[논문]증강현실 기반의 수술간호 실습교육 애플리케이션 개발 및 평가

고정연; 정애리

doi:10.22156/cs4smb.2021.11.02.047

증강현실 기반의 수술간호 실습교육 애플리케이션 개발 및 평가
Augmented Reality-based Surgical Nursing Practice Application Development and Evaluation 원문보기

융합정보논문지 = Journal of Convergence for Information Technology, v.11 no.2, 2021년, pp.47 - 56

고정연 (삼성서울병원) , 정애리 (부천대학교 간호학과)

초록
AI-Helper

본 연구는 증강현실 기반 수술간호 실습 교육 애플리케이션을 개발하기 위한 방법론적 연구로서, 연구과정은 ADDIE 모형에 따라 분석, 설계, 개발, 구현, 평가의 5단계로 구성되었다. 요구도 분석 결과 나온 세부 항목 중 전문가 집단과 간호대학생 집단에서 공통적으로 요구도가 높은 항목은 수술 기구 항목이었다. 요구도를 기반으로 수술실에서 가장 빈번하게 사용하며 진료과에 구분 없이 보편적으로 사용되는 7가지 분류의 51개의 수술기구를 선정하여 AR Book으로 제작하였다. 증강현실기반 애플리케이션은 Unity 3D 엔진을 기반으로 제작하였으며, Android OS로 애플리케이션을 빌드하여 대상자가 이용할 수 있도록 하였다. 전문가 평가 결과 전체 평균은 73.4±4.3으로 전체적으로 높게 나타났으며, 학습자 만족도 조사 결과 높은 만족도를 보였다. 제작된 증강현실 기반 수술간호 콘텐츠는 이전의 다른 학습 방법과는 달리 현실성과 휴대성, 접근성, 간편함을 갖춘 새로운 방식의 수술 기구 학습 애플리케이션을 처음으로 개발한 부분에 그 의의가 있다.

Abstract ▼ AI-Helper

The purpose of this research was to develop an augmented reality-based surgical nursing practice education application. The research proceeded in ADDIE order of analysis, design, development, implementation, and evaluation stages. In the analysis phase, we analyzed the surgical nursing learning needs of the expert group and nursing student group. As a result of the analysis, the demand for surgical instruments was generally high. We selected 51 surgical instruments of the 7 categories most frequently used in the operating room based on the needs, and produced them as AR Book. The augmented reality application was created based on the Unity 3D engine, and the application was built with Android OS so that the target person could use it. Expert assessment of application for augmented reality-based surgical nursing practice education application showed 73.4±4.3 out of 80. This study is significant in the part that first developed a new method of learning tools for surgical instruments. We determined that an augmented reality-based application has reality, portability, accessibility and simplicity.

주제어

표/그림 (5)

그림 Fig. 1. Diagram of how to make AR Book
그림 Fig. 2. Example of 3D surgical instrument output
표 Table 1. Application Expert evaluation (N=5)
표 Table 2. General Characteristics (N=15)
표 Table 3. Satisfation with application experience (N=15)

