본 논문은 병원과 지역사회에서 제공하는 재활 서비스를 연계하여 재활 단계별 개인 맞춤 재활서비스를 제공하기 위한 재활운동 빅데이터 플랫폼과 재활 서비스를 지원하는 재활 운동 기기간의 데이터 수집을 위한 인터페이스의 설계에 관한 것이다. 재활 운동 빅데이터 플랫폼은 병원과 지역사회에서 생성되는 재활 관련 데이터를 수집하고 이를 가공, 유통하기 위한 데이터 서비스와 수집된 데이터를 예측, 분석하여 개인 맞춤형의 단계별 재활을 지원하기 위한 다양한 서비스를 제공한다. 본 논문에서는 재활 운동을 보조하는 재활 운동 기기에서 생성되는 다양한 유형의 데이터를 재활 운동 빅데이터 플랫폼으로 전송하고, 수집된 데이터를 플랫폼 내외부에서 활용 가능하도록 제공할 수 있는 인터페이스에 대하여 설명한다.
본 논문은 만성폐쇄성 폐 질환이 흡연, 대기오염으로 많은 질환자가 발생하여 재활운동을 필요로 하는 추세이다. 현재 측정 도구와 재활운동 도구가 분리되어 질환 진단은 한정된 시설을 이용해야만 하고 재활운동 또한 상시 진행할 수 없어 질환을 확인하기 어려운 실정이다. 이에 평상시 착용하는 이너형태에 재활운동 의류를 개발하여 올바른 호흡을 돕는 근육군이 동원하여 복식호흡을 유도하고 흉식호흡 시 웨어러블기기를 통해 인지하게 돕는다. 이 결과 일상 속 지속 가능한 재활운동을 바탕으로 가슴 벽의 호흡근육 활동을 감소시키고 복부 근육군을 개선하는 것으로 폐 기능을 증진시킬수 있는 언더웨어 개발을 제안하고자 한다.
본 논문에서는 뇌졸중 환자의 독립적인 재활운동이 가능할 수 있는 시스템을 제안한다. 뇌졸중은 뇌기능의 부분적 또는 전체적으로 급속히 발생한 장애가 상당 기간 이상 지속되는 상태를 의미한다. 이러한 뇌졸중은 상지 운동을 통해 대뇌 운동피질을 활성화하여 재활 할 수 있어, 의학 분야에서는 운동기구를 이용하여 뇌졸중 환자의 재활을 돕고 있다. 하지만 병원이 아닌 가정에서 운동을 하기에는 운동기구에 비용, 작업치료사의 부재와 같은 환경적인 측면으로 무리가 있다. 따라서 본 논문에서는 가정에서 환자가 독립적인 운동을 할 수 있게 MCU와 Android Application을 이용하여 의료진이 환자의 옆에 없더라도 운동이 가능하고 가이드를 제공하는 스마트한 재활운동기기를 개발하였다. 또한 기존의 재활운동기기는 단순히 운동만 할 수 있었다면, 본 연구에서는 Android Application에서 게임을 제공함으로써 보다 즐겁게 운동이 가능하여 재활의지 증가를 기대해볼 수 있다. 뿐만 아니라 환자의 운동 데이터가 실시간으로 저장되어 병원에서 의료진이 환자의 운동 상태를 파악할 수 있도록 구성함으로 써 향후 뇌졸중 환자의 재활연구분야에 도움이 될 것이라 생각한다.
지역사회에서는 병원퇴원 후 경증장애인의 체력회복을 도와 일상생활로의 복귀를 지원하고 노인 등 취약계층의 건강유지 및 증진을 위한 저비용 개인맞춤형 재활운동 서비스 시스템이 요구된다. 특히, 병원과의 데이터 연계를 통해 개인의 건강상태, 질병에 따라 최적화된 재활운동이 관리될 경우, 효율적인 재활 및 2차 부상방지를 지원할 수 있다. 이에, 본 연구에서는 재활운동의 비용감소와 장애인 및 노인 등 취약계층의 운동재활 접근성(코칭/시설) 강화를 위한 O2O(Online-to-Offline) 연계 AI 기반 개인맞춤형 운동재활 서비스 시스템을 설계한다.
