가상현실 기반 치과 진료 자세 교육 시스템 개발 및 평가 = Development and Evaluation of a Virtual Reality System for Dental Ergonomic Training

국문 초록 (Abstract)

본 연구는 치과대학생의 작업 자세 향상을 위한 실감형 교육 기술의 일환으로, 가상현실 기반 실시간 자세 피드백 시스템인 Dental VR-RET(Virtual Reality-based Real-time Ergonomics Training)을 개발하고, 그 사용성과 효과성을 종합적으로 검증하는 것을 목적으로 하였다. 치과 시술 과정에는 장시간 반복적인 술기 가 요구되며, 이로 인해 비정상적이고 위험한 자세가 빈번하게 나 타나 근골격계 질환의 위험을 높인다. 그러나 기존의 술기 교육에 서는 자세에 대한 실시간 피드백이나 자세 교정을 위한 도구가 부 족하다는 한계가 존재하였다. 본 연구에서는 이러한 문제를 해결 하기 위해, 상지와 체간의 움직임을 정밀하게 추적하는 모션 센서 기반 시스템을 설계하였으며, 진료시 작업 자세의 적절성을 평가 하기 위해 국제적으로 검증된 RULA 지수를 활용하였다. 실험은 세 단계(사전, 개입, 사후)의 반복 측정 구조로 설계하였으며, 매 단계마다 VR을 통해 가상의 환자를 스케일링하고 모션센서를 통 해 자세를 분석한다. 실험집단은 개입단계에서 자세에 대한 피드 백을 제공하고, 통제집단은 피드백 없이 동일한 VR 환경에서 과 제를 반복 수행하도록 하였다.
총 52명의 치과대학생을 대상으로 실시한 실험 결과, 실험집단 은 통제집단에 비해 사후 검사에서 고위험 자세 비율이 유의미하 게 감소하였으며, 상대 시간 점수와 ERP(Ergonomic Risk Potential) 지표에서도 개선되는 모습을 보였다. 특히, 피드백이 없 는 사후 단계에서도 실험군의 자세 유지가 지속되었으며, 이는 일 시적인 반응이 아닌 내재화된 자세 인식 능력이 향상되었음을 시 사한다. 정량적 분석 외에도, 시스템의 사용성은 NASA-TLX와 VR 사용성 평가 설문을 통해 평가되었으며, 전반적으로 높은 몰입감과 조작성, 교육적 유용성에 대한 긍정적인 평가가 나타났다. 또한, 실험 종료 후 개방형 설문 및 반구조화 인터뷰를 통해 수집 된 질적 자료에서는 시스템의 현실성, 반복 학습의 용이성, 자기 주도 학습 지원 측면에서 강점이 강조되었으며, 일부 사용성 개선 을 위한 구체적 제안도 도출되었다.
본 연구는 VR 기술과 센서 기반 실시간 피드백 시스템을 접목 하여 치과 교육의 실제적 문제를 해결하고자 시도하였으며, 향후 다양한 술기 훈련 환경으로의 확장 가능성과 교육적 효과를 확인 하였다. 이를 통해 Dental VR-RET이 단순한 시뮬레이션을 넘어 학습자의 자세 인식과 교정을 유도하는 효과적인 교육 도구의 가 능성을 갖고 있음을 제시하는 바이다.

다국어 초록 (Multilingual Abstract)

This study aimed to develop and evaluate Dental VR-RET (Virtual Reality-based Real-time Ergonomics Training), an immersive training system designed to improve dental students' ergonomic posture during clinical procedures. Despite the high prevalence of awkward postures and musculoskeletal risk in dental practice, existing preclinical training lacks effective tools for real-time postural correction. To address this gap, the system was developed using a Unity-based VR environment combined with motion-tracking sensors, enabling real-time feedback derived from the Rapid Upper Limb Assessment(RULA). The system provides users with visual and auditory feedback during a dental scaling procedure by detecting upper limb and trunk postures and assessing their ergonomic risk levels.
A three-phase experimental design (pre-intervention, intervention, post-intervention) was conducted with 52 dental students randomly assigned to either the experimental group (real-time feedback provided) or the control group (no feedback). The results demonstrated that the experimental group showed significant improvements in posture, including a reduction in high-risk positions and improved time-weighted posture scores, even during the post-intervention phase without feedback. These results suggests the development of sustained ergonomic awareness rather than temporary compliance. The effectiveness of the system was further supported by usability surveys (NASA-TLX and VR usability scale), which revealed high ratings for immersion, ease of use, and educational utility. Additionally, qualitative data from open-ended survey responses and semi-structured interviews highlighted strengths such as realistic simulation, opportunities for repetitive practice, and self-directed learning support. Users also provided constructive feedback for system refinement.
This study contributes to the field of dental education by integrating immersive VR technology with real-time ergonomic feedback, providing an effective solution for posture training in clinical skill development. Dental VR-RET holds potential as a scalable, self-directed digital training tool that can enhance body awareness and support healthier working habits among dental trainees.

목차 (Table of Contents)

• 제 1 장 서론 1
• 제 1 절 연구의 필요성 1
• 제 2 절 연구의 목적 3
• 제 2 장 이론적 배경 4
• 제 1 절 치과 진료 자세의 중요성 4
• 제 2 절 치의학 분야에서의 가상현실 활용 8
• 제 3 절 인체공학적 자세분석 12
• 제 4 절 가상현실과 모션트래킹을 활용한 자세분석 23
• 제 3 장 연구방법 27
• 제 1 절 연구절차 27
• 제 2 절 실험대상 및 방법 33
• 제 3 절 자료수집 및 분석 35
• 제 4 절 윤리적 문제 38
• 제 4 장 연구결과 39
• 제 1 절 Dental VR-RET 39
• 제 2 절 사용성 평가 결과 42
• 제 3 절 효과성 평가 결과 47
• 제 5 장 결론 및 제언 54
• 제 1 절 결론 54
• 제 2 절 제언 57
• 제 3 절 한계 59
• 참고문헌 62
• Abstract 69