뇌졸중 환자를 위한 비몰입형 가상 현실을 사용한 외골격 보조 체중 지원 트레드밀 훈련의 재활 프로그램

뇌졸중 생존자의 이중 작업 능력에 대한 외골격 보조, 체중 지원 트레드밀 훈련과 게임 기반 가상 현실을 결합하는 효과에 대한 효과는 아직 연구되지 않았습니다. 따라서 이 재활 프로그램은 뇌졸중 회복 중 보행 능력을 향상시키는 데 있어 이 조합의 잠재적인 기능과 이점을 조사하는 것을 목표로 합니다.

뇌졸중은 환자의 이동성과 독립성에 큰 영향을 미치는 뇌혈관 질환입니다. 보행 패턴을 회복하는 것은 뇌졸중 재활의 중요한 목표이며, 기술 기반 치료법은 유망한 결과를 보여주었습니다. 하지 외골격 요법, 체중 지원 러닝머신 훈련(BWSTT) 및 게임 기반 가상 현실(VR) 훈련은 뇌졸중 환자의 근력, 균형 및 보행 능력을 향상시키는 혁신적인 접근 방식입니다. 이러한 치료법을 포괄적인 재활 프로그램에 통합하면 뇌졸중 생존자의 운동 회복 및 기능적 결과를 향상시킬 수 있습니다. 이 연구는 뇌졸중 회복 중 이중 작업 기능을 향상시키는 데 있어 외골격 보조 BWSTT와 게임 기반 VR을 결합할 때의 잠재적 이점을 조사합니다. Berg Balance Scale(BBS)은 훈련 후 유의한 개선을 보였지만(p =0.03), Timed Up-and-Go Test(TUG, p =0.15) 및 Functional Independence Measure(FIM, p =0.38)에서는 통계적 차이가 관찰되지 않았습니다. 요약하면, 이 치료법은 환자의 균형을 개선했습니다. 뇌졸중 후 급성기 동안 이 재활 프로토콜에서 첨단 기술 장치를 사용하는 것은 유망하며 무작위 대조 시험을 통한 추가 조사가 필요합니다.

2020년 중국 본토의 뇌졸중 발병률은 다음과 같다: 유병률은 2.6%, 연간 100,000명당 505.2명의 발생률, 연간 1,00,000명당 343.4명의 사망률¹. 이 쇠약해지는 상태는 환자의 70%-80%에서 기능 장애, 운동 장애 및 의존성을 유발합니다². 걷기는 인간의 움직임에 필수적인 요소이기 때문에 독립적인 이동, 생리적 웰빙 및 전반적인 신체 활동에 중요한 역할을 합니다³. 따라서 뇌졸중 환자의 보행 패턴을 회복하는 것은 더 큰 독립성을 보장하기 때문에 재활의 중요한 목표입니다. 전통적인 방법은 뇌졸중 후 보행 능력을 촉진했지만, 기술 기반 치료는 최근 몇 년 동안 뇌졸중 회복에 상당한 진전을 이루어 보다 집중적인 훈련 모델을 만들었습니다². 또한, 뇌졸중 재활의 기술 발전은 뇌졸중 생존자의 회복에 더욱 동기를 부여하고 촉진할 수 있습니다.

하지 외골격(EXO) 요법은 하지 운동 장애로 인해 걸을 수 없는 환자를 돕기 위한 유망하고 혁신적인 접근법이다³. 이 요법은 고용량 및 고강도 훈련 프로그램을 제공하여 보다 안전한 방식으로 조기 거동을 가능하게 합니다. 최근 연구에 따르면 뇌졸중 환자에게 이 요법을 사용하면 근력, 균형 감각, 보행 능력 향상 등 잠재적인 효과가 있는 것으로 나타났습니다⁴. 척수 손상 환자를 비교한 다른 연구에서는 외골격 운동 훈련과 활동 기반 훈련 모두 심혈관 지수를 유의하게 개선하며, 외골격 운동 훈련은 기립성 스트레스에 대한 심장 반응을 강화하고 기립 심박수를 감소시키는 데 더 큰 효과를 보인다⁵.

이 연구에 사용된 로봇 보조 보행 훈련 시스템은 환자의 보행 재활을 돕기 위해 설계되었습니다. 고관절과 무릎 관절에 컴퓨터 엔진이 장착된 이 로봇 외골격 장치를 통해 환자는 프로그래밍된 다양한 보행 패턴에 따라 수동 또는 능동 보조 보행에 참여할 수 있습니다. 이 시스템에는 환자의 하지를 지지하는 동시에 보행 중에 통제된 도움과 저항을 제공하는 로봇 프레임워크가 포함되어 있습니다. 피드백 메커니즘이 시스템에 통합되어 환자의 움직임을 안내하고 임상의에게 실시간 데이터를 제공하여 운동 학습 프로세스를 향상시킵니다.

