The effect of virtual reality-based treadmill gait training on functional mobility and balance in chronic stroke patients: A randomized controlled trial

Abstract

배경: 만성기 뇌졸중 환자들은 보행 및 균형 장애를 경험하며, 이동성이 제한되고 낙상 위험도가 증가한다. 선행 연구에 따르면 트레드밀 훈련은 보행 속도와 지구력 향상을 보고 하였다. 그러나, 제한된 트레드밀 훈련 환경은 실제 보행 환경을 대체하기에는 부족했다. 이에 가상현실(VR) 기반 트레드밀 훈련이 제시되었고, 이는 몰입감 있고 과제 특이적인 연습을 제공하여 실제 환경에서의 기능적 이동성을 잠재적으로 개선할 수 있다. 본 전향적·무작위배정·개방형·평가자 맹검 (PROBE) 무작위 대조 시험은 만성기 뇌졸중 환자에서 기존의 물리 치료와 비교하여 VR 기반 트레드밀 보행 훈련이 보행 성능, 기능적 이동성, 균형 및 보행 대칭성에 미치는 영향을 평가하는 것을 목표로 하였다. 방법: 30명의 만성기 뇌졸중 환자가 가상현실 트레드밀 훈련(VTT: Virtual reality Treadmill Training) 또는 고식적 물리치료(CT: Conventional Thearapy) 그룹에 무작위로 배정되었다. 두 그룹 모두 6주 동안 주 2회 30분간, 총 12회의 고식적 물리치료를 받았다. VTT 그룹은 C-Mill VR+ 시스템을 사용하여 장애물 협상 및 속도 조절을 포함한 세션당 추가 30분의 VR 기반 트레드밀 훈련을 받았다. 10-meter walk test (10MWT), 6-minute walk test (6MWT), Timed Up and Go test (TUG), Dynamic Gait Index (DGI), Performance-Oriented Mobility Assessment (POMA), Berg Balance Scale (BBS), 시공간적 보행 매개변수의 비대칭성, 압력 중심(CoP: Center of Pressure) 흔들림 속도가 중재 전후에 평가되었다. 결과: 10MWT와 6MWT 동안의 보행속도와 거리가 CT 그룹에 비해 VTT 그룹에서 유의하게 증가하였으며, 입각기 및 유각기 비율의 비대칭 지수도 유의하게 감소하였다(p < 0.05). TUG 시간, DGI 및 POMA 보행 평가 요소는 CT 그룹에 비해 VTT 그룹에서 유의한 개선을 보였다(p < 0.05). BBS와 눈을 뜬 상태 (Open eyes), 일렬 보행 자세 (Tandem stance) 조건에서의 CoP 흔들림 속도도 유의하게 개선되었다(p < 0.05). 결론: 본 연구는 VR 기반 트레드밀 보행 훈련이 만성기 뇌졸중 환자의 보행 성능, 기능적 이동성, 균형, 보행 대칭성을 효과적으로 개선시킨다는 것을 입증하였다. 따라서 통제된 환경에서 다양한 가상의 보행 환경을 시뮬레이션 하는 것은 만성기 뇌졸중 환자의 기능적 이동성을 향상시키고 실제 지역사회 환경에서의 낙상 위험을 잠재적으로 감소시킬 수 있다. Background: Chronic stroke survivors experience gait and balance impairments, limiting mobility and increasing fall risk. Treadmill training improves walking speed and endurance but lacks real-world adaptability. Virtual reality (VR)-based treadmill training offers immersive, task-specific practice, potentially improving functional mobility in real environments. This randomized controlled trial, using a prospective, open, blinded end-point (PROBE) design, aimed to evaluate the effects of VR-based treadmill gait training on gait performance, functional mobility, balance, and gait symmetry compared with conventional physical therapy in individuals with chronic stroke. Methods: Thirty chronic stroke patients were randomly assigned to virtual reality treadmill training (VTT) or conventional therapy (CT) groups. Both groups received 30 minutes of conventional therapy twice weekly for 6 weeks. The VTT group received an additional 30 minutes of VR-based treadmill training per session using the C-Mill VR+ system, including obstacle negotiation and velocity modulation. The 10-meter walk test (10MWT), 6-minute walk test (6MWT), Timed Up and Go test (TUG), Dynamic Gait Index (DGI), Performance-Oriented Mobility Assessment (POMA), Berg Balance Scale (BBS), asymmetry of spatiotemporal gait parameters, and center of pressure (CoP) sway velocity were assessed pre- and post-intervention. Results: Walking speed during the 10MWT and 6MWT distance significantly increased, and asymmetric index for stance and swing duration also decreased in the VTT group compared to the CT group (p < 0.05). TUG time, DGI, and POMA gait component showed the significant improvement in the VTT group compared to the CT group (p < 0.05). BBS and CoP sway velocity for eyes open and tandem stance condition also significantly improved (p < 0.05). Conclusions: This study demonstrated that VR-based treadmill gait training effectively improved gait performance, functional mobility, balance, gait symmetry in chronic stroke patients. Thus, simulating diverse virtual walking environments in a controlled setting can improve functional benefits in individuals with chronic stroke and potentially reduce fall risk in real-world community environments.