시각 피드백 균형 플랫폼 훈련과 기존 재활을 결합한 전무릎 관절 접합술 후 균형 기능

요약

제시된 프로토콜의 목표는 전통적인 재활 훈련과 시각 피드백 균형 플랫폼 훈련을 결합하여 전무릎 관절 성형술 후 균형 기능을 향상시키는 것입니다.

초록

이 프로토콜의 목적은 1차 일측 전무릎 관절 성형술(TKA)을 받는 노인 환자에서 기존 재활과 시각 피드백 균형 플랫폼 훈련을 결합하는 것의 실현 가능성과 효과를 조사하는 것입니다. 이 방법은 1차 일측 TKA(남성 23명, 여성 37명)를 포함한 단일맹맹 무작위 대조 시험을 포함했습니다. 참가자들은 무작위로 대조군(n=30; 평균 연령 69.60± 2.98세) 또는 관찰군(n=30세; 평균 연령 70.87세± 4.26세)에 배정되었습니다. 대조군은 기존 재활을 받았고, 관찰 그룹은 일반 재활과 시각 피드백 균형 플랫폼 훈련을 받았습니다. 시각 피드백 중재는 수술 후 두 번째 주에 시작되었으며, 주 5회, 세션당 20-30분씩 5주 동안 진행되었습니다. 균형 기능은 운동 경로 길이(LMT)와 운동 타원(AME) 등 플랫폼별 지표를 사용하여 평가하였다. 기능적 가동성은 타임드 업 앤 고 테스트(TUGT), 싱글 레그 스탠스(SLS), 타이밍 앉아 서기(STS), 타이머 스테어 테스트(TST)를 통해 평가되었습니다. 데이터는 p< 0.05의 유의한 수준을 가진 독립 및 쌍 t-검정을 사용하여 분석하였습니다. 6주 프로그램 후 두 그룹 모두 기준선과 비교해 모든 지표에서 유의미한 개선을 보였다(p < 0.05). 그러나 관찰군은 대조군에 비해 유의하게 우수한 결과를 보였습니다. 특히, 관찰군에서 정적 안정성 지표(LMT, AME)와 TUGT 성능이 유의하게 더 좋았다(p < 0.01). 마찬가지로, 관찰군은 SLS, STS, TST에서 유의한 개선을 보였으며(p < 0.05), 시각적 피드백 균형 플랫폼 훈련을 기존 재활과 통합함으로써 노년 TKA 환자에서 정적 및 동적 균형 기능을 크게 향상시켜 기존 재활만으로는 우수한 효능을 제공하였습니다.

서론

무릎 골관절염(KOA)은 전 세계 40세 이상 인구의 약 23%에 영향을 미치는 흔한 퇴행성 근골격계 질환으로, 만성 통증, 관절 운동성 제한, 균형 및 고유수용감각 저하, 비정상적인 보행, 전반적인 기능 저하가 특징입니다¹. 진단 및 치료 기술의 발전에도 불구하고, KOA는 고령화 인구와 증가하는 비만율로 인해 여전히 중요한 공중보건 과제로 남아 있습니다. 전무릎 관절 성형술(TKA)은 말기 KOA에 효과적인 중재법으로, 통증 완화와 기능 개선에 효과적입니다^. 그러나 많은 환자들이 수술 후에도 기능적 한계를 계속 경험하는 것으로 나타났으며, 평균 보행 속도가 18% 감소하고 계단 오르는 속도가 최대 51% 감소하는 등의 증상이 나타납니다^. 특히, TKA 환자의 약 40%는 수술^{전 4단계}와 비교할 수 있는 높은 낙상 위험에 남아 있으며, 쪼그려 앉기, 측면 움직임,⁵번 회전과 같은 기능적 활동에서 상당한 어려움을 보입니다.

전무릎 관절 성형술(TKA) 후 재활은 기능 회복, 통증 완화, 일^{상생활 자}립 강화에 매우 중요합니다. 주요 목표는 운동 범위(ROM) 극대화와 관절 주변 근육 강화, 궁극적으로 일상 생활 활동(ADL^)을 향상시키는 것입니다7. 무릎 안정성과 균형 조절은 온전한 고유수용감각과 효율적인 신경근 조절에 의존하며, TKA의 최적 결과를 위해 매우 중요합니다.