BWSTT(Body Weight-Supported Treadmill Training)는 환자의 체중을 부분적으로 지지하는 하네스와 움직임을 용이하게 하는 전동 트레드밀을 결합한 보조 보행 훈련 시스템입니다⁶. 이 연구에서 사용된 체중 지지 시스템은 슬링과 프레임의 조합을 사용합니다. 이 시스템은 환자의 체중 중 일부를 장치에 재분배하여 훈련 중 체중 부담을 효과적으로 줄여줍니다. 이 조절 가능한 체중 지원 시스템은 의존성 또는 비정상적인 보행 패턴을 가진 뇌졸중 환자가 더 높은 품질의 보행을 달성하도록 권장합니다. 환자는 편마비 쪽의 하지에 가해지는 체중 부하를 줄임으로써 영향을 받은 사지를 더 잘 자가 제어할 수 있습니다. 또한 하네스는 조기 및 집중 가동 중에 낙상을 예방할 수 있는 안전한 수단을 제공합니다. BWSTT는 뇌졸중 환자의 광범위한 기능적 보행 수준에 걸쳐 균형 기술, 보행 속도 및 보행 지구력을 촉진하는 데 놀라운 잠재력을 보여주었습니다⁷.

게임 기반 가상 현실(VR) 교육 시스템을 통해 뇌졸중 환자는 레크리에이션 컴퓨터 애플리케이션을 통해 사실적인 환경에서 물체 및 이벤트와 상호 작용할 수 있습니다 ^6,8. 본 연구에서 사용된 가상현실 시스템은 VR 헤드셋에 의존하지 않고, 외골격의 센서를 사용하여 환자의 움직임을 화면에 표시되는 가상 게임 환경으로 전송하고 대화형 가상 현실 시나리오를 시뮬레이션함으로써 기본적인 가상 현실 경험을 제공합니다. 보다 매력적이고 영감을 주는 이 교육 시스템은 뇌졸중 생존자들의 선호도와 순응도를 높여 시간이 많이 걸리는 회복 과정 전반에 걸쳐 기존 신체 훈련에 비해 더 큰 이점을 제공할 수 있습니다. 또한, 대리 중재로서의 VR 재활은 이중 과제 훈련을 제공함으로써 보행, 균형, 인지 능력 및 일상 생활 활동을 개선하는 데 유망한 결과를 보여주었습니다⁸. 이번 연구에서는 VR을 로봇 보조 운동 훈련의 보조 수단으로 사용할 때 만성 뇌졸중 환자의 균형과 보행을 모두 개선했으며, 뇌졸중⁹을 앓고 있는 보행 장애인의 기능적 향상을 촉진할 수 있는 잠재력을 강조했습니다. 또한 다른 연구에서는 로봇 보조 재활이 특히 VR과 통합될 때 만성 뇌졸중 환자의 인지 회복 및 심리적 웰빙을 향상시킬 수 있다고 밝혔습니다¹⁰.

위에서 언급한 치료 장치를 효과적으로 결합하여 각 환자의 필요에 맞는 고유한 재활 프로그램을 만들 수 있습니다. VR 지원 BWSTT는 조합으로 실현 가능하고 유망해 보입니다. 연구에 따르면 골반 기울기를 줄일 수 있으며, 특히 적당한 중재를 통해 기존 보행 훈련을 능가할 수 있으며, 조기 편마비 환자에게 도움이 될 수 있다고 한다¹¹. 이에 비해 상지 재활과 대조적으로 하지 재활을 위한 VR 통합 외골격의 사용에 대한 연구는 최소한이었습니다¹². Mirelman 등은 발목과 발 재활을 위해 외골격과 VR 및 비디오 게임을 결합하는 것의 효능을 입증했으며, 그 결과 보행 속도가 빨라지고, 발목 운동 제어력이 향상되며, 발굴 운동 조절이 빨라지고, 발굴 근육이 최고조에 달하며, 발목 동력 발전량이 증가한다고 밝혔다¹³.

