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가상현실활용 재활훈련기기 연구 상용화동향
Bio통신원(Michael)
가상 재활 및 원격 재활 시스템 글로벌 시장 규모는 2017년 1억 4000만 달러에서 2025년에는 5억 4000만 달러로 커질 것으로 전망된다[1]. 제스처텍 (GestureTek), 마인드메이즈 (MindMaze), 인텐두 (Intendu), 타이로모션 (Tyromotion), 플린트 재활기기(Flint Rehabilitation Devices)등이 제품을 판매하고 있다.
제스처텍은 비디오 제스처 제어기술을 기반으로 1986년 캐나다에서 설립되었다. 이 기술은 45개 이상의 특허로 보호되고 있으며, 플레이스테이션, 엑스박스, 키넥트 등의 게임기 및 모바일 기기 등에 사용되고 있다[2]. 2001년 비디오 제스처 제어 기술을 사용하여 IREX (Immersive Rehabilitation Exercise) 시스템을 출시하였다. 여러 비디오 캡처 VR 시스템의 대부분은 건강한 컴퓨터게임 인구를 위해 개발 및 판매되었지만 GestureTek 시스템은 재활훈련을 염두에 두고 개발되었다. 이와 관련하여, 치료사들은 앉은 자세에서 서있는 자세까지 다양한 위치에서 환자의 운동과제를 평가할 수 있도록 게임 설정 내의 특정 매개 변수를 제어할 수 있다[3]. 또한 이 시스템은 컴퓨터에 연결된 카메라를 사용하여 환자의 생생한 실시간 전신 이미지를 화면에 배치하여 역동적인 가상현실 비디오 게임에 몰두하게 하였다. 그들은 화면에서 그들을 둘러싼 게임 요소에 손을 뻗어 상호 작용함으로써 재미, 참여 및 치료 효과를 높일 뿐만 아니라 시스템에 투자하는 병원 및 진료소의 직접 및 간접 비용 절감 효과도 가져왔다. 또한 임상의의 간단한 마우스 클릭만으로 게임의 모든 매개 변수를 변경함으로써 환자가 회복 수준에 맞는 운동을 설정할 수 있게 하며, 비디오카메라 추적 시스템에 의해 환자의 진행에 대한 정량적 결과에 접근할 수 있게 한다. 현재 전 세계적으로 750개 이상의 장치가 재활 시설에 설치되어 있다.
마인드메이즈는 테즈 다티(Tej Tadi)가 스위스 로잔공대에서의 연구를 기반으로 2012년 설립하였다. 그는 “체화된 몸의 신경 메커니즘: 가상현실과 전기 신경영상의 결합 (Neural Mechanisms of the Embodied Self: Merging virtual reality and electrical neuroimaging)”이라는 주제로 2010년 박사학위를 받고[4], 연구원으로 근무하고 있었다. 2015년 850만 달러를 투자받고, 2016년에는 힌두자 (Hinduja)그룹으로부터 기업가치를 10억 달러로 평가받고 1억 달러를 투자받았다. 뇌졸중 및 외상을 입은 환자들을 위한 가상현실 재활 플랫폼 마인드모션 프로 (MindMotion Pro)를 2013년 개발하여 2015년 CE 마크를 획득하고 2017년 FDA의 승인을 받아[5] 45개 이상의 의료시설에 설치되었다. 왼쪽 손을 제어할 수 없지만 오른손을 움직일 수 있는 뇌졸중 환자의 경우, 마인드메이즈 고글을 착용 한 후, 환자는 오른손을 움직일 때 움직이는 왼손의 3차원 이미지 또는 아바타를 보게 하여, 환자의 ‘마비된’ 왼 손이 움직이는 것처럼 반복적으로 보여줌으로써 환자의 뇌가 왼손을 조종할 수 있다고 믿게 하여 재활 효과를 높이는 데, 스위스 로쟌 대학병원에서는 환자들이 이 제품을 사용한 재활훈련동안 병원에 있다는 사실을 잊고, 재활훈련에 몰두한 것으로 조사되었다. 이 플랫폼은 뇌졸중 후 최소 4일 이내에 재활 프로그램으로 제공되는 데, 치료를 일찍 시작하면 환자의 회복 시간을 획기적으로 향상시킬 수 있을뿐 아니라 그 상태로 인한 경제적 활동의 손실을 줄일 수 있는 것으로 나타났다. 마인드모션 프로 (MindMotion Pro)는 중증 및 초기 병원 진료 환자를 대상으로 한 의료기관용 제품이며, 환자의 집에 배치할 수 있는 경증의 장애를 위한 게임화된 신경재활치료 플랫폼인 마인드모션 고 (MindMotion Go)를 개발하여 2018년 FDA 승인을 받았다.