시각 피드백 균형 플랫폼 훈련 시스템인 시각적 피드백 기반 훈련 장치는 정량적 균형 평가와 목표^{운동 8}을 결합합니다. 이 프로토콜은 부분 체중 부하 능력을 가진 노인 후후(TKA) 환자를 대상으로 합니다. 그러나 안전성과 실현 가능성을 보장하기 위해 중증 인지 장애(MMSE < 24) 환자나 독립적으로 서지 못하는 환자는 제외합니다. 압력 중심(COP) 움직임에 대한 실시간 시각적 피드백을 제공함으로써, 이 시스템은 감각운동 제어 루프를 강화하기 위해 다방향적이고 과제 지향적인 운동을 환자에게 안내합니다. 기존의 주관적 재활과 비교할 때, 이 접근법은 즉각적인 오류 수정을 위한 외부 집중 초점을 제공함으로써 운동 학습을 향상시킵니다. 시각 피드백 훈련은 뇌졸중이나 파킨슨병과 같은 신경 재활 집단에서 효과가 입증되었지만, TKA 이후 균형 회복을 위한 구체적인 적용과 표준화된 프로토콜은 추가 연구가 필요합니다. 따라서 이 프로토콜의 목적은 TKA 환자의 정적 및 동적 균형 안정성을 정량적으로 개선하여 기존의 주관적 재활의 한계를 해결하는 표준화된 시각 피드백 훈련 방법을 입증하는 것입니다.

프로토콜

이 연구 프로토콜은 쉬저우 의과대학 부속병원 윤리위원회(승인 번호: XYFY2024-KL316-01)로부터 승인을 받았으며, 모든 참가자로부터 사전 동의를 받았습니다.

1 . 연구 설계 및 참가자 선발

1. 단일 맹검과 대조군을 활용한 무작위 대조 시험을 사용하여 프로그램의 실현 가능성과 효과를 평가합니다. 2024년 1월부터 2025년 6월까지 쉬저우 의과대학 부속병원 정형외과에서 일차 단측 무릎 전부 관절 성형술(TKA)을 받은 총 60명의 환자를 연구 대상으로 선정합니다.
2. 무작위 숫자표를 사용해 환자를 대조군(n=30)과 관찰군(n=30)에 무작위로 배정합니다. 연속 번호가 매겨진 불투명한 봉투로 배분을 숨기세요. 기기에 대한 자세한 내용은 재료표에서 확인할 수 있습니다.
3. 자격 심사
   1. 포함 기준: 처음으로 일방성 TKA를 받는 환자 포함; 나이 ≥65세; 정신이 맑고, 인지 기능도 정상이며(미니 정신상태 검사(MMSE) 점수 > 24), 청력 장애가 없고, 효과적인 의사소통 능력; 그리고 사전 동의서에 서명하고 연구 기간 내내 추적 관찰에 참여할 것을 약속했습니다.
   2. 제외 기준: 심장, 간, 폐, 신장 등 주요 장기에 심각한 기능 부전이 있는 환자를 제외합니다; 불안장애, 우울증 진단을 받은 환자 또는 장기간 정신과 약물을 복용한 환자; 참가자들은 동시에 다른 중재적 임상 연구에 등록했으며; 그리고 균형 기능에 큰 저해가 될 수 있는 다른 신경학적 질환(예: 뇌졸중, 심한 말초 신경병증 등)을 가진 참가자들도 포함됩니다.
4. 무작위화와 눈가리개
   1. 표준 난수표 방법을 사용하여 환자를 무작위로 대조군(n=30)과 관찰군(n=30)에 배정하여 완전한 무작위화와 선택 편향을 제거합니다. 연속 번호가 매겨진 불투명한 봉투로 배분을 숨기세요. 이 연구는 단일 블라인딩(평가자가 그룹 배분에 눈가림 적용; 그림 1).

2 . 기초 평가

참고: 실험 전에 경험 많은 물리치료사가 모든 환자를 대상으로 다음과 같은 평가를 수행했습니다: LMT(mm), AME(mm²), 타임드 업 앤 고 테스트(TUGT), 한 다리 스탠스 타임(SLS), 타이밍 스티브 투 스탠드 테스트(STS), 타이머드 스테어 테스트(TST).