외골격과 BWSTT 및 VR의 조합은 뇌졸중 재활에 대한 포괄적인 접근 방식을 제공합니다( 그림 1 참조). 이 통합 치료법은 외골격 보조 보행 훈련, 비몰입형 VR 기술, 러닝머신이 제공하는 조절 가능한 체중 지지대의 이점을 결합합니다. 이 접근법은 뇌졸중 환자의 운동 회복, 균형 및 전반적인 기능 결과를 향상시킬 수 있는 잠재력이 있습니다⁶. 이러한 기술을 활용하는 재활 프로토콜은 다양한 연구에서 탐구되었지만, 뇌졸중 생존자의 이중 작업 능력에 대한 외골격 보조 BWSTT와 게임 기반 VR을 결합하는 효과에 대한 연구는 거의 이루어지지 않았습니다. 따라서 이 재활 프로그램은 뇌졸중 회복 중 보행 능력을 향상시키는 데 있어 이 조합의 잠재적인 기능과 이점을 조사하는 것을 목표로 합니다.

이 연구는 북경연합의과대학병원(Peking Union Medical College Hospital)에서 뇌졸중 후 모집된 입원 환자에 대한 후향적 사례 시리즈였다. 이 재활 프로그램은 북경 연합 의과대학 병원의 기관 검토 위원회(Institutional Review Board)의 승인을 받았습니다. 참여 전에 모든 환자로부터 서면 동의서를 받았습니다. 이 연구에 사용된 장비 및 소프트웨어에 대한 자세한 내용은 재료 표에 나열되어 있습니다.

1. 참가자 모집

1. 특정 포함 기준에 따라 엄격한 선별 절차에 따라 환자를 연구에 등록합니다. 환자의 기본 데이터를 구성합니다( 표 1 참조). 이러한 기준은 다음과 같습니다.
   1. 연령 : 20-65 세.
   2. 뇌졸중 후 재활 의사에 의해 확인된 의학적 안정성(허혈성/출혈성).
   3. MAS(Modified Ashworth Scale) 점수 ≤2(최소 근육 경련)².
   4. Berg Balance Scale(BBS), Timed Up-and-Go Test(TUG) 및 FIM(Functional Independence Measure)을 포함한 평가를 완료하기 위해 보조 장치 유무에 관계없이 10m를 걸을 수 있는 능력⁶.
2. 다음과 같은 조건을 가진 환자를 제외합니다.
   1. 고관절 또는 무릎 관절의 운동 범위(ROM) 제한.
   2. 심부정맥혈전증(DVT)의 존재.
   3. MMSE(Mini-Mental State Examination)는 27점 미만(인지 장애) 중¹⁰ 점을 받았습니다.
   4. 체중이 150kg을 초과하는 경우.
   5. 높이가 200cm를 초과하는 경우.
3. 모든 치료 세션 전에 환자를 다시 검사합니다. 다음과 같은 증상이 발생하면 평가판을 종료합니다.
   1. 의식 변화: 갑작스러운 혼란, 방향 감각 상실 또는 의식 상실.
   2. 호흡 곤란: 빠른 호흡, 숨가쁨 또는 기타 호흡 곤란.
   3. 비정상적인 심박수: 비정상적으로 높거나 낮은 심박수, 심계항진 또는 불규칙한 심장 박동.
   4. 비정상적인 혈압: 현기증이나 실신을 동반한 혈압의 현저한 상승 또는 감소.
   5. 기도 폐쇄: 기침, 질식 또는 갑작스러운 호흡 곤란.
   6. 통증 또는 불편함: 심한 통증, 불편함 또는 비정상적인 감각.

2. 측정

참고: 이러한 측정은 외골격을 적절하게 장착하고 맞춤화하여 최적의 지지를 제공하는 데 필수적입니다. 전체 프로세스는 동일한 범주의 다른 장치와 유사하지만 소프트웨어 작동, 제어 버튼 및 스트랩 고정과 같은 세부 사항은 특정 장비에 따라 다를 수 있습니다.

1. 환자가 앉아 있는 동안 측정합니다.
   1. 유연한 테이프를 사용하여 골반 너비를 측정합니다(ASIS에서 ASIS로).
   2. 다리 위쪽 길이(대퇴골 외측 과두에서 외측 대퇴골 과두까지)를 측정합니다.
   3. 다리 아래쪽 길이(외측 대퇴골에서 외측 대퇴골 과두까지)를 측정합니다.
2. 수집된 데이터를 기반으로 외골격 장치를 조정합니다.
   참고: 이러한 조정은 각 환자의 해부학적 구조에 맞게 외골격을 조정하는 데 중요합니다. 적절한 착용감과 정렬을 통해 장치는 이동성과 재활을 효과적으로 지원하고 향상시킬 수 있습니다.
   1. 회전 핸들( 그림 2A 참조)을 사용하여 골반 너비에서 2-3cm 높여 너비를 조정합니다.
   2. 상단 다리 로봇 팔의 슬롯 스위치를 당기고(그림 2B) 측정값에 따라 길이를 조정한 다음 스위치를 다시 밀어 넣습니다. 회전 스위치를 조여 암을 고정합니다. 부드럽고 동기화된 움직임을 위해 무릎 관절을 장치의 모터에 맞춥니다.
   3. 2.2.2단계에 설명된 절차에 따라 아래쪽 다리의 로봇 팔을 조정합니다.
3. 환자의 인체 공학에 맞게 장치를 조정한 후 전원 공급 장치가 연결되어 있는지 확인하십시오. 환자가 장치를 착용하도록 돕습니다.

