KR102191027B1 - 가상현실 기반의 심폐소생술 교육 시스템 - Google Patents

Abstract

가상현실 기반의 심폐소생술 교육 시스템이 제공된다. 본 발명에 따른 가상현실 기반의 심폐소생술 교육 시스템은, 수납부 및 상기 수납부의 전방에 부착되어 심폐소생술 교육 정보를 2D 형태로 출력하는 디스플레이부를 포함하는 본체부; 일단이 상기 수납부 전면 하단부에 접촉 고정되고 상기 수납부 전방 바닥에 배치되며 상기 접촉 고정된 위치를 기준으로 심폐소생술 교육용 더미인형이 배치될 특정 위치가 마련된 매트; 상기 매트에 마련된 특정 위치에 배치되는 심폐소생술 교육용 더미인형; 피교육자의 두부에 장착되어 상기 피교육자에게 심폐소생술 교육을 위한 3D 가상현실을 제공하는 헤드마운트 디스플레이; 상기 본체부의 미리 설정된 위치에 장착되고, 상기 3D 가상현실이 구현될 공간 형성을 위해 상기 미리 설정된 위치를 기준으로 상기 본체부 주변의 공간 스캔을 수행하고, 상기 스캔된 공간 내에서 상기 헤드마운트 디스플레이의 위치를 식별하는 스캐닝 모듈; 및 상기 헤드마운트 디스플레이에 장착되고 상기 장착된 위치를 기준으로 상기 피교육자의 손의 위치를 식별하는 립모션 장치를 포함한다. 본 발명은 가상현실을 통해 실제 응급상황과 유사한 심폐소생술 교육환경을 제공할 수 있다.

Description

가상현실 기반의 심폐소생술 교육 시스템{Cardiopulmonary resuscitation training system based on virtual reality}

본 발명은 심폐소생술 교육 시스템에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 피교육자(심폐소생술 교육을 받는 사람, trainee)가 착용한 헤드마운트 디스플레이(Head Mounted Display)를 통해 제공되는 가상현실 환경에서 심폐소생술 교육이 실시될 수 있는 가상현실 기반의 심폐소생술 교육 시스템에 관한 것이다.

심폐소생술은 심장과 폐의 활동이 갑자기 멈추어 호흡이 정지되었을 경우에 실시하는 응급처치이다. 심정지가 발생하여 순환이 정지되면 뇌 조직 내의 산소를 1초 이내에 고갈되며 5분이 경과되면 포도당과 ATP(adenosine triphosphate)의 결핍이 일어나므로, 4-10분 내에 순환정지상태가 교정되지 못하면 중추신경계를 포함하는 신경조직의 불가역적인 손상에 의하여 생물학적 사망상태로 진행되므로 환자의 소생에 가장 중요한 것은 빠른 시간 내에 순환 및 호흡을 유지시켜 조직 내에 산소를 공급하는 것이다.

심정지 환자의 소생에 영향을 미치는 중요한 요소는 최초 발견자의 적절한 처치이다. 즉, 심정지 환자의 소생은 최초 발견자가 얼마나 빠른 시간 내에 적절한 심폐소생술이 시행되느냐에 달려있다.

이와 같이, 최초 발견자의 심폐소생술의 효과와 중요성이 강조되면서, 국가적 차원에서 심폐소생술 교육을 장려하고 있고 지원도 활발하게 이루어지고 있다.

그러나, 종래의 심폐소생술 교육은 이론이나 더미인형(심폐소생술 교육을 위한 인체모양의 인형)을 이용한 간단한 실습으로 이루어지기 때문에 환자의 반응이나 시술의 정확도를 판단하기가 어려우며 교육자(심폐소생술 교육을 하는 사람, trainer)의 1:1 피드백이 어려운 것이 보통이다. 또한, 종래의 심폐소생술은 현실감이 떨어지기 때문에 교육을 반복해서 받더라도 피교육자가 실제 응급 상황에 처했을 때 당황하여 심폐소생술을 정확하게 실시하지 못하는 경우가 대부분이었다.

상기한 종래 기술의 문제점을 해결하기 위해, 한국등록특허공보 제10-2045260호는 가상현실에서는 응급처치 훈련대상자(교육생)들에게 실제와 유사한 응급상황을 제공하여 실감나는 훈련을 할 수 있도록 하고, 실습한 결과가 피드백 되도록 함으로써 효율적인 응급처치 교육환경을 개선하고 응급처치가 필요한 실제 상황에서 능동적인 대응이 가능하도록 하는 기술을 제시하고 있다. 다만, 본 기술이 구현될 때 교육생은 육안으로 현실의 공간을 보는 것이 아니고 VR 기기(10)를 통해 제공되는 가상현실을 보게 되고, 응급처치를 실행하는 환자는 손의 촉각을 통해 CPR 마네킹(30), CPR cube(40) 등을 인지하게 된다. 따라서, 본 기술이 현실적으로 구현되기 위해서는 교육생이 시각을 통해 인지하는 가상현실 공간과 촉각을 통해 인지하는 현실 공간이 일치해야 하는데, 본 기술은 이에 대한 해결방안을 제시하고 있지 않다. 따라서, 본 기술은 현실적으로 구현되기에는 기술적 한계를 내포하고 있다.

