뇌졸중 환자의 균형 및 보행에 미치는 증강현실 기반...

特殊敎育再活科學硏究Journal of Special Education & Rehabilitation ScienceVol. 49, No. 3, pp. 219~239, 2010.

< 요 약 >

본 연구는 증강현실(augmented reality) 기반 트레드밀 보행 훈련이 뇌졸중 환자의 균형과 보행에 미치는 영향을 알아보고 일반적인 트레드밀 보행 훈련과 그 효과의 비교를 목적으로 실시하였다. 연구의 대상자는 재활 훈련에 참여한 65명의 뇌졸중 환자 중 연구 조건에 충족하는 57명을 연구 대상자로 선정하였다. 대상자를 두 그룹으로 나누어 증강현실 기반 트레드밀 보행군 29명과 일반적인 트레드밀 보행군 28명으로 진행하였다. 증강현실 기반 트레드밀 보행군은 준비된 두부 장착형 디스플레이를 착용하고 10분간 트레드밀 보행을 실시하였으며, 일반적인 트레드밀 보행군은 10분간 트레드밀 보행을 실시하였다. 모든 대상자에게 일어나 걸어가기 검사와 보행 능력 검사를 실험 전후에 실시하였다. 연구 결과 증강현실 기반 트레드밀 보행 훈련과 일반적인 트레드밀 보행 훈련은 모두 뇌졸중 환자의 동적 균형 능력을 개선시키는데 효과가 있었다. 또한 증강현실 기반 트레드밀 보행 훈련은 뇌졸중 환자의 시간적 보행 지수인 보행속도와 분속수의 증진과 공간적 보행지수인 보장과 활보장의 증진에 있어서 일반적인 트레드밀 보행 훈련보다 효과적이며, 기능적 보행 지수 능력을 증진 시키는데 효과가 있었다. 위의 결과를 통하여 증강현실 기반 트레드밀 보행 훈련이 뇌졸중 환자의 균형과 보행의 증진에 있어서 효과가 있음을 확인하였다. 향후 뇌졸중 환자의 재활 목적에 맞는 다양한 증강현실 기반 훈련 프로그램의 개발이 필요할 것이다.

핵심어 : 뇌졸중, 증강현실, 가상현실, 균형, 보행

뇌졸중 환자의 균형 및 보행에 미치는 증강현실

기반 보행 훈련의 임상적 유용성 연구*

The Study of Clinical Usefulness of the Augmented Reality-Based

Gait Training on Balance and Gait Function of Stroke Patients

이 병 희** · 유 원 종*** · 정 진 화****

Lee, Byoung Hee · Yu, Won Jong · Jung, Jin Hwa

* 이 논문은 2010학년도 삼육대학교 학술연구비 지원에 의하여 씌워진 것임. ** 삼육대학교 물리치료학과 교수 Department of Physical Therapy, Sahmyook University *** 삼육대학교 대학원 물리치료학과 (교신저자: [email protected]) Department of Physical Therapy, Sahmyook University**** 삼육대학교 대학원 물리치료학과 Department of Physical Therapy, Sahmyook University

特殊敎育再活科學硏究(第49倦第3號)

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Ⅰ. 서 론

뇌졸중은 뇌에 혈액을 공급하는 뇌혈관 이상으로 뇌에 혈액을 공급하는 혈관

이 터져 발생하는 뇌출혈과 혈관이 막혀 뇌로 혈액이 제대로 공급되지 못하여

발생하는 뇌경색이 있다. 뇌졸중 환자는 운동장애, 인지 및 지각장애, 언어장애

등으로 인해 일상생활동작에서 많은 장애를 동반할 수 있으며(Gowland et al.,

1992), 편마비로 인한 운동장애는 비대칭적 자세, 균형반응 장애, 보행능력의

저하, 섬세한 기능을 수행하는 운동능력 상실 등과 같은 문제점을 보이게 된다

(Carr, Shepherd, & Nordholm, 1985). 특히 뇌졸중 환자에서 보행 능력과 동

적 균형 능력은 일상생활동작과 상관관계가 높기 때문에(Langhammer &

Stanghelle, 2006), 뇌졸중 환자의 보행능력 회복은 일상생활에 있어 기능적인

독립을 이루는데 꼭 필요한 요소라 할 수 있다(Davies & Patricia, 1985).

일반적으로 보행은 균형 능력, 협응 능력, 운동감각, 고유수용감각, 관절 및

근육의 통합적 작용으로 나타나며 보행의 안정성을 확보하기 위하여 시각, 운동

감각, 촉각, 전정감각은 서로 자동적인 보행 패턴 전략을 가지고 조절된다

(Patla, 1993). 그러나 뇌졸중 환자의 보행은 질량중심과 압력중심점을 비마비

측 하지로 편중시켜 하지의 비대칭적인 형태를 만들어내게 되어(Laufer et al.,

2000; Eng & Chu, 2002), 자세동요가 증가하고 낙상의 위험이 따른다

(Laufer et al., 2000). 이러한 환자들은 뇌졸중 후에 느린 보행속도와 낮은 지

구력으로 인해 독립적 이동이 어렵게 된다(Dean & Mackey, 1992; Hill et

al., 1997). 따라서 뇌졸중 환자의 재활 과정에서 보행 능력의 향상은 기능적

독립성을 이루는데 가장 중요한 항목으로 치료의 중요한 목표가 된다(Turnbull,

Charteris, & Wall, 1995).

이러한 뇌졸중 환자의 보행 증진 접근법으로 트레드밀 보행 훈련이 널리 이용

되고 있다(Miller, Quinn, & Seddon, 2002). 움직이는 표면과 속도를 조절할

수 있는 트레드밀은 반복적이고 규칙적인 스텝을 하는 동안 역동적인 보행 훈련

을 가능하게 하고(Hassid et al., 1997; Visintin et al., 1998; Barbeau &

Visintin, 2003), 뇌졸중 환자의 신속한 중재를 위한 보행 재교육의 기회를 제

공한다(Laufer et al., 2001; Pohl et al., 2002; Barbeau & Visintin, 2003).

