가상현실치료프로그램이만성뇌졸중환자의...

가상현실치료프로그램이 만성 뇌졸중 환자의

상지기능 회복과 뇌 재조직화에 미치는 사례보고

Therapeutic Virtual Reality Program in Chronic Stroke PatientsRecovery of Upper Extremity and Neuronal Reorganization

1)김 중 선 권 용 현* **․ 2)Kim, Chung Sun Kwon, Yong Hyun․

요 약< >

최근 컴퓨터와 영상 기술의 발전으로 실제와 같은 가상의 현실을 보다 효율적으로 훈련할

수 있는 가상현실 프로그램이 여러 분야에서 시도되고 있다 이러한 프로그램을 이용하여 두.명의 만성 뇌졸중 환자의 상지에 집중적 훈련을 실시함으로서 상지기능의 회복과 이에 따른

뇌의 재조직화를 연구하였다 상지 훈련 프로그램은 하루 시간 주 회 주 동안 집중적으. 1 , 5 , 4로 적용되었다 훈련 전후 퍼글 마이어 검사 상자와 나무토막 검사 상지기능 검사를 평가. - , ,․하였고 기능적 자기공명영상장치를 이용하여 대뇌 피질의 활성도 변화를 측정하였다 훈련.적용 후 상지 기능은 현저하게 증가하였고 뇌 활성도는 정상인에서 관찰되는 유사한 패턴으, ,로 변화하였다 따라서 가상현실 프로그램은 만성 뇌졸중 환자의 상지기능 회복에 효과적이. ,며 뇌 재조직화를 촉진하였고 이는 대상자에게 흥미를 유발하고 환경과 상호 작용하는 능력,을 제공하였기 때문이라 추정된다.

핵심어 : 가상현실프로그램 집중적 훈련 뇌 활성화, ,

서 론.Ⅰ

최근 컴퓨터와 영상 기술의 발전으로 실제와 같은 가상의 현실에서 보다 효

율적으로 훈련할 수 있는 가상현실 프로그램이 산업 공학 의학 교육 등의 여, , ,

러 분야에서 시도되고 있다 미항공우주국은 가상현실을 이용하여 우주에서.

우주비행사가 허블망원경을 모의 수리하는 훈련과정으로 사용하였고(Loftin

대구대학교 재활과학대학 물리치료학과 교수*

Department of Physical Therapy, Daegu University.

대구대학교 물리치료학과 박사과정 교신저자** ( : [email protected])

Department of Physical Therapy Graduate School, Daegu University

特殊敎育再活科學硏究Journal of Special Education & RehabilitationScienceVol. 44, No. 1, pp. 87 106, 2005.～

의& Kenney, 1995), 료적 측면에서 의사가 복잡한 외과적 수술을 가상현실

을 통하여 훈련하는데 사용하였으며 장애아동을 위한 전동(Satava, 1992),

휠체어의 모의운전훈련에 가상환경을 이용하였다(Wann & Turnbull, 1993).

의료적인 측면의 가상현실치료프로그램은 뇌손상으로 운동기능 인지기능장,

애로 실제 환경에 적응하지 못하는 환자에게 쌍방향으로 안전하게 적용될

수 있다(Rose 가상현실의 장점은 환자의 장애에 따라 가상환경과et al, 1999).

과제수행의 난이도를 변화시킬 수 있어 인지장애와 운동장애치료에 효과적이,

며 행동장애 환자의 재활과 평가에 효과적인 도구로 인식되고 있다, (Rizzo

가상환경을 이용해 치료받는 환자는 치료과정을 즐기면서 과et al, 2000).

제를 수행할 수 있고 치료에 대한 동기유발이, 증대된다(Rose et al, 2000;

그리고 인지재활치료에 가상현실을Jack et al, 2001). 이용하면 환자에게 적용,

되는 자극의 전달과 조절에 일관성을 유지할 수 있고 다양한, 감각을 통해 환자

에게 즉시 되먹임이 적용된다 또한 안전한 환경에서 환자 스스로 훈련과 학.

습을 할 수 있고 환자자신의 과제수행결과를 점검할 수 있어 환자의 장애정,

도에 따라 적합한 훈련을 할 수 있다(Rizzo et al, 2000; Schultheis &

초기 가상현실을 이용한 치료형태는 외상성 뇌손상 환자가Rizzo, 2001).

가상주방 에서 수행하는 과제수행능력을 평가하였고(virtual kitchen)

혈관성 뇌손상 환자를 대상으로 가상공간에서(Christiansen et al, 1998),

공간적 배열 을 지각하는 검사로 기억훈련을 수행하였(spatial arrangement)

다 등 은 가상현실치료는(Rose et al, 1999). Grealy (1999) 뇌손상 환자의

인지기능을 향상시킨다고 보고하였고 등 은 신체적, Wilson (1996) 장애아동이

가상환경에서 실제 환경으로 공간적 정보를 전환할 수 있고 학습장애아동이, 가상환

경에서 훈련받은 것을 실제 환경에 전환할 수 있는 능력이 있다고 보고하였

다.

외상성 뇌손상 또는 뇌혈관질환은 운동 감각 지각 인지기능 장애를 유발, , ,

할 수 있고 뇌손상의 정도에 따라 이들 장애는 영구적일 수 있으며 일상생, ,

활동작을 수행하는 능력이 저하된다 특히 뇌졸중 후 환자의 가 보행이. , 75%

다시 가능한 반면, 5 의 환자가 상지기능에 제한이 있는 것으로 보고5 75%～

되고 있으며 상지운동 기능장애는 일상생활에 큰 걸림돌이 되고 있고 뇌졸,

중 환자가 가장 불편해 하는 문제점이다(Feys et al, 1998; Kwakkel et al,

이것은 뇌졸중 후 초기 물리치료과정이1998). 상지기능보다 기립과 이동에 중

점을 두기 때문이고 실제 임상치료과정 중 하지에, 적용되는 치료시간이 상당

가상현실치료프로그램이 만성 뇌졸중 환자의 상지기능 회복과 뇌 재조직화에 미치는 사례보고

히 높은 현실이다 이로 인해 상지에는(Lincoln et al, 1999). 견과절 아탈구 통,

증 등의 합병증이 발생할 수 있고 상지와 복합적인 운동패턴을, 가진 보행에도

영향을 미칠 수 있다 뇌졸중 발병 후 초기 개월까지 적극적인 치. 3~6 료를 통

해 환자의 기능회복수준을 향상시킬 수 있지만 그 후 만성기 기능회복속도,

는 매우 느리기 때문에 더욱 집중적인 치료가 절실하다 이들 환자를 위한.

