본 연구의 목적은 백색 소음을 이용한 청각 자극이 만성 뇌졸중 환자의 앉았다 일어서기(sit-to-stand) 및 서있기(standing) 과제 시 안정성과 균형성에 미치는 영향을 조사하는 것이다.
만성 뇌졸중 환자 18명이 본 연구에 참여하였으며, 백색소음을 청취하기 전·후로 앉았다 일어서기와 눈뜨고 서있기, 눈감고 서있기 과제를 실시하였다. 각 과제 수행 시, 백색소음 자극 전·후 안정성 및 균형성을 평가하기 위해, 적외선 카메라 8대와 지면반력기 1대를 사용하였다.
모든 과제에서 백색소음 자극 전·후에 유의한 차이는 나타나지 않았다. 반면, 눈감고 서있기 과제 시 백색소음 자극 후 CoP의 전·후 이동범위가 유의하게 감소하였으며(
백색소음을 사용한 청각 자극은 만성 뇌졸중 환자의 균형성을 향상시키기 때문에, 뇌졸중 환자의 독립적인 일상생활에 도움이 될 것으로 생각된다.
The purpose of this study was to investigate the effect of auditory stimulus using white noise on stability and balance during sit-to-stand and standing tasks of chronic stroke patients.
Eighteen chronic stroke patients participated in this study. They asked to perform the tasks of sit-to-stand, standing with eyes open and standing with eyes closed before and after listening to white noise. Eight infrared cameras and one force plate were used to evaluate the stability and balance before and after the white noise stimulus during each task.
There was no significant difference between before and after white noise stimulus in all tasks. On the other hand, the anteroposterior range of CoP was significantly decreased after white noise stimulus in standing with eyes-closed (
Auditory stimulus using white noise improves the balance of chronic stroke patients. Therefore it is thought to be helpful for the independent daily life of chronic stroke patients.
뇌졸중(stroke)은 전 세계적인 주요 건강문제 중 하나로써, 매년 약 1천 5백만 명의 환자를 발생시키고, 이 중 5백만 명이 사망에 이르게 되며 5백만 명이 영구적인 장애를 지닌 상태로 삶을 살게 될 만큼 심각한 중추신경계 질환이다(
뇌졸중 환자들에게 있어서 이동과 관련한 기능적인 움직임은 재활의 최종적인 목표가 되며(
지금까지 다양한 선행연구들을 통하여 뇌졸중 환자들의 기능적인 움직임에 대한 문제점을 밝히고, 이를 향상시키기 위한 노력이 계속되어왔다.
이와 비슷한 맥락으로, 많은 선행연구들에서는 뇌졸중 환자의 기능적 움직임을 개선하기 위한 근력 트레이닝과 실제 움직임과 유사한 동작을 활용한 기능적 트레이닝 외에도, 청각 및 시각 등과 같은 감각 자극(sensory stimulus)이 긍정적인 효과를 나타낼 수 있다고 제시해왔다(
소음(noise)이란, 일반적으로 과업을 수행하는데 있어서 해로운 영향을 준다고 알려져 있는 잡음이다(
이와 같은 백색소음의 효과는 시각, 청각 및 고유수용감각 등과 같은 감각적 요소의 결여로 인하여 기능적 움직임에 어려움을 겪고 있는 뇌졸중 환자들에게도 긍정적인 영향을 미칠 수 있을 것으로 생각된다. 그러나 이와 같은 긍정적인 효과에도 불구하고, 뇌졸중 환자들의 움직임을 개선하기 위한 선행연구들에서는 근력 및 실제 움직임과 유사한 동작을 통한 트레이닝만이 이루어지고 있으며, 청각 자극을 활용한 연구들에서는 리듬과 관련한 자극이 대부분을 차지하고 있어 정작 근본적인 소음의 종류에 해당하는 백색소음이 뇌졸중 환자들의 기능적 움직임에 미치는 영향을 살펴본 연구는 전무한 실정이다.
따라서 본 연구의 목적은 백색 소음을 이용한 청각 자극이 만성 뇌졸중 환자의 이동과 관련한 기능적인 움직임의 근간이 되는 앉았다 일어서기(sit-to-stand [STS]) 및 서있기(standing) 동작 시 안정성과 균형성에 미치는 영향을 과학적으로 살펴보고, 뇌졸중 환자의 최종적인 재활 목표인 기능적인 움직임의 향상을 위한 정량적인 정보를 제공하는데 있다.
