뇌성마비 환자의 보행 재활을 위한 지능형 케이블 구동 하지 운동 제어 시스템

Abstract

뇌성마비 환자가 보이는 비정상적인 보행 양상은 환자의 평생에 걸쳐 지속될 수 있기에 올바른 재활과정을 거쳐 보행 능력을 회복시키는 것이 중요하다. 이를 치료하기 위한 기존의 보행 재활 방식 중 환자의 운동 자율성을 확보하고 좀 더 다양한 환자를 대상으로 하는 재활이 가능한 케이블 구동형 재활 방식에 주목하였다. 본 연구에서는 뇌성마비 환자의 보행에 맞추어 적합한 보행 보조력과 자세 교정력을 가할 수 있는 지능형 하지 운동 시스템을 설계함으로써, 환자의 보행을 방해하지 않으며 이상 보행 자세를 올바르게 교정할 수 있는 방법을 기계공학적인 관점에서 제시하였다. 이때 장치의 주된 제어 요소는 보행 중인 환자의 다리 위치를 추적하여 케이블의 시작점을 장치가 따라가도록 하는 위치 제어와 환자의 다리 움직임에 맞추어 일정한 자세 교정력을 가할 수 있도록 하는 장력 제어로 나뉜다. 장치를 제작한 이후 실제 웅크림 보행 증세가 있는 뇌성마비 환자를 대상으로 장치가 환자에게 미치는 영향을 분석하였다. 실험은 장치를 착용하지 않았을 때, 장치를 착용하였으나 환자의 다리 위치를 추적하여 움직일 때, 장치가 움직이지 않을 때를 나누어 환자의 골반 전방/측방 경사와 다리 근육의 근전도 신호, 보폭과 다리 너비 등을 측정하였다. 그 결과, 환자의 골반 경사와 다리 근육의 근전도로부터는 환자의 보행 효율성이 증가하는 지표가 관측되었으며 이는 장치를 착용하였을 때, 그리고 장치가 환자의 다리 위치를 추적하여 움직여 자세 교정력의 방향이 일정하게 움직일 때 더 나은 결과를 보였다. 이러한 결과는 본 연구에서 제작한 지능형 하지 운동 제어 시스템이 뇌성마비 환자의 보행 자세를 교정할 수 있음을 의미하며, 장치를 이용하여 뇌성마비 환자의 보행 재활을 진행한다면 환자의 이상 보행 자세를 효율적으로 교정할 수 있을 것이라 기대한다.