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보고서 초록
요약문
SUMMARY
목차
제1장 서론 23
1.1. 연구개발의 필요성 23
1.1.1. 연구개발의 중요성 23
1.1.2. 특수재난 구급장비 패키지 기술개발의 세계적 수준 46
1.1.3. 기능성 구급침상 개발 및 구급대 적용과 관련한 연구개발 실적 46
1.1.4. 현 기술상태의 취약성 54
1.1.5. 앞으로의 전망 59
1.1.6. 기술도입의 가능성 60
제2장 연구개발 목표 및 평가의 착안점 61
2.1. 연구개발 목표 61
2.1.1. 과제별 연구개발 목표 61
2.1.2. 평가의 착안점 62
제3장 연구범위 및 연구수행 방법 63
3.1. 특수재난용 AV통신기능 최적화 개인보호장비 63
3.1.1. 특수재난용 구급대원 개인보호장비 63
3.1.2. 특수재난용 음성화상정보통신장비 67
3.1.3. 특수재난용 음성화상 통제시스템 69
3.2. 특수재난용 휴대형 위해인자탐지 분석기록장비 72
3.2.1. 동시다종탐지분석 장비 시제품 개발 72
3.2.2. 타재난장비와 위험환경 알람 등 연동을 위한 기능성 기술 76
3.2.3. 측정결과와 모니터링 시스템 기술 개발 76
3.3. 특수재난용 격리 환자 응급 처치 시스템 82
3.3.1. 연구배경 82
3.3.2. 연구방법 83
3.4. 특수재난용 이송 침상 기술 88
3.4.1. 특수재난용 이송침상 개발을 위한 기반기술 88
3.4.2. 특수재난 이송침상 디자인 89
3.4.3. 워킹타입 시제품 설계 및 개발, 테스트 89
3.4.4. 최종시제품 개발 및 성능테스트 89
3.5. 특수재난용 환자 격리 및 공기정화장비 90
3.5.1. 하드소재 격리모듈 개발 90
3.5.2. 소프트소재 격리모듈 개발 92
3.5.3. 공기정화장치 개발 93
3.5.4. 격리 모듈의 사용이 심폐소생술의 질에 끼치는 영향에 대한 동물실험 94
제4장 연구수행 내용 및 결과 98
4.1. 특수재난용 AV통신기능 최적화 개인보호장비 98
4.1.1. 특수재난용 구급대원 개인보호장비 98
4.1.2. 특수재난용 음성화상정보통신장비 136
4.1.3. 특수재난용 음성화상 통제시스템 145
4.2. 특수재난용 휴대형 위해인자탐지 분석기록장비 154
4.2.1. 동시다종탐지분석 장비 시제품 개발 154
4.2.2. 타재난장비와 위험환경 알람 등 연동을 위한 기능성 기술 171
4.2.3. 측정결과와 모니터링 시스템 기술 개발 174
4.3. 특수재난용 격리 환자 응급 처치 시스템 181
4.3.1. CBRN 특수재난용 격리 환자 응급처치 시스템 개발 181
4.4. 특수재난용 이송 침상 기술 216
4.4.1. 특수재난용 이송침상 개발을 위한 요구사항 검토 216
4.4.2. 특수재난용 이송침상 개발을 위한 제안 기술 219
4.4.3. 특수재난용 이송침상 개발을 위한 시장 조사 221
4.4.4. 특수재난용 이송침상 개발을 위한 디자인 개발 224
4.4.5. 특수재난용 이송침상 개발을 위한 워킹타입 시작품 개발 229
4.4.6. 특수재난용 이송침상 개발을 위한 최종 시제품 개발 235
4.5. 특수재난용 환자 격리 및 공기정화장비 241
4.5.1. 하드소재 격리모듈 241
4.5.2. 소프트소재 격리모듈 245
4.5.3. 공기정화장비 252
4.5.4. 격리 모듈의 사용이 심폐소생술의 질에 끼치는 영향에 대한 동물실험 257
제5장 기대효과 및 활용방안 260
5.1. 기대효과 260
5.1.1. 기술적 측면 260
5.1.2. 경제·산업적 측면 260
5.2. 활용방안 261
참고문헌 263
표 1. CBRN 특수재난 관련 용어 24
표 2. 가능한 CBRN 특수재난 유발 요인 24
