늑대 운동기능검사(Wolf Motor Function Test, WMFT)는 뇌졸중 후 상지의 운동 수행을 평가하기 위해 널리 사용된다. 그러나 기존의 접근 방식은 과제 수행 중 나타나는 영역(도메인) 특이적인 신경근 및 운동학적 차이를 간과할 수 있다. 본 연구는 WMFT 과제를 세 가지 기능 영역으로 분류하였다: 근위부 도달 및 운반(proximal reaching and transport, PRT), 세밀한 수지 조작(fine motor manipulation, FMM), 그리고 대운동 기능적 조절(gross motor functional control, GMFC)이다. 센서 기반 측정을 사용하여 근력 간(양쪽 사지) 차이의 근 활성화, 관절 가동성, 이동(운동) 진폭을 살펴보았다. 만성 뇌졸중 환자 12명이 16개의 WMFT 과제를 수행하였다. 표면 근전도(EMG)와 관성측정장치(IMU)는 상지의 근육 활성, 관절 각도, 분절 변위를 기록하였다. 각 기능 영역에 대해 윌콕슨 부호순위 검정과 스피어만 상관분석을 수행하였다. PRT 및 FMM 과제에서 EMG, 관절 가동범위(range of motion, ROM), 그리고 제곱평균제곱근(root mean square, RMS) 가속도에서 유의한 비대칭이 관찰되었다. 이러한 결과는 마비측에서 근위부 근 활성화가 증가하고 원위부의 관여가 감소함을 반영한다. GMFC 과제는 보다 대칭적인 양상을 유발했으나, 원위부 조절에서의 미세한 결손은 여전히 나타났다. 상관분석은 신경근 및 운동학적 지표들 사이의 강한 상호의존성을 보여주었다. 본 연구 결과는 보상 전략이 통합적 성격을 가진다는 점을 강조한다. 기능 영역에 따라 WMFT 과제를 범주화하고 다중모달 센서 분석을 통합한 결과, 기존의 관찰자 기반 채점으로는 검출되지 않는 미묘한 손상 양상이 드러났다. 이러한 결과는 개인화된 재활 전략을 안내하기 위한 센서 기반, 영역 특이적 평가의 활용을 지지한다. 궁극적으로 이러한 접근은 뇌졸중 생존자의 장기적 기능 회복을 향상시킬 수 있을 것이다.

현재 뇌졸중 환자의 상지 재활을 위한 쓰기 보조도구는 생체역학적 특성을 고려하여 개발되지 않아 적절한 지지 효과를 달성하기 어렵다. 따라서 본 연구에서는 12명의 뇌졸중 환자를 대상으로 손 기능과 근전도 평가에 근거하여 두 종류의 쓰기 보조도구 사용이 쓰기 속도, 글자 크기, 그리고 상지 근육 활성에 미치는 영향을 비교 분석하였다. 손 기능은 Jebsen–Taylor 수지 기능 검사로 평가하였고, 쓰기 능력(쓰기 속도와 글자 크기)은 한글(한국어) 알파벳 쓰기 검사로 측정하였다. 근육 활성은 마비측(PS)과 비마비측(NPS) 각각에서 표면 근전도(surface electromyography)로 기록하였다. 그 결과, 쓰기 속도는 마비측에서 유의하게 느렸고 가로 방향 글자 크기는 더 크게 나타났다. 또한 마비측에서의 근육 활성 패턴은 쓰기 보조도구의 설계에 유의한 영향을 받았는데, 이는 보조도구의 설계가 보상적 움직임과 근육 기능에 영향을 미침을 시사한다. 이러한 결과는 뇌졸중 환자 개개인의 필요에 맞춘 맞춤형 재활 도구의 중요성을 강조한다. 향후 연구에서는 생체역학적 데이터에 기반하여 맞춤형 쓰기 보조도구를 개발함으로써 재활 목표를 보다 잘 지지하는 데 초점을 둘 것이다.

