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치과에서는 치아우식증, 치수 및 치주질환에 대한 임상적 검사뿐만 아니라 방사선학적 검사 등을 종합하여 진단을 내린다[1]. 치과 방사선 촬영은 눈으로 직접 확인할 수 없는 치근단 및 주위 조직에 대한 진단을 위해 필요하다. 파노라마는 상 ‧ 하악 치아와 치조골 등 전반적인 상태를 확인할 수 있지만, 특정 치아와 주위 병소에 대해 더 정밀하고 높은 해상도의 사진을 얻기 위해서는 추가적인 구내 치근단 방사선촬영이 필요하다[2],[3]. 구내 치근단 방사선 촬영 중 등각촬영법은 이등변삼각형의 원리를 이용한 방법으로, 치아의 장축과 필름이 이루는 가상의 이등분선에 중심방사선을 수직으로 조사한다[4]. 등각촬영법은 필름의 위치에 따라 상의 연장이나 단축과 같은 왜곡이 발생하기 때문에 촬영 실책율이 높게 나타난다[5]. 치근단 및 주위 조직의 정확한 진단을 위해서는 올바른 등각촬영법을 통한 방사선 사진이 필요하다. 따라서 등각촬영법은 구강 내 해부학적, 형태학적 구조의 이해뿐만 반복적인 연습을 통한 숙련이 필요하다.

치과위생사는 의료기사 등에 관한 법률 시행령 제2조 제1항에 근거하여 구내 진단용 방사선 촬영 업무를 수행한다[6]. 등각촬영법은 치과위생사를 대상으로 한 연구에서 핵심기본치위생역량술에 대한 29개 항목 중 13번째로 높은 숙련요구도를 나타내었다[7]. 치과위생사의 주요 업무에는 치석제거, 칫솔질 교육 등이 있지만, 구내 방사선 촬영 등의 업무 숙련도도 비교적 높은 요구도를 나타낸다. 치과위생사는 방사선관계종사자에 대한 직종별 비교에서 방사선사, 의사, 치과의사 다음으로 방사선 발생 장치의 사용 빈도와 피폭선량이 높다[8]. 특히 치과 병 ‧ 의원에 근무하는 치과위생사는 구내 치근단 방사선 촬영을 대부분 담당하고 있으며, 방사선 노출량이 많은 것으로 보고되고 있다[9]. 이는 치과위생사의 구내 진단용 방사선 촬영 업무에 대한 숙련도와 방사선 피폭선량에 관계가 있음을 의미한다. 따라서 임상 치과위생사의 숙련도 향상뿐만 아니라, 치위생학과 학생들의 치과 방사선학 실습 교육을 통한 반복적인 경험이 중요하다.

국내의 진단용 방사선 발생 장치는 사용 목적과 촬영 대상에 따라 적용되는 법이 달라지며, 보건 계열 대학교에서 교육 및 실습을 목적으로 사용하는 경우 원자력안전법 하위 규정이 적용된다[10]. 치위생학과 학생은 원자력안전법 시행령 제2조 제8항에 따라 방사선 관리구역 수시출입자 또는 일반인으로 구분되어 치과 진단용 방사선 발생 장치를 인체에 사용할 수 없다[11]. 이에 따라 치위생학과 학생들은 치과 방사선용 실습 마네킨을 촬영 실습에 이용하고 있으며, 구강 내 방사선을 직접 조사할 수 없어서 실습의 어려움을 겪고 있다[12]. 치과 방사선용 실습 마네킨을 이용한 실습은 해부학적 구조에서 수직각과 수평각을 맞추기가 쉬워 상호실습보다 효과적으로 나타났다[12]. 그러나 방사선용 실습 마네킨 등의 기자재 구입과 방사선 관리구역 출입을 위한 조건 등은 관련 학과의 비용과 시간, 방사선 안전 문제에 대한 부담으로 작용할 수 있다. 이처럼 실습 장비 및 환경 등의 제한으로 치위생학과 학생들은 구내 진단용 방사선 촬영 숙련도 향상에 어려움이 있는 상황이다. 따라서 치위생학과의 치과방사선학 의 등각촬영법 실습 과정에서 비용 부담이 적고, 장비 및 환경의 제한을 받지 않으면서 학생들이 반복적으로 사용할 수 있는 새로운 교육 매체와 방법이 필요하다.