표 3. 이상적인 재난대응체계 및 CBRN 특수재난에서 고려하여야 할 사항 26
표 4. 미국 국토안보부 분류 CBRN 특수재난 대응 장비 목록 27
표 5. CBRN 특수재난 구역별 대응반의 구성과 역할, 소요장비 지침(오염지역) 29
표 6. CBRN 특수재난 구역별 대응반의 구성과 역할, 소요장비 지침(준오염지역) 29
표 7. CBRN 특수재난 구역별 대응반의 구성과 역할, 소요장비 지침(안전지역) 30
표 8. 우선 개발하여야 할 CBRN 특수재난 대응 구급대원용 핵심 장비 개요 31
표 9. 중앙·지역사고대책 본부 운영 재난사건 중 CBRN 특수재난(1995-2012년) 33
표 10. 최근 3년간 인적재난 발생 현황(2010-2012) 34
표 11. 우리나라 대표적 CBRN 특수재난 사건에 의한 인명 및 경제적 피해 36
표 12. 국외 대표적 CBRN 특수재난 사건에 의한 인명 및 경제적 피해 37
표 13. CBRN 특수재난에 의해 야기되는 경제 산업적 비용 산출시 고려사항 39
표 14. CBRN 특수재난을 대응하기 위한 대책에 소요되는 경제 산업적 비용 산출시 고려사항 39
표 15. 기존 CBRN 특수재난 사례를 통해 산출된 경제 산업적 비용 40
표 16. 기존 CBRN 특수재난 사례를 통해 산출된 대응과 관련된 경제 산업적 비용 40
표 17. 소방방재청 중앙119구조단 보유 화생방 장비 중 CBRN 대응장비 현황 42
표 18. 특수재난 유형별 일반적 특성 및 유해물질 노출 환자의 격리이송 필요성 50
표 19. 3차년도 과제별 연구개발 목표 61
표 20. 3차년도 세부연구 과제 발 평가의 착안점 및 척도 62
표 21. NFPA 1994 규정(Class 3, OSHA Level C) 65
표 22. 기존 화상통신 프로그램과 WebRTC의 비교 70
표 23. 사용성 평가 계획 74
표 24. 시뮬레이션 기반 사용성 평가 자료 수집 항목 75
표 25. AEGL 수준별 정의 78
표 26. AEGL, ERPG, TEEL의 특성 79
표 27. PAC 값 설정의 위계 방식 79
표 28. PAC 수준별 정의 79
표 29. AEGL 기준에 따른 각 화학물질의 농도 80
표 30. 화학물질 분석 알고리듬의 입력과 출력 81
표 31. 기존 모니터링 및 처치 장비 고찰 83
표 32. 평가항목 별 세계최고수준 및 객관적 측정방법 86
표 33. 3차년도 특수재난용 이송침상 기술 개발 프로세스 88
표 34. 하드소재 격리모듈 개발목표 91
표 35. 3차년도 개발목표 94
표 36. 격리모듈의 사용의 심폐소생술의 질에 끼치는 효과 동물실험연구 개요 96
표 37. 구체적인 동물 실험 프로토콜 97
표 38. 개인보호복 착용이 업무 수행에 미친 영향(복수응답) 99
표 39. 개인보호복 착용 시 업무 수행에 초래 될 불편함 99
표 40. 분석에 사용 된 기존 PAPR 제품의 실측 치수 105
표 41. 분석에 사용 된 기존 PAPR 제품의 소재 구성 106
표 42. 분석에 사용 된 기존 PAPR 제품의 전체 외관 106
표 43. 화학 방호형 군화 덮개 110
표 44. 분석에 사용 된 기존 덧신의 사이즈 구성 111
표 45. 최종 시작품 착의실험 참여 피험자 정보 129
표 46. 기능적 성능 평가 결과 144
표 47. 3차년도 시제품 외관 154
표 48. Ardunio Mega와 STM32F103 중앙처리 장치의 비교 158
표 49. 2차년도 방사선 센서 검증 결과 159
표 50. 2차년도 화학센서 검증 결과 160
표 51. 3차년도 화학센서 검증 결과 163
표 52. 3차년도 화학센서 추가 163
표 53. 2차년도 시제품 사용성 개선을 위한 추가 의견 수집 결과 165
