[보조기학과의지학] 하지보조기: 플라스틱 무릎-발목관절-발 보조기(plastic KAFO)
<하지보조기, 체중지지 발목관절-발 보조기(weight-bearing AFO)>
체중지지 발목관절 발- 보조기는 체중지지 짧은다리보조기라고 불리우며, 일반적인 밴드대신 체중을 경감시키는 밴드(weight bearing band)를 사용하여 발을 통해 전달되는 힘을 최소화시키는 보조기이다.
1. PTB 체중지지 보조기(Patella Tendon Bearing Orthosis)
미국의 VAPC(Beteran's Administrarion Prosthetic Center)에서 개발되었으며, 발목관절의 움직임을 제한하면서 다리의 부분적인 체중지지를 위해 사용된다. 일반적으로 발목관절의 제한 여부에 따라 내-외측의 안정성도 제공하도록 고안되었다.
짧은다리보조기에 사용되는 장딴지 밴드나 장딴지 셸 대신 아래다리 절단자에게 사용되는 아래다리의지의 PTB소켓을 제작하는 원리로 플라스틱 재질의 PTB brim을 사용한다. 정강뼈 치료를 위해 충분히 안정감 있고 편안한 PTB 체중지지 보조기의 가능성이 제기되었고 지금도 정강뼈의 치료에 가장 많이 사용되고 있는 방법 중 하나이다. 이것은 체중지지에 대한 압력을 골절 부위를 우회하는 정강뼈 고원부(tibial plateau)와 무릎뼈힘줄(patella tendon으로 이동시켜 착용된 보조기를 통해 전달하는 이론으로 확립되었다. 부하(load)는 내-외측 업라이트를 통해 보조기의 발목관절까지 원위부로 전달된다. 그러나 brim은 정강뼈와 발을 통해 전달되는 부하의 전체를 제거하지는 못하고 단지 감소시키는 작용을 한다.
체중을 받는 부위는 주로 무릎뼈힘줄(슬개건, patella tendon)이며, 슬와부(popliteal area)와 정강뼈거친면에서 체중의 일부를 받아주도록 고안되었다. 보통 소켓에서 60~70%의 체중을 받고 발목관절에서 30%의 체중을 지지한다.
<하지보조기, 플라스틱 무릎-발목관절-발 보조기(Plastic KAFO)>
플라스틱 무릎-발목관절-발 보조기는 플라스틱 긴다리보조기로도 잘 알려져 있으며, 주로 무릎관절의 기형교정과 예방을 위해 사용되며, 발목관절과 발의 기형과 예방, 기립 및 보행을 위해 사용한다. 금속 보조기에 비해 가볍고 유지하기가 용이하며, 재성형이 쉽고 미관이 우수한 장점을 가지고 있다. 또한 플라스틱 짧은다리보조기는 플라스틱 자체만 사용하는 경우가 흔하지만 금속재질과 혼합하여 사용하는 경우가 증가하는 추세이다. 플라스틱 긴다리보조기는 사용하는 플라스틱 종류, 무릎관절의 사용여부, 그리고 다양한 디자인으로 적용된다.
1. 상과형 무릎-발목관절-발 보조기(Supracondylar KAFO)
상과형 무릎-발목관절-발 보조기는 무릎관절의 폄(Extension)과 흔듦기(유각기, Swing phase)동안 무릎관절의 움직임을 자유롭게 하며, 디딤기(입각기, Stance phase) 동안 발목관절을 발바닥쪽굽힘(Plantar flexion)으로 고정시켜 줌으로써 무릎관절, 발목관절, 발 모두에 안정성(Stability)을 제공한다. 즉, 전방 몸쪽 셸(shell)과 발 부분은 후방으로 힘을 적용하여 장딴지 밴드에 의해 적용되는 전방 힘을 상쇄시킨다. 삼점압 시스템은 디딤기 동안에는 무릎관절 과다폄(hyperextension)을 방지하며 흔듦기와 앉기 동안에는 무릎관절 굽힘을 허용한다. 보조기의 먼쪽부는 발목관절, 발뒷쪽(후족부), 발가운데부분(중족부)을 약간의 발바닥족굽힘 위치에서 고정시켜줌으로써 보행의 디딤기 동안 무릎관절 폄 모멘트가 생성된다. 발목관절과 발을 감싸주고 있기 때문에 보조기는 발 움직임을 방지하여 무릎관절을 더욱 안정시켜 보조기 무릎관절 잠금장치(lock)가 필요없게 한다. 또한 앞쪽(전방, Anterior)으로 모멘트(forward mementum)를 유지하기 위하여 로커 바(Rocker bar)가 부착된 신발을 사용하는 것이 좋다.