보행 보조기구 중 가장 널리 사용되는 보행차(롤레이터, rollator)는 일상생활에서 노인의 안정적인 보행을 돕는다. 본 연구에서는 두 가지 유형의 롤레이터의 구조적 특성이 다양한 보행 환경에서 노인의 상·하 하지 근육 활성과 발바닥 압력에 어떠한 영향을 미치는지 조사하였다. 두 가지 유형의 롤레이터를 사용하여 다양한 환경(평지, 장애물, 고르지 않은 지면, 경사면)에서 보행하는 11명의 노인을 대상으로 근육 활성(상지 및 하지)과 발바닥 압력(평균 힘, 최고 압력, 접촉 면적)을 정량화하였다. 상지 근육 활성은 장애물 지면과 고르지 않은 지면에서 가장 높았으며, 롤레이터의 구조적 차이에 기인한 유의한 차이가 확인되었다. 또한 불안정하거나 경사진 보행 환경에서 안정성을 유지하기 위한 보행 전략에 따라 하지 근육 활성과 발바닥 압력의 패턴이 나타나는 것이 관찰되었다. 즉, 롤레이터의 무게, 바퀴 크기, 그립 형태, 보조 도구가 보행 중 노인의 상·하 하지 근육 활성 및 발바닥 압력에 큰 영향을 미친다는 점이 확인되었다. 본 연구 결과로부터, 보행 환경에 따라 다르게 나타나는 노인의 생체역학적 특성과 롤레이터의 구조를 보행 보조기구 개발 시 반드시 고려해야 함을 제시할 수 있다. 향후 더 많은 임상 데이터를 수집하고, 이를 바탕으로 다양한 보행 환경에서 노인을 안전하게 보조할 수 있는 롤레이터를 개발할 것이다.

노인에서 근육량이 감소하고 근골격계 질환의 유병률이 증가함에 따라, 이 인구집단은 흔히 글쓰기에서 어려움을 겪는다. 통증을 줄이고 글쓰기 효율을 향상시키기 위해 여러 상용 글쓰기 보조기기가 존재하지만, 그 설계에 대한 낮은 만족도는 널리 채택되는 것을 방해한다. 본 연구에서는 이러한 단점을 극복하고 손가락 통증을 감소시키는 새로운 인체공학적 글쓰기 보조기기를 개발하였다. 정상적인 글쓰기 능력을 가진 20명의 노인이 설계된 기기의 성능 평가에 참여하였다. 우리는 두 가지 상용 글쓰기 보조기기와 개발한 글쓰기 보조기기를 사용하여, 각 기기마다 주어진 실험 문장을 3회씩 작성하게 하였다. 각 기기에 대해 실험 중 손가락 관련 근육의 활동과 손가락 압력을 측정하였고, 실험 후 수정 QUEST 2.0을 사용하여 만족도를 평가하였다. 그 결과, NDWAD(newly developed writing assistive device; 새로 개발한 글쓰기 보조기기)를 사용할 때 상용화된 WADs(writing assistive devices; 글쓰기 보조기기)를 사용할 때보다 단지단근(abductor pollicis brevis) (18.16%)과 첫째 등쪽 골간근(first dorsal interosseous muscle) (14.17%)의 활동이 유의하게 더 높았다(p < 0.05). 엄지의 손가락 압력(0.59 N), 검지(1.09 N), 그리고 중지(0.46 N)는 NDWAD를 사용할 때 WADs를 사용할 때보다 유의하게 낮았다(p < 0.05). NDWAD의 만족도(4.47)는 WADs보다 높았다. 따라서, 본 설계가 손가락 압력을 감소시키고 사용자 만족도를 향상시킨다는 것을 확인하였다. 결론적으로, 본 연구에서 개발된 NDWAD는 노인뿐만 아니라 글쓰기에 장애가 있는 환자들에게도 글쓰기 보조 수단으로 사용될 수 있다.

