뇌졸중 환자에서 가상현실을 이용한 상지 재활 훈련 · 구정훈 외 2인：뇌졸중 환자에서 가상현실을 이용한 상지 재활 훈련 31 Fig. 1. Examples

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Brain & NeuroRehabilitation Vol. 7, No. 1, M arch, 2014http://dx.doi.org/10.12786/bn.2014.7.1.30

뇌졸중 환자에서 가상현실을 이용한 상지 재활 훈련계명대학교 의용공학과, 1을지대학교 의과대학 을지병원 재활의학교실

구정훈ㆍ임형준1ㆍ강윤주1

Upper Extremity Rehabilitation using Virtual Reality after Stroke

Jeonghun Ku, Ph.D., Hyungjun Im, M.D.1 and Youn Joo Kang, M.D., Ph.D.1

Department of Biomedical Engineering, Keimyung University, 1Department of Rehabilitation Medicine, Eulji Hospital, Eulji University School of Medicine

There is limited evidence regarding the use of virtual reality (VR) and interactive video gaming for improving arm function because there are few such commercial devices and little relevant research. However, evidence of the greater effectiveness of upper extremity VR training over that of conventional therapy after stroke has recently grown due to the adoption of various therapeutic devices. VR applications are novel and potent technologies for upper extremity rehabilitation after stroke because the interface technologies, augmented reality technologies, and various sensorimotor feedback techniques are rapidly advancing. Going forward, VR technology should be designed to provide the possibility of intense functional repetitive practice for patients. The combination of VR with robotic devices, neuromodulation, mirror therapy, and telerehabilitation may synergistically improve upper extremity function after stroke. In severely injured patients, robotic interfaces should be considered, the level of difficulty should be fitted appropriately to the severity of the deficits, and the fact that it is difficult to train patients repeatedly and effectively in a real-world environment should be considered. Further research should be conducted on the application of VR programs in larger populations, VR involving various training paradigms, VR at different exercise levels, and the long-term sustained effects of VR. In addition, synergistically enhanced effects of combining other treatments and feedback paradigms with well-designed interfaces should be investigated. (Brain & NeuroRehabilitation 2014; 7: 30-38)

Key Words: virtual reality, rehabilitation, upper extremity, stroke

Correspondence to: Youn Joo Kang, Department of Rehabili-tation Medicine, Eulji Hospital, 280-1, Hagye-dong, Nowon-gu, Seoul 139-872, KoreaTel: 02-970-8315, Fax: 02-979-8268E-mail: [email protected]

This research was supported by Basic Science Research Program through the National Research Foundation of Korea (NRF) funded by the Ministry of Education (2013R1A1A2060973).