더불어 최근 트레드밀 보행 연구에서 가상현실(virtual reality)을 이용한 결과

뇌졸중 환자의 보행 능력과 균형 능력 향상에 변화를 주었다(Lamontagne et

al., 2007; Yang, et al., 2008).

한편, 뇌졸중 환자의 보행능력과 균형능력 향상을 위한 연구들 중 현실과 유

뇌졸중 환자의 균형 및 보행에 미치는 증강현실 기반 보행 훈련의 임상적 유용성 연구

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사한 상황에서 다양한 기능 습득이 가능한 가상현실이 운동기능 평가 및 치료도

구로 발전되고 있다(Kang et al., 2008). 가상현실 훈련은 흥미유발에 적합하

며(Weiss et al., 2004), 적절한 동기부여를 통해 치료과정의 반복과 새로운 운

동기술의 학습이 가능하다(Merians et al., 2006). 뇌졸중 환자들의 과제수행

시 가상현실과 실제상황에서 움직임의 차이는 없었으며(Sveistrup, 2004), 과

제수행의 난이도를 변화시킬 수 있어 인지장애와 운동장애 치료에 효과적이고

(Rizzo et al., 2006), 뇌손상 환자의 재활방법으로 가상현실을 이용한 결과 신

뢰도와 타당성 또한 높게 나타나고 있다(Zhang et al., 2003).

또한, 가상현실의 한 분야인 증강현실(augmented reality; AR)기술은 실제

환경에 가상으로 생성한 정보를 혼합하여 사용자와 상호작용 하도록 함으로써

정보의 사용과 효용성을 극대화하는 차세대 기술로 현실 세계의 정보를 없애거

나 단순하게 만들어 정보를 더 정확하고 효율적으로 전달한다(Azuma, 1997).

현재 가상현실을 이용한 트레드밀 보행 연구는 꾸준히 나타나고 있으나

(Lamontagne et al., 2007; Yang et al., 2008), 가상현실의 한 분야인 증강

현실 기술과 트레드밀 훈련을 이용한 연구는 아직 미비한 실정이다.

이에 본 연구에서는 증강현실의 장점인 높은 현실감을 이용한 트레드밀 보행

훈련과 일반적인 트레드밀 보행 훈련 간 차이를 알아보고자 하며, 아울러 증강

현실 기반 트레드밀 보행 훈련이 뇌졸중 환자의 균형과 보행에 어떠한 영향을

미치는지 알아보고 균형 능력과 보행 능력 향상을 위한 효과적인 훈련 방법을

제시하고자 하며 그 구체적인 연구목적은 다음과 같다.

첫째, 증강현실기반 트레드밀 보행훈련이 뇌졸중 환자의 동적 균형능력에 미

치는 영향을 알아본다.

둘째, 증강현실기반 트레드밀 보행훈련이 뇌졸중 환자의 시간적 보행 능력에

미치는 영향을 알아본다.

셋째, 증강현실기반 트레드밀 보행훈련이 뇌졸중 환자의 공간적 보행능력에


넷째, 증강현실기반 트레드밀 보행훈련이 뇌졸중 환자의 기능적 보행지수에



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Ⅱ. 연 구 방 법

1. 연구 대상

본 연구는 2009년 7월부터 2009년 9월까지 인천 B 병원에서 뇌졸중 진단을

받은 환자 중 독립보행이 가능하며 10분 이상 자가 보행이 가능한 만 29세 이

상이며, 의사소통이 가능한 환자 65명을 대상으로 하였다. 기타 정형외과적 또는

신경학적 질환을 경험한 자, 정신이상이나 Mini Mental State Examination-

Korea(MMSE-K) 24점 미만인 자는 실험대상에서 제외하였으며, 전체 대상자

선별검사를 통해 8명을 제외한 57명이 최종 선정되었다. 각 환자들에게 본 연

구의 의도와 실험 전반에 관한 내용을 충분히 설명하고 자발적 동의를 받았다.

연구 대상자의 일반적 특성과 동질성 검증 결과는 <표 2-1>과 같으며, 대상자

의 일반적 특성은 모두 유의한 차이가 없었다.

<표 2-1> 대상자의 일반적 특성에 대한 동질성 검증 (N=57)

전체증강현실 기반 트레드밀

보행군(n=29)

일반적인 트레드밀

보행군(n=28) / t p

성별 남자 39 21 18.436 ns

여자 18 8 10

마비부위 왼쪽 31 12 194.026 ns

오른쪽 26 17 9

나이(세) 57 51.59 ± 14.08a 54.75 ± 11.88 -.915 ns

신장(㎝) 57 165.45 ± 8.10 165.32 ± 9.01 .056 ns

체중(㎏) 57 63.72 ± 9.70 65.86 ± 13.50 -.689 ns

발병기간(개월) 57 8.90 ± 7.86 10.07 ± 8.03 -.558 ns

MMSE-K(점) 57 26.62 ± 2.08 25.71 ± 2.05 1.657 ns

ns=nonsignificant, MMSE-K: Mini Mental State Examination-Korea, a 평균±표준편차

2. 연구절차

57명의 대상자에게 실험 전 일어나 걸어가기 검사와 보행 분석기(GaitRite)

를 이용하여 보행과 균형 능력에 대한 평가를 실시한 뒤 증강현실기반 트레드밀

보행군과 일반적인 트레드밀 보행군으로 무작위로 나누었다. 증강현실기반 트레

드밀 보행군은 사용자에게 동기화된 영상을 제공하여 더욱 높은 현실감을 줄 수

있는 두부 장착형 디스플레이를 착용시켰으며(Brand, 1987) 5분간 적응과정을

거친 후 트레드밀에서 환자가 시행 가능한 편안한 속도로 시작하여 2분간 보행


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후 점진적으로 속도를 증가하여 10분간 트레드밀 보행을 하였다. 이때 두부 장

착형 디스플레이를 통하여 환자에게 제공된 증강현실은 실험 전에 제작된 정상

보행 동영상으로 제공 되었으며 환자가 보행속도를 증가하기 시작한 때에 정상

보행 속도보다 1.2배속 빠르게 제공되었다. 일반적인 트레드밀 보행군은 환자가

시행 가능한 편안한 속도로 시작하여 2분간 보행 후 점진적으로 증가하여 10분

간 트레드밀을 보행하였다. 치료사는 두 그룹 모두에서 환자의 보행에 영향을

미치지 않는 거리에서 안전사고에 대비하였다. 실험 후 2분간의 휴식을 취한 후

일어나 걸어가기 검사와 보행분석기를 통한 사후 검정을 실시하였다.

