웨어러블 로봇 기반 위상 궤적 분석을 활용한 비대칭 보행 평가: 재활 운동 전략 적용을 위한 파일럿 연구

• 영문명: Asymmetric Gait Assessment Using Wearable Robot-based Phase Portrait Analysis: A Pilot Study for the Application of Rehabiliation Exercise Strategies
• 발행기관: 한국응용과학기술학회 (구.한국유화학회)
• 저자명: 신동빈(Dong-Bin Shin) 이용종(Woong-Jong Lee) 최경수(Kyung-Su Choi)
• 간행물 정보: 『한국응용과학기술학회지』제42권 제4호, 501~508쪽, 전체 8쪽
• 주제분류: 공학 > 화학공학
• 파일형태: PDF
• 발행일자: 2025.08.31

국문 초록

본 연구는 웨어러블 로봇 기술을 활용하여 비대칭 보행을 정량적으로 분석하는 방법을 개발하고, 이를 재활 운동 전략에 적용할 가능성을 탐색하는 것을 목적으로 하였다. 편마비 환자에게서 흔히 관찰되는 보행 비대칭성을 모의하기 위해, 4명의 건강한 참가자(남성 1명, 여성 3명)가 고관절에 엔코더 센서가장착된 웨어러블 로봇을 착용한 상태로 10m 직선 경로에서 보행 실험을 10회 수행하였다. 센서를 통해 고관절 각도 및 각속도에 대한 실시간 데이터가 수집되었으며, 수집된 데이터는 MATLAB 기반의 시뮬레이션 환경에서 처리되어 보행 위상 궤적을 구성하였다. 위상 궤적은 보행의 주기적 역학적 특성을 시각화하였으며, 좌·우 고관절 위상 궤적이 둘러싼 면적을 비교함으로써 보행 비대칭성을 정량적으로 평가하였다. 분석 결과, 참가자 간 보행 대칭성에서 뚜렷한 차이가 확인되었다. 또한 비대칭 정도를 정량화하기 위하여평균 절대 오차(Mean Absolute Error, MAE)와 평균 제곱근 오차(Root Mean Square Error, RMSE)를활용하였다. 이러한 지표들은 위상 궤적 분석이 보행 이상을 진단하고 모니터링할 수 있는 효과적인 도구가 될 수 있음을 보여준다. 연구 결과는 본 방법론이 보행 장애를 가진 개인에게 맞춤형 재활 프로그램 및운동 기반 중재를 개발하기 위한 기초적 접근으로 활용될 수 있음을 시사한다. 다만, 본 연구는 소수의 건강한 참가자만을 대상으로 수행되었으므로 제안된 방법의 예비적 타당성을 확인하는 수준에 그치며, 향후에는 다양한 보행 환경과 임상 집단을 포함한 대규모 연구 및 실시간 제어 알고리즘의 적용을 통해 임상적활용 가능성을 더욱 강화할 필요가 있을 것이라 판단되어진다.

영문 초록

This study aimed to develop a quantitative method for analyzing asymmetric gait using wearable robotic technology and to explore its applicability in rehabilitation exercise strategies. To simulate gait asymmetry commonly observed in hemiparetic patients, four healthy participants (1 male and 3 females) performed ten walking trials over a 10-meter straight path while wearing a hip-mounted wearable robot equipped with encoder sensors. These sensors collected real-time data on hip joint angles and angular velocities. The collected data were processed in a MATLAB-based simulation environment to construct gait phase portraits, which visualize the cyclical dynamics of gait. Gait asymmetry was quantitatively assessed by comparing the area enclosed by the left and right hip joint phase trajectories. The analysis revealed distinct variations in gait symmetry among participants. Quantitative indices such as Mean Absolute Error (MAE) and Root Mean Square Error (RMSE) were used to measure the degree of asymmetry. These indices demonstrate the potential of phase portrait analysis as an effective diagnostic and monitoring tool for gait abnormalities. The results indicate that this method could serve as a foundational approach for developing personalized rehabilitation programs and exercise-based interventions tailored to individuals with gait impairments. Despite the limited number of participants and the use of only healthy individuals, the present study offers a preliminary validation of the proposed method. Further investigations involving larger sample sizes and clinical populations are necessary to establish statistical generalizability and strengthen the clinical relevance of this approach.

목차

1. 서 론

2. 연구 방법

3. 연구 결과 및 고찰

4. 결 론

References

키워드

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