서 론

뇌줄중 환자에서 보바스치료법(neurodevelopmental treat-

ment)등 기존의 전통적인 재활치료는 실험적 관찰보다는

경험적인 요소에 기초를 두고 있다. 현재 행하여지는 치료

시간이 뇌졸중 후 의미 있는 뇌조직화와 뇌가소성을 일으

키기에는 불충분하다는 가설이 제기되었고,1,2 뇌졸중 후

50% 이상의 환자에서 전통적인 치료 후에도 상지 기능의

이상을 지속적으로 호소하며 운동회복 후에도 손상 측 상

지를 사용하지 않으려는 현상(learned nonuse)이 관찰됨에

따라 뇌졸중 환자의 상지 재활 분야에서 실험적 관찰과

근거중심의학에 따른 새로운 접근 방법이 시도되어야 한

다.3 최근 뇌졸중 환자의 상지 치료에 운동 재학습 이론

및 대뇌 피질 활성화 이론에 따르는 로봇 치료법, 건측 제

한 운동 치료법(constrain induced movement therapy), 가

상현실(virtual reality), 운동 연상(mental imagery), 거울

운동법(mirror therapy), 기능적 전기자극(functional electrical

stimulation), 신경조절술(neuromodulation) 등의 다양한

상지 재활기법 등이 사용되며 연구되고 있다.4,5

이중 로봇 치료법, 가상현실 치료법은 치료사의 개입을

줄이고 뇌가소성을 유도할 수 있는 충분한 양의 재활치료

를 제공할 수 있다는 장점으로 최근 다양한 장비가 개발되

고 있다(Fig. 1). 가상현실 프로그램은 뇌졸중 후 운동 재

학습 훈련에 있어 현실과 비슷한, 또는 더욱 증가된 현실

감(augmented reality) 을 제공할 수 있고 다양한 피드백

기전을 이용하여 운동학습을 촉진시킬 수 있어 최근 뇌졸

중 재활에서 중요성이 증가되고 있는 영역이다.6-8 가상현

실 치료법은 시각적인 자극을 통해 대뇌 거울 운동 신경원

세포(mirror neuronal system)를 활성화 시키고 다양한 피

구정훈 외 2인：뇌졸중 환자에서 가상현실을 이용한 상지 재활 훈련

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Fig. 1. Examples of interactive three-dimensional virtual reality devices displayedat the 7th World Congress of the International Society

of Physical Medicine and Rehabilitation (Beijing, China, June 16-20, 2013).

Fig. 2. Robotic interface (ArmeoPower, Hocoma, Volketswil, Switzerland) (A), head-mounted displays (xSightHMD: Sensics, Inc. Mayland,

USA) (B), and cyber-gloves with force feedback (CyberGrasp system, CA, USA) (C) with virtual reality systems have been rapidly evolving

in the field of upper-extremity rehabilitation.

드백 기전을 통해서 광범위한 운동 관련 대뇌 조직을 활성

화시켜 재활치료의 효과를 높일 수 있다.4,9 로봇 치료법,

건측 제한 운동 치료법, 운동 연상, 거울 운동법, 기능적

전기자극법 등 모두 단독으로는 치료 환경이 단조롭고 흥

미나 과제 다양성, 치료 참여도가 떨어지는 단점이 있기

때문에 가상현실 시스템과 연계하여 집중력과 재미를 증

Brain& NeuroRehabilitation：2014; 7: 30~38

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가시키는 치료환경이 설정되어야 더욱 효과가 있을 것으

로 생각된다.10,11

본 글에서는 뇌졸중 환자의 상지 재활에 있어서 가상현

실 치료 장비의 발달(Fig. 2)과 임상적 적용 현황, 새로운

적용분야를 소개하고 향후 로봇 치료법, 신경조절술, 거울

운동법, 원격재활(telerehabilitation) 등과 결합된 형식으

로 제공되어 치료적인 효용성을 높이는 방법 및 연구결과

에 대해 소개하고자 한다.

본 론

1) 가상현실 치료시스템의 발전

인터페이스 장치는 가상현실 속에서 컴퓨터와 상호작

용하는 중요한 장치이다. 간단하게는 키보드나 마우스가

해당되며 두부장착 형 디스플레이 장치(head mounted

display, HMD)와 신체 움직임을 측정하는 위치 추적 장치

(kinetic tracker)의 개발이 가상현실 발전의 원동력이 되었

다.12 HMD는 사용자의 시각을 차단하고 컴퓨터가 만들어

낸 상황이나 자극을 제시함으로써 사용자에게 외부와 단

절된 시각 정보를 제시하는 장치이다. 이를 통하여 가상현

실 기술은 시각적으로 모든 상황을 통제할 수 있게 된다.