AI 본문요약
AI-Helper

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문제 정의

본 연구는 간호대학생들을 대상으로 임상 실습의 질을 향상시키고, 현실감과 몰입감을 증가시키기 위해 증강현실을 기반으로 한 수술간호 실습 교육 애플리케이션을 개발하고자 수행되었다.
본 연구는 간호학 실습 교육 중 특수 분야로 학생들의 접근이 쉽지 않은 수술 간호 실습 콘텐츠의한 분야인 수술 기구를 증강현실을 기반으로 한 애플리케이션으로 개발한 연구이다. 제작된 증강현실 기반 수술 간호콘텐츠는 이전의 다른 학습 방법과는 달리 휴대성, 접근성, 간편성, 실제를 보는듯한 현실성을 갖추었으며, 새로운 방식의 수술 기구 학습도구를 처음으로 개발한 부분에 그 의의가 있다.
본 연구는 연구의 목적과 설명을 듣고 자발적으로 참여를 희망한 대상자에 한하여 온라인을 통해 동의가 진행되었다. 연구자들은 연구윤리 관련 교육 프로그램을 이수하였고, 동의서에 연구의 목적, 예상되는 이득과 위험, 자료 관리, 비밀 보장, 자발적 동의 철회 및 연구 비참여시 어떠한 불이익을 받지 않음을 설명하는 글을 명시하였으며 자발적으로 참여에 동의를 얻은 경우에 자료를 수집하였으며, 응답시 소정의 상품권을 제공하였다.
본 연구는 증강현실 기반 수술간호 실습 교육 애플리케이션을 개발하기 위한 방법론적 연구이다.
본 연구에서는 수술실에 국한하지 않고 모든 장소에서 학습이 가능하며 휴대하기 편한 부분에 초점을 맞추어 학습도구 개발을 진행하였다. 수술기구의 이미지나 용도에 대해서 쉽게 학습할 수 있으면서 실제 모습과 작동 방법 등을 현실감 있게 3차원으로 학습할 수 있는새로운 교육 도구를 개발하였으며, 학습 매체로 AR Book을 이용하였다[23].
본 연구에서는 이런 현실적인 한계를 극복하기 위해 수술 간호 실습 콘텐츠를 개발하게 되었고, 생소하고 난해한 수술 간호에 대한 학생들의 학습 욕구를 증가시키고 자율적인 학습이 가능하도록 증강현실을 기반으로 콘텐츠를 개발하였다. 현재까지 증강현실 분야의 간호학 학습 콘텐츠를 살펴보면 상처관리, 정맥 주사 시뮬레이션, 임상 시뮬레이션 시나리오, 손씻기, 의사소통, 해부 생리학, 수술 과정 등 다양한 분야에서 콘텐츠가 개발되고 있지만 대부분 스마트 글라스를 이용하여 콘텐츠를 제공하고 있다[27].
본 연구에서는 증강현실 기술을 모바일 기기에 적용해서 사용할 수 있는 형태인 애플리케이션을 개발하여 종이책이 가진 2차원 이미지 정보의 한계를 극복하고자 하였다. 증강현실 애플리케이션을 통해 종이책이 가진 2차원 이미지를 3차원 객체로 보여질 수 있도록 기본 수술기구 51종을 3ds Max(Autodesk, 2019)를 이용하여 3차원 모델링을 하였다.
본 연구의 목적은 간호대학생을 위한 수술간호 실습 교육 콘텐츠를 증강현실을 기반으로 한 애플리케이션으로 개발하고, 적용 후 실습 만족도를 비교함으로써 실습 교육의 질 향상에 기여하고, 교육 콘텐츠로 활용하는 것이다.
연구자들은 연구윤리 관련 교육 프로그램을 이수하였고, 동의서에 연구의 목적, 예상되는 이득과 위험, 자료 관리, 비밀 보장, 자발적 동의 철회 및 연구 비참여시 어떠한 불이익을 받지 않음을 설명하는 글을 명시하였으며 자발적으로 참여에 동의를 얻은 경우에 자료를 수집하였으며, 응답시 소정의 상품권을 제공하였다. 수집된 설문자료는 무기명으로 처리하였으며 윤리적 관점에서 연구 대상자를 충실히 보호하고자 하였다.
특히 실습 분야에서 직접 제작된 증강현실을 기반으로 한 콘텐츠를 통한 교육을 찾아보기가 어렵다. 이에 본 연구에서는 간호대학생들의 실습의 질을 향상시키고, 현실감과 몰입감을 증가시키기 위해 증강현실을 기반으로 한 수술 간호 실습 교육 애플리케이션을 개발하고자 한다.