본 연구에서는 공압 액추에이터를 이용하여 보다 안전하고 편리하게 사용자가 원하는 맞춤형 운동 프로그램을 선택할 수 있는 공압용 슬관절 운동시스템을 개발하였고, 재활운동 시 운동효과에 대한 유효성을 검증하고자 한다. 피험자는 평소 운동을 주 1회 이하로 실시하며 슬관절 신전과 굴곡에 이상이 없는 대학생 수준의 20대 남녀 10명을 대상으로 실시하였다. 실험방법은 기존의 유압식 슬관절 운동장비와 개발된 운동시스템을 이용하여 하루 12회씩 3세트의 슬관절 신전 및 굴곡운동을 실시하고, 주 3회 실시하며 실험은 총 4주간 반복되었다. 운동부하 프로그램은 유압식의 수동형 운동부하와 본 연구에서 개발된 시스템의 능동형 운동부하로 나누어 제공하였다. 운동부하 프로그램에 따른 실시간 근육활성 패턴과 운동 전 후 근육활성도를 비교함으로써 재활운동에 대한 운동효과를 검증하였다. 실험결과 수동형 운동부하보다 능동형 운동부하에 보다 높은 근육활성도를 이끌어 냈으며 운동 4주 후 더 큰 근력증진 효과를 나타냈다. 장비 중심의 운동부하 보다 사용자 중심의 운동부하가 더 효과적으로 근력을 증진할 수 있음을 알 수 있었다. 향후 재활환자나 노약자들에게 안전하고 효율적인 재활운동프로그램으로 활용 될 것이며 또한 재활장비에 적용되어 재활치료관련 종사자들에게 보다 쉽고 편리한 재활운동처방이 가능할 것이라 사료된다.
견관절의 안정요소 중 정적 안정요소는 관절와 상완 연골 인대 복합체나 관절 일치성 등으로서 재활 과정 중 신장 운동에 관여하며, 회전근 개 근육과 각 관절 사이의 운동 조화 등으로 이루어진 동적 안정요소는 근력 강화 운동으로 재활이 이루어진다. 견관절 불안정성에 대한 수술 후 재활은 복원된 조직을 보호하면서 동시에 주위 조직과의 유착을 방지하고 관절 운동 범위를 향상하기 위해 통증을 유발하지 않는 범위 내에서 부드러운 수동 관절 운동을 먼저 실시한다. 능동적 관절운동은 수술한 조직이 치유될 충분한 시간이 경과되었거나 환자가 통증없이 독립적인 견관절 운동이 가능할 때 실시한다. 견갑와 상완 관절뿐만 아니라 견갑 흉곽 운동과 견갑골 부착 근육에 대한 재활이 제대로 이루어져야 수술 후 만족할 만한 결과를 얻을 수 있다. 끝으로 본문에 상술한 모든 재활 프로그램은 환자의 개개인의 특성에 맞춰 운동 내용과 시기를 조정하여 개별화해야 효과적인 재활이 이루어질 수 있다.
본 연구는 국내에서 수행된 '장애인 체육', '장애인 생활체육', '재활운동 및 체육' 관련 연구들을 바탕으로 재활운동 및 체육 서비스 실수요자인 장애인을 대상으로 실시한 요구도 조사 결과들을 수집하여 재활운동 및 체육 서비스에 대한 요구도를 분석하였다. 장애인의 요구 내용을 추출하고 추출된 내용을 귀납적 내용 분석으로 제시하였으며, 연구자의 선입견과 주관적인 판단을 최대한 배제하고자 하였다. 국내에서 수행된 '장애인 체육', '장애인 생활체육', '재활운동 및 체육' 관련 연구들을 바탕으로 장애인을 대상으로 실시한 요구도 조사결과가 포함된 연구가 선정되었다. 본 연구의 결과는 재활운동 및 체육 서비스 실수요자인 장애인을 대상으로 실시한 요구도 조사 결과에 대하여 8가지(체육활동에 관한 인식, 프로그램, 지도자, 시설, 접근성, 체육활동 참여에 관한 저해요소, 비용/지원/재원, 기타)로 구성하여 범주화하였다.
기존의 재활운동 장치들은 상지 또는 하지의 특정한 관절에 대해서만 재활운동이 가능하게 개발되었다. 따라서 여러 관절을 재활시키고자 할 경우, 그에 맞는 다양한 종류의 재활기구 들이 필요하다. 이러한 단점을 보완하기 위하여 본 연구에서는 각 관절에서 이루어지는 다양한 재활운동을 통합 구현하는 CMRS(CIM and Robotics Lab. Multi - joint Rehabilitation System)을 제안하였다. 이 시스템을 위해 인체의 상지 및 하지에 대한 기구학적 특성을 이용하여 각 관절의 회전 특성 및 좌표관계를 조사하였으며, 이와 같은 연구를 바탕으로 재활운동 기구 제작 시 알맞은 메커니즘을 제시하고. 다양한 재활 부위와 이를 재활 운동시키는 헤드부의 위치관계를 연구하였다. 시뮬레이션을 통하여 재활운동 시스템의 가능성을 판별하였고. 안정되고 편리한 위치 조정을 위한 베이스프레임을 개발하였다. 이를 고려하여 최종적으로 8개의 자유도를 가진 CMRS을 개발하였으며 다 관절을 하나의 시스템으로 재활 가능할 것이라 사료 된다.