물리치료 등의 재활치료는 기능적 활동을 독립적으로 수행할 수 있도록 수립

되어야 하고 환자에게 효과적이고 동기 유발적이며 현실상황과 연관성이 있,

어야 하며, 집중적이고 반복적인 치료는 신경 재조직화와 기능적인 운동기술회복

에 영향을 미치는 것으로 보고되고 있다(Wolf et al, 1989; Taub et al,

뇌손상 환자 치료방법으로 신경1993; Nudo, 1996; Liepert et al, 2000).

촉진기법 점진적인 근력강화운동 되먹임, , , 전기자극치료 등 다양하지만 최근,

뇌손상 또는 행동장애 환자의(behaviour disorder) 운동기능 평가 및 치료도구로

차원 영상을 제공하는 가상현실 을 이용3 (virtual reality) 하고 있고 이로 인해,

이들 환자의 운동기능 향상이 보고되고 있으며 뇌손상 환자의 평가방법으로,

가상환경을 이용한 결과 평가의 신뢰도와 타당성이 높게 나타났다,

(Christiansen et al, 1998; Grealy et al, 1999; Rose et al, 1999; Rizzo

또한 가상현실에et al, 1997; Mendozzi et al, 1998; Zhang et al, 2003). ,

양전자 방사단층촬영 또는 기능적 자기공명영상촬영 을 추가하면(PET) (fMRI)

과제수행 으로 뇌의 기능적 활동변화를 차원 영상으로 제공받을 수 있어 매우3

과학적인 연구가 될 수 있다(Ku et 등 은 모의운전al, 2003). Calhorn (2002)

을 하는 동안 기능적 자기공명영상촬영을 이용하여 뇌의(simulated driving)

복잡한 기능적 활동을 연구하였다.

본 연구는 만성 뇌졸중 환자에게 가상현실치료프로그램을 적용하여 치료 전

후에 상지기능의 변화와 기능적 자기공명영상촬영을 이용하여 뇌의 기능적

활동변화를 관찰하고자 한다.

연구방법.Ⅱ연구대상자 및 연구기간1.본 연구에 참여한 대상자는 남녀 각각 명 총 명으로 첫 번째 연구대상자는1 , 2 , 59

세 남성으로 년 월 일 뇌출혈이 발생하여 왼쪽 편측부전마비 증상이 있고2001 4 4 ,

두 번째 연구대상자는 세 여성으로 년 월 일 뇌경색이 발생하여69 2002 3 1

왼쪽 편측부전마비 증상이 있었다 표 명의 연구대상자는 발병 전< 2-1>. 2

오른손이 우성이었고 활력 징후 가 정상이며 의사소통에 문제가, (vital sign) ,

전혀 없고 감각 장애와 반맹증 및 편측무시 등의 시공간적 지각장애가 없었,

다 상지의 이학적 검사에서 관절가동범위에 제한이 없었으며 근력이. ,

이상이고 강직은 에서 이하로 측정되Fair(+) , modified Ashworth Scale G1

었다 연구자의 지시를 이해할 수 있는 한국형 약식정신검사 점. (MMSE-K)

수가 점 이상이었으며 기능적 보행 범주24 , (Functional Ambulatory

에서 점으로 평지 또는 계단 오르기 정도의 보행은 가능하였Capacity) 4-5

다.

연구기간은 년 월부터 년 월까지 영남대학교의료원에서 외래2004 9 2004 10

진료를 통해 연구가 진행되었는데 연구대상자는 실험시작 개월 전부터 상, 6

지기능에 호전이 없었고 환자와 환자보호자 담당 주치의의 동의하에 연구기간,

동안 약물치료를 제외한 가상현실치료프로그램만 적용하였다.

표 연구대상자의 일반적인 특성< 2-1>

대상자 1 대상자 2

성 별 남 여

연 령 59 69

신 장( )㎝ 170 153

체 중( )㎏ 67 52

발 병 일 년 월 일2001 4 4 년 월 일2002 3 1

발병부위 오른쪽 시상 뇌출혈, 왼쪽 피각 뇌경색,

진 단 명 왼쪽 편측부전마비 오른쪽 편측부전마비

유병기간 개월( ) 44 33

실험방법2.


연구에 사용된 가상현실은 미국 사에서IREX 개발된 가상현실치료시스템을 사

용

그림 가상현실치료프로그램에서 수행된 과제< 2-1>

전체적인 과제수행 장면A: 풍선 터트리기 과제B:상자 옮기기 과제C: 축구 공 막기 과제D:

하였는데 상지훈련으로 풍선 터트리기 상자 옮기기 축구 공 막기 과제가, , ,

제공되는 컴퓨터와 캠코더로 촬영된 연구대상자의 움직임이 가상현실에 합

성되어 텔레비전 화면에 나타나고 연구대상자는 텔레비전 화면을 직접 보면,

서 주어진 과제들을 수행하였다 그림 의 과제수행 전 연구대상자의 상지< 2-1 A>. ,

기능을 평가하고 연구대상자가 수행 가능한 관절가동범위와 속도를 조절하여

과제의 난이도를 결정한 후 과제를 수행하였고 훈련기간은 주 회 하루, 5 , 1

시간 총 주 동안 집중적으로 적용하였다, 4 .

상지훈련에서 풍선 터트리기 과제 그림 의 는 자연을 배경으로 연구, < 2-1> B

대상자를 향해 작은 공이 날아오는데 연구대상자가 날아오는 작은 공을 천천,

히 치면 새로 변하여 날아가게 되고 빠르게 치면 터지게 된다 작은 공을 터, .