한국등록특허공보 제10-2045467호는 피훈련자가 착용하고 있는 웨어러블 기기를 통해 디스플레이 되는 가상 캐릭터를 이용하여 심폐소생술 트레이닝을 수행하므로써 실감나는 트레이닝을 할 수 있음과 동시에 별도의 물리적인 더미가 요구되지 않아, 심폐소생술 트레이닝을 위해 요구되는 비용을 절감시킬 수 있고, 이로 인해 심폐소생술 트레이닝 교육 기회를 확대시킬 수 있는 기술이다. 하지만, 심폐소생술은 의식확인, 도움요청, 기도확보, 흉부압박, 인공호흡 등이 일체로 이루어져야 하는데 반데, 본 기술은 흉부압박에 대한 트레이닝을 제공할 수 있기 때문에 실질적인 심폐소생술 트레이닝을 제공할 수 없는 문제점을 가지고 있다. 또한, 본 기술은 가속도 센서가 가상의 캐릭터의 흉부에 배치되도록 얼라인 마커를 이용하고 있으나, 상기의 한국등록특허공보 제10-2045260호와 마찬가지로 교육생이 시각을 통해 인지하는 가상현실 공간과 촉각을 통해 인지하는 현실 공간을 어떻게 일치시킬지에 대한 구체적인 기술을 게시하고 있지 않기 때문에 현실적으로 구현되기에 무리가 있다.

한국등록특허공보 제10-1445978호는 피교육자가 심폐소생술을 실감나고 효과적으로 익히고 그 결과를 시스템적으로 평가하기 위해 더미인형(10)과, 피교육자가 손에 끼우고 상기 더미인형(10)에 대해 가슴압박을 가하는 햅틱글러브(20) 및 3D 글라스(40)를 도입한 CPR 교육시스템 기술이다. 다만, 본 발명에서 햅틱글러브(20)는 피교육자가 CPR 수행시 가슴압박 횟수, 속도 및 압박 깊이 정보를 획득하는 수단이고, 3D 글라스(40)는 피교육자에게 훈련정보를 제공하는 기능만을 하기 때문에 피교육자의 심폐소생술 훈련 몰입도가 떨어지는 종래기술과 같은 문제점을 여전히 가지고 있다.

한국등록특허공보 제10-1445978호는 심폐소생술 교육용 마네킹상 가슴, 복부, 기도 영역 등에 심폐소생술 실습에 따른 압력, 위치 변화 등의 정보를 검출할 수 있는 다수의 센서와 센싱된 정보를 무선 송신할 수 있는 지그비, 블루투스 등의 근거리 통신 장치를 구현하고, 심폐소생술 교육용 마네킹과 연동하여 피교육자에 의해 수행된 심폐소생술 실습에 따른 결과 정보를 2D, 3D 그래픽 화면 또는 실사화면으로 생성하는 심폐소생술 시뮬레이션 장치를 구현함으로써, 심폐소생술 실습의 시각적 교육 효과를 높일 수 있으며, 피교육자의 실습 결과를 객관적으로 확인할 수 있도록 하는 심폐소생술 시뮬레이션 기술이다. 본 발명은 종래기술과 같이 피교육자가 육안으로 인식되는 더미인형을 직접 대상으로 하여 심폐소생술을 수행하기 때문에 피교육자의 심폐소생술 훈련 몰입도가 떨어지는 종래기술과 같은 문제점을 여전히 가지고 있다.

한국등록특허공보 제10-2045260호 (2019.11.11) 한국등록특허공보 제10-2045467호 (2019.11.11) 한국등록특허공보 제10-1445978호 (2014.09.23) 한국등록특허공보 제10-1609808호 (2016.03.31)

본 발명은 상기와 같은 종래 기술의 문제점을 해결하기 위하여, 가상현실을 통해 실제 응급상황과 유사한 심폐소생술 교육환경을 제공할 수 있는 가상현실 기반의 심폐소생술 교육 시스템을 제공하고자 한다.

또한, 본 발명은 피교육자가 시각을 통해 인지하는 가상현실 공간과 촉각을 통해 인지하는 현실 공간이 일치시켜 인지부조화가 발생되지 않는 가상현실 기반의 심폐소생술 교육 시스템을 제공하는 것이다.

또한, 본 발명은 실제 응급상황과 유사한 심폐소생술 교육환경을 제공함으로써 피교육자의 교육 몰입도 및 교육 효과를 높일 수 있는 가상현실 기반의 심폐소생술 교육 시스템을 제공하는 것이다.

또한, 본 발명은 피교육자의 심폐소생술 정확도 및 숙련도를 용이하게 판단할 수 있는 가상현실 기반의 심폐소생술 교육 시스템을 제공하는 것이다.

본 발명의 다른 목적들은 이하에 서술되는 바람직한 실시예를 통하여 보다 명확해질 것이다.

