[논문]3D 프린팅을 사용해 제작한 새로운 손 보조기 적용 사례연구

신수정; 안조근; 박경영

doi:10.22156/cs4smb.2017.7.2.025

초록
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본 연구의 목적은 손을 기능적 자세로 만들어주는 새로운 디자인의 보조기를 환자에게 적용하여 손기능에 어떠한 영향을 주는지 알아보고자 하는 것이었다. 새로운 보조기는 엄지와 검지의 샅공간(web space)을 넓히는 새로운 디자인이다. 보조기 착용 후 환자는 엄지 벌림의 자세를 유지할 수 있었고 작은 물건 잡기가 가능하게 되었다. 환자는 손 기능에서 향상을 보였고 Box and Block 검사의 수행이 가능해져 1분에 8개의 블록을 옮길 수 있게 되었다. 그러나 물건에 손바닥의 접촉이 요구는 잡기는 이전보다 더 어려웠고 일상에서 착용시 물이 닿으면 고정되지 못한다는 단점 또한 있었다. 본 연구는 3D 프린팅을 이용한 첫 보조기 적용 연구라는 점에서 의미가 있으며 앞으로 작업치료분야에서 3D 프린팅을 통해 다양한 환자 맞춤형 보조기가 개발될 수 있을 것이라 기대한다.

Abstract ▼ AI-Helper

The purpose of this study was to investigate the effect of a new designed splint on the hand function. A new design splint that enlarges the area between thumb and index finger was manufactured using 3D printing. After wearing a new splint the patient was possible to open thumb and hold a small obje...

The purpose of this study was to investigate the effect of a new designed splint on the hand function. A new design splint that enlarges the area between thumb and index finger was manufactured using 3D printing. After wearing a new splint the patient was possible to open thumb and hold a small object. She showed improvement in overall hand function and could move eight blocks in box and block test. But grasping a cup without a handle has become more difficult than before. Also there is a disadvantage that it could not be fixed by water. This study is meaningful in that it is the first splint application study using 3D printing. In the future, we expect that various patient-specific splints will be developed through 3D printing in the field of occupational therapy.

주제어

AI 본문요약
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문제 정의

본 연구는 3D 프린팅을 사용하여 엄지검지 샅공간을 넓혀주고 맞섬자세를 만들어주는 새로운 디자인의 보조기를 제작한 후 이를 환자에게 적용하여 그 효과를 알아보고자 하였다.
본 연구는 엄지를 기능적 자세로 만들어주는 새로운 형태의 보조기를 고안하여 손기능의 변화를 알아보고자 하였다.

제안 방법

미시간 손기능 설문평가는 손의 기능, 일상생활동작능력, 일의 수행도, 통증, 손의 외관, 손기능의 만족도를 포함한 6가지 하부영역, 37항목으로 구성된 평가도구로 본연구에서는 한글로 번역된 것을 이용하였다[9-10]. 각 항목은 자가보고식 설문지 형식으로 5단계로 채점을 하며 각 하부영역의 점수는 최고점을 100점으로 하여 환산하였다. 통증영역을 제외한 모든 영역에서 높은 점수가 좋은 기능을 나타낸다.
미시간 손기능 설문평가는 손의 기능, 일상생활동작능력, 일의 수행도, 통증, 손의 외관, 손기능의 만족도를 포함한 6가지 하부영역, 37항목으로 구성된 평가도구로 본연구에서는 한글로 번역된 것을 이용하였다[9-10]. 각 항목은 자가보고식 설문지 형식으로 5단계로 채점을 하며 각 하부영역의 점수는 최고점을 100점으로 하여 환산하였다.
보조기는 엄지검지 샅공간을 넓히는 목적으로 제작되었으며 착용의 간편함과 손가락 움직임을 최소로 제한하기 위하여 엄지, 검지의 손가락에 반원 모양의 고리를 만들어 손에 고정하는 형태로 고안하였다(Fig. 1). 보조기의 길이는 검지와 엄지의 손가락사이관절(Interphalangealjoint: IP joint)을 제한하지 않는 높이까지 연장하였다.
그리고 보조기의 손바닥 접촉부위는 통풍과 유연성을 위해 구멍을 내었다. 보조기의 3D 모델링 작업은 Rhino 3DV5(Rhinoceros, USA)를 통해 설계되었고 큐비콘 스타일 3D프린터(하이비젼시스템, 한국)를 활용해 층층이 쌓아가는 형태로(FDM방식) 제작되었다. 보조기의 소재는 큐비콘 3D 프린터용의 필라멘트 중 열가소성 폴리우레탄(Thermoplastic Poly Urethane: TPU) 필라멘트를 사용하였다.
보조기를 적용한 대상자의 상지기능은 오른쪽 상지에 강직과 마비가 있었고, 특히 손의 기능은 공동운동형태(synergic pattern)로 손가락 굽힘이 약하게 가능하였지만 손가락 펴기는 수의적 조절이 어려워 쥐기 동작 이후에는 굽혀진 상태로 남아 있었다. 본 연구에서 고안한 보조기는 엄지검지 샅공간을 벌려 엄지를 맞섬 자세로 만들어주는 것으로 환자는 착용만으로도 물건을 잡을 수 있는 손의 자세가 되었다(Fig. 2). 보조기의 재질이 구부러지는 유연성을 갖고 있었기 때문에 환자는 보조기를 착용하고 힘을 주어 쥐기를 하면 엄지검지 샅공간이 좁혀져 집기가 가능하였다.
환자의 보조기 착용 전후의 손기능 변화를 알아보기 위하여 미시간 손기능 설문평가(Michigan Hand Outcomes Questionnaire)와 Box and Block 검사를 시행하였다.