표 54. 3차년도 시제품 및 상용 장비 사용성 평가 과업 진행 순서 166
표 55. 3차년도 시제품 및 상용 장비 사용성 평가 과업 상황 및 결과 167
표 56. 3차년도 시제품 및 상용제품을 이용한 화학 물질 및 방사능 물질 탐지 과업 결과 168
표 57. 3차년도 시제품 및 상용제품에 대한 개별 항목 평가 결과 169
표 58. 3차년도 시제품 사용성 개선을 위한 추가 의견 수집 결과 170
표 59. 위해인자 탐지장비 자문회의 주요 내용 171
표 60. 화학물질 분석 알고리듬의 입력과 출력 175
표 61. 황화수소 측정 농도별 분석 알고리듬에 이용할 범주 175
표 62. AEGL 수준별 출력 정보 176
표 63. 센서 측정 한계 농도 시 출력 정보 177
표 64. 특정 황화수소 측정 농도별 출력 정보 예시(센서의 측정범위가 80ppm 이상인 경우) 177
표 65. 특정 황화수소 측정 농도별 출력 정보 예시(센서의 측정범위가 50ppm 이상인 경우) 178
표 66. CBRN 특수 재난용 격리 환자 응급 처치 장비 필요 사양 조사 181
표 67. Form Factor의 주요 구성 요소 182
표 68. CBRN 환자 감시 응급 처치 장비 디자인 Form factor sketch 184
표 69. CBRN 환자 감시 응급 처치 장비 하드웨어 구성 198
표 70. 개발 Working mock-up 의 정격사양 204
표 71. CBRN 환자감시 응급처치 장비의 주요 성능 지표 211
표 72. CBRN-400의 주요 시험 규격 214
표 73. 최종 시제품 개요 238
표 74. 필터 부재에 따른 재질 253
표 75. 격리 공간 내 필요한 부가기능 254
표 76. 헤파필터 사양 254
표 77. 공기정화장치 시작품 255
표 78. 각 차수별 심정지 상태에서 각 조건 별 심폐소생술시 주요 혈역학적 변수의 차이 258
그림 1. CBRN 특수재난의 순환주기(발생 시 재난에 대한 반응이 가장 중요) 25
그림 2. CBRN 특수재난 구역별 대응 모식도 28
그림 3. 전 세계 CBRN 특수재난 방호 시장 규모 및 우리나라 지출 규모 41
그림 4. 국내 119 구급대 음성화상정보 통신 장비 47
그림 5. 국내 119 구급대 음성화상정보 통신 장비 착용 모습 48
그림 6. 소방방재청 재난현장 무선영상전송시스템 49
그림 7. 격리이송장비 구성요소 51
그림 8. 체위변경가능 침상구조 및 통합형 소프트형 격리 구조 51
그림 9. 기존격리이송장비 현장 사용성 테스트 52
그림 10. 체위변화에 따른 혈압, 뇌관류혈압, 뇌내압력 변화 52
그림 11. 기능성 격리이송장비 디자인: 3D 모델링 53
그림 12. 환자격리이송장비(Patient Isolation Unit)의 역할: 격리와 이송기능까지 고려하여야 함 59
그림 13. 음성화상정보통신 장비 구성도 67
그림 14. WebRTC 기반의 P2P 통신 구조 71
그림 15. 2차년도 스몰스케일 시작품 90
그림 16. 2차년도 소프트소재 격리모듈 최종 시작품 92
그림 17. 2차년도 공기정화장치 시작품 93
그림 18. 동물실험 프로토콜 95
그림 19. 격리모듈 내에서 음압을 적용하여 심폐소생술을 시행 96
그림 20. 덧신 및 장화 형태 예시 101
그림 21. 2차년도 호흡기모형 디자인 102
그림 22. Powered Air Purifying Respirator(PAPR) 103
그림 23. 분석에 사용 된 기존 PAPR 제품의 도식화와 실측 항목 105
그림 24. 보호복과 함께 착용하는 덧신 또는 안전장화의 형태 예시 109
그림 25. 분리형 개인보호호흡기 아이디어 스케치 114
그림 26. 일체형 개인보호호흡기 예시(Australia, Ansell) 114