3. 측정 도구

1) 동적균형검사

동적 균형을 알아보기 위한 일어나 걸어가기 검사는 기능적인 운동성과 이동

능력, 균형을 빠르게 측정할 수 있는 검사로 평편한 바닥에 팔걸이가 있는 높이

46 cm의자를 놓고 앉은 다음에 일어나 3m 왕복하여 돌아와 다시 앉는 시간을

3회 실시하여 평균시간을 측정하였다. 이 검사의 측정자 내 신뢰도는 r=.99이

고, 측정자간 신뢰도는 r=.98로 높았다. 본 검사는 동일한 측정자가 초시계로 3

회 측정하여 그 평균값을 기록하였다.

2) 시공간적 보행 능력 검사

시·공간적 보행 능력 검사는 환자의 보행 유형에 대한 양적인 보행 분석의

자료를 수집하기 위하여 보행 분석기(GaitRite, CIR system Inc, USA, 2008)

를 이용하여 시·공간적 보행 능력을 측정한 후(McDonough et al., 2001; van

Uden & Besser, 2004) 소프트웨어로 자료 처리를 하였다. 이 검사의 측정자

신뢰도는 r= .90(Portney & Watkin, 2000)이고, 편안한 보행 속도의 모든 보

행 측정 급내 상관 계수(ICC)는 .96 이상이다(van Uden et al., 2004). 본 검

사는 동일한 측정자가 3회 측정하여 그 평균값을 기록하였다.

4. 자료처리

본 연구는 SPSS 17.0K 프로그램을 이용하여 분석하였다. 실험전 대상자의

일반적 특성과 변수에 대하여 Kolmogorov-Smirnov에 의한 정규성 검정을 한

결과 모든 변수는 정규 분포하는 것으로 나타났다. 증강현실 기반 트레드밀 보


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행군과 일반적인 트레드밀 보행군의 보행 능력의 전, 후 변화를 알아보기 위하

여 대응표본 t-검정을 실시하였고 증강현실 기반 트레드밀 보행군과 일반적인

트레드밀 보행군 사이의 보행 능력의 변화를 비교하기 위하여 독립표본 t-검정

을 실시하였다. 모든 자료의 통계적 유의수준은 p<.05로 하였다.

Ⅲ. 연 구 결 과

1. 증강현실 기반 보행 훈련의 동적 균형 능력 변화

증강현실 기반 보행 훈련의 동적 균형 능력 검사 결과는 <표 3-1>과 같다.

증강현실 기반 트레드밀 보행군의 일어나 걸어가기 검사는 실험 전 20.26sec,

실험 후 18.80sec로 통계적으로 유의한 차이가 나타났으며(p<.01), 일반적인

트레드밀 보행군의 일어나 걸어가기 검사 또한 실험 전 29.15sec, 실험 후

26.86sec로 통계적으로 유의하게 나타났다(p<.01). 그룹 간 효과를 비교한 결

과는 증강현실 기반 트레드밀 보행군 평균 1.46±1.87sec, 일반적인 트레드밀

보행군 평균 2.29 ± 2.79sec로 통계적으로 유의하지 않았다.

<표 3-1> 증강현실 기반 보행 훈련의 동적 균형 능력 변화 (N=57)

증강현실 기반

트레드밀 보행군(n=29)


보행군(n=28)t p

일어나

걸어가기

검사

(sec)

전 20.26 ± 12.27a 29.15 ± 18.67후 18.80 ± 12.06 26.86 ± 16.70

전후차 1.46 ± 1.87 2.29 ± 2.79 -1.314 .195t 4.203 4.348p .000 .000

a 평균±표준편차

2. 증강현실 기반 보행 훈련의 시간적 보행 능력 변화

1) 보행속도, 분속수, 보 시간, 보행 주기 시간의 변화

증강현실 기반 트레드밀 보행군의 보행속도, 분속수, 보 시간, 보행 주기 시간

의 변화는 <표 3-2>와 같다. 증강현실 기반 트레드밀 보행군의 보행속도는 실

험 전 55.04㎝/s, 실험 후 64.54㎝/s로 통계적으로 유의하였으며(p<.01), 일반

적인 트레드밀 보행군의 보행속도는 실험 전 49.94㎝/s, 실험 후 51.70㎝/s로


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통계적으로 유의하지 않았다. 그룹 간 효과를 비교한 결과는 증강현실 기반 트

레드밀 보행군 평균 -9.50±12.14㎝/s, 일반적인 트레드밀 보행군

-1.76±6.22㎝/s로 증가되었으며, 통계적으로 유의하게 나타났다(p<.01). 분속

수는 증강현실 기반 트레드밀 보행군에서 실험 전 83.08step/min, 실험 후

87.32step/min로 통계적으로 유의하게 나타났으며(p<.01), 일반적인 트레드밀

보행군에서 실험 전 80.21step/min, 실험 후 80.01step/min로 통계적으로 유

의하지 않았다. 그룹 간 효과를 비교한 결과는 통계적으로 유의하지 않았다. 보

시간은 증강현실 기반 트레드밀 보행군의 마비측에서 실험 전 0.79sec, 실험 후

0.74sec로 통계적으로 하였으며(p<.01), 비마비측에서 실험 전 0.67 sec, 실험

후 0.64sec로 감소하기는 하였으나 통계적으로 유의하지 않았다. 일반적인 트레

드밀 보행군의 경우 마비측에서 실험 전 0.87sec, 실험 후 0.85sec로, 비마비

측에서는 실험 전 0.77sec, 실험 후 0.77sec로 통계적으로 유의하지 않았다.