3. 체중 지지 시스템 착용

1. 두 개의 핸들을 시계 반대 방향으로 돌려서( 그림 2C 참조) 느슨하게 한 다음 외골격을 바깥쪽으로 당겨( 그림 2D 참조) 트레드밀 활주로를 비우고 환자를 위한 공간을 만듭니다.
2. 환자를 활주로로 안내합니다.
   1. 걷는 환자의 경우: 뒤쪽 경사로에서 앞쪽으로 안내합니다.
   2. 걷지 않는 환자의 경우: 휠체어로 입장할 수 있도록 도와주고 앞쪽에 위치시킵니다.
3. 리모콘을 사용하여 서스펜션 시스템의 하네스( 그림 2E 참조)를 내립니다( 그림 2F 참조). 하네스가 환자의 몸통과 같은 높이가 되거나 약간 아래에 오도록 조정하여 적절하게 맞도록 합니다.
4. 환자에게 옷을 쉽게 입힐 수 있도록 하네스 끈을 푸십시오.
   알림: 다음 단계에 따라 필요에 따라 하네스를 조정하여 환자가 서 있든 휠체어에 있든 상관없이 환자의 드레싱 과정을 용이하게 합니다.
   1. 환자 서 있음: 고정되지 않은 안전벨트를 뒤에서 환자의 몸통에 착용합니다. 스트랩을 몸통에 편안하게 고정합니다. 다리 끈을 허벅지 둘레에 놓고 단단히 고정합니다.
   2. 휠체어를 탄 환자: 등받이에서 환자의 몸통을 들어 올립니다. 버클을 풀지 않은 하네스를 뒤에서 몸통에 끼우고 스트랩을 편안하게 고정합니다. 다리 끈을 허벅지 둘레에 놓고 단단히 고정하여 편안한 착용감을 제공합니다.
5. 환자를 서 있는 자세로 가져오기 위해 체중 지지 시스템을 들어 올립니다. 하네스가 약간 조이는 느낌을 주면 중지하십시오. 리모컨을 사용하여 체중 감소를 조정하고 장치의 체중 감량 데이터를 모니터링합니다( 그림 2G 참조). 발이 매달리는 것을 방지하면서 체중을 줄이기 위해 환자의 몸을 약간 들어 올립니다.
   알림: 환자의 체중을 과도하게 줄이지 않고 환자의 편안함과 발 여유를 위해 필요에 따라 후속 단계에서 언제든지 반복적으로 올리고 내리는 것을 수행하십시오.
   1. 환자 서 있음: 리모컨을 사용하여 환자의 상태에 따라 체중 감소를 점진적으로 조정합니다.
   2. 휠체어를 탄 환자: 휠체어에서 환자를 조심스럽게 들어 올리고 상승 서스펜션 시스템을 사용하여 서 있는 자세로 들어 올립니다. 활주로에서 휠체어를 제거하고 리모컨으로 환자의 체중 감소를 조정하십시오.

4. 외골격 착용

참고: 다음 단계를 따르면 외골격을 적절하게 착용할 수 있어 재활 또는 운동 중에 환자에게 필요한 지지와 안정성을 제공할 수 있습니다.

1. 바깥쪽으로 열린 외골격을 다시 안쪽으로 재설정하고 양쪽 핸들을 시계 방향으로 돌려 고정 장치를 작동시킵니다.
2. 접히고 매달린 외골격을 아래로 눌러 앉은 자세에서 서 있는 자세로 전환합니다( 그림 2H 참조).
3. 환자에게 외골격의 몸통에 등을 기대고 흉부 고정 스트랩을 부착하도록 지시합니다.
4. 장치의 높이를 조정하여 팔 모터의 축을 환자의 고관절 및 무릎 관절에 맞춥니다.
5. 벨트를 편안한 수준으로 조입니다. 허벅지와 종아리 끈을 단단히 조여 환자의 편안함을 위해 적절하게 조여졌는지 확인합니다.
   알림: 이 단계는 운동 중 장비가 헐거워지는 것을 방지하고 환자의 안전을 보장하는 데 중요합니다.
6. 환자가 발이 떨어지는 경우 발목 안정제를 바르십시오.