그림 27. 일체형 개인보호호흡기 아이디어 스케치 115
그림 28. 일체형과 분리형의 절충 형태 아이디어 스케치 115
그림 29. 2차년도 최종 시작품 디자인(앞) 116
그림 30. 개발 보호복 성능 개선 디자인(앞) 117
그림 31. 기밀성을 높이는 변형 된 손목 밴드 117
그림 32. 덧신 일체형 보호복 1안 아이디어 스케치 118
그림 33. 덧신 일체형 보호복 아이디어 스케치 118
그림 34. 최종시작품 개발에 사용 된 원단의 특징 121
그림 35. 1차 시작품 도식화 122
그림 36. 1차 시작품 착용 모습 123
그림 37. 1차 시작품 수정사항 123
그림 38. 2차 시작품 착용 모습 124
그림 39. 2차 시작품 호흡보호구 내부 설계 124
그림 40. 3차 시작품 착용 모습 125
그림 41. 3차 시작품 패턴 126
그림 42. 최종 시작품 착용 모습 126
그림 43. 최종 시작품 덧신 127
그림 44. 최종 시작품 개인보호호흡기 127
그림 45. 최종 시작품 개인보호호흡기 후드 도식화 128
그림 46. 손목 밴드의 형태 129
그림 47. 덧신 형태 130
그림 48. 개인보호호흡기 후드 착용 모습 131
그림 49. 가슴압박하기 동작 수행 모습 132
그림 50. 정맥로 확보하기 동작 수행 모습 133
그림 51. 경추고정하기 동작 수행 모습 133
그림 52. 들것 내리기·올리기 동작 수행 모습 134
그림 53. 영상장치(좌) 제품사양(우) 136
그림 54. 음성 장치(이어셋) 137
그림 55. 기존 웨어러블 카메라 연결 부위 1 137
그림 56. 기존 웨어러블 카메라 연결 부위 2 138
그림 57. 납땜 등으로 소형화된 회로 138
그림 58. Stick PC(좌) 및 제품 사양(우) 139
그림 59. 전력 조정 장치 회로(좌) 규격(우) 139
그림 60. 전력 장치 교체 140
그림 61. LTE 라우터(좌) 제품 사양(우) 140
그림 62. 신형 라우터로 교체 141
그림 63. 통신 환경 테스트 141
그림 64. 3차년도 제작 장비의 구성(측면) 142
그림 65. 3차년도 제작 장비의 구성 좌(뒤), 우(밑면) 142
그림 66. 3차년도 제작 장비의 구성(좌) 내부구조(우) 143
그림 67. 2차년도 제작 장비(좌) 3차년도 제작 장비(우) 143
그림 68. 허리부착장비 착용(좌) PPE에 카메라 부착(우) 144
그림 69. 긴급재난 발생 시 화상통제 시스템 구성도 146
그림 70. 긴급재난 발생 시 화상통제 시스템 로그인 페이지 150
그림 71. UI/UX 개선 이전(2차년도)의 관제센터 화면 디자인 151
그림 72. UI/UX 개선 이후의 화면 디자인 151
그림 73. 다: 다 연결 시 관제센터 화면 예상 스케치 153
그림 74. IMASS 생물위해인자 탐지 장비의 사진 155
그림 75. IMASS 자동인식 시스템의 모형도 155
그림 76. IMASS 자동인식 시스템의 구성 사진 156
그림 77. 통합 장비 내부의 IMASS 자동인식 시스템의 배치 156
그림 78. 통합 장비 측면에 위치한 IMASS 장비의 삽입구 157
그림 79. IMASS 자동인식 알고리즘 흐름도 157
그림 80. 2017년 3월 3일차 방사선 센서 성능 평가 결과 159
그림 81. 2017년 4월 5일차 방사선 센서 성능 평가 결과 160
그림 82. 화학센서 flow channel 시스템의 모형도 및 프로토타입의 사진 161
그림 83. 화학센서 flow channel 내부의 화학센서 배치 모형도 161
그림 84. 통합 장비 내부의 화학 가스 flow channel 시스템의 배치 162