제안 방법

AR Booke 전문가 평가 후 내용 추가나 수정에 용이하도록 1차적으로 PDF(Portable Document Format) 파일로 다운로드 받을 수 있는 형태를 고안하였다. 파일은 사용자가 장소에 상관없이 쉽게 다운로드를 받을 수 있도록 애플리케이션 내에 AR Book 전자책을 다운로드할 수 있는 링크창으로 연결되는 기능을 넣었다.
개발된 애플리케이션을 평가하기 위해 학습자의 만족도 평가를 시행하였다. 연구자가 직접 연구의 목적과 취지를 설명하고, 자발적으로 평가에 동의한 대상자에게 서면동의를 받은 후 진행하였다.
일반외과, 신경외과, 산부인과, 이비인후과, 흉부외과, 비뇨기과, 안과, 정형외과, 성형외과 등에서 사용하는 모든 기구를 확인한 후 공통적으로 사용되며 가장 기본적인 기구 51종을 선정하였다. 검색 및 문헌고찰을 통해 51종 기구의 이미지를 확보하였으며, 각 기구별 용도를 정리하였다.
증강현실 애플리케이션을 통해 종이책이 가진 2차원 이미지를 3차원 객체로 보여질 수 있도록 기본 수술기구 51종을 3ds Max(Autodesk, 2019)를 이용하여 3차원 모델링을 하였다. 그리고 애플리케이션 개발에 쉽게 접근할 수 있으며 개발플랫폼 역할을 하는 Unity 3D 엔진(Unity 2019.2.9.f116)을 개발환경의 기반으로 하였고, 이에 증강현실 기술을 쉽게 적용할 수 있도록 Google에서 제공하는 SDK인 AR Core를 접목하여 증강현실 애플리케이션을 개발하였다.
또한 51종의 수술기구에 이미지 마커가 각각 대응하도록 제작하였다. 디바이스 화면에 이미지 마커와 1:1로 대응하도록 3차원으로 수술기구 모형을 출력하였다.
또한 51종의 수술기구에 이미지 마커가 각각 대응하도록 제작하였다. 디바이스 화면에 이미지 마커와 1:1로 대응하도록 3차원으로 수술기구 모형을 출력하였다.
마커의 인식률을 높이기 위한 방법으로 제작된 이미지 마커를 ARCore 마커 등록기에 등록한 후 인식률을 확인하여 인식률이 90점 이상을 유지할 수 있도록 다양한 시도를 하였다. 또한 기구의 동작을 보여주기 위해 프로그래밍을 통해 애니메이션을 생성하였다.
Book의 페이지로 사용하였다. 마커의 인식률을 높이기 위한 방법으로 제작된 이미지 마커를 ARCore 마커 등록기에 등록한 후 인식률을 확인하여 인식률이 90점 이상을 유지할 수 있도록 다양한 시도를 하였다. 또한 기구의 동작을 보여주기 위해 프로그래밍을 통해 애니메이션을 생성하였다.
모형에 이동, 회전, 크기조절, 애니메이션 요소를 프로그래밍을 통해 삽입하여, 사용자가 여러 각도에서 시각적으로 수술 기구를 확인 및 조작할 수 있도록 하였다.
문헌고찰과 교육 요구도 조사를 바탕으로 학습 주제는 수술기구로 정한 후 학습 목적을 설정하였다. 학습자는 수술 기구 애플리케이션 활용을 통하여 수술 기구를 다양한 각도에서 확인할 수 있고, 각 수술기구별 상대적 크기를 확인할 수 있으며, 수술기구의 작동(애니메이션)을 확인함으로써 수술 기구에 대한 이해를 높이도록 하였다.
AR Booke 증강현실 기술과 교육이 접목되어 있는 교재로써 간편하게 볼 수 있는 기구 집의 기능뿐 아니라 디바이스의 디스플레이 (Display)에 나타난 증강현실을 통해 기구의 실제 크기와 작동방법을 확인할 수 있다. 본 연구에서 개발한 AR Booke 두 가지 타입인 종이책과 전자책으로 개발하였으며, 수술기구의 이미지와 기구 설명을 담은 수술기구 집으로 사용할 수 있다. 또한 학습자가 증강현실 애플리케이션을 다운받아 구현하면 수술기구의 3차원 증강 객체가 스마트폰이나 태블릿 PC의 디스플레이 화면을 통해 나타나게 하였다.