보행주기 시간은 증강현실 기반 트레드밀 보행군의 마비측에서 실험 전

1.46sec, 실험 후 1.37sec로, 비마비측에서 실험 전 1.46sec, 실험 후

1.38sec로 감소하여 통계적으로 유의하였다(p<.01). 일반적인 트레드밀 보행군

의 마비측에서 실험 전 1.63sec, 실험 후 1.61sec로, 비마비측에서 실험 전

1.64sec, 실험 후 1.61sec로 통계적으로 유의하지 않았다.


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<표 3-2> 보행속도, 분속수, 보 시간, 보행 주기 시간의 변화 (N=57)

증강현실 기반 트레드밀 보행군(n=29)

일반적인 트레드밀 보행군(n=28) t p

보행속도

(㎝/s)

전 55.04 ± 25.99a 49.94 ±29.43후 65.54 ± 28.74 51.70 ±29.43

전후차 -9.50 ± 12.14 -1.76 ± 6.22 -3.044 .004t -4.214 -1.499p .000 .146

분속수

(step/min)

전 83.08 ± 24.12 80.21 ±22.29후 87.32 ± 23.52 81.01 ±21.11

전후차 -4.25 ± 7.49 -0.81 ± 5.24 -2.003 .050t -3.054 -.816p .005 .422

보 시간

(sec)

마비 전 0.79 ± 0.22 0.87 ±0.29후 0.74 ± 0.21 0.85 ±0.26

전후차 0.06 ± 0.10 0.02 ±0.08 1.695 .096t 2.974 1.355p .006 .187

비마비 전 0.67 ± 0.15 0.77 ±0.30후 0.64 ± 0.13 0.77 ±0.31

전후차 0.03 ± 0.09 0.01 ±0.13 .673 .504t 1.164 .344p .118 .733

보행

주기

시간

(sec)

마비 전 1.46 ± 0.34 1.63 ±0.54후 1.37 ± 0.31 1.61 ±0.52

전후차 0.09 ± 0.15 0.03 ±0.13 1.611 .113t 3.114 1.034p .004 .310

비마비 전 1.46 ± 0.34 1.64 ±0.54후 1.38 ± 0.31 1.61 ±0.52

전후차 0.08 ± 0.15 0.03 ±0.13 1.405 .166t 2.984 1.134p .006 .267


2) 입각기 시간과 유각기 시간의 변화

증강현실 기반 트레드밀 보행군의 입각기 시간과 유각기 시간의 변화는 <표

3-3>과 같다. 입각기 시간은 증강현실 기반 트레드밀 보행군의 마비측에서 실

험 전 65.64%, 실험 후 64.39%로 감소하였으나, 통계적으로 유의하지 않았다.

비마비측에서 실험 전 72.42%, 실험 후 71.31%로 감소하였으며, 통계적으로

유의하게 나타났다(p<.05). 일반적인 트레드밀 보행군의 마비측에서 실험 전

67.68%, 실험 후 67.16%로 감소하였으며, 비마비측에서 실험 전 75.19%, 실


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험 후 74.87%로 감소하였으나 통계적으로 유의하지 않았다. 유각기 시간은 증

강현실 기반 트레드밀 보행군의 마비측에서 실험 전 34.35%, 실험 후 35.73%

로 증가하였으나 통계적으로 유의하지 않았다. 비마비측에서 실험 전 27.58%,

실험 후 28.69%로 증가하였으며, 통계적으로 유의하게 나타났다(p<.05). 일반

적인 트레드밀 보행군의 마비측에서 실험 전 32.39%, 실험 후 32.91%로 증가

하였으며, 비마비측에서 실험 전 24.81%, 실험 후 25.16%로 증가하였으나 통

계적으로 유의하지 않았다.

<표 3-3> 입각기 시간과 유각기 시간의 변화 (N=57)

증강현실 기반



보행군(n=28)t p

입각기

시간

(%)

마비 전 65.64 ± 6.39a 67.88 ± 7.56후 64.39 ± 4.22 67.16 ± 6.30

전후차 1.26 ± 3.80 0.51 ± 3.78 .742 .461t 1.780 .715p .086 .481

비마비 전 72.42 ± 7.45 75.19 ± 10.51후 71.31 ± 7.93 74.87 ± 10.17

전후차 1.11 ± 2.52 0.32 ± 2.55 1.180 .243t 2.370 .660p .025 .515

유각기

시간

(%)

마비 전 34.35 ± 6.40 32.39 ± 7.60후 35.73 ± 4.08 32.91 ± 6.19

전후차 -1.38 ± 3.71 -0.52 ± 3.74 -.876 .385t -2.009 -.732p .054 .470

비마비 전 27.58 ± 7.44 24.81 ± 10.51후 28.69 ± 7.93 25.16 ± 10.16

전후차 -1.11 ± -2.53 -0.35 ± 2.59 -1.133 .262t -2.375 -.709p .025 .485


3) 단하지 지지 시간과 양하지 지지 시간의 변화

증강현실 기반 트레드밀 보행군의 단하지지지 시간과 양하지 지지 시간의 변

화는 <표 3-4>와 같다. 단하지 지지 시간은 증강현실 기반 트레드밀 보행군의

마비측에서 실험 전 27.56%, 실험 후 28.70%로 증가하여 통계적으로 유의하

였으나(p<.05) 비마비측에서는 통계적으로 유의하지 않았다. 일반적인 트레드밀

보행군의 마비측에서 실험 전 24.91%, 실험 후 25.21%로 증가하였고 비마비


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측에서 실험 전 32.26%, 실험 후 32.86%로 증가하였으나 양쪽 모두 통계적으

로 유의하지 않았다. 양하지 지지 시간은 증강현실 기반 트레드밀 보행군의 마

비측에서 실험 전 38.02%, 실험 후 35.34%로 감소하여 통계적으로 유의하였

으며(p<.01), 비마비측에서 실험 전 37.60%, 실험 후 35.32%로 감소하여 통

계적으로 유의하게 나타났다(p<.05). 일반적인 트레드밀 보행군의 마비측에서

실험 전 42.60%, 실험 후 41.74%로 감소하였고 비마비측에서 실험 전

43.01%, 실험 후 41.90%로 감소하였으나 통계적으로 유의하지 않았다. 그룹

간 효과를 비교한 결과 역시 유의하지 않았다.