본 연구의 연구대상자는 경기도 소재의 장애인 복지관에 소속되어 있는 편마비 진단을 받은 후 1년 이상이 경과한 오른쪽 편마비, 뇌졸중 환자 18명(age: 60.28±9.29 yrs., height: 164.47±7.61 cm, weight: 61.21±9.64 kg, time post-stroke: 11.44±5.00 yrs.)으로 선정하였다. 모든 연구대상자는 보조기구를 사용하지 않고 앉았다 일어서기가 가능한 자로 선정하였다. 또한, 시각과 청각의 기능적 장애 혹은 어지러움증, 전정기관의 문제가 있는 자 그리고 정형외과적 질환이나 심호흡계 질환이 있는 자는 연구대상자에서 제외하였다. 본 연구는 서울시 K 대학교 연구 윤리위원회의 승인을 받아 실시되었으며, 모든 대상자는 실험 전, 충분한 설명과 함께 자발적으로 동의서를 작성하였다.
본 연구는 백색 소음을 이용한 청각 자극이 만성 뇌졸중 환자의 앉았다 일어서기 및 서있기 동작 시 안정성과 균형성에 미치는 영향을 알아보기 위해 실시되었다. 백색 소음을 이용한 청각 자극은 백색 소음을 제외한 소리를 차단한 환경에서 20분간 청취하도록 하였으며, 청각 자극에 대한 효과를 보다 높이기 위해 시야를 차단하는 광안경을 착용하도록 하였다. 이때, 청각 자극을 위하여 (주)지오앰씨의 엠씨스퀘어(MC square) X7 제품이 실험에 활용되었다. 이 제품은 6개의 프로그램과 6개의 자연의 소리를 사용자가 임의로 혼합하여 사용할 수 있도록 설계되어 있으며, 본 연구에서는 특정 프로그램과 6개의 자연의 소리를 혼합하여 사용하였다. 본 연구에서 활용된 프로그램은 알파파와 베타파를 조절하여 주의력과 관심 집중의 정도를 조정하는 특징을 가지고 있다. 각 대상자는 총 46개의 반사 마커를 전신에 부착하고, 백색 소음을 청취한 전·후 앉았다 일어서기(STS) 2회와 눈뜨고(eye-open), 눈감고(eye-closed) 서있기 동작을 각각 10초 동안 실시하였다. 백색소음의 적용과 각 과제와 수행순서는 사전 측정에 의해 나타나는 오류를 보완하기 위해, 무작위로 선정하여 실시하였다.
대상자의 동작에 대한 운동학, 운동역학적 자료는 취득하기 위하여 8대의 적외선 카메라(Oqus 300+, Qualysis, Sweden; Sampling rate: 100 Hz)와 1대의 지면반력기(AMTI, BP12001200-2000, USA; Sampling rate: 1000 Hz)가 사용되었다. 추출된 3차원 위치데이터는 Butterworth 2nd order low-pass filter를 사용하여 노이즈(noise)를 제거하였으며 이때, 차단주파수(cut-off frequency)는 6 Hz로 설정하였다.
본 연구에서는 백색 소음을 이용한 청각 자극이 만성뇌졸중 환자의 앉았다 일어서기 및 서있기 동작 시 안정성과 균형성에 미치는 영향을 알아보기 위해 각 대상자가 백색 소음을 청취하기 전과 후 앉았다 일어서기 및 서있기 동작 시 안정성과 균형성을 아래와 같이 분석하였다.
안정성의 경우 동작 중 신체질량중심(center of mass [CoM])에 관련된 변인들을 안정성을 대변하는 변인으로 선택하였으며, 균형성의 경우에는 동작 중 압력중심(center of pressure [CoP]) 에 관련된 변인들을 선택하였다(
본 연구에서는 백색 소음을 이용한 청각 자극 전·후, 만성 뇌졸증 환자의 앉았다 일어서기 및 서있기 동작 시 안정성과 균형성의 차이를 알아보기 위하여 대응표본 t-검정(paired t-test)을 실시하였다. 이때, 통계적 유의 수준은 α=.05로 설정하였다.
본 연구에서는 백색 소음을 이용한 청각 자극이 만성 뇌졸중 환자의 앉았다 일어서기 및 서있기 동작 시 안정성과 균형성에 미치는 영향을 살펴본 결과는 다음과 같다.
