[논문]3D 프린팅 구조물 기반 블라인드박스를 이용한 실습교육이 다차원 방사선영상해독력에 미치는 효과

성열훈

doi:10.7742/jksr.2023.17.1.131

3D 프린팅 구조물 기반 블라인드박스를 이용한 실습교육이 다차원 방사선영상해독력에 미치는 효과
Effects of Practical Training Using 3D Printed Structure-Based Blind Boxes on Multi-Dimensional Radiographic Image Interpretation Ability 원문보기

한국방사선학회 논문지 = Journal of the Korean Society of Radiology, v.17 no.1, 2023년, pp.131 - 139

초록
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본 연구에서는 3D 프린팅 구조물 기반 블라인드박스를 이용한 실습교육이 다차원 방사선영상해독력에 미치는 교육적 효과를 알아보고자 하였다. 대상은 2020년부터 2022년까지 3년간 진행된 디지털의료영상학 실습에 참여한 방사선학과 2학년의 83명(남자: 49명, 여자: 34명)이었다. 학습방법은 3D 프린팅 기술을 이용하여 자체 설계한 블라인드박스 내 구조물을 출력하였다. 이를 엑스선 촬영한 한 후 소그룹별로 블라인드박스 내 구조물영상을 분석한다. 분석 결과로 3차원구조물을 지점토로 자체 제작하고 엑스선 촬영한 후 블라인드박스 내 구조물영상과 일치하는지 비교한다. 평가방법은 수업성실도(평소 수업태도, 예·복습 정도, 학습목표이해도), 방사선영상해독력(엑스선감쇠개념, 대조도개념, 윈도우닝개념, 3차원해독력), 수업만족도(흥미도, 외부추천도, 수업몰입도)를 5점 리커트 척도로 무기명 자기 기입방식으로 설문조사하였다. 그 결과 모든 평가항목이 남녀 간의 유의한 차이 없이 높은 긍정적인 효과가 있었다. 블라인드박스를 이용한 실습교육은 3D 프린팅 기술을 활용한 방사선교육공학의 의미있는 사례로써 학생들의 문제해결능력 향상과 전공과목의 만족도를 증대시키는 콘텐츠로 활용되기를 기대한다.

Abstract ▼ AI-Helper

In this study, we are purposed to find the educational effect of practical training using a 3D printed structure-based blind box on multidimensional radiographic image interpretation. The subjects were 83 (male: 49, female: 34) 2nd year radiological science students who participated in the digital medical imaging practice that was conducted for 3 years from 2020 to 2022. The learning method used 3D printing technology to print out the inside structure of the blind box designed by itself. After taking X-rays 3 times (x, y, z axis), the structure images in the blind box were analyzed for each small group. We made the 3D structure that was self-made with clay based on our 2D radiographic images. After taking X-rays of the 3D structure, it was compared whether it matches the structural image of the blind box. The educational effect for the practical training surveyed class faithfulness, radiographic image interpretation ability (attenuation concept, contrast concept, windowing concept, 3-dimensional reading ability), class satisfaction (interest, external recommendation, immersion) on a 5-point Likert scale as an anonymous student self-writing method. As a result, all evaluation items had high positive effects without significant differences between males and females. Practical education using blind boxes is a meaningful example of radiology education technology using 3D printing technology, and it is expected to be used as content to improve students' problem-solving skills and increase satisfaction with major subjects.

주제어

표/그림 (11)

그림 Fig. 1. Design of construction in the blind box.
그림 Fig. 2. Instructional model in class.
그림 Fig. 3. Instructional model of blind box on self-directed learning using 3D printing technology.
그림 Fig. 4. Radiographic images of blind box.
그림 Fig. 5. Cases of self-directed learning using 3D Printing products.
표 Table 1. Learning objectives
그림 Fig. 6. Radiographic images of blind box with self-making 3D products.
표 Table 2. General characteristics of the subject
표 Table 3. Comparison of all variables between male and female
표 Table 4. Correlation of matrix in variables
그림 Fig. 7. Effect of windowing on images contrast.

AI 본문요약
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문제 정의

따라서 본 연구에서는 3D 프린팅 구 조물 기반 블라인드박스를 이용한 실습교육이 다차원 방사선 영상해독력에 미치는 교육적 효과를 알아보고 방사선교육공학의 새로운 시도를 하고자 하였다.

제안 방법

3D 프린팅 구조물 기반 블라인드박스를 이용한 실습교육의 효과와 남녀 학생 그룹 사이의 차이를 분석하였다. 그 결과 Table 3과 같이 모든 변수에서 유의한 차이 없이 보통 이상의 높은 효과를 보였다.
외관은 내용물을 삽입한 후 외부에서 보이지 않도록 불투명한 단순 정사각형의 박스형태로 설계하였다. 모델링된 내용구조물은 3D 프링팅을 위해 STL (Stereo Lithography) 파일로 변환한 후 균등한 대조도가 형성될 수 있도록 100% 내부 채움의 출력 조건으로 설정하였다. 3D 프린팅 방식은 용융적층방식(fused deposition modeling, FDM)을 이용하였다.
본 연구에서는 효과적인 수업전략을 모색하기 위해 파블로프(Pavlov)와 스키너(Skinner)가 주장한 행동주의 학습이론을 기반하여 수업모형을 설계하였고 3D 프린팅 기술로 블라인드박스를 개발하였다. 이를 활용하기 위해서 수업 초기에 학습목표를 명확하게 제시하였고, 학생들이 구체적으로 어떤 행동으로 학습목표를 성취해야 하는지 교수자가 관리하였다.
블라인드박스는 내용물과 외관을 3D 전용 모델러 프로그램(CADian3D, IntelliKorea, Korea)을 이용하여 설계하였다. 내용물은 Fig.
수업에 참여한 학생들은 수업성실도(평소 수업태도, 예·복습 정도, 학습목표이해도), 방사선영상해독력(엑스선감쇠개념, 대조도개념, 윈도우닝개념, 3차원해독력), 수업만족도(흥미도, 외부추천도, 수업 몰입도)를 5점 리커트 척도로 무기명 자기 기입방식으로 설문에 응답하였다

