었다.
메타분석(Meta-Analysis)은 동일하거나 비슷한 주제에 관한 다양한 연구를 체계적이고 계량적으로 분석한 후 효과크기(effect size)라는 수치로 나타내어 상이한 연구결과를 통합하는 과정을 말한 다. 본 연구는 각 개별연구의 이질성 검증과 누적 효과 크기를 분석한 후, 출판 편의를 확인하는 순서로 진행 되었다.
본 연구는 뇌졸중 환자에게 경두개 직류자극(transcranial Direct Current Stimulation; tDCS)을 적용한 연구를 고찰하여 뇌졸중 환자의 상지기능 회복과 관련된 결과를 체계적으로 분석하다. 또한 ‘상지 근력과 상지음직임’ 및 ‘양극(anode) 모드와 음극(cathode) 모드’로 결과변수로 설정한 후, 메타분석을 시행하였다.
본 연구에서는 상지기능이 손상된 뇌졸중 환자를 대상으로 한 tDCS 적용과 관련하여 최근 10년 이내에 국내외에서 진행된 연구들을 고찰한 후, 메타분석을 시행하다. 분석된 연구들을 통하여 tDCS를 사용한 중재 프로그램의 치료 효과의 가능성을 확인하다.
본 연구에서는 상지기능이 손상된 뇌졸중 환자를 대상으로 한 tDCS 적용과 관련하여 최근 10년 이내에 국내외에서 진행된 연구들을 고찰한 후, 메타분석을 시행하다. 분석된 연구들을 통하여 tDCS를 사용한 중재 프로그램의 치료 효과의 가능성을 확인하다.

제안 방법

검색어는 동일 하게 ‘transcranial Direct current stimulation’, ‘tDCS’, ‘경두개 직류자극’, ‘stroke’, ‘뇌 졸중’을 사용하였다.
경두개 직류자극술을 사용하여 뇌졸중 환자의 상지 기능 회복에 대한 효과를 보고한 연구, 한국어 및 영어로 쓰인 논문, 학술지에 게재된 논문(peer-reviewed paper), 전문보기가 가능한 연구, 실험연구, 표준화된 평가 도구로 상지 기능을 측정한 연구를 포함기준으로 정하였다. 반면 외과적 또는 의학적 처치가 사용된 연구, 중재 프로그램 또는 평가 도구 개발에 관한 연구, 문헌고찰 또는 메타분석 논문과 동물을 대상으로 한 연구는 제외하였다.
또한 ‘상지 근력과 상지음직임’ 및 ‘양극(anode) 모드와 음극(cathode) 모드’로 결과변수로 설정한 후, 메타분석을 시행하였다.
본 연구는 경두개 직류자극(transcranial Direct current stimulation; tDCS)을 이용한 뇌졸중 환자의 상지기능 회복에 관한 연구들을 체계적 문헌고찰을 통해 분석하고 메타 분석을 통해 결과를 통합하였다.
본 연구에서는 결과변수를 ‘상지 근력과 상지 움직임’ 그리고 ‘a-tDCS와 c-tDCS’ 두 가지로 분류하여 각각의 효과크기를 계산하다.
본 연구에서는 메타분석을 위해 선정된 개별 연구는 10편 이상으로, 개별 연구 간 편향(bias)이 있는지를 Egger’s Regression과 깔때기 점도표법(Funnel plot)을 사용하여 출판편의를 검토하였다.

대상 데이터

2009년 1월에서 2018년 5월 사이에 국내외 학술지에 게제된 논문들을 국가과학기술정보센터(National Digit Science Library; NDSL)와 RISS를 통해 검색하였다. 검색어는 동일 하게 ‘transcranial Direct current stimulation’, ‘tDCS’, ‘경두개 직류자극’, ‘stroke’, ‘뇌 졸중’을 사용하였다.
문헌 검색을 통해 얻은 373편의 논문에서 중복문헌 144건을 제거하고, 연구 제목과 초록 검토를 통하여 각각 145편과 45편을 제외하다. 남은 29편의 전문을 검토하여 포함기준을 만족하는 14편의 문헌을 최종적으로 선별하였다(Figure 1).
문헌 검색을 통해 얻은 373편의 논문에서 중복문헌 144건을 제거하고, 연구 제목과 초록 검토를 통하여 각각 145편과 45편을 제외하다. 남은 29편의 전문을 검토하여 포함기준을 만족하는 14편의 문헌을 최종적으로 선별하였다(Figure 1).