트리면 공 한 개당 25점 작은 공이 새로 변하면 공 한 개당 점이 주어진, 50

다 하나의 과제는. 분 동안15 실시되고 분의 휴식 후 다음 과제가 수행되5 ,

었다 분의 휴식기에 성공한. 5 개수와 실패한 개수를 포함한 총점을 수행자에

게 제공하여 되먹임을 적용하였다 상. 자 옮기기 과제 그림 의 는 공장을< 2-1> C

배경으로 한쪽 컨베이어 벨트에 있는 상자를 반대쪽으로 옮겨야 하는데 연구,

대상자의 손이 상자에 접촉하면 상자가 손에 부착되어 과제를 수행할 수 있

고 컨베이어 벨트의 높이와 위치는 연구대상자의 수, 행능력에 따라 조절되었

다 축구 공 막기 과제 그림 의 는 연구대상자가 골키퍼 역할을 하여. < 2-1> D

상지를 이용하여 날아오는 축구공을 막아내야 하는데 가상화면, 상단에 연구

대상자가 막아내거나 실패한 축구공의 수가 제시되었고 치료 프로그램, 으로

연구대상자 상지의 굴곡과 외전을 수행하기 위한 자세를 취하게 하였고 양손을,

이용하여 날아오는 공을 막도록 하는 두 가지 형태의 과제를 수행하였다.

가상현실치료프로그램 적용 전후에 기능적 자기공명영상촬영을 실시하여 뇌의

활성화 변화를 관찰하였다.

연구대상자에게 가상현실치료프로그램 적용 후 상지기능 회복변화는 퍼글, -

마이어 평가 상자와 나무토막 검사(Fugl-Meyer Assessment), (Box & Block

상지기Test), 능 검사 세 가지 도구를 사용하였고 치(Manual Function Test) ,

료 전후 뇌활성화 변화는 기능적 자기공명영상촬영 을 사용하여 평가하(fMRI)

였다.

퍼글 마이어 평가는 뇌졸중 후 운동수행능력을 평가하는 도구로 브룬스트룸의-

운동회복 질적평가(Brunnstrom's Qualitative Assessments of Motor

에 기초하여 운동기능의 정교성과 복잡성을 점차적으로 증가시켜Recovery)

평가항목을 개로 세분화하였고 관절운동 감각 균형 상지운동기능 하지50 , , , , ,

운동기능을 평가하는 움직임 질적 검사이다(Fugl-Meyer et al, 1975;

퍼글 마이어 척도는Fugl-Meyer, 1980). - 서열척도로 각 항목을 수행할 수 없

을 경우 점 부분적으로 수행한 경우 점 완전히0 , 1 , 수행한 경우 점으로 기록하2

였고 상지 점수 점 하지 점수 점 총 점으로 기, 64 , 34 , 100 록되는데 본 연구에,

서는 상지만 평가하였다 편마비 환자의 운동기능 평가에 대한. 퍼글 마이어-

평가의 구성타당도 검사자내 신뢰도와 검사자간(construct validity), 신뢰도(r

모두 높은 것으로 입증되어 객관적이고 정확한 평가방법으로 널리 사.96)≥ 용

되고 있다(Duncan et al, 1983; Katz et al, 1992; Trombly, 1989; Van

그리Deusen & Brunt, 1997; Winstein et al, 2004; Page et al, 2004).

고 독립적인 일상생활동작 평가점수와 퍼글 마이어 평가점수의 상관관계에-

유의성이 있는 것으로 보고되었다(Fugl-Meyer et al, 1975; Sjogren &

Fugl-Meyer, 1982).

상자와 나무토막 검사는 한쪽 상지의 전반적인 조작 기민성(unilateral

gross 을 평가하는 방법으로 연구대상자는 초 동안 한쪽manual dexterity) , 60

상자에서 다른 쪽 상자로 의 정육각형 나무토막을 가능한 많이 옮기게2.5㎝

하여 옮긴 나무토막의, 수를 기록하였다(Desrosiers et al, 1994; Cauraugh et

이 검사는 검사방법이al, 2000). 간단하여 인지능력이 부족하거나 주의집중력이


짧고 지구력이 부족한 환자에게 쉽게 적용할 수 있고 검사 재검사 신뢰도, -

검사자간 신뢰도(r=.94(Lt), r=.98(Rt)), 가 높은(r=0.99(Lt), r=1.00(Rt))

것으로 입증되었다 정민예 등( , 1996; Mathiowetz et al, 1985; Desrosiers

et al, 1994, Ahmed et al, 2003).

상지기능검사는 일본에 있는 동북대학 의학부 리하연구 명자 분원에서 개발,

된 것으로 뇌졸중 환자의 상지기능 및 동작 능력을 측정하기 위한 검사도구,

로 상지 기능의 회복과정과 일상생활동작에 있어서의 실용수준을 반영하고

객관적으로 실시하기 쉽게 고안되었다 이한석 상지의 운동 쥐기 손( , 1996). , ,

가락 조작의 세 가지 영역에 대해 개 항목 개의 세부검사 항목으로 구성8 32

되어 있다 각 항목을 수행할 수 없을 경우 점 완전히 수행한 경우 점. 0 , 1 ,

총 점으로 기록하였다 상지기능의 회복과정과32 . 일상생활동작에 실용수준을

반영하고 있고 브룬스트룸의 회복단계와 높은 상관관계가, 입증되었으며 치료의

효과를 가시화할 수 있고 객관적인 평가지표로 인정받고 있다 김미영( ,

이한석1994; , 1996).

기능적 자기공명영상 분석방법3.기능적 자기공명촬영은 각각 초 동안의 휴식기와 운동수행기가 번 되풀21 3

이되는 으로 고안되었다 운동은 주관절을 의 주기로block paradigm . 1-2Hz

굴곡과 신전을 반복하였다 휴식기와 운동수행기의 시작과 끝은 구두적 지시.

와 동시에 손에 가벼운 자극으로 신호하였다 실험이 진행되는 동안 각 대상.