늑대 운동기능검사(Wolf Motor Function Test, WMFT)는 뇌졸중 후 상지의 운동 수행을 평가하기 위해 널리 사용된다. 그러나 기존의 접근 방식은 과제 수행 중 나타나는 영역(도메인) 특이적인 신경근 및 운동학적 차이를 간과할 수 있다. 본 연구는 WMFT 과제를 세 가지 기능 영역으로 분류하였다: 근위부 도달 및 운반(proximal reaching and transport, PRT), 세밀한 수지 조작(fine motor manipulation, FMM), 그리고 대운동 기능적 조절(gross motor functional control, GMFC)이다. 센서 기반 측정을 사용하여 근력 간(양쪽 사지) 차이의 근 활성화, 관절 가동성, 이동(운동) 진폭을 살펴보았다. 만성 뇌졸중 환자 12명이 16개의 WMFT 과제를 수행하였다. 표면 근전도(EMG)와 관성측정장치(IMU)는 상지의 근육 활성, 관절 각도, 분절 변위를 기록하였다. 각 기능 영역에 대해 윌콕슨 부호순위 검정과 스피어만 상관분석을 수행하였다. PRT 및 FMM 과제에서 EMG, 관절 가동범위(range of motion, ROM), 그리고 제곱평균제곱근(root mean square, RMS) 가속도에서 유의한 비대칭이 관찰되었다. 이러한 결과는 마비측에서 근위부 근 활성화가 증가하고 원위부의 관여가 감소함을 반영한다. GMFC 과제는 보다 대칭적인 양상을 유발했으나, 원위부 조절에서의 미세한 결손은 여전히 나타났다. 상관분석은 신경근 및 운동학적 지표들 사이의 강한 상호의존성을 보여주었다. 본 연구 결과는 보상 전략이 통합적 성격을 가진다는 점을 강조한다. 기능 영역에 따라 WMFT 과제를 범주화하고 다중모달 센서 분석을 통합한 결과, 기존의 관찰자 기반 채점으로는 검출되지 않는 미묘한 손상 양상이 드러났다. 이러한 결과는 개인화된 재활 전략을 안내하기 위한 센서 기반, 영역 특이적 평가의 활용을 지지한다. 궁극적으로 이러한 접근은 뇌졸중 생존자의 장기적 기능 회복을 향상시킬 수 있을 것이다.

현재 뇌졸중 환자의 상지 재활을 위한 쓰기 보조도구는 생체역학적 특성을 고려하여 개발되지 않아 적절한 지지 효과를 달성하기 어렵다. 따라서 본 연구에서는 12명의 뇌졸중 환자를 대상으로 손 기능과 근전도 평가에 근거하여 두 종류의 쓰기 보조도구 사용이 쓰기 속도, 글자 크기, 그리고 상지 근육 활성에 미치는 영향을 비교 분석하였다. 손 기능은 Jebsen–Taylor 수지 기능 검사로 평가하였고, 쓰기 능력(쓰기 속도와 글자 크기)은 한글(한국어) 알파벳 쓰기 검사로 측정하였다. 근육 활성은 마비측(PS)과 비마비측(NPS) 각각에서 표면 근전도(surface electromyography)로 기록하였다. 그 결과, 쓰기 속도는 마비측에서 유의하게 느렸고 가로 방향 글자 크기는 더 크게 나타났다. 또한 마비측에서의 근육 활성 패턴은 쓰기 보조도구의 설계에 유의한 영향을 받았는데, 이는 보조도구의 설계가 보상적 움직임과 근육 기능에 영향을 미침을 시사한다. 이러한 결과는 뇌졸중 환자 개개인의 필요에 맞춘 맞춤형 재활 도구의 중요성을 강조한다. 향후 연구에서는 생체역학적 데이터에 기반하여 맞춤형 쓰기 보조도구를 개발함으로써 재활 목표를 보다 잘 지지하는 데 초점을 둘 것이다.

