Study on Digital-based Exercise Therapy for Menopausal Women

폐경기 여성을 대상으로 제공하는 디지털 기반 운동 치료: 서비스 디자인 제안

Abstract

Menopausal women have to care for their health. Menopause is a symptom that needs to be managed in the long term, which requires safe and economical treatment even after long term use. This study proposes digital-based exercise therapy. This study also suggests resistance exercise and walking exercise methods according to the proof of previous studies. It provides motivational contents for those who cannot perform regularly. As motivational methods, self-efficacy and narrative-based history methods are accepted. Self-efficacy is improved through voice agents feedback during exercise. Feedback is a type of messages such as encouragement and motivation. The narrative-based history consists of characters of visualization that improves through values, which leveraged by the exercise.

1. 서 론

여성은 나이가 들면서 난소가 노화되고 배란 및 여성호르몬의 생산이 중단되는데 이를 폐경이라 한다[1]. 폐경의 평균연령은 42세에서 52세까지 다양하게 보고되고 있으며, 폐경기 증상은 보통 40세가 넘어가면 난소기능의 위축과 이에 따른 혈중 여성호르몬이나 다른 호르몬의 점차적인 저하에 따른 변화로 인해 발생한다[2].폐경은 여성호르몬 결핍 때문에 일반적으로 안면홍조, 발한 등의 증상이 나타나기 때문에 호르몬 대체 요법(HRT, hormonereplacement therapy)을 주로 처방한다.그러나 호르몬 대체 요법은 대단위의 장기간 임상시험에서 유방암, 관상 동맥질환, 뇌졸중, 혈전 등의 위험을 증가시킬 수 있으므로 환자들은 호르몬 대체요법에 대한 부정적인 인식이 있다[3].최근 적절한 용량의 호르몬 대체 요법이 안전하다는 새로운 연구들이 등장함에도 호르몬 치료가 폐경기에 도움이 될 것으로 생각하는 사람은 전국 50대 이상 폐경을 경험한 여성 500명 중 24.6% 에 불과했다[4].폐경기 환자들은 대다수 폐경이 치료가 필요한 질병이라고 인식하지만, 치료를 위해 산부인과에 방문하는 여성의 비율이 적은 상황이다[5].

모든 여성이 폐경을 경험하며, 폐경기 증상이 일상생활에 불편함을 주는 것과, 더 나아가 폐경이 비만, 당뇨병과 심혈관 질환, 골다공증의 위험을 높이는 것을 고려하면 폐경기에 이루어져야하는 치료 및 관리는 필수적이다[6].더불어 폐경기 증상은 장기적으로 지속되기 때문에 호르몬 대체 요법을 포함한 약물 치료는 환자에게 심리적 부담이 될 수 있기 때문에 비 약물 처치가 필요하다.폐경기 증상과 폐경으로 증가하는 다양한 질환의 위험은 운동을 통해개선되어질 수 있다.실제로 운동은 폐경기에 주로 나타나는 혈관 운동 이상 증상(안면홍조, 발한 등), 우울증, 불면, 골다공증, 인슐린 저항성과 당뇨병, 심혈관 질환에 긍정적인 영향을 미친다[7-9].특히 40 대 중후반 여성은 폐경기 이후 에스트로겐 생산 감소로 인해 골밀도와 근력이 약화되기 때문에 폐경 시기에는 감소된 근육 및 뼈를 강화시키는 것이 중요하다 [10-11].그러나 폐경기 여성들에게 규칙적인 운동이 권장되고 있음에도 운동 참여율이 낮은 것으로 보고되고 있다[12].본 연구팀에서는 폐경기 여성을 대상으로 효과적이고 장기적인 운동치료를 제공할 수 있는 모바일 디바이스 기반의 디지털 치료에 관한 연구를 진행하였다.

2. 이 론

2.1 디지털 치료(Digital Therapeutics)

디지털 치료란, 디지털 기반으로 치료를 제공하는 것을 뜻하는데 현재 식품의약안전처에서는 이와 같은 방식으로 제공되는 디지털 치료제를 ‘의학적 장애 또는 질병을 예방, 관리 및 치료하기 위해 고품질 소프트웨어 프로그램으로 구동되는 근거 중심 기반의 치료를 환자에게 제공하는 것’으로 정의하고 있다 [13].디지털 치료제는 다른 치료 방법보다 유연하고 환자의 개별적 특성에 따라 치료를 제공하는 것이 큰 장점이 될 수 있다[14].

