초록 ▼

□ 연구개발 목표 및 내용
■ 최종목표
1 연구 배경
‘코로나로 멀어지는 야외활동. 심각한 운동부족, 근감소증 위험도 증가’
- 재활을 위해 걷기와 운동이 필요한 뇌졸중, 관절염, 만성질환 환자들은 육체적 스트레스를 겪고 있어 심각한 문제로 부각
- 노인, 장애인의 운동 부족으로 인한 근감소증은 당뇨, 치매 등 여러 질환에 대한 위험성을 높이는 것으로 보고되어 대안 마련이 시급한 상황
2 연구 방향성
‘ICT기술로 해결방안 마련, 가상 산림에서의 재활운동의 효과 검증’
[AS-IS]

□ 연구개발 목표 및 내용
■ 최종목표
1 연구 배경
‘코로나로 멀어지는 야외활동. 심각한 운동부족, 근감소증 위험도 증가’
- 재활을 위해 걷기와 운동이 필요한 뇌졸중, 관절염, 만성질환 환자들은 육체적 스트레스를 겪고 있어 심각한 문제로 부각
- 노인, 장애인의 운동 부족으로 인한 근감소증은 당뇨, 치매 등 여러 질환에 대한 위험성을 높이는 것으로 보고되어 대안 마련이 시급한 상황
2 연구 방향성
‘ICT기술로 해결방안 마련, 가상 산림에서의 재활운동의 효과 검증’
[AS-IS]
①산림치유가 스트레스, 우울증 완화에 효과적인 재활방법으로 검증
②긍정적 심리 상태의 재활운동의 효과 증대 또한 연구로 검증
하지만, ‘산림치유 환경에서의 재활환자의 재활 효과’를 검증하는 복합적인 연구·치료효과에 대한 연구는 부재!
[TO-BE]
본 연구에서 ① + ② 의 복합 효과를 검증하고자 함
■ 전체내용요약
3 최종 목표
목표① ICT기술로 가상 산림환경 구축
목표② 가상 산림환경에서의 재활 운동의 임상적 재활효과 검증
목표③ 개인 맞춤형 최적환경 도출을 위한 빅데이터 플랫폼 개발
세부목표
1. ICT 기술을 활용한 가상 산림치유 환경 구축
①VR시각환경/온도,피톤치드,음이온,소리,냄새 등 복합인자 시스템 구축
②구축환경 내 적정 재활운동이 가능한 어트랙션 제작
2. 실시간 사용자 상태 모니터링 시스템 구축
①동적 운동상태 모니터링 지표설정 및 측정센서 시스템 구축
②복합센터 모니터링 게이트웨이 개발
3. 사용자 상태분석 알고리즘 개발 및 임상 검증
①사용자 상태 평가 체계 정립, 알고리즘 개발
②80명 임상으로 유효한 임상 검증 결과 도출
4. AI 기반 최적 산림치유 환경 도출 빅데이터 플랫폼 개발
①빅데이터 플랫폼 구축 (운영, 시각화 등)
②딥러닝 기반 최적 산림치유 환경 도출 기능 개발
4 추진전략
‘이대병원 중심으로 4개 전문기업 협업, 총 20명 연구인력 투입’
‘전 영역에 걸쳐 [한국산림복지치유원]이 산림과학 컨설팅 지원
■ 1년차
‘산림 가이드라인 설계’ + ‘실제 산림 영상 기반의 VR 보행 분석장치 구현’
① (한국산림복지진흥원과 연계)가상 숲 관련 공간디자인 요소 설정. 가이드라인 제시