이 보조기는 움직이는 부품이 없기 때문에 내구성이 좋으며, 미관이 좋으나 앉게 되면 근위 셸의 끝부분이 넓적다리(대퇴부)의 위쪽으로 돌출된다. 무릎관절 폄근인 넓다리네갈레근(대퇴사두근)이 약한 경우에 주로 적용되며, 엉덩관절과 무릎관절에 굽힘구축이 있거나 경직(spasticity)이 있는 경우, 그리고 부종이 있는 경우에는 사용하지 않는다. 또한 이 보조기는 양측에 모두 적용될 경우 동시에 첨족 자세가 되어 사용자가 걸을 때 전-후방의 안정성이 방해될 수 있으므로, 양측에 동시에 사용하는 경우는 드물다.
2. Plastic hinged KAFO
이 보조기는 플라스틱의 장점을 최대한 살리기 위해 플라스틱 재질의 측면관절(side joint)을 사용하며, 아래다리(하퇴부)에는 플라스틱 짧은다리보조기와 연결되고 넓적다리부(대퇴부)에는 플라스틱 밴드를 사용하여 역시 측면관절에 연결한다. 주로 무릎관절의 과다 폄(Hyper extension)을 조절하며, 가공절단선(trimline)에 따라 다래다리의 셸에서 다양한 발목관절 및 발의 조절 특히 발등굽힘을 보조하는 역할도 한다. 외관이 뛰어나고, 가벼우며, 슈 인서트 부분이 있어서 신발을 교체하기가 쉽다. 반면, 내구성과 안전성은 금속관절에 비해 낮다.
3. Plastic KAFO with metal joint
이 보조기는 플라스틱의 가볍고 외관이 좋은 장점과, 금속의 안정성과 내구성을 고루 갖춘 보조기로써 주로 업라이트, 무릎관절, 그리고 디자인에 따라 발목관절과 스터럽을 제외하고 나머지는 플라스틱을 사용한 보조기이다. 적용되는 범위와 부위에 따라 다양한 디자인의 보조기가 사용된다.
이것은 모든 긴다리보조기의 적용 대상에게 사용할 수 있으며 주로 금속성 긴다리보조기가 무겁다고 느껴지는 사람에게 보다 효과적으로 적용할 수 있으며 금속성 긴다리보조기보다 가볍고 환부에 밀착되며 미관상 양호하다. 다만 금속성 긴다리보조기보다 제작하기 까다롭고, 발목관절에 플라스틱 관절을 사용했을 경우 내-외측 안정성이 감소하는 단점이 있다.
무릎을 안정시키기 위해 정강뼈 앞쪽에 플라스틱을 부착한 Pre-tibial band형은 금속성 긴다리보조기보다 무릎을 안정시킬 수 있으며 일반적으로는 아래다리 뒷면에 플라스틱을 부착한다. 또한 넙다리뼈(femur)골절 시나 넙다리뼈의 체중지지를 피해야하는 경우에는 넙다리뼈의 상부를 장사방형 브림(quadrilateral brim)으로 사용하기도 한다.
<하지보조기, 체중부하 무릎-발목관절-발 보조기(Weight-bearing KAFO)>
특히 넙다리부(무릎위)에서 골절이나 관절고성술(arthrodesis) 또는 Legg-Perthes병이 있는 환자에서와 같이 대부분 아래다리에 체중이 부하되지 않아야 하는 경우에 사용되며, 체중은 주로 궁둥뼈결절(좌골결절, ischial tuberosity)에 부하된다. 만약 궁둥뼈결절 부위에 감각이 둔하거나 감각이 없는 환자의 경우에는 사용을 고려해야 한다.
