파킨슨병 환자에게서 3차원 동작 분석과 활동분석기를 이용한 보행의 정량적 분석

Abstract

파킨슨병은 가장 흔한 이상운동질환으로 운동완만, 경직, 떨림과 자세 불안의 증상이 나타나는 질환이다. 파킨슨병의 임상증상은 운동과 관련된 증상으로 전문가의 시진에 의한 진찰이 가장 중요하며 실제 임상에서도 전문의의 주관적인 판단이 파킨슨병을 진단하는데 가장 중요한 척도로 이용되고 있다. 파킨슨병의 보행은 느리고 보폭이 짧으며 팔의 움직임이 저하되어 있는 점이 특징이며 병이 진행하면 중심을 잡기 힘들어지고 발이 바닥에서 잘 떨어지지 않는 보행동결이 나타날 수 있다. 현재 임상에서는 설문지 형식의 보행동결척도(Freezing of gait questionnaire)나 Unified Parkinson’s Disease Rating Scale(UPDRS)척도를 이용하여 파행보행의 정도를 평가한다. 하지만 이러한 척도들은 검사자의 관찰과 환자들의 기억을 통해 점수가 매겨진다. 신뢰도와 타당도가 여러 연구에서 입증되었으나 정량적 측정을 할 수 없어 여러 연구영역에서 한계가 많다. 최근에는 3차원 동작분석이나 가속 분석기를 통하여 신체의 활동량이나 동작을 정량화하는 시도가 많아지고 있으며 스포츠의학이나 재활영역에서 활발하게 응용되고 있다. 본 연구에서는 이러한 정량적 분석도구들을 사용하여 파킨슨병 환자의 움직임을 분석하고 응용하고자 한다. 파킨슨병 환자의 보행을 1) 느린 보행, 2) 자세불안정, 3) 보행동결로 나누고 각 영역별로 정량적 분석을 하였다. 본 연구에서는 상기의 3가지 영역을 기준으로 각각 4개의 다른 개별연구들로 구성되어 있다. 3차원 동작분석을 통해 느리고 보폭이 짧은 보행은 시공간적 요소와 팔의 움직임과 같은 운동형상학적 요소를 측정하였다. 시공간적 변수는 보행률(cadence), 활보장(stride length), 보행속도 (walking speed)등으로 구성되어 있으며 입각기(stance phase) 와 유각기(swing phase)도 측정할 수 있다. 팔의 움직임은 시상면(sagittal plane)에서 운동형삭학적 요소로 팔의 움직임의 진폭을 구하였다. 본 연구에서는 파킨슨병 환자에서 상지에 추가적인 무게를 적용하였을 때 보행속도를 비롯한 다양한 보행요소들이 좋아짐을 확인하였다. 또 3차원 동작분석을 이용하여 운동형상학적 요소들을 분석한 결과 팔의 흔들림이 혈관성 파킨슨병에 비해 현저히 비대칭적이고 보폭도 작음을 증명하였다. 자세불균형은 발판의 압력을 측정하여 압력이 한곳에 모이는 위치를 측정하는 힘 플랫폼(AMTI, Watertown, MA, USA)을 이용하여 압력의 중심(center of pressure)로 측정하였다. 이 장치를 통해 가쪽 지지대가 파킨슨병 환자에게서 자세 불균형을 의미 있게 줄여주는 결과를 도출하였다. 보행동결은 보행을 시작할 때, 돌 때, 장애물이 앞에 놓일 때 등 특정한 상황에 일시적으로 발생하는 증상으로 일반적인 신경학적 검사에서 관찰되지 않을 수 있다. 이러한 특성으로 신체에 부착 가능한 가속도계를 이용하여 측정하였다. 여러 선행연구에서 가속도계를 이용하여 수직가속을 분석하여 보행 지수 (Freezing index)를 구하는 방식이 파킨슨병의 보행동결 측정에 높은 정확도를 보임을 증명하였다. 본 연구에서는 가속도계를 이용하여 장시간 보행동결을 측정하여 민감도와 특이도를 구하였고 이전 결과와 마찬가지로 장시간에서도 비슷한 민감도와 특이도를 얻을 수 있었다. 결론적으로 본 연구에서는 파킨슨병의 정량적인 보행분석을 통하여 여러 임상적인 응용과 연구에서 활용 가능함을 증명하였다. 3차원적 영상기술의 발달로 파킨슨병 환자에게서의 임상적인 적용은 향후 더 가속화될 것으로 보이며 본 연구는 이러한 발전과정을 한 단계 향상 시킨 연구들이라 할 수 있다. |Parkinson's disease (PD) present with bradykinesia, rigidity, tremor, postural instability, and gait disturbance. Most clinical features of PD are abnormal movements, so an examination by an expert is the only way to diagnose PD. Practical clinical scales, such as the Unified Parkinson’s Disease Rating Scale (UPDRS) and freezing gait questionnaire, are used to estimate severity of the gait disturbance in patients with PD. Movement disorders can be quantified with the development of a mobile sensor and three-dimensional motion analysis. Several electrical devices that capture motion are commonly used in rehabilitation and sport medicine. In this report, we assessed the objective quantification of gait and postural instability in patients with PD. We used a three-dimensional motion analysis system at Hauendae Paik Hospital. Motion capture devices have a forceplate at the center to determine pressure. We divided gait and posture in patients with PD into three categories of 1) hypokinetic gait, 2) postural instability, and 3) Freezing of gait (FOG). This report is composed of three categories and four separate studies to quantify gait and posture in patients with PD. The gait pattern including hypokinetic, short-step gait, and decreased arm swing can be analyzed in patients with PD using three-dimensional motion