본 발명의 일측면에 따르면, 가상현실 기반의 심폐소생술 교육 시스템은, 수납부 및 상기 수납부의 전방에 부착되어 심폐소생술 교육 정보를 2D 형태로 출력하는 디스플레이부를 포함하는 본체부; 일단이 상기 수납부 전면 하단부에 접촉 고정되고 상기 수납부 전방 바닥에 배치되며 상기 접촉 고정된 위치를 기준으로 심폐소생술 교육용 더미인형이 배치될 특정 위치가 마련된 매트; 상기 매트에 마련된 특정 위치에 배치되는 심폐소생술 교육용 더미인형; 피교육자의 두부에 장착되어 상기 피교육자에게 심폐소생술 교육을 위한 3D 가상현실을 제공하는 헤드마운트 디스플레이; 상기 본체부의 미리 설정된 위치에 장착되고, 상기 3D 가상현실이 구현될 공간 형성을 위해 상기 미리 설정된 위치를 기준으로 상기 본체부 주변의 공간 스캔을 수행하고, 상기 스캔된 공간 내에서 상기 헤드마운트 디스플레이의 위치를 식별하는 스캐닝 모듈; 및 상기 헤드마운트 디스플레이에 장착되고 상기 장착된 위치를 기준으로 상기 피교육자의 손의 위치를 식별하는 립모션 장치를 포함하고, 상기 더미인형이 차지하는 공간에 대응되는 가상현실 공간에 가상의 더미인형 또는 환자 캐릭터를 제공하고, 상기 립모션 장치에서 인식되는 피교육자의 손의 위치에 대응되는 가상현실 공간에 가상의 피교육자 손을 제공하고, 상기 가상현실 공간에서 상기 피교육자의 전방에는 심폐소생술 교육을 실시하는 가상의 교육자 캐릭터가 제공되고, 상기 심폐소생술 교육 중 상기 피교육자의 시선 추적을 통해 상기 피교육자의 교육 집중력이 떨어졌다고 판단되는 경우 상기 교육자 캐릭터는 상기 피교육자에게 교육에 집중할 것을 알리는 메시지를 음성 및 행동을 통해 전달하고, 상기 더미인형에는 상기 더미인형의 입에서 흉부쪽으로 연장되는 공기 튜브가 마련되어 있고, 상기 피교육자의 인공호흡 실시 여부 및 인공호흡의 강도를 판단하기 위해 상기 공기 튜브 내의 압력 변화를 감지하는 공기압 센서가 탑재되고, 상기 더미인형의 어깨 부위에는 상기 심폐소생술 교육 과정 중 상기 피교육자가 응급환자의 의식을 확인하는 과정을 수행하는지 여부를 판단하기 위한 진동감지 센서가 탑재되고, 상기 더미인형의 흉부에는 흉부압박의 강도를 측정하기 위한 전자저울이 탑재되고, 상기 더미인형의 목 부위에는 상기 심폐소생술 교육 과정 중 상기 피교육자가 응급환자의 기도확보과정을 수행하는지 여부를 판단하기 위한 상기 더미인형의 목의 회전을 감지하는 회전감지센서가 탑재되고, 상기 수납부는 상기 매트, 더미인형 및 헤드마운트 디스플레이를 수용하기 위한 공간이 다단으로 형성되어 있고, 상기 수납부는 일회용품 보관함을 포함하며 상기 일회용품 보관함은 상기 수납부 내부 측면에 마련된 슬라이딩 레일에 견착되어 상기 수납부 내외부로 유출입하고, 상기 더미인형의 등 부위에는 상기 심폐소생술 교육 중에 상기 더미인형이 상기 매트에서 이탈하는 것을 방지하기 위한 슬립방지 패드가 형성되어 있고, 상기 더미인형의 등 부위에는 상기 등 부위의 법선 방향으로 돌출부가 형성되어 있고, 상기 매트에 마련된 특정 위치에는 상기 돌출부가 수용되도록 상기 돌출부에 대응되는 형태와 깊이를 갖는 고정홈이 형성될 수 있다.

본 발명은 가상현실을 통해 실제 응급상황과 유사한 심폐소생술 교육환경을 제공할 수 있다.

또한, 본 발명은 피교육자가 시각을 통해 인지하는 가상현실 공간과 촉각을 통해 인지하는 현실 공간이 일치시켜 인지부조화가 발생되지 않는 가상현실 기반의 심폐소생술 교육 시스템을 제공할 수 있다.

또한, 본 발명은 실제 응급상황과 유사한 심폐소생술 교육환경을 제공함으로써 피교육자의 교육 몰입도 및 교육 효과를 높일 수 있다.

또한, 본 발명은 피교육자의 심폐소생술 정확도 및 숙련도를 용이하게 판단할 수 있다.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 가상현실 기반의 심폐소생술 교육 시스템을 나타낸 도면.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 립모션 장치가 장착된 헤드마운트 디스플레이를 나타낸 도면.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 수납부에 더미인형이 수납된 상태를 나타낸 도면.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 더미인형을 나타낸 도면.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 수납부와 매트의 접촉 고정 부위를 상세히 나타낸 도면.
도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 가상현실 공간에 가상의 교육자 캐릭터가 심폐소생술 시범을 보이는 장면을 나타낸 도면.
도 7은 본 발명의 일 실시예에 따른 가상현실 공간에서 제공되는 가상의 피교육자 손을 타나낸 도면.
도 8은 본 발명의 일 실시예에 따른 가상현실 기반의 심폐소생술 실습 완료에 따른 학습결과를 시각화하여 제공하는 화면을 나타낸 도면.

본 발명의 이점 및 특징, 그리고 그것들을 달성하는 방법은 첨부되는 도면과 함께 상세하게 후술되는 실시예를 참조하면 명확해질 것이다. 그러나, 본 발명은 이하에서 개시되는 실시예로 한정되는 것이 아니라 서로 다른 다양한 형태로 구현될 것이다. 본 명세서에서 본 실시예는 본 발명의 개시가 완전하도록 하며, 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 발명의 범주를 완전하게 알려주기 위해 제공되는 것이다. 그리고 본 발명은 청구항의 범주에 의해 정의될 뿐이다. 따라서, 몇몇 실시예에서, 잘 알려진 구성 요소, 잘 알려진 동작 및 잘 알려진 기술들은 본 발명이 모호하게 해석되는 것을 피하기 위하여 구체적으로 설명되지 않는다.