디지털 치료제의 시장 규모는 북미, 유럽을 중심으로 성장이 가속화되고 있다[14].국내외에서도 다양한 의료 분야에서의 디지털 치료제가 개발되고 있다. 대표적인 예로 미국에서는 중독 장애가 심각한 사회 문제로 대두되면서 PearTherapeutics의 ‘reSET- O(리셋오)’가 중독 치료용 디지털 치료제로 인허가를 받았으며, BigHealth사의 Sleepio는 수면 장애 디지털 치료제로 인허가를 받았다[15-16].이처럼 다양한 질병의 디지털 치료제가 개발되고 시장에 출시되고 있으며, 본 연구팀에서는 폐경기 여성 대상의 디지털 치료를 연구하고자 한다.

2.2 폐경기와 운동 치료

여성의 경우 연령의 변화에 따른 근력과 골밀도의 관계는 더욱 분명하며 매우 유의한 상관관계를 나타낸다. 골밀도와 근력의 변화는 40대 중후반 여성의 폐경기 이후 에스트로겐 생산 감소와 함께 매우 뚜렷하게 발현되는 경향이 있으며, 특히 50세 이후에는 골밀도의 유의한 감소가 나타나는 것으로 알려져 있기 때문에 근력을 강화하는 근력운동이 필요하다 [17].근력운동은 뼈 위의 근육을 강화함으로써, 뼈를 보호하는 역할을 하여 폐경기 이후 여성들에게 발병률이 급증하는 골다공증을 예방할 수 있다[18]. 근력운동은 근력 강화와 더불어 여성의 비만 및 콜레스트롤 수치 감소에 도움이 된다[19].

폐경기 여성이 물리적 제약, 특별한 운동 없이 수행할 수 있는 쉬운 운동인 걷기는 타 운동에 비해 안전하며, 효과적인 운동이다[20].폐경 시기에는 최대심박 수의 50-70%(“보통이다 에서 약간 힘들다”)수준으로 주 3회 이상 매일 30분 이상 수행을 권장하고 있으며 권장량보다 많은 운동은 무리가 될 수 있어 지양하는 것이 좋다[21].걷기 운동은 수축기 및 이완기 혈압, 안정 시 심박 수, 최대산소 섭취량 및 콜레스테롤 요인에서 긍정적인 효과를 보임에 따라 혈액순환이 원활하게 이루어지는 것을 돕는다는 것이 확인되었으며 이는 폐경기에 찾아오는 혈관 운동 이상 증상(안면홍조, 가슴 떨림 등)을 완화할 수 있다[22]. 폐경기 증상과 관련하여 Elavsky, Setal(2012)의 연구에서는 실제로 중간강도의 운동을 한 뒤 24시간 이내에 홍조 빈도가 감소하는 것을 확인하였다[9, 23].

유산소 운동인 걷기가 폐경기에 미치는 긍정적인 영향과 근력운동을 통해 에스트로겐 감소로 인한 근력 감소를 예방하고자 두 가지의 근거 이론 기반 운동 치료 콘텐츠를 제공하고자 한다.

2.3 동기 부여 요소

폐경기 여성에게 운동은 긍정적인 영향을 미치지만, 규칙적인 운동을 수행하기는 쉽지 않다. 선행연구에 따르면 45세 이상의 중고령자 중 약 30%만이 규칙적인 운동을 진행하고 있었고 그중에서도 여성이 더 규칙적으로 운동하지 않았다[24]. 규칙적으로운동하기 어려운 중년 여성의 운동 수행에 가장 큰 영향을 미치는 요인은 자기효능감이다[25]. 자기효능감은 자신이 어떤 일을 해낼 수 있다는 믿음이며, physicalactivity의 동기 요인이 된다고 알려져 있고 자기 효능감 형성에 영향을 주는 요인 중 언어에 의한 설득은 타인에게 받는 칭찬, 격려이다[26].본 연구에서는 Voiceagent를 바탕으로 칭찬과 격려의 음성 피드백 콘텐츠를 제공할 예정이다.

Android와 IOS기반의 건강 및 피트니스 애플리케이션들은 동기부여를 위한 중재로 Healthbehav- iorchangetheory에 초점 맞춰 진행하고 있었으며 주로 성과에 대한 피드백을 동기부여 요소로 많이 제공하고 있다[27].성과에 대한 피드백을 가시적으로 보여주는 것이 사용자들에게 익숙한 방식이며 효과적인 방식임을 알 수 있다.성과에 대한 피드백을 보여주는 과정에서 정량적인 그래프와 방대한 데이터의 양적 표현이 사용자들에게 부담으로 다가와 오히려 행동 동기부여에 실패하고 사용자들의 부정적인 사고를 늘릴 수 있기 때문에 Narrative-based의 피드백을 제공해야 한다[28].