또한 실제 외부의 환경을 볼 수 있으며, 그 환경과 함께

가상현실 컨텐츠를 제공하는, 즉 증강현실 기술을 구현할

수 있게 하는 투시형(see-through) HMD가 개발되었다. 최

근에 발표된 Google glass (Google Glass Explorer Edition,

Foxconn, Tucheng District, New Taipei, Taiwan)도 이러

한 투시형 HMD의 한 종류라고 할 수 있다. HMD를 이용

하여 가상현실을 자연스럽게 경험하기 위해서는 여러 기

술적 사항이 확보되어야 한다. 예를 들면, HMD가 제공할

수 있는 화각(field of view), 해상도 그리고 초당 화면 갱신

률(refresh rate) 등이 있으며 더불어 무엇보다 착용했을 때

의 무게 감이 중요한 요소이다. 현재 상용화된 시스템에서

화각이나 해상도가 충분치 않을 때에는 가상현실 멀미

(cybersickness)를 일으키기도 한다. 가상현실 멀미는 여러

가지 요인이 있지만, 사용자의 움직임에 따라 뇌에 전달되

는 전정기관의 정보와 HMD에 의해 제공되는 정보간의

불균형(mismatch)으로 인한 것으로 이해되고 있다. 이러

한 불균형은 컴퓨터에서 그림을 만들어내는 시간과 이를

표시하는 디스플레이 시스템에 대한 차이와 실제로는 왼

쪽과 오른쪽 눈이 사물을 볼 때 움직이지만 HMD에 보여

지는 화면에는 적용되지 않아 발생하는 불균형 등이 원인

으로 파악되고 있다. 이러한 가상현실 멀미는 사용자가 가

만히 화면을 응시하는 환경에서보다 사용자의 움직임과

화면의 변화가 많은 환경에서 많이 발생한다.13 현재 이러

한 가상현실 멀미는 앞으로의 기술적 발전을 통하여 해결

될 수 있을 것으로 기대한다.

위에서 기술한 HMD자체만으로 상호작용이 가능한 가

상현실을 경험하는 데에는 한계가 있다. 가상현실은 시각

으로 구성된 정보를 실제 사용자의 움직임에 따라서 상호

작용을 할 때 사용자에게 몰입감 있는 가상현실 경험을

제공할 수 있기 때문이다. 사용자의 움직임을 추적하는 위

치 추적 장치는 3차원공간에서 신체의 움직임을 측정하여

컴퓨터에 제공하여 사용자의 움직임에 대한 즉각적인 피

드백이 가능하도록 발전하고 있다. 이러한 위치 센서는 작

동 방식에 따라 카메라 및 적외선 카메라를 이용하여 신체

에 부착된 마커를 검출 및 추적하여 기준점에 대한 신체의

움직임을 측정하는 방식과 자기장을 기준점에 형성하여

소형화된 자기장 검출 센서에서 자기장의 변화를 검출하

는 방식으로 사용자의 위치 또는 방향을 측정하는 방법으

로 구분할 수 있다. 방법에 따라서 카메라 방식의 경우 마

커가 가려지면 안되며 자기장 방식의 경우 주변에 자기장

에 영향을 주는 장치가 없어야 하는 등의 제한이 있지만,

위치를 추적한다는 점에서는 동일하다. 이러한 위치 추적

장치를 이용한 예를 들면, 사용자에게 HMD를 부착하고,

머리의 움직임을 측정할 수 있는 위치 추적 장치를 부착하

여 컴퓨터가 사용자가 바라보는 방향의 환경을 만들어서

HMD에 제공하게 하면, 사용자는 실험실 공간이 아닌 컴

퓨터가 만들어낸 세상에 몰입할 수 있게 되는 것이다. 이

에 더하여, 위치 추적 장치는 사용자의 몸의 모든 부위에

부착되어 사용자가 둘러보는 가상환경 안에서 자신의 몸

의 위치를 확인하며 움직일 수 있으며, 가상의 물체와 상

호 작용할 수 있다. 최근, 이러한 위치 추적 장치는 사용자

의 몸에 마커 또는 센서를 부착하지 않고 사용자의 움직임

을 인식할 수 있는 삼차원 카메라방식도 개발되어 적용되

고 있다. 위치 검출 시스템은 카메라가 있는 위치, 자기장

이 영향을 주는 위치 등의 공간적 제약을 받게 되는데, 최

근 반도체 센서와 무선통신 기술의 발달로 사용자의 몸에

가속도 및 여러 정보를 제공하는 센서를 부착하고 이를

무선으로 전송하는 시스템을 적용할 경우 공간적 제약을

넘어서 사용자가 가상현실을 더욱 자유롭게 넓은 범위에

서 경험할 수 있을 것이다.

사용자의 움직임뿐만 아니라, 로봇 시스템과 유사한 힘

반력(force-feedback) 시스템을 착용하면, 컴퓨터가 가상의

힘반력을 제공함으로써 사용자는 어떤 가상의 물체와 상

호작용할 때 힘반력을 느낄 수 있도록 한다. 이를 이용하

면, 사용자는 실제 물체가 존재하지 않음에도 불구하고 시

각적으로는 가상의 물체를 집거나 건드리는 등의 상호작

용 하고, 상호작용 시에 힘반력을 느낌으로써 실제와 유사


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Fig. 3. Commercial video game for upper-extremity rehabilitation after stroke, IREX (A, GestureTekTechnologies, Toronto, Canada) and

Wii (B, Nintendo, Tokyo, Japan).