1. 시각 피드백 균형 플랫폼 훈련 시스템 평가: 시각 피드백 균형 플랫폼 훈련 시스템을 사용하여 두 발 서서 테스트합니다. 개시와 감안시 모두에서 COP 매개변수를 기록하세요: LMT(mm)와 AME(mm²). 각 시험 시도는 30초간 지속되고, 3번 반복한 후 평균 값을 취했습니다. LMT의 경우 길이가 길수록 균형 함수가 더 약해집니다. AME의 경우 면적이 넓어질수록 균형 기능이 떨어집니다. 두 매개변수의 값이 작을수록 균형 함수가 더 좋다는 뜻입니다.
   참고: 눈을 뜨는 상태는 완전한 감각 통합과 함께 균형을 평가하는 반면, 눈을 감은 상태는 시각적 입력을 제거하여 고유수용감각과 전정 기여를 분리합니다.
2. TUGT: 환자에게 표준 의자(좌석 높이 약 46cm)에서 일어나 3m를 직선으로 걷고, 돌아서서 돌아와 다시 앉으라고 지시합니다. 연습 시도는 한 번 허용하세요. 정식 시험을 2번 진행하고 평균 시간을 기록하세요. 시험 중에는 신체적 도움을 제공하지 마세요.
3. SLS: 단일 다리 정적 균형 능력을 평가합니다. 환자에게 두 손을 자연스럽게 옆으로 늘어뜨린 상태로 서 있게 하세요. 한쪽 다리는 무릎을 굽히고 약 15-20cm 들어 올려 두 다리가 접촉을 피합니다. 환자가 한 다리로 안정성을 유지하며, 들어 올린 발이 땅에 닿지 않거나 지지하는 다리가 움직이지 않는 시간을 기록하세요. 수술용 측 다리의 눈을 뜨고 한 다리 서기 시간을 테스트하세요. 검정을 2번 수행하고 분석에 가장 좋은 값을 사용하세요. 더 큰 값은 더 나은 균형 기능을 의미합니다.
4. TST: 환자가 안전하고 신속하게 네 계단(각 계단은 약 17-18cm 높이)을 오르내리는 데 필요한 총 시간(s 단위)을 기록하세요. 이 검사는 기능적 가동성, 근력, 동적 균형을 반영합니다. 검사를 한 번 수행하세요. 더 작은 값일수록 더 나은 균형 함수를 의미합니다.

3 . TKA 이후 일반 재활 훈련

참고: 대조군과 관찰군 환자 모두가 이 교육을 받았습니다.

1. 1기 (수술 후 1-7일)
   1. 발목 펌프 운동을 준비하세요. 한 번에 5초, 세트당 5회에서 10회, 하루에 4-5세트씩 하세요.
   2. 관절 가동성 훈련: 무릎 굴곡 각도 제한< 90° 지속 수동 운동 보조 훈련을 하루 20분씩 수행하세요. 무릎 신전 운동을 1세트당 5-10회, 하루 2-3세트씩 하세요.
   3. 둔근, 대퇴사두근, 햄스트링 등에 대해 등척성 수축 운동을 세트당 5회에서 10회, 하루 2-3회 정도 하세요.
   4. 호흡 운동과 함께 심호흡, 기침 운동, 상지 스트레칭, 흉부 확장 운동을 하루 2-3세트씩 5회에서 10회 정도 수행하세요.
   5. 이동 훈련: 허용 범위 내에서 보행기를 사용해 세션당 10분씩, 하루 1회 점진적인 체중 부하 이동 운동을 수행하세요.
   6. 물리치료: 신경근 전기 자극(NMES) 치료를 시행하며, 내측과 외측 허벅지 근육에 전극을 부착하여 대퇴사두근 활성화를 촉진합니다. 세션당 20분, 하루 1회 시행합니다.
   7. 통증 및 부기 관리: 훈련 후 1회 25분씩 영향을 받은 무릎에 얼음찜질을 하세요.
2. 2기 (수술 후 2-6주)
   1. 슬개골 가동을 위한 관절 가동 훈련: 무릎 굴곡 및 신전 운동을 5-10분씩 점진적으로 파워 사이클링 훈련으로 전환합니다.
   2. 근력 운동: 둔근, 대퇴사두근, 햄스트링을 위한 등척성 운동을 수행하고, 점차 클로즈드 체인 동작(예: 마이크로 스쿼트, 앉아 서 있기 등)과 오픈 체인 동작(예: 앉아 무릎 익스텐션)을 결합한 저항 훈련으로 1세트당 10회에서 20회, 하루 2-3세트씩 진행합니다.
   3. 서 있는 균형 운동: 양발로 서 있을 때 정적인 안정성을 유지하세요(초기에는 영향을 받은 무릎에 적당한 외부 지지를 제공할 수 있습니다). 하루 5-10분 정도로 눈을 뜨고 눈을 감는 상태로 전환하는 훈련을 하세요.
   4. 기본 동적 균형 운동: 한 쪽 다리로 서기(건강한 쪽/영향을 받은 쪽); 무게 중심을 앞뒤, 좌우로 이동시키고; 옆으로 걷고; 하루 10-20분 정도로 제자리 행진.