선정된 수술기구를 AR Book으로 제작하였으며, 각 페이지는 수술 기구 1종의 이미지와 이름, 각각의 기구설명으로 구성하였다. AR Booke 표지를 포함하여 완전한 독립적인 수술 기구집으로 활용될 수 있으며, 각 페이지는 증강현실 애플리케이션을 통해 증강현실을 구현하는 마커의 역할을 하게 된다.
수술기구를 선정하였다. 수술기구는 7개의 항목인 scissors, needle holder, suction tube, retractor, clamp, forceps, knife handle로 분류하였으며 총 51종의 수술기구를 선정하였다.
파일은 사용자가 장소에 상관없이 쉽게 다운로드를 받을 수 있도록 애플리케이션 내에 AR Book 전자책을 다운로드할 수 있는 링크창으로 연결되는 기능을 넣었다. 애플리케이션 내의 다운로드 링크버튼을 눌러 실행하면, PDF 파일로 종이책 내용을 다운로드 받을 수 있도록 개발하였다.
요구도를 측정하기 위해 문헌고찰 및 수술실 간호사 5인으로 구성된 전문가 자문을 통해 개발된 측정 도구는 외과적 손씻기, 소독가운과 장갑 착용, 수술 전 환자 확인, 수술실 구조, 멸균품 공급, 피부소독, 수술 체위, 수술 기구, 계수, 검체 관리, 타임아웃과 디브리핑, 봉합사, 배액관, 지혈제, 마취 종류, 낙상예방, 수술과정, 감염관리 등 총 18개의 수술 간호 교육 주제로 구성되었다.
진행하였다. 전문가 평가를 위하여 콘텐츠 선정 시 자문을 받았던 수술실 간호사 5인이 스마트폰 앱 평가도구[21] 중 기술을 제외한 문항을 이용하여 프로그램에 대한 평가를 실시하였다. 도구의 사용은 저자의 승인을 받아 사용하였으며, 도구는 콘텐츠 9문항과 디자인 11문항으로 이루어져 있다.
전문가를 대상으로 실제 다운로드에서부터 실행까지 평가를 받기 위해 Google store에서 직접 다운로드 받도록 하여 직접 경험해본 후 평가도구를 사용하여 애플리케이션을 평가하였다.
하였다. 증강현실 애플리케이션을 통해 종이책이 가진 2차원 이미지를 3차원 객체로 보여질 수 있도록 기본 수술기구 51종을 3ds Max(Autodesk, 2019)를 이용하여 3차원 모델링을 하였다. 그리고 애플리케이션 개발에 쉽게 접근할 수 있으며 개발플랫폼 역할을 하는 Unity 3D 엔진(Unity 2019.
학생들의 요구도 분석 결과를 바탕으로 전문가 5인과 연구자들이 논의를 거쳐 수술 기구 항목을 교육 콘텐츠로 선정하였다.
학습자 평가를 위한 자료 수집은 2020년 9월 1일부터 11월 10일까지 경기도 B대학 간호학과 4학년 15명을 대상으로 개발된 애플리케이션을 사용하여 수술 간호 실습 내용을 학습하도록 한 후 설문조사를 통해 자료 수집을 하였다.
학습자는 수술 기구 애플리케이션 활용을 통하여 수술 기구를 다양한 각도에서 확인할 수 있고, 각 수술기구별 상대적 크기를 확인할 수 있으며, 수술기구의 작동(애니메이션)을 확인함으로써 수술 기구에 대한 이해를 높이도록 하였다.
연구자가 직접 연구의 목적과 취지를 설명하고, 자발적으로 평가에 동의한 대상자에게 서면동의를 받은 후 진행하였다. 학습자는 애플리케이션을 구현하여 수술 기구를 학습한 후 사후 조사를 진행하였다. 측정도구는 실습만족도 17개 문항을 사용하였으며[21], 각 문항은 5점 Likert 척도로 구성되었고 점수 범위가 17점-85점으로 점수가 높을수록 실습 만족도가 높음을 의미한다.
학습자는 애플리케이션을 실행하여 평균 30분 정도의 시간동안 수술 기구를 학습하였다. 대상자의 일반적 특성은 평균 연령 25.

