기계식 무릎의지과 개발된 전자제어형 유압식 무릎의지의 보행 특성 비교: 1년 추적 연구 (A Comparative Study of Gait Characteristics Between Mechanical and Electrically Controlled Hydraulic Knee Prostheses: A 1-year follow-up study)

서지정보

· 발행기관 : 한국재활복지공학회
· 수록지 정보 : 재활복지공학회논문지 / 19권 / 1호 / 33 ~ 41페이지
· 저자명 : 신현준, 조재성, 윤준석, 최종문, 장윤희, 박진국, 박세훈

초록

기계식 무릎의지(Mechanical Knee, MK)는 저렴하고 신뢰성이 있으나 하나의 보행 설정값을 갖기 때문에보행 안정성에 한계를 갖고 있다. 이러한 기계식 의지의 한계를 개선하기 위해 개발된 마이크로프로세서 기반의 무릎의지(MicroProcessor controlled Knee, MPK)는 사용자의 보행 주기를 분석해 착용자에 가장 적합한 설정값을 실시간으로 제공해 보행 안정성을 향상시킬 수 있는 큰 장점을 갖고 있다. 본 연구에서 사용된전자제어형 유압식 의지는 본 연구소에 개발된 마이크로프로세서 기반의 무릎의지로써 내장된 센서 데이터를 이용하여 heel strike, toe-off 동과 같은 보행 파라미터를 검출 가능하고, 추출한 보행 파라미터를 이용하여 입유각기 전환 시점의 신뢰성 및 안전성을 보장할 수 있는 최첨단 무릎의지이다. 본 연구에서는 개발된전자제어형 유압식 무릎의지의 보행 성능을 검증하고자 대퇴절단자를 대상으로 1년 동안 보행 분석 데이터를 획득하여 일반 유압식 의지와의 비교 분석을 진행하였다. 장기간 추적 시험 결과 공간 파라미터에서 보행속도가 8.61%, 분속수가 7.36% 증가함을 확인했다. 또한 보행속도와 상관관계가 있는 고관절 및 무릎 관절 가동 범위 또한 환측에서 각각 12.94, 7.88% 증가함을 확인하였다. 이는 전자제어형 유압식 의지의 안정된 굴곡, 신전 제어가 대퇴절단자의 보행을 자연스럽게 유도하면서 기존 기계식 의지 무릎에 비해 상대적으로 안전성, 보행 품질, 활동성의 증가를 가져온 것으로 사료된다. 본 연구 결과는 국내 마이크로프로세서 기반의 무릎의지 개발에 있어 효과성 검증을 위한 가이드라인으로서 활용할 수 있을 것이다.

영어초록

The purpose of this study was to verify gait events, such as toe-off, and gait parameters, such as the stance phase, using sensor data embedded in a microprocessor-controlled prosthetic knee (MPK) designed to address the limitations of mechanical prosthetic knees (MKs). Using the extracted gait events, the reliability and safety of controlling knee flexion and extension in the MPK were evaluated. To assess the performance of the developed MPK system, gait analysis data were collected over one year from individuals with femoral amputations and compared with data from MK users. The results revealed that the MPK system improved spatiotemporal parameters, increasing gait speed and cadence by 8.61% and 7.36%, respectively. Furthermore, in kinematic parameters correlated with gait speed, the range of motion for the hip and knee joints on the affected side increased by 12.94% and 7.88%, respectively. These findings demonstrate that the MPK's stable flexion and extension control naturally facilitates gait in femoral amputees, offering significant advantages in safety, walking quality, and overall activity compared to traditional mechanical prosthetic knees.

참고자료

· 없음