[논문]편마비 환자의 자세균형 재활 훈련을 위한 보행 보조기 개발

권대규; 김경; 박용군; 양윤석; 김남균

문제 정의

본 연구에서는 고령자들에게 발병률이 높은 뇌졸중으로 인한 편마비 환자들이 자신의 자세를 자가 진단하여 실생활에서 보행 시 자세균형 재활훈련을 받는 지능형 보행 보조기를 연구하고자 하였다.
본 연구에서는 보행 시 자세균형 재활훈련을 할 수 있도록 시각적으로 피드백 해주는 보행보조기를 제작하였다. 이러한 보행보조기를 가지고 임상시험을 구현하여 자세균형 능력 평가를 수행하였다.
실험은 정상인과 편마비 환자의 보행 특성을 비교하고 시각 피드백의 유무에 따른 지능형 보행보조기를 이용한 보행 시 편마비 환자의 보행 특성이 어떻게 나타나는지를 알아보았다. 편마비 환자의 보행 특성을 위하여 하지 보조기를 이용하여 왼쪽 다리를 구속시켰다.

제안 방법

다음으로, Fig. 2(b)에서 보듯이 편마비 환자의 보행 특성을 구현하기 위하여 왼쪽 다리를 구속시킨 후 피험자의 일반 보행을 시행하였다. 그리고 Fig.
그리고 Fig. 2 (c)과 같이, 보행보조기를 이용한 보행 시 시각 피드백을 받지 않는 상태에서의 보행 특성을 알아보았다. 마지막으로 Fig.
(d)와 같이 구속된 다리를 유지한 채 압력 계측기를 통해 측정된 양쪽의 균형을 시각 피드백 받으면서 자세균형을 유지하려는 재활차원의 실험을 진행하였다.
이러한 압력센서를 이용한 재활훈련을 통해 자세균형을 수정할 수 있어 보행 시 바른 자세균형을 유지하도록 하여 자연스러운 보행을 돕는 것을 특징으로 한다. 또한, 일상생활에서 손쉽게 이용 가능하기 때문에 장소의 구애를 받지 않고 보행을 시도하며 앉기/서기, 용변 등의 일상에서의 기본 운동을 보조를 받아 자연스러운 보행 및 안전과 지지에 도움을 받을 수 있는 지능형 보행보조기기를 적용하였다. 또한, 지능형 보행보조기의 앞부분에 부착되어 있는 초음파센서는 노인이 보행 시 Walkway에 장애물을 탐지하여 청각적 피드백(bell sound)을 준다.
편마비 환자의 보행 특성을 위하여 하지 보조기를 이용하여 왼쪽 다리를 구속시켰다. 먼저, 피험자들의 고유한 보행 특성을 알아 보기 위하여 정상적인 피험자들에게 아무런 제약을 주지 않은 채 일반 보행을 시행시켰다.(Fig.
압력 계측기를 이용하여 양쪽 자세의 균형에 대해 인지한 후 이를 바로 잡기 위해 보행 시 자세균형을 잡는 재활 훈련을 유도하였다. 압력 계측기의 재활 정도를 위해 10명의 피험자를 대상으로 하지보조기를 왼쪽 다리에 착용하여 실험한 결과, 하지보조기를 착용하고 일반적인 보행기를 사용하였을 때에 자세균형의 정도가 현저히 떨어지는 것을 볼 수 있었다.
본 연구에서는 보행 시 자세균형 재활훈련을 할 수 있도록 시각적으로 피드백 해주는 보행보조기를 제작하였다. 이러한 보행보조기를 가지고 임상시험을 구현하여 자세균형 능력 평가를 수행하였다.
실험은 정상인과 편마비 환자의 보행 특성을 비교하고 시각 피드백의 유무에 따른 지능형 보행보조기를 이용한 보행 시 편마비 환자의 보행 특성이 어떻게 나타나는지를 알아보았다. 편마비 환자의 보행 특성을 위하여 하지 보조기를 이용하여 왼쪽 다리를 구속시켰다. 먼저, 피험자들의 고유한 보행 특성을 알아 보기 위하여 정상적인 피험자들에게 아무런 제약을 주지 않은 채 일반 보행을 시행시켰다.