본 연구에서는 운동 수행 시, 자기 효능감을 증진시켜줄 수 있는 Voiceagent의 음성 피드백과 동기부여 요소를 위한 성과에 대한 Narrative-based 피드백을 제공할 예정이다.본 연구를 통해 폐경기 여성이 규칙적 운동을 수행하고 이로 인해 사용자의 삶의 질을 상승시킬 수 있는 건강 개선에 영향을 주는 미디어 콘텐츠에 대해 연구하고자 한다.

3. 제안한 방법

3.1 운동 프로그램

본 연구에서는 구성한 운동 프로세스 다음과 같다. Fig.1의 (a)화면에서 로그인하면 Fig.1의 (b) 처럼 홈에서 운동 현황을 확인할 수 있는 페이지와 ‘운동하기’ 버튼이 존재한다.운동하기를 누르면 첫 번째로 근력운동이 시작된다.근력운동은 동영상 콘텐츠를 이용하며, 운동 수행 중 화면으로 사용자 본인의 모습을 확인할 수 있다.다음으로는 Fig1의 (c) 화면에서 유산소 운동으로 넘어가는데 중간에 운동을 그만두지 않도록 유산소 운동을 위해 밖으로 나가는 과정에서 small talk를 진행한다.200초에 한 번씩 격려 피드백이 나오며 해당 피드백은 Randomize 되어 송출된다.운동이 완료되면 당일 운동에 대한 칭찬피드백을 통해 다음 운동에 대한 동기를 부여한다.

Fig. 1. Screens of service. (a) is ‘sign in’, (b) is main page, and (c), (d) are activities pages. 

Fig.1의 (d)에서 사용자는 운동 후에 운동 난이도 평가를 통해 다음 운동에 대한 난이도를 조정할 수 있다.난이도는 총 5단계로 구성되어 있으며 근력운동은 Youtube의 “운동이 이긴다”채널의 “근력운동 콘텐츠”영상링크를 활용할 예정이며 이는 저작권자와 협의 완료하였다.걷기 운동은 최소 2km에서 최대 4km를 수행할 수 있다.운동 현황을 Narrative- based로 확인할 수 있으며 자세한 내용은 ‘3.3 히스토리’에서 다루고 있다.

3.2 음성 피드백

본 연구에서는 동기 부여를 위한 자기 효능감 증진 목적으로 음성 피드백을 제공하고 있다.자기 효능감 증진 형성을 위한 언어에 의한 설득은 Voice agent를 통해 제공될 예정이다.Voiceagent는 여성 전문 트레이너의 Persona를 가지고 있다.음성 피드백은 Fig.2의 피드백 알고리즘에 따라 초기에 시간별로 음성이 출력되는데, 첫 번째 ‘로딩’ task는 00:00-00:11에서 “안녕하세요, 여성 전문 운동 트레이너 고미영입니다.이렇게 저를 찾아주신 것만으로도 우리 회원님 너무 멋지십니다!저도 힘내서 앞으로 회원님이 효과적인 운동을 할 수 있도록 열심히 도울게요!”로 이야기하고 있다.두 번째 “시작 and 운동 설명”은 00:11-01:05에서 “자 그럼 준비되셨으면 시선은 정면!천천히 걸어볼까요?... (중략)...제가 조사한 결과로 지금 하는 운동이 우리를 힘들게 하는 갱년기에 가장 좋은 운동이라고 해요...(중략)...”로 운동을 시작하며 워밍 업하는 단계에서 해당 운동이 왜 좋은지에 대해 설명하여 본인이 수행하고 있는 운동에 대한 이해를 높여 목표 의식을 강화시켰다. 앞선 단계가 끝났다면, 세 번째 “운동”task 에서는 본격적인 운동이 시작되며, 근력운동이 끝난 후 바로 걷기 운동을 시작할 수 있도록, “회원님, 고생 많으셨습니다.옷을 챙겨 입고 바로 걸으러 갈까요?”라고 음성 피드백을 설정하였다.날씨가 좋지 않거나 걸을 수 없는 상황이라면 운동을 중단할 수 있다. 걷기 운동 중에는 반복적으로 피드백이 나올 경우 사용자 입장에서 거부감을 느낄 수 있으므로 피드백 빈도는 운동 시간이 경과함에 따라 다르게 설계하였다. 총 운동 시간 5분 이하일 경우 200초마다 100% 의 확률로 피드백이 송출되며, 5-10분 이하는 70%의 확률로 송출되며, 그 이후로는 40%의 확률로 송출된다. 또한 격려 피드백은 다양한 멘트로 설계되어 Randomize되어 송출된다.이는 “힘차게 걷는 회원님 너무 멋있어요!”, “팔을 90도로 굽히고 앞뒤로 흔들면 더 힘차게 걸을 수 있어요! 시작해볼까요?”등의격려 피드백 및 구체적인 운동 자세 지시 피드백이 될 수 있다.