한 자극을 느낄 수 있다. 여러 모터로 연결되어 있는 막대

기 모양의 장치를 이용하여 상호작용할 수 있는 장비에서

부터, 손가락 마디에 장치를 부착하여 손으로 가상 물체와

상호작용하게 하는 햅틱(haptic) 장비가 있다.14 하지만 햅

틱 장비를 이용하여 힘이나 촉각을 느끼게 하기 위해서는

1초에 천 번 이상의 자극을 제시할 수 있어야 하지만, 현

재에는 가상의 물체와 상호작용으로 발생하는 힘을 계산

하는 데 시간이 오래 걸리는 단점으로, 실제와 유사한 자

극을 완벽하게 제공하기에는 부족한 실정이다. 이를 보완

하기 위해서 미리 계산된 값들을 사용하거나 상호작용의

범위를 줄임으로써 계산 양을 줄이는 방법과 더불어 여러

다른 자극(청각 및 시각 등)을 동시에 제공함으로써 촉각

에서의 한계를 보완하고 있다.

그 외에도 장갑에 많은 센서를 부착하여 손가락의 힘과

손의 움직임을 측정할 수 있는 데이터글로브(data glove)

가 있다. 데이터글러브는 구부림 센서(flexible sensor)가 장

갑에 부착된 형태이며, 이러한 센서는 손가락의 구부림 정

도를 알 수 있게 한다. 단점은 장갑에 부착된 구부림 센서

의 개수에 따라 재연할 수 있는 손 움직임이 결정되는 것

이다, 예를 들면, 손가락의 구부림 정도만을 측정하기 위

해서는 기본적으로 다섯 개의 구부림 센서가 필요하지만

손가락을 편 상태에서 벌리거나 오므리는 행동은 검출하

지 못한다는 것이다. 즉, 복잡한 운동과 힘을 측정하기 위

해서는 더 많은 구부림 센서를 위치 별로 부착해야 한다.

이러한 구부림 센서 기반의 데이터글로브는 그 데이터가

일정하지 않기 때문에 번거로운 보정과정을 거쳐야 하는

단점도 있다. 최근에는 소형화된 가속도 센서의 발전으로,

가속도 센서를 장갑에 위치시키고 이를 이용하여 각 관절

의 회전 정보를 검출할 수 있는 기술이 개발되고 있다.

위에서 살펴본 장치의 발달과 더불어 눈의 움직임을 측

정하는 시선추적기(eye tracker), 손의 악력을 측정하여 전달

하는 악력계(dynamometer), 몸의 중심을 측정하는 힘 판

(force plate), 운동 기능 보완을 위한 로봇 인터페이스 들

이 개발되고 있는데, 이들을 이용하면 향후 운동 및 인지

기능이 심각하게 손상된 뇌졸중 환자들을 위한 맞춤 가상

현실 치료 시스템이 가능해질 것이다. 인터페이스 종류에

따른 치료 효과의 차이를 비교한 연구는 아직 초기 단계인

데, 만성 뇌졸중 환자에서 수지 운동에 힘을 보조한 인터

페이스를 사용한 경우와 그렇지 않은 경우 수지 기능의

호전 정도는 차이가 없다고 하였고,15 최근 연구에서는 만

성 뇌졸중 환자에서 시각-힘반력(visual-haptic) 피드백을

준 경우가 시각적 피드백 단독 또는 수동 로봇 인터페이스

를 도입한 경우보다 훈련효과가 더 오래 지속되었다고 하

였다.16


34 ▸▸▸

Table 1. Virtual Reality in Neurorehabilitation of Upper-extremities after Stroke

AuthorTime since

stroke onsetType of VR

Total no.

of sessions

Outcome

measures

Summary of results compared

with conventional rehabilitation

Piron et al.

(2003)

＜3 m Non-immersive (VR Motion, VRmotion

Ltd., Padova, Italy)

25–35 FM, FIM No difference

Jang et al

(2005)

Chronic

＞6 m

Non-immersive (IREX, GestureTek

Technologies, Toronto, Canada)

20 FM, BBT, MFT More effective compared

with no treatment group

Yavuzer et al.