<표 3-4> 단하지 지지 시간과 양하지 지지 시간의 변화 (N=57)

증강현실 기반



보행군(n=28)t p

단하지

지지 시간

(%)

마비 전 27.56 ± 7.43a 24.91 ± 10.57후 28.70 ± 7.86 25.21 ± 10.27

전후차 -1.14 ± 2.56 -0.30 ± 2.58 -1.238 .221t -2.413 -.624p .023 .538

비마비 전 34.37 ± 6.33 32.26 ± 7.53후 35.72 ± 4.20 32.86 ± 6.18

전후차 -1.34 ± 3.82 -0.60 ± 3.81 -.734 .466t -1.897 -.839p .068 .409

양하지

지지 시간

(%)

마비 전 38.02 ± 11.21 42.60 ± 16.40후 35.34 ± 10.63 41.74 ± 15.66

전후차 2.68 ± 4.73 0.86 ± 4.76 1.452 .152t 3.053 .953p .005 .349

비마비 전 37.60 ± 11.34 43.01 ± 16.75후 35.32 ± 10.55 41.90 ± 15.84

전후차 2.29 ± 4.52 1.11 ± 4.53 .980 .331t 2.721 1.298p .011 .205


3. 증강현실 기반 보행 훈련의 공간적 보행 능력 변화

1) 보장과 활보장의 변화

증강현실 기반 보행 훈련에서 보장과 활보장의 변화 결과는 <표 3-5>와 같


- 229 -

다. 증강현실 기반 트레드밀 보행군의 보장은 마비측에서 실험 전 36.52㎝, 실

험 후 42.05㎝으로 증가하였으며 비마비측에서 실험 전 36.89㎝, 실험 후

39.95㎝로 증가하여 양쪽 모두 통계적으로 유의하게 나타났다(p<.05). 일반적

인 트레드밀 보행군의 보장은 마비측에서 실험 전 36.12㎝, 실험 후 36.53㎝으

로 증가하여 통계적으로 유의하지 않았으나 비마비측에서 실험 전 33.76㎝, 실

험 후 35.34㎝로 증가하여 통계적으로 유의하게 나타났다(p<.05). 그룹 간 효

과를 비교한 결과는 마비측에서 증강현실 기반 트레드밀 보행군 평균

-5.23±7.44㎝, 일반적인 트레드밀 보행군 평균 -0.50±4.08㎝으로 증가되어

통계적으로 유의하게 나타났다(p<.01). 활보장은 증강현실 기반 트레드밀 보행

군의 마비측에서 실험 전 73.45㎝, 실험 후 82.28㎝로, 비마비측에서 실험 전

74.27㎝, 실험 후 82.26㎝로 증가하여 통계적으로 유의하게 나타났다(p<.01).

일반적인 트레드밀 보행군의 활보장은 마비측에서 실험 전 70.09㎝, 실험 후

72.28㎝로 비마비측에서 실험 전 70.36㎝, 실험 후 72.37㎝로 증가하였으나

통계적으로 유의하지 않았다. 그룹 간 효과를 비교한 결과는 마비측에서 증강현

실 기반 트레드밀 보행군 평균 -8.11±13.8㎝, 일반적인 트레드밀 보행군 평균

-2.61±5.82㎝로 증가되었고 비마비측에서 증강현실 기반 트레드밀 보행군 평

균 -7.29±12.98㎝, 일반적인 트레드밀 보행군 평균 -2.55±5.55㎝로 증가되

어 통계적으로 유의한 차이가 나타났다(p<.05).

<표 3-5> 보장과 활보장의 변화 (N=57)

증강현실 기반



보행군(n=28)t p

보장

(cm)

마비 전 36.52 ± 13.04a 36.12 ± 12.69

후 42.05 ± 13.49 36.53 ± 13.62

전후차 -5.23 ± 7.44 -0.50 ± 4.08 -3.267 .002

t -4.041 -.542

p .000 .592

비마비 전 36.89 ± 12.47 33.76 ± 15.34

후 39.95 ± 14.33 35.34 ± 14.70

전후차 -2.66 ± 7.47 -1.92 ± 3.99 -.980 .333

t -2.267 -2.289

p .031 .030


- 230 -

증강현실 기반



보행군(n=28)t p

기능적

보행지수

(score)

전 68.86 ± 17.91a 65.46 ±21.45

후 75.59 ± 17.82 66.64 ±20.31

전후차 -6.13 ± 8.22 - 1.42 ± 6.30 -2.987 .004

t -4.706 -1.004

p .000 .324


<표 3-5> 보장과 활보장의 변화(이어서)

증강현실 기반



보행군(n=28)t p

활보장

(cm)

마비 전 73.45 ± 24.40 70.09 ±27.13

후 82.28 ± 27.42 72.18 ±27.29

전후차 -8.11 ± 13.80 -2.61 ± 5.82 -2.474 .018

t -3.538 -1.906

p .001 .067

비마비 전 74.27 ± 24.68 70.36 ±27.34

후 82.26 ± 27.18 72.37 ±27.11

전후차 -7.29 ± 12.98 -2.55 ± 5.55 -1.330 .025

t -3.410 -2.918

p .002 .066a 평균±표준편차

4. 증강현실 기반 보행 훈련의 보행 지수 변화

증강현실 기반 보행 훈련의 보행 지수 변화 결과는 <표 3-6>과 같다. 증강현

실 기반 트레드밀 보행군의 기능적 보행 지수는 실험 전 68.86점, 실험 후

75.59점으로 통계적으로 유의하게 나타났다(p<.01). 일반적인 트레드밀 보행군

의 경우 실험 전 66.46점, 실험 후 66.64점으로 증가하였으나 통계적으로 유의

하지 않았다. 기능적 보행 지수의 그룹 간 효과를 비교한 결과는 증강현실 기반

트레드밀 보행군 평균 -6.12±8.22점, 일반적인 트레드밀 보행군 평균

-1.42±6.30점으로 증가하여 통계적으로 유의하게 나타났다(p<.01).