대상 데이터

본 연구의 대상자는 57세 여자로 2008년 9월 1일에 뇌종양 진단으로 수술을 받았다. 그의 후유증으로 대상자는 오른쪽 상, 하지의 움직임 장애가 발생되었다. 오른쪽 손의 강직은 MAS 1, 일상생활평가인 K-MBI(Korean Modified Barthel Index)에서 만점 100점 중 77점으로 일상생활에 경도의 도움이 필요한 운동 수준을 보였다.
보조기의 3D 모델링 작업은 Rhino 3DV5(Rhinoceros, USA)를 통해 설계되었고 큐비콘 스타일 3D프린터(하이비젼시스템, 한국)를 활용해 층층이 쌓아가는 형태로(FDM방식) 제작되었다. 보조기의 소재는 큐비콘 3D 프린터용의 필라멘트 중 열가소성 폴리우레탄(Thermoplastic Poly Urethane: TPU) 필라멘트를 사용하였다. 이것은 독성이 없으며 유연성과 탄성을 갖는 소재로 힘을 가하면 구부러지고 제거하면 다시 본래 모양대로 되돌아오는 특징이 있다.
본 연구의 대상자는 57세 여자로 2008년 9월 1일에 뇌종양 진단으로 수술을 받았다. 그의 후유증으로 대상자는 오른쪽 상, 하지의 움직임 장애가 발생되었다.
상지의 모든 관절은 구축이 없어 완전한 관절운동범위(ROM)로 수동적 움직임이 가능하였다. 환자는 어깨관절 45도, 팔꿈치 150도, 손목관절 20도 수의적 굽힘이 가능하고 손은 움켜 쥐기(mass grasp)를 할 수 있었으며 12kg의 쥐기 근력을 보였다. 그러나 손가락 폄 동작은 수의적인 조절이 어려운 상태였다(Table 1).

성능/효과

이외 하부영역인 실제 손사용과 통증, 외관에 대한 인식도, 만족도는 점수상 이전과 차이가 없었다(Table 2). Box and Block 검사 결과 이전에는 블록을 잡지 못해서 하나도 옮기지 못하였으나 보조기 착용 후 1분에 8개의 블록을 옮기는 기능적 향상을 보였다(Table 3).
본 연구의 보조기는 물이 닿으면 표면이 미끄러워 밀착력이 떨어졌고 결과적으로 보조기 고정이 잘 되지 않는 단점이 있었다. 이것을 보완하기 위하여 반원형태의 손가락 고정대보다 반지와 같이 링의 형태로 손가락에 끼우는 고정법을 적용해 착용의 안정성을 높이는 것이 필요하겠다.
오른쪽 손의 강직은 MAS 1, 일상생활평가인 K-MBI(Korean Modified Barthel Index)에서 만점 100점 중 77점으로 일상생활에 경도의 도움이 필요한 운동 수준을 보였다. 상지의 모든 관절은 구축이 없어 완전한 관절운동범위(ROM)로 수동적 움직임이 가능하였다. 환자는 어깨관절 45도, 팔꿈치 150도, 손목관절 20도 수의적 굽힘이 가능하고 손은 움켜 쥐기(mass grasp)를 할 수 있었으며 12kg의 쥐기 근력을 보였다.
그의 후유증으로 대상자는 오른쪽 상, 하지의 움직임 장애가 발생되었다. 오른쪽 손의 강직은 MAS 1, 일상생활평가인 K-MBI(Korean Modified Barthel Index)에서 만점 100점 중 77점으로 일상생활에 경도의 도움이 필요한 운동 수준을 보였다. 상지의 모든 관절은 구축이 없어 완전한 관절운동범위(ROM)로 수동적 움직임이 가능하였다.
이 평가의 검사-재검사 신뢰도는 r=0.78∼0.83, 내적일치도를 보기위한 Cronbach a는 0.8 이상으로 높은 신뢰도를 보였다.