들의 움직임을 최소화하기 위해 몸통을 특수 제작된 몸통 고정 틀에 의해 이

들의 몸통을 에 단단히scanner bed 고정시켰고 머리를 접착 테이프로 실험에

방해가 되지 않는 범위 내에서 단단히 고정시켰으며 눈은 눈가리개를 이용하

여 가렸다 기능적 자기공명영상촬영에서는 한 개의 뇌 볼륨 당 장의 뇌. 20

절편을 얻었고 각 대상의 오른쪽과 왼쪽 주관절에 대해 각각 씩65 volume

의 영상을 획득하였다 기능적 자기공명영상의 촬영 변수는. TR(time of

이 는 이었으며 은repeat) 1050 ms, TE(time of echo) 60 ms , Flip angle

는 이었다 매트릭스 크기는 뇌 절90°, Field of View (FOV) 210 mm . 64×64,

편 당 두께는 이었다 기능적 자기공명영상촬영 후에는 영상을 전교5mm . T1

련과 후교련 연결선에 평행(anterior commissure-posterior commissure)

하게 수평면 으로 장의 뇌 절편을 얻었다 에 대한(transverse plane) 20 . T1

자기공명영상의 촬영 변수는 이 가 이었으며 나머지TR 940ms, TE 15 ms ,

조건은 기능적 자기공명영상 촬영의 변수와 같았다 얻어진 기능적 자기공명.

영상 중에서 내의 수소원자핵의 수직자화가volume 안정적인 부분포화에 도달

하기 전에 얻어지는 영상의 영향을 제거하기 위하여 처음 은 분석3 volume

에서 제외하였다 얻어진 자료는 환경에. MATLAB(Mathworks, Inc., USA)

서 구현되는 SPM99(Statistical Parametric Mapping 99 version,

소프트웨어Wellcome Department of Cognitive Neurology, London, UK)

로 분석하였다. SPM 프로그램을 이용하여 머리의 움직임을 보정하기 위한 재

배열 을 하였으며 각(realign) 피험자의 영상에 재배열 절차에서 생성T1 MRI

된 와 영상을 상관정렬 하였다 이렇게 처리된mean-image EPI (coregister) .

결과를 바탕으로 신호의 변화를BOLD 얻기 위하여 실험조건과 비교조건을 감

산 하였다 모델의 구성 시 저주파(subtraction) . 잡음 은(noise) high-pass filter

를 이용하여 제거하였으며 조건들의 반복제시에 의한, 의 효과는hrf SPM99

이 제시하는 주파수의 로 제거하였다 이렇게low-pass filer . 구성된 모델과 영

상 처리된 결과는 를 이용하여 분석하였으며 뇌 전체 영ANCOVA , 역에서 나타나

는 활성의 변화는 조건들간의 부피소 대 부피소를 짝비교 검정으(voxel) -t

로 분석하였다 본 연구의 집단 결과 분석은 고정효과모델. (fixed effect

을 이용하여 통계 역치를 부피소 수준에서 정하였으며 높이역치model)

를(height threshold) 값이 보다 낮은 수준에서 범위역치corrected p 0.05 ,

는 부피소 개를(extent threshold) 5 기준으로 활성 지도를 얻었다 이는 생리.

학적으로 유의미한 결과를 적어도 유의미한 부피소가 개 이상 있을 경우5

활성이 된 것으로 가정하고 통계적 유의성을 검증한 것으로 각 활성의, p

값은 부피소의 높이역치 와 범(height threshold) 위역치 의(extent threshold)

상호작용에 의하여 에 의하여 계산되었다 관심영SPM99 . 역(region of

을 일차 감각운동피질 전interest) (primary sensory-motor cortex, SM1),

운동영역 보조운동영역(premotor area), (supplementary motor area, SMA)

과 감각연합피질 로 설정하여 분석하였다(sensory association cortex) .

편측화 지수 는 관심영역의 범위 내에서 양측 뇌반구의(Laterality Index, LI)

균형에서 전위된 정도를 나타내는 지수로서 대측 뇌반구(contralateral

에서 발생하는 대뇌피질의 활성화 정도를 부피소로 측정되며hemisphere)

다음과 같은 공식이 사용되었다.

LI = (contralateral SM1-Ipsilateral SM1)/(contralateral SM1+Ipsilateral

SM1).

결과 및 논의.Ⅲ


퍼글 마이어 평가를 이용하여 치료 전후 상지기능 변화를 관찰한 결과 연구대상- ,

자 과 의 치료 전 점수는 각각 점 점에서 치료 후 점 점으로1 2 50 , 48 59 , 54

증가되었고, 상자와 나무토막 검사를 이용하여 치료 전후 상지기능 변화를 관

찰한 결과 연구대, 상자 과 가 치료 전에 옮긴 나무토막 수는 각각 개1 2 21 ,

개에서 치료 후 개 개로 증가되었으며 상지기능 검사를 이용하여15 24 , 20 ,

치료 전후 상지기능 변화를 관찰한 결과 연구대상자 과 의 치료 전 점수, 1 2

는 각각 점 점에서 치료 후 점 점19 , 24 20 , 25 으로 증가되었다 관심 영역의 범.

위 내에서 측정된 뇌활성도에 대한 편측화 지수에서 연구대상자 과 의 치료1 2

전 지수는 각각 에서 치료 후 모두 로 변화하였다0.32, 0.43 1 표 연구대< 3-1>.

상자 에서 대뇌 활성도의 변화된 패턴은 치료 전에서 양측 일차1 운동 및 감각

영역 과 양측 전운동 영역(bilateral primary sensorimotor area) (premotor area)

에서 활성화를 보였으나 치료 적용 후 일차 운동 영역에서 국소적으로 활성

화되었다 연구대상자 에서 치료 전에서 대측의 일차 운동 및 감각 영역. 2 ,

뒤쪽위두정소엽 과 동측의 전운동 영역에서 활(post superior parietal lobe)

성화를 보였으나 치료 적용 후 대측의 일차 운동 및 감각 영역에서 국소적

으로 활성화되었다 그림< 3-1>.

