저작자표시-비영리-변경금지 2.0 대한민국 이용자는 아래의 조건을 따르는 경우에 한하여 자유롭게 l 이 저작물을 복제, 배포, 전송, 전시, 공연 및 방송할 수 있습니다. 다음과 같은 조건을 따라야 합니다: l 귀하는, 이 저작물의 재이용이나 배포의 경우, 이 저작물에 적용된 이용허락조건 을 명확하게 나타내어야 합니다. l 저작권자로부터 별도의 허가를 받으면 이러한 조건들은 적용되지 않습니다. 저작권법에 따른 이용자의 권리는 위의 내용에 의하여 영향을 받지 않습니다. 이것은 이용허락규약(Legal Code)을 이해하기 쉽게 요약한 것입니다. Disclaimer 저작자표시. 귀하는 원저작자를 표시하여야 합니다. 비영리. 귀하는 이 저작물을 영리 목적으로 이용할 수 없습니다. 변경금지. 귀하는 이 저작물을 개작, 변형 또는 가공할 수 없습니다.
이학 박사학위 논문
가상현실과 햅틱기술을 적용한
정맥주사시뮬레이터의 실습교육평가
아 주 대 학 교
대 학 원
의학과/
의학전공
정 은 영
가상현실과 햅틱기술을 적용한
정맥주사시뮬레이터의 실습교육평가
지도교수
박 래 웅
이 논문을 이학 박사학위 논문으로 제출함.
2011년
2월
아 주 대 학 교
대 학 원
의학과/
의학전공
정 은 영
정은영의 이학 박사학위 논문을 인준함.
심사위원장
노
재
성
인
심 사 위 원
박
래
웅
인
심 사 위 원
이
기
영
인
심 사 위 원
최
진
욱
인
심 사 위 원
이
영
호
인
아 주 대 학 교
대 학 원
2011년 12월 20일
i
감사의
글
3년 반을 거슬러 보면 힘든 여건 속에 입학하여 밤늦게 수업하고 집에 돌아 오던 2년여와 논문에 매달린 1년 반의 세월이 주마등처럼 지나갑니다. 11시가 다 되어 귀가할 때까지 기다려주던 아이에 대한 미안함, 발표나 레포트에 좀 더 열과 성의를 하지 못했던 후회, SCI 논문과의 싸움, 매 주 휴일 없이 아이와 같 이 병원에 나와 주중에 못다한 일을 하고, 논문 쓰며 지냈던 지난 날들, 내가 과 연 잘 해낼 수 있을까? 라는 질문에 항상 긍정과 노력의 힘을 믿으며 최선을 다 해보자고 결심하면서 스스로를 위로했던 시간들이었습니다. 더 늦기 전에 학위를 시작하게 해 주시고, 든든한 지원과 격려를 해 주신 모든 분들의 얼굴을 떠올리 며, 한 글자 한 글자 감사의 마음을 표현하고 싶습니다. 일과 학업을 병행하게 허락해주신 박동균 교수님께 우선 감사의 인사를 드립 니다. 바쁜 센터업무를 뒤로 하고 학교 가는 저에게 싫은 내색 한번 하지 않고, 항상 격려하는 든든한 후원자로 서 있어 주셨습니다. 더 늦기 전에 학위를 하라 고 부추켜 주시고, 논문이 나오기까지 많은 격려와 지원, 조언을 아끼지 않으신 이영호 교수님께도 감사드립니다. 진료와 연구로 바쁘신 와중에도 심사위원장을 맡아 주신 노재성 교수님께 진 심으로 감사 드립니다. 또한 심사를 맡아주신 최진욱 교수님, 이기영교수님께 감 사 드립니다. 파트타임이지만 항상 너그럽게 포용해주시고, 진정한 연구자가 뭔 지를 보여주시는 지도교수님이신 박래웅 교수님께 무한한 감사의 마음을 표합니 다.ii 학위논문을 쓰기까지 배경이 되는 SSCI 논문의 실험을 허락하시고, 도와 주신 가천의과대 간호학과 유재희 교수님, 조현숙 교수님께 깊은 감사의 마음을 전합 니다. 실험의 전 일정, 통계를 지원해 준 현선, 실험부터 학위논문이 나올 때까지 항 상 밝은 웃음과 재잘거림으로 많은 것들을 도와준 은실, 인화, 민희에게 가슴 깊 은 곳의 고마움을 표현합니다. 항상 언니처럼 믿고 따라 주던 이 친구들에게 더 많은 것을 가르쳐주고 싶습니다. 얼굴도 자주 비추지 못하는 저를 항상 반겨주고, 도와주고, 응원해주는 우리 랩의 만영, 우재, 덕용, 은경, 하나뿐인 동기인 김구상 선생님에게도 감사함을 전 합니다. 때로는 교수님으로 때로는 같이 학업을 하는 친구로 여러 가지 도움을 주신 한태화 박사님께 감사 드립니다. 우리센터의 영어최강달인인 강형욱선생의 세세한 영문 수정에 감사 드립니다. 며느리가 하는 일이면 무엇이든 다 이해해주시고, 적극 지원해주시는 우리 아 버님 어버님께 감사 드리고, 우리 엄마, 아빠께도 못 다한 사랑의 마음과 감사의 인사를 드립니다. 학위 내내 학교를 편히 갈 수 있게 규민이를 돌봐주시고, 제가 아프면 이것 저것 챙겨주신 경숙 언니와 이모부에게도 고개 숙여 감사의 인사 드립니다. 저를 언제나 응원해주는 남편, 그리고 우리 동생들 너무 고맙고, 마지막으로 3 년 반 이상, 엄마를 도와주고 지지해주고 같이 공부해 준 나의 아들 규민이에게 이 논문과 학위의 영광을 돌립니다.
iii - 국문요약 -
가상현실과
햅틱기술을 적용한
정맥주사
시뮬레이터의 실습교육 평가
의학시뮬레이션은 임상에 가까운 상황에 접하게 함으로써 진료 및 위기 상황을 경험하는 지식과 수행을 통합하는 교육방법이며, 최근 시뮬레이터를 이용한 의학실습교육의 필요성이 증가하고 있으나, 그 교육효과에 대해서는 근거가 부족한 상태이다. 본 연구는 간호대 학생에게 가장 대표적인 실습교육인 정맥주사법에 있어서 전통적인 마네킨을 이용한 방법과 가상현실과 햅틱기술을 접목한 시뮬레이터를 이용한 방법, 그리고 이 두 가지를 병행한 방법간의 실습교육 효과를 비교하고자 하였다. 일개대학의 1 학년 간호대학생 119 명을 무작위로 배정하여 3 개의 군으로 나누어 각 군별로 다음과 같은 방법을 적용하여 교육을 실시하였다: 1) 팔 모형군 (IV Arm Group): 기존의 정맥주사 팔 모형 (IV Arm)을 이용, 2) 시뮬레이터군 (Simulator Group): 가상현실/햅틱 기반의 정맥주사 시뮬레이터를 이용, 3) 병합교육군 (Combined Group): 정맥주사 팔 모형과 정맥주사 시뮬레이터를 모두 이용. 세 군 모든 학생들에게 정맥주사 수행절차의 이론교육 및 동영상교육을 공통으로 실시하고, 각 군별로 해당하는 정맥주사 팔 모형 및 정맥주사 시뮬레이터를 이용한 술기방법을 교육하였다 (총 40 분). 이 후 건강한 사람을 대상으로 하여 전문가가 정맥주사 시범을 보이고, 각 군에 주어진 방법대로 학생 1 인 당 10 분간에 걸쳐서 술기연습을 하게 하였다. 교육효과 판정을 위하여 실습 후 학생들 간 실제 정맥주사를 실시하게 하고, 각 학생의 수행능력 (수행절차, 성공여부, 총 수행시간)을iv 평가하였다. 정맥주사 수행 전후로 학생의 불안 정도를 측정하였다. 또한 교육 종료 후에 실습 기자재와 사용방법에 대해 학생들의 실습교육 만족도를 측정하였다. 연구결과, 정맥주사 수행절차 점수는 팔 모형군 32.8 점, 시뮬레이터군 31.8 점, 병합교육군이 34.1 점으로 병합교육군의 점수가 팔 모형, 시뮬레이터군에 비하여 높았으나 (p=0.015), 사후검정에서는 유의한 차이가 없었다. 정맥주사 성공 수는 팔 모형군 18 명, 시뮬레이터군이 23 명, 병합교육군 14 명으로, 시뮬레이터군이 가장 많았으나 통계적으로 유의한 차이는 없었다 (p=0.117). 총 정맥주사 수행시간은 팔 모형군 164 초, 시뮬레이션군 183 초, 병합교육군이 141 초로 병합교육군이 다른 군보다 유의하게 짧았다 (p=0.007). 정맥주사 수행 전·후로 측정된 학생들의 불안 정도는 세 군간에 유의한 차이가 없었다. 기자재에 대한 만족도는 팔 모형군 3.37 점, 시뮬레이터군 2.97 점, 병합교육군 3.42 점으로 '절차익힘' 항목에서 병합교육군이 시뮬레이터군보다 유의하게 높은 점수를 나타냈고 (p=0.014), '전반적 교육효과' 항목에서도 팔 모형군 3.16 점, 시뮬레이터군 2.82 점, 병합교육군 3.16 점으로 팔 모형군과 병합교육군이 시뮬레이터군 보다 유의하게 높은 점수를 나타냈다 (p=0.005). 간호대학생을 대상으로 한 정맥주사 시뮬레이터의 실습교육효과를 평가한 결과, 기존의 정맥주사 팔 모형과 함께 정맥주사 시뮬레이터를 병합하여 실습을 할 때 총 정맥주사 수행시간이 감소되고, 기자재에 대한 만족도가 향상되는 것으로 나타났다. 따라서 향후 정맥주사 실습교육의 효과를 증진하기 위하여, 정맥주사 팔 모형과 정맥주사 시뮬레이터를 병행하는 교육방법을 고려해 볼 수 있을 것이다.