또한, 명세서 전체에 걸쳐 동일 참조 부호는 동일 구성 요소를 지칭하고, 본 명세서에서 사용된(언급된) 용어들은 실시예를 설명하기 위한 것이며 본 발명을 제한하고자 하는 것은 아니다. 본 명세서에서, 단수형은 문구에서 특별히 언급하지 않는 한 복수형도 포함하며, '포함(또는, 구비)한다'로 언급된 구성 요소 및 동작은 하나 이상의 다른 구성요소 및 동작의 존재 또는 추가를 배제하지 않는다. 다른 정의가 없다면, 본 명세서에서 사용되는 모든 용어(기술 및 과학적 용어를 포함)는 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 공통적으로 이해될 수 있는 의미로 사용될 수 있을 것이다. 또 일반적으로 사용되는 사전에 정의되어 있는 용어들은 정의되어 있지 않은 한 이상적으로 또는 과도하게 해석되지 않는다.

이하, 첨부된 도면을 참고로 본 발명의 바람직한 실시예에 대하여 설명한다.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 가상현실 기반의 심폐소생술 교육 시스템을 나타낸 도면이고, 도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 립모션 장치가 장착된 헤드마운트 디스플레이를 나타낸 도면이고, 도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 수납부에 더미인형이 수납된 상태를 나타낸 도면이고, 도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 더미인형을 나타낸 도면이고, 도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 수납부와 매트의 접촉 고정 부위를 상세히 나타낸 도면이고, 도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 가상현실 공간에 가상의 교육자 캐릭터가 심폐소생술 시범을 보이는 장면을 나타낸 도면이고, 도 7은 본 발명의 일 실시예에 따른 가상현실 공간에서 제공되는 가상의 피교육자 손을 타나낸 도면이다.

도 1 내지 7에 도시된 바와 같이, 가상현실 기반의 심폐소생술 교육 시스템(10)은 본체부(100), 매트(200), 더미인형(300), 헤드마운트 디스플레이(400), 스캐닝 모듈(500) 및 립모션 장치(600)를 포함한다. 또한, 가상현실 기반의 심폐소생술 교육 시스템(10)은 필요에 따라 AED(자동심장충격기, Automated external defibrillator, 미도시)를 더 포함할 수 있다.

본체부(100)는 수납부(110) 및 디스플레이부(120)를 포함할 수 있다. 디스플레이부(120)는 수납부(110)의 전방에 부착되어 심폐소생술 교육 정보를 2D 형태로 출력할 수 있다. 즉, 디스플레이부(120)는 심폐소생술 교육 과정에서 필요한 정보(교육 모드 정보, 교육 순서, 지시사항 등), 교육 결과 등을 피교육자에게 제공하는 기능을 수행한다.또한, 디스플레이부(120)는 터치입력을 통해 피교육자로부터 필요한 정보(피교육자 신상정보, 교육 이력정보 등)를 제공받을 수 있다.

수납부(110)에는 매트(200), 더미인형(300) 및 헤드마운트 디스플레이(400)를 수용하기 위한 공간이 다단으로 형성될 수 있다. 또한, 수납부(110)는 일회용품 보관함(111)을 더 포함할 수 있다. 일회용품 보관함(111)은 수납부(110)의 내부 측면에 마련된 슬라이딩 레일에 견착되어 수납부(110)의 내외부로 유출입할 수 있다. 일회용품 보관함(111)은 위생적인 인공호흡 교육을 위해 더미인형(300)의 입에 부착될 마우스 쉘드, 헤드마운트 디스플레이(400) 쉴드 등을 보관할 수 있다.

또한, 수납부(110) 외부 일측에는 심폐소생술 교육 시스템(10)을 구동시키는 파워버튼이 마련될 수 있다. 또한, 수납부(110) 외부 일측에는 심폐소생술 교육 시스템(10)에 전력을 공급할 케이블을 연결할 수 있는 파워소켓이 마련될 수 있다. 또한, 더미인형(300)은 수납부(110)에 수납된 경우 수납부 내부에 마련된 전력공급 단자에 접속되어 필요한 전력을 공급받을 수 있다. 이때, 공급받은 전력은 더미인형(300)에 포함된 충전배터리를 충전하고, 충전배터리는 더미인형(300)에 탑재된 각종 센서, 전자저울 등이 구동되는데 필요한 전력을 공급하는 기능을 수행한다. 더미인형(300)이 수납부(110) 내부에 수납되어 전력을 공급받는 경우, 이러한 상태를 표시하기 위한 충전 상태 표시부가 수납부(110)에 마련될 수 있다.

매트(200)는 수납부(110)의 전면 하단부에 접촉 고정되고 수납부(110)의 전방 바닥에 배치된다. 이때, 매트(200)를 수납부(110)의 전면 하단부에 접촉 고정하기 위한 고정수단(210)이 매트(200)의 일단부에 마련될 수 있다. 예를 들어, 매트(200)의 일단부에는 고정 수단으로 자석 바(magnetic bar, 210)가 마련될 수 있다. 도면에 도시되지 않았으나 고정수단(210)은 후크 형태, 볼트 조임 형태 등 다양한 형태가 적용될 수 있음은 물론이다.

매트(200)에는 심폐소생술 교육용 더미인형(300)이 배치될 특정 위치가 마련될 수 있다. 이때, 더미인형(300)이 배치될 특정 위치는 상기의 접촉 고정된 위치를 기준으로 미리 설정된 거리만큼 이격된 위치이다. 여기서, 매트(200)에 더미인형(300)이 배치될 특정 위치가 존재하는 이유는 더미인형(300)이 차지하는 현실의 공간(또는 위치)과 가상현실 공간에 제공되는 가상의 환자 캐릭터가 차지하는 공간(또는 위치)을 용이하게 일치시키기 위함이다. 즉, 더미인형(300)이 차지하는 현실의 공간과 가상현실에서 환자 캐릭터가 차지하는 공간을 일치시키려면, 먼저 더미인형(300)이 차지하는 공간을 정확하게 인지하는 과정을 실시한 후에 더미인형(300)이 차지하는 공간에 대응되는 가상현실 공간에 환자 캐릭터를 위치시켜야 하는데, 더미인형(300)이 차지하는 공간을 조금이라도 부정확하게 인지한다면 심폐소생술 교육 중 피교육자의 손에서 느껴지는 더미인형(300)에 대한 촉각과 가상현실에서 제공되는 환자 캐릭터와 가상의 피교육자 손(710)의 접촉에 인지부조화가 발생한다. 그런데, 더미인형(300)을 미리 설정된 특정 위치에 배치한다면 더미인형(300)이 차지하는 공간을 인지하는 과정을 생략할 수 있고, 이에 따라 더미인형(300)이 차지하는 공간을 인지하는 과정에 따라 야기되는 문제점들을 근원적으로 해결할 수 있다.