표 치료 전후의 상지 기능 검사와 뇌활성도의 편측화 지수< 3-1>

FMA B & B MFT LI

pre post pre post pre post pre post

대상자 1 50 59 21 24 19 20 0.32 1

대상자 2 48 54 15 20 24 25 0.43 1

퍼글 마이어 검사FMA (Fugl-Meyer Assessment); -상자와 나무토막 검사B & B (Box & Block Test):상지 기능 검사MFT (Manual Function Test):

편측화 지수LI (Laterality Index) :

그림 가상현실치료프로그램의 적용 전후 기능적 자기공명영상 변화< 3-1>

C : contralateral, B : bilateral, I : ipsilateralPMC : premotor cortex, SMC : sensoriomotor cortex

본 연구는 만성 뇌졸중 환자를 대상으로 가상현실치료프로그램 적용 전후에

상지기능 변화를 관찰하기 위해 퍼글 마이어 평가 상자와 나무토막 검사 상- , ,

지기능 검사를 실시하였다 명의 연구대상자는 가상현실에 자신의 모습이. 2

나타나는 환경에 매우 흥미를 보였고 동기가 유발되어 가상현실치료프로그램에

제시된 과제를 적극적으로 수행하였다 그 결과 모든 검사에서 상지기능이 향.

상되어 가상현실치료프로그램이 상지기능향상에 효과가 있는 것으로 나타났

다 뇌졸중 파킨슨병 인지장애 기억장애 등 다양한 환자에게 가상현실치료. , , ,

프로그램이 널리 사용되고 있지만 가상현실에서 치료한 것이 현실세계의 일,

상생활동작으로 어느 정도 전이 되고 효율성이 있는지에 대한 의문(transfer)

이 있었다(Kenyon & Afenya, 1995; Witmer et al, 1996). Christiansen

등 은 가상주방 소프트웨어를 개발하여 외상성 뇌손상 환(1996) 자의 훈련과

기능회복을 연구한 결과 가상현실이 기능수행 평가도구로 가능성을 제시하,

였고 그 후 가상주방환경도구의 신뢰성을 입증하였으며, (Christiansen et al,

R L


최근에는 인지기능장애 환자의 평가도구로 가상현실이 사용되고 있1998),

다 그리고 가상현실훈련으로 파킨슨 환자의 보행이 향(Zhang et al, 2001).

상되었고 뇌성마비아동의 공간적 자각 이 강화되며 전동휠체어, (awareness) ,

의 운전교육이 성공적으로 이루어졌다(Weghorst, 1997; Foreman et al,

1997; Inman et al, 1997).

가상현실치료프로그램은 뇌손상 환자가 안전하고 조절된 환경에서 기본적인

일상생활기술들을 학습하고 향상시킬 수 있다 가(Christiansen et al, 1996).

상현실치료프로그램은 환자에게 적용되는 과제의 난이도를 조절할 수 있고,

간단한 과제부터 복잡한 과제까지 다양한 과제를 반복적으로 적용할 수 있

다 환자는 치료프로그램에 몰입하게 되고 자신의 과제수행 과정 또는 결과.

에 대한 되먹임을 즉시 받게 되어 과제수행과정의 오류를 직접 점검할 수 있어

운동학습과 자가 인식 을(self-awareness) 촉진할 수 있다 그리고 환자에게 위.

험한 상황을 설정하여도 실제로 환자는 안전하게 훈련을 할 수 있다 또한 환.

자에게 적용되는 가상현실영상은 차원이기 때문에3 일반 영화 관람과는 차이

가 있다 최근 가상현실프로그램은 빠르게(Bogey et al, 2004). , 발전하고 있는데,

환자의 눈동자가 움직이는 방향으로 제공되는 영상이 이동하는 head-mount

환자의 머리 위치와 방향을 감지하여 그 정보를 실시간로 가상displays, 현실컴

퓨터에 제공하는 가상현실의 효과음을 차원으로 제공하tracking system, 3

는 다양한 물체에 대한 촉각 되먹임 을 제공하earphone, (tactile feedback)

는 gesture- 가 부가되어 더욱 현실성 있는 가상현실프로그램이sensing glove

개발되어 환자치료에 시도되고 있다(Ku et al, 2003; Bogey et al, 2004).

등 은 뇌졸중 후Langhorne (1996) , 집중적인 물리치료를 적용하는데 하루에 환,

자치료시간을 증가시킬수록 일상생활동작이 향상되는 것으로 보고하였고,

등 의 연구결과도 일치하고 있다Kwakkel (1997) 등 은 본 연구. Holden (1999)

대상자와 같이 뇌졸중 후 만성 편마비 환자를 대상으로 가상현실에서 난이

도를 증가시키면서 물체를 잡는 상지 뻗기 과제를 훈련한 결과, 전반적인 상

지기능이 향상되었다고 보고하였고 등 은 뇌졸중 후 년Merians (2002) 3 6～ 이 경과

한 편마비 환자를 대상으로 가상현실을 통해 손 기능을 훈련한 결과 환자의,

근력 관절가동범위 운동속도가 향상됨을 보고하여 본 연구결과와 같이 일, ,

치하였다.

이와 같은 결과는 가상현실에서 하루에 시간동안 집중적이고 반복적인 과제1

지향적 훈련을 받았고 환자의 장애정도와 능력에 따라 난이도를 조절하여 환자맞,

춤형 프로그램을 적용한 결과라 사료되고 이로 인해 신경구조의 재조직화가 일,

어난 것으로 생각된다 그리고 환자는 과제수행 동안 과제에 대한 시청각 정보가. ,

실시간으로 제공되고 과제수행 결과에 대한 정보가 즉시 제공되는 보강된 되

먹임 의 결과로 운동학습에 기여하였고 보강된 되먹(augmented feedback) ,

임은 환자가 과제수행 동안, 움직임의 오류를 즉시 제공하여 움직임을 교정할

수 있도록 하여 환자의 과제수행을 향상시키는 것으로 생각된다(Winstein et al,

또한 본 연구에 참여한 명의1999). 2 연구대상자는 연구기간 후에도 지속적인

가상현실치료프로그램을 요구할 만큼 적절한 동기부여와 흥미를 유발시킨 것도

본 연구결과에 기여한 것으로 사료된다 기능적. 자기공명영상에서 측정된 편

측화 지수는 치료의 적용 후 변화된 뇌신경의 재조직화를 알 수 있는 유용한 지

수이며 뇌 영역의 활성도가 나타난 부위의 부피소를 측정한 것으로 활성화

된 정도를 직접적으로 반영한다 두 명의 대상자 모두(Carey et al, 2002).

