상지재활 훈련동안 자기수용감각의 훈련 및 평가를 위한 가상현실 시스템 개발: 예비연구 Development Of Virtual Reality System For The Training And Assessment Of Proprioception During Upper-limb Reaching Task: A Pilot Study원문보기
자기수용감각은 신체 내부에서 폼의 발란스, 근육의 강도, 민첩성을 이용하여 공간의 위치나 관절의 움직임을 조절하는 능력으로 정의된다. 기존의 연구에서는 자기수용감각을 발달시키기 위하여 reaching 훈련을 이용한 시각적인 feedback을 제시하여 훈련을 하고 feedback을 차단하고 측정하는 방법이 사용했지만 시각적인 feedback이 있는 상황은 자기수용감각만 유도할 수 없는 문제점이 있다. 가상현실 기술은 훈련 동안 실시간으로 시각적인 feedback을 다양하게 제공하는 것으로 기존의 연구의 문제점을 해결할 수 있다. 본 연구에서는 가장현실 기술을 이용한 자기수용감각을 발달시키기 위한 훈련 및 평가시스템을 개발하고 파일럿 스터디를 하였다. 가상환경 task는 3개로 구성되었다. mode 1은 신체 움직임을 실시간으로 시각적인 feedback을 제시하는 환경이다. mode 2는 피험자의 반응에 의해서만 신체 움직임에 대한 시각적인 feedback을 제시하는 환경이다. mode 3응 시각적인 feedback을 제시하지 않는 환경이다. 가상환경의 task는 각 mode에서 3지점을 한 번씩 수행하는 것을 1회기로 5회기씩 수행하였다. 본 연구의 결과에서, target을 획득하기 위하여 이용하는 시간은 mode 3에서 mode보다 더 짧게 소요 되었다.(P=0.001). mode 2와 mode 3에서 1회기에서는 상관관계를 가지고 2-5회기 동안에는 mode 2와 mode 3에서 상관관계가 보이지 않았다(p = 0.012). mode 1의 환경에서는 훈련에 필요한 자기수용감각보다 시각적인 feedback에 의한 훈련이 진행되는 것을 볼 수 있다. mode 2는 첫 회기에서 자기수용감각에 의한 시각적인 feedback을 제공받을 수 있기 때문에 자기수용감각 훈련을 수행할 수 있다. 추후 연구는 시스템의 타당성 검증과 임상실험을 통한 훈련과 평가를 할 계획이다.
자기수용감각은 신체 내부에서 폼의 발란스, 근육의 강도, 민첩성을 이용하여 공간의 위치나 관절의 움직임을 조절하는 능력으로 정의된다. 기존의 연구에서는 자기수용감각을 발달시키기 위하여 reaching 훈련을 이용한 시각적인 feedback을 제시하여 훈련을 하고 feedback을 차단하고 측정하는 방법이 사용했지만 시각적인 feedback이 있는 상황은 자기수용감각만 유도할 수 없는 문제점이 있다. 가상현실 기술은 훈련 동안 실시간으로 시각적인 feedback을 다양하게 제공하는 것으로 기존의 연구의 문제점을 해결할 수 있다. 본 연구에서는 가장현실 기술을 이용한 자기수용감각을 발달시키기 위한 훈련 및 평가시스템을 개발하고 파일럿 스터디를 하였다. 가상환경 task는 3개로 구성되었다. mode 1은 신체 움직임을 실시간으로 시각적인 feedback을 제시하는 환경이다. mode 2는 피험자의 반응에 의해서만 신체 움직임에 대한 시각적인 feedback을 제시하는 환경이다. mode 3응 시각적인 feedback을 제시하지 않는 환경이다. 가상환경의 task는 각 mode에서 3지점을 한 번씩 수행하는 것을 1회기로 5회기씩 수행하였다. 본 연구의 결과에서, target을 획득하기 위하여 이용하는 시간은 mode 3에서 mode보다 더 짧게 소요 되었다.(P=0.001). mode 2와 mode 3에서 1회기에서는 상관관계를 가지고 2-5회기 동안에는 mode 2와 mode 3에서 상관관계가 보이지 않았다(p = 0.012). mode 1의 환경에서는 훈련에 필요한 자기수용감각보다 시각적인 feedback에 의한 훈련이 진행되는 것을 볼 수 있다. mode 2는 첫 회기에서 자기수용감각에 의한 시각적인 feedback을 제공받을 수 있기 때문에 자기수용감각 훈련을 수행할 수 있다. 추후 연구는 시스템의 타당성 검증과 임상실험을 통한 훈련과 평가를 할 계획이다.
Proprioception defined it as the ability to detect, the spatial position or movement of joints using balance, power of the muscle, agility in the internal parts of the body. In existing study for improvement of proprioception, reaching task training provided a feedback; the assessment was not provid...
