보행용 인터랙티브 외골격 로봇

뇌졸중은 뇌 조직으로의 동맥 공급을 차단하고 일반적으로 신체 한쪽에 영향을 미치는 중추 신경계의 운동 경로를 손상시키는 두개내 출혈 또는 혈전증에 의해 발생합니다. 영향을 받는 쪽의 하강 신경 드라이브 감소는 편마비로 이어질 수 있으며, 이는 뇌졸중 생존자의 일상 생활 활동(ADL)에 상당한 영향을 미칩니다(Singam, Ytterberg, Tham & von Koch, 2015). 상지 운동 장애는 물건을 집거나 조작하기 위해 반대쪽을 사용하여 보상할 수 있지만 하지의 운동 기능 상실은 이동성과 신체 균형을 상당히 제한합니다. 많은 뇌졸중 생존자는 서고 걸을 때 보행 보조기나 간병인의 수동 지원에 의존합니다. 그렇지 않으면 심각한 결과를 초래하는 낙상 위험이 큽니다(Tasseel-Ponche, Yelnik & Bonan, 2015).

최근 연구에 따르면 뇌졸중 환자는 신경가소성(neuroplasticity)으로 알려진 장기 적응 과정을 통해 대체 신경 회로를 개발함으로써 보행 능력을 다시 배울 수 있다고 합니다. 고강도, 반복적, 과제별 보행 훈련은 편마비 뇌졸중 환자의 보행 회복을 향상시키는 열쇠입니다(Kreisei, Hennerici & Bäzner, 2007; Kleim & Jones, 2008). 로봇 보조 하지 외골격 장치의 개발은 뇌졸중 재활에서 큰 임상 잠재력을 가지고 있습니다. 많은 하지 외골격 로봇은 보행이 불가능한 뇌졸중 환자가 BWSTT(체중 지지 트레드밀 훈련)에서 수동 보조로 걷기 연습을 위해 임상적으로 사용할 수 있습니다(Morone, et al., 2017).

Lokomat 및 전기 기계식 Gait Trainer와 같은 기존 로봇 보조 보행 훈련(RAGT)은 고관절과 무릎의 주요 하지 관절에 자동적이고 리드미컬하며 반복적인 동력 보조를 양측으로 제공합니다(Poli, Morone, Rosati & Masiero, 2013). 기존 요법과 조합한 이러한 RAGT의 대규모 무작위 대조 시험(RCT)은 만성 뇌졸중 환자가 기존 요법만 받는 것보다 훨씬 더 많은 기능적 보행 독립성과 ADL이 개선되었음을 보여줍니다(Pohl, et al., 2007; Schwartz, et al., 2009). ; Hidler 외, 2009; Mehrholz 외, 2013). 그러나 Hesse, Schmidt, Werner & Bardeleben(2003)은 로봇을 보행 재활에 통합하는 것은 치료사가 작업량을 늘리지 않고 훈련 강도와 안전을 향상시키기 위한 보조 도구일 수 있다고 제안합니다. 임상적으로 이용 가능한 대부분의 RAGT는 수동 보조 기능이 있는 러닝머신에 한정되어 있지만(van Peppen, et al., 2004; Morone, et al., 2017), 연구에 따르면 작업 변동과 보행 훈련에 대한 능동적 참여는 새로 학습한 자세를 유지하는 데 도움이 될 수 있습니다. 훈련 효과의 일반화를 촉진할 수 있다(Salbach, et al., 2004; Kwon, Woo, Lee & Kim, 2015). 능동적인 지상 보행 훈련을 가능하게 하는 휴대용 RAGT는 특히 외래 뇌졸중 환자에게 더 유망할 것입니다.

로봇 보조기(AFO)와 무릎 보조기는 편마비 뇌졸중 환자의 RAGT를 위한 휴대용 외골격 장치의 좋은 후보입니다(Duerinck, et al., 2012; Zhang, Davies & Xie, 2013; Mehrholz, et al., 2017). . 기존의 AFO는 주로 유각기에서 발의 여유를 위한 발목 배측굴곡의 수동적 지지와 하중 반응에서 충격 흡수로 족부 하강 보행 이상을 치료하기 위해 설계되었습니다. 기존의 무릎 보호대는 주로 입각기에서 신체 지지를 위해 설계되었습니다. 영향을 받은 발목 및/또는 무릎 관절에 로봇 지원을 통합하면 환자의 자발적인 잔여 발목 및/또는 무릎 움직임과 동기화되는 능동적인 전원 지원을 제공할 수 있습니다. 장기간의 능동적 힘 보조는 경험 중심의 보행 회복을 자극하거나 보행을 촉진하기 위한 보상적 보행 패턴을 개발할 수 있습니다(Kleim & Jones, 2008).

로봇 재활 연구를 임상 적용으로 전환하기 위해서는 뇌졸중 환자에 대한 새로운 장치 또는 중재의 안전성과 효과를 테스트하기 위한 증거 기반 임상 연구가 수행되어야 합니다(Backus, Winchester & Tefertiller, 2010). 로봇 보조 AFO와 무릎 보조기의 많은 디자인이 여러 연구 그룹에서 제안되었지만 대부분은 작은 표본 크기의 건강한 피험자를 대상으로 타당성 테스트 결과만 보고했습니다(Dollar & Herr, 2008; Shorter, et al. , 2013; Alam, Choudhury & Bin Mamat, 2014). 이전 연구의 대부분은 보행 중 로봇 보조 AFO 및 무릎 보호대 착용의 즉각적인 효과에 대해 우려했지만 뇌졸중 환자의 RAGT 장치 착용의 장기적인 치료 효과를 조사한 연구는 거의 없었습니다(Lo, 2012). 특히, Mehrholz, et al. (2017) 단 하나의 RCT만이 로봇 보조 AFO를 사용한 발목 훈련의 효능을 평가했지만, 앉은 자세에서 로봇 보조 AFO를 사용하여 지상 보행과 계단 보행 모두에서 보행 훈련을 평가한 RCT는 없었습니다.

본 연구에서는 외골격 발목 로봇과 무릎 로봇을 로봇 보조 AFO 및 무릎 보조기로 제안하여 족부하 보행 이상이 있는 뇌졸중 환자의 보행 훈련을 위한 것으로 평가하였다. 로봇 보조 AFO와 무릎 보조기를 뇌졸중 환자에게 임상 적용하려면 다리에 가해지는 하중을 줄이고 다양한 보행 환경에 대한 휴대성과 적응성을 달성하는 것과 같은 몇 가지 중요한 과제를 극복해야 합니다. 외골격 발목 로봇 및 무릎 보조기는 (1) 보행을 용이하게 하기 위해 동기화된 활성 발목 및/또는 무릎 힘 보조를 제공하고, (2) 지상 보행 및 계단 보행에서 사용자의 보행 의도를 분류하는 정확하고 신뢰할 수 있는 방법을 개발하고, (3) 발 드롭 보행 이상이 있는 뇌졸중 환자의 RAGT에 대한 훈련 프로토콜을 제공합니다. Exoskeleton Ankle Robot 및 Knee Brace의 타당성 테스트 및 RCT는 이 새로운 재활 로봇의 임상적 가치를 검증할 수 있으며 잠재적으로 뇌졸중 환자를 위한 새로운 보행 재활 개입을 확립할 수 있습니다.