로봇재활치료에 대한 모든 것을 알아봅시다

로봇재활치료는 기존의 재활치료에 로봇기술을 접목하여, 뇌졸중 환자 및 척수손상 환자들이 효과적으로 기능회복을 할 수 있도록 도와주는 최신 기술입니다.

특히, 재활로봇은 상지로봇과 하지로봇으로 분류가 되어서 본인이 움직일 수 없는 부위를 로봇의 도움을 받아 사용할 수 있기 때문에, 기능적인 독립성을 증진시킬 수 있도록 도와줍니다. 급성기의 신경재활치료에도 재활로봇치료는 큰 도움을 주는데요. 실제로 신경손상을 입은 환자들의 체내에서는 이와 같은 치료를 반복함으로써, 손상된 신경들을 보상하여 잔존신경들을 통해서 기능이 회복된다고 합니다. 2012년 이후 로봇재활치료를 통해서 상지기능/하지기능 뿐만 아니라, 일상생활동작을 향상 시켰다고 많은 연구결과들이 발표되고 있습니다. 반복적 재활훈련을 통해서 유도된 뇌가소성이 회복에 기여한다는 것이 사실로 드러난 것이죠.

상지로봇

상지마비의 경우에는 회복이 느리고 해결이 다소 어렵다고 하는데요, 특히 잘 회복중인 뇌졸중 환자에서도 상지기능이 감소되어 있다고 알려져 있습니다. 따라서 적극적이고 반복적인 로봇치료를 통해서 상지기능은 회복할 가능성이 높습니다.

상지 말단장치로봇

상지 말단장치로봇중 가장 많이 하는 사용하는 로봇은 바로 MIT-MANUS라는 로봇입니다. 이의 상용화 버전인 InMotion 2.0 (Interactive Motion Technologies, Watertown, MA, USA)을 병원에서 주로 사용합니다. 실제로 이 연구를 다양한 환자군에 적용해 보았는데 실제로 2주간의 재활치료와 로봇치료를 병행했을때, 로봇보조 상지재활로봇이 상태를 호전시킨다는 것을 확인하였다고 합니다. 특히 심각한 상지기능장애를 가지신 분들께도 기능의 향상을 보일 수 있었고, 일상생활동작의 향상도 가져왔다고 합니다. 뿐만 아니라, 편측마비환자들에게도 이 치료는 편측 무시를 호전시키는 경향을 보였다고 하니 상지기능 장애가 있으신 분들에게는 상지재활로봇이 재활에 큰 도움이 될 것 입니다.

상지 외골격로봇

상지 외골격 로봇중에서는 크게 두 가지의 로봇이 많이 사용됩니다.

Armeo (Hokoma AG, Zurich, Switzerland)
mPower arm brace (Myomo Inc, Cambridge, MA, USA)

특히 Armeo는 로봇 팔 센서로 환자의 동작을 인지하고 실시간 화상을 통해 환자의 손, 팔의 움직임을 확인하면서 증가된 피드백으로 스스로 치료 방향을 정한 움직임을 촉진하여 목적이 있는 기능적인 동작을 수행할 수 있게 해줍니다. 이러한 기능은 운동기능 회복을 촉진할 뿐만 아니라 부수적으로 기억력, 집중력, 문제해결 능력, 각성 유지등의 회복에도 도움이 된다고 하네요.

하지로봇

보행기능의 회복은 재활치료의 가장 중요한 목표 중 하나이며 환자의 가정이나 사회복귀에 주요한 영향을 미치는 요인입니다. 하지로봇의 재활치료를 통해서 환자가 최종 목표로 하는 동작과 최대한 비슷한 운동을 집중적으로 학습하게 한다는 운동학습이론에 근거하여, 하지로봇 재활치료는 많은 곳에서 사용되고 있습니다.

하지 로봇은 크게 트레드밀 보행 트레이너(treadmill gait trainers), 발판 기반 보행 트레이너(foot-plate-based gait trainers), 지상 보행 트레이너 (overgound gait trainers), 고정 보행 트레이너(stationary gait trainers), 발목 재활시스템(ankle rehabilitation system)으로 분류됩니다.