v
핵심어: Virtual System, Virtual reality, Venipuncture, Intravenous Injection, Computer simulation, Medical education, Haptics.
vi
차
례
감사의 글 ···ⅰ 국문요약 ···ⅲ 차례 ···ⅵ 그림차례 ···ⅷ 표차례 ···ⅸ 부록차례 ···ⅹ 부록그림차례 ··· xi Ⅰ. 서론 ··· 1 A. 연구의 배경 ··· 1 B. 연구의 필요성 ··· 4 C. 연구의 목적 ···11 D. 문헌고찰 ···12 Ⅱ. 연구대상 및 방법 ···29 A. 연구대상 ···29 B. 재료 ···30 C. 연구방법 ···33 D. 통계데이터 분석 ···38 Ⅲ. 결과 ···39 A. 대상자의 동질성 검증 ···39 B. 그룹간의 상태불안과 VAS 불안 차이 ···40vii C. 그룹간의 IV 수행 능력 차이 ···41 D. 그룹간의 IV 실습교육 만족도 차이 ···42 Ⅳ. 고찰 ···43 Ⅴ. 결론 ···50 참고문헌 ···52 부 록···60 ABSTRACT ···91
viii
그림
차례
Fig. 1. Tabletop Interface and game for elderly···13
Fig. 2. General application of haptic device ···19
Fig. 3. Examples of Haptic Devices ···22
Fig. 4. Conventional arm model (IV Arm) ···30
Fig. 5. VR/Haptic IV Simulator ···31
Fig. 6. Haptic Device ···32
Fig. 7. Pictures of theory education ···34
Fig. 8. Expert’s venipuncture demonstration before the test ···35
Fig. 9. Practice on each method ···35
Fig. 10. Assessment of the Students practice ···36
ix
표
차례
Table 1. A comparison of research papers about the use of training aids for intravenous
injection education and their effectiveness ···27
Table 2. General characteristics of the participants ···39
Table 3. Differences in state anxiety and Visual Analogue Scale for anxiety ···40
Table 4. Differences in IV injection performance ···41
x
부록
차례
Supplement I. 측정도구 ···60
xi
부록
그림 차례
Fig. S1. ARSim IV-100 S/W System configuration ···69
Fig. S2. ARSim IV-100 Instruction diagram ···71
Fig. S3. ARSim IV-100 H/W system diagram ···74
Fig. S4. BOOM Box Work bench ···76
Fig. S5. ARSim IV-100 Software architecture ···77
Fig. S6. ARSim IV-100 Software diagram···77
Fig. S7. Categorized patients modeling data by cases ···79
Fig. S8. Images of deformable Objects modeling result ···80
Fig. S9. S-chain model and modified result applying S-chain model ···81
Fig. S10. Result of haptic rendering that applied physical characteristics ···82
Fig. S11. ARSim IV-100 Screen shot ···83
Fig. S12. Lecture screen Result ···84
Fig. S13. Patients cases screen ···85
Fig. S14. Intravascular injection simulation screen ···86
Fig. S15. Intravenous injection assessment screen ···87
Fig. S16. Screenshots of test, answers and explanations ···88
- 1 -
I. 서 론
A. 연구의 배경 21 세기에는 사회가 전반적으로 공급자 중심에서 소비자 중심으로 바뀌어가면서, 의료도 환자 중심으로 바뀌어가고 있다 (이경아 등, 2005). 또한 인간의 기본권이 강조되면서 실무능력이 서투른 학생들의 직접적인 실기가 어려워지고 있는 실정이다 (양진주, 2006). 예비의료진인 실습학생과 환자는 의학교육에 대해 서로 다른 생각을 가지고 있는데, 실습학생은 환자에게 더 편안하게 술기를 시행할 수 있기를 바라고, 환자는 실습하는 학생들의 첫 실습대상이 되지 않기를 바란다 (이영미 등, 2004). 현재 우리나라 의료교육의 과정은 학교에서 실습기자재를 통해서 술기교육을 시행하고 있으며, 숙련되지 못한 상태에서 병원 임상 술기에 투입되므로 의료사고 등의 잠재적 위험성을 내재하고 있고, 의료비용증가와도 연관되어 있다 (노혜린 등, 2008). 그 해결방안으로 환자가 보다 안전하게 치료받을 수 있는 권리와, 의학교육을 받아야 할 학생들이 보다 적절하고 효과적으로 실습하기 위해서 시뮬레이터를 이용한 교육이 진행되고 있다. 시뮬레이션 (simulation)은 조작을 통하여 발생 가능한 상황을 인위적으로 재현하는 교육기구나 기법 또는 교육이나 훈련에 시뮬레이터를 적용하는 것이라고 하였다 (Cooper 등, 2004). 의학교육의 시뮬레이션은 새로운 의료지식의 습득, 의학교육, 환자 안전, 의료비용의 절감 등의 차원에서 중요한 교육과정에서의 일부이며, 현대의학에서의 의학시뮬레이션 (medical simulation)이 서서히 주목 받기 시작하고 있다. 의학 시뮬레이션은- 2 - 임상에 가까운 상황에 접하게 함으로써 임상 진료 및 위기상황을 경험하게 하여 지식과 수행을 통합하는 교육방법이며, 세계 여러 국가들이 도입하는 교육방법이다 (윤유상, 2010). 시뮬레이션을 통한 시술교육은 가상현실공간에서 이루어 지기 때문에 실제 시술과 달리 미숙련의들의 어떤 실수도 용납할 수 있으며 시간에 구애를 받지 않고 반복하여 시술을 연습할 수 있다. 또한 갑작스럽게 발생하는 비상상황의 시나리오를 만들어 연습해볼 수 있을 뿐만 아니라 실제 시술 전에 가상공간에서 미리 리허설을 수행하여 실제 상황에서의 위험성 등을 예측해볼 수 있다 (김 정, 2006). 또한 의료인이 환자로 연습을 하는 대신에 장치들을 통해 트레이닝을 받을 수 있게 한다 (Scerbo 등, 2006). 한국의학교육에서도 새로운 교육과정의 도입과 2010 년 의사국가 고시에서부터 실기시험이 도입되어 2009 년에 첫 의사국가고시 실기시험을 치르는 등 급격한 변화의 바람이 불면서 의학시뮬레이션이 중요 화두로 떠오름에 따라 시뮬레이션은 의료인의 자질 함양은 물론 환자들의 신뢰를 얻는 데에도 커다란 영향을 미칠 것으로 보인다. 시뮬레이터 교육은 환자가 보다 안전하게 치료받을 수 있는 권리를 위한 것이며, 학생들의 보다 적절한 실습 효과와 새로운 의료지식의 습득, 의학교육, 환자안전, 의료비 절감 등의 차원에서 기여할 것으로 기대된다 (김양희 등, 2007). 외국에서의 시뮬레이션을 이용한 의학 교육은 선진국을 중심으로 널리 사용되고 있으나, 우리나라에서는 최근 수 년 사이에서야 활성화 되고 있고, 대부분의 시뮬레이터들은 수입되고 있다 (김 정, 2006). 이론중심의 학생교육에서 환자중심, 문제 해결중심의 술기 교육이 실제로 이루어져야 하는 의사실기시험에 대한 변화요구로 볼 때 (박훈기, 2008), 시뮬레이션을 이용한 교육의 수요가
- 3 - 증가할 것을 고려해야 하며, 기존의 마네킨을 통한 교육을 벗어나 다양한 IT 기술을 이용한 프로그램 및 국산화 장비의 연구 및 개발이 필요할 것으로 보인다. 뿐만 아니라 시뮬레이션을 이용한 교육에 대한 활용방법과 유효성에 대한 연구가 아직은 국내에서는 부족하여 이와 관련한 연구가 활발히 진행되어야 한다.