5. 외골격 작동

1. 컴퓨터의 제어 소프트웨어에 접속하여 환자의 기본 정보를 입력합니다.
2. 소프트웨어 인터페이스에서 양쪽의 고관절 및 무릎 관절에 대한 치료 기간, 보행 속도 및 최대 허용 관절 이동성을 조정합니다.
   참고: 이 연구에서는 기본 관절 동작 범위 설정을 사용하고, 환자의 보행 속도를 1.5km/h로 설정하고, 치료 시간을 20분으로 설정합니다.
3. 시작을 클릭하여 치료를 시작하십시오. 외골격과 트레드밀이 함께 작동하기 시작합니다.

6. 게임 기반 VR 프로그램 열기

참고: 표 2 는 게임과 그 메커니즘에 대한 개요를 제공합니다. 각 게임은 효과적인 재활을 위해 환자의 개별 요구를 충족하도록 맞춤화된 특정 하지 운동을 목표로 설계되었습니다.

1. 컴퓨터에서 ZEPU 보행 훈련 및 평가 소프트웨어를 엽니다. 게임을 선택합니다.
2. 외골격 보조 운동 중에 환자를 안내합니다. 한쪽 다리가 유각기에 있을 때 환자에게 적극적으로 제어하도록 지시합니다. 다리가 추진력을 발휘할 준비가 되면 환자에게 다리를 힘껏 추진하고 고관절 굴곡을 수행하도록 지시합니다.
   참고: 로봇 팔의 센서는 환자의 활성 토크를 감지하고 피드백이 게임에 표시됩니다.
3. 첫 번째 세션 전에 환자에게 게임 상호 작용 단계와 원리를 설명합니다. 올바른 보행 단계에서 적극적인 힘을 가해야 할 때를 이해하는 데 도움이 되도록 구두 알림과 함께 간단한 연습 세션을 제공합니다. 환자가 장치를 적절하게 사용할 수 있는 능력을 보여주면 공식 치료를 시작하십시오.

7. 외골격 제거

알림: 제거 과정 전반에 걸쳐 환자의 안전과 편안함을 보장하십시오.

1. 스트랩을 풀어 외골격을 해제합니다.
2. 외골격을 매달아 앉은 자세로 들어 올립니다.
3. 고정 핸들( 그림 2C 참조)을 시계 반대 방향으로 돌려 해제합니다.
4. 외골격을 바깥쪽으로 펼쳐 활주로를 비우고 안전하게 제거할 수 있습니다.

8. 무게 지지 시스템 제거

1. 걷는 환자의 경우: 리모컨을 사용하여 환자를 내리고 스트랩을 풀고 활주로에서 내릴 수 있도록 도와줍니다.
2. 걷지 않는 환자의 경우: 리모컨을 사용하여 환자를 휠체어에 앉힙니다. 스트랩을 풀고 체중 감량 시스템을 제거합니다. 환자를 활주로 밖으로 안내하십시오.

9. 비상 사태

참고: 환자가 치료 중 1.3.1-1.3.6단계에 나열된 증상을 보이면 운동을 중단하고 즉시 의사의 도움을 받으십시오. 재활 전반에 걸쳐 증상과 변화에 대해 환자를 면밀히 모니터링합니다.

1. 오른쪽 레일에서 비상 정지 장치를 찾습니다( 그림 2I 참조). 버튼을 세게 누르고 있으면 장비가 중지됩니다.
2. 위기가 지나가면 버튼을 위로 당겨 장비를 복원하십시오.

10. 평가 및 개입

1. 참가자가 제한된 보행 능력을 보이고 더 높은 기능 수준을 달성하는 것을 목표로 하는지 확인합니다.
2. 개입 전 평가 수행
   1. Berg Balance Scale(BBS)을 사용하여 0(최저)에서 56(최고)까지 점수를 매겨 균형 능력을 평가합니다⁶.
   2. TUG(Timed Up and Go) 테스트를 사용하여 보행을 평가합니다⁶.
   3. FIM(Functional Independence Measure)⁶을 사용하여 일상 생활 활동을 측정합니다.
   4. 첫 번째 치료 세션 24시간 전에 모든 평가를 수행하십시오.
3. 4주 중재 시행
   1. 4주 동안 10회의 트리트먼트 세션을 예약합니다.
   2. 처음 3주 동안은 월요일, 수요일, 금요일에 세션을 진행한다.
   3. 넷째 주 월요일에 마지막 모임을 관리한다.
   4. 모든 치료 세션이 오후 2:00에 시작되는지 확인하십시오.
4. 재활 프로그램을 시행합니다.
   1. 첫 번째 세션 전에 환자가 재활 프로그램을 사용하도록 교육합니다.
   2. 게임 응용 프로그램을 통해 간결한 지침을 제공합니다.
   3. 세션당 총 20분 동안 각각 5분 동안 지속되는 4개의 게임을 할당합니다.
   4. 환자가 전체 20분 동안 프로그램에 독립적으로 참여하도록 합니다.
   5. 각 세션 동안 체중 지지력을 50%로 설정합니다.
   6. Allow maximum joint movement(최대 관절 이동 허용)는 기본 joint range of motion(모션 관절 범위) 설정을 사용합니다.
   7. 보행 속도를 1.5km/h로 설정합니다.
5. 개입 후 평가 수행
   1. 최종 치료 세션 후 24시간 후에 BBS, TUG 및 FIM 평가를 수행합니다⁶.
   2. 일관성을 유지하기 위해 모든 임상 평가가 숙련되고 경험이 풍부한 동일한 물리 치료사에 의해 수행되도록 합니다.