백색소음이 뇌졸중 환자의 안정성에 미치는 효과를 분석한 결과, 백색 소음을 청취하기 전과 후 앉았다 일어서기 및 서있기 동작 시 안정성, 균형성 변인에서의 모두 통계적으로 유의한 차이는 나타나지 않았다(
Variables | Task | White noise | t-value ( |
|
---|---|---|---|---|
Before | After | |||
CoM Range A-P |
Standing with eyes-closed | 6.02±1.42 | 5.51±1.30 | 1.50 (.15) |
Standing with eyes-open | 12.69±4.85 | 12.57±4.06 | 0.31 (.76) | |
Sit-to-Stand | 43.79±15.16 | 48.84±16.12 | -1.76 (.10) | |
CoM Range M-L |
Standing with eyes-closed | 4.80±2.33 | 5.78±3.87 | -1.10 (.29) |
Standing with eyes-open | 3.92±3.21 | 6.04±8.43 | -0.96 (.35) | |
Sit-to-Stand | 28.60±9.25 | 32.78±12.18 | -1.92 (.08) | |
CoM Sway area |
Standing with eyes-closed | 0.12±0.13 | 0.11±0.09 | 0.37 (.72) |
Standing with eyes-open | 0.06±0.06 | 0.06±0.05 | -0.12 (.91) | |
Sit-to-Stand | 3.16±2.58 | 4.32±3.37 | -1.83 (.09) | |
BoS-CoM Angle |
Standing with eyes-closed | 7.41±1.90 | 6.87±2.03 | 1.05 (.31) |
Standing with eyes-open | 7.48±1.89 | 6.99±2.05 | 1.00 (.33) | |
Sit-to-Stand | 6.90±2.63 | 6.59±2.79 | 0.34 (.74) | |
BoS-CoM Angle |
Standing with eyes-closed | 5.08±1.98 | 4.97±2.31 | 0.35 (.73) |
Standing with eyes-open | 5.05±2.05 | 4.85±2.19 | 0.57 (.57) | |
Sit-to-Stand | 6.44±2.64 | 6.82±2.78 | -0.92 (.37) |
백색소음이 뇌졸중 환자의 균형성에 미치는 효과를 분석한 결과, 눈감고 서있기 동작 시 백색 소음을 청취 전과 후 CoP의 전·후 이동범위에서 통계적으로 유의한 차이가 나타났다(
Variables | Task | White noise | t-value ( |
|
---|---|---|---|---|
Before | After | |||
CoP Range A-P |
Standing with eyes-closed | 35.22±12.89 | 29.49±11.67 |
|
Standing with eyes-open | 27.19±9.81 | 24.10±6.71 | 1.22 (.24) | |
Sit-to-Stand | 68.20±10.89 | 70.52±11.02 | -0.60 (.56) | |
CoP Range M-L |
Standing with eyes-closed | 15.89±8.43 | 17.10±9.22 | -0.58 (.57) |
Standing with eyes-open | 14.62±8.20 | 16.91±20.62 | -0.43 (.67) | |
Sit-to-Stand | 88.28±41.65 | 84.78±39.40 | 0.29 (.78) | |
CoP Sway area |
Standing with eyes-closed | 368.21±163.34 | 339.60±130.84 | 0.97 (.35) |
Standing with eyes-open | 369.56±165.04 | 373.56±187.37 | -0.09 (.93) | |
Sit-to-Stand | 401.95±147.52 | 404.26±204.34 | -0.07 (.95) | |
CoP Velocity A-P |
Standing with eyes-closed | 580.00±125.52 | 571.23±136.20 | 0.31 (.76) |
Standing with eyes-open | 583.38±121.93 | 592.08±157.38 | -0.24 (.81) | |
Sit-to-Stand | 623.23±123.29 | 640.15±243.09 | -0.40 (.69) | |
CoP Velocity M-L |
Standing with eyes-closed | 590.12±154.37 | 563.04±122.61 | 1.00 (.33) |
Standing with eyes-open | 587.97±140.54 | 582.73±143.69 | 0.19 (.86) | |
Sit-to-Stand | 597.43±129.04 | 592.58±124.78 | 0.25 (.81) | |
CoP-CoM Angle |
Standing with eyes-closed | 5.05±1.70 | 3.87±1.60 |
|
Standing with eyes-open | 5.07±1.73 | 3.82±1.66 |
|
|
Sit-to-Stand | 5.20±1.99 | 4.47±2.46 | 0.96 (.35) | |
CoP-CoM Angle |
Standing with eyes-closed | 4.69±1.31 | 4.63±1.37 | 0.21 (.84) |
Standing with eyes-open | 4.68±1.30 | 4.59±1.37 | 0.29 (.78) | |
Sit-to-Stand | 6.20±2.02 | 6.13±1.73 | 0.19 (.86) |
Note. * indicates statistically significant difference between control and white noise intervention group
본 연구에서는 백색 소음을 이용한 청각 자극이 만성 뇌졸중 환자의 앉았다 일어서기 및 서있기 동작 시 안정성과 균형성에 미치는 영향을 알아보고자 하였다.