보행 보조기구 중 가장 널리 사용되는 보행차(롤레이터, rollator)는 일상생활에서 노인의 안정적인 보행을 돕는다. 본 연구에서는 두 가지 유형의 롤레이터의 구조적 특성이 다양한 보행 환경에서 노인의 상·하 하지 근육 활성과 발바닥 압력에 어떠한 영향을 미치는지 조사하였다. 두 가지 유형의 롤레이터를 사용하여 다양한 환경(평지, 장애물, 고르지 않은 지면, 경사면)에서 보행하는 11명의 노인을 대상으로 근육 활성(상지 및 하지)과 발바닥 압력(평균 힘, 최고 압력, 접촉 면적)을 정량화하였다. 상지 근육 활성은 장애물 지면과 고르지 않은 지면에서 가장 높았으며, 롤레이터의 구조적 차이에 기인한 유의한 차이가 확인되었다. 또한 불안정하거나 경사진 보행 환경에서 안정성을 유지하기 위한 보행 전략에 따라 하지 근육 활성과 발바닥 압력의 패턴이 나타나는 것이 관찰되었다. 즉, 롤레이터의 무게, 바퀴 크기, 그립 형태, 보조 도구가 보행 중 노인의 상·하 하지 근육 활성 및 발바닥 압력에 큰 영향을 미친다는 점이 확인되었다. 본 연구 결과로부터, 보행 환경에 따라 다르게 나타나는 노인의 생체역학적 특성과 롤레이터의 구조를 보행 보조기구 개발 시 반드시 고려해야 함을 제시할 수 있다. 향후 더 많은 임상 데이터를 수집하고, 이를 바탕으로 다양한 보행 환경에서 노인을 안전하게 보조할 수 있는 롤레이터를 개발할 것이다.

노인에서 근육량이 감소하고 근골격계 질환의 유병률이 증가함에 따라, 이 인구집단은 흔히 글쓰기에서 어려움을 겪는다. 통증을 줄이고 글쓰기 효율을 향상시키기 위해 여러 상용 글쓰기 보조기기가 존재하지만, 그 설계에 대한 낮은 만족도는 널리 채택되는 것을 방해한다. 본 연구에서는 이러한 단점을 극복하고 손가락 통증을 감소시키는 새로운 인체공학적 글쓰기 보조기기를 개발하였다. 정상적인 글쓰기 능력을 가진 20명의 노인이 설계된 기기의 성능 평가에 참여하였다. 우리는 두 가지 상용 글쓰기 보조기기와 개발한 글쓰기 보조기기를 사용하여, 각 기기마다 주어진 실험 문장을 3회씩 작성하게 하였다. 각 기기에 대해 실험 중 손가락 관련 근육의 활동과 손가락 압력을 측정하였고, 실험 후 수정 QUEST 2.0을 사용하여 만족도를 평가하였다. 그 결과, NDWAD(newly developed writing assistive device; 새로 개발한 글쓰기 보조기기)를 사용할 때 상용화된 WADs(writing assistive devices; 글쓰기 보조기기)를 사용할 때보다 단지단근(abductor pollicis brevis) (18.16%)과 첫째 등쪽 골간근(first dorsal interosseous muscle) (14.17%)의 활동이 유의하게 더 높았다(p < 0.05). 엄지의 손가락 압력(0.59 N), 검지(1.09 N), 그리고 중지(0.46 N)는 NDWAD를 사용할 때 WADs를 사용할 때보다 유의하게 낮았다(p < 0.05). NDWAD의 만족도(4.47)는 WADs보다 높았다. 따라서, 본 설계가 손가락 압력을 감소시키고 사용자 만족도를 향상시킨다는 것을 확인하였다. 결론적으로, 본 연구에서 개발된 NDWAD는 노인뿐만 아니라 글쓰기에 장애가 있는 환자들에게도 글쓰기 보조 수단으로 사용될 수 있다.

편평족(pes planus)은 가장 흔한 발 변형 중 하나로, 내측 아치의 소실, 후족부의 정렬 불일치, 전족부의 외전(abduction)을 포함하며, 이는 자세와 보행에 부정적인 영향을 미친다. 보행 중 아치를 정상화하고 안정성을 제공하는 데 효과적인 발 보조기(foot orthosis)는 치료 및 교정의 목적을 위해 처방된다. 현재 발 유형을 분류하고 진단하기 위한 기계학습 기술이 개발되고 있으나, 편평족의 치료 및 관리 목적의 발 보조기 처방에는 아직 적용되지 않았다. 따라서 본 연구의 목적은 CART(classification and regressing tree)라는 의사결정 트리 알고리즘을 기반으로 다양한 임상 데이터를 학습하고 분석하여, 편평족 환자에게 맞춤형 발 보조기를 처방할 수 있는 모델을 제안하는 것이다. 특징 중요도(feature importance)를 바탕으로 총 8개의 변수를 선택하였고, 발 보조기 처방을 위한 15개의 규칙을 생성하였다. 제안된 CART 알고리즘 기반 모델은 정확도 80.16%를 달성하였다. 이러한 결과는 본 연구에서 개발한 CART 모델이 편평족 환자에게 발 보조기를 쉽고 정확하게 처방하는 데 임상가에게 적절한 도움을 제공할 수 있음을 시사한다. 향후에는 더 많은 임상 데이터를 확보하고, 다양한 기계학습 기술을 활용하여 보다 정확하고 안정적인 발 보조기를 처방할 수 있는 모델을 개발할 계획이다.

