엔드 이펙터형 로봇 보조 보행 치료가 뇌졸중 후 만성 편마비 환자의 보행 패턴 및 에너지 소비에 미치는 영향

로봇 훈련 후 운동학, 운동학, 에너지 소비에 대한 연구는 거의 없기 때문에 이 부분에 대한 연구가 시급하다. 소규모 후향적 오픈라벨 연구에서 End-Effector 로봇을 이용하여 보행을 시행한 환자의 만성 뇌졸중 환자의 시공간적 매개변수와 동역학 및 운동학적 분석 결과를 보행 속도, Cadence, Stride time, stride와 비교하였다. 속도, 전체적인 운동학적 분석에서 고관절 신전의 개선, 골반의 전방경사 감소. 이는 로봇 보조 보행 훈련이 운동학적 지수를 향상시킬 수 있음을 시사합니다. 무작위 제어 시험 설계는 체계적인 연구입니다.

또한 심폐 기능이 저하된 심혈관 질환 및 뇌졸중 환자의 재활을 위한 로봇 보조 보행 치료의 에너지 소비량과 심폐부하를 평가하는 것이 중요하다. 뇌졸중 환자의 보행치료의 목적은 보행의 패턴과 보행의 비대칭성을 보정하여 에너지 소비의 효율을 높이는 것이다. 이것은 보행 연구자에게도 중요한 문제입니다.

저자들은 엔드이펙터형 로봇을 사용할 때 로봇의 도움을 받지 않은 경우에 비해 로봇 보조 보행 시 산소 소비량이 통계적으로 유의미하게 낮았다고 보고했다. 외골격형 로봇으로 보행 시, ATW 시 OTW(Overground 러닝머신 보행)에 비해 평균 산소 소비량이 통계적으로 유의미하게 감소한다는 보고가 있었습니다. 그러나 선행연구에서는 전처리와 후처리를 비교하지 않았으며, 로봇보조보행훈련 후 산소소비량의 개선 가능성에 대한 보고도 없는 실정이다.

이 연구에서는 환자를 두 그룹으로 나누었습니다. 한 그룹은 엔드이펙터형 로봇보행장치를 이용한 6주간의 보행훈련을 받았고, 다른 한 그룹은 같은 기간 동안 보행치료를 받았다. 치료 종료 6주 후 3차원 동작 분석, 족압 분석, 에너지 소모량 분석을 통해 시공간 지수, 운동학, 운동 지수, 동적 근전도 활성화 패턴, 로봇 보조 훈련을 획득하였다. 연구는 보행기의 보행능력 향상과 에너지 소비효율이 기존의 보행훈련군보다 더 효과적인지를 알아보기 위한 것이었다.

가장 자연스러운 3가지 보행 주기 각 보행 주기에 따른 운동학적 지수와 시공간 지수 산출

Dynamic EMG 분석 Dynamic EMG는 무선 Delsys Trigno Sensor System(Delsys Inc, USA)을 이용하여 양 하지의 내측 GCM, 전경골근, 내측광근, 대퇴직근, 내측 햄스트링, 대둔근을 이용하여 표면 근전도를 피부에 부착하여 시행하였다. 신호를 측정하고 이를 RMS(Root Mean Square)로 변환합니다. (그림 5) EMG 신호 샘플링 속도: 2000 샘플/초 필터: EMG 신호 대역폭 20-450Hz 표면 전극: 평행 막대 전극

측정된 근전도 신호는 보행주기에 따른 활동시간과 기간을 측정하고 활성화 정도를 분석하여 얻어진다.

1. 내측 GCM, 전경골근, 내측광근, 대퇴직근, 내측 햄스트링 및 대둔근
2. 근육 활성화 주기의 시작점과 끝점
3. 근육 활성화 기간 및 RMS 적분 및 피크 값
4. RMS(Root Mean Square) 값을 16개 섹션으로 나눈 값을 시간으로 나눈 값
5. 오른쪽과 왼쪽의 비교

2-2. 에너지 소모량 분석 웨어러블 대사계로 K4b2(COSMED, Italy)를 사용(Fig. 6) O2 cost[ml/(m/kg)]와 O2 rate(ml/min/kg)를 측정하여 보행거리를 측정하였다. K4b2(COSMED, Italy)를 착용한 상태에서 총 5분 동안 스스로 선택한 보행 속도. 5분 동안의 산소 소모량 데이터의 처음 1분과 마지막 1분을 제외하고 3분 동안 걷는 거리를 측정하였다. O2 비율과 O2 비용을 사용하여

2-3. 족압 분석 족압은 두께 0.16mm, 980개의 힘 감지 저항기(cm2당 3.88개의 센서)가 장착된 F-Scan 시스템(Tekscan, USA)을 사용하여 측정되었습니다. 사용 설명서(Tekscan Research Software 사용 설명서 버전 6.7 Rev. D, 2003)를 참조하여 다음과 같이 측정하고 분석합니다.

2-4. 하지에 대한 FMA(Fugl-Meyer Assessment) 2-5. 10m 걷기 테스트 2-6. Berg balance scale(BBS) 2-7. 타임업 및 테스트 진행(TUG) 2-8. 기능적 보행 범주(FAC) 2-9. 수정된 애쉬워스 척도(MAS) 2-10. 리버미드 이동성 지수(RMI) 2-11. 기능적 독립성 측정(FIM)