대상 데이터

경기도 B대학 간호학과 4학년에 재학 중이며 수술실 임상 실습 경험이 없는 학생을 대상으로 중 본 연구의 목적을 이해하고 자발적으로 참여에 동의한 40명을 대상으로 증강현실을 활용한 수술 간호 콘텐츠에 대한 요구도를 조사하였다.
구현된 애플리케이션은 전문가 집단을 대상으로 평가를 진행하였다. 전문가 평가를 위하여 콘텐츠 선정 시 자문을 받았던 수술실 간호사 5인이 스마트폰 앱 평가도구[21] 중 기술을 제외한 문항을 이용하여 프로그램에 대한 평가를 실시하였다.
본 연구의 개발 단계에서는 사용자 입장에서 마커에 대한 이질감을 최소화하기 할 수 있도록 마커 자체를 AR Book의 페이지로 사용하였다. 마커의 인식률을 높이기 위한 방법으로 제작된 이미지 마커를 ARCore 마커 등록기에 등록한 후 인식률을 확인하여 인식률이 90점 이상을 유지할 수 있도록 다양한 시도를 하였다.
분석 단계를 통해 선정된 주제를 수술실에서 가장 빈번하게 사용하며 진료과에 구분 없이 보편적으로 사용되는 수술기구를 선정하였다. 수술기구는 7개의 항목인 scissors, needle holder, suction tube, retractor, clamp, forceps, knife handle로 분류하였으며 총 51종의 수술기구를 선정하였다.
일반외과, 신경외과, 산부인과, 이비인후과, 흉부외과, 비뇨기과, 안과, 정형외과, 성형외과 등에서 사용하는 모든 기구를 확인한 후 공통적으로 사용되며 가장 기본적인 기구 51종을 선정하였다. 검색 및 문헌고찰을 통해 51종 기구의 이미지를 확보하였으며, 각 기구별 용도를 정리하였다.
증강현실 기반의 수술간호 실습 교육 콘텐츠를 파악하기 위해 국내외 학술 데이터베이스 및 참고문헌을 검색하여 분석하여 본 연구자가 개발한 도구를 서울 소재 ‘S’종합병원에 10년 이상 근무한 수술실 간호사 5인의 자문을 받아 총 18개의 수술 간호 실습 주제를 선정하여 사용하였다.

데이터처리

0 프로그램을 통해 분석하였다. 대상자의 연령, 성별, 전문가 평가, 애플리케이션 사용 만족도는 빈도와 백분율, 평균과 표준편차를 구했으며, 전문가 타당도는 평균을 구하였다.

이론/모형

증강현실 기반 수술간호 실습 교육 애플리케이션의 개발을 위해 ADDIE(Analysis, Design, Development, Implementation, Evaluation)모형의 5단계에 따라 연구를 진행하였다.