<표 3-6> 기능적 보행 지수 변화 (N=57)


- 231 -

Ⅳ. 논 의

본 연구는 뇌경색 및 뇌출혈로 인해 뇌졸중을 진단받은 환자를 대상으로 증

강현실을 이용한 동적 균형과 보행의 개선을 목적으로 실시하였는데 증강현실

기반 트레드밀 보행 훈련과 일반적 트레드밀 보행 훈련은 모두 뇌졸중 환자의

동적 균형 능력을 개선시키는데 효과가 있었다.

여러 가지 보행 요소 중에서 보행속도는 뇌졸중 환자에게 있어 전체적인 보

행 능력을 평가할 수 있는 가장 민감하고 유의하며 신뢰도가 높은 인자라고 하

였으며(Frigo et al., 2003), 보행 분석 시스템을 이용한 분석 시 정상인의 보

행 속도는 149.5cm/s이다(Titianova, Mateev, & Tarkka, 2004). 가상현실을

이용한 트레드밀 보행 훈련은 보행속도를 증가시키며(Yang et al., 2008; 신원

섭, 2008), 트레드밀과 현수장치를 이용하여 두부 장착형 디스플레이를 착용하

고 자신의 보행상태를 피드백 받으며 편안한 속도로 보행하면 훈련 전 보행속도

를 증가시킨다(Jaffe et al., 2004). 본 연구에서 보행 변수를 비교한 결과 증강

현실 기반 트레드밀 보행군의 보행속도가 향상되었고(p<.01), 그룹 간 효과에서

도 통계적으로 유의하게 나타났다(p<.01). 이러한 결과는 일반적인 트레드밀 보

행보다 더 나은 현실감을 제공하는 증강현실 프로그램이 훈련의 집중력을 향상

시킨 것으로 생각되며 정상적인 보행 동영상과 환자의 보행 동영상을 동시에 시

각적 피드백으로 제공하여 보행 과정에서 스스로 움직임을 수정하도록 도와주어

점진적으로 증가하는 트레드밀의 속도에 적응된 것으로 생각된다.

분속수의 경우 정상 성인 평균 분속수는 113steps/min이고 나이가 들수록 감

소하게 된다. 여성의 경우 짧은 활보장으로 인해 남성 평균 분속수

111steps/min보다 빠른 117steps/min로 보행을 한다(Beck et al., 1981). 뇌

졸중 환자의 느린 보행속도의 원인은 분속수의 감소와 관련이 있다고 하였으며

(Wagenaar & Beek, 1992), 정상인과 비교해서 분속수 감소, 보행주기 시간

증가, 동시 입각기 증가, 비마비측에 비해 마비측 입각기 감소 및 유각기 증가

등을 나타낸다고 하였다(von Schroeder et al., 1995). 뇌졸중 환자의 트레드

밀을 이용한 훈련은 분속수의 증가를 보였다(Pohl et al., 2002). 본 연구에서

증강현실 기반 트레드밀 보행 훈련은 뇌졸중 환자의 시간적 보행 지수인 보행속도와

분속수의 증진에서 효과적이었다(p<.05). 또한 본 연구의 증강현실 기반 트레드

밀 보행군은 마비측 보장, 활보장과 이와 연관된 보 시간과 보행주기 시간의 감

소 등이 나타나 보행속도와 분속수의 증가에 영향을 미친 것으로 생각된다.

정상인에 비해 뇌졸중 환자의 느린 보행속도의 원인은 활보장이 짧아지는 것


- 232 -

과 관련이 있다고 한다(Wagenaar et al., 1992). 정상 성인의 평균 활보장은

1.41m이고 남자평균 1.46m, 여자평균 1.28m로 남성이 여성보다 길며(Beck

et al., 1981), 보행이 불안정한 경우 활보장과 분속수는 감소하며, 단하지 지지

시간이 감소하고 양하지 지지시간은 증가한다(Patla, 1993). 활보장은 트레드밀

훈련을 통해 증가하였다(Pohl, 2002). 본 연구의 결과 증강현실 기반 트레드밀

보행군의 보장과 활보장에서 증가를 나타내었는데 속도가 점진적으로 증가하며

규칙적이고 자동적인 보행을 요구하는 트레드밀에서 보행속도를 높이기 위해 보

장과 활보장을 늘리는 전략을 사용한 것이 주요한 원인으로 생각된다.

기능적 보행 지수는 보행의 실질적인 임상결과로 독립적인 보행을 사정할 수

있고 건강한 성인의 기능적 보행 지수 점수 범위는 95∼100점이다(Nelson et

al., 1999). 정상 성인의 기능적 보행 지수는 근력, 균형감각, 체성감각과 연관

되어 낙상 위험도가 높거나 보행 수행능력이 감소된 경우에 낮은 점수로 나타내

며(Nelson et al., 1999) 보행과 시공간적 특성은 밀접한 관련이 있다

(Titianova et al., 2003). 트레드밀 훈련과 관련된 기능적 보행 지수는 이동

능력을 평가하는 검사로서 기능적인 보행 수준을 확인할 수 있고(Holden et

al., 1984) 보행속도, 분속수, 활보장과 관련 있다(Pohl et al., 2002). 본 연구

에서 증강현실 기반 트레드밀 보행군의 기능적 보행 지수는 통계적으로 유의한

증가를 보였으며, 두 그룹 간의 기능적 보행지수 변화량에 대한 차이에서 증강

현실 기반 트레드밀 보행군의 변화량이 일반적인 트레드밀 보행군의 변화량보다

유의하게 증가하였다(p<.05). 이러한 결과는 증강현실 기반 트레드밀 보행 훈련

이 뇌졸중 환자의 기능적 보행 능력 향상에 효과가 있다고 생각하는데, 이는 증

강현실 프로그램으로 운동시 몰입감이 증가 및 시각적 피드백 제공 등으로 트레

드밀의 속도에 적응됨으로 보행 속도, 분속수, 보장, 활보장 등의 향상과 관계가

있는 것으로 생각된다.