4 . 시각 피드백 밸런스 플랫폼 교육

참고: 이 훈련은 관찰 그룹만 받았습니다.

1. 훈련 시작 시간 및 기간: 안전성 고려사항과 표준 임상 재활 단계를 바탕으로 수술 후 2^주차 에 중재 시작을 일정 조정합니다. 1^{주는 급} 성 상처 치유, 부종 관리, DVT 예방에 예약하세요. 능동적 시각 피드백 균형 플랫폼 훈련은 체중 부하를 요구하며, 2주차(2단계 기존 재활 시작 시점)부터 시작하여 환자의 안전과 관용을 보장합니다. 주 5회 훈련을 실시하며, 각 시간마다 20-30분(세트 사이 휴식 포함)으로 총 5주간 진행하세요.
2. 각 환자별로 이름, 나이, 입원 식별 번호, 진단 및 기타 관련 의료 정보를 포함한 개별 프로필을 작성하세요.
3. 각 프로그램에 맞는 올바른 수술 방법을 설명하고 시연하여 환자가 교육의 목적을 완전히 이해할 수 있도록 하세요.
4. 환자의 균형 기능과 신체 내성에 따라 적절한 훈련 계획을 선택하세요. 각 프로그램별로 훈련 시간, 난이도 등 조건을 설정하세요.
5. 훈련의 난이도를 단순에서 복잡으로 늘리고, 훈련 기간을 짧음에서 길게 늘려주세요. 통증은 시각 아날로그 척도(VAS)를 사용해 평가하고, 피로는 보그 인지된 운동 등급(RPE)을 사용해 평가합니다. 교육 과정에서 VAS 점수가 5> 또는 RPE > 13이 나오면 훈련 강도를 줄이거나 즉시 세션을 일시 중지하세요.
6. 환자에게 기기 앞에 서서 두 발로 균형판 위에 서도록 지시하세요. 환자에게 기능적 서 있는 자세를 취하도록 요청하세요: 발 안쪽 발목은 빨간색 수평선(A3-A7 수평축 아래 3cm)을 통과하며, 양발은 어깨와 엉덩이와 평행하고 발뒤꿈치는 같은 수평축에 위치합니다(그림 3).
7. 시각적 피드백 균형 플랫폼 교육은 다음과 같이 진행하세요.
   1. 1단계 (약 1-2주차 훈련): 주로 정적 균형 조절에 집중하여 환자의 정적 안정성 기능 향상에 집중합니다.
   2. 훈련 모드: 정적 안정성 훈련 모드를 사용하세요. 시각적 피드백 균형 훈련 시스템을 켜고 아래 단계를 따라 하세요.
   3. 평가 메뉴에 들어가 '정적 안정성 평가'를 선택하세요. 훈련 모드와 매개변수를 설정한 후, 옵션 버튼을 눌러 설정 인터페이스에 들어가세요. 일반 설정의 위치 옵션 아래에서 정적(Static)을 선택하세요. 시간 옵션에서 훈련(Training )을 선택하세요.
   4. 매개변수 선택 시 연속 옵션 중에서 Single 을 선택하세요. 환자 정적 안정성 평가 결과를 바탕으로 훈련 범위를 설정하세요. 좌표계의 원점을 축으로, 앞뒤(Y축)와 측면(X축) 방향의 평균 흔들림 진폭을 직경으로 한 원형 훈련 영역을 정의합니다.
   5. X축 또는 Y축의 해당 스케일을 클릭하여 훈련 영역을 생성하면, 시스템이 원점을 중심으로 한 원형 범위를 자동으로 생성하며, 설정값이 반지름으로 표시되어 좌표계 내에 표시됩니다.
   6. 훈련을 시작하세요. 환자가 밸런스 보드 위에 서서 시작 버튼을 누르게 하세요. 환자는 체중을 이동시켜 화면 커서(+)를 원형 영역 내에 유지함으로써 조작합니다. 커서가 이 영역을 벗어나면 시스템이 삐-삐 경고음을 발신합니다. 세션당 3-5세트, 세트당 3분, 세트 사이에 1분에서 2분의 휴식을 두고 매개변수를 설정하세요. 원의 면적을 줄여 훈련 난이도를 높이세요.