② 관련 기술, 규제, 법률적 동향 파악 및 리서치 데이터 구축
③ 임상 통합 가이드라인 및 분석, 평가지표 설계
수행기관 : 이화여자대학교 산학협력단
④ 요구사항 분석 : 가상산림치유환경 구성 가이드라인 합의
⑤ 산림환경 360도 영상 촬영
⑥ 실감형 VR 콘텐츠 구동 프로그램 개발
⑦ 실감형 콘텐츠 하드웨어 연동 환경 구성 연동 하드웨어 종류 확정, 모듈별 설계
⑧ 단위 및 통합테스트(1차년도)
수행기관 : 위즈너
⑨ 생체 신호 측정 시스템 설계/개발
⑩ 딥러닝 기반 다중 카메라 영상 사용 3차원 골격 추정 알고리즘 모델 선정/설계
⑪ 심전도와 영상 동시 측정 및 AI 분석 시스템 설계
수행기관 : 리모
⑫ 연동 데이터 형태/통신규약/실시간 전송데이터 정의
⑬ 필수/문진표/연동 데이터 설계 및 정의
⑭ 사용자 프로세스 정의/사용자 로그인 프로세스 구현
⑮ 플랫폼 디자인 기초 마크업
수행기관 : 한울아이씨티
■ 2년차
‘연구 과제 임상 실행 및 AI 학습 데이터 구축‘
① 2차년도 연차 계획서 작성을 통한 세부 일정 조절
② 1차년도 DB구축 및 표준 임상평가 통합 모델을 기반으로 문진체계 구축
③ 임상 평가 수행 (경관 선호도에 대한 조사 함께 실행 예정)
④ 임상 프로그램 안정성 평가 및 개선
수행기관 : 이화여자대학교 산학협력단
⑤ 산림환경 360도 영상 추가(1차년도외 계절에 대한 컨텐츠 촬영)
⑥ 실감환경 VR 콘텐츠 프로그램 고도화
⑦ 콘텐츠 영상 중심축에 산림청 캐릭터 구현을 통한 어지럼증 완화
⑧ 실감환경 구축용 하드웨어 연동모듈 및 컨트롤 고도화
⑨ 연구 장비 유지 및 보수
⑩ 산림치유 환경도출 빅데이터 플랫폼과 사용데이터의 연동
수행기관 : 위즈너
⑪ 생체신호와 인체 골격 데이터 통합 측정 시스템 개발
⑫ VR시스템, 빅데이터 플랫폼과 측정된 데이터를 연동, 통합 연동 시스템 개발
⑬ 딥러닝 기반 3차원 골격 추정 인골지능 모델 고도화
수행기관 : 리모
⑭ 보행분석 데이터 DB 구축을 통한 AI 학습용 모델 개발
⑮ AI 모델 학습 및 모니터링
수행기관 : 한울아이씨티
■ 3년차
‘임상을 비롯한 연구체계 고도화 및 AI 데이터 검증과 보안‘
’다부처 연계성을 고려한 데이터 정형화‘
① 3차년도 수행 계획 수립을 통한 세부 일정 조정
② 관절염 환자 대상 연구과제 임상 수행
③ 데이터 임상 평가 검증
④ 연구 최종 보고 진행
수행기관 : 이화여자대학교 산학협력단
⑤ 임상 테스트 지원
⑥ 프로그램 수정 및 보완
수행기관 : 위즈너
⑦ 멀티모달센서 데이터 수집 애플리케이션 성능, 인터페이스 고도화
⑧ 통합 정보 기록 데이터 베이스 플랫폼 설계 및 구축
수행기관 : 리모
⑨ 다부처 연계를 위한 데이터 정형화
⑩ AI 예측모델 검증 및 모니터링
수행기관 : 한울아이씨티