더미인형(300)에는 더미인형(300)의 입에서 흉부쪽으로 연장되는 공기 튜브가 마련되어 될 수 있다. 이때, 피교육자의 인공호흡 실시 여부 및 인공호흡의 강도를 판단하기 위해 공기 튜브 내의 압력 변화를 감지하는 공기압 센서가 탑재될 수 있다. 본 실시예에 따르면, 피교육자가 더미인형(300)의 입에 숨을 불어 넣으면 공기압 센서가 이를 정보화 하여 데이터 프로세싱 모듈(50)로 제공하고 데이터 프로세싱 모듈(50)은 제공된 정보를 바탕으로 인공호흡이 올바르게 이루어지고 있는지 여부를 판단할 수 있다. 이때, 데이터 프로세싱 모듈(50)은 수납부(110)에 탑재된 PC일 수 있다. 공기압의 정도는 교육상황에 따라 복수의 단계(예를 들어, 10단계, 20단계 등)로 나누어질 수 있다. 또한, 공기압 조절 노즐이 설치되어 캘리브레이션이 수행될 수 있다. 또한, 공기 튜브의 흉부쪽 말단에는 공기를 수용하기 위한 공기 주머니가 연결될 수 있다. 종래의 더미인형도 더미인형의 입에서 흉부까지 연결되는 공기 주머니를 가지고 있었다. 다만, 종래에는 피교육자의 인공호흡 시행에 따라 더미인형의 흉부가 부풀어 오르는 것을 육안으로 판단하였기 때문에 판단의 정확도가 매우 떨어지는 문제점을 가지고 있었다. 또한, 본 발명에 따른 심폐소생술 교육은 피교육자가 헤드마운트 디스플레이(400)를 착용한 상태에서 이루어지기 때문에 피교육자는 실제의 더미인형을 볼 수 없는 상태이다. 따라서, 피교육자는 종래의 더미인형을 이용하여 인공호흡의 강도 또는 정확도를 스스로 판단할 수 없는 문제가 있다. 이에 따라, 본 발명의 더미인형(300)은 본 발명의 가상현실 기반의 심폐소생술 교육 시스템(10)에 적합하도록 종래의 더미인형이 개량된 것이다. 또한, 본 발명의 다른 실시예에 따르면, 피교육자의 인공호흡 실시 여부 및 인공호흡의 강도를 판단하기 위해 공기압 센서는 상기 공기 주머니 내부 또는 외부에 부착되어 공기 주머니의 팽창과 수축을 감지할 수도 있다.

또한, 더미인형(300)의 어깨 부위에는 진동감지 센서가 탑재될 수 있다. 심폐소생술 과정 중에 심폐소생술 실시자는 응급환자의 의식을 확인하는 과정이 있다. 심폐소생술 교육 중에 피교육자가 의식확인 과정을 수행하였는지 여부는 더미인형(300)에 탑재된 진동감지센서를 통해 획득되는 정보를 이용하여 판단된다. 즉, 피교육자가 의식확인을 위해 더미인형(300)의 어깨를 두드리면 진동감지센서는 피교육자의 행위에 따른 진동을 정보화 하여 데이터 프로세싱 모듈(50)로 제공하고 데이터 프로세싱 모듈(50)은 제공된 정보를 바탕으로 인식확인 과정이 올바르게 이루어지고 있는지 여부를 판단한다.

또한, 더미인형(300)의 흉부에는 전자저울 및 스프링이 탑재될 수 있다. 종래의 더미인형에는 스프링만을 탑재하였는데, 스프링은 흉부압박시 반발력을 제공하여 흉부압박에 따른 현실감을 주는 기능을 수행했다. 하지만, 스프링만을 탑재한 더미인형을 이용하는 경우 흉부압박의 강도를 측정하지 못하는 문제점이 있었다. 본 실시예에서는 스프링을 통해 현실감을 주는 동시에 전자저울을 통해 흉부압박의 강도를 측정할 수 있는 장점이 있다.

또한, 더미인형(300)의 목 부위에는 더미인형(300)의 목의 회전을 감지하는 회전감지센서가 탑재될 수 있다. 심폐소생술 과정 중에 심폐소생술 실시자가 응급환자의 목을 뒤로 기울여 응급환자의 기도를 확보하는 과정이 있다. 심폐소생술 교육 중에 피교육자가 기도확보과정을 수행하였는지 여부는 더미인형(300)에 탑재된 회전감지센서를 통해 획득되는 정보를 이용하여 판단된다. 즉, 피교육자가 기도확보를 위해 더미인형(300)의 목을 뒤로 기울였을 때 회전감지센서는 더미인형(300)의 목 젖힘 정도를 정보화 하여 데이터 프로세싱 모듈(50)로 제공하고 데이터 프로세싱 모듈(50)은 제공된 정보를 바탕으로 기도확보 과정이 올바르게 이루어지고 있는지 여부를 판단한다. 여기서, 더미인형(300)의 목은 연속적이 아닌 다단으로(즉, 불연속적으로) 젖혀지도록 제작될 수 있다.