   7. 2단계 (훈련 2-3주차): 아래에 설명된 두 발 동적 안정성 모드를 사용하여 정적 제어에서 동적 안정성으로 전환하기 위해 동적 자세 안정성을 수행합니다.
   8. 시각적 피드백 균형 훈련 시스템을 켜고 아래 단계를 따라 하세요.
   9. 평가 메뉴에 들어가 메뉴의 안정성 제한 버튼을 클릭하세요. 훈련 모드를 설정하세요. 이 모드에는 정적 훈련과 동적 훈련 두 가지 옵션이 포함되어 있습니다. 정적 훈련은 밸런스 보드를 고정시켜 움직임을 막습니다. 동적 훈련은 균형 판을 열어주며, 단단도를 1에서 50까지 조절해야 합니다.
   10. 훈련을 시작하세요. 환자에게 균형 플랫폼 위에 양발을 올리고 화면의 커서(+)를 조절하도록 하며, 환자의 체중을 이동시켜 무작위로 나타나는 깜빡이는 목표 지점을 만지게 합니다(그림 4). 세션당 8-10세트로 매개변수를 설정하고, 세트 사이에 1-2분의 휴식을 취하세요. 훈련 결과에서 기준값의 75%가 달성된다면, 다음 단계로 진출할 때 이 기준을 사용하세요.
   11. 3단계 (훈련 3-5주차): 복잡하고 특정 과제별 활동을 통해 신경근 협응을 향상시키기 위한 과제 지향적 복합 조절을 수행합니다. 게임화된 시나리오(예: 시뮬레이션 스키, 사격장, 비행 제어 등)를 활용하세요.
   12. 훈련 방법: 환자에게 상호작용 게임 환경 내에서 장애물을 통과하거나 목표물을 포획하기 위해 동적 체중 이동을 하도록 요청합니다. 시각적 피드백 밸런스 테스트 및 훈련 시스템을 열고, 게임 메뉴에서 훈련 방법을 선택하세요.
   13. SKI 모듈을 클릭하세요. 시스템은 교육 설정 페이지를 표시합니다. 다음 세 가지 매개변수를 순서대로 설정하세요: 트레이닝 모드: Static = 밸런스 보드 잠금, Dynamic = 밸런스 보드 잠금 해제; 난이도 수준 = 세 단계로 나뉩니다: 이지, 미디엄, 하드
       허리, 한쪽 다리, 앉은 자세 세 가지 옵션이 포함되어 있습니다. 정적 모드부터 시작해 쉬운 레벨에서 어려운 레벨로 점차 진행하세요. 훈련 구역에서는 허리를 선택하고 양발을 균형판 위에 올려놓으세요. 훈련 중 환자들은 몸무게를 이동시켜 게임 내 캐릭터를 조종하며, 사이드 레일에 닿지 않도록 하고 결승선에 성공적으로 도달하는 것을 목표로 합니다.
   14. 사격장 모듈을 클릭하세요. 팝업 페이지는 스키 슬로프 모듈과 유사하게 작동합니다. 적절한 게임 훈련 매개변수를 선택한 후 훈련을 시작하세요. 훈련 세션 동안 환자는 체중을 이동시켜 무작위로 나타나는 대상을 제거합니다.
   15. 세션당 1-2개의 다른 작업 모듈로 매개변수를 설정하세요. 환자가 정적 모드에서 간단한 작업부터 어려운 작업까지 훈련을 완료하면, 단순 과제에서 어려운 작업으로 진행 학습을 진행하세요. 스키 게임 훈련의 발전을 측정하려면 환자가 게임 인터페이스 내 캐릭터가 사이드레일에 닿지 않도록 신체 무게 중심을 조절하는 능력이 있습니다. 사격장 게임 훈련의 발전을 측정하기 위해 환자가 게임 인터페이스에서 목표물을 완전히 명중시키기 위해 무게중심을 조절하는 능력으로 측정합니다.
8. 환자의 기능이 회복되면, 환자의 수행 능력과 물리치료사의 평가를 바탕으로 정기적으로 훈련 계획을 재조합하고 훈련의 난이도와 시간을 조정하세요.