(2008)

＜12 m Immersive (Playstation EyeToy, Sony

Entertainment, Tokyo, Japan)

20 Brunnstrom, FIM More effective compared

with placebo therapy

Saposnik et al.

(2010)

＜3 m Non-immersive (Wii, Nintendo, Tokyo,

Japan)

8 WMFT, BBT, SIS More effective compared

with recreational activity

Cameirao et al.

(2011)

＜1 m Non-immersive (RGS, SPECS Research

lab, Barcelona, Spain)

36 BI, MRC, MI, FM,

CAHAI

More effective

Crosbie et al.

(2012)

Chronic

＞6 m

Immersive (UUVRR, Newtownabbey,

Northern Ireland)

9 MI, ARAT No difference

Subramanian et al.

(2012)

Chronic

＞6 m

Non-immersive (CAREN, Motek Medical,

Amsterdam, Netherlands)

12 FM, RPSS, WMFT,

MAL-AS

More effective

Kwon et al.

(2012)

＜3 m Non-immersive (IREX, GestureTek Tech-

nologies, Toronto, Canada)

20 FM, MFT, BI, More effective

Turolla et al.

(2013)

N.A. Non-immersive VRRS (VRRS, Khymeia

Group, Noventa Padovana, Italy)

40 FM, FIM More effective

Sin et al.

(2013)

Chronic

＞6 m

Non-immersive (Xbox Kinect, Microsoft,

Washington, United States)

18 AROM, FM, BBT More effective

FM: Fugl–Meyer Arm Scale, WMFT: Wolf Motor Function Test, JTHF: Jebsen Test of Hand Function, FIM: Functional Independence

Measure, BBT: Box and Blocks Test, MFT: Manual Function Test, AMPS: Assessment of Motor and Process Skills, MAS: Modified

Ashworth Scale, SIS: Stroke Impact Scale, MI: Motricity Index, MRC: Medical Research Council Grade, BI: Barthel Index, CAHAI:

Chedoke Arm and Hand Activity Inventory, ARAT: Action Research Arm Test, RPSS: Reaching Performance Scale for Stroke, MAL-AS:

Motor Activity Log Amount Scale, AROM: active ROM, VR: virtual reality.