본 연구는 AI 기반 메타버스를 활용한 e스포츠와 재활운동의 융합방안을 제시함으로써 지체장애인의 재활치료를 활성화하는 데에 그 목적이 있다. 메타버스 기반의 e-스포츠는 지체장애인들에게 가상현실을 통해 다양한 스포츠 경험을 제공하는 데에 유용하다. 메타버스를 활용함으로써 병원에서부터 농어촌 등의 의료취약 지역사회에서의 재활 운동 연계를 활성화하고 운동 데이터가 통합적으로 관리될 수 있게 하는 의료와 재활운동의 통합적인 서비스를 제공할 수 있을 것이다. 이를 위해 메타버스를 활용한 e-스포츠와 재활운동의 융합적 발전방안으로 학제적 전문가들이 참여하여 장애 유형별 게임 및 재활운동지도 매뉴얼 제작 보급과 장애 유형별 재활 운동프로그램을 체계화하고, 장애 유형별 체력평가 매뉴얼 개발 및 운영과 교육이 확대되어 나가야 할 것이다.
뇌졸중 환 6명을 대상으로 발병후 3개월 지난 시기에 1차 실험을 실시하였고, 6개월 지난 시기에 2차 실험을 하여 뇌졸중환자들을 대상으로 운동학적변인, 각운동학적변인 그리고 지면반력과 발바닥의 압력분포를 알아보았다. 운동학적변인의 결과 통계적으로 유의한 차이는 나타나지 않았으나 6개월간 꾸준히 재활운동에 참가한 환자는 3개월 때 보다 훨씬 보폭(step length)이 크게 나타났으며(11.18 cm, 12.25 cm, p=0.58), 보폭의 빈도(step time) 또한 빠르게 나타났다(1.20 sec, 1.18 sec, p=0.53). 환측의 발만 지지면에 닿아 있는 시간(single support time)의 연구에서는 재활운동에 꾸준히 참가한 환자가 발을 지면으로부터 빨리 떼는 것으로 나타났다(34.97%, 29.02%, p=0.74). 환측다리 움직임의 빠르기를 나타내는 변인(cadence)에서는 1분당 움직임의 회수가 6개월 운동에 참가한 사람의 보폭회수가 3개월 운동에 참가한 사람의 보폭회수 보다 훨씬 빠르게 나타났다(21.04 step/min, 28.89 step/min, 0.27). 각 운동학변인에서는 통계적으로 모든 변인에서 유의한 차이는 나타나지 않았으나 평균의 비교에서 꾸준하게 6개월 동안 재활운동에 참가한 환자는 발목관절, 무릎관절 그리고 엉덩관절 모두의 가동범위가 크게 나타났다. 걷기동작에서 상해의 원인이되는 최초 접촉 순간의 충격력(impact force)의 비교에서는 6개월간 꾸준히 재활운동에 참가한 환자는 충격력이 작게 나타났다(1.20 N/kg, 1.13 N/kg, p=0.45). 전방으로의 추진력(anterior propulsion force)과 후방으로의 감속력(posterior braking force)은 통계적으로 유의한 차이(p=0.28, p=0.39)를 나타내지 않았으나 재활운동에 꾸준히 참가한 환자들은 전후방의 힘(0.10 N/kg, 0.15 N/kg; -0.12 N/kg, -0.18 N/kg)이 좋아지는 것을 볼 수 있었다. 걷기 동작 시 환측발의 최대 압력분포값은 통계적으로 유의한 차이(p=0.24)는 없었으나 6개월 재활훈련참가자(15.51 N/$cm^2$)가 3개월 재활훈련참가자(13.99 N/$cm^2$) 보다 지면을 더욱 가볍게 밟고 지나가는 것으로 나타났다. 위의 연구결과들을 바탕으로 볼 때 뇌졸중 환자들은 꾸준하게 재활운동에 참가하여야 하며 주위 사람들의 관심이 항상 필요하다고 사료된다.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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