성능/효과

개발된 애플리케이션에 대한 학습자의 만족도를 평가하였으며 전체 문항의 평균 점수는 총 85점 만점에 80.1±4.9점으로 나타났다(Table 3). 각 문항별 평점을 보면 ‘나는 실습에 진지하게 임했으며 적극적으로 참여하였다.
시간동안 수술 기구를 학습하였다. 대상자의 일반적 특성은 평균 연령 25.3세이며, 성별은 여성이 14명 (93.3%)로 나타났다(Table 2).
수술 기구를 직접 본 경험이 없는 학생들에게 수술 기구의 학습이 이질적이고 어려웠지만, 기구를 조작하고 학습하며 수행시 높은 학습 몰입도를 보였다. 문항 분석을 통해 학생들은 처음 보는 새로운 학습 기법에 적극적으로 참여했으며 이를 통해 수술 간호에 대한 관심이 높아진 것을 알 수 있었다. 선행 연구에서 수술실 간호사를 대상으로 수술시의 수술 절차의 지침을 헤드 마운트 디스플레이를 착용하는 연구를 진행하였으며, 연구 결과 수술 절차를 이해하고 수술용 기구를 나눠주는데 도움이 되었다는 연구 결과가 나타났다[30].
분석 결과 전문가 평가 결과 전체 평균은 80점 만점에 73.4±4.3점으로 전체적으로 높게 나타났으며, 인터페이스 디자인의 일관성이 평균 4점으로 가장 높게 나타났다. 가장 낮은 점수는 ‘일반인에게 친숙한 용어이다’가 평균 3.
선행 연구에서 수술실 간호사를 대상으로 수술시의 수술 절차의 지침을 헤드 마운트 디스플레이를 착용하는 연구를 진행하였으며, 연구 결과 수술 절차를 이해하고 수술용 기구를 나눠주는데 도움이 되었다는 연구 결과가 나타났다[30]. 비슷한 맥락에서 새로운 기술을 통해 개발된 수술 간호 실습 콘텐츠 또한 학생들의 수술 간호에 대한 이해도를 높이고, 수술 기구에 대한 적응력을 높일 수 있었다. 간호 교육은 학생들이 교육과정을 마친 후 단순히 지식 수준에 머무는 것이 아닌 실무에서 적용할 수 있는 능력을 목표로 하기 때문에 학생들의 간호 역량을 높이는데 증강현실을 기반으로 한 학습이 도움이 될 수 있다[6].
둘째, 애니메이션 기능을 통해 직접 눈으로 기구의 작동법을 확인할 수 있다. 셋째, 디바이스 화면에서 이미지 구현 시 현실 공간상에서 보이는 실제 크기로 나타나기 때문에 실무에서 해당 기구를 접했을 때 적응력을 높일 수 있다. 넷째, 애플리케이션은 개발 후에 보완을 통해 더 의미 있는 기능을 추가할 수 있다.
첫째, 학습자가 3차원의 수술기구 모형을 다양한 방향과 크기로 조절하여, 현실에서 작동하는 것과 같은실제감과 몰입감을 경험하며 학습할 수 있다. 둘째, 애니메이션 기능을 통해 직접 눈으로 기구의 작동법을 확인할 수 있다.
총 40명의 간호대학생의 증강현실을 기반으로 한 수술 간호 콘텐츠에 적합한 주제에 대한 요구도 조사를 분석한 결과 각 주제 중 멸균품 공급, 수술기구, 배액관, 수술과정, 감염관리에 대한 요구가 높게 나타났다. 학생들의 요구도 분석 결과를 바탕으로 전문가 5인과 연구자들이 논의를 거쳐 수술 기구 항목을 교육 콘텐츠로 선정하였다.
학습자는 애플리케이션을 구현하여 수술 기구를 학습한 후 사후 조사를 진행하였다. 측정도구는 실습만족도 17개 문항을 사용하였으며[21], 각 문항은 5점 Likert 척도로 구성되었고 점수 범위가 17점-85점으로 점수가 높을수록 실습 만족도가 높음을 의미한다. 도구의 신뢰도는 Cronbach’s α=.
평가 단계에서 증강현실을 기반으로 한 애플리케이션을 통해 실습 만족도를 평가하기 위해 앱을 사용해본 학생들은 전체적으로 만족도 평가 결과 높은 점수가 나타났다. 수술 기구를 직접 본 경험이 없는 학생들에게 수술 기구의 학습이 이질적이고 어려웠지만, 기구를 조작하고 학습하며 수행시 높은 학습 몰입도를 보였다.

후속연구

이런 추세 속에서 본 연구를 통해 만든 수술 기구 학습을 위한 증강현실기반 애플리케이션이 실습교육의 대안이 될 수 있을 것이라고 생각한다. 본 논문의 향후 과제로는 효과 평가를 통한 콘텐츠에 대한 장기적인 평가와 다양한 상황에서의 사용, 3D 모델링 데이터의 확보 등이 뒷받침되어야 할 것이며, 다양한 콘텐츠를 확보하여 체계적인 프로그램을 활용한 중재 연구를 제언한다.
33]. 이런 추세 속에서 본 연구를 통해 만든 수술 기구 학습을 위한 증강현실기반 애플리케이션이 실습교육의 대안이 될 수 있을 것이라고 생각한다. 본 논문의 향후 과제로는 효과 평가를 통한 콘텐츠에 대한 장기적인 평가와 다양한 상황에서의 사용, 3D 모델링 데이터의 확보 등이 뒷받침되어야 할 것이며, 다양한 콘텐츠를 확보하여 체계적인 프로그램을 활용한 중재 연구를 제언한다.

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표제어: PCR

동의어: Packet Collision Rate

용어 설명 출처 목록 (6)

용어 설명: PCR은 세균 특이성이 있는 primer를 이용하여 적은 수의 세균이 있을지라도 쉽게 검출할 수 있는 유용한 방법이며, 이를 이용하여 구강 내 치면세균막이나 타액에서 직접 세균을 검출할 수 있게 되었다[8].

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