대상 데이터

본 연구에서 사용한 보행보조기는 Active Korea사의 Active Walker를 사용하였고, 이 고령자용 보행보조기에 압력 계측부, 장애물 감지부, 압력 피드백 제어부로 구성하여 적용하였다. 압력 계측부는 재활훈련을 원하는 노인이 보행보조기를 끌고 보행을 시도할 때 손잡이에 부착되어진 압력센서에서 편마비 환자가 보행보조기를 지지할 때의 악력을 검출한다.

성능/효과

압력 계측기의 재활 정도를 위해 10명의 피험자를 대상으로 하지보조기를 왼쪽 다리에 착용하여 실험한 결과, 하지보조기를 착용하고 일반적인 보행기를 사용하였을 때에 자세균형의 정도가 현저히 떨어지는 것을 볼 수 있었다. 그러나 압력 계측기를 통해 자세균형 정도를 시각 피드백 받은 후 보행을 지속한 경우, 자신의 자세균형을 자가 진단하여 좌우 균형을 잡아주는 것을 확인 할 수 있었다.
왼발은 오른발에 비해 Left 1과 Left 2의 면적차이가 적은데 이는 구속시킨 발의 스윙이 되지 않아 발을 끌면서 보행하기 때문에 나타날 수 있다. 또한 Left의 ANF와 AF를 비교해보면 그 면적 차이가 줄어들었는데 이는 보행보조기의 시각적 피드백을 받아 면적이 거의 일정해 진 것을 알 수 있다. 또한 오른발의 전체적인 양상은 Normal과 크게 다르지 않다.
이에 노인 및 장애자도 쉽게 이용할 수 있고 별도의 훈련시간 필요 없이 일상생활 및 동적 상태에서 훈련할 수 있는 장치에 제안이 필요하다. 또한 근력이 약하고 보행이 불편한 노인 및 편마비 환자들에게는 기존의 재활을 목적으로 하는 보행보조기 및 보행도우미 로봇 등은 일반인들이 사용하기에는 매우 고가이며 스스로 훈련하기에 너무나 무거워 무리가 있었고, 재활치료사나 간호사들을 동반 하여 재활운동 시 주관적인 재활훈련 평가로 불편하고 비효율적이었다.
또한 보행보조기의 도움을 받지 않는 Right 1 & Right 2와 보행보조기의 도움을 받은 Right 1 & Right 2를 비교해 보면 보행보조기의 도움을 받은 Right 1 & Right 2가 전체적인 족압이 낮은데 이를 통해 비구속 시킨 발도 보행보조기를 통해 힘의 도움을 받는 것을 알 수 있다.
압력 계측기를 이용하여 양쪽 자세의 균형에 대해 인지한 후 이를 바로 잡기 위해 보행 시 자세균형을 잡는 재활 훈련을 유도하였다. 압력 계측기의 재활 정도를 위해 10명의 피험자를 대상으로 하지보조기를 왼쪽 다리에 착용하여 실험한 결과, 하지보조기를 착용하고 일반적인 보행기를 사용하였을 때에 자세균형의 정도가 현저히 떨어지는 것을 볼 수 있었다. 그러나 압력 계측기를 통해 자세균형 정도를 시각 피드백 받은 후 보행을 지속한 경우, 자신의 자세균형을 자가 진단하여 좌우 균형을 잡아주는 것을 확인 할 수 있었다.

후속연구

제작된 고령자를 위한 자세균형 재활훈련 보행보조기는 편마비 환자들이나 노인들이 평상시에 보행 시 자세균형에 대한 피드백을 받으며 자가 진단하여 자세균형을 잡는 재활훈련을 하는데 효과가 있을 것이라 기대된다.

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