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Nikkei X-TECH_2020.3.31

뇌 기능 단련으로 재활 치료에 혁명을
자립 보행을 가능하게 한 첨단 기술

“지금까지의 재활 치료는 물리치료사의 지식과 경험, 감각에 의존해왔지만, 첨단 기술이 병용된다면 누구나 효과적인 재활 치료를 실천할 수 있다”(개호 시설을 운영하는 와세다(早稻田)엘더리(elderly)헬스사업단의 사업개발 그룹 매니저로서 물리치료사 자격증을 가진 이토(伊藤) 씨). 질환이나 노화가 원인으로 저하된 몸의 기능을 회복시키는 ‘재활의학(Rehabilitation)’이 진화하고 있다. 최근 수년 간 로봇과 센서, 가상현실(VR) 등 첨단 기술을 도입해 데이터를 활용하거나 뇌 기능에 주목하는 새로운 재활치료법이 잇따라 등장하고 있다.

-- 기술 도입으로 재활 효과 상승 노려 --
재활 현장에 첨단 기술이 도입되고 있는 배경에는 이전보다 높아진 재활 수요에 있다. 의학의 발전으로 인해 뇌졸중으로 쓰러져도 생존하는 케이스가 증가하면서 후유증에 직면하는 환자가 늘어나고 있다. 후유증으로 마비가 오게 되면 환자는 생각대로 몸을 움직일 수 없게 된다.

2019년의 ‘고령사회 백서’에 따르면 개호가 필요하다고 인정되는 65세 이상의 고령자 수는 최근 10년 간 계속 증가하고 있는 추세이다. 개호가 필요하게 되는 원인으로는 치매에 이어 뇌졸중이 많다. 뇌졸중 환자가 전신마비에서 벗어나 스스로 생활할 수 있도록 하는 등, 환자의 퀄리티 오브 라이프(QOL) 향상을 위한 효과 높은 재활이 요구되고 있다. 자력으로 걸을 수 없었던 사람이 재활 후 걸을 수 있게 된다면 필요한 개호 정도는 그 만큼 줄어들게 된다. 개호가 필요한 환자의 비율이 낮아진다면 개호 비용 절감으로도 이어질 것이다.

지금까지 재활 효과는 재활을 지원하는 측의 기술과 재활을 받는 측의 의욕에 크게 좌우되어 왔다. 물리치료사는 마비 등의 후유증이 있는 환자의 손과 발을 직접 움직여 근력 트레이닝을 실시. 자신의 지식과 경험, 감각을 기반으로 하기 때문에 물리치료사의 경력이나 개인 기량에 따라 차이가 발생할 가능성이 있다. 또한 재활을 받는 측의 의욕이 없다면 효과를 높이는 것은 불가능하다. 환자의 의욕을 높이는 것도 재활 효과를 높이는데 중요하다.

-- 센서 계측 등 데이터에 기반한 재활 --
“보행 분석용 센서는 가볍고 효과도 높아 이용하는 개호시설에서는 없어서는 안될 존재가 되었다”(와세다엘더리헬스사업단의 이토 매니저). 물리치료사들의 트레이닝 수준을 일정하게 유지하고, 재활을 받는 환자의 의욕을 높이는데 효과가 높다고 주목 받고 있는 것이 센서를 이용해 몸의 움직임을 수치로 계측하는 기술이다. 몸의 움직임을 수치화할 수 있게 된다면 물리치료사는 환자의 어느 곳을 표적으로 트레이닝을 실시해야 하는지를 쉽게 파악할 수 있다. 또한 환자도 자기 몸의 움직임을 수치로 판단할 수 있기 때문에 재활의 모티베이션 향상으로 이어진다.