또한, 더미인형(300)은 팔 부분이 없는 상반신 형태일 수 있다. 다만, 심폐소생술 교육시 헤드마운트 디스플레이(400)를 통해 제공되는 가상현실에서 더미인형(300)과 대응되는 위치에 제공되는 형태는 가상의 더미인형 또는 인간형태의 환자 캐릭터일 수 있다. 여기서, 가상현실 기반의 심폐소생술 교육 모드는 트래이닝 모드와 실전 모드로 나누어 질 수 있다. 이때, 심폐소생술 교육 모드가 트래이닝 모드인 경우, 심폐소생술 교육시 헤드마운트 디스플레이(400)를 통해 제공되는 가상현실에서 더미인형(300)과 대응되는 위치에 제공되는 형태는 가상의 더미인형일 수 있고, 가상현실 공간에서 피교육자의 전방에는 심폐소생술 교육을 실시하는 가상의 교육자 캐릭터(610)가 제공될 수 있다. 즉, 트레이닝 모드는 심폐소생술을 위한 일련의 과정을 단계별로 가상의 교육자 캐릭터(610)가 시범을 먼저 보인 후 가상의 교육자 캐릭터(610)의 지시에 따라 피교육자가 따라 하는 형태일 수 있다. 이때, 가상의 교육자 캐릭터(610)는 피교육자의 숙련도가 기준에 미치지 못한다고 판단되는 경우 동일한 단계를 재실시하도록 지시할 수 있다. 여기서, 심폐소생술 교육 중 피교육자의 시선 추적을 통해 피교육자의 교육 집중력이 떨어졌다고 판단되는 경우 교육자 캐릭터(610)는 피교육자에게 교육에 집중할 것을 알리는 메시지를 음성 및 행동을 통해 전달할 수 있다. 이때, 피교육자의 시선 추적은 피교육자의 눈동자 추적, 헤드마운트 디스플레이(400)의 위치 또는 방향 식별을 통해 이루어질 수 있다. 심폐소생술 교육 모드가 실전 모드인 경우, 심폐소생술 교육시 헤드마운트 디스플레이(400)를 통해 제공되는 가상현실에서 더미인형(300)과 대응되는 위치에 제공되는 형태는 인간형태의 환자 캐릭터일 수 있다. 이때, 피교육자가 현장 감각을 익힐 수 있도록 가상의 교육자 캐릭터(610)는 제공되지 않으며 가상현실 공간의 배경은 길거리, 지하철 등 다양한 형태로 제공될 수 있다.

피교육자가 매트(200) 위에 놓인 더미인형(300)을 대상으로 심폐소생술을 실시하는 경우 피교육자가 더미인형(300)에 가하는 힘으로 인해 더미인형(300)이 원래의 위치에서 이탈할 수 있다. 이때, 더미인형(300)이 미리 설정된 특정의 위치에서 이탈하는 경우 피교육자가 촉각을 통해 인지하는 더미인형(300)의 위치와 헤드마운트 디스플레이(400)를 통해 피교육자에게 시각화되는 응급환자(더미인형에 대응되는 가상현실 속 인물)의 위치 사이에 괴리감이 발생할 수 있고, 이 경우 피교육자는 촉각과 시각 사이에 인지부조화가 발생할 수 있다. 따라서, 더미인형(300)은 매트(200) 상에서 특정의 위치에 고정될 필요가 있다. 이에 따라 더미인형(300)이 심폐소생술 실시 중에 특정의 위치에 고정될 수 있도록 더미인형(300)은 등 부위 모서리 측에 마찰력이 큰 슬립방지 패드(310)를 포함할 수 있다. 또한, 더미인형(300)의 등 부위에는 등의 법선 방향(즉, 등에서 바닥방향)으로 돌출부(320)가 형성될 수 있고, 매트(200)에 마련된 특정 위치에는 돌출부(320)가 수용되도록 돌출부(320)에 대응되는 형태와 깊이를 갖는 고정홈이 형성될 수 있다. 예를 들어 돌출부(320)는 더미인형(300)의 등 부위의 위에서 아래로 평행한 2개의 막대 형상이고 등의 법선 방향으로 소정의 높이만큼 돌출된 형상일 수 있다. 결과적으로 더미인형(300)에 마련된 슬립방지 패드(310)와 돌출부(320)를 통해 피교육자가 심폐소생술을 실시하는 경우에도 더미인형(300)이 매트(200)의 특정 위치에서 이탈되는 것이 방지될 수 있다. 또한, 수납부(110) 내부 하측에는 더미인형(300)의 돌출부(320)에 대응되는 형태과 깊이를 같은 고정홈(115)이 마련될 수 있다.

헤드마운트 디스플레이(400)는 피교육자의 두부에 장착되어 피교육자에게 심폐소생술 교육을 위한 3D 가상현실을 제공할 수 있다. 헤드마운트 디스플레이(400)는 교육 중이 아닐 때 수납부(110) 내에 마련된 공간에 보관될 수 있다. 헤드마운트 디스플레이(400)는 수납부(110) 내부로부터 유선으로 연결될 수 있다. 이때, 헤드마운트 디스플레이(400)는 유선을 통해 전력을 일정하고 안정적으로 공급받을 수 있다. 또한, 헤드마운트 디스플레이(400)는 피교육자에게 가상현실 영상만을 제공하고 가상현실 구현을 위한 데이터 처리는 유선으로 연결된 데이터 프로세싱 모듈(50)에서 수행될 수 있고 이 경우 헤드마운트 디스플레이(400)는 데이터 처리 부담을 덜 수 있는 장점이 있다. 다만, 현재 5G 시대의 도래로 통신환경이 급속도록 변하고 있기 때문에 무선을 통한 구현도 가능할 것이다. 또한, 가상현실 구현을 위한 데이터 처리는 데이터 프로세싱 모듈(50)이 아닌 클라우드 시스템을 통해 구현될 수도 있을 것이다. 헤드마운트 디스플레이(400)가 유선으로 연결될 경우, 선은 코드릴 구조로 구현되어 늘었났다 줄어드는 형태가 될 수 있다.

