발이 끌리는 뇌졸중 환자의 보행에 기능적 전기자극(FES)을 적용할 때, 자극 시점을 이해하려면 먼저 정상 보행 주기와 발 처짐(foot drop)의 병태생리적 연관성을 살펴봐야 합니다. 뇌졸중과 같은 위운동신경세포(upper motor neuron) 병변에서는 족관절 배측굴곡근(dorsiflexor)의 수의적 조절이 소실되면서 흔듦기(swing phase) 동안 발끝이 지면에서 떨어지지 못하고 끌리게 됩니다. 이 문제를 해결하기 위해 FES는 종아리신경(common peroneal nerve)을 자극하여
족관절 배측굴곡(ankle dorsiflexion)을 유발합니다.
자극이 필요한 정확한 시기는
흔듦기 동안 발끝이 지면을 통과할 수 있도록 발등굽힘을 만들어 주어야 하는 순간입니다. 근거 자료
[1]은 FES가 환측 다리의 흔듦기에서 종아리신경을 자극하여 발의 배측굴곡을 일으키고, 이를 통해 발가락이 지면에서 떨어져 발 끌림을 방지한다고 명시합니다. 자료
[2]에서도 발 처짐은
흔듦기와 초기 발 접촉(initial foot contact) 시기에 나타나는 운동학적 이상이며, FES는 종아리신경 자극을 통해 이 시기의 배측굴곡을 보조한다고 설명합니다.
보기에서 혼동하기 쉬운 시기는 발꿈치 닿기(heel strike) 이후의 중간디딤기입니다. 중간디딤기(midstance)는 입각기(stance phase)에 속하며, 이때는 발바닥 전체가 지면에 접촉해 체중을 지지하는 구간이므로 배측굴곡 자극이 필요하지 않습니다. 오히려 입각기 동안 전경골근(tibialis anterior)의 과도한 활성은 발목의 안정성을 떨어뜨릴 수 있습니다.
혼동 주의! 발 처짐은 흔듦기에서 발이 앞으로 나아갈 때 지면과의 간격 확보가 문제이므로, 자극은 디딤기가 아닌 흔듦기에 맞추어야 합니다.
FES 장치의 실제 작동 방식도 자극 시기를 이해하는 데 도움이 됩니다. 자료
[3]에 따르면 현재 사용되는 발 처짐 자극기(DFS)는 신발 안의 힘 감지 저항 센서를 통해
뒤꿈치 들림(heel rise) 시 자극을 켜고(ON), 뒤꿈치 닿기(heel strike) 시 자극을 끄는(OFF) 방식으로 작동합니다. 뒤꿈치가 지면에서 떨어지는 순간은 입각기에서 흔듦기로 전환되는 시점이며, 이때부터 발이 앞으로 나아가는 동안 배측굴곡이 유지되어야 합니다. 자료
[4]에서도 FES 시스템이 종아리운동신경을 자극하여 발 처짐의 배측굴곡을 달성하며, 자극을 시작하고 종료할 보행 단계를 실시간으로 식별하는 것이 필요하다고 강조합니다.
따라서 정답은
4번입니다.
다리가 앞으로 나아가는 흔듦기는 발이 지면에서 떨어져 앞으로 이동하는 구간으로, 이때 발끝이 끌리지 않도록 배측굴곡을 유발하는 것이 FES의 핵심 목표입니다. 발가락으로 바닥을 밀어내는 시기(1번)와 두 발이 모두 바닥에 닿아 있는 시기(2번)는 입각기 후반 또는 양하지 지지기에 해당하며, 선 자세에서 움직이지 않는 시기(3번)는 보행 주기 자체가 아니므로 자극이 필요하지 않습니다. 발꿈치가 바닥에 닿는 순간 이후의 중간디딤기(5번)는 체중 지지 구간으로, 오히려 자극을 중단해야 하는 시점입니다.
참고 문헌 (논문 출처)
- [1]
Clinical application of acceleration sensor to detect the swing phase of stroke gait in functional electrical stimulation.일반논문Shimada Y, Ando S, Matsunaga T, Misawa A, Aizawa T, Shirahata T (2005) · DOI: 10.1620/tjem.207.197
- [2]
CHECGAIT: A Functional Electrical Stimulation Clinical Pathway to Reduce Foot Drop during Walking in Adult Patients with Upper Motor Neuron Lesions.일반논문Areno G, Chantraine F, Schreiber C, Masson X, Classen T, Pereira JAC, Dierick F. (2023) · DOI: 10.3390/jcm12155112
- [3]
Continuous gait cycle index estimation for electrical stimulation assisted foot drop correction.일반논문Azevedo Coste C, Jovic J, Pissard-Gibollet R, Froger J (2014) · DOI: 10.1186/1743-0003-11-118
- [4]
A Novel Capacitive Step Sensor to Trigger Stimulation on Functional Electrical Stimulators Devices for Drop Foot.일반논문Aqueveque P, Pastene F, Osorio R, Saavedra F, Pinto D, Ortega-Bastidas P (2020) · DOI: 10.1109/TNSRE.2020.3039174