와세다엘더리헬스사업단은 한 기업이 개발 중이던 보행 분석용 센서를 데일리 개호시설에서 활용해왔다. 하지만 개발처가 사업화를 포기해 계속해서 이용할 수 없게 될 위기에 직면했다. ‘없어서는 안 될 존재’가 되어버린 보행 분석용 센서를 어떻게든 시설에서 이용할 수 있게 하기 위해 와세다엘더리헬스사업단은 지적 재산권을 인수하기로 결정. 다른 시설에서도 수요가 있을 것으로 보고 2018년, ‘AYUMI EYE’라는 이름으로 판매를 시작했다.

AYUMI EYE는 3축 가속도 센서가 장착된 벨트 형태의 기기로, 이용자가 복부에 차고 수 미터를 걸으면 보행 능력을 독자적인 알고리즘으로 점수화 한다. 이용자가 걷을 때 상하, 좌우, 전후의 가속도 정보를 분석, 걷는 속도와 보폭 등으로 이루어진 추진력, 좌우 균형, 리듬 등을 추정, 이를 바탕으로 종합 평가를 알려준다.

계측 후에는 리포트를 작성하는 시스템으로, 경시적으로 보행의 수치를 기록해 비교할 수 있다. 리포트에는 보행 상태를 개선하기 위한 트레이닝 메뉴도 있다. 예를 들어 추진력 점수가 낮을 때에는 착지 시에 무릎을 지탱하는 허벅지의 대퇴사두근을 단련하는 트레이닝을, 균형 점수가 낮을 때에는 골반을 안정시키기 위해 대전근과 중전근을 단련하는 트레이닝을 권유한다. 물리치료사 등 전문가는 이를 바탕으로 재활 계획을 세울 수 있다. “물리치료사는 계측 결과에 자신의 경험을 더해 판단할 수 있다. 실력이 뛰어난 물리치료사가 아니더라도 데이터를 바탕으로 적절하게 보행 능력을 평가해 효과가 높은 트레이닝으로 이어나갈 수 있다”라고 이토 매니저는 말한다.

몸의 움직임을 센서로 수치화해 효과가 높은 재활로 이어나갈 수 있는 제품을 제공하는 또 다른 기업으로는 스미토모(住友)전기공업이 있다. 스미토모전기공업은 보행 분석용 센서 ‘Q’z TAG’를 판매하고 있다. 3축 가속도 센서의 데이터를 스미토모전기공업이 개발한 알고리즘으로 분석해 환자의 보행 습관을 가시화한다. 이 밖에도 Moff 사는 센서가 장착된 손목 밴드를 이용한 재활서비스 ‘모프소쿠(モフ測)’를 제안. 보행뿐만 아니라 팔과 다리를 움직이는 각도를 수치화하거나, 관절이 움직이는 영역을 가시화할 수 있어 환자에게 각도를 제시하면서 재활 치료가 가능하다. 환자도 자신의 움직임을 파악하기 쉬워 올바른 동작을 쉽게 몸에 익힐 수 있다고 한다.

-- VR 재활치료로 지팡이 없이 걸을 수 있게 되다 --
게임 등에서 널리 이용되고 있는 VR을 활용한 재활 효과가 최근 실증되고 있다. 10년 전, 소뇌 출혈이 발생해 지팡이 없이는 걸을 수 없었던 40대 여성은 하루에 20분 정도의 VR 재활 치료를 두 달 간 주 3회 받은 결과, 지팡이가 없어도 걸을 수 있게 되었다. VR 재활 치료 전에는 몸의 우측 기능 저하가 심해 스스로 손발을 움직이는 것이 어려워 팔을 위로 들어올리는 것만으로 균형이 무너지는 상태였다고 한다.

“VR은 상하좌우뿐만 아니라 안쪽 방향까지 몸을 움직이도록 하기 때문에 재활치료에 적합하다”라고 여성이 이용한 재활용 의료기기 ‘mediVR 카구라(カグラ)’를 개발해 판매하고 있는 mediVR의 하라(原) 사장은 설명한다. 하라 사장은 의사로, 재활치료 현장을 경험하면서 VR을 이용한 트레이닝 아이디어를 생각해냈다고 한다.