Proprioception defined it as the ability to detect, the spatial position or movement of joints using balance, power of the muscle, agility in the internal parts of the body. In existing study for improvement of proprioception, reaching task training provided a feedback; the assessment was not provided a feedback. But, this has problem that it can not guide a proprioception from situation with visual feedback. Virtual reality technique can solve the problem of way providing feedback during training. In this study, we developed proprioception training program using virtual reality and pilot study is performed. VR task were composed three modes. In mode 1, real-time movement of the body was provided using visual feedback. In mode 2, body position was provided using visual feedback when participant have specific response. And in mode 3, body position was not provided. VR task is performed five sessions at each mode and one session performed one by one a three target. In the result of this study, the moving time toward the target from mode 3 was smaller than the moving time toward the target from mode 1 (p= 0.001). The correlation was statistically significant between mode 2 and mode 3 while be offering visual feedback position of mode 2 1session. But, the correlation was not statistically significant between mode 2 and mode 3 after be offered visual feedback position of mode2 1session (p = 0.012). Training environment of mode 1 shows which training used visual feedback than proprioception. Mode2 can execute training of proprioception because first session acquires visual feedback by proprioception. The next study will be verification of the system for training or assessment by clinical experiment.
Proprioception defined it as the ability to detect, the spatial position or movement of joints using balance, power of the muscle, agility in the internal parts of the body. In existing study for improvement of proprioception, reaching task training provided a feedback; the assessment was not provided a feedback. But, this has problem that it can not guide a proprioception from situation with visual feedback. Virtual reality technique can solve the problem of way providing feedback during training. In this study, we developed proprioception training program using virtual reality and pilot study is performed. VR task were composed three modes. In mode 1, real-time movement of the body was provided using visual feedback. In mode 2, body position was provided using visual feedback when participant have specific response. And in mode 3, body position was not provided. VR task is performed five sessions at each mode and one session performed one by one a three target. In the result of this study, the moving time toward the target from mode 3 was smaller than the moving time toward the target from mode 1 (p= 0.001). The correlation was statistically significant between mode 2 and mode 3 while be offering visual feedback position of mode 2 1session. But, the correlation was not statistically significant between mode 2 and mode 3 after be offered visual feedback position of mode2 1session (p = 0.012). Training environment of mode 1 shows which training used visual feedback than proprioception. Mode2 can execute training of proprioception because first session acquires visual feedback by proprioception. The next study will be verification of the system for training or assessment by clinical experiment.
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문제 정의
본 연구에서는 가상현실 기술을 이용하여 자기 수용 감각의 특성을 측정하여 이를 훈련 및 평가를 위한 시스템 개발을 목표로 하였다. 가상현실기술의 실시간으로 다양한 시각적인 feedback을 제시할 수 있는 방법을 제시한 mode들의 특징들을 이용하여 훈련 동안에도 자기수용감각을 이용할 수 있는 훈련 환경을 제공할 수 있을 것이다.
가상현실기술의 실시간으로 다양한 시각적인 feedback을 제시할 수 있는 방법을 제시한 mode들의 특징들을 이용하여 훈련 동안에도 자기수용감각을 이용할 수 있는 훈련 환경을 제공할 수 있을 것이다. 본 연구에서는 시각적인 feedback의 제시방법이 다른 mode들의 특징을 통한 시스템 검증을 위하여 일반인을 대상으로 파일럿 스터디를 시행하였다.
본 연구에서는 자기수용감각의 훈련 및 평가를 위한 가상현실 시스템을 개발하였다. 개발한 가상현실시스템의 mode 별로 실시간으로 시각적인 feedback의 제시빙법의 차이를 이용하여 각 mode들의 특징들을 검증하기 위하여 파일럿 스터디를 시행하였다.
가설 설정
가상공간에서는 훈련할 신체부위와 interacting하는 시각적인 feedback을 제공한다. 가상현실 Task의 수행방법은 좌측과 중앙, 우측 지정한 3지점에 순차적으로 나타나는 target을 향하여 그림 1의 b)처럼 신체와 interacting하는 것을 제공하는 시각적인 feedback 노란 원뿔을 움직여 target을 획득한 후 그림 1의 c)처럼 target을 시작 지점으로 가져오는 것을 반복한다. 자기수용감각의 훈련 및 평가를 위하여 개발한 시스템에서는 시각적인 feedback을 제공하는 방법을 다음과 같이 3가지로 나눌 수 있다.
제안 방법
그림 3은 가상현실을 이용하여 상지재활 훈련 실험의 진행순서를 나타낸 것이다. Tracker를 오른손에 부착한 후 각 3가지 지점에서 순차적으로 제공되는 target을 시작지점으로 가져오는 훈련을 한 번씩 수행하는 것을 1회기로 정하고 mode별로 5 회기씩 반복하였다.
가상공간에서 신체움직임과 interacting하는 시각적인 feedback을 제공하기 위하여 POLHEMUS 사의 Patriot 6 자유도 Tracker를 이용하였다. 그림 1은 자기수용감각을 발달 훈련하는데 사용되는 가상현실 시스템의 훈련 환경이다.
시스템을 개발하였다. 개발한 가상현실시스템의 mode 별로 실시간으로 시각적인 feedback의 제시빙법의 차이를 이용하여 각 mode들의 특징들을 검증하기 위하여 파일럿 스터디를 시행하였다.