- 4 - B. 연구의 필요성 1. 의학시뮬레이션에서의 가상현실과 햅틱기술 접목 가상현실 (VR, virtual reality)의 일반적인 정의 또는 목표는 컴퓨터나 기타 기기를 통하여 인공적인 가상세계를 구현하여 사용자가 느끼기에 실제와 같은 또는 보통 일반인이 얻기 힘든 경험을 제공하는 것이다 (김정현, 2001). 좀 더 의미를 확장해보면 가상현실은 컴퓨터에 의해 묘사된 가상의 세계 안에서 인간의 감각계 (sensory system)를 통해 인공적인 경험을 제공하는 컴퓨터가 상호작용 (interaction)하는 것으로 이는 다양한 감각 기관을 자극하는 방식의 실감형 피드백 (feedback)이 가능하도록 하여 사용자들이 몰입된 상태로 실제 세계와 같은 현실감을 느끼도록 하는 기술이다. 가상현실은 컴퓨터그래픽스, 데이터베이스, 소프트웨어공학, 네트워크, 분산컴퓨팅, 컴퓨터비전, 유비쿼터스 컴퓨팅, HCI (human computer interface), 인간공학 등 다양한 정보통신 기술이 융합되어야 가능한 분야로써 다양한 산업분야와 융합하여 발전하고 있다. 이러한 가상현실 기술이 가장 현실과 잘 결합되어 상품화가 되고, 각광을 받고 있는 분야 중의 하나가 의학분야이다. 그 활용사례 중 하나는 정신 질환 치료로서, 고소 공포증, 폐쇄 공포증 등의 심리치료 분야, 가상환경을 이용한 수술 환경을 구축하여 실습하는 모의 수술 분야가 있으며 의료 교육 및 의료 훈련용으로 활용이 가능하다 (한국소프트웨어진흥원, 2008). 현대 사회의 발전과 고령화로 인해 의료 수요가 증가하고 있고, 이에 따른 의료인의 수가 증가하고 있다. 하지만 의료사고증가로 환자의 안전에 대한 사회적 손실이 증가함에 따라 의료인 증가에 비해 부족한 임상 및 술기 경험과
- 5 - 능력이 이슈 되고 있다. 미국의 통계에 따르면, 의료과오로 인한 병원환자의 피해가 한 해에 약 3%로 최소 44,000 명, 최대 98,000 명이 사망하였으며 이는 전세계적인 의료비용의 문제를 발생시키는 것으로 보고되었다 (Kohn 등, 1999). 이렇듯 많은 의료과오와 더불어 의료비용상승의 문제 해결을 위해 충분한 임상경험이 필요하고, 이를 대체하기 위해서는 시뮬레이션 교육이 필수적인 상황이다. 임상현장에서는 학교에서 실습뿐 만이 아니라 현장실무중심의 교육을 경험할 수 있는 다양한 교육방법을 요구하고 있다 (양진주, 2006). 시뮬레이터를 활용한 교육은 실제적이고 상호적인 교수-학습방법으로 임상수행능력을 향상시킬 수 있는 유용한 방법으로 각광 받고 있다 (Haskvitz 등, 2004). 시뮬레이터를 활용한 교육의 장점은 환자에게 해가 없는 안전한 상황에서 임상현장의 복제가 가능하다는 점이고, 실무에서 필요한 기술을 표준화시켜 반복 연습할 수 있다는 점이다. 뿐만 아니라 이러한 실무학습을 통해 학생들의 비판적 기술이 향상되고 자신이 선택한 중재의 결과를 경험할 수 있으며 평가시간 (debriefing)을 통해 실제적으로 실습한 경험을 다른 학생들과 함께 공유하고 반성할 수 있다는 점이 장점으로 보고된다 (Beyea 등, 2004; Rhodes 등, 2005). 특히 첫 임상실습을 시작하기 전에 시뮬레이터를 활용하여 신체사정을 수행한 학습자 중 61%는 신체사정에 대한 자신감이 생기고, 42%의 학생은 첫 임상실습에 관련된 여러 가지 불안과 스트레스가 제거되었다고 보고하였다. 즉, 경험부족으로 인한 의료사고를 해결하기 위해서는 실제 임상현장에서의 의학교육 및 실습의 문제점을 보완해줄 수 있는 시뮬레이터를 활용할 필요가 있으며, 다양한 센터 채널을 통한 실시간 상호작용을 포함하는 인간과 컴퓨터 사이의 인터페이스인 가상현실과 접목하기 위한 노력들로 인해 가상현실의 적용분야가 의학전반으로
- 6 - 확대되고 있다 (http://itfind.or.kr). 임상에서는 환자에게 직접 시행하기 전에 교육단계에서 반복적 연습, 평가, 피드백 등을 통한 숙련이 필요하다. 직접 환자에게 임상술기들을 시행하였을 때 환자에게 고통을 줄 수 있고 반복적으로 경험 하기도 힘들다. 그 대안으로 현재의 임상술기 시뮬레이션 교육은 주로 마네킨을 이용하고 있지만 표준적 모델에 대한 반복적 연습과 간단한 평가는 가능하나 이론 교육, 자세한 평가, 피드백, 다양한 임상 모델의 구현, 자가 학습 기능 등의 복합통합적 교육장비로서의 기능을 구현하기 어려우며, 고가 및 시간, 장소의 제약과 소모품 구입으로 인한 관리비 등의 추가적인 이차적 비용이 발생한다. 이를 극복하기 위한 대안으로 가상현실 기반 시뮬레이터가 제시되고 있지만 내용, 기술 등 여러 면에서 아직 부족한 점이 많다. 현재의 가상현실 기반 시뮬레이터들은 마네킨, 햅틱 장치 등 물리적 방식의 시뮬레이터와 임상처치에 대한 소프트웨어적인 시뮬레이터가 통합되지 못하고 미숙한 영상과 감각의 구현에 따른 현실감과 느낌이 미비한 단점이 있다. 따라서 효과적인 임상 술기 시뮬레이션 교육을 위해서 현실과 가장 유사한 환경과 피교육자가 실제와 유사한 감각을 느낄 수 있는 복합적통합적 교육기능을 갖춘 시뮬레이터와 기술의 개발이 필요하다. 이와 더불어 개발된 기술을 적용할 임상술기교육항목의 아이템 선정이 중요한데 모든 임상술기를 시뮬레이터로 만들기 쉽지 않기 때문에 의료현장에서 가장 흔히 시행되고 의료인에게는 필수적이고 기본적인 술기항목으로 우선적으로 정할 필요가 있다. 이 기본 술기항목으로는 의료관련 학생교육의 평가에 사용되고 있는 객관적 구조화임상시험 (OSCE, objective structured clinical examination)의 대상항목이 있다.
- 7 - 미국의 경우는 이미 오래 전부터 면허 시험에 실기시험을 시행하고 있고, 우리나라는 2000 년 초 응급구조사 국가고시 실기시험, 2009 년 의사 및 가정의학가정전문의 면허시험에 실기 시험을 시행하고 있고, 2012 년에는 치과의사, 간호사 면허시험에 실습시험이 적용될 예정이다. 또한, 최근 의학교육의 경향이 시뮬레이션 교육과 평가를 추구함에 따라 새로운 의료기술 및 장비가 계속 개발되고 있다. 따라서 이 과정 중에서 가상현실 구현이 적합한 임상술기 항목을 선택하여 개발하여야 한다.