2) 상지 운동 재활에 임상적인 적용

1990년대까지 가상 현실 프로그램은 실험실내에서만

구동 가능한 수준이었고 2000년 이후 오락게임회사에서

시판하는 Wii, EyeToy을 시작으로 하여 임상 연구가 진행

되었으며(Fig. 3) 2010년 이후, 환자를 위한 가상 현실 프

로그램이 속속 개발되기 시작하여 임상 연구가 진행 중이

다. Cochrane review에서는 2010년까지 진행된 7개 가상

현실 상지 재활치료에 대한 연구(205명)를 분석하였는데,

뇌졸중 환자에서 IREX, EyeToy, Wii 등의 가상현실 치료

가 같은 량의 전통적인 재활치료보다 상지 기능을 더욱

호전시켰다는 연구결과는 근거가 충분치 않다고 하였다.17

Saposnik 등은 12개의 연구를 분석하였는데, 이중 11개의

연구에서 가상현실 치료 후 상지기능의 호전을 보였다고

하였고, 5개의 무작위 환자 대조군 연구에서 가상 현실 치

료가 전통적 치료보다 Fugl-Meyer scale (FM scale)를 더욱

호전시켰다고 하였으나 Box and Block test, Wolf motor

function test 의 호전 정도는 차이가 없었다고 하였다.7 이

러한 결과는 2010년 이전에는 상용할만한 장비가 부족하

였고 기존의 오락 게임시장에서 개발된 프로그램은 내용

이나 장비 면에서 재활치료의 목적으로는 효용성이 낮았

기 때문으로 생각된다. 최근 장비의 개발에 따른 무작위

환자 대조군 연구 량이 증가하고 있는데 가상현실 상지

재활 치료의 효과를 기존 전통적 방법과 비교한 최근 연구

결과에서는 가상현실 치료가 다양한 상기 기능 평가 도구

점수를 유의하게 호전시켰다고 보고하고 있다(Table 1).18-26

Turolla 등은 대규모 무작위 환자 대조군 연구(376명)에서

뇌졸중 환자에서 가상현실 치료가 기존 전통적 치료를 시

행했을 때와 비교했을 때 FM scale과 functional independent

measure 점수가 유의하게 향상되었다고 하였다.27 발병 6

개월 이전과 이후의 급 만성기 환자로 나누었을 때 가상현

실 치료 효과의 의미 있는 차이는 보이지 않았고 15시간

이하의 가상현실 치료를 한 연구에서는 상지기능 호전도

가 유의하지 않았으나 15시간 이상 치료한 연구에서는 의

미 있는 호전이 있었다고 하였다.17 가상현실 치료 후 3개

월 이상의 장기적인 효과에 대한 두 연구에서 긍정적인

결과를 보고하고 있다.27,28 향후 임상 연구에 있어 기존 전

통적 치료와의 비교 연구뿐 아니라 전통적 치료와 동시


◂◂◂ 35

Fig. 4. Upper-extremity visuomotor

training in the Rehabilitation Gaming

System (RGS, SPECS Research Lab,

Barcelona, Spain).

Fig. 5. Intensive repetitive practice for wrist rehabilitation after

stroke (Ski game for wrist exercise following stroke, Metasio Asia,

Inc., Kyungki-do, Korea).

제공되었을 때의 상승 효과, 치료 량의 차이에 따른 호전

의 정도, 치료 후 장기적인 효과에 대한 연구가 폭 넓게

이루어져야 할 것이다.