11. 통계 분석

1. 통계 소프트웨어를 사용하여 실험 결과를 통계적으로 분석합니다.
2. Shapiro-Wilk 검정을 적용하여 모든 결과 변수가 정규 분포를 따르는지 확인합니다.
3. 치료 전과 후의 각 결과 변수에 대해 쌍체 t-검정 을 수행합니다. p < 0.05를 통계적 유의성의 임계값으로 간주합니다.
4. 그래프 소프트웨어를 사용하여 데이터를 그래픽으로 표현할 수 있습니다.

4주간의 치료를 아무런 부작용 없이 완료한 후 환자의 경과 상황을 평가하고 그 결과를 표 3에 요약하였다. BBS 점수⁶ 은 43.88± 3.80에서 48.38± 3.66으로 증가하여 긍정적인 반응을 나타냅니다. TUG는 21.88± 5.62에서 17.63 ± 5.42로 감소하고 FIM은 92.75± 12.80에서 98.75 ± 13.38로 증가하면서 TUG와 FIM 점수도 모두 개선된 것으로 나타났습니다.

데이터( 그림 3 참조)는 사전 평가 결과와 사후 평가 결과를 비교할 때 BBS 점수가 유의한 개선을 보였다(p = 0.03, p < 0.05). TUG(p=0.15) 및 FIM(p=0.38)에 대해 통계적으로 유의미한 차이는 관찰되지 않았지만 임상적으로 개선 추세가 관찰되었습니다( 그림 4 참조). 이러한 결과는 치료 요법이 환자의 균형을 유의하게 향상시킨 반면, 보행 및 일상 생활 기술의 개선은 통계적으로 유의하지 않았음을 시사합니다.

그림 1: 게임 기반 가상 현실과 결합된 외골격 보조 체중 지원 트레드밀 훈련 시스템. (A) 훈련 시스템은 세 가지 장치를 통합하여 환자가 체중 감량 보행에 참여하면서 이중 작업 훈련을 수행할 수 있도록 합니다. (B) EXO-BWSTT-VR 치료를 받고 있는 환자. 이 그림의 더 큰 버전을 보려면 여기를 클릭하십시오.

그림 2: 작동 절차 및 장비 구성 요소의 시연. 이 그림은 시스템 작동에 대한 이해를 높이기 위한 주요 장비 구성 요소 및 절차에 대한 개요를 제공합니다. (A) 원형 회전 핸들. (B) 슬롯 스위치를 통해 조정된 로봇 팔. (C) 원형 회전 핸들. (D) 바깥쪽으로 당겨진 외골격(파란색 화살표). (E) 하네스. (F) 환자 고도(+), 낮추기(-), 체중 지지 증가(p) 및 체중 지지 감소(q) 조정을 위한 원격 제어. (G) 체중 지지 데이터 표시. (H) 외골격이 아래쪽으로 눌렀습니다(파란색 화살표). (I) 비상 정지 장치. 이 그림의 더 큰 버전을 보려면 여기를 클릭하십시오.

그림 3: 치료 종료 시 결과 측정의 변화. (A) Berg Balance Scale(BBS) 점수의 변화(n = 8). (B) TUG(Timed Up-and-Go) 테스트 결과의 변화(n = 8). (C) FIM(Functional Independence Measure) 점수의 변화(n = 8). 측정은 EXO-BWSTT-VR 요법으로 치료 전(전)과 치료 2주 후(사후)에 이루어졌습니다. 오차 막대는 표준 편차(SD)를 나타냅니다. *P < 0.05; NS: 중요하지 않습니다. 이 그림의 더 큰 버전을 보려면 여기를 클릭하십시오.