후속연구

3D 프린팅을 이용해 제작한 새로운 디자인의 보조기는 신경학적 장애를 가진 환자의 상지기능에 긍정적인 영향을 미쳤다. 3D 프린팅은 다양한 디자인의 보조기를 완전하게 구현하는 것을 가능케 함으로 앞으로 환자들의 개별적 특징에 따른 기능향상을 위한 맞춤형 보조기 제작시 유용하게 사용될 수 있을 것이다.
신경학적 질환에 의한 운동장애 환자들은 손상측의 상지 기능이 존재하여도 사용하지 않아 학습된 비사용(learned non-use)을 보이고 결국 운동기능이 더욱 악화되기도 한다[13]. 보조기의 착용은 손상측의 활동참여부분을 증가시켜 학습된 비사용을 예방하는데 효과가 있을 것으로 기대된다.
또한 보조기의 엄지검지 샅공간을 넓히는 부분은 엄지의 IP관절을 제한하지 않는 높이까지로 한정하였는데 쥐기 동작 이후에 엄지의 IP관절이 계속적으로 굽혀져 있어 엄지패드(엄지손의 손톱이 아닌 아래손바닥 부분)가 검지패드에 닿지 않는 문제가 있었다. 엄지의 IP 관절 이상까지 보조기를 연장하여 관절 펴짐을 보조하도록 하는 것이 본 환자에게는 더 유용할 것으로 생각된다.

질의응답

핵심어	질문	논문에서 추출한 답변
	본 연구에서 사용한 새로운 보조기의 사용 시 어떤 효과를 보이는가?	새로운 보조기는 엄지와 검지의 샅공간(web space)을 넓히는 새로운 디자인이다. 보조기 착용 후 환자는 엄지 벌림의 자세를 유지할 수 있었고 작은 물건 잡기가 가능하게 되었다. 환자는 손 기능에서 향상을 보였고 Box and Block 검사의 수행이 가능해져 1분에 8개의 블록을 옮길 수 있게 되었다. 그러나 물건에 손바닥의 접촉이 요구는 잡기는 이전보다 더 어려웠고 일상에서 착용시 물이 닿으면 고정되지 못한다는 단점 또한 있었다.
	본 연구에서 사용한 새로운 보조기의 단점은 무엇인가?	환자는 손 기능에서 향상을 보였고 Box and Block 검사의 수행이 가능해져 1분에 8개의 블록을 옮길 수 있게 되었다. 그러나 물건에 손바닥의 접촉이 요구는 잡기는 이전보다 더 어려웠고 일상에서 착용시 물이 닿으면 고정되지 못한다는 단점 또한 있었다. 본 연구는 3D 프린팅을 이용한 첫 보조기 적용 연구라는 점에서 의미가 있으며 앞으로 작업치료분야에서 3D 프린팅을 통해 다양한 환자 맞춤형 보조기가 개발될 수 있을 것이라 기대한다.
	본 연구에서 사용한 보조기의 디자인 특징은 무엇인가?	본 연구의 목적은 손을 기능적 자세로 만들어주는 새로운 디자인의 보조기를 환자에게 적용하여 손기능에 어떠한 영향을 주는지 알아보고자 하는 것이었다. 새로운 보조기는 엄지와 검지의 샅공간(web space)을 넓히는 새로운 디자인이다. 보조기 착용 후 환자는 엄지 벌림의 자세를 유지할 수 있었고 작은 물건 잡기가 가능하게 되었다.

참고문헌 (13)

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K. F. Gretsch, H. D. Lather, K. V. Peddada, C. R. Deeken, L. B. Wall and C. A. Goldfarb, “Development of novel 3D-printed robotic prosthetic for transradial amputees,” Prosthetics and Orthotics International, Vol. 40, No. 3, pp. 400-403, 2016. DOI: 10.1177/0309364615579317

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F. S. Cromwell, Occupational therapist's manual for basic skill assessment: Primary prevocational evaluation. Altadena, 1976.
E. Taub, G. Uswatte and R. Pidikiti, "Constraint-induced movement therapy: A new family of techniques with broad application to physical rehabilitation-a clinical review," Journal of Rehabilitation Research and Development, Vol. 36, No. 3, pp. 237-251, 1999.

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