무릎-발목관절-발 보조기에서 체중경감을 위해 사용하는 장치는 ischial ring, ischial band, quadrilateral socket, pattern bottom이 있다.
1. Ischial ring (Thomas ring)
H.O. Thomas(1834~1891)에 의해 발명된 것으로 형태는 일부 바뀌었지만 오늘날에도 많이 사용되고있는 체중부하장치이다. 환형의 금속막대를 둔부의 모양과 체중지지점을 지지할 수 있는 반원형의 모양으로 제작하며, 안쪽은 업라이트의 원위부에, 뒤쪽은 궁둥뼈결절에, 바깥쪽은 큰돌기(대전자, greater trochanter) 바로 아래 위치하여, 엉덩관절의 움직임은 방해하지 않으면서 체중지지를 목적으로 제작한다. 궁둥뼈결절이 금속막대에 직접 닿을 경우에는 심한 통증을 느낄 수 있으므로, 환봉 주위를 스폰지나 고무로 감싸고 그 외형을 가죽으로 감싸준다. 앞쪽에는 스트랩과 버클을 이용해 고정함으로써 넙다리부를 뒤쪽으로 밀어 체중부하를 도울 수는 있으나 그 효과는 미미하다 할 수 있다. 안쪽에서부터 바깥쪽으로 이어지는 각도는 45~55˚정도가 적당하다. 체중부하를 하지 않고 보행을 해야하는 넙다리의 관절 고정술을 시행한 경우와 Legg-Perthes병에 주로 사용된다. 중간볼기근(gluteus medius)이 약한 환자는 중심 위치가 엉덩관절을 넘어서 환측으로 기울어지는 중간볼기근보행(gluteus medius gait)을 보이기도 한다. 또한 큰볼기근(대둔근, gluteus maximus)이 약한 환자는 엉덩관절의 폄 상태를 유지하기 위하여 몸통을 뒤로 젖히며 걷게 되는 데, 이런 큰볼기근보행(gluteus maximus gait)시에도 사용하면 좋은 결과를 얻을 수 있다. 반면, 체중지지점이 다른 것에 비해 매우 좁고 앉았을 때 불편하다는 단점이 있다. 일반적으로 약 30%의 체중경감 효과를 가진다.
2. Ischial band (Ischial seat)
Ischial band는 체중이 업라이트를 통해 전이되도록하여 궁둥뼈결절이 지지될 수 있도록 상위 넙다리밴드의 원위부를 연장하여 제작한다. 필요하다면 여기에 고무 스폰지로 패딩을 하고 가죽으로 감싸주어 압박을 피하게해준다. Ischial ring보다 지지면이 넓기 때문에 궁둥뼈결절으 편안하게 받쳐줄 수 있으며, 일반적으로 50~60%의 체중경감 효과를 가진다.
3. 장사방형 소켓(quadrilateral socket)
긴다리보조기의 넙다리밴드 대신 넙다리의지에서 사용하는 장사방형 소켓의 브림(brim)을 사용한 것으로 확실한 체중경감이 가능하며, 요즘에는 궁둥뼈수납형소켓(ischial containment socket)을 사용하기도 한다. 장사방형 소켓브림을 사용함으로써, 엉덩관절에서 돌림(회전, rotation)되는 것을 방지하며, 60%이상 체중경감 효과를 볼 수 있다.
넙다리의 외형을 본떠서 넙다리의지의 장사방형 소켓제작과 동일하게 제작하여 궁둥뼈결절에 체중부하가 이루어지도록하며 주로 플라스틱으로 제작한다. 소켓은 의지에서처럼 원통형으로 만들기도하고, 앞뒤가 나누어지는 bi-valved형으로 제작할 수도 있지만 bi-valved형은 체중지지 시에 어느 한 면이 아래로 밀리면서 확실한 체중지지가 안될 수 있으므로, 특별한 경우를 제외하고는 원통형으로 제작하는 것이 확실하다. 발목관절에 굽힘구축이 있거나, 무릎의 관절가동범위가 제한되어 있는 경우에는 원통형보다 bi-valved형이 착용하기에 편리하다. 원통형은 착용 시에 무릎을 구부려야 착용할 수 있기 때문이고, 발목에 구축이 심하여 원통형의 소켓 안으로 발이 통과할 수 없으면 착용이 불가능하기 때문이다.