- 8 - 2. 시뮬레이터를 이용한 의학교육효과 최근 의료는 급변하고 있으며 이러한 변화를 맞추기 위해 의료인과 미래 의료인이 될 학생들을 대상으로 하는 교육에 있어서도 많은 변화가 있어왔다. 우리나라에서도 2009 년부터 의사국가시험에 실기시험이 시행됨에 따라 시뮬레이션교육에 대한 중요성이 급격히 부각되었으며, 이러한 평가방법의 변화에 따라 의학교육의 방향도 더 빨리 바뀔 것으로 생각한다 (유은영, 2005). 의학교육에 있어서 의학시뮬레이션의 적용은 1969 년 전공의 교육을 위하여 컴퓨터로 조절하는 환자 시뮬레이터 (patient simulator)를 처음으로 적용하였다 (Abrahamso 등, 2004). 의학시뮬레이션의 실험 및 연구는 이미 산업 각 분야에서 많은 경험이 축적되어 있는 것으로 의학분야의 경우 시뮬레이션이 더욱 필요한 시기가 되었다. 의학시뮬레이션의 목적은 교육 (지식), 훈련 (숙련도, 과제, 행동), 평가, 환자관리 (수술환자 계획, 프로토콜 작성, 장비조달)와 연구 (교수법, 인간성요소, 생리학, 약리학)분야에 적용하여 적절히 수행할 수 있게 하기 위함이다. 지식과 술기, 행동은 개념적 이해 (지식), 기술적 술기 (know how, shows how, does, master), 결정 (인식, meta-cognition, 정적, 동적)과 태도와 행위 (teamwork, patient-centric, ethics, professionalism)에 적용된다. 시뮬레이션 교육에 적용하는 테크놀로지 종류는 부분 임무 수행을 위한 시뮬레이터, 컴퓨터 바탕 시스템, 가상현실, 표준화 환자, 시뮬레이션 환경, 통합 시뮬레이터로 분류될 수 있다 (Maran 등, 2003). 이 중 부분 임무 수행을 위한 시뮬레이터는 동맥혈 채취, 정맥혈 채취, 척추 천자와 도뇨관 삽입 등과 같은 기본적인 술기교육을 위한 마네킹을 의미하고, 가상현실은 감각이나 촉각 등의 사람의 감각을 컴퓨터에 바탕을 두어
- 9 - 가상으로 구현하는 것으로 복강경, 내시경 조작 훈련 등에 활용되고 있다 (유은영, 2005). 또한, 간호교육의 목적은 단순한 술기능력 향상에 그치지 않고 강의실에서 학습한 이론적 내용과 임상실습에서 배운 실제를 통합, 적용하여 간호 대상자의 안녕을 촉진함에 있다. 이러한 임상수행능력의 효과적인 향상을 위한 교육 전략 중 하나로 시뮬레이션 방법이 소개되었다 (Lee 등, 2009). 시뮬레이션을 통한 교육은 소비자의 교육과정에 대한 증가된 기대 수준, 기술적 진보, 더 적은 자원과 더 많은 역할을 요구하는 건강관리 영역의 특성 등의 환경 변화와 함께 더욱 촉진되어왔다 (Canon 등, 2009). 그러나 현재 국내 의학교육 분야에서 시뮬레이터 장치의 수와 비교하였을 때, 시뮬레이터를 활용한 교육효과측정에 관한 연구가 비교적 적은 편이다. 그 원인은 시뮬레이터를 활용한 의학교육의 경험과 이에 대한 교육 콘텐츠의 부족 때문으로 분석되고 있다 (유효빈 등, 2010). 그러므로 시뮬레이션을 활용한 의학교육의 활성화를 위해서는 시뮬레이션 교육을 직접 제공하고 이에 적절한 교육 콘텐츠를 제공하여 교육효과를 측정하는 것이 필수적이다. 최근의 학생들은 다양한 멀티미디어 기술에 노출되어 있기 때문에 여러 가지 IT 장비들을 활용한 새로운 교육환경에 대해 과거의 학생들과 비교하여 빠르게 적응한다는 연구가 있다 (Felix 등, 2010). 따라서 가상현실 기반 햅틱 디바이스 정맥주사 시뮬레이터와 같은 새로운 기술을 통한 교육방식은 의학교육을 받는 학생들이 빠르게 기술을 습득하고 집중도를 향상시킴으로써 효과적인 교육을 제공할 수 있을 것이다. 그러므로 개발된 정맥주사 시뮬레이터가 실제 임상술기 교육에 있어서 전통적인 교육방법과 비교되어 그
- 10 -
효용성이 분석되어야 하고, 두 가지 방법을 병행하여 교육하였을 때의 효과를 측정하여 의학 및 간호교육에 접목하는 방안을 모색할 수 있도록 근거를 제시할 수 있는 연구가 필요하다.
- 11 - C. 연구의 목적 본 연구에서는 가장 기초적인 술기이면서 여러 영역에서 다양한 의료서비스 종사자들에 의해 활용 되는 정맥천자 교육을 가상현실 기술과 햅틱디바이스를 이용한 시뮬레이터를 이용하였다. 가상현실과 햅틱기술을 적용한 시뮬레이터와 전통적인 정맥천자 및 정맥주사 실습기자재인 정맥주사 팔 모형 마네킨을 비교하여 예비의료인에게 적용할 효율적인 교육방법을 알아보고자 하였다. 세부적인 목적은 다음과 같다. 1. 전통적인 정맥주사 및 정맥천자 교육방법과 가상현실, 햅틱기술을 적용한 정맥주사 시뮬레이터를 이용한 방법, 그리고 이 두 가지를 병행하여 교육한 방법을 비교하고자 하였다. 2. 세가지 방법 중 수행절차를 잘 익히고, 정맥천자를 정확히 잘 성공해내고, 교육의 방법과 실습의 기자재에 대해 실습생의 만족도가 높은 교육방법을 평가해보고자 하였다.
- 12 - D. 문헌고찰 1. 의학시뮬레이션에서의 가상현실과 햅틱기술 접목 가상현실 구현기술은 가상으로 만들어진 세계를 사용자들이 현실이라고 믿게 하기 위해서 다양한 사용자 인터페이스들을 사용하게 되는데 이를 실감형 인터페이스라고 한다. 실감형 인터페이스 기술은 시각 정보를 자극하여 3 차원 입체 모형이 실감이 나도록 디스플레이 될 수 있게 표현하고 생성하는 모델링 기술, 그리고 모델링 된 정보를 참여자의 감각기관에 제시하기 위하여 디스플레이 장치에 정보를 전달하는 렌더링 (rendering) 기술과 실제 감각기관에 렌더링 된 정보를 제시하는 기술로 구성되며, 컴퓨터 그래픽스 기술, 입체 음향 기술, 햅틱 피드백, 후각 및 미각 인터페이스 기술을 사용하여 구현된다 (한국소프트웨어진흥원, 2008). 의학 시뮬레이션은 임상에 가까운 상황에 접하게 함으로써 임상 진료 및 위기상황을 경험할 수 있도록 한다. 또한 다양한 임상 경험을 할 수 있으며 환자에게 위해가 가해질 가능성이 없고, 학생에게도 안전한 교육방법이기 때문에 우리나라뿐만 아니라 세계 여러 국가들에서도 도입하고 있다 (윤유상, 2006). 한양대학교 의공학 연구소에서는 가상현실을 적용한 인지장애와 운동장애 치료에 관해 연구가 진행되었다. 연구는 기존의 기술을 바탕으로 가상현실 정신치료를 효과적으로 하기 위하여 가상환경을 구성하고 각 가상환경에 맞는 치료 방법 및 절차에 대해서 연구하였다. 또한 치료효과 및 몰입효과를 검증하기 위해 가상현실 정신 치료시의 생체신호를 측정 및 설문조사를 통한 연구를 수행하였으며 효과를 입증할 수 있었다 (김광욱, 2009). 또한 가상현실 재활 시스템을 통하여 뇌졸중 환자들의 제한적인 움직임부터
- 13 - 세세한 움직임까지 가상공간에서 연습할 수 있도록 지원하였다. 치료라는 인식을 벗어나 일종의 놀이로 인식시킴으로써 환자의 흥미를 유발과 효과적인 치료가 가능하였으며 치료에 대한 동기 유발도 증가하였다. 이 외에도 다양한 연구를 통하여 가상현실 재활 시스템이 뇌졸중 환자의 신체기능을 호전시킨다는 연구결과들이 있다. 건국대학교의 경우에는 Fig. 1 과 같이 테이블 탑 인터페이스와 같은 새로운 인터페이스를 사용한 실감형 게임, 분산 가상현실 기술을 적용한 협업 분자 모델링 시스템 등의 연구를 진행하고 있다 (한국소프트웨어진흥원, 2008).
Fig. 1. Tabletop Interface and game for elderly. (Konkuk University Human Computer Interaction laboratory). The table top and the game developed to help treatment for elderly stroke patients. From Konkuk University HCI Lab. Jee-In Kim.
국내에서는 이러한 가상현실 기술들에 대해서 주로 정부 출연 연구소를 중심으로 연구를 진행 중에 있으며 주로 가상현실 분야의 핵심 기초 기술 확보와 휴먼 인터페이스 기술 개발, 감성 측정 평가 시뮬레이터 개발, 차세대 가상현실 게임엔진 플랫폼 개발 등 선진국에서 시도 중이거나 현재 기초단계에 머무르고 있는 기술개발을 장기간의 계획 하에 진행해나가고 있다.
- 14 - 해외에서는 가상현실과 관련하여 매우 활발한 연구 및 산업화 활동을 진행 중에 있다. 먼저, 유럽에서는 EU 연합과 각 나라별로 가상현실 기술 연구에 대한 활발한 지원을 하고 있다. 지원분야는 매우 다양해서 가상현실의 기반 기술에 대한 연구 지원부터 디지털 패션, 건설 기술 분야, 휴대폰을 이용한 새로운 게임 등 산업화 사례에 이르기까지 다양한 연구를 지원하고 있다. 미국, 일본 등의 나라에서도 다양한 연구를 진행하고 있다. 최근에는 의료와 관련된 가상현실 기술들이 많이 개발되고 있는 추세이다. 가상 수술이나 특수시술 (복강경, 내시경, 혈관 조영술)과 같은 시뮬레이터는 이미 몇 개의 회사가 시장을 선점하고 독보적인 기술을 가지고 있기 때문에 시장성이 낮다. 그렇기 때문에 새로이 개발할 의료 시뮬레이터의 아이템 선택에 있어서 시장성, 기술 진입 장벽, 특화된 콘텐츠 및 기술 개발의 용이성, 소프트웨어 기반 개발 등을 고려한다면 아래의 일 곱 가지 사항을 염두 하여야 한다. 한국소프트웨어진흥원 (KIPA, Korea IT industry promotion agency)에서 발행한 HCI 동향 분석 보고서에 따르면 아래의 일 곱 가지 사항을 강조하고 있다. - 의료현장에서 가장 많이 시행되어야 한다. - 의료인으로서는 필수적이어야 한다. - 능숙한 시술을 시행하기 위해서는 반복적 연습이 필요해야 한다. - 시뮬레이터 이용자가 학습만으로도 기본적인 시술이 가능해야 한다. - 가상현실로 가장 현실감 구현이 용이해야 한다. - 시장성이 가장 큰 아이템이어야 한다. - 특수한 하드웨어와 장비가 필요하지 않아야 한다.