□ 연구개발성과 활용계획 및 기대효과
1 활용 계획
① VR 연동 트레드밀의 임상 효과 검증
▶ 이대목동병원의 임상 평가 가이드라인 활용
② 임상 실험을 통한 AI 학습용 데이터 확보
▶ 산림치유 효과의 데이터화를 통한 객관화 및 재활효과 성능 개선
③ 국내 다양한 산림환경 VR 구현에 대한 가이드 라인 제시
2 기대효과
가. 의료진 관점
- 환자의 다양한 몸의 움직임 유도, 개인 맞춤의 다양한 처방 기반 마련
나. 환자 관점
- 병원 외 복지센터, 노인요양센터, 요양병원 등 기관으로 확대
→ 사용자의 신체 기능의 한계로 이동 제약이 많은 기관에 제안
- 향후 피트니스센터 등 일반운동 영역까지 확장 제안
다. 정부 관점
- 의료행위의 질 향상으로 국민 건강 증진, 의료보험 비용 절감
- 산림치유 재활운동 분야 기술 선도, 글로벌 경쟁력 확보
3 사업화 계획
① 복지센터, 요양병원, 장애인재활센터 대상 제안
② 피트니스센터 등 일반운동 영역 대상 제안
③ 전국 운동재활 병원(대학병원, 정형외과 등) 대상 제안

□ 연구 결과
1 연구 수행 결과
① 데이터 수집
- 전체 데이터 수집 건수 623건(실험군: 587건, 대조군 36건)
- 중도 탈락 환자 12명, 환자별 평균 14회 실험 수행
- 수집한 데이터를 기반으로, 가상산림 현실에서의 보행훈련이 보행 이상 환자의 삶의 질에 미치는 영향과, 환자의 보행패턴 분석을 진행함
② 데이터 분석 결과(BBS,SF-36,BDI)에서 모두 유의미한 개선 효과를 보였음
- 시험에 완주한 대상자 28명을 대상으로 분석했을 때, 심리적인 부분에 있어 유의미한 효과를보였고, 균형기능 또한 개선되었음을 확인함
③ Gait Parameter 기반 보행분석을 했을 때, 관절각도 개선 및 훈련 효과가 있음을 확인함
- 시험에 완주한 대상자 중 영상 분석이 가능한 31명을 대상으로 관절 각도 및 보행 개선 효과를 분석했을 때 유의미한 훈련 효과가 있음을 확인함
- 보행훈련 영상을 통해 훈련 차수마다 보행분석 결과 확인
- 훈련 진행에 따라 보행 좌우 밸런스, 보행속도, 보장, 분속수, 엉덩관절 가동범위, 무릎관절 가동범위가 향상되는 것을 확인할 수 있었음
- 훈련을 6회 이상 진행한 대상자 31명에 대해 첫 2번을 훈련전, 마지막 2번을 훈련후로 분석하여 차이가 있음을 확인함
- 보행 좌우 밸런스, 보행속도, 보장이 향상되어 더 빠르고 대칭적으로 걸을 수 있게 됨을 확인함
- 또한 엉덩관절과 무릎관절의 가동범위가 증가하여 근골격계 건강상태도 좋아짐을 확인함
④ 최종결론
- 본 가상 명품숲을 활용한 재활훈련을 시행한 결과 우울감 향상, 균형능력의 향상, 보행기능 향상됨을 입증하여 재활훈련 효과를 입증하였음
- 통상적으로 가상현실을 이용한 연구에서는 정신과적인 부분에서 접근하였으나 본 연구에서는 정신적 신체적인 평가 요소를 포함하여 연구하여 실제적으로 노인과 장애인의 경우 접근이 어려운 명품숲에 가서 보행을 통한 정신적 건강과 신체적 건강을 포함한 전 재활훈련 효과가 있음을 입증햐였음
2 연구 수행에 있어 문제점 및 대책
① 환자에게 적용 가능한 재활운동기구에 대한 개발이 필요
- 보행에 이상이 관찰된 노인과 장애인의 경우 개개인의 특성을 반영한 보행훈련을 할 수 있는 재활보행 훈련기기가 없어 본 연구에서 전방향으로 자가 보행이 가능한 옴니트레드밀을 활용하여 연구를 시작했으나 보행이상이 관찰된 노인과 장애인에서 정상적인 보행을 유도하지 못하게 되는 결과를 보여주어 본 연구에서 무동력 트레드밀을 활용한 연구를 진행하였으며, 정상보행 훈련 가능성에 대한 비젼을 제시하였음
② 정상보행을 유도할 수 있는 재활운동기구 개발이 필요
- 연구과정중 노인과 장애인에서 최대한 정상 보행이 가능한 무동력 트레드밀을 활용하여 연구를 진해하였으나 아직 안전성 등에서 추가적인 개발이 더 필요한 상태임
- 현 상태에서 본인이 스스로 보행속도를 조절하면서 훈련할 수 있는 적절한 재활훈련기기임을 입증하였으나 향후 안전성 향상 등을 위한 고도화가 필요함
③ 가상현실/증강현실 장비의 고도화
- 현재의 기술력을 최대한 동원을 하여 다양한 가상환경을 제공하고는 있지만 아직 실제 환경과의 차이를 극복하지는 못하고 있어 이에 대한 가상현실 장비의 고도화 등이 필요할 것으로 보임
- 가상현실과 증강현실의 문제점인 어지러움증과 무거운 무게로 인한 장시간 착용이 어려운 점이 해결되어야 노인과 장애인 그리고 소아에서의 활용도가 높아질 것으로 사료되어 가상현실/증강현실의 장비 고도화가 필요함.
3 활용방안
1. 노인과 장애인의 접근성 증가를 위한 산림 치유 가상 숲 환경 구축의 타당성 입증
본 연구에서 산림연구원과 같이 도심에서 활용가능한 가상 숲 환경을 구축하여 실제 산림환경과 비교하여 평가한 결과 산림과 유사한 환경을 구축할 수 있었고 실제 산림환경은 지역별 차이가 존재하여 조정이 어려우나 가상 숲에서는 여러 가지 환경인자 조절을 통해 다양한 숲 환경을 만들어 다양한 경험을 제공할 수 있음을 입증하였음
2. 가상 숲을 활용한 재활훈련의 효과 입증
본 가상 명품 숲을 활용한 재활훈련을 시행한 결과 우울감 향상, 균형 능력의 향상, 보행 기능 향상됨을 입증하여 재활훈련 효과를 입증하였음
통상적으로 가상현실을 이용한 연구에서는 정신과적인 부분에서 접근하였으나 본 연구에서는 정신적 신체적인 평가 요소를 포함하여 연구하여 실제적으로 노인과 장애인의 경우 접근이 어려운 명품 숲에 가서 보행을 통한 정신적 건강과 신체적 건강을 포함한 전 재활훈련 효과가 있음을 입증하였음