그림 4: 각 환자에 대한 치료 전후 결과 측정의 추세선. (A) BBS 점수의 변화. (B) TUG 테스트 결과의 변경. (C) FIM 점수의 변화. 이 그림의 더 큰 버전을 보려면 여기를 클릭하십시오.

표 1: 참가자의 인구통계학적 및 임상적 특성. 약어: SD = 표준 편차; I = 허혈성; H = 출혈성; MMSE = 미니 정신 상태 검사; Y = 예; N = 아니오.

표 2: 게임 기반 가상 현실 프로그램의 게임 콘텐츠 및 게임 플레이. 각 게임 응용 프로그램은 특정 작업 지향적인 운동을 위해 설계되었으며, 각 환자의 하지 기능에 따라 난이도가 맞춤화됩니다.

표 3: 기준선 및 4주간의 기능 척도 평가 및 테스트. 약어 : BBS = Berg Balance Scale; TUG = 시간 제한 업앤고 테스트; FIM = 기능적 독립성 측정. *쌍체 t-검정. 데이터는 평균 ± SD(범위)로 표시됩니다.

이 제안된 중재에서는 뇌졸중 관련 하지 장애가 있는 개인을 위한 이중 작업 훈련을 용이하게 하기 위해 체중 지원 시스템과 VR 기술로 보완된 외골격 요법을 통합하는 포괄적인 치료 접근 방식을 제시합니다. 트레드밀 훈련은 다른 중재와 결합할 때, 특히 지상 보행 훈련 전에 적용할 때 가장 큰 영향을 미치는 것으로 확인되었으며, 훈련 효과를 극대화한다¹⁴. 운동 학습 원리에 기초한 로봇 보조 재활은 VR 피드백과 아바타 안내 운동을 활용하여 거울 시스템을 활성화하여 운동 학습을 향상시키고 세포 및 시냅스 수준에서 상당한 피질 및 피질 하 변화를 유도합니다¹⁵.

신경학적 재활에서 치료 중 참여 수준은 적극적인 참여에 큰 영향을 미치며, 이는 Ekso 또는 ReWalk¹⁶과 같은 외골격 로봇만을 사용하는 치료와 비교할 때 특히 분명합니다. 운동 영역과 인지 영역 사이의 긴밀한 상호 연결을 감안할 때 여러 개입 전략을 결합하는 것이 유망한 접근 방식으로 보입니다. 집중적이고 반복적인 운동 훈련과 VR 기반 피드백 및 이중 작업 운동의 통합은 감각-운동 통합 영역에 영향을 미쳐 운동 및 인지 회복을 향상시키는 데 기여할 수 있습니다¹⁰. 결과적으로, 참가자 참여를 증가시키기 위해 확립된 신경 재활 모델에 게임화 기술을 통합하는 것이 최근 몇 년 동안 두드러지게 나타났습니다¹⁷.

인지 기능을 직접 평가하지는 않았지만 게임의 상호 작용 요소는 훈련의 복잡성을 증가시키는 인지 문제를 도입했습니다. 게임과 장치의 시너지 효과를 통해 시뮬레이션 환경을 조성하면 환자의 참여도를 높일 수 있으며, 반복적인 재활 운동을 보다 즐겁고 지속 가능하게 만들 수 있습니다.

그러나 이전 연구에 따르면 모든 결과가 낙관적인 것은 아니다. 일부 학자들은 뇌졸중을 앓고 있는 보행 가능한 개인이 로봇 또는 하네스 시스템에 국한될 때 재활 결과가 더 나쁠 수 있다고 믿는다¹⁸. Hornby 등은 기관운동 결손의 정도에 따라 계층화된 48명의 외래 만성 뇌졸중 생존자 중 치료사의 도움을 받은 기관운동 훈련이 유사한 로봇 보조 기관운동 훈련에 비해 보행 능력이 더 크게 향상되었음을 발견했다¹⁹. 한편, Westlake 등은 훈련 후 로코맷 그룹과 수동 BWSTT 그룹 간에 1차 결과가 비슷했지만, 로코맷 그룹은 스스로 선택한 보행 속도, 마비 걸음 길이 비율 및 4가지 2차 측정치에서 개선된 반면, 수동 그룹은 주로 균형 점수가 향상되었다고 보고했다²⁰.