- 15 - - 기존 모델과 는 차별 (영상, 촉감, 교육 콘텐츠)화가 가능해야 한다. 가상현실을 통해 어려운 실험 실습 과정을 학습을 할 경우 반복적이면서 원하는 방향으로 관찰이 가능하며 다양한 시각적 효과를 통해 효율적인 학습을 할 수 있다는 장점을 가지고 있으므로 교육 분야에서 사용되고 있다. 또한 가상현실 기반의 시뮬레이터는 교육 목표에 따라 시나리오를 만들 수 있고 반복적으로 연습할 수 있으며 학생들의 수행능력을 평가할 수 있는 지표로 사용될 수 있다는 장점이 있다 (임성민 등, 2009). 다음에 오는 연구들은 가상현실 기반의 시뮬레이터 의학교육 연구로서, 의학교육을 받는 학생들을 대상으로 시뮬레이터를 활용하여 그 유용성을 나타내고 있다. 정맥주사 교육에 있어서 시뮬레이터를 이용한 교육과 전통적인 방법을 이용한 교육을 비교한 연구 중, 실험 군 (23 명)은 시뮬레이터를 통해 정맥주사에 대한 교육을 받고 대조군 (23 명)은 마네킨을 통해 전통적인 방식으로 교육을 받은 후, 실제 환자를 통해 정맥주사에 대한 수행능력을 평가한 사례가 있다. 연구결과 정맥주사 삽입시도와 시뮬레이터를 통한 간호교육의 관계성이 유의하게 나타났으며, 실험군이 대조군에 비해 정맥주사 삽입능력이 높게 나타났다 (Donamarie 등, 2011). 복강경수술에 있어서 가상현실 기반 시뮬레이터를 이용한 연구에서는 복강경 담낭적출술 (laparoscopic cholecystectomy)환자를 담당한 경험이 있는 20 명의 의료진을 대상으로 가상현실 수술 시뮬레이션 (virtual reality surgical simulation)의 효과를 검증하였다. 실험군 (10 명)은 가상현실기반의 시뮬레이터를 통해 연습을 하였고, 대조군 (10 명)은 시뮬레이터를 통해 연습을 하지 않았다.
- 16 - 연구 결과 실험군이 대조군에 비해 수행속도가 빨랐으며 오류발생이 낮았으나, 두 그룹의 기준평가에서는 차이를 나타나지 않았다 (Grantcharov 등, 2004). 박재현 등의 연구에서는 의과대학 산부인과 임상실습 중인 3 학년 학생 35 명을 대상으로 시뮬레이션을 활용한 분만 훈련 프로그램을 진행하였다. 산부인과 임상실습은 간단한 강의를 듣고 시뮬레이터를 활용하여 4 주간 훈련을 받았으며 실습 마지막 날 개인별로 시뮬레이터를 활용하여 분만 시술 평가를 하였다. 연구결과 학생들은 유용성과 흥미 부분에서 높은 점수를 나타냈고 시뮬레이터를 활용하는 수업에 대한 욕구를 표현하였으며, 분만에 대한 자신감이 향상되었다. 그러나 수업에 대한 만족도와 평가방식에 대한 점수에서 수업에 대한 만족도는 높은 반면 평가방식의 적절성에 대한 평가는 비교적 낮은 점수를 받았다 (박재현 등, 2008). 촉진 (palpation)교육의 효과에 관한 연구에서는 89 명의 의과대학 1 학년 학생들을 대상으로 시뮬레이션을 통한 촉진에 의한 진단을 평가하였다. 실험은 5 분 동안 virtual haptic back 에 대한 설명을 하고 6 명씩 2 주간 시뮬레이션 연습을 진행하였으며 평가는 시뮬레이션 연습 전후 테스트를 통해 진행되었다. 연구결과 학생들의 진단에 대한 정확성과 속도가 향상되었으며 41%의 학생들이 촉진 스킬 향상에 도움을 줄 것이라고 응답했다. 그러나 수행능력 향상에 비해 참여자 평가가 유의한 결과가 나오지 않았다. 이는 경험이 부족한 1 학년 학생을 대상으로 실험을 진행하였기 때문이라고 보고하고 있다 (John 등, 2008).
중심정맥관 (CVC, central venous catheter) 삽입교육에 관한 연구에서는 시뮬레이션 기반의 중심정맥관 삽입 교육은 카데터로 인한 감염 (CRBSI, catheter-related bloodstream infection) 감소효과를 나타내는 것을 증명하였다. 실험은
- 17 - 92 명의 응급의학과 레지던트를 대상으로 진행하였다. 실험군은 전통적인 교육방법과 시뮬레이터 방법을 동시에 활용하여 교육을 진행하고 대조군은 전통적인 방법만을 사용하여 교육을 하였다. 연구결과 실험군의 시뮬레이션 교육 전·후 평가 결과에서 카데터로 인한 감염이 교육 전과 비교하였을 때 유의하게 감소하였다. 감소된 수치 값은 기존에 보고된 수치에 비해 매우 낮은 값이다. 이러한 결과는 병원에서 중환자실 (ICU, intensive care unit)교육을 준비할 때 시뮬레이션 기반의 트레이닝과 환자관리와 같은 중재가 동시에 이루어져야 함을 나타낸다. 또한 모든 교육프로그램 이수 후 실험군과 대조군의 카데터로 인한 감염을 비교한 결과 실험군이 대조군에 비해 낮은 결과를 나타냈다. 그러나 한 기관에서만 실험이 이루어졌고 상대적으로 실험대상자와 실험기간이 짧았다는 한계점이 있다 (Jeffrey 등, 2009). 내시경 시뮬레이션 교육을 통해 외과적 술기 수행능력을 평가한 연구에 의하면, 그룹은 복강경수술 경험에 따라 0-19 번 경험이 있는 그룹 1 (44 명), 20-49 번 경험이 있는 그룹 2 (53 명), 50-99 번 경험이 있는 그룹 3 (46 명), 100 번 이상 경험이 있는 그룹 4 (55 명)으로 구성하였다. 모든 평가는 시뮬레이션 교육 전후로 진행하였고 효율성평가와 수행시간, 위험도를 평가하였다. 연구결과 교육 전보다 교육 후에 모든 그룹의 수행시간, 위험도 점수가 개선되었다. 효율성 점수에서는 복강경수술 경험이 100 번 이상인 그룹 4 가 경험이 적은 그룹 1 에 비해 유의하게 높은 점수를 나타내었다. 따라서 실제 임상에서의 경험이 많은 사람일수록 시뮬레이터를 활용한 교육효과가 높게 나타남을 알 수 있다 (Kazuo 등, 2010).
- 18 - 햅틱스 (Haptics)란 사람에게 촉감을 전달하는 방법을 연구하는 것에 관한 학문이다. 컴퓨터와 정보통신 기술의 발달과 함께 촉각 인터페이스는 시각, 청각을 넘어선 새로운 정보전달의 수단으로 대두되고 있다. 여러 분야에서 햅틱기술이 이용되고 있고, 그 중에서도 의료분야에서의 햅틱 기구를 이용한 작업이 늘어나고 있다 (김태주 등, 2003). 햅틱의 어원은 ‘촉각의, 만지는’ 이라는 의미의 형용사이며 ‘haptesthai’라는 그리스어에서 유래되었다 (http://merriam-webster.com). 햅틱이라는 용어는 넓은 의미로 촉각과 피부의 감각을 포함한다. 감각은 단순히 느낌을 통해서 얻는 것이 아니라 외부환경과 상호작용을 하며 느끼게 되며 손은 모든 감각 중에서 가장 핵심이라고 볼 수 있다 (Prytherch 등, 2002). 이렇듯 단순히 우리가 느끼는 것만을 포함하는 용어가 아닌 보고, 듣고, 만지는 모든 촉감으로 느끼는 행위자체를 의미하는 용어이다. 햅틱은 그런 의미에서 우리가 사용할 수 있는 모든 감각기관을 통해 이루어지는 의사소통의 과정이라고 볼 수 있다. 새로운 정보 전달의 수단으로 대두되고 있는 햅틱스의 연구분야는 촉각을 전달하기 위한 물리적 장치를 일컫는 햅틱 인터페이스, 사람이 느끼는 촉감의 매커니즘을 연구하는 신경과학 및 심리학, 촉감을 모델링하기 위한 햅틱 렌더링, 그리고 햅틱스 기술을 적용한 응용시스템의 개발로 나눌 수 있다. 이렇듯 햅틱이라는 기술을 구현해내기 위해서는 다양한 분야의 연구도 함께 이루어져야 한다. 결론적으로 햅틱스는 촉감을 재현하는 것을 목적으로 다양한 학문의 분야가 모여서 탄생한 새로운 학문이다 (경기욱과 박준석, 2006).