치료가 적용되기 전에는 손상된 상지를 움직이는 동안 동측으로 편향된 비

정상적인 뇌활성화를 보였지만 치료 적용 후 대측으로 편향된 정상과 유사한 패,

턴으로 변화하였다 본 연구에서 설정한 관심영역 내에서 치료를 적용하기. ,

전 연구 대상자 에서 양측 일차 운동 영역과 부운동 영역에서 활성화를 보1

였다 이는 정상인에서 아주 적은 양의 활성도를 보일 수는 있지만 정상적. ,

으로 발달한 뇌에서는 관찰되지 않는다 치료 적용(Leinsinger et al, 1997).

후 양측 전운동 영역과 동측의 일차 운동 영역이 사라졌다 연구 대상자, . 2

에서 동측의 부운동 영역과 대측의 뒤쪽위두정소엽에서의 활성화가 사라지고

대측 일차 운동 및 감각 영역만이 국소적으로 활성화 되었다 이러한 결과는.

억제유도치료를 적용한 연구나 운동 신경의 회복 과정을 뇌지도화로 입증한

연구에서 보여주는 뇌신경가소성의 변화 형태와 같았다 즉 동. , 측 또는 양측

의 뇌활성도가 대측으로 전위되는 양상을 보였다(Jang et al, 2001: Jang et

al, 2003).

최근의 뇌지도화 연구에서 뇌신경의 재조직화의 대뇌피질 활성도가 변화되는

형태는 두 가지의 서로 다른 형태의 기전을 제시하고 있는데 이는 일차 운동,

및 감각 영역의 활성도가 대측에서 동측 또는 양측으로 변화되는 것과 이와

반대로 변화하는 것이다 전(Jones & Schallert, 1994; Carey et al, 2002).

자는 손상 후 자연적인 회복 과정이나 신경기능해리 에서 관찰되(diaschisis)

며 후자는 집중적인 재활 프로그램의 적용이나 수행에 의존된 신경가소성에

서 발견되어진다(Liepert et al, 2000; Carey et al, 2002).

결론적으로 가상현실 치료프그램의 적용은 퍼글 마이어 평가 상자블럭쌓, - ,

기 상지, 기능검사에서 기능적 운동 수행의 향상을 보였고 기능적 자기공명영상,

을 이용한 뇌지도화에서 긍정적인 뇌가소성의 변화를 나타냈다 따라서 가상. ,

현실에서 다양한 운동 프로그램의 개발과 주의 깊은 임상적 적용은 뇌손상

환자의 상지 기능을 향상시킬 수 있는 효과적인 치료 도구가 될 것이다.


결 론.Ⅳ본 연구는 년 월부터 년 월까지 명의 만성 뇌졸중 환자에게 풍2004 9 2004 10 2

선 터트리기 상자 옮기기 축구 공 막기의 가지 가상현실치료프로그램을, , 3

주 회 하루5 , 1시간 총 주 동안 집중적으로 적용하여 가상현실치료 전후에, 4

상지기능의 변화와 기능적 자기공명영상촬영을 이용한 뇌의 기능적 활동변

화를 관찰한 결과를 통하여 얻은 결론은 다음과 같다.

첫째 가상현실치료프로그램 적용 전후에 퍼글 마이어 평가 상자와 나무토막, - ,

검사 상지기능을 검사한 결과 모든 연구대상자는 적용 전보다 적용 후에 검사결, ,

과가 높게 나타나 가상현실치료프로그램이 상지기능을 향상시켰다.

둘째 기능적 자기공명영상촬영 결과 편측화 지수에서 정상에서 보이는 소, ,

견인 대측 대뇌피질로의 편측화를 보였고 일차 운동 및 감각 영역 또한 대측 대,

뇌피질에서 활성화 되는 신경 재조직화를 보였다.

참 고 문 헌

김미영 뇌졸중 상지 기능 평가에 대한 고찰(1994). . 대한작업치료학회지,

2, 19-26.

이한석 편마비 환자의 상지기능 평가에 관한 연구(1996). . 대한작업치료학

회지, 4(1), 27-34, 1996.

정민예 이재신 두정희 정상아동 세를 대상으로 한 상자와 나무토막, , (1996). 4,5

검사의 검사 재검사의 신뢰도 검사- . 한국전문물리치료학회지, 3(3),

24-31, 1996.

Ahmed, S., Mayo, N.E., Higgins, J., Salbach, N.M., Finch, L.,

Wood-Dauphinee, S.L. (2003). The stroke rehabilitation

assessment of movement(STREAM): a comparison with other

measures used to evaluate effects of stroke and rehabilitation.

Phys Ther, 83, 617-630.

Bogey, R.A, Geis, C.C, Bryant, P.R, Moroz, A, O'Neill, B,J. (2004).

Stroke neurodegenerative disorders. Stroke: rehabilitation

management. Arch Phys Med Rebail, 85, 15-20.

Calhoun, V.D., Pekar, J.J., McGinty, V.B., Adali, T., Watson, T.D.,

Pearlson, G.D. (2002). Different activation dynamics in multiple

neural systems during simulated driving. Human Brain Mapping,

16, 158-167.

Cauraugh, J., Light, K., Kim, S., Thigpen, M., Behrman, A. (2000).

Chronic motor dysfunction after stroke: recovering wrist and

finger extension by electromyography-triggered neuromuscular

stimulation. Stroke, 31, 1360-1364.

Carey, J.R., Kimberley, T.J., Lewis, S.M., Auerbach, E.J., Dorsey, L.