연관 규칙 마이닝(association rule mining)은 데이터에서 질환(disorder)에 관한 중요한 정보를 발견할 잠재력이 있다. 본 연구의 목적은 연관 규칙 발견(association rule discovery)을 통해 족부 질환군(foot disorder groups)과 증상과 관련된 생체역학적 매개변수(biomechanical parameters) 사이의 유의미한 정보를 효과적으로 획득하기 위한 임상 데이터 분석 과정을 제시하는 데 있었다. 연구에는 기본적으로 편평족(pes planus)을 포함하는 복합 족부 질환(complex foot disorder)으로 진단된 소아 환자 279명의 최초 임상 건강 기록을 사용하였다. Apriori 알고리즘을 적용하여 족부 질환군의 규칙을 발견하였다. 그 결과 복합 족부 질환에 대한 8개의 규칙을 발견하고 주요 정보를 확인할 수 있었다. 후속 연구에서는 신경망(neural network)과 같은 다른 데이터 마이닝 방법론을 적용하되, 앞으로 소아 족부 질환에 대한 더 나은 분석을 위해 신중한 전처리를 수행할 계획이다.

시각장애인은 익숙함, 신뢰성, 저비용, 사용 편의성 등의 장점 때문에 안전 보행을 위해 대체로 흰 지팡이를 사용하지만, 지팡이로는 낮은 장애물을 감지하기가 어렵다. 이러한 여러 문제를 해결하기 위해 다양한 센서를 장착한 전자 보행 보조 지팡이가 개발되고 있으나, 이들 기기는 매우 높은 가격과 불충분한 신뢰성 때문에 시각장애인이 사용할 수 없다. 우리는 초음파 센서 3개, 진동 모터, 무선주파수인식(RFID) 판독기 및 태그, 스피커, 황화카드뮴(cadmium sulfide) 포토저항, LED를 사용하는 시각장애인을 위한 새로운 보행 보조 지팡이를 개발하였다. 원통형 장애물과 RFID를 갖춘 실험 환경을 설계하여 그 효과를 평가하였다. 정상 시력을 가진 10명의 참가자를 모집하였으며, 그들이 실험 환경을 3차례는 일반 흰 지팡이를 사용하여, 3차례는 개발된 지팡이를 사용하여 눈가리개를 한 채로 보행하였다. 실험 결과, 개발된 지팡이를 사용한 보행이 일반 흰 지팡이를 사용한 보행보다 장애물 감지 성능이 더 높게 나타났다. 그러나 개발된 지팡이를 사용할 때 사용자의 보행 속도는 더 낮았다. 개발된 지팡이로 보행하는 것에 대한 만족도를 조사한 설문 결과에 따르면, RFID 사용으로 현재 위치의 인지가 더 쉬워졌으나 RFID의 감지 범위는 더 확장되어야 한다. 본 연구에서 개발한 지팡이는 저렴하게 제조할 수 있으며, 지팡이 끝에 바퀴를 부착하여 좌우로 휘둘러 걷는 대신 앞으로 밀어 나갈 수 있게 함으로써 지팡이가 사용자의 체감에 미치는 무게 영향을 감소시켰다. 이 연구는 RFID를 이용하여 공간 정보를 시각장애인에게 전달함으로써 공간 지각 능력의 만족도를 향상시키기 위한 기초 연구이며, 그 결과는 향후 전자적 여행 보조기구 개발에 활용될 수 있다.