카구라는 보행이 어려운 환자가 안정적으로 걸을 수 있도록 하는 것을 목표로 개발되었다. 환자는 앉은 상태에서 VR을 장착해 컨트롤러를 스스로 움직여 화면에 보이는 물체를 터치한다. 재활 치료를 하기 전 환자가 어느 위치까지 팔을 움직일 수 있는지를 계측해 팔이 닿지 않는 장소에 물체를 표시하는 것을 방지하는 등, 환자에 맞는 콘텐츠를 제시한다.

지팡이가 없으면 걸을 수 없었던 이 여성이 VR로 어떻게 스스로 걸을 수 있게 되었을까? 하라 사장에 따르면 걷는데 필요한 요소는 (1) 하지 근력 (2) 자세의 균형 (3) 복수 과제를 동시에 처리하는 뇌의 능력이라고 한다. “(1) 하지의 근력을 단련하는 방법은 있지만, (2) 자세의 균형과 (3) 복수 과제를 동시에 처리하는 뇌의 능력을 단련하는 방법은 실질적으로는 없다. 카구라는 이 두 가지를 단련시켜준다“(하라 사장).

후유증으로 (2) 자세의 균형이 무너져버리는 원인은 뇌의 기억과 환자의 실제 움직임에 미스매치가 발생하기 때문이라고 알려져 있다. “자신의 기억과 실제 움직임에 괴리가 있기 때문에 재활 치료로 걸을 때의 균형을 몸이 다시 기억하도록 할 필요가 있다”(하라 사장).

통상적인 재활 치료에는 환자가 올바른 움직임을 했는지 여부를 뇌에 피드백하는 자극이 매우 적다는 것이 문제였다. 카구라는 환자가 화면에 보이는 물체를 터치하면 화면에 ‘잘했어요’라는 단어가 소리와 함께 표시되고 컨트롤러가 진동한다. 시각과 청각, 촉각으로 올바른 움직임을 했다는 것을 본인에게 피드백한다. 그러면 뇌가 기억해 올바르게 자세의 균형을 잡을 수 있게 된다.

이 외에도 걷기 위해서는 (3) 복수의 과제를 동시에 처리하는 뇌의 능력 향상이 요구된다. 보행 시에는 주위 상황을 인지하면서 자신의 다리를 움직이는 이중 작업이 뇌 안에서 동시에 처리된다. 하지만 질환이나 노화가 원인으로 잘 처리되지 못하게 되면, 주의가 산만해지며 다리가 꼬이는 등 자립보행이 어려워진다. 카쿠라로 트레이닝을 하면 눈에 보이는 사물을 잡고 움직이는 이중 작업을 처리하는 재활치료를 실천할 수 있다.

-- 후생노동성, 재활 결과 중시 --
재활에 관한 병원의 진료 보수 내용을 정하는 후생노동성은 재활치료를 실시한 사실뿐만 아니라 그 결과까지도 중시하고 있다. 병원이 일부의 재활치료 입원비를 산정하기 위해서는 재활치료의 ‘실천 지수’ 기준을 상회하지 않으면 안 된다. 재활치료의 실천 지수는 입원 기간 중에 일상생활에 필요한 신체 기능이 얼마만큼 개선 되었는지를 나타내는 것이다. 재활치료로 기능이 개선되면 실천 지수 향상으로 이어지기 때문에 효과가 높은 트레이닝이 요구된다.

개호 현장에서 자립적인 움직임을 지원하는 효과적인 프로그램을 실시하면 개호 보험 제도 하에서 시설에 가산점이 부여된다. “재활치료의 효과가 중시되는 움직임은 앞으로도 확대될 것이다”라고 많은 의료 관계자들이 전망하고 있다. 앞으로 점차 경험 뿐만 아니라 근거에 기반한 재활치료의 수요가 병원이나 개호시설에서 늘어날 전망이다. 이와 따라 첨단 기술의 활약도 늘어날 것으로 기대되고 있다.

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