데이터처리

‘a-tDCS와 c-tDCS’에 대한 메타분석을 위해서는 11개의 논문이 선정되었고 Q통계량 검정을 실시한 결과, 각 개별 연구들 간의 이질성이 중간 크기로 유의하다고 판단되어 확률효과 모형을 사용하여 결과를 통합하였다.
‘상지근력과 상지움직임’에 대한 메타분석을 위해 12개의 논문이 선정되었고, Q통계량 검정을 통해 각 개별 연구들이 동질적인 것으로 분석되어 고정효과 모형을 사용하여 각 개별 연구들의 결과를 통합하였다.
선정된 논문은 Comprehensive Meta-Analysis 3.0(Biostat, Englewood, NJ, USA)을 사용하여 메타분석을 수행하였다. 메타분석(Meta-Analysis)은 동일하거나 비슷한 주제에 관한 다양한 연구를 체계적이고 계량적으로 분석한 후 효과크기(effect size)라는 수치로 나타내어 상이한 연구결과를 통합하는 과정을 말한 다.
통계적 이질성의 평가는 카이제곱 검정을 통해 진행되었고, 동질성 척도는 Cochran’s Q 통계량을 사용하였다(Lee & Sohn, 2016).

이론/모형

문헌의 수집과 선별 과정은 PRISMA(Preferred Reporting Items for Systematic Reviews and Meta-Analyses) 흐름도를 이용하여 문헌 검색, 중복 제거, 제목 및 초록 검토, 전문 검토의 순서로 진행하였다(Liberati et al., 2009)Figure 1).
최종 선정된 논문들에 대한 질적 수준 평가를 위해 5단계 전통적 단일계층 근거 모형을 사용하였다(Arbesman, Scheer, & Lieberman, 2008).
효과크기는 차이의 정도 또는 관련성의 정도를 측정해주는 표준화된 지표라고 할 수 있다. 효과크기는 분석하고자 하는 개별연구가 이질적이라고 전제하는 확률효과 모형(random-effects)과 동질적이라고 가정하는 고정효과 모델(fixed-effects)를 이용하여 구할 수 있다. 본 연구에서는 결과변수를 ‘상지 근력과 상지 움직임’ 그리고 ‘a-tDCS와 c-tDCS’ 두 가지로 분류하여 각각의 효과크기를 계산하다.

성능/효과

a-tDCS는 0.71(95% 신뢰구간: 0.197~1.225)으로 큰(large) 효과크기, c-tDCS는 0.41(95% 신뢰구간: 0.198~0.921)으로 보통 효과크기로 확인되었다. a-tDCS에 대해서만 p값 통계적으로 유의미하였다(p<0.
tDCS를 뇌졸중 환자를 대상으로 적용한 결과 상지근력은 0.19(95% 신뢰구간: -0.10~0.47)으로 작은 (small) 효과크기, 상지 움직임은 0.49(95% 신뢰구간: 0.17~0.81)으로 보통(medium) 효과크기로 확인되었 다. 상지움직임에 대해서만 p값 통계적으로 유의미하였다(p<0.
tDCS에 대한 연구는 단순히 전기자극만 단독으로 제공한 단일중재부터 tDCS를 작업치료, 로봇장치를 이용한 상지 훈련, 가상현실 중재 등과 결합한 복합중재까지 다양한 형태로 이루어졌다. 각 연구들은 다양한 중재 형태로 실시되었으나, tDCS 치료를 받은 모든 참가자들은 적어도 한 가지 이상의 상지기능 평가에서 유의미한 향상을 보다. 본 연구에서 tDCS 중재가 상지근력에는 작은 효과크기, 상지움직임에는 보통 효과크기로 뇌졸중 환자의 상지기능에 긍정적인 효과가 있는 것으로 분석되었다.
본 연구에서 메타분석을 시행하기 위해 선정된 연구들은 출판편의가 존재하여 tDCS의 효과에 대한 확증적인 결과를 얻는 것은 어려울 수 있다. 또한 tDCS와 함께 제공되는 중재의 형태가 상이한 연구들을 따로 분류하지 않고 메타분석을 시행하고 급성기부터 만성기까지 뇌졸중 환자를 구분하지 않고 결과 값을 산출 하는데, 이는 본 연구의 결과를 일반화시키는데 영향을 줄 수 있다.
본 연구 결과, tDCS 중재의 효과 중에서도 상지근력 보다는 상지움직임에 더 큰 효과가 있는 것으로 확인되었고, 음극 모드보다는 양극 모드가 더 효과적인 것으로 확인되었다. 이는 임상가들이 뇌졸중 환자의 상지기능 증진을 위한 중재법을 선정할 때 임상적 추론 과정에 도움이 될 만한 근거가 될 수 있을 뿐만 아니라, tDCS 자극 프로토콜 개발 등 연구 분야에서도 활용 가능하다.
따라서 뇌졸중 환자의 상지기능 회복을 위해서는 tDCS 와 운동기술 학습(motor skill learning)을 위한 재활프로그램이 결합된 복합중재를 적용하면 그 효과를 더 오래 유지할 수 있을 것으로 사료된다. 본 연구에서 tDCS 중재 프로그램이 상지 움직임에 중간 효과크기, 상지 근력에 작은 효과크기를 보여 긍정적인 영향을 보임을 확인하고, 이 중에서 상지 움직임에서만 유의하게 더 효과적임을 알 수 있었다. 이는 뇌졸중 환자의 상지기능 향상을 위해 임상현장에서 tDCS와 함께 재활치료를 복합적으로 시행하고자 할 때 상지 뻗기, 굽힘 등 상지 움직임을 촉진시킬 수 있는 활동을 적용하는 것이 유용함을 시사한다.
각 연구들은 다양한 중재 형태로 실시되었으나, tDCS 치료를 받은 모든 참가자들은 적어도 한 가지 이상의 상지기능 평가에서 유의미한 향상을 보다. 본 연구에서 tDCS 중재가 상지근력에는 작은 효과크기, 상지움직임에는 보통 효과크기로 뇌졸중 환자의 상지기능에 긍정적인 효과가 있는 것으로 분석되었다. tDCS 중재가 상지움직임에 통계적으로 유의하게 더 효과적인 것으로 증명되었는데, 이러한 결과는 메타분석에 선정된 대부분의 개별연구에서 근력 증진을 위한 활동보다는 뻗기, 굽힘 등 상지의 운동조절을 훈련하는 활동으로 구성된 재활치료가 tDCS와 함께 복합적으로 시행된 것에 영향을 받 았을 수 있다.
, 2017). 본 연구에서 뇌졸중 환자의 상지 기능 회복을 위해 tDCS를 적용한 14편의 연구들을 고찰한 결과, 평균 전류 크기는 1.43mA, 전류도는 0.046mA/cm2 그리고 적용 시간은 19분으로 비교적 안전한 범위 내에서 tDCS가 제공되었음을 알 수 있다.
, 2011). 이에 본 연구 에서 tDCS 모드를 결과변수로 설정하여 메타분석을 시행한 결과, 양극 모드(a-tDCS)는 큰 효과크기로, 음극 모드(c-tDCS)는 보통 효과크기로 분석되었으며, 양극 모드의 결과만 통계적으로 유의하다. 이는 tDCS 의 양극 모드는 뇌 국소 부분 신경세포의 흥분성을 증가시킴으로써 신경세포 간 장기강화작용(long-term potentiation) 과정을 촉진하여 실행능력을 향상 시킨다는 선행 연구 결과와 연관될 수 있다.