그림 85. 사용성 평가 비교 상용 장비(MultiRAE, DoseRAE) 166
그림 86. 재난현장에서의 통신 상황 172
그림 87. 통합재난안전정보체계 173
그림 88. 황화수소의 AEGL 수준 175
그림 89. 통합 탐지 장비의 첫 화면 179
그림 90. 통합 탐지 장비의 두 번째 화면 180
그림 91. 통합 탐지 장비의 셋째 화면 180
그림 92. CBRN 특수 재난 장비 부품 배치 초안 183
그림 93. 특수재난 장비 전면부 Control panel variation 186
그림 94. 최종 장비 Form factor 선정안 : 전면부 187
그림 95. 최종 장비 Form factor 선정안 : 상면부 187
그림 96. 최종 장비 Design Mock-up 선정안 : 전면부 188
그림 97. 최종 장비 Design Mock-up 선정안 : 상부(케이블 부착부위) 189
그림 98. 최종 장비 Design Mock-up 선정안 : 후면(탈착식 배터리 및, 원터치 버튼) 189
그림 99. 최종 장비 Design Mock-up 선정안 : 측면(원터치 버튼 및 상부 통합케이블) 190
그림 100. 격리 이송 침상 결합 방식 Design sketch 190
그림 101. CBRN 환자 감시 응급 처치 장비 Mock-up Design Idea sketch : 침상 부착(I) 191
그림 102. CBRN 환자 감시 응급 처치 장비 Mock-up Design Idea sketch : 침상 부착(II) 191
그림 103. CBRN 환자 감시 응급처치 장비 Mock-up Design Idea sketch : 통합 케이블 192
그림 104. CBRN 환자 감시 응급처치 장비 Skin Design sketch(착용상태) 192
그림 105. CBRN 환자 감시 응급처치 장비 Skin Design sketch(탈착) 193
그림 106. CBRN 환자 감시 응급처치 장비 Skin Design sketch(전면) 193
그림 107. CBRN 환자 감시 응급처치 장비 Skin Design sketch : 보호 스킨 착용 194
그림 108.최종 CBRN 환자 감시 응급처치 장비 Skin Design sketch idea sketch 194
그림 109. 최종 Design Mock-Up 전면(좌), 측면(우) 195
그림 110. 최종 Design Mock-Up 상면(좌), 후면(우) 195
그림 111. 격리 및 이송장치의 결합 부위 설계(좌), 결합 상태(우) 196
그림 112. 통합 케이블으로 장비를 결합한 예 196
그림 113. CBRN 환자 감시 응급처치 장비 Skin 전면부 197
그림 114. CBRN 환자 감시 응급처치 장비 Skin 본체 및 케이블 부착부 197
그림 115. CBRN 환자 감시 응급처치 장비에 Skin을 장착한 상태 197
그림 116. Working Mock-up 전면부 2D 디자인(좌), 3D디자인(우) 199
그림 117. Working Mock-up 내부 3D 디자인 199
그림 118. Working Mock-up 외부 배치 3D 디자인 200
그림 119. 통합 케이블 3D 디자인 200
그림 120. 응급처치 환자 감시 시스템 내장 소프트웨어 구조 205
그림 121. 환자 감시 응급 처치 시스템 알고리듬 207
그림 122. 환자 감시 응급 처치 시스템 블록 모식도 208
그림 123. Working mock-up 전면 210
그림 124. Working mock-up 상면 210
그림 125. 통합케이블 working mock-up 210
그림 126. 특수재난용 이송침상 개발 기반 기술 요약 216
그림 127. 특수재난 환자이송침상 규격을 반영한 구조 216