스캐닝 모듈(500)은 본체부(100)의 미리 설정된 위치에 장착될 수 있다. 이때, 미리 설정된 위치는 도 1에 도시된 바와 같이 디스플레이부(120)의 상단 중앙부일 수 있다. 스캐닝 모듈(500)은 헤드마운트 디스플레이(400)를 통해 제공되는 가상현실이 구현될 공간을 형성하기 위해 상기한 미리 설정된 위치를 기준으로 본체부(100) 주변의 공간을 스캔할 수 있다. 즉, 스캐닝 모듈(500)이 본체부(100) 주변의 공간을 스캔하여 공간 정보(또는, 공간좌표 정보)를 생성하고 생성된 공간 정보를 데이터 프로세싱 모듈(50)로 전송하면, 데이터 프로세싱 모듈(50)은 생성된 공간 정보와 대응되는 공간좌표를 갖는 가상현실 환경을 헤드마운트 디스플레이(400)를 통해 피교육자에게 제공한다. 또한, 스캐닝 모듈(500)은 스캔된 공간 내에 위치하는 헤드마운트 디스플레이(400)의 위치 및 방향을 식별하여 헤드마운트 디스플레이(400)의 위치 및 방향 정보를 생성하고 생성된 위치 및 방향 정보를 데이터 프로세싱 모듈(50)로 전송한다. 이때, 데이터 프로세싱 모듈(50)은 헤드마운트 디스플레이(400)의 위치 및 방향 정보를 이용하여 피교육자의 시선 정보를 생성하고, 생성된 시선 정보에 기초하여 가상현실 환경을 헤드마운트 디스플레이(400)를 통해 피교육자에게 제공한다.

립모션 장치(600)는 헤드마운트 디스플레이(400)에 장착될 수 있고, 립모션 장치(600)는 장착된 위치를 기준으로 피교육자의 손의 위치를 식별할 수 있다. 여기서, 립모션 장치(600)는 피교육자의 손의 위치를 식별하여 피교육자의 손의 위치 정보를 생성하고 생성된 위치 정보를 데이터 프로세싱 모듈(50)로 전송한다. 이때, 데이터 프로세싱 모듈(50)은 피교육자의 손의 위치 정보에 대응되는 가상현실 공간에 가상의 피교육자 손(710)을 헤드마운트 디스플레이(400)를 통해 피교육자에게 제공한다.

가상현실 기반의 심폐소생술 교육 준비 순서는 다음과 같다. 첫째, 수납부(110)에서 더미인형(300), 마우스 쉴드 및 헤드마운트 디스플레이 마스크를 꺼낸다. 여기서, 마우스 쉴드 및 헤드마운트 디스플레이 마스크는 하나의 더미인형(300)과 헤드마운트 디스플레이(400)를 복수의 피교육자가 사용하기 때문에 발생할 수 있는 위생문제를 해결하기 위한 도구이다. 둘째, 매트(200)에 마련된 특정 위치에 더미인형(300)을 배치한다. 셋째, 마우스 쉴드를 더미인형(300)의 입에 부착한다. 넷째, 피교육자는 헤드마운트 디스플레이(400) 마스크를 착용한다. 다섯째, 피교육자는 매트(200) 상의 지정된 위치에 선다. 여섯째, 피교육자는 디스플레이부(120)에서 출력되는 지시에 따라 필요한 정보를 입력한다. 일곱째, 피교육자는 헤드마운트 디스플레이(400)를 착용한다.

가상현실 기반의 심폐소생술 교육이 시작되면, 헤드마운트 디스플레이(400)로 가상의 심폐소생술 교육 환경이 제공되고 피교육자는 심폐소생술 교육 시스템(10)에서 제공되는 지시에 따라 심폐소생술 교육을 받게 된다. 현실의 공간에서 피교육자는 심폐소생술 교육 시스템(10)의 지시에 따라 더미인형(200)을 대상으로 심폐소생술을 실시하게 되고, 피교육자의 시각을 통해 제공되는 가상현실에서는 더미인형(200)이 놓여있는 위치에 응급환자가 위치하게 되고, 가상현실 환경에 따라 심폐소생술 조력자인 행인 등이 나타나게 된다. 이에 따라, 피교육자는 실제 응급상황과 같은 환경에서 심폐소생술 교육을 받을 수 있게 된다.

도 8은 본 발명의 일 실시예에 따른 가상현실 기반의 심폐소생술 실습 완료에 따른 학습결과를 시각화하여 제공하는 화면을 나타낸 도면이다.