소켓은 보조기의 내-외측 업라이트의 원위부에 부착하며, 체중부하지점인 궁둥뼈결절 부위가 후방으로 돌출되어 앉을 때 약간의 불편감을 느낄 수 있다.
4. Pattern Bottom Orthosis
다리에 체중부하를 절대적으로 피해야하는 경우에 사용하며, 신발을 지면에서 올려서 환자가 발을 통해서 체중을 부하하는 것을 방지한다. 환부의 위치에 따라 긴다리보조기 또는 짧은다리보조기의 형태로 제작할 수 있다. 보통 한쪽에만 사용하며, 환측의 다리를 공중에 띄워놓는 모양을 하고 있으며 이로 인해 반대측에는 구두에 구두 높임 수정을 해주어야 한다.
Pattern bottom orthosis는 발목관절을 사용하지 않는 것이 특징이며, 발 아래로 약 5~10 cm 정도의 공간이 있고 구두 바닥에는 스프링이나 탄력성 스트랩에 결려있는 금속판을 대어준다. 기본적으로 설정해 놓은 약 5~10 cm 정도의 공간과 스프링의 힘으로 인해 발이 바닥에 절대로 닿지 않는다. 궁둥뼈결절에 체중부하장치를 사용해야하고, 구두바닥부터 부착되어있는 스프링이나 탄력성 스트랩을 무의식적으로 발이 지면에 닿는 것을 방지해 준다.
<하지보조기, 엉덩관절-무릎-발목관절-발 보조기(Hip-Knee-Ankle-Foot Orthosis, HKAFO)>
엉덩-무릎-발목관절-발 보조기는 긴다리 보조기에 엉덩관절, 골반밴드(pelvic band), 골반 벨트(pelvic belt)가 추가 될 수 있으며, 다리의 변형이나 마비가 좀 더 광범위하고 긴다리보조기로 대체할 수 없는 다리의 기능손실에 사용된다. 엉덩관절, 무릎관절, 그리고 발목관절 및 발의 비정상적인 움직임과 기형을 예방하고 교정하며, 엉덩-무릎-발목관절-발 보조기 역시 크게 금속형과 플라스틱 또는 혼합형으로 구별할 수 있으나, 특별한 디자인이 많아 가장 많이 사용되는 것을 위주로 설명하고자 한다.
1. 골반밴드(Pelvic band)
골반 밴드는 골반에 밀착되어 있어야 하며, 엉덩뼈능선(장골능, iliac crest)과 큰돌기(대전자, greater trochanter) 사이에 위치하도록 한다. 골반밴드는 엉덩관절의 안쪽돌림 및 바깥쪽돌림(internal and external rotation), 모음 및 벌림(adduction and abduction), 굽힘 및 폄(flexion and extension)을 어느 정도 조절할 수 있다.
알루미늄보다는 더 강한 듀랄루민이나 스틸이 보통 사용되며 외형은 가죽으로 감싸고, 골반 전체를 감싸도록 제작된 골반 벨트와 함께 사용한다. 편측 골반밴드(unilateral pelvic band)는 주로 편측 긴다리보조기에 사용되며 움직임을 조절하고자 하는 쪽의 엉덩뼈능선과 큰돌기 사이에 위치하게 하는데, 전방으로는 전상장골극(Anterior Superior Iliac Spine)앞으로 약 2.5 cm 정도 나오고, 후방으로는 후상장골극(Posterior Superior Iliac Spine)까지의 길이로 사용하며 가죽 밴드를 이용하여 전체 골반을 감싸준다.
양측 골반 밴드(bilateral pelvic band)는 양측 긴다리 보조기에 사용되며 밴드의 끝 부분은 골반의 외측 중심 바로 앞 쪽에 오게 한다. 편측 골반 밴드와 마찬가지로 엉덩뼈능선과 큰돌기 사이에 위치하게 한다. 밴드는 후방에서 위쪽으로 경사지도록 하고, 아래쪽으로는 아래쪽으로는 엉덩이의 가장 돌출된 부분에 밀착되어 엉치뼈(천골, Sacrum)을 덮게 된다.