3) 새로운 상지 재활치료 분야

(1) 감각운동성(sensorimotor) 훈련

Lang 등은 현재 행하여지는 전통적인 상지재활치료의

현황을 관찰하여 발표하였는데 감각운동성 훈련(sensori-

motor training)이나 기능적 운동(functional training) 등이

다른 능동적, 수동적 운동부분보다 부족하다고 하였다.1

상지에 있어서 감각운동성 운동은 피드백을 이용하여 체

성 감각자극을 강화할 수 있는 운동법이며 기능적 운동은

상지에서 잡기, 쥐기, 뻗기, 끈 묶기 등 기능적인 능력을

연습시키는 훈련이다. 여러 연구에서 단순 3D 가상현실

기술이 실제 환경을 그대로 모방한다고 하여도 가상세계

훈련과 실제 훈련에서 느끼는 감각 정보의 차이는 존재한

다고 하였다.6,29 최근 개발되는 증강현실 기술(augmented

reality)은 실 세계에 3차원 가상물체를 겹쳐 보여주는데

실제 자신의 모습을 보여주기 때문에 현재 위치에 대한

체성 감각자극(somatosensory input)을 일반 가상환경보

다 더 증가시킬 수 있다. 이러한 증강 현실기술과 위치 추

적 장치를 이용하여 자신의 모습을 보면서 상지의 다양한

동작과 자세 유지기술, 기능적 운동 등 감각운동성 훈련이

가능하다. 이러한 훈련의 예로 rehabilitation gaming system

(RGS, SPECS Research lab, Barcelona, Spain)에서는 상지

의 기능적 운동(reaching and grasping)중에 날라오는 물체

의 속도, 크기, 분포 등을 변화시켜 다양한 난이도의 visuo-

motor training을 제공하도록 설계되었는데 최근의 fMRI

연구에 따르면 운동 관련 대뇌영역을 광범위하게 활성화

시켰다(Fig. 4).30

(2) 고유수용감각(proprioceptive feedback) 훈련

뇌졸중 후 재활과정에서 고유수용감각 저하(propriocep-

tive dysfunction)은 심각한데 이에 대한 다양한 치료방법

이 없는 실정이다. 가상현실 속에서는 다양한 피드백 기전

을 통해서 훈련자의 고유수용감각성 자극을 증가시킬 수

있다.31,32 가상현실 내에서 시각적인 피드백을 적절히 차

단하게 되면 자신의 팔의 위치감각에 대한 피드백을 줄

수 있도록 만들어 고유수용감각성 훈련이 가능하며 또한

이러한 프로그램을 잡기 쥐기 뻗기 등의 상지의 기능적인

운동과 결합시키면 기능적 훈련과 동시에 고유수용감각

성 피드백 훈련이 가능하다. Kang등은 뇌졸중 환자에서,

HMD를 이용하여 가상 현실 내에서 가상의 컵을 잡도록

하는 과제지향적인 상지운동을 수행하게 하였는데 고유

수용감각성 자극을 증가시킨 경우에서 운동유발전위의

진폭이 유의하게 증가되었다고 하였다.33

(3) 가상 거울(virtual mirror) 훈련

거울 운동 치료법은 경제적이고 쉽게 적용할 수 있는

장점이 있으나 임상에서 적용해 보았을 때 재미가 없어

환자의 치료에 대한 순응도가 떨어지는 단점이 있었다. 또

한 건측 손의 움직임에 대한 시각적 착각을 일으켜서 환측

뇌를 활성화시킨다는 가설은 실험을 통해 충분히 검증되

지 못하여 이론적 근거가 부족하였다. Kang 등은 실제 거

울 훈련과 가상 거울 훈련을 수행하면서 대뇌 운동피질의

활동도를 평가하였는데 정상군과 뇌졸중 군 모두에서 실

제 거울운동을 시행할 때보다 가상 거울 운동을 실시할

때 대뇌운동피질의 활성화가 증가되었다.33 이러한 결과

는 HMD기술을 이용한 집중력 증가, 과제 지향적인(goal

directed) 운동 제공 등으로 가상 거울 운동이 실제 거울


36 ▸▸▸

운동보다 환측 대뇌운동 피질을 더욱 활성화 시킬 수 있음

을 시사한다.

(4) 집중 반복 훈련(intensive functional repetitive

practice)

뇌졸중 환자의 손상 단계에 따른 기능적 수준에 맞추어

견관절 신전, 주관절 회외(supination), 손목 신전, 수부 신

전 등 기능적으로 중요하지만 실제 훈련 환경에서는 집중

적인 훈련이 어려운 요소를 찾아서 시뮬레이션 된 집중

반복 기능 훈련(intensive functional repetitive practice)을

할 수 있는 환경을 구축하는 것도 뇌졸중 환자의 상지 재

활에 있어서 중요한 방향이다(Fig. 5).

4) 가상현실 기술과 다른 기존의 치료법의 결합

(1) 로봇과 가상현실(robotics and virtual reality)

뇌졸중 환자의 상지 재활치료에 있어 환자의 기능손상

의 정도가 심할 때는 로봇을 이용한 인터페이스 장치를

사용하는 것이 바람직하다. 재활 로봇을 사용하는 일차적

인 이유는 기능손상으로 어떠한 움직임을 정확히 하기 어

려울 때, 정확한 운동을 반복적으로 시행하기 위한 도구로

사용하는 것이다. 근력 손상의 정도가 심한 뇌졸중 환자의

경우도 로봇을 이용하여 재활운동에 참여 시킬 수 있고,

손상 받은 상지의 움직임과 운동을 수행할 수 있도록 함으

로써 기능들을 회복시킨다. 특히 로봇이 환자의 의도를 파

악하여 운동을 강화하는 방법으로 도움을 주게 되면 환자

의 의도와 움직임에 대한 오차를 보정하는 과정에서 관련

대뇌 운동 네트워크 시스템이 활성화 되며 이는 뇌졸중

회복기 환자에서 뇌가소성을 가속화 시킨다.34

이제까지 로봇 치료법은 뇌졸중 초기에 근력을 보조한

다는 측면에서 개발되었기 때문에 운동 능력이 향상되어

좀 더 정교한 재활이 필요한 단계에 이른 환자들에게는

새로운 치료적 접근이 필요하다. 또한 이 단계에서는 고식

적인 재활 훈련 또한 집중적이고 효과적인 치료 환경을

이끌어내기 어려운 한계점에 직면하게 되는데 이를 보완

하기 위해서 로봇을 이용할 수 있다. 이중 한가지는 로봇

을 통해 운동을 도와주는 것이 아니라 방해하는 요소로

작용시키는 것이다. 즉 운동에 따른 에러를 보정하고자 하

는 인지적 요소를 증대시킴으로써 대뇌 운동 네트워크 시

스템을 활성화시켜 운동 재활의 효과를 높일 수 있다는

것이다.35 또한, 로봇 치료와 가상 현실 프로그램을 같이

제공하면 피드백, 과제 다양성 등 인지적인 요소를 개입시

킨 다양한 운동학습을 제공할 수 있어서 흥미롭고 집중력

있는 훈련이 가능하다.36-38

(2) 가상 현실 치료와 신경조절치료(virtual reality and

neuromodulation)