연구 결과의 변동성에 기여하는 요인은 참가자 집단의 이질성일 수 있습니다. 연령, 손상의 중증도 및 이전 재활 경험의 차이가 exo-BWSTT의 효과에 영향을 미칠 수 있으며, 이로 인해 연구 전반에 걸쳐 일관되지 않은 결과가 나올 수 있습니다. 또한, exo-BWSTT 중재의 기간과 강도는 유의하게 다양했다. 단기적이거나 덜 집중적인 프로토콜은 기술의 완전한 잠재력을 보여주지 못할 수 있는 반면, 더 길거나 더 집중적인 개입은 더 실질적인 이점을 제공할 수 있으며, 이는 보고된 결과의 일부 불일치를 설명할 수 있습니다.

이 치료 프로토콜은 기존 재활 프로그램을 보완하거나 잠재적으로 대체하는 것을 목표로 합니다. 이 중재의 주요 목표는 뇌졸중 환자의 운동 기능을 향상시키고 더 큰 독립성을 촉진하는 것입니다. 혁신적인 기술과 치료 전략을 결합함으로써 재활 결과를 최적화하여 궁극적으로 뇌졸중의 영향을 받는 개인의 전반적인 삶의 질을 향상시킬 수 있습니다.

환자를 위한 운동 처방을 설계하기 위해서는 훈련 시간, 빈도, 보행 속도 진행, 게임 선택 및 조합, 게임 난이도 조정 등을 결정하는 등 추가적인 실질적인 구현이 필요합니다. 또한, 개별 환자에 맞춘 맞춤형 체중 지원 처방전은 향후 임상 실습에서 검토되어야 합니다. 재활 기구와 전통적인 물리 치료의 통합, 그리고 구체적인 보행 개선 목표에 도달했을 때 기구 사용 빈도를 점진적으로 줄이는 것도 향후 재활 프로토콜에서 고려되어야 한다²¹. 궁극적인 목표는 뇌졸중 환자의 개인화된 요구를 충족시키는 보다 포괄적인 임상 실습 프로그램을 개발하는 것입니다.

스터디 설계에는 특정 제한 사항이 있습니다. 첫째, 환자 개입 전후의 자기 통제 설계가 있는 후향적 사례 시리즈로, 적절한 실험 대조군이 없습니다. 이로 인해 이 시스템이 기존의 물리 치료 방법보다 더 효과적인지 여부를 판단할 수 있는 능력이 제한됩니다. 둘째, 상대적으로 작은 표본 크기는 결과의 일반화 가능성을 제한하고 유의미한 차이를 감지하기 위한 통계적 검정력을 감소시킬 수 있습니다. 또한, 평가 도구의 선택으로 인해 서거나 걷는 능력이 좋지 않은 환자는 본 연구에 포함되지 않았다.

더욱이, 환자들 간의 입원 기간에 내재된 변동성으로 인해 중재는 단 10회에 불과했다. 이 제한된 기간은 치료의 모든 잠재적 이점을 관찰하기에 충분하지 않았을 수 있습니다. 후속 외래 환자 치료 및 후속 평가를 포함하면 중재의 장기적인 효과와 지속 가능성을 평가하는 데 도움이 되었을 것입니다.

이 연구는 뇌졸중 환자의 보행 능력, 균형, 독립성 및 일상 기능 수준에 대한 재활 프로그램의 유익한 효과를 보여줍니다. 또한 뇌졸중 재활에서 결합 장치인 EXO-BWSTTT-VR의 연구 가치를 강조합니다. 재활 중인 로봇 시스템에 대한 광범위한 문헌이 존재하지만 이 연구는 이러한 작업의 일부에 불과합니다. 기존 연구에서 다양한 로봇 장치와 치료 프로토콜은 이러한 결과의 일반화 가능성을 제한합니다.

체계적 문헌고찰과 메타 분석을 통해 치료 빈도와 강도를 조사했지만, 현재 이러한 결과를 기반으로 한 표준화된 치료 프로그램은 존재하지 않는다. 예를 들어, 상지 로봇 재활에 대한 일부 연구에서는 10주 동안 일주일에 세 번씩 로봇 요법을 시행할 것을 권장하며, 각 세션은 60분²²초 동안 지속됩니다. 그러나 치료 프로토콜은 연구마다 크게 다르며, 이러한 표준화 부족이 본 연구의 한계점이다. 향후 연구에서는 기존 근거를 기반으로 보다 일관된 치료 지침을 수립하는 데 초점을 맞춰야 한다. 또한 향후 조사는 이러한 측면을 더 자세히 탐구하기 위해 보다 정확하고 상세하며 잘 설계된 실험을 수행하는 것을 목표로 해야 합니다.

모든 저자는 이해 상충이 없음을 선언합니다.

이 연구 프로젝트는 북경연합 의과대학 병원의 임상 연구 특별 프로그램(보조금 번호 2022-PUMCH-B-053)으로부터 자금을 지원받았습니다.