후속연구

본 문헌고찰에서 분석된 14편의 연구는 실험군에서 상지기능을 평가하는 여러 평가도구 중 적어도 한 가지 이상의 역에서 유의미한 향상을 보다. 뇌졸중 환자를 대상으로 한 tDCS 적용의 효과를 보고하고 있는 본 연구는 향후 뇌졸중 환자의 상지기능 회복을 위한 재활 중재 계획 또는 연구 계획 시 근거가 될 수 있을 것이다.
작업치료, 가상현실중재)을 함께 적용하게 되면 일주일 이상 효과가 지속되었다고 보고하다. 따라서 뇌졸중 환자의 상지기능 회복을 위해서는 tDCS 와 운동기술 학습(motor skill learning)을 위한 재활프로그램이 결합된 복합중재를 적용하면 그 효과를 더 오래 유지할 수 있을 것으로 사료된다. 본 연구에서 tDCS 중재 프로그램이 상지 움직임에 중간 효과크기, 상지 근력에 작은 효과크기를 보여 긍정적인 영향을 보임을 확인하고, 이 중에서 상지 움직임에서만 유의하게 더 효과적임을 알 수 있었다.
tDCS가 안정하다고 여겨지고 뇌졸중 후 운동기능 회복에 효과적이라고 제시하는 다양한 증거가 있지만, 전극 위치, 자극 강도, 적용시간 등 아직 불확실성이 있다. 따라서 더 많은 연구가 실시되어야 하며, tDCS의 안정성과 효과성을 담보하기 위해서는 신경과학과 신경계 질환에 대한 지식을 갖춘 전문가에 의해 시행될 필요가 있다.
또한, 메타분석을 통해 뇌졸중 환자를 대상으로 tDCS 중재가 시행된 연구들의 결과를 통합하여 뇌졸중 환자의 ‘상지 근력과 움직임’에 대한 효과 비교 및 ‘tDCS의 양극모드와 음극모드’의 효과 비교를 실시해보고자 한다. 이는 국내 뇌졸중 환자의 상지기능 회복을 위한 중재 계획 또는 연구 계획 시 도움이 될 수 있는 정보 및 근거를 제공해 줄 수 있을 것이다.

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Thrasher, T. A., Zivanovic, V., McIlroy, W., & Popovic, M. R. (2008). Rehabilitation of reaching and grasping function in severe hemiplegic patients using functional electrical stimulation therapy. Neurorehabilitation and Neural Repair, 22(6), 706-714. doi:10.1177/ 1545968308317436

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Veerbeek, J. M., Langbroek-Amersfoort, A. C., Van Wegen, E. E., Meskers, C. G., & Kwakkel, G. (2017). Effects of robot-assisted therapy for the upper limb after stroke: A systematic review and meta-analysis. Neurorehabilitation and Neural Repair, 31(2), 107-121. doi:10.1177/1545968316666957

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저자의 다른 논문 :

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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