- 19 -
Fig. 2. General application of haptic device. This picture represents general application
field of haptics. Haptic technology is already used for many fields. It can develop by convergence with different field. From Ki-Wook Kyung and Jun-Seok Park , 2006
2006 년 세계적인 경제 전문지 포브스 (Forbes)의 분석을 통해 앞으로 인류 미래의 삶을 바꿀 10 가지 중 하나인 햅틱스 연구는 1990 년대 초, Touch Lab 과 AI Lab 을 비롯한 MIT 의 연구자들을 중심으로 본격적인 연구가 시작되었으며 전 세계적으로 유럽, 캐나다, 일본, 한국 등으로 퍼져나가기 시작했다 (http://touchlab.mit.edu). 연구 초기 단계에도 불구하고 햅틱스 기술을 응용한 다양한 상품들이 개발되어 새로운 인터페이스와 서비스 등이 제공되고 있다. 대표적으로 관람객들이 단순히 영상자료만 시청하는 것이 아니라 아이맥스나 4D 기술이 적용된 체험형 영화관이나 소니 플레이스테이션이나 닌텐도 Wii 와 같은 보급형 게임기도 햅틱기술을 접목해서 사용자가 실제로 플레이 하는 듯한 기분을 느끼게 한다. 새로운 기술이 접목된 게임기의 시장진입으로 인해
- 20 - 게임산업에 큰 변화를 일으켰으며, 아이들뿐만 아니라 어른들 사이에서도 선풍적인 인기를 끌었다. 이 중에서도 의료분야에서 햅틱기술의 요구가 명백해졌다. 컴퓨터로 인해 개발된 3 차원 환경에서의 상호작용을 이용하여 뇌졸중 이후의 환자들에게 재활 운동 치료 훈련 장치로 이용하기도 한다 (Broeren 등, 2004). 또한 의료분야의 한계와 윤리적인 이유로 제한되었던 술기 연습을 반복해서 할 수 있고 동물모델에 비해 비용절감적이며 컴퓨터 영상처리 기술의 발달로 의료분야에서는 다양한 수술 시뮬레이터 등을 개발하고 있다. 가상현실과 햅틱기술을 이용한 시뮬레이터로 안전한 환경에서 연습할 수 있고 배울 수 있는 기회가 마련됨으로써 가까운 미래에는 수술용 연습 프로그램이 교육과정으로 자리매김 할 수 있을 것이라고 생각된다 (Caroline 등, 2007). 이렇듯 햅틱기술은 짧은 역사 속에서 발전한 기술이지만 앞으로도 계속 많은 발전을 일으킬 학문 중 하나라고 생각된다 (http://etnews.com). 기존에는 컴퓨터와의 상호작용을 위해 키보드와 마우스 그리고 다른 포인터들을 이용하였다. 이 방식은 수동적이고, 컴퓨터와 단 방향의 상호작용만을 할 뿐이었다. 단순히 사용자의 힘은 장치를 원하는 장소에 옮길 때만 사용되었었다. 이러한 감각을 이용하여 컴퓨터와 양방향성으로 상호작용을 할 수 있는 디바이스를 햅틱 디바이스라고 한다 (Sebastien 등, 2001). 햅틱 디바이스는 햅틱 인터페이스라고도 불리며, 넓은 의미로는 가상환경과 촉각적 상호작용을 할 수 있도록 하는 시스템을 일컫기도 하지만 좁은 영역의 의미로 사람에게 오감을 전달하기 위한 물리적 장치를 의미한다 (Srinivasan, 1995).
- 21 - 햅틱 디바이스는 크게 두 종류로 나뉘는데 진동, 압력, 온도, 신경전기자극 등과 같은 피부에 느낌을 전달하는 ‘질감제시 디바이스 (tactile devices)’와 물체의 질량, 딱딱한 정도, 사물의 형상, 위치, 움직임 등과 같은 근육 감각에 관련된 정보를 전달하는 ‘역감 디바이스 (kinesthetic)’가 있다. ‘질감제시 디바이스’는 상대적으로 작은 단방향성 힘으로 표면의 무늬, 거칠기 등의 질감을 표현한다. 이전에 삼성의 햅틱 휴대폰과 닌텐도사의 Wii 라는 게임기가 여기에 포함된다. ‘역감 디바이스’는 상대적으로 보다 큰 힘으로 위치 및 움직임의 양방향성 정보를 전달하고 힘 피드백장치 (force feedback), 움직임 제약 (motion constraints)이 있다. 역감 디바이스는 또 다시 메커니즘을 기준으로 직렬형, 병렬형으로 나뉜다 (http://3dif.co.kr). 1993 년 MIT 인공지능 연구실에서 개발된 직렬형 역감 제시 장치는 Sensable 사에서 출시되어 PHANToM Omni 라는 이름으로 상용화 되었다 (http://sensable.com). 이 외에도 일본 츠쿠바 대학의 Haptic master, Fig. 3 과 같이 2002 년 스위스 EPEL 에서 개발한 Delta haptic device 를 예로 들 수 있다.
- 22 -
Fig. 3. Examples of Haptic Devices. Device on the left side is Delta.3 which provides all
parameters that user can redefine. Device on the Right is Sigma.7, a simulator for heart surgery that operates by both hands. Courtesy of Force Dimension, Switzerland.
햅틱 인터페이스의 목적은 모델링 되어 있는 가상 환경의 물리적 특성을 이용하는 사용자가 햅틱 디바이스를 통하여 현실과 똑같이 느끼게 하는 것이다. 의료분야에서 햅틱 인터페이스는 의료실습을 위한 수술용 시뮬레이터, 수술을 최소화하기 위한 마이크로, 메크로 로봇 활용, 원격의료 등에 활용된다 (Mandayam 등, 1997).
- 23 - 2. 시뮬레이션을 이용한 의학교육효과 정맥주사는 정맥으로 약물투여, 혈액채취, 때로는 심폐소생술에 필요한 기본적인 술기이며, 간호수행과정에 있어서 외상과 불편함을 초래할 수 있는 수기이다. 그러므로 간호사들은 환자에게 이를 수행하기 전에 술기 잘 할 수 있도록 준비하여야 한다 (Katherine 등, 2002). 정맥주사는 간호사뿐만 아니라 정맥주사 수행에 관여하는 모든 의료진에게 잘 숙련되어야 하는 술기임이 분명하다. 이런 술기들을 습득하기 위해서는 교육과정 중에 실기 시간이 배정되고 있으며, 이를 위해 전통적인 기자재인 팔 모형 (IV Arm)을 주로 사용하고 있다. 그리고 가상현실 기술을 적용한 CathSim ITS (CathSim intraveous training system)이라는 장비는 1998 년부터 사용되고 있다.
기존 정맥주사 교육기자재에 관한 연구는 전통적인 방법인 팔 모형을 사용한 군과 정맥주사 시뮬레이터인 CathSim ITS 장비를 사용한 군의 교육효과를 비교한 내용들이 주요 연구들이다.
28 명의 간호사들을 대상으로 정맥주사교육에 관한 연구에서는 두 그룹으로 나누어 정맥주사 팔 모형 (Plastic arm) 과 시뮬레이터 (CathSim ITS)을 이용하여 1 시간 이론교육과 2 시간 실습교육을 시행하고, 환자에게 주사할 준비가 되었을 때, 기질상태불안을 체크하고, 정맥주사 성공률을 비교하였다. 이때 성공률은 Plastic arm 은 100%, CathSim ITS 는 92.8%의 높은 성공률을 보였다. 이것은 CathSim ITS 보다 Plastic arm 그룹이 정맥절개나 정맥주사 경험이 더 많은 대상자가 포함되어 있기 때문이라고 보고하였다. CathSim ITS 는 수행절차를 모니터링 할 수 있고, 정맥주사 수행 도중 혈종과 같은 합병증을 경험할 수도 있고, 교육자가 없어도 자기평가를 할 수 있다. Plastic arm 은 정맥을 찾기는
- 24 -
쉬우나, 많은 처치 구멍들을 가지고 있고, 실제 팔을 대신한 신체적 모형을 가지고 실습할 수 있으나, 사람의 조직과 같지 않다는 한계가 있다. 이 연구의 제한점으로는 실험대상자가 간호사, 간호학생 등이 혼재되어 있다는 점이다 (Katherine 등, 2002).