치과 진료에는 구강 해부학에 대한 학문적 지식, 이해, 임상 기술 등이 요구된다. 이에 따라 치의학 교육에서는 가상현실(VR; Virtual reality) 기술을 이용한 학습 매체를 기존 학습의 보조 수단으로 함께 활용하고 있다[13]. VR 기술을 기반으로 가상의 학습 환경을 생성하여 진행한 치아형태학 학습은 기존의 교과서 중심의 학습보다 이해하기 쉽고, 학습자들의 높은 학습 수용도를 보였다[14]. 치과대학의 직접 수복 커리큘럼에 VR을 사용한 집단은 그렇지 않은 집단보다 만족스러운 수복 성과를 나타내었다[15]. 또한, 노인의 구강 건강 관리를 위한 VR 기반 교육 연구에서 구강 관련 지식, 태도, 자기효능감과 의도가 VR을 사용하지 않은 집단보다 높게 나타났다[16]. 이처럼 VR 기술은 가상의 몰입형 경험을 통해 이전보다 높은 교육 효과를 기대할 수 있다.

치과 방사선학과 관련한 연구에서는 증강현실(AR; Augmented reality)을 이용한 시뮬레이터 개발 또는 360° VR을 이용한 매체 개발 등 시청각 중심의 연구들이 이루어지고 있다[17],[18]. 이러한 연구에 따르면 AR 시뮬레이터를 사용한 집단은 학습 흥미도, 학습 만족도 및 실습 만족도가 높았으며, 360° VR을 이용한 집단의 만족도가 대조집단보다 높았다. 그러나 이러한 매체는 사용자가 직접 조작을 할 수 없다는 한계가 있다. 치과 방사선학은 치과 진료 과정에서 환자의 구강 진단을 위한 중요한 요소이다. 그렇기 때문에 방사선 발생에 따른 환경적, 공간적 제한을 벗어나 학습자가 직접 조작하고 실습을 경험할 수 있는 교육 매체에 대한 연구가 필요하다.

VR은 3차원(3D; Three-dimensional) 오브젝트(object)와 환경으로 이루어진 가상의 공간을 구현하여, 실제 존재하는 것 같은 가상의 환경에서 상호작용을 제공하는 기술이다[19]. VR은 휴대폰과 같은 장치를 통해 접근할 수도 있지만, 머리 착용 디스플레이(HMD; Head–mounted display)를 통해 가상의 3D 오브젝트와 직접 상호작용할 수 있다[20]. VR 기반 매체는 사용자의 시각과 청각을 자극하여 생동감 있는 경험을 제공한다[21]. VR은 HMD를 구매하여 이용할 수 있기 때문에 실제 작업 환경을 구성하기 위한 비용 대비 효율적이고 안전한 경험을 제공할 수 있다[22]. VR 기반 학습에서 반복적인 사용을 통한 단기 기억력은 시각과 청각의 영향을 받지 않지만[23], 촉각을 포함한 다른 감각 신호를 통합 및 강화하는 과정에서 정보의 인식을 향상할 수 있다는 보고가 있었다[24]. 따라서 이 연구에서는 사용자가 직접 조작하여 시각, 청각, 촉각 등의 감각을 자극하고 생동감과 몰입감 있는 경험을 제공할 수 있는 등각촬영법 VR 매체를 개발하고자 한다.

VR은 등각촬영법 학습 및 실습 과정에서 반복적인 학습 경험을 제공할 수 있는 매체이다. 따라서 이 연구에서는 치위생학과 치과방사선학 과정 중 상악 중절치를 중심으로 한 등각촬영법 학습을 위한 가상현실 시뮬레이터(VRS; Virtual reality simulator)를 개발하고자 한다. 이를 통해 치과 방사선학 임상 전 단계에서 활용할 수 있는 새로운 매체의 사용 가능성을 확인하고 치과방사선학 실습을 위한 기초 자료를 제안하고자 한다.

VR은 가상의 환경에서 높은 실재감과 몰입감을 통해 실제로 그 공간에 존재하는 듯한 경험을 제공한다[25]. 현재는 게임, 영상미디어, 교육 등의 분야에서 차세대 플랫폼으로써 다양하게 활용되고 있다[26]-[28]. VR 환경 기술에서 몰입감에 영향을 주는 요소는 현실감 있는 시각 구현, 다중감각의 체험 구현, 시야의 차단, 상호작용 및 내용이 있다[29]. 특히 HMD는 트래킹 기술을 통해 사용자의 움직임을 반영하여 디스플레이가 재생된다[30],[31]. HMD 기반의 몰입형 VR 콘텐츠를 이용한 수업은 학습에 도움이 되고, 사용자의 흥미 유발에 영향을 미친다[32]. 즉 HMD 통한 VR 콘텐츠는 사용자에게 능동적 경험을 제공하고, 학습자의 몰입에 영향을 미칠 수 있다. 치의학, 치위생학 분야에서는 다양한 VR 교육 콘텐츠 개발이 이어지고 있다. 치과대학 학생들을 대상으로 파노라마 방사선 촬영에 대한 VR 시뮬레이션 연구에 따르면, VR 시뮬레이션을 사용한 집단은 강의만 들은 집단보다 구강에 대한 해부학적 구조 식별에 대해 더 높은 점수를 나타내었다[33]. 또한, VR 기술을 이용한 치아형태학 실습 시스템을 개발하여 학습자의 임상 기술을 향상하기 위한 노력도 이어지고 있다[34]. 그러나 이러한 VR 매체들은 실제 임상처럼 전반적인 실습 과정에 대해 재현되지 않거나, 사용자가 직접 조작하며 경험할 수 있는 범위가 제한적이다. 치과 임플란트 수술 교육을 위한 VR 연구에서, VR 시뮬레이션을 이용한 교육은 대상에 대한 위험성이 없는 상태에서 실습 경험을 제공하고 학생들의 숙련도를 평가할 수 있는 교육 도구로써 가능성을 제안하였다[35]. 즉, 치의학 및 치위생학 분야에서 학습자의 실습 역량을 높이기 위해서는 사용자가 직접 시뮬레이션할 수 있는 VR 매체가 필요하다. 치의학 및 치위생학 교육에서는 가상현실 기술을 이용한 다양한 매체가 개발 및 평가되고 있으나, 원자력 안전 규정을 받는 국내 대학의 치과방사선학 수업을 위한 매체 개발은 활발히 이루어지지 않고 있는실정이다. 따라서 이 연구에서는 HMD 기반의 상악 중절치 등각촬영법 VRS를 개발하고자 하였다.