보여준다. 시각적인 feedback이 존재하지 않는 mode 3에서 시각적인 feedback이 존재하는 mode 1보다 짧은 시간에 target으로 mode 2에서 target을 향하여 움직인 후 첫 시각적인 feedback을 확인한 위치와 target의 중심값과의 거리 오차값을 각 회기별로 구하고, mode 3에서는 자기수용감각을 이용하여 예측한 target의 중심위치와 실제 target의 중심값과의 거리 오차값을 각 회기별로 구했다. 표 1은 mode 2와 mode 3에서 각 회기별로 구한 오차값을 이용하여 상관관계를 나타낸 것이다.
실생활에서 동작수행능력을 발달시 키 기 위하여 자기수용 감각을 훈련할 수 있도록 가상현실공간을 제시할 수 있는 A6gamestudio프로그램을 이용하여 3차원 공간을 제시하였다. 가상공간에서 신체움직임과 interacting하는 시각적인 feedback을 제공하기 위하여 POLHEMUS 사의 Patriot 6 자유도 Tracker를 이용하였다.
실험에서 시각적인 feedback을 제시하는 방법이 다른 mode들을 경험하는 동안 자기수용감각의 차이를 알아보기 위하여 시각적인 feedback이 target을 획득할 때까지의 시간, target을 획득할 때 시각적인 feedback의 위치와 target의 중심값과의 오차거리값을 측정하였다.
대상 데이터
실험에 참가한 피험자는 오른손을 사용하는 정상인 남자 5명으로 나이는 평균 27.6세(25-30세)였다. 그림 3은 가상현실을 이용하여 상지재활 훈련 실험의 진행순서를 나타낸 것이다.
성능/효과
이것으로 mode 2는 자기수용 감각을 평가하는 환경의 시각적인 feedback을 차단하는 조건으로 자기수용감각을 이용하도록 하고, 제한적으로 확인할 수 있는 시각적인 feedback으로 자기수용감각을 더 발달시키도록 훈련할 수 있는 환경을 제시할 수 있을 것이다. 따라서 개발한 가상현실 시스템은 각각의 mode가 가지고 있는 시각적인 feedback의 표현방법의 특성을 이용하여 자기수용 감각 훈련과 평가에 모두 사용할 수 있는 시스템으로 판단된다.
mode 2와 mode3의 차이점은 mode 2는 제한적으로 확인할 수 있는 시각적 feedback으로 target을 획득할 때까지 확인한 시각적인 feedback의 위치들이 저장되고 mode 3은 제시되지 않는 시각적인 feedback을 확인하는 순간 target이 선택되는 것으로 시각적인 feedback의 위치와 target사이의 오차 거리만 측정할 수 있는 것이다. 표 1을 확인하면 mode 2와 mode 3 이 제공된 시각적인 feedback이 없는 첫 번째 회기에서는 서로 간에 상관관계가 나타났다. 이후에, 2 - 5회기동안 mode 2는 누적된 시각적인 feedback이 제공받은 것과 mode 3은 누적된 시각적인 feedback이 없는 것의 차이처럼 서로 간에 상관관계가 나타나지 않았다.
후속연구
하였다. 가상현실기술의 실시간으로 다양한 시각적인 feedback을 제시할 수 있는 방법을 제시한 mode들의 특징들을 이용하여 훈련 동안에도 자기수용감각을 이용할 수 있는 훈련 환경을 제공할 수 있을 것이다. 본 연구에서는 시각적인 feedback의 제시방법이 다른 mode들의 특징을 통한 시스템 검증을 위하여 일반인을 대상으로 파일럿 스터디를 시행하였다.
타당성과 신뢰도를 검증할 계획이다. 나아가 실제 자기 수용 감각 상실에 의해 신체 기능의 일부를 사용하지 못하는 뇌병변 환자를 대상으로 환자의 증상평가 및 훈련에 적용시킬 계획이다.
이후에, 2 - 5회기동안 mode 2는 누적된 시각적인 feedback이 제공받은 것과 mode 3은 누적된 시각적인 feedback이 없는 것의 차이처럼 서로 간에 상관관계가 나타나지 않았다. 이것으로 mode 2는 자기수용 감각을 평가하는 환경의 시각적인 feedback을 차단하는 조건으로 자기수용감각을 이용하도록 하고, 제한적으로 확인할 수 있는 시각적인 feedback으로 자기수용감각을 더 발달시키도록 훈련할 수 있는 환경을 제시할 수 있을 것이다. 따라서 개발한 가상현실 시스템은 각각의 mode가 가지고 있는 시각적인 feedback의 표현방법의 특성을 이용하여 자기수용 감각 훈련과 평가에 모두 사용할 수 있는 시스템으로 판단된다.
향후 계획으로는 개발된 시스템으로 임상실험을 진행하여 시스템의 타당성과 신뢰도를 검증할 계획이다. 나아가 실제 자기 수용 감각 상실에 의해 신체 기능의 일부를 사용하지 못하는 뇌병변 환자를 대상으로 환자의 증상평가 및 훈련에 적용시킬 계획이다.
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