16 명의 P.A (physician assistant) 1 학년 학생들을 대상으로 한 연구에서는 CathSim System 과 Simulated Limbs 을 정맥주사 훈련에 이용하였다. 연구결과 두 방법 모두 훈련전보다 후에 수행능력의 향상을 가져왔지만, Simulated Limbs 을 사용한 그룹이 더 높은 향상을 가져왔다고 보고하였다. 그러나 본 연구에서는 컴퓨터의 마우스를 활용해 토니켓을 묶는 실습을 진행하여 환자의 팔에 토니켓을 묶는 실습을 할 수 없었다. 또한 CathSim System 과 Simulated Arm 모두 주사바늘 삽입에 대한 실습을 할 수 있도록 구성되어있었지만 IV 배관과 카테터를 연결실습은 Simulated Arm 에서만 할 수 있었다. 그리고 사후절차에 대한 문제를 위해 캐뉼라 삽입을 다시 설명해주는 단계가 없었다 (Scerbo 등, 2004).
34 명의 의과대학 3 학년 학생들을 대상으로 정맥주사 수행 정도를 측정한 연구에서는 CathSim TM, Virtual I.V TM, Plastic Simulated Arm, 그리고 학생들끼리 서로 연습해보는 4 가지의 그룹으로 나누어서 정맥주사 수행의 향상 정도를 측정하였다. 교육 전 테스트와 교육 후 테스트의 점수를 측정한 결과, Virtual I.VTM 이 Plastic Simulated Arm 과 비교하였을 때 의미 있는 향상을 가져왔다 (Scerbo 등, 2005).
의과대학 3 학년 40 명을 대상으로 전통적 방법으로 교육하는 군 (Traditional Group)과 시뮬레이터로 교육하는 군 (Simulator Group)을 각각 20 명으로 나누어서
- 25 -
정맥주사 삽입 비디오 시청, Virtual IV 시뮬레이터를 통한 교육을 시행한 연구에서는 정맥주사 수행의 성공여부를 측정한 결과, 시뮬레이터로 교육하는 군의 성공률이 40%, 전통적 방법으로 교육하는 군의 성공률이 15%로 시뮬레이터로 교육하는 군의 성공률이 더 높았다 (Juan 등, 2009).
간호학생 24 명을 대상으로 CathSim 으로 교육을 해 본 후, Plastic arm 으로 교육하게 한 연구에서는 교육 전과 후, 시험 후 설문조사를 한 결과 CathSim 은 재미있고 흥미로웠지만 정맥주사 교육 과정이 너무 제한되어 있어 현실적이지 못했다는 결과가 나왔다. 하지만 결론적으로 CathSim 은 교육과정에서 학생들이 정맥주사 과정을 배울 때와 기술을 교육할 때 자신감을 증가시켜주고, 안전한 환경에서 반복 연습가능하고 적극적이고 독립적으로 연습을 할 수 있어 유용하다고 밝혔다 (Johannesson 등, 2009). 가상현실 기반의 정맥절개 시뮬레이터를 활용하여 전통적인 혈액 검체 교육과 비교하여 그 효과를 증명한 연구도 있었다. 정맥절개 자격증을 가진 의학 연구소의 25 명 학생을 대상으로 5 주 동안 정맥절개교육을 진행하였다. 연구대상은 2 주 동안 동일한 이론교육을 받고 가상현실 정맥절개 시뮬레이터 그룹과 전통적인 마네킨 그룹으로 나눠 교육을 진행하고 전후 평가를 진행하였다. 연구 결과 기준 평가에서 마네킨 그룹이 교육을 받은 후 유의한 효과를 나타냈다. 반면 시뮬레이션을 통해 교육을 받은 그룹은 교육 후 평가에서 높은 점수를 나타냈지만 교육 전 평가와 비교하였을 때 유의한 차이를 나타내지 않았다. 그 원인은 학생들이 시뮬레이션의 활용법에 대해 익숙하지 않기 때문으로 여겨진다고 하였다. 시뮬레이터를 통해 다양한 케이스를 연습할 수 있었지만, 많은 학생들은 시뮬레이터 사용에서 천자실습모형 (needle assembly)과
- 26 - 마우스를 동시에 다루는 것에 대해 불만을 나타냈다. 시뮬레이터를 활용한 교육이 유의한 효과를 나타내지 않았지만 전후 평가를 비교하였을 때 두 그룹 모두 점수가 올라간 것을 통해 두 교육이 효과가 있음을 알 수 있다 (Harry, 2010). 가상현실 기반 시뮬레이터를 활용한 위장관내시경 교육에 대하여 연구에서는 실험 대상자는 총 28 명으로 200 번 소화기계 (GI) 내시경을 한 경험이 있는 경력자 1 군 (8 명), 20 번 소화기계 내시경을 한 경험이 있는 경력자 2 군 (10 명), 소화기계 내시경을 해본 적이 없는 의대 학생 3 군 (10 명)으로 나누어 진행되었다. 모든 참가자들은 시뮬레이터에 대한 사전교육을 받았으며 내시경 기술에 대한 평가는 대장내시경 시뮬레이션을 하는 동안 진행되었다. 연구결과 1 군의 수행능력이 가장 뛰어났으며 다음으로 2 군, 3 군 순서대로 수행능력을 나타냈다. 그러나 2 군과 3 군을 비교한 결과 유의한 차이를 나타내지 않았다. 본 연구의 한계점으로 시뮬레이션 수행에 대한 근거가 부족하였다 (Teodor 등, 2005). 따라서 임상교육을 위하여 시뮬레이션과 같은 시스템을 구축할 때는 근거기반 시스템 설계 및 평가 툴이 마련되어야 한다고 보고하였다.
- 27 -
Table 1 은 문헌상에 나타난 정맥주사 교육과 관련된 기자재 사용과 그에 따른 효과를 비교 분석한 표이다.
Table 1. A comparison of research papers on the use of training aids for intravenous injection education and their effectiveness.
Authors N Group(n) Data Result
Katherine KC et al. (2002) 28 plastic arm(14) CathSim ITS(14)
No. of subjects successful on first attempt
No. of subjects with successful cannulation State-Trait Anxiety Inventory score in preparation score in aftercare successful cannulation(13, 14) anxiety level was high
in plastic arm group
Scerbo MW et al. (2004) 16 traditional training (8) VR training (8) background questionnaire percent of successful procedures
mean procedure time(in sec.)
percent hematoma mean pain score
using the CathSim VR system to teach IV cannulation is less effective than using simulated limbs. Bowyer MW et al. (2005) 34 CathSim(7) virtual IV(6) plastic arm(8) IV each other(13) background questionnaire change in score(pre-post)
the significantly greater improvement over baseline the students using the Virtual IV had when compared with those students who learned by practicing on the plastic simulated arm. Sotto JAR et al. (2009) 40 Traditional group(20) simulation group(20) success in starting an IV on an actual patient
raw score on assessment check list
total time of constricting band
total time to successful IV insertion
The simulator group showed significantly greater success in starting an IV on an actual patient. Johannesson E et al. (2010) 24 CathSim(24) fulfillment of expectations the features and limitations of CathSim skills training
CathSim was useful to the students' learning process during skills training when appropriately integrated in the curriculum.