Fig. 2. Feedback algorithm.

3.3 히스토리

기존 HealthandFitnessapplication에서 동기부여를 위해 주로 차용하는 방법은 성과에 대한 피드백이다[27]. 그러나 자칫 방대한 양의 데이터를 정략적으로만 보여주는 것은 사용자들의 동기를 하락시킬 수 있고 이해가 어려울 수 있기 때문에 Narrative- based로 히스토리를 보여주는 방법을 선택했다[28]. 연구에서는 사용자들의 운동 수행 정도에 따라 본인의 상태에 해당하는 캐릭터(Character)의 각 능력치가 상승하도록 설계했다.

캐릭터는 Table1과 같이 3단계로 구성되어 있으며 선정 기준은 갱년기 증상 척도인 MRS(Meno- pauseRatingScale)과 에스트로겐 감소와 직접적인 영향이 있는 근력의 감소로 인한 근감소증 유무를 측정하기 위해 근감소증 척도(SARC-F)를 통해 자가 보고 설문을 수집하였으며 이를 바탕으로 진단기준을 설정하여 단계를 구분했다[29].

Table 1. Criteria of character.

각 3단계에서는 운동 수행 정도에 따라 수치가 향상되는 것을 시각화하여 나타낸다.이는 정확한 지방 및 근육의 수치를 나타내는 것은 아니지만, 상징적인 의미로써 사용자에게 ‘건강해지고 있는 상태’를 나타낸다. 시각화되어 향상되는 목록을 보여주는 요소는 Fig. 3과 같이 ‘(a) 근력’(+), ‘(b) 건강’(+), ‘(c) 웃음’(+), ‘(d) 지방’(-)으로 캐릭터 옆에 나타난다.

Fig. 3. Provide feedback on performance. (a), (c), (d) increase values and (b) decreases values when user do exercise.

히스토리를 제공하기 위한 애플리케이션 서버는 웹 호스팅 서비스를 이용하였으며 MYSQL, PHP를 사용하여 구현되었다.데이터베이스 테이블 구조는 Fig. 4와 같다.

Fig. 4. Database FEEDBACK table.

데이터베이스 칼럼은 ‘ID(아이디), DATE(업데이트날짜), LAUGH(웃음), MUSCLE(근력), HEALTH (건강), FAT(비만), SUM(점수의 총 합), LEV(레벨)’로 총 8개이다.모든 자료형은 문자열(varchar)로 길이는 20으로 설정하였다. 또한, 문자 인코딩은 utf8_general_ci로 하였다.유산소/근력의 운동 수행 완료 시 각각의 점수가 오른다.점수의 총합(SUM) 을 기준으로 캐릭터레밸(LEV)이 변화하며, 레벨에 따라 이미지가 변화한다.

4. Usability Test and User Interview

연구팀에서 본 연구의 서비스가 잘 설계됐는지 검증하기 위해 Fig. 5와 같이 UT(Usability Test)와 UT이후 UserInterview를 진행하였다.UT는 실제 본 서비스의 대상이 되는 폐경기 여성의 사용성 테스트를 확인하기 위한 절차이기 때문에 자연 폐경 여성을 대상으로 했으며, 서비스 이용이 가능한 Android OS스마트폰 유저를 대상으로 했다.대상자는 SNS 와 인터넷 커뮤니티를 통해 모집했다. UT대상자의평균 연령은 53.4세였으며 총 3명의 폐경기 여성이었다. 본 서비스는 마켓에 정식 release하지 않았기 때문에 apk파일을 Dropbox프로그램으로 전달하여 설치하도록 했다.UT진행하는 동안 연구자가 동행하며 이상 행동이나 사용에 문제가 있을 시에 기록하여 향후 인터뷰에 질문하는 방식으로 진행했다. 바로대면 인터뷰가 불가능한 인터뷰이는 향후 화상통화를 통한 비대면 인터뷰로 진행하였다.인터뷰 질문은 앞서 언급한 사용 중 문제를 포함하여 전반적인 폐경기 경험, 폐경기를 위해 노력하는 점, 이와 같은 서비스에 대한 전반적인 생각 등에 대해서 질문하였다.