(출처 : 요 약 문 2p)

목차 Contents

• 표지 ... 1
• 요 약 문 ... 2
• 목차 ... 19
• 01. 연구개발과제의 개요 ... 20
• 1. 연구개발과제의 개요 ... 21
• 02. 연구개발과제의 수행과정 및 수행내용 ... 23
• 2.1 최종목표 ... 24
• 2.2 연구개발과제의 내용 ... 25
• 2.3 추진체계 ... 45
• 2.4 추진전략 및 방법 ... 46
• 03. 연구개발과제의 수행 결과 및 목표 달성 정도 ... 53
• 3-1. 연구 수행 결과 (정성적 연구개발 성과) ... 54
• 3-2. 연구수행결과(정량적 연구개발성과) ... 202
• 3-3. 세부 정량적 연구개발성과 ... 203
• 04. 목표 미달 시 원인 분석 ... 208
• 05. 연구개발성과의 관련 분야에 대한 기여 정도 ... 210
• 5.1 연구 성과의 관련분야 기여 ... 211
• 06. 연구개발성과의 관리 및 활용 계획 ... 212
• 6.1 연구 성과의 활용방안 ... 213
• 6.2 연구 성과의 기대효과 ... 215
• 6.3 사업화 전략 및 계획 ... 217
• 끝페이지 ... 221