- 28 - 문헌고찰 결과, 시뮬레이션을 통한 교육은 수행능력이 향상되고 수행시간이 짧아지는 효과를 보였다. 또한 교육을 통해 자신감이 향상되었으며 대부분의 학생들이 시뮬레이션을 통한 교육에 대해 긍정적으로 생각하였다. 그러나 연구대상자 설정에 있어 IV 경험의 유무를 통제하지 않은 연구가 있었다. 또한 CathSim 을 통한 교육에서는 정맥주사 교육 과정이 너무 제한되어 있어 현실적이지 못했다는 의견과 시뮬레이션의 활용방법이 불편하다는 의견이 나왔다. CathSim 을 사용할 때 천자실습모형과 마우스를 동시에 다루는 것이 어려워 기존의 마네킨을 활용하여 교육을 하는 것보다 더 낮은 교육효과를 나타낸 연구도 있었다. CathSim 의 경우 소아, 노인을 포함된 6 명의 환자 모델이 있어 케이스별 정맥주사 실습을 할 수 있지만 모델별 역감의 차이가 없다. 또한 햅틱 디바이스와 친근해지기 위한 연습프로그램이 부재하고, 국내에서는 전통적 방법과 가상현실기반 시뮬레이터를 비교한 연구가 없었다. 이와 같이 기존 연구를 분석해보면 전통적 교육 방법과 시뮬레이터를 이용한 교육방법의 차이만을 비교하였고 대상자의 조건을 동일하게 갖추지 못하였으며 대상자의 수도 많지 않았다. 또한 두 가지를 병행한 교육방법의 효과를 전통적 방법과 시뮬레이터만 이용한 방법과 비교 실험한 연구는 없었다. 따라서 본 연구는 간호학과 1 학년 학생 119 명을 대상으로 정맥주사 팔 모형인 마네킨과 가상현실/햅틱기술을 적용한 정맥주사 시뮬레이터의 교육방법을 동일한 조건에서 실험을 진행하여 전통적 교육방법인 마네킨을 통한 교육과 시뮬레이터를 이용한 교육, 그리고 두 가지를 모두 병행한 교육 방법 중, 정맥천자의 성공여부, 정맥천자의 수행시간, 정맥천자 수행 전ㆍ후의 불안정도, 교육기자재의 만족도에 대하여 실험 및 설문을 시행하여 가장 효과적인 교육방법을 찾고자 하였다
- 29 -
II. 연구대상 및 방법
A. 연구대상 실험에 참가한 연구대상자는 기본적인 의학적 지식이 있고, 정맥주사 술기 실습 경험이 전혀 없고, 본 연구에 참여를 허락한 가천의과학대학교 간호학과 1 학년을 대상으로 하였다. 학생들은 총 119 명으로 입학 시 무작위 배정된 반을 기준으로 세 그룹으로 나눴다. 여기서 무작위 배정이란 입학 시 성적을 기준으로 A 반, B 반, C 반, C 반, B 반, A 반 순으로 학생들을 세 개의 반으로 분배하고, 다시 이를 ㄱ, ㄴ, ㄷ 순으로 번호를 부여한 것이다. 이 세 개의 반을 각각 A 반은 ‘팔 모형군’으로 정맥주사 팔 모형인 마네킨을 이용하여 교육을 받았고, B 반은 ‘시뮬레이터군’으로 가상현실과 햅틱기술을 적용한 정맥주사 시뮬레이터를 이용하여 교육하였다. C 반은 ‘병합교육군’으로 정맥주사 팔 모형인 마네킨과 가상현실과 햅틱기술을 적용한 정맥주사 시뮬레이터, 이 두 가지를 모두 이용하여 교육하였다. 이 때 팔 모형군인 A 반은 41 명, 시뮬레이터군인 B 반은 40 명, 병합교육군인 C 반은 38 명이었다.- 30 - B. 재료 1. 정맥주사 팔 모형 정맥주사 팔 모형은 전통적인 정맥주사 교육 및 실습으로 가장 많이 쓰이는 팔 모형의 마네킨이다. Fig. 4 와 같이 정맥로 확보용 실습모형으로 실제와 유사한 비닐로 된 피부와 라텍스 정맥으로 구성되어 있다. 정맥주사 및 정맥 천자의 성공여부를 할 수 있도록 인조혈액인 붉은 색 용액을 인조혈관에 주입하여 사용하도록 되어있다. 모형을 이용하여 실습을 할 때 실제로 바늘이 정맥을 관통하는 것을 배우고, 일반적인 위치에서 천자 연습이 가능하게 팔과 손등 등 다양한 위치에서 실습을 할 수 있다. 정맥로 확보로 수액 점적 주입 및 수액투여가 가능하고, 주사용 팔 피부 및 인조혈관교체가 가능하며 인조혈액도 별도로 공급이 가능하다 (http://enasco.com/product/LF00698). 이 실험에 사용한 모델은 Nasco 사가 만든 2008 년형 LF00698 모델이다. (Nasco,Modesto, USA)
Fig. 4. Conventional arm model (IV arm). Life/form® Venipuncture and Injection
Training Arms are the ideal ways to teach venipuncture and injection techniques including starting IVs and introducing over the needle IV catheters. This simulator solves the problem of volunteers, and helps to avoid patient injury and liabilities (Nasco, Modesto, USA).
- 31 - 2. 정맥주사 시뮬레이터
Fig. 5. VR/Haptic IV Simulator. The developed model to use for IV simulator, ARSim
IV-100 made by AR-vision, 2009 Daejeon, Republic of Korea.
Fig. 5 에서 보여지는 장비는 햅틱기술을 적용한 가상현실기반 정맥주사 훈련시뮬레이터이며 예비의사, 간호사, 응급구조사 등을 대상으로 정맥주사 실습 및 훈련에 사용하여 의료교육훈련의 질적 향상과 비용절감이 가능하도록 개발된 제품이다. 이 장비의 제품명은 ARSim IV-100 (AR-vision, Daejeon, Republic of Korea)이며, 제작 및 개발에 관한 상세한 사항은 부록에 제시하였다. 주요기능으로는 햅틱 디바이스를 사용하여 주사바늘이 피부나 혈관을 천자할 때 역감을 제공하고, 입체 안경을 착용 시 3D 입체영상으로 사실적인 시뮬레이션 환경을 제공한다. 전통적인 정맥주사 교육기자재인 팔 모형과 비교하였을 때 정맥구조에 대한 혈관의 해부, 정맥주사 시 발생할 수 있는 합병증, 정맥주사 시술절차, 수액의 종류, 투여 방법 등의 콘텐츠를 제공하고, 다양한 교수방법을 지원하여 시뮬레이션에 따른 상호작용 평가 결과를 제공한다. 시뮬레이터는 강의, 환자 케이스, 문제풀이, 게임 총 4 가지로 구성되어 있다.
- 32 - 시뮬레이터에서 가장 중요한 환자 케이스 콘텐츠 개발을 위하여 임상에서 접하는 다양한 환자의 케이스를 분석하여 기존의 시뮬레이터 교육장비와 차별화하기 위해 연령별, 질환 별로 발생할 수 있는 환자의 케이스를 콘텐츠화하였다. 즉, 이 시뮬레이터를 통해서 실제 임상과 같은 상황에 적용할 수 있도록 현실감을 더하기 위해 의학적 지식을 더하고 각 환자들의 상태와 연령대별 피부의 상태 등 모든 상황을 고려하여 시뮬레이션 할 수 있도록 케이스 모델링을 하였다. 시뮬레이터의 천자실습모형 (needle assembly)는 Fig. 6 과 같이 PHANTOM® Omni™ 햅틱 디바이스 (sensable.com)를 사용하였으며, 정맥천자 시 필요한 준비물과 정맥천자를 입체적으로 보여주는 출력장치는 터치스크린을 사용하였다.
Fig. 6. Haptic Device; PHANTOM® Omni™. Medical simulation and robotics,
touch-enabled training, or games and entertainment the realistic sense of touch improves learning and provides a compelling user experience.
- 33 - C. 연구방법 무작위 배정된 팔 모형군, 시뮬레이터군, 병합교육군 세 그룹에 대하여 정맥주사에 대한 기초 교육으로 이론 교육 35 분, 동영상 교육 5 분을 동일하게 실시하였다. 각 실험 군 별 기초지식에 차이가 있는지를 알기 위해서 기초지식테스트 (10 문항)를 실시하였으며, 기질적 가지고 있는 불안심리가 그룹간에 모두 동일한 조건인지 확인하고자 교육 전 기질불안 (trait-anxiety) 정도를 측정하였다. 불안은 비특정적이고 의식적으로 인식할 수 없는 위협에 대한 정서적 반응으로 기질불안과 상태불안으로 나뉜다. 기질불안은 경향에 있어 비교적 변화하지 않고 영구적이며 개인차를 지닌 행동 성향이며, 상태불안은 시간의 경과에 따라 그 강도가 변화하는 인간 유기체의 정서적 상태 혹은 조건을 말한다 (Spielberger, 1975). 본 연구에서는 Spielberger 의 기질불안과 상태불안 측정도구를 김정택과 신동균 (1978)이 번역하여 표준화한 도구로 측정한 점수를 말하며, 점수가 높을수록 불안 정도가 높은 것을 의미한다. 이 도구는 자가보고 형으로 되어있고 기질불안과 상태불안 각각 20 문항으로 구성된 4 점 척도의 설문지를 사용하였다.
- 34 -
Fig. 7. Pictures of theory education. All students get a theoretical education, video
education and complete a questionnaire.
일주일 후, 실험 당일에 동영상을 한 번 더 시청하였고 실험 전, 상태불안 측정과 VAS 불안을 측정하였다. 상태불안이란 자신이 기질적으로 가지고 있는 불안이 아닌 환경에 따라 변하게 되는 일시적인 불안을 의미하고, VAS (visual analogue scale)불안측정은 시각적 상사척도라 부르며, 10cm 정도 길이의 직선에 ‘불안 없음’, ‘중 정도의 불안’, ‘매우 불안함’ 이 기록되어 있고, 해당하는 곳에 체크하여 해당 점수를 산출하게 되는 측정 도구이다. 준비된 설문지 작성을 마친 후, 각 그룹별로 해당 실험기자재로 실습하기 전에 필요한 준비물품, 사용하는 방법과 유의사항 등을 교육 하였다. 실험대상자가 실제 환자에게 정맥천자를 수행 한 적이 한 번도 없으며 관찰한 적도 없기 때문에 전문가 (임상 간호사)가
