국내 연구진, 뇌성마비 환자 재활로봇 훈련 극대화 기술 개발

[이뉴스투데이 여용준 기자] 한국연구재단은 이송주 한국과학기술연구원(KIST) 박사 연구팀이 국제공동연구를 통해 뇌성마비 환자를 위한 재활로봇 기반의 감각·운동 기능 평가기술과 훈련기술을 개발했다고 24일 밝혔다.

이번 연구는 한국 UNIST와  미국 메릴랜드주립대, 시카고재활병원의 교수진 등이 함께 참여했다. 또 미국 국립보건원과 국립과학재단, 장애·독립적 삶·재활연구원, 한국 국가과학기술연구회, 과학기술정보통신부·한국연구재단의 바이오닉암메카트로닉스융합기술개발사업 및 개인기초연구사업의 지원으로 수행됐다.

기존 뇌졸중 등 신경손상 환자의 로봇재활 훈련은 하나의 로봇을 이용하는 방식으로 환자의 상태에 따라 큰 도움이 되거나 효과가 없는 등 결과가 제각각이었다. 

특히 뇌성마비 환자의 경우 경직이 발목이나 무릎, 또는 양쪽 모두에 나타나 관절이 뻣뻣해 질 수 있고 안짱걸음을 걷는 경우가 많아 걷는 방향의 보행 향상을 위한 훈련만을 진행할 경우 재활효과에 한계가 있을 수 있다. 

이에 연구팀은 내족지 보행을 개선하려는 8명의 뇌성마비 환자군에서 다리의 감각 및 운동 기능뿐 아니라 무릎과 발목 중 어디에 더 불편함이 있는지를 평가했다. 

평가 결과에 따라 각각 발목 또는 무릎을 위한 스트레칭 로봇을 먼저 적용한 후 내족지 보행 완화용 로봇을 적용하는 맞춤형 재활훈련 프로토콜을 개발하고 그 효용성을 증명했다. 

이는 각각의 다른 용도로 개발된 3개의 로봇을 함께 적용해 환자의 취약 부분을 맞춤형으로 더 집중할 수 있도록 한 것을 말한다. 사용된 발목용 스트레칭 로봇, 무릎용 스트레칭 로봇, 내족지보행완화용 로봇은 이번 논문의 교신저자인 리첸장 교수와 제1저자인 이송주 박사 등이 앞서 개발한 것이다. 

뻣뻣한 관절을 풀어주면 이후 보행훈련의 효과를 높일 수 있다는 기존 연구결과에 착안해 필요한 관절에 스트레칭을 적용한 뒤 내족지 보행 완화를 위한 훈련을 하는 것이 개발된 프로토콜의 핵심이다.

6주간의 맞춤형 훈련을 통해 환자 대부분 보행속도가 빨라지고 고유수용감각이 예민해졌으며 내족지보행이 완화되는 등의 긍정적인 효과를 얻을 수 있었다. 

연구팀은 앞으로 뇌성마비뿐 아니라 뻣뻣한 관절을 가진 절단환자, 근골격계 및 신경손상 환자에게도 본 방법론이 적용되는지 연구할 계획이다.

이송주 박사는 “개인맞춤형으로 과학적, 정량적 재활치료를 할 수 있어 근골격계 및 운동기능장애 관련 정밀의료에 기여할 수 있을 것”이라고 설명했다. 

이번 연구는 국제학술지 ‘전기전자공학회 신경시스템과 재활공학’(IEEE Transactions on Neural Systems and Rehabilitation Engineering) 9월호에 게재됐다.