analysis. We demonstrated that gait parameters including walking speed were improved significantly after arm loading. We found the difference of gait pattern between vascular Parkinsonism and PD. Postural instability can be quantified using center of gravity (COP) using a force platform (AMTI, Watertown,MA,USA). We demonstrated that standing on lateral wedges decreased length and velocity of COP in PD. FOG can be evaluated using a wearable linear accelerator. The freezing index (FI), which is defined as the power in the freezing band divided by the power in the locomotor band, is commonly used to detect FOG. We evaluate the sensitivity and specificity of wearable accelerometer for detecting FOG in long-term monitoring. In conclusion, we proved the clinical utility of variable quantitative tools for movement in PD. With developing technique of devices, much implication of objective measurement in PD should be followed.; Parkinson's disease (PD) present with bradykinesia, rigidity, tremor, postural instability, and gait disturbance. Most clinical features of PD are abnormal movements, so an examination by an expert is the only way to diagnose PD. Practical clinical scales, such as the Unified Parkinson’s Disease Rating Scale (UPDRS) and freezing gait questionnaire, are used to estimate severity of the gait disturbance in patients with PD. Movement disorders can be quantified with the development of a mobile sensor and three-dimensional motion analysis. Several electrical devices that capture motion are commonly used in rehabilitation and sport medicine. In this report, we assessed the objective quantification of gait and postural instability in patients with PD. We used a three-dimensional motion analysis system at Hauendae Paik Hospital. Motion capture devices have a forceplate at the center to determine pressure. We divided gait and posture in patients with PD into three categories of 1) hypokinetic gait, 2) postural instability, and 3) Freezing of gait (FOG). This report is composed of three categories and four separate studies to quantify gait and posture in patients with PD. The gait pattern including hypokinetic, short-step gait, and decreased arm swing can be analyzed in patients with PD using three-dimensional motion analysis. We demonstrated that gait parameters including walking speed were improved significantly after arm loading. We found the difference of gait pattern between vascular Parkinsonism and PD. Postural instability can be quantified using center of gravity (COP) using a force platform (AMTI, Watertown,MA,USA). We demonstrated that standing on lateral wedges decreased length and velocity of COP in PD. FOG can be evaluated using a wearable linear accelerator. The freezing index (FI), which is defined as the power in the freezing band divided by the power in the locomotor band, is commonly used to detect FOG. We evaluate the sensitivity and specificity of wearable accelerometer for detecting FOG in long-term monitoring. In conclusion, we proved the clinical utility of variable quantitative tools for movement in PD. With developing technique of devices, much implication of objective measurement in PD should be followed.