도 8을 참조하면, 심폐소생술 실습 완료에 따른 학습결과는 종합점수(810), 심폐소생술 과정 단계별 결과 그래프(820), 심폐소생술 과정 단계별 상세 결과(830)를 포함할 수 있다. 심폐소생술 과정 단계는 일반적으로 의식 확인, 도움 요청, 호흡 확인, 상의 제거, 제1 내지 제5 흉부압박 사이클, 자동심장충격기 실습을 포함한다. 심폐소생술 과정 단계별 상세 결과(830)는 심폐소생술 과정 단계별로 피교육자의 숙련도를 분석하여 점수화(또는 백분율화)한 것이며, 심폐소생술 과정 단계별 결과 그래프(820)는 단계별로 점수화된 피교육자의 숙련도를 한 눈에 파악할 수 있도록 시각화한 것이다. 도 8에서 도시된 결과 그래프(820)는 방사형 그래프를 예로 들었으나 그래프의 형태는 막대형, 원형, 분산형 등 제한 없이 적용될 수 있다. 종합점수(810)는 단계별로 점수화된 결과를 평균한 결과일 수 있으며, 각 점수에 대응되는 평가 코멘트가 함께 제공될 수 있다. 도 8에 도시된 학습결과는 심폐소생술 실습 완료에 따라 디스플레이부(120) 또는 헤드마운트 디스플레이(400)를 통해 출력될 수 있다. 또한, 학습결과는 피교육자의 요청에 따라 피교육자가 설정한 이메일로 전송될 수도 있을 것이다.

이상에서는 본 발명의 바람직한 실시 예에 대하여 도시하고 설명하였지만, 본 발명은 상술한 특정의 실시 예에 한정되지 아니하며, 청구범위에 청구하는 본 발명의 요지를 벗어남이 없이 당해 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 다양한 변형실시가 가능한 것은 물론이고, 이러한 변형실시들은 본 발명의 기술적 사상이나 전망으로부터 개별적으로 이해되어서는 안 될 것이다.

100 : 본체부
110 : 수납부
120 : 디스플레이부
200 : 매트
300 : 더미인형
400 : 헤드마운트 디스플레이
500 : 스캐닝 모듈
600 : 립모션 장치

Claims (1)

1. 가상현실 기반의 심폐소생술 교육 시스템에 있어서,
   수납부 및 상기 수납부의 전방에 부착되어 심폐소생술 교육 정보를 2D 형태로 출력하는 디스플레이부를 포함하는 본체부;
   일단이 상기 수납부 전면 하단부에 접촉 고정되고 상기 수납부 전방 바닥에 배치되며 상기 접촉 고정된 위치를 기준으로 심폐소생술 교육용 더미인형이 배치될 특정 위치가 마련된 매트;
   상기 매트에 마련된 특정 위치에 배치되는 심폐소생술 교육용 더미인형;
   피교육자의 두부에 장착되어 상기 피교육자에게 심폐소생술 교육을 위한 3D 가상현실을 제공하는 헤드마운트 디스플레이;
   상기 본체부의 미리 설정된 위치에 장착되고, 상기 3D 가상현실이 구현될 공간 형성을 위해 상기 미리 설정된 위치를 기준으로 상기 본체부 주변의 공간 스캔을 수행하고, 상기 스캔된 공간 내에서 상기 헤드마운트 디스플레이의 위치를 식별하는 스캐닝 모듈; 및
   상기 헤드마운트 디스플레이에 장착되고 상기 장착된 위치를 기준으로 상기 피교육자의 손의 위치를 식별하는 립모션 장치를 포함하고,
   상기 더미인형이 차지하는 공간에 대응되는 가상현실 공간에 가상의 더미인형 또는 환자 캐릭터를 제공하고, 상기 립모션 장치에서 인식되는 피교육자의 손의 위치에 대응되는 가상현실 공간에 가상의 피교육자 손을 제공하고,
   상기 가상현실 공간에서 상기 피교육자의 전방에는 심폐소생술 교육을 실시하는 가상의 교육자 캐릭터가 제공되고, 상기 심폐소생술 교육 중 상기 피교육자의 시선 추적을 통해 상기 피교육자의 교육 집중력이 떨어졌다고 판단되는 경우 상기 교육자 캐릭터는 상기 피교육자에게 교육에 집중할 것을 알리는 메시지를 음성 및 행동을 통해 전달하고,
   상기 더미인형에는 상기 더미인형의 입에서 흉부쪽으로 연장되는 공기 튜브가 마련되어 있고, 상기 피교육자의 인공호흡 실시 여부 및 인공호흡의 강도를 판단하기 위해 상기 공기 튜브 내의 압력 변화를 감지하는 공기압 센서가 탑재되고,
   상기 더미인형의 어깨 부위에는 상기 심폐소생술 교육 과정 중 상기 피교육자가 응급환자의 의식을 확인하는 과정을 수행하는지 여부를 판단하기 위한 진동감지 센서가 탑재되고,
   상기 더미인형의 흉부에는 흉부압박의 강도를 측정하기 위한 전자저울이 탑재되고,
   상기 더미인형의 목 부위에는 상기 심폐소생술 교육 과정 중 상기 피교육자가 응급환자의 기도확보과정을 수행하는지 여부를 판단하기 위한 상기 더미인형의 목의 회전을 감지하는 회전감지센서가 탑재되고,
   상기 수납부는 상기 매트, 더미인형 및 헤드마운트 디스플레이를 수용하기 위한 공간이 다단으로 형성되어 있고, 상기 수납부는 일회용품 보관함을 포함하며,
   상기 더미인형의 등 부위에는 상기 심폐소생술 교육 중에 상기 더미인형이 상기 매트에서 이탈하는 것을 방지하기 위한 슬립방지 패드가 형성되어 있고,
   상기 더미인형의 등 부위에는 상기 등 부위의 법선 방향으로 돌출부가 형성되어 있고, 상기 매트에 마련된 특정 위치에는 상기 돌출부가 수용되도록 상기 돌출부에 대응되는 형태와 깊이를 갖는 고정홈이 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 가상현실 기반의 심폐소생술 교육 시스템

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