Development and Usability Evaluation of a Functional Game Based on Inertial Sensor for Knee Rehabilitation in Total Knee Arthroplasty Patient

인공 슬관절 전치환술 환자의 무릎 재활을 위한 관성센서 기반 기능성 게임 개발 및 유용성 평가

Total knee arthroplasty (TKA) is a procedure in which a deformed joint is replaced with an artificial joint to reduce the pain and allow the patient to use the knee function on their own, and the number of treatments has been on the rise every year. After total knee arthroplasty treatment, it was reported that there was a large deviation in the recovery speed depending on how the patient proceeded with the initial rehabilitation process. Therefore, in this study, we developed a functional game to help total knee arthroplasty patients proceed smoothly with the early rehabilitation process. Developed module was constructed based on inertial sensors, functional game was fed back angle values from modules attached in front of shank. The game contents that induce flexion and extension of knee joints, according to angle setting, were designed and the difficulty control function provided an environment suitable for individual patients. The results of a usability evaluation conducted by 10 physical therapists after the actual use of the developed system showed that most of them received positive reviews and that they were willing to use the system in clinical scene.

인공 슬관절 전치환술은 무릎 관절의 이상 또는 질환으로 인하여 변형된 관절을 인공관절로 대체함으로써 통증 감소 및 환자 스스로 일상생활을 영위할 수 있도록 하기 위해 시행하며, 건수는 해마다 증가하는 추세이다. 인공 슬관절 전치환술 치료 후 환자가 초기 재활과정을 어떻게 진행했는지에 따라 회복속도에 큰 편차가 발생한다고 보고되었다. 따라서 본 연구에서는 인공 슬관절 전치환술 환자가 초기 재활과정을 원활하게 진행할 수 있도록 보조하는 기능성 게임을 개발하였다. 개발에 사용한 모듈은 관성 측정센서를 기반으로 구성하였으며, 정강이 전면부에 부착한 모듈로부터 각도 값을 피드백하여 기능성 게임이 진행되도록 하였다. 단계별 설정한 각도에 따라 슬관절의 굽힘(flexion)과 폄(extension) 동작을 유도하는 게임 콘텐츠를 설계하였으며, 난이도 조절을 통해 환자 개개인에 맞는 환경을 제공하였다. 개발한 시스템을 병원에서 근무하는 물리치료사 10명이 실사용 후 설문 평가를 통해 유용성 평가를 진행한 결과 기기 착용의 편리함 정도, 게임 디자인, 흥미도 등 대부분의 항목에서 긍정적인 평가를 얻어 임상에서의 적용 가능성을 확인하였다.