발 움직임이나 목소리로 손 전기자극을 켜면 뇌졸중 후 잡기를 도울까요?

상세 설명

뇌졸중은 성인에서 후천적 운동기능 장애의 가장 주요한 원인이다. 재활 후에도 스스로 손을 펴는 능력을 회복하지 못한 사람은 물건을 잡는 능력을 되찾기 어렵다. 파지 신경보철 장치(grasp neuroprosthesis, GNP)는 사용자가 직접 작동시키는 기능적 전기 자극(FES)을 손가락 폄근에 가해 일상생활에서 물건을 잡는 능력을 회복하도록 돕지만, 뇌졸중 후 사람들이 이용하기는 여전히 어렵다. 연구진은 이들의 특성에 맞춘 자가 작동 조작 방식을 갖춘 GNP 시제품을 개발하고 기능에 미치는 영향을 평가했다.

두 임상연구 프로토콜에서 뇌졸중 참가자 22명이 일주일 동안 3~5회에 걸쳐 GNP와 조작 방식을 사용했다. 조작 방식에는 미리 정한 근육의 근전도(EMG) 활동, 관성측정장치(IMU)의 움직임 감지, 발 스위치, 음성 명령이 포함됐다. NeuroPrehens 소프트웨어는 근전도 센서, 관성 센서, 발 스위치 또는 마이크 센서의 입력 신호로 사용자 명령을 해석하고, 표면 전극이 연결된 두 개의 양극성 채널을 사용하는 외부 전기 자극기를 작동시켰다.

참가자들은 9가지 조작 방식을 시험하고 사용 편의성과 신뢰성을 각각 10점 만점으로 주관적으로 평가한 뒤 선호하는 방식을 선택했다. 이후 GNP를 사용해 앉은 자세에서 한 손으로 수행하는 표준화된 기능적 잡기 과제를 훈련했다. 반응성과 기능적 효과는 평가 눈가림을 적용한 두 건의 다중 교차 N-of-1 무작위 대조시험에서 과제 수행을 촬영한 영상을 사후 분석해 평가했다.

마비가 없는 쪽 발의 EMG 또는 IMU를 이용한 작동 방식이 가장 높은 평가를 받았다. 사용 편의성의 중앙값은 10점 만점에 EMG 10점, IMU 9점이었고, 신뢰성의 중앙값은 두 방식 모두 9점이었다. 이 방식들은 음성 조작 및 머리를 옆으로 기울이는 조작 방식과 마찬가지로 사용 가능한 방식으로 확인됐으며 사용자들에게 좋은 평가를 받았다.

시스템 전반의 반응성과 각 조작 방식의 지연시간을 함께 평가했을 때, 사용자의 의도부터 FES 작동까지 걸린 시간의 중앙값은 IMU 방식에서 333 ms(95% 신뢰구간: 211~561 ms), EMG 방식에서 217 ms(167~355 ms), 음성 방식에서 467 ms(147~728 ms)였다.

초록은 평가한 두 가지 잡기 과제에서 GNP 사용에 따른 기능 개선이 유의했으며, 개선 점수의 중앙값은 5점 만점에 3점(95% 신뢰구간: -1~5점)이었다고 보고했다.

연구진은 이 시제품과 조작 방식이 자가 작동, 반응성, 기능적 잡기 능력 회복 측면에서 뇌졸중 후 사람들에게 잘 맞는다고 결론 내렸다. 가정에서 잡기 능력을 개선하기 위한 착용형 기기도 개발 중이다.

두 연구 모두 clinicaltrials.gov에 등록돼 있다. NCT03946488은 2019년 5월 10일, NCT04804384는 2021년 3월 18일에 등록됐다.