[메디게이트뉴스 박도영 기자] 발목 염좌는 발목 관절을 지탱하는 인대가 늘어나거나 찢어지는 손상으로, 발목을 접지르거나 비틀릴 때 흔하게 발생한다. 부상 후 신체 장애 없이 회복되는 경우도 있지만, 반복해서 발목을 삐끗하거나 발목이 불안정해지는 만성 발목 불안정성(CAI)으로 발전하는 경우도 있다. 만성 발목 불안정성은 만성적인 특성을 가지기 때문에 장기적으로 관리하고 기능을 평가해야 하는데, 최근 이를 편리하게 도와주는 스마트 깔창이 개발돼 혁신을 가져다주고 있다.

솔티드(Salted)가 개발한 뉴로게이트(Neurogait) 스마트 인솔은 보행 주기와 지면 접촉 시간, 압력 중심 이동 패턴, 분당 걸음 수 등 보행 정보를 수치화해 환자 맞춤형 재활에 활용할 수 있도록 돕는다. 솔티드는 신경과, 정형외과 및 재활의학, 암 재활, 근감소증 등 다양한 분야에서 임상 연구를 수행해 스마트 인솔이 보행 능력 평가와 균형 훈련에 얼마나 유용한지 입증했다. 그 중에서도 만성 발목 불안정성 영역에서 스마트 인솔이 어떻게 환자 맞춤 재활을 지원할 수 있을지 살폈다.

스마트 인솔 시스템으로 긴종아리근 활성화 수준이 증가한 자세 식별 
 
고려의대 의생명공학과 김승종 교수팀은 만성 발목 불안정성 재활을 위해 적절한 발뒤꿈치 들어올림 자세를 인식할 수 있는 스마트 인솔 시스템에 대한 논문을 '사이언티픽리포트(Scientific Reports)'에 발표했다.

김 교수팀은 이 연구에서 임상 전문가가 없는 상황에서도 저렴한 스마트 인솔을 사용해 발뒤꿈치 들어올리기(heel raise) 운동을 모니터링하고 만성 발목 불안정성(CAI) 재활에 도움을 줄 수 있는지 확인했다.

만성 발목 불안정성 환자에게 처방되는 발뒤꿈치 들어올리기 운동의 주요 목표는 긴종아리근(Peroneus Longus, PL)활성화 증가다. 이 운동에서는 발목의 방향이 중요하기 때문에 훈련 세션을 평가할 수 있는 방법이 필요하다. 

연구 결과 스마트 인솔에서 수집된 데이터가 발뒤꿈치 들어올리기 운동의 수행 방식을 잘 반영하는 것으로 나타났다. 이 정보를 바탕으로 발뒤꿈치 들어올리기 동작과 그에 해당하는 상승, 유지, 하강 단계를 식별할 수 있는 스마트 인솔 시스템을 개발했고, 이 시스템을 통해 더 상세하게 분석할 수 있었다.

나아가 시스템으로 탐지된 적절한 운동 실행이 실제로 긴종아리근 활성화 증가로 이어진다는 것을 근전도(EMG) 신호 분석을 통해 입증했다.

연구팀은 운동 중 발목 방향을 구분하고 긴종아리근 활성화를 확인하는 것 외에도 다양한 데이터를 추출해 운동 범위, 내구력, 민첩성 등 환자 재활 평가에 활용할 수 있을 것이라고 설명했다.

연구팀은 "해당 스마트 인솔 시스템이 고가의 보행 분석 장비인 독일 노벨(Novel)의 페더X(Pedar-X) 시스템 및 근전도 장비인 델시스 트리그노(Delsys Trigno)와 비교해도 유사한 수준의 정밀도와 신뢰도를 보였다. 이를 통해 솔티드 인솔 시스템의 데이터가 발뒤꿈치 들어올리기 운동 수행 양상을 정확히 반영한다는 점이 검증됐으며, 비용 효율성과 현장 적용성을 동시에 갖춘 솔루션으로 가능성을 제시했다"고 밝혔다. 

변화된 생체역학적 특성 이해할 수 있고 접근성과 사용성 높아

김 교수팀이 올해 초 센서(Sensors)에 발표한 논문에서는 스마트 인솔 시스템을 활용해 발목 기능성을 정량적으로 평가하고 만성 발목 불안정성(CAI) 환자 식별에 적용할 수 있는지를 조사했다.

그 결과 발뒤꿈치 들어올리기와 점프 테스트 시 만성 발목 불안정성(CAI) 환자는 내측-외측 압력 비율(MPP)이 증가해 발이 바깥쪽으로 회전된 자세를 시사했다. 양발 발뒤꿈치 들어올리기에서의 중심 압력 궤적(nCOP)의 유의미한 편차는 비대칭 운동 조정을 시사했고, 한발 발뒤꿈치 들어올리기에서는 들어올린 다리의 보상적 변동이 만성 발목 불안정성(CAI) 환자에서 더 컸다.

이러한 결과는 스마트 인솔 시스템이 만성 발목 불안정성과 관련 있는 변화된 생체역학적 특성을 효과적으로 탐지하고 정량화할 수 있음을 의미한다. 이를 통해 만성 발목 불안정성 특이적 운동 패턴을 특징짓는 기능을 개발할 수 있었다.

실제로 연구팀은 ▲내측 압력 비율(MPP) ▲중심 압력 좌표(nCOP) ▲비대칭성 지수 (ASI) 등의 주요 정량 지표를 통해 만성 발목 불안정성(CAI) 환자군과 정상군을 유의미하게 구분할 수 있다고 설명했다. 해당 시스템이 단순 계측을 넘어 임상 진단 보조 도구로서의 활용 가능성을 함께 제시한 것이다.

연구팀은 "변화된 메커니즘을 이해하는 것 외에도 실제 임상 및 재활 환경에서의 접근성과 사용성을 고려하는 것이 중요하다. 이번 연구에서 사용된 스마트 인솔 시스템은 무선으로 설계돼 현장 적용 시 큰 수정 없이 사용할 수 있다"면서 "이 시스템은 만성 발목 불안정성의 정량적 평가 도구로 잠재력을 보여주며, 원격 재활을 통해 치료 결과를 개선하는 데 기여할 수 있다"고 결론내렸다.