이 연구에서는 상악 중절치 등각촬영 과정을 시나리오를 기반으로 하여, 수행 동작에 따라 (1)부터 (19)까지 세부적으로 구분하였다. VRS는 3D 오브젝트를 이용한 모델링 과정을 통해 개발하였다. VRS는 HMD와 컨트롤러를 이용해 가상의 공간에서 상악 중절치 등각촬영을 경험할 수 있도록 하였다. HMD 기반 VR 매체는 사용자가 초기에 컨트롤러 조작에 대해 어려움을 느낄 수 있어서 시뮬레이션 초기 화면에서 컨트롤러 조작 방법을 제기하였다. 각 단계는 사용자가 3D 오브젝트를 이용하여 각 단계에서 동작을 수행하도록 하였다. 이때 사용자가 정확한 동작을 수행해야 다음 단계로 넘어가는 버튼이 활성화되도록 하였다. 모든 단계가 수행되면 프로그램을 종료하거나 처음부터 다시 시작될 수 있도록 구성하였다. Park 등[36]의 연구에 따르면, VR 기반의 조작 가능한 교육 콘텐츠는 학습자의 이론 지식, 수행 능력 및 실습 만족도 향상에 영향을 미치는 것으로 나타났다. 그리고 VR 기술 기반의 인체모형 임상 전 단계 학습은 실제 실습 과정에서는 치료의 안전성 및 수행에 대한 자신감 향상에 도움이 된 것으로 나타났다[37].

이 연구에서는 상악 중절치 등각촬영법 VRS를 개발하였으나 매체의 유효성을 검증하기 위한 평가가 이루어지지 않았다. 따라서 VRS에 대한 사용자의 평가와 교육 도구로써 효과와 영향을 확인하기 위한 표본집단을 구성하여 후속 연구를 진행할 필요가 있다. 그리고 치아와 해부학적 구조에 따라 치근단 촬영 오류의 빈도가 증가하며, 특히 상악 대구치 촬영 시 촬영 오류가 빈번하게 발생하기 때문에[38], 상 ‧ 하악 치아별로 등각촬영법 VRS를 추가 개발할 필요가 있다. 또한, HMD 기술 발달에 따라 혼합현실(Mixed reality)형으로 개발된 Microsoft의 Hololens 등[39]의 매체에서 적용할 수 있는 콘텐츠 개발이 필요하다.

이 연구에서는 물리적인 환경에 따른 제약을 극복하기 위해서, VR 기술을 이용하여 등각촬영법을 시뮬레이션할 수 있는 실습 도구를 개발하였다. 등각촬영법 VRS는 가상의 치과 방사선실, 치과 방사선기기, 환자 등을 3D 오브젝트로 구현하였고, 사용자가 3D 오브젝트와 상호작용할 수 있도록 개발하였다. 사용자는 HMD를 통해 술자 시점에서 등각촬영법을 경험하고, 컨트롤러를 통해 3D 오브젝트를 잡거나, 이동시킬 수 있다. 또한, 각 단계에 따라 상악 중절치 등각촬영법을 직접 수행할 수 있도록 구성하였다. 등각촬영 과정은 19단계로 세분화하여 수행되며, 단계별로 가상현실 동작이 올바르게 수행되는 경우 다음 단계로 진행할 수 있도록 하였다. 그러나 이 연구에서는 VRS에 대한 개발만 수행되었기 때문에, 사용자 경험 및 교육 효과에 대한 평가가 추가로 필요하다.