Development of Ground Reaction Force Sensor for Gait Phase Classification of Powered Gait Orthosis for Paraplegic Patients

하반신 마비환자용 동력보행보조기의 보행 단계 구분을 위한 지면반력센서 개발

In this paper, we developed a Ground Reaction Force(GRF) sensor of powered gait orthosis for paraplegic patients. For this purpose, we analyzed COP trajectory and GRF characteristics of 3 patients with Spinal Cord Injuries(SCI) conducting rehabilitation training with RGO. The plantar pressure of the SCI patients was measured by a third of the general person, and different COP trajectories were generated for each patient. based on the analyzed results, the measurement range and position of the sensor were selected, and Force Sensitive Resistor(FSR) based GRF sensor prototype was developed. Using the developed GRF sensor, we measured GRF and COP when paraplegia patient wearing a RGO is gait training. The measured data were divided into 4 gait phase(Initial Contact, Mid Stance, Terminal Stance, Swing) by the threshold classification method, The ANOVA-test showed that there was a significant difference between the pressures each gait phase(p<0.01). Show that the GRF sensor proposed in this paper can be used to classify the gait phase.

본 연구에서는 하반신 마비환자용 동력보행보조기(PGO: Powered Gait Orthosis)의 보행단계구분을 위한 지면반력센서를 개발 하였다. 이를 위해 왕복보행보조기(RGO: Reciprocal Gait Orthosis)를 착용하고 재활훈련을 수행중인 하지마비환자 3명을 대상으로 보행 시 나타나는 COP(Center of Pressure)궤적과 지면반력 특성을 분석하였다. 척수손상환자의 족저압력은 일반인의 1/3정도로 측정되었고, 환자마다 각각 다른 COP궤적이 발생하였다. 분석된 결과를 기반으로 센서의 측정범위와 위치를 선정하였으며, 이를 통해 FSR기반의 지면반력센서 시제품을 개발하였다. 개발된 지면반력센서를 이용하여 RGO를 착용한 하지마비 장애인이 보행할 때 나타나는 족저압력과 COP를 측정하였다. 측정된 데이터는 임계치 구분방법으로 보행을 4단계(초기접지기, 중간입각기, 말기입각기, 유각기)로 구분하였으며, ANOVA-test를 통해 각 보행단계별 압력간의 차이가 서로 유의한 차이가 있음을 확인하였다(p<0.01). 이는 본 논문에서 제안한 지면반력센서가 보행단계를 구분하는데 활용될 수 있음을 보여준다.