뇌졸중 환자의 손목과 아래팔의 뻣뻣함을 과학적으로 측정할 수 있는 로봇기술이 개발됐다.
UNIST(울산과학기술원)는 기계항공 원자력공학부 강상훈 교수가 손목과 아래팔의 기계적 저항(Mechanical Impedance)을 로봇으로 수분 내 정량적으로 측정할 수 있는 기술을 개발했다고 1일 밝혔다.
지능형 제어기법과 시스템 식별방법을 결합한 이 기술은 'dIMBIC 기반 기법(dIMBIC-based method)'이다.
뇌졸중은 세계적으로 연간 1500만 명에게서 발생하는 신경질환으로 환자의 손목 같은 관절은 기계적 저항 증가로 경직(spasticity)이 나타나며, 근육과 인대 등에 변화가 생겨 뻣뻣해진다.
임상 전문가들은 손으로 환자의 관절을 움직여보고, 관절의 기계적 저항력 크기를 평가한다. 이 경우 사람의 경험과 손 감각에 의존하므로 결과가 달라질 수도 있다. 더욱이 손으로는 한 번에 여러 관절이나 다른 방향의 기계적 저항을 평가할 수 없다.
강 교수팀이 개발한 로봇기술은 이러한 한계를 극복했다. 로봇이 작은 진동을 주면 손목과 아래팔에는 그 힘에 따른 움직임이 생긴다. 이를 측정하면 기계적 저항값을 객관적ㆍ정량적으로 파악할 수 있다.
특히 이 기술은 손목과 아래팔의 경직을 여러 방향에서 측정이 가능하다. 연구진은 세 방향 회전(굴신, 척굴-요굴, 회내-회외)을 측정해 방향 각각과 다른 방향 간 결합된 기계적 저항값을 알아냈다.
'dIMBIC 기반 기법'은 내부모델 제어 기반 강인 임피던스 제어(IMBIC)로 로봇 힘을 정밀하게 제어한다. 로봇으로 측정된 결과는 공학분야에서 널리 활용되는 ‘웰치스의 주기성도표(Welch’s periodogram)’방법을 통해 분석된다.
강상훈 교수는 "이제까지 알려지지 않았던 손목과 아래팔 세 방향 회전의 기계적 저항을 측정하게 돼 생체역학적ㆍ신경생리학적으로 중요한 기초자료를 제공했다"며 "세계 최초로 정상인의 손목과 아래팔의 기계적 저항 값을 측정한 자료는 환자대상 연구의 기준값으로 사용이 가능할 것"이라고 말했다.
이번 연구 결과는 국제전기전자공학회 신경시스템 및 재활공학 저널(IEEE Trans. Neural Systems and Rehabilitation Engineering) 5월호에 '주목할 만한 논문(Featured Article)'으로 발표됐다.