대상 데이터

본 연구의 실습교육 대상자는 2020년부터 2022년까지 3년간 진행된 디지털의료영상학 실습에 참여한 충청도 소재의 일개 4년제 대학교의 방사선학과 2학년의 83명(남자: 49명, 여자: 34명)이었다.
3D 프린팅 방식은 용융적층방식(fused deposition modeling, FDM)을 이용하였다. 재료는 폴리락트산(polylactic acid, PLA)을 사용하여 3D 프린터(Sindoh, DP 200, Korea)로 모델링을 출력하였다.
첫 번째로 3D 프린팅 기술로 제작된 블라인드박스를 진단용방사선발생장치(MXHF-1500R, MIS, Korea)와 디지털방사선영상검출장치(CXDI, Cannon, Japan)를 이용하여 엑스선 촬영하여 디지털표준의료 영상(Digital Imaging and Communications in Medicine, DICOM) 파일로 획득하였다. 이때 엑스선 촬영은 50 kVp, 2.

데이터처리

수집된 데이터는 SPSS software (SPSS 24.0 for Windows, SPSS, Chicago, IL USA)를 사용하여 참여 학생들의 인구학적 특성에 대한 빈도 분석과 성별에 따른 측정변수 평균값의 유의한 차이를 독립 표본 t-test로 검정하였다. 각 변수 간의 상관관계는피어슨(Pearson) 상관계수(r)로 분석하였고, r값이 1에 가까울수록 상관관계가 높은 것으로 분석하였다.

이론/모형

모델링된 내용구조물은 3D 프링팅을 위해 STL (Stereo Lithography) 파일로 변환한 후 균등한 대조도가 형성될 수 있도록 100% 내부 채움의 출력 조건으로 설정하였다. 3D 프린팅 방식은 용융적층방식(fused deposition modeling, FDM)을 이용하였다. 재료는 폴리락트산(polylactic acid, PLA)을 사용하여 3D 프린터(Sindoh, DP 200, Korea)로 모델링을 출력하였다.

성능/효과

그 결과 수업성실도의 α계수는 0.836, 방사선영상해독력은 0.927, 수업만족도는 0.942로 수집되어 설문응답에 높은 신뢰도로 응답하였다.
이를 활용하기 위해서 수업 초기에 학습목표를 명확하게 제시하였고, 학생들이 구체적으로 어떤 행동으로 학습목표를 성취해야 하는지 교수자가 관리하였다. 그 결과 학생들의 수업성실도는 높은 점수로 평가되었다. 또한 실물의 3차원 구조물을 제작하기 위해서 소단위로 구 성된 학생들이 서로 토의하고 도출된 모형을 엑스선영상으로 확인하는 환류(feed-back) 과정을 거쳐 스스로 평가할 수 있 도록 하였다.
대상자 나이, 수업성실도, 방사선영상해독력, 수업 만족도의 하위변수 간의 상관관계를 알아본 결과 Table 4와 같이 엑스선 감쇠 개념 이해정도, 대조도 개념 이해정도 간의 상관계수(r)가 0.919 (p<0.01)로 유의하게 가장 높았다
둘째, 블라인드박스를 이용한 실습교육을 통해 엑스선의 감쇠 개념과 대조도 개념 간의 상관관계가 매우 높다는 사실이 규명되었다.
4점 이상으로 보통 이상의 성실도를 보였다. 방사선영상해독력은 엑스선 감쇠에 대한 개념 이해정도, 대조도에 대한 개념 이해정도, 윈도우닝에 대한 개념 이해 정도, 2차원 투영을 기반한 3차원해독력 등에 대한 자가 평가한 결과 모든 방사선영상해독력 하위변수에서 유의한 차이 없이 평균 4.5점 이상으로 높은 수업이해도를 보였다. 그 중 여학생들의 대조도 개념 이해정도가 4.
수업성실도는 평소 수업태도와 예·복습 정도, 블라인드박스 실습방법의 이해정도를 평균한 결과 남녀 간의 유의한 차이 없이 평균 4.4점 이상으로 보통 이상의 성실도를 보였다
837). 윈도우닝 개념 이해정도와 2차원 투영을 기반한 3차원해독력은 수업흥미도와 가장 높은 상관관계를 보였다(r=0.745, r=0.784). 수업흥미도와 수업의 외부추천도는 대조도 개념 이해정도와 가장 높은 상관관계를 보였다(r=0.
첫째, 블라인드박스를 이용한 실습교육은 수업성실도, 방사선영상해독력, 수업만족도에 대해 남녀 간의 유의한 차이 없이 높은 긍정적인 효과가 있었다.

후속연구

그러나 개발된 블라인드박스 내 내용구조물의 형태가 아직까지는 한정되어 있으며, 두께 변화만으로 엑스선 감쇠 특성을 설명하는 제한점이 있어 다양한 형태와 물질로 방사선영상의 특성을 이해할 수 있는 콘텐츠 개발이 요구된다.
셋째, 3D 프린팅 기술을 활용한 방사선교육공학의 의미있는 사례로써 학생들의 문제해결능력 향상과 전공과목의 만족도를 증대시키는 콘텐츠로 활용할 수 있다.

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표제어: PCR

동의어: Packet Collision Rate

용어 설명 출처 목록 (6)

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