5 . 추적 절차

1. 6주 치료 후에는 눈 개시와 감쇄 상태, TUGT, SLS, STS, TST 등 모든 환자를 재평가합니다. 이 재평가는 같은 물리치료사가 수행했습니다.

6 . 데이터 분석

1. 모든 데이터를 SPSS 20.0을 사용해 분석하세요. 정규성 검정: 모든 변수의 정규성을 검정하기 위해 콜모고로프-스미르노프 통계량을 사용한다.
2. 기초 비교: 일방향 분산분석(ANOVA) 또는 χ² 검정을 사용하여 기초선 시점에서 인구통계학적 및 임상 특성 차이를 계산합니다.
3. 결과 분석: 쌍 표본 t-검정을 사용하여 그룹 내 변화(개입 전후 비교)를 비교합니다. 독립 표본 t-검정을 사용하여 개입 후 대조군과 관찰군을 비교하세요. p값 외에도 평균 차이(MD), 95% 신뢰구간(95% 신뢰구간), 효과 크기(Cohen's d)를 계산하여 치료 효과의 크기와 정밀도를 정량화합니다.
4. 유의성: p-값 0.05< 통계적으로 유의하다고 간주하라.

결과

총 60명의 환자가 등록되어 무작위로 대조군 또는 관찰군에 배정되었습니다(표 1). 기저 특성은 엄격히 통제되었습니다. 성별, 연령, 질병 기간, 병변 측면에서 통계적으로 유의한 차이가 없었으며(p> 0.05), 이는 두 그룹이 기준선 시 유사함을 나타냅니다(표 1).

연구 전반에 걸쳐 10건의 부작용(예: 낙상, 어지러움, 통증 악화)이 보고되었습니다. 안전 중단 기준(VAS > 5 또는 RPE > 13)을 충족한 참가자는 없었습니다. 관찰군 출석률은 93.75%, 대조군은 90.91%였습니다. 훈련 세션은 표준화된 지시 전달과 프로토콜 정확성을 보장하기 위해 선임 물리치료사의 감독을 받았습니다. 모든 참가자는 추적 평가를 완료했습니다.

훈련 중에는 기기 안정성 수준이 중간 수...

토론

본 연구 결과는 시각적 피드백 균형 플랫폼 훈련을 기존 재활 프로그램에 통합하여 6주간 진행하는 훈련 프로그램으로, 일방적 TKA 수술을 받은 환자의 균형 기능을 크게 향상시킬 수 있으며, 임상적 효능이 기존 재활만으로는 우수함을 보여줍니다.

균형 기능은 인간의 고도화된 신경근 제어 능력을 의미하며, 무게중심 안정성을 유지하고, 자세를 정밀하게 조절하며, 정적이든 동적이든 낙상을 방지합니다. 그 유지는 시각, 전정, 고유수용감각의 정확한 입력, 중추신경계의 효율적인 통합, 신경근계의 조정된 운동 출력에 크게 의존합니다⁹. TKA 수술 중에는 고유수용기가 풍부한 관절 구조(예: 전방/후방 십자인대와 반월판)가 광범위하게 절제되거나 변형됩니다. 수술 후 통증, 부기, 관절성 근육 억제, 초기 활동 제한과 결합되어 이러한 요인들은 환자의 무릎 관절 고유수용감각 입력 효율을 크게 저하...

재료

이 논문에 사용된 재료 목록

이름	회사	카탈로그 번호	댓글
하체 관절 재활 장치	쉬저우 강마이 의료기기기술유한회사(유한회사	030805000067
친족 제도	테크노바디 컴퍼니, 이탈리아	030899000212