2. 보조기 엉덩관절(Mechanical Hip Joint)
보조기의 엉덩관절은 보조기 무릎관절과 발목관절에 비해 외측으로만 적용되며, 엉덩관절의 움직임을 조절하기 위해서는 긴다리보조기의 바깥쪽 업라이트(upright)에 엉덩관절과 골반밴드(pelvic band)를 부착시켜 줌으로써 조절이 가능하다.
보조기 엉덩관절은 큰돌기를 기준으로 약 6 mm (1/4 인치) 전방 및 6 mm (1/4 인치) 상방에 위치하여야 인체의 엉덩관절과 일치될 수 있으므로, 무릎관절 및 발목관절과 마찬가지로 정확한 위치 적용이 필요하다. 보조기 엉덩관절 역시 사용자의 신체 상태나 환경에 맞게 신중하게 선택되어야 한다.
1) 자유형 엉덩관절 (free hip joint)
사용자의 엉덩관절의 굽힘과 폄만을 허용하며, 그 외의 나머지 운동은 모두 제한하는 경우에 사용할 수 있다.
2) 폄정지 엉덩관절(hip joint with extension stop)
엉덩-무릎-발목관절-발 보조기에서 일반적으로 자주 사용되며 굽힘만을 허용하며, 폄 각도를 조절할 수 있다. 또한 자유형과 마찬가지로 그 외의 나머지 운동은 모두 제한된다.
3) drop ring lock hip joint
엉덩관절을 잠글 경우에는 모든 방향의 운동을 제한하지만, 잠금장치를 풀면 굽힘과 폄이 자유로이 허용된다. 엉덩관절 굽힘 구축이 있는 경우에는 보조기의 관절이 완전히 펴지지 않아 잠그기에 어려움이 따를 수 있으며, 특히 엉덩관절의 안쪽돌림(내회전, internal rotation)을 방지해 주기 위해서는 넙다리의지에서 사용되는 형태의 실레지안밴드(Silesian bandage)를 사용하기도 한다.
사용방법은 무릎관절에 사용되는 drop ring lock joint와 동일하며, retention button을 사용할 수 있다. 엉덩관절을 잠근 상태에서 정상적인 보행은 어렵기 때문에 목발을 사용하는 보행을 하여야 하며, 넘어질 경우에는 고관절이 굽힘 되지 않아 골절이나 심한 통증을 느낄 수 있기 때문에, 보조기의 엉덩관절은 대부분 잠그지 않고 사용하는 것이 활동하기에도 좋으며, 넘어져도 심하게 다치지 않게 된다.
4) Double axis hip joint
엉덩관절의 굽힘과 폄을 허용하는 축과 모음과 벌림을 허용하는 축이 각각 따로있어서, 엉덩관절의 모음과 벌림을 굳이 제한할 필요가 없는 경우와 엉덩관절 모음과 벌림의 움직임을 필요로하는 경우에 사용한다. 즉, 엉덩관절의 안쪽돌림과 바깥돌림을 제외한 모든 운동을 허용하게 되므로 착용감이 보다 자연스럽다. 굽힘과 폄에 대해서는 drop ring lock의 사용여부에 따라 조절이 가능하다.
5) Adjustable Flexion hip joint
엉덩관절 굽힘 각도를 조절할 수 있으며, 사용자의 신체 회복 상태에 따라 적용할 수 있다.
3. 둔부패드(Gluteal pad)
둔부패드는 골반벨트와 상위넙다리밴드 사이의 둔부에 위치하며, 엉덩관절의 굽힘구축(flexion contracture)이 있거나 엉덩관절 굽힘근의 경련(spasticity)이 있는 경우에 둔부를 전방으로 밀어주는 역할을 하여, 허리뼈의 앞굽음증(전만, lordosis)을 막아주고 보조기의 엉덩관절을 쉽게 잠글 수 있게 한다. 양측 엉덩-무릎-발목관절-발 보조기를 사용하는 환자에게 적용하여 골반부의 지지와 기립시의 균형을 제공하며, 척추보조기를 추가로 사용하는 경우 골반과 척추의 조절을 위해 사용하기도 한다.