보행기는 연령 관련 보행 능력 저하가 있는 고령자에게 보조를 제공하고, 안정성과 균형 능력 향상에 도움을 준다. 그러나 일반형 보행기(GTW)를 요철이 있는 지면, 장애물, 경사면과 같은 불규칙한 지형에서 사용하면 근육의 과도한 사용과 낙상을 유발할 수 있다. 따라서 본 연구에서는 고령자가 다양한 지형에서 안전하게 사용할 수 있는 캐터필라형 보행기(CTW)를 개발하였다. 보행기 사용이 가능한 고령자 12명이 연구에 참여하였다. 두 가지 유형의 보행기를 불균일 지형, 장애물 지형, 경사 지형에서 사용했을 때 상·하지 근육의 근활성도, 장애물 극복 횟수, 보행 속도를 비교하고 분석하였다. 또한 이들 보행기에 대한 사용 만족도를 평가하였다. CTW를 사용했을 때, 모든 지형에서 GTW 사용에 비해 상·하지 근육의 활동이 유의하게 감소하였다. 본 연구에서 개발된 보행기는 모든 높이의 장애물을 극복하였으나, GTW는 2 cm 구간부터 장애물을 극복하지 못했다. 보행 속도와 관련하여 CTW를 사용했을 때 불균일 지형과 장애물 지형에서의 보행 속도가 GTW보다 더 높았다. 만족도에서는 안전성, 내구성, 사용의 용이성, 편안함 및 유효성에서 유의한 차이가 있었다. 이러한 결과를 통해 CTW가 불균일 지형, 장애물 지형, 경사 지형에서 고령자의 보행을 효율적이고 안전하게 보조할 수 있음을 확인하였다.

오랜 시간 앉아 있음으로 인해 발생하는 자세 불균형은 운동치료로 개선될 수 있다. 본 연구의 목적은 선형 액추에이터와 MR 댐퍼를 갖춘 재활 운동 시스템을 이용하여, 신장 운동과 강화 운동을 병행했을 때 정적 및 동적 앉은 자세의 자세 균형에 미치는 영향을 평가하는 것이었다. 하루 약 10시간 앉아 있는 12명의 피험자가 본 연구에 참여하였다. 선형 액추에이터와 MR 댐퍼가 포함된 재활 운동 시스템은 신장 및 강화 운동을 제공하도록 제작되었다. 모든 피험자는 긴장된 근육을 신장하고 약화된 근육을 강화하도록 설계된 운동 프로그램을 수행하도록 요청받았다. 체압 분포는 좌석 센서 시스템을 이용하여 평균 힘(mean force)과 평균 압력(mean pressure)을 분석하였다. 체간 근육 활성도는 흉추 기립근(thoracic erector spinae), 요추 기립근(lumbar erector spinae), 요추 다열근(lumbar multifidus) 부위에 표면 전극을 부착하여 측정하였다. 모든 데이터는 네 가지 조건(골반 틸트 없음, 측방 골반 틸트, 전방 골반 틸트, 후방 골반 틸트) 하에서 두 영역(우세측, 비우세측)으로 나누었다. 정적 및 동적 앉은 자세 조건에서 운동을 수행하기 전과 후의 체압 분포와 체간 근육 활성도를 비교하였다. 정적 및 동적 앉은 자세 조건 모두에서 운동을 수행하기 전 DS와 NDS 사이에 체압 분포와 체간 근육 활성도에서 유의한 차이가 있었다(p < 0.01). 운동 수행 후에는 우세측에서는 체압 분포가 유의하게 증가한 반면 비우세측에서는 유의하게 감소하였다(p < 0.01). 또한 비우세측의 모든 체간 근육 활성도는 유의하게 증가하였으며(p < 0.01 및 p < 0.05), 이러한 결과는 운동 후 우세측과 비우세측 간 체압 분포 및 체간 근육 활성도의 차이를 감소시킴으로써 자세 균형이 개선됨을 보여준다. 본 연구의 결과로부터, 선형 액추에이터와 MR 댐퍼를 갖춘 재활 운동 시스템은 신장 운동과 강화 운동을 병행하여 제공하는 데 적합하며, 앉은 자세 동안 자세 균형을 향상시켜 올바른 자세를 유지하는 데 도움이 될 수 있다고 결론지었다.