(2000). Analysis of fMRI and finger tracking training in subjects

with chronic stroke, Brain, 125, 773-788.

Christiansen, C., Abreu, B., Huffman, R.K. (1996). Creating a virtual

environment for brian injury rehabilitation and research: a

preliminary report. J Med Virtual Reality, 1, 6-9.

Christiansen, C., Abreu, B., Ottencacher, K., Huffman, K., Masel, B.,

Culpepper, R. (1998). ask performance in virtual environments

used for cognitive rehabilitation after traumatic brain injury.


Arch Phys Med Rehabil, 79, 888-892.

Desrosiers, J., Bravo, G., Hebert, R., Dutil, E., Mercier, L. (1994).

Validation of the Box and Block Test as a measure of dexterity

of elderly people: reliability, validity, and norms studies. Arch

Phys Med Regabil, 75, 751-755.

Duncan, P.W., Propst, M., Nelson, S.G. (1983). Reliability of the

Fugl-Meyer assessment of sensorimotor recovery following

cerebrovascular accident. Phy Ther, 63(10), 1606-1610.

Feys, H.M., De Weerdt, W.J., Selz, B.E., Cox Steck G.A, Spichiger, R.,

Vereech, L.E., Putman, K.D., Van Hoydonck G.A. (1998). Effects

of a therapeutic intervention for the hemiplegic upper limb in the

acute phase after stroke: a single blind, randomized, controlled

multicenter trial. Stroke, 29, 785-792.

Foreman, N., Wilson, P., Stanton, D. (1997). VR and spatial awareness

in disable children. Communications of the ACM, 40(8), 76-77.

Fugl-Meyer, A.R. (1980). Post-stroke rehabilitation: Assessment of

physical properties. Scan J Rehabil Med, 7, 83-93.

Fugl-Meyer, A.R., Jaasko, L., Leyman, I., Olsson, S., Steglind, S.

(1975). The post-stroke hemiplegic patient:1. A method for

evauation of physical performance. Scan J Rehabil Med, 7, 13-31.

Grealy, M.A., Johnson, D.A., Rushton, S.K. (1999). Improving cognitive

function after brain injury: the use of exercise and virtual reality.

Arch Phys Med Rehabil, 80, 661-667.

Holden, M., Todorov, E., Callahan, J., Bizzi, E. (1999). Virtual

environment training improves motor performance in two patients

with stroke: case report. Neurology Report, 23(2), 57-67.

Inman, D.P., Loge, K., Leavens, J. (1997). VR education and

rehabilitation. Communications of the ACM, 40(8), 53-58.

Jack, D., Boian, R., Merians, A.S., Tremaine, M., Burdea, G.C.,

Adamovich, S.V., Recce, M., Poizner, H. (2001). Virtual

reality-enhanced stroke rehabilitation. IEEE Trans Neural Syst

Rehabil Eng, 9, 308-318.

Jang, S.H., Byun, W.M., Chang, Y., Han, B.S., & Ahn, S.H. (2001).

Combined functional magnetic resonance imaging and transcranial

magneticstimulation evidence of ipsilateral motor pathway with

congenital braindisorder : a case report. Arch Phys Med Rehabil,

82, 1733-1736.

Jang, S.H., Kwon, Y.H., Cho, S.H., Chang, Y., Lee, Z.I., & Ha, J.S.

(2003). Cortical reorganization associated with motor recovery in

hemiparetic stroke patients. Neuroreport, 18, 1305-1310.

Jones, T.A., Schallert, T. (1994). Use-dependent growth of pyramidal

neurons after neocortical damage. J Neurosci, 14, 2140-2152.

Katz, R.T., Rovai, G.P., Brait, C., Rymer, Z. (1992). Objective

quantification of spastic hypertonia: Correlation with clinical

findings. Arch Phys Med Rehabil, 73, 339-347.

Kenyon, R.V., Afenya, M.B. (1995). Training in virtual and real

environment. Ann Biomed Eng, 23, 445-455.

Ku J, Mraz R, Baker N, Zakzanis K.K, Lee J.H, Kim I.Y, Kim S.I,

Graham S.J. (2003). A data glove with tactile feedback for fMRI

of virtual reality experiments. CyberPsychology and Behaviour, 6,

497-508.

Kwakkel, G., Wagenaar, R.C., Koelman, T.W., Kankhorst, G.J.,

Koetsier, J.C. (1997). Effects of intensity of rehabilitation after

stroke: a research synthesis. Stroke, 28, 1550-1556.

Kwakkel, G., Wagenaar, R.C., Twisk, J.W., Lankhorst, G.J., Koetsier,

J.C. (1998). Intensity of leg and arm training after primary

middle-cerebral-artery stroke: a randomised trial. Lancet, 29,

785-792.

Langhorne, P., Wagenaar, R.C., Partridge, C. (1996). Physiotherapy

after stroke: more is better?. Physiotherapy Research

International, 1, 75-88.

Leinsinger, G.L., Heiss, D.T., Jassoy, A.G., Pfluger, T., Hahn, K.,

Danek, A. (1997). Persistent mirror movements: functional MR

imaging of the hand motor cortex. Radiology, 203, 545-552.

Liepert, J., Bauder, H.I., Miltner, W., Taub, E., Weiller, C. (2000).

Treatment- induced cortical reorganization after stroke in

humans. Stroke, 31, 1210-1216. Lincoln, N.B., Parry, R.H., Vass,

C.D. (1999). Randomized controlled trial to evaluate increased

intensity of physiotherapy treatment of arm function after stroke.

Stroke, 30, 573-579.


Loftin, R.B., Kenney, P.J. (1995). Training the Hubble-space telescope

flight team. IEEE comput Graphics Applications, 15(5), 317.

Mathiowetz, V., Volland, G., Kashman, N., Weber, K. (1985). Asult

norms for the Box and Block Test of manual dexterity. Am J

Occup Ther, 39(6), 386-391.

Mendozzi, L., Motta, A., Barbieri, E., Alpini, D., Pugnetti, L. (1998).

The application of virtual reality to document coping deficits after

a stroke. Report of a case study. CyberPsychology and

Behaviour, 1, 79-91.