Ⅴ. 결론 및 제언

본 연구는 뇌경색 및 뇌출혈로 인해 뇌졸중을 진단받은 환자를 대상으로 증

강현실을 이용하여 동적 균형과 보행의 개선 효과를 보기위하여 두부 장착형 디

스플레이 장치를 통해 정상 보행과 피실험자의 보행 동영상을 동시에 제공하여

환자가 쉽게 보행 훈련을 실시하도록 하였고 균형 능력, 보행 능력의 변화를 평

가하여 다음과 같은 결과를 얻었다. 증강현실 기반 트레드밀 보행 훈련과 일반


- 233 -

적 트레드밀 보행 훈련은 모두 뇌졸중 환자의 동적 균형 능력을 개선시키는데

효과가 있었다. 특히 증강현실 기반 트레드밀 보행 훈련은 뇌졸중 환자의 시간

적 보행 지수인 보행속도와 분속수의 증진과 공간적 보행지수인 보장과 활보장

의 증진에 있어서 일반적인 트레드밀 보행 훈련 보다 효과적이었으며, 기능적

보행지수 능력을 증진 시키는데 효과가 있었다. 본 연구결과 뇌졸중으로 인한

편마비 환자의 균형과 보행의 증진에 있어서 증강현실 기반 트레드밀 보행 훈련

이 일반적인 트레드밀 보행 훈련보다 효과적임을 알 수 있었다. 이러한 결과를

바탕으로 증강현실 기반 트레드밀 보행 훈련을 뇌졸중 환자의 실제 치료 시 적

극적으로 활용하여야 할 것이며, 향후 뇌졸중 환자의 재활 목적에 맞는 다양한

증강현실 프로그램의 개발이 필요하다고 생각한다.


- 234 -

참 고 문 헌

신원섭 (2008). 가상현실을 이용한 재활훈련이 뇌졸중 환자의 균형 및 보행 능

력에 미치는 효과. 미간행 박사학위 논문. 삼육대학교.

Azuma, R. T. (1997). A survey of augmented reality. Teleoperators and

Virtual Environments, 6(4), 355-385.

Barbeau, H., & Visintin, M. (2003). Optimal outcomes obtained with

body-weight support combined with treadmill training in stroke

subjects. Archives of Physical Medicine and Rehabilitation, 84(10),

1458-1465.

Beck, R. J., Andriacchi, T. P., Kuo, K. N., Fermier, R. W., & Galante, J.

O. (1981). Changes in the gait patterns of growing children. The

Journal of Bone and Joint Surgery American volume, 63(9),

1452-1457.

Brand, S. (1987). The Media Lab. NY: Viking.

Carr, J. H., Shepherd, R. B., Nordholm, L., & Lynne, D. (1985).

Investigation of a new motor assessment scale for stroke patients.

Physical Therapy, 65(2), 175-180.

Davies, & Patricia, M. (1985). Steps to follows: A guide to the

treatment of adult hemiplegia.: based on the concept of K. and B.

Bobath. Berlin; NY: Springer Verlag.

Dean, C., & Mackey, F. (1992). Motor assessment scale scores as a

measure of rehabilitation outcome following stroke. The Australian

Journal of Physiotherapy, 38(1), 31–35.

Dean, C. M., Richards, C. L., & Malouin, F. (2000). Task-related circuit

training improves performance of locomotor tasks in chronic

stroke: a randomized, controlled pilot trial. Archives of Physical

Medicine and Rehabilitation, 81(4), 409-417.

Eng, J. J., & Chu, K. S. (2002). Reliability and comparison of

weight-bearing ability during standing tasks for individuals with

chronic stroke. Archives of Physical Medicine and Rehabilitation,

83(8), 1138-1144.

Frigo, C., Carabalona, R., Dalla Mura, M., & Negrini, S. (2003). The


- 235 -

upper body segmental movements during walking by young

females. Clinical Biomechanics (Bristol, Avon), 18(5), 419-425.

Gowland, C., de Bruin, H., Basmajian, J. V., Plews, N., & Burcea, I.

(1992). Agonist and antagonist activity during voluntary

upper-limb movement in patients with stroke. Physical Therapy,

72(9), 624-633.

Hassid, E., Rose, D., Commisarow, J., Guttry, M., & Dobkin, B. H.

(1997). Improved gait symmetry in hemiparetic stroke patients

induced during body weight-support treadmill training.

Neurorehabilitation and Neural Repair, 11(1), 21-26.

Hill, K., Ellis, P., Bernhardt, J., Maggs, P., & Hull, S. (1997). Balance

and mobility outcomes for stroke patients: a comprehensive audit.

The Australian Journal of Physiotherapy, 43(3), 173-180.

Holden, M. K., Gill, K. M., Magliozzi, M. R., Nathan, J., & Piehl-Baker,

L. (1984). Clinical gait assessment in the neurologically impaired.

Reliability and meaningfulness. Physical Therapy, 64(1), 35-40.

Jaffe, D. L., Brown, D. A., Pierson-Carey, C. D., Buckley, E. L., & Lew,

H. L. (2004). Stepping over obstacles to improve walking in

individuals with poststroke hemiplegia. Journal of Rehabilitation

Research and Development, 41(3A), 283-292.

Kang, Y. J., Ku, J., Han, K., Kim, S. I., Yu, T. W., Lee, J. H., et al.

(2008). Development and clinical trial of virtual reality-based

cognitive assessment in people with stroke: preliminary study.

Cyberpsychology & Behavior, 11(3), 329-339.

Lamontagne, A., Fung, J., McFadyen, B. J., & Faubert, J. (2007).

Modulation of walking speed by changing optic flow in persons

with stroke. Journal of Neuroengineering and Rehabilitation, 4, 22.

Langhammer, B., & Stanghelle, J. K. (2006). Co-variation of tests

commonly used in stroke rehabilitation. Physiotheraphy Research

International, 11(4), 228-234.

Laufer, Y., Dickstein, R., Chefez, Y., & Marcovitz, E. (2001). The effect

of treadmill training on the ambulation of stroke survivors in the

early stages of rehabilitation: a randomized study. Journal of

Rehabilitation Research and Development, 38(1), 69-78.


- 236 -

Laufer, Y., Dickstein, R., Resnik, S., & Marcovitz, E. (2000).

