본 연구는 호흡재활에 있어 전통적인 방식을 벗어나 시각적 되먹임과 자동 부하 기능이 적용된 호흡 훈련 프로그램과 도구를 개발하고자 한다. 2000년부터 시작된 호흡재활이지만, 체계적이고 효율적인 훈련법에 대한 근거가 부족하며 현재 임상에서 환자들이 사용하고 있는 호흡 훈련 기기는 그 한계점이 뚜렷하다. 따라서, 본 연구에서는 기존의 호흡재활을 개선시킬 수 있는 호흡 훈련 기기와 훈련법을 개발하고 이를 임상에 적용시켜 최종 시제품을 개발하고자 한다.
설계 단계에서 하드웨어, PCB, Body 설계를 결정하였으며, 자동 부하장치와 마우스 피스를 추가적으로 설계하였다. 동시에, 게임 기반 호흡재활 프로그램 개발을 위해 소프트웨어는 호흡 재활을 향상하기 위한 게임 개발에 초점을 두었다.
제작 결과, 호흡 센서와 산소포화도 센서 및 UV 살균 센서가 들어간 PCB 개발하였고, 흡기와 호기의 동시 훈련을 위한 호흡량과 세기 정도를 인식한 훈련 게임을 개발하였다. 그리고, 폐활량과 호흡근 측정을 위한 알고리즘을 개발하였으며, 훈련과 측정 그리고 데이터 기록을 위한 호흡 훈련 플랫폼을 개발하였다. 마지막으로 호흡 훈련 기기와 스마트폰 연결 통신 시스템을 최종 개발하였다. 이상의 개발 이후 최종적으로 시제품을 개발하였고, 개발된 시제품을 현장 및 임상에 적용하였다.
개발된 시제품을 현장에 적용하여 개선사항 및 효율성을 확인하기 위해, 본 연구에서는 개발된 호흡재활 시스템을 임상에 적용하여 그 결과를 분석하였다. 뇌졸중 환자 30명(평균 연령 54.9세)을 본 연구에서 개발한 게임을 이용한 호흡 프로그램(n=15, 실험군)과 기존 호흡 프로그램(n=15, 대조군)에 무작위로 할당하였다. 두 가지 호흡 프로그램은 4주 동안 주 2회 30분씩 실시하였다. 측정은 4주간의 호흡 프로그램 전·후에 가로막 움직임과 폐기능을 측정하였다. 가로막의 움직임을 측정하기 위해 초음파를 사용하고 폐 기능을 측정하기 위해 AVAD9를 사용하였다. 강제 폐활량(FVC), 1초 동안 강제 호기량(FEV₁), 최대 호기 유량(PEF) 중 대조군은 PEF에서 유의한 증가를 보였으나(p<.05), 가로막 움직임, FVC, FEV₁에서는 유의한 차이가 없었다. 실험군은 FEV₁를 제외한 모든 종속변수에서 유의한 증가를 보였다(p<.05). 군 간 비교에서, 실험군은 대조군에 비해 가로막 운동, FVC, PEF에서 유의한 증가를 보였다(p<.05).
이상의 결과를 바탕으로 본 연구에서 개발한 새로운 호흡 재활 시스템이 뇌졸중 환자의 호흡재활을 위한 가로막 움직임 및 폐기능을 향상시킬 수 있고, 이에 따른 향상은 환자들의 삶의 질을 향상시키고 일상생활을 개선하는데 기여할 수 있을 것으로 기대한다.