하지 말단장치로봇

하지로봇 중에서 가장 유명한 재활로봇은 Lokomat 입니다. Lokomat은 최초로 개발된 보행보조로봇으로 환자의 150~190까지의 키를 가진 사람에 대해서 보행프로그램을 제공하며, 환자의 하지 움직임을 유도하여 보행기능을 회복시킵니다. 걷는 동안 가상현실의 공간을 돌아다니는 3D 그래픽도 제공하여 환자가 직접 걷는 간접적인 경험을 제공하기도 합니다. 뿐만 아니라, 보행 시 체중의 부하를 덜어주거나 더해줄 수 있기 때문에 아예 하지를 쓰지 못하는 사람도 사용이 가능하고, 정상적으로 걷는 사람들도 부하를 주어 걷는 운동을 경험할 수 있습니다. 치료 내용은 매번 시스템에 저장되기 때문에 치료의 정도를 정확하게 측정할 수 있어서, 환자의 기능적 상태에 알맞은 개별적 과제 중심치료로 재활치료를 받는 환자들에게 큰 도움이 될 수 있습니다.

국내에서는 Walkbot (P&S Mechanics, Seoul, Korea)이라는 제품이 있으며, 고관절, 슬관절뿐 아니라 족관절의 훈련까지 가능하게 만든 트레드밀 보행 트레이너 형태의 하지보행로봇이 있습니다.

하지 외골격로봇

하지 외골격 로봇은 옷처럼 입을 수 있는 수트처럼 되어 있어서, 치료실 뿐만 아니라 일상생활에서도 입고 다닐 수 있도록 설계되어 있습니다. 하지 외골격로봇 중에서 가장 유명한 로봇은 Rewalk (Argo Medical Technologies Ltd., Jerusalem, Israel) 입니다. 이 로봇은 2012년 5월 하반신마비 환자가 이 로봇을 착용하고 마라톤 풀코스 (42.195km)를 16일만에 완주하면서 세계인의 주목을 받은 바가 있습니다.

미국의 한 군인이었던 Laureano는 외골격 로봇인 ReWalk를 착용하고 나서 다음과 같은 이야기를 했다고 합니다.

“심혈관 건강과 코어근육의 발전이 이루어졌고, 체지방이 감소했어요”
“심리적인 상태가 더 안정적이 되었고, ReWalk를 착용하고 행사에 참여한 적도 있어요”

하지 외골격로봇중에서 현재 (2019년) 국내 Samsung에서 개발하고 있는 초경량의 GEMS라는 로봇도 있습니다. GEMS는 원래 팔다리 관절에 모터를 통한 보조힘을 가해서 사람의 움직임과 동기화하여 노인 또는 뇌졸중 환자의 이동성을 향상시킬 수 있도록 개발되었습니다. GEMS에는 각각 다른 관절을 돕는 세가지 버전이 있습니다. GEMS-H, GEMS-K 및 GEMS-A는 각각 엉덩이, 무릎 및 발목을 대상으로 만들어진 외골격 재활로봇입니다.

GEMS-H에 대한 심층적인 임상 연구에 따르면 보행효율과 안정성을 향상시켜보다 역동적이고 균형잡힌 보행을 할 수 있을뿐만 아니라 에너지 소비를 크게 줄일 수 있습니다. 이러한 기술력을 바탕으로 GEMS는 재활치료에서부터 일상적인 사용자를 위한 근골격 기능의 보조까지 가능합니다. GEMS-K는 서있거나 계단을 밟을 때 무릎 통증의 주요 원인인 무릎 관절의 충격 하중을 줄이도록 설계되었습니다. 골관절염 환자가 일상적인 작업을 수행할 때 특히 도움이 될 것으로 예상됩니다. GEMS-A는 발목 관절을 지지하도록 고안되어 사용자가 앞으로 나아갈 때 움직임을 돕고, 족하수 (발목이 처지는 현상; foot drop)을 방지함으로써 뇌졸중 후유증으로 인한 편마비로 고통받는 사람들을 돕습니다.

하지재활로봇의 종류

Treadmil gait trainers

Lokomat
Hocoma
LokoHelp
LokoHelp Group
ReoAmbulator
Motorika
ARTHuR
POGO and PAM
ALEX
LOPES
ALTRACO
RGR Trainer
String-Man

Foot-plate-based gait trainers

Gangtrainer GT1
Reha-Stim
Haptic walker
GM5
LLRR
Gait trainer
University of Gyeongsang

Overgound gait trainers

Kine assist
Kinea Design LLC
Walk trainer
Swortec SA
ReWalk
ARGO Medical
HAL
Cyberdyne Inc.
WHERE I-II

Stationary gait trainer

Motion maker
Swortec SA
Lambda