Merians, A.S., Jack, D., Boian, R., Tremaine, M., Burdea, G.C.,

Adamovich, S.V., Recce, M., Poizner, H. (2002). Virtual

reality-augmented rehabilitation for patients following stroke.

Phys Ther, 82(9), 898-915.

Nudo, R.J. (1996). Neural substrates for the effects of rehabilitative

training on motor recovery after ischemic infarction. Science, 272,

1791-1794.

Page, S.J., Sisto, S., Levine, P., McGrath, R.E. (2004). Efficacy of

modified constrint-induced movement therapy in chronic stroke: a

single blinded randomized controlled trial. Arch Phys Med Rehabil,

85(1), 14-18.

Rizzo, A.A., Buckwalter, J.G., Humphrey, L., van der Zaag, C.,

Bowerly, T., Chua, C., Neumann, U., Kyriakakis, C., van Rooyen,

A., Sisemore, D. (2000). The virtual classroom: A virtual

environment for the assessment and rehabilitation of attention

deficits. CyberPsych Behav, 3, 483-500.

Rizzo, A.A., Buckwalter, J.G., Neumann, U. (1997). Virtual reality and

cognitive rehabilitation: a brief review of the future. J Head

Trauma Rehabil, 12(6), 1-15.

Rose, F.D., Attree, E.A., Brooks, B.M., Parslow, D.M., Penn, P.R.,

Ambihaipahan, N. (2000). Training in virtual environments:

transfer to real world tasks and equivalence to real task training.

Ergonomics, 43, 494-511.

Rose, F.D., Brooks, B.M., Attree, E.A., Parslow, D.M., Leadbetter,

A.G., McNeil, J.E., Jayawardena, S., Greenwood, R., Potter, J.

(1999). A preliminary investigation into the use of virtual

environments in memory retraining after vascular brain injury:

indication for future strategy? Disab Rehabil, 21, 548-554.

Satava, R.M. (1992). Robotics, telepresence and virtual reality: a

critical ananlysis of the future of surgery. Minim Invasive Ther,

1, 357-63.

Schultheis, M.T., Rizzo, A.A. (2001). The application of virtual reality

technology in rehabilitation. Rehabil Psych, 46, 296-311.

Sjogren, K., Fugl-Meyer, A.R. (1982). Adjustable to life after stroke

with special reference to sexual intercourse and lesure. J Psych

Res, 26, 409-417.

Taub, E., Miler, N.E., Novack, T.A., Fleming, W.C., Nepomuceno, C.S.,

Connell, J.S., Crago, J.E. (1993). Technique to improve chronic

motor deficit after stroke. Arch Phys Med Rehabil, 74, 374-354.

Trombly, C. (1989). Motor control therapy: In Trombly C

Occupational therapy for physical dysfunction(3rd ed.). Baltimore:

Williams & Wilkins.

Van Deusen, J., Brunt, D. (1997). Assessment in occupational

therapy and physical therapy. Philadelphia: WB Saunders Company

280-281.

Wann, J.P., Turnbull, J.D. (1993). Motor skill learning in cerebral

palsy: movement, action and computer-enhanced therapy.

Baillieres Clin Neurol, 2, 15-28.

Weghorst, S. (1997). Augmented reality and Parkinson's disease.

Communications of the ACM, 40(8), 47-48.

Wilson, B.A., Foreman, N., Tlauka, M. (1996). Transfer of spatial

information from a virtual to a real environment in physically

disabled children. Disability and Rehabilitation, 18, 633-637.

Winstein, C.J., Merians, A.S., Sullivan, K.J. (1999). Motor learning

after unilateral brain damage. Neuropsychologia, 37, 975-987.

Winstein, C.J., Rose, D.K., Tan, S.M., Lewthwaite, R., Chui, H.C.,

Azen, S.P. (2004). A randomized controlled comparizon of upper

extremity rehabilitation strategies in acute stroke: A pilot study

of immediate and long term outcomes. Arch Phys Med Rehabil,

85(4), 620-628.

Witmer, B.G., Bailry, J.H., Knerr, B.W., Parsons, K.C. (1996). Virtual


space and real world place: transfer of route knowledge. Int J

Human Comput Stud, 45, 413-428.

Wolf, S., Lecraw, D.E., Barton, L.A., Jann, B.B. (1989). Forced use of

hemiplegic upper extremities to reverse the effect of learned

non-use among chronic stroke and head injuried patients.

Experimental neurology, 104, 125-132.

Zhang, L., Abreu, B.C., Masel, B., Scheibel, R.S., Christiansen, C.H.,

Ottenbacher, K.J. (2001). Virtual reality in the assessment of

selected cognitive function after brain injury. Am J Phys Med

Rehabil, 80, 597-604.

Zhang, L., Abreu, B.C., Seale, G.S., Masel, B., Christiansen, C.H.,

Ottenbacher, K.J. (2003). A virtual reality environment for

evaluation of a daily living skill in brain injury rehabilitation:

reliability and validity. Arch Phys Med Rehabil, 84(8), 1118-24.

<Abstract>

Therapeutic Virtual Reality Program in Chronic StrokePatients Recovery of Upper Extremity and Neuronal

ReorganizationKim, Chung SunKwon, Yong Hyun․

This case report was to investigate the effect of virtual reality

program on cortical reorganization and the related clinical function

test, which applied to two chronic stroke patients with intensive

massed practice protocol. They have three different tasks applied to

paretic upper extremity in virtual reality program for one hour per

day, five times per week during four weeks. Cortical activation and

motor function test were measured by functional MRI, Fugl-Meyer

assessment, Box and Block & Manual Function Test before and after

VR program.

Findings reveals that the change of cortical reorganization showed a

similar pattern to that seen in normal adults and the clinical function

test were greatly improved.

Thus, Virtual reality program has the capability of creating an

interactive, motivating environment in which participants give attention

to, and that these environments can be manipulated to create

individualized treatments.

Key words : virtual reality program, intensive massed practice,

cortical activation

가상현실치료프로그램이만성뇌졸중환자의...

Documents