Fig. 5. Usability Test process.

결과 분석에 있어서는 서비스 디자인 방법론을 수용하였다[30]. UT인터뷰 결과는 Fig.6과 같이 크게 3가지로 정리된다.첫 번째는 휴대폰 화면을 계속 바라보는 문제이다.3명의 사용자에게서 걷기 운동을 하는 중 계속해서 휴대폰을 들여다보는 사용자 행동을 발견할 수 있었다.이와 같이 행동하는 것에 대한 질문에 사용자들은 “이게 잘 작동이 되고 있나 궁금해서 켜봤어요.”, “혹시 화면이 꺼지면서 꺼진 건 아닌가 하는 생각해 자꾸 보게 됐어요.”등으로 답변했다. 이는 200초의 피드백 사이에 아무 소리도 나지 않아 사용자들이 본 서비스가 잘 작동하는지에 대해의 심을 한 것으로 판단된다.이와 같은 문제가 지속된다면 올바른 자세로 운동을 수행할 수 없을 것이라 판단하였고 이에 대한 해결책으로 background music 활용 등을 도출하여 적용해야 한다.

Fig. 6. Summary of Usability Test.

두 번째로는 voiceagent인 중년 여성 트레이너에 대한 긍정적인 반응이다.사용 후 인터뷰에서 사용자들은 “가족들도 별로 관심 가지지 않는 내 문제에 대해서 그 여자 분이 운동도 알려주고 응원해줘서 고마웠어요.”, “비슷한 또래의 같은 고민을 하는 여자가 운동을 알려주니 더 믿음이 갔어요”등의 답변이 도출되어 voiceagent가 목표했던 자기 효능감 증진을 위한 칭찬 및 격려라는 manipulation을 올바르게 느끼고 있음을 확인할 수 있었다.

세 번째는 narrative-based히스토리에 관련한 내용이었다. “제가 운동하면 이 수치들이 올라간다는 거죠?아...(중략)이 캐릭터를 제 마음대로 바꿀 수는 없나요?”, “아직 진짜 수치가 올라가고 캐릭터가 바뀌는 걸 못 봐서 잘 모르겠어요.”등으로 답변하였다. 이를 통해 사용자들이 캐릭터를 커스터마이징 하고자 하는 욕구가 있는 것을 확인하였으며 히스토리는 운동 데이터가 더 쌓이면서 경험해야 검증이 가능할 것으로 예상됐다.기술적 한계로 캐릭터를 커스터마이징 하는 기능은 추가할 수 없을 것으로 예상되어 더 잦은 레벨 변화 혹은 수치 변화에 대한 해결책을 제안한다.

본 인터뷰를 통해 본 연구팀은 예상하지 못했던 사용자가 겪는 문제점에 대한 파악 및 의도한 변인에 대한 확인 작업을 완료하였다.각 문제점에 대한 해결 방안을 탐색하여 서비스의 제안의 완성도를 높이고자 하였다.

5. 결 론

폐경기 여성의 건강 관련된 연구는 적지 않게 진행되었지만, 폐경기 여성 건강관리를 위한 서비스에 대한 연구 및 마켓에 출시된 서비스는 거의 없다. 본연구는 폐경기 여성 건강관리를 위한 서비스를 구축함에 실용적 의의가 있다.나이가 들수록 여성은 모두 폐경기를 겪고 최근 몇 년간 노년 인구가 계속 증가하고 있는 상황에서 폐경기 여성은 계속해서 증가할 것으로 예상된다.폐경기 관리는 여성의 노후건강과 직접적인 연관이 있는 만큼 본 연구는 다수의 공익을 위해 필요한 부분이라고 생각할 수 있다. 따라서 본 연구를 통해 폐경기 여성을 대상으로 하는 디지털 기반의 치료 콘텐츠가 포함된 애플리케이션 서비스를 기획 및 개발이 진행되었고 이를 통해 폐경기 여성을 대상으로 하는 디지털 기반 치료의 가능성에 대해서 확인할 수 있었다.본 연구에서는 치료 콘텐츠 개발 및 전체적인 서비스 기획을 중심으로 진행했기 때문에 향후에는 본 서비스가 진짜 폐경기 여성건강관리에 효과가 있는지에 대한 효과성 실험을 진행해야 한다.향후 본 서비스의 효과성을 확인한다면 임상적 유효성을 확인한 후, 디지털 의료기기로서 인허가를 받는 것이 본 연구팀의 최종 목표이다.