CoM은 안정성을 정량적으로 평가하기 위한 가장 대표적인 변인 중 하나로써, 신체의 각 관절 중심점을 토대로 움직임 시 신체를 대변하는 하나의 점이다. 그리고 BoS는 CoM과 함께 안정성을 유지하기 위한 조건으로써 영향을 미치는데, 본 연구에서 활용된 BoS-CoM의 각도는 단순하게 BoS과 CoM을 개별적으로 차이를 살펴보는 것과는 달리 신체적인 특징을 일반화하기 위한 별도의 과정을 요구하지 않기 때문에 보다 안정성을 살펴보기에 보다 적합한 변인이라 할 수 있다(
본 연구에서는 백색소음의 청취 여부에 따라 앉았다 일어서기 및 서있기 동작 시 안정성의 차이가 나타나지 않았다(
CoP는 균형성, 즉 자세제어 능력을 평가하기 위한 지표로써 다양하게 활용되어 왔으며, 이는 지면 그리고 지면과 접촉하고 있는 신체의 분절 사이에서 발현되는 지면반력의 중심위치를 나타내는 하나의 위치이다(
본 연구에서는 백색소음 청취 후 눈감고 서있기 동작 시 CoP 전·후 범위가 통계적으로 유의하게 약 16% 그리고 CoP-CoM의 시상면에서의 각도가 약 23% 감소하였으며, 눈 뜨고 서있기 동작 시 CoP-CoM의 시상면에서의 각도가 통계적으로 유의하게 약 25% 감소하였다(
뇌졸중 환자의 독립적인 일상생활을 위해 백색소음을 적용하는 것은 본 연구결과를 통해 전·후 움직임에 대한 균형성 향상시키는 효과를 나타낸 것을 검증할 수 있었다. 그 효과가 정적인 동작에서 그리고 보다 집중할 수 있는 환경에서 더 두드러지는 것을 고려했을때, 뇌졸중 환자의 재활 및 일상생활 시 정적인 움직임에 대한 균형성을 향상시키기 위한 자극으로 활용될 수 있다고 판단된다. 또한, 본 연구 결과를 바탕으로 앉았다 일어서기 외 보행과 같은 반복적인 움직임 구사하는 동작 시 그 효과를 살펴본다면 또 다른 결과를 나타낼 여지가 남아있다. 따라서 향후 연구에서는 보다 반복적이고 기능적인 움직임에 있어서의 집중을 요구하는 과제을 통한 분석이 필요할 것으로 판단된다.
본 연구는 백색 소음을 이용한 청각 자극이 만성뇌졸중 환자의 앉았다 일어서기 및 서있기 동작 시 안정성과 균형성에 미치는 영향을 알아보기 위해 진행되었다. 본 연구 결과, 백색 소음을 통한 청각 자극이 눈뜨고 서있기 동작 시 균형성 변인인 CoP-CoM의 시상면에서의 각도가 통계적으로 유의하게 감소하였으며, 눈감고 서있기 동작 시 CoP 전·후 이동범위와 CoP-CoM의 시상면에서의 각도가 통계적으로 유의하게 감소하였다. 이는 백색소음을 통한 청각 자극이 뇌졸중 환자의 균형성에 긍정적인 영향을 미칠 수 있음을 시사한다. 그러나 본 연구에서는 그 효과가 정적인 동작인 서있기 동작에서만 나타났으며, 비교적 동적인 동작인 앉았다 일어서기에서는 나타나지 않았다. 또한, 외적인 자극을 최소화하고, 백색소음 청취 후 온전히 집중할 수 있는 환경에서 그 효과가 두드러지는 것으로 나타났다. 따라서 백색 소음의 효과를 극대화하고 실제 현장에 적용하기 위해서는 단순히 백색 소음의 적용 여부 뿐 만아니라, 적용환경에 대한 통제가 필요할 것으로 생각된다. 또한, 추후 보다 반복적이고, 기능적인 동작을 통한 검증을 통해 백색 소음을 통한 청각 자극의 효과를 살펴볼 필요가 있다고 판단된다.
이 논문은 2018년 한국연구재단 신진연구자지원사업의 지원을 받아 수행된 연구임(2018S1A5A8028944)
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