Weight-bearing shifts of hemiparetic and healthy adults upon

stepping on stairs of various heights. Clinical Rehabilitation, 14(2),

125-129.

McDonough, A. L., Batavia, M., Chen, F. C., Kwon, S., & Ziai, J. (2001).

The validity and reliability of the GAITRite system's

measurements: A preliminary evaluation. Archives of Physical

Medicine and Rehabilitation, 82(3), 419-425.

Merians, A. S., Poizner, H., Boian, R., Burdea, G., & Adamovich, S.

(2006). Sensorimotor training in a virtual reality environment:

does it improve functional recovery poststroke? Neurorehabilitation

and Neural Repair, 20(2), 252-267.

Miller, E. W., Quinn, M. E., & Seddon, P. G. (2002). Body weight

support treadmill and overground ambulation training for two

patients with chronic disability secondary to stroke. Physical

Therapy, 82(1), 53-61.

Nelson, A. J., Certo, L. J., Lembo, L. S., Lopez, D. A., Manfredonia1, E.

F., Vanichpong, S. K., Zwick, D. (1999). The functional ambulation

performance of elderly fallers and non-fallers walking at their

preferred velocity. NeuroRehabilitation, 13(3), 141-146.

Patla, A. E. (1993). Age-related changes in visually guided locomotion

over different terrains. major issues In: Amsterdam, the

Netherlands: Kluwer Academic.

Pohl, M., Mehrholz, J., Ritschel, C., & Ruckriem, S. (2002).

Speed-dependent treadmill training in ambulatory hemiparetic

stroke patients: a randomized controlled trial. Stroke, 33(2),

553-558.

Portney, L. G., & Watkins, M. P. (2000). Foundations of clinical

research: applications to practice. Upper Saddle River, NJ,

Prentice-Hall, Inc.

Rizzo, A. A., Bowerly, T., Buckwalter, J. G., Klimchuk, D., Mitura, R., &

Parsons, T. D. (2006). A virtual reality scenario for all seasons:

the virtual classroom. CNS Spectrums, 11(1), 35-44.

Sveistrup, H. (2004). Motor rehabilitation using virtual reality. Journal


- 237 -

of Neuroengineering and Rehabilitation, 1(1), 10.

Titianova, E. B., Mateev, P. S., & Tarkka, I. M. (2004). Footprint

analysis of gait using a pressure sensor system. Journal of

Electromyography and Kinesiology, 14(2), 275-281.

Titianova, E. B., Pitkanen, K., Paakkonen, A., Sivenius, J., & Tarkka, I.

M. (2003). Gait characteristics and functional ambulation profile in

patients with chronic unilateral stroke. American Journal of

Physical Medicine & Rehabilitation, 82(10), 778-786; quiz

787-779, 823.

Turnbull, G. I., Charteris, J., & Wall, J. C. (1995). A comparison of the

range of walking speeds between normal and hemiplegic subjects.

Scandinavian Journal of Rehabilitation Medicine, 27(3), 175-182.

Van Uden, C. J., & Besser, M. P. (2004). Test-retest reliability of

temporal and spatial gait characteristics measured with an

instrumented walkway system (GAITRite). BMC Musculoskelet

Disorders, 5, 13.

Visintin, M., Barbeau, H., Korner-Bitensky, N., & Mayo, N. E. (1998).

A new approach to retrain gait in stroke patients through body

weight support and treadmill stimulation. Stroke, 29(6),

1122-1128.

Von Schroeder, H. P., Coutts, R. D., Lyden, P. D., Billings, E., Jr., &

Nickel, V. L. (1995). Gait parameters following stroke: a practical

assessment. Journal of Rehabilitation Research and Development,

32(1), 25-31.

Wagenaar, R. C., & Beek, W. J. (1992). Hemiplegic gait: a kinematic

analysis using walking speed as a basis. Journal of Biomechanics,

25(9), 1007-1015.

Yang, Y. R., Tsai, M. P., Chuang, T. Y., Sung, W. H., & Wang, R. Y.

(2008). Virtual reality-based training improves community

ambulation in individuals with stroke: a randomized controlled trial.

Gait&Posture, 28(2), 201-206.

Weiss, P. L., Rand, D., Katz, N., & Kizony, R. (2004). Video capture

virtual reality as a flexible and effective rehabilitation tool. Journal

of Neuroengineering and Rehabilitation, 1(1), 12.


- 238 -

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. Archives of Physical Medicine and

Rehabilitation, 84(8), 1118-1124.


- 239 -

논문접수 : 2010. 07. 30 / 수정본 접수 : 2010. 09. 06 / 게재 승인 : 2010. 09. 13

<Abstract>

The Study of Clinical Usefulness of the Augmented Reality-Based

Gait Training on Balance and Gait Function of Stroke Patients

Lee, Byoung HeeᆞYu, Won JongᆞJung, Jin Hwa

This study was held in an attempt to examine how the augmented

reality-based treadmill training affects balance and gait of stroke

patients and to compare the differences of its effects with that of the

general treadmill training. The 57 patients were divided into two

groups: the 29 patients was the augmented reality-based treadmill

training group with the head mounted display on their head for 10

minutes; and the 28 patients was the general treadmill training group

who executed only treadmill training for 10 minutes. It is found that, in

both cases, there is an effect that improves the dynamic balance ability

of stroke patients(p<.05). Moreover, it is also found that the augmented

reality-based treadmill training is effective in increasing the ability for

velocity and cadence, which is the temporal gait measure, and

step-length and stride-length, which is the spatial gait measure, and is

more effective than the general treadmill training(p<.05). These results

suggest that the augmented reality is feasible and suitable for

individuals with stroke. Based on the results on the above, It has been

verified that the augmented reality based treadmill training has a

positive effect on balance and gait function of stroke patients. Thus it

leads us to an assumption that the numbers of programs, which use the

augmented reality for various rehabilitation purposes, should be further

developed in the future.

Key Words : Stroke, Augmented Reality, Virtual Reality, Balance, Gait

뇌졸중 환자의 균형 및 보행에 미치는 증강현실 기반...

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