인텐두는 이스라엘 헤르츨리야 IDC 대학 (Interdisciplinary Center Herzliya)의 Son Preminger교수가 2012년 설립하였다. 손 프레밍거가 와이즈만연구소에서 신경과학 박사학위 과정에 있을 때 그녀의 아버지가 뇌손상을 입은 것이 회사 설립의 배경이다[6]. 사용자의 인지 및 신체 능력에 실시간으로 적응할 수 있도록 개인화된 뇌 훈련 및 재활을 위한 동작 기반의 적응형 비디오 게임을 개발하고 있다. 개발 제품은 그녀의 아버지가 가장 먼저 테스트를 하고 있으며, 뇌훈련을 지속적으로 할 수 있도록 가정용 버전도 개발하고 있다. 케이블을 통해 TV 또는 컴퓨터 화면에 연결하는 3D 카메라 콘솔에서 실행되는 이 제품은 현재 이스라엘과 미국의 약 30개 재활 센터에서 사용중이다. 식사나 주행과 같은 실생활의 가상 작업을 수행하도록 사용자에게 요구하여, 신경 네트워크 전체를 활성화시키기 위한 물리적인 운동을 통합하여 인지력과 뇌의 가소성을 향상시킨다.
타이로모션은 2007년 오스트리아 Graz 기술대학의 Alexander Kollreider와 David Ram이 설립하였다. 조교와 대학원생이던 이들은 뇌졸중 후 재활을 위한 인간 - 컴퓨터 융합 연구[7]를 기반으로 시제품을 개발하고 바로 상용화를 시작하였다. 그후 타이로모션은 양측 3D 팔 로봇과 가상현실 안경을 사용하여 시각 및 신체 환경 모두를 형성할 수 있는 가상세계에서 뇌졸중 환자를 위한 재활 장치를 개발하였다[8]. 이 장치는 제한된 팔 기능을 가진 환자가 자신의 치료 범위에서 운동 범위와 반복 횟수를 늘리라고 도전하고 격려함으로써 일상적인 업무를 수행하도록 돕기 위해 고안되었다. 타이로모션의 장치는 현재 유럽과 미국의 선도적인 재활 시설에서 사용 중이고 사우디 아라비아 등에서도 최근에 도입을 결정하였다. 가상현실 치료를 제공하는 데 사용되는 로봇 보조 팔 재활 장치인 디에고 (Diego)는 지능 중력 보상 (Intelligent Gravity Compensation : IGC)과 가상 현실을 결합하여 환자가 잃어버린 팔 기능을 회복하도록 돕는다[9]. 중력보상 기능은 무거운 팔을 더 가볍게 만들어 재활의 모든 단계에서 팔의 생리학적 운동을 허용한다. 이 장치는 환자에게 더 많은 여유와 이동의 자유를 주며 특히 실제 물체를 이용한 작업 위주의 훈련에 적합하다.
플린트 재활기기의 음악장갑(MusicGlove)은 음악과 게임을 결합하여 뇌졸중이나 기타 신경학 또는 근육 부상으로 회복하는 사람들에게 치료 프로그램을 더욱 효과적이고 재미있게 만들어주는 재활기기로 FDA 승인을 받았다. 캘리포니아 대학교 어바인 캠퍼스의 재활전문 의사 및 연구자 팀이 개발한 이 제품은 환자의 손 움직임을 추적하기 위해 감각 장갑을 사용한다. 환자는 특정 기능적 그립을 만들어 게임을 하고 터치 스크린에서 스크롤 메모를 따라야 한다. 이 음표는 환자가 손 기능을 향상시키는 것으로 알려진 집중적인 기능적 운동을 많이 수행하도록 격려하기 위해 낙관적이고 동기 부여적인 노래의 리듬에 맞춰 조정된다. 이 제품은 미국 전역의 선도적인 재활 시설에서 사용되며 국립 보건원(National Institute of Health)과 국립 장애 재활 연구원 (National Research of Disability and Research Rehabilitation)이 후원하였다.
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[1] WiseGuyReports, “Global Virtual Rehabilitation and Telerehabilitation Systems Market Research Report 2018,” 2018.
[2] 제스처 인식과 관련한 제스처텍의 지식재산을 201년 Qualcomm이 구입하였다.
[3] Glegg, Stephanie MN, Sandy K. Tatla, and Liisa Holsti. "The GestureTek virtual reality system in rehabilitation: a scoping review." Disability and Rehabilitation: Assistive Technology 9.2 (2014): 89-111.
[4] Tadi, Ravi Tej Sai Giridhar. Neural Mechanisms of the Embodied Self. No. THESIS. EPFL, 2011.
[5] ComstockMay, Jonah, “MindMaze receives FDA clearance to bring VR rehab platform to the US,”
[6] Dura, Kathryn, “The Israeli BrainTech Startup Revolutionizing Rehab,”NoCamels - Israeli Innovation News (Nov. 9, 2017).
[7] Ortner, Rupert, et al. "Human-computer confluence for rehabilitation purposes after stroke." International Conference on Virtual, Augmented and Mixed Reality. Springer, Berlin, Heidelberg, 2013.
[8] Bonfanti, C., et al. "The rehabilitative value of Pablo® tyromotion for the evaluation and the functional recovery of the upper limb and the hand in SCI patients." Annals of Physical and Rehabilitation Medicine 61 (2018): e489-e490.
[9] Knuth, Sven, et al. "Adaptive arm weight support using a cable-driven robotic system." Converging Clinical and Engineering Research on Neurorehabilitation II. Springer, Cham, 2017. 1317-1321.
[10] “MusicGlove Proven Effective in Hand Function Recovery After Stroke,” Fitness Gaming (Jan. 26, 2015).
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