최근 각광받고 있는 비침습적인 대뇌피질 자극법인 반

복 경두개 자기자극법과 경두개 전기자극법 등이 가상현

실 훈련과 동시 또는 순차적으로 제공되었을 때의 상승효

과 또한 흥미로운 연구 분야이다. Lee등은 아급성기 뇌졸

중 환자에서 가상현실 치료법, 경두개 전기자극(cathodal

tDCS)이 단독으로 제공된 경우보다 동시에 같이 제공되

었을 때 FM scale, manual function test 점수가 호전되었

다 보고하였다.39 이러한 효과는 뇌졸중 회복기에 가상현

실 치료 와 신경조절치료는 뇌가소성을 촉진 시키는 동반

효과가 있는 것으로 기대되며 앞으로 임상적용을 위해 대

상 환자군을 손상 정도, 손상시기에 따라 세분화하고 적용

장비 및 방법, 치료시간에 따른 치료효과에 대한 연구가

이루어 져야 할 것이다.

(3) 가상현실 치료와 원격 재활(virtual reality and

telerehabilitation)

원격재활은 각 가정이나 지역 기반 네트워크를 통한 재

활서비스를 제공하는 것으로 급성 뇌졸중 환자에서 재원

일수를 줄일 수 있고 만성 환자에서는 가정에서 자가운동

을 촉진시킬 수 있다. Piron 등은 만성 뇌졸중 환자에서

한 달간 저비용 가상현실 장비를 통한 원격 상지재활치료

를 가정 기반으로 시행하여 기존의 재활치료를 시행한 군

과 비교하였는데 원격 재활을 시행한 군이 치료 후 FM

scale 상지 점수의 향상이 컸고 3개월까지 지속되었다고

하였다.40

결 론

뇌졸중 후 상지 기능 호전에 있어 단순한 게임을 이용한

가상현실 치료에 대한 기존 전통적 재활치료와의 비교 연

구는 적용 장비, 피험자 수 및 연구 량이 부족하고 따라서

근거가 충분치 않았다. 하지만 최근 연구 량이 증가하고

있고 다양한 장비를 도입하고 있으며 대규모 환자 대조군

연구에서 긍정적인 연구 결과를 보고하고 있다. 최근 인터

페이스 장비, 다양한 피드백 방법, 증강 현실기술 개발이

눈부시게 발전하고 있어 뇌졸중 재활에 있어 가상 현실

치료의 잠재적인 가치는 높고 임상적 적용 또한 다양해

질 것이다. 가상현실 치료는 뇌졸중 환자의 기능적 손상

수준에 맞추어 손상의 정도가 심할 경우는 로봇 인터페이

스와 같이 제공되어야 하며 재활 로봇, 신경조절치료, 원

격재활 등과 결합된 형식으로 제공되어 좀 더 효과적으로

뇌졸중 후 상지 운동기능 회복을 촉진시킬 수 있을 것이

다. 향후 기존 전통적 치료와의 대규모 비교 연구뿐 아니


◂◂◂ 37

라 전통적 치료와 동시 제공되었을 때의 상승효과, 치료

량의 차이에 따른 호전의 정도, 치료 후 장기적인 효과,

다양한 피드백 방법, 훈련 방법, 환자군 설정에 대한 연구

가 폭 넓게 이루어져야 할 것이다.

감사의 글

이끌어주신 한양대 의공학교실 김선일 교수님, 연세의

대 재활의학과 박은숙, 김덕용 교수님께 감사드립니다.

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뇌졸중 환자에서 가상현실을 이용한 상지 재활 훈련 · 구정훈 외 2인：뇌졸중 환자에서 가상현실을 이용한 상지 재활 훈련 31 Fig. 1. Examples