그림 128. 환자체위 및 침상 리프트 조절 기능 구현을 위한 침상부 설계 217
그림 129. 하중지지 및 주행을 위한 제안 기술 218
그림 130. 응급의료장비 탑재를 위한 디자인 218
그림 131. 전동구동 핸들부 컨트롤러 기능 디자인 기술제안 219
그림 132. 조향능력 구현 기술 220
그림 133. 침상 리프트 조절 기능 구현을 위한 침상부 설계 220
그림 134. 유압실린더 시장조사 221
그림 135. 환자자세 조절용 전동 실린더 선정을 위한 시장조사 222
그림 136. 주행을 고려한 전동모터 선정 시장조사 222
그림 137. 고하중용 캐스터 선정을 위한 시장조사 223
그림 138. BLDC 전동모터 선정을 위한 시장조사 223
그림 139. 특수재난 이송침상 개발 선정모델 적용 안 224
그림 140. 디자인 변경사항: 구급차 탑승을 고려한 규격 225
그림 141. 디자인 변경사항: 구급차 탑승을 고려한 규격(3D) 225
그림 142. 디자인 변경사항: 구급차 탑승을 고려한 보조바퀴 라인 226
그림 143. 디자인 변경사항: 응급의료장비 적재 공간 배치 226
그림 144. 사용성을 고려한 조작부 재배치 227
그림 145. 컨트롤 패널 세부 디자인(상부) 227
그림 146. 주행 버튼 디자인(전면부) 228
그림 147. 환자 체위 조절 버튼(후면부) 228
그림 148. 상부 컨트롤 패널 상세 디자인 228
그림 149. 특수재난용 이송침상 시제품 최종 디자인 229
그림 150. 특수재난용 이송침상 워킹타입 시작품 설계도 230
그림 151. 특수재난용 이송침상 워킹타입 시작품 3D 렌더링 230
그림 152. 특수재난용 이송침상 워킹타입 시작품 세부 231
그림 153. 워킹타입 시작품 제작을 위한 필요 부품 리스트 231
그림 154. 워킹타입 시작품 제작: 프레임 부품 232
그림 155. 워킹타입 시작품 제작: 가공품(밀링, 선반, 판금) 232
그림 156. 워킹타입 시작품 제작: 침상프레임 조립 233
그림 157. 워킹타입 시작품 제작: 주행모듈 조립 233
그림 158. 워킹타입 시작품 테스트: 주행모듈 기능 234
그림 159. 워킹타입 시작품 테스트: 환자체위 조절 테스트 234
그림 160. 워킹타입 시작품 테스트: 침상 리프팅 테스트 235
그림 161. 특수재난용 이송침상 3차년도 최종 시제품 설계도 235
그림 162. 특수재난용 이송침상 3차년도 최종 시제품 3D 렌더링 236
그림 163. 특수재난 환자이송침상 최종 시제품: 실사 236
그림 164. 특수재난 환자이송침상 최종 시제품: 실사 237
그림 165. 특수재난용 이송침상 최종 시제품 237
그림 166. 최종 시제품 개선 사항: 상부 침상 보강 239
그림 167. 최종 시제품 개선 사항: 리튬이온배터리 239
그림 168. 최종 시제품 개선 사항: 주행스위치 위치 239
그림 169. 최종 시제품 개선 사항: 흔들림 보완 240
그림 170. 최종 시제품 개선 사항: 하부 리프팅 높이 240
그림 171. 2차년도 설계도 수정 개념 241
그림 172. 시작품 설계 모형 설계도 242
그림 173. 개념모형 제작을 위한 스몰스케일 모형 제작 243
그림 174. 개념모형 제작 후 개선사항 반영 설계도 243
그림 175. 굴절부 힌지 상세설계(1) 244
그림 176. 굴절부 힌지 상세설계(2) 244
그림 177. 하드소재 굴절힌지 동작성 시뮬레이션 244
그림 178. 하드소재 격리모듈 시작품 제작(1) 245
그림 179. 하드소재 시작품 제작(2) 245
그림 180. 소프트소재 1차 시작품 개념도 246
그림 181. 1차 시작품 지지구조 설계 246
그림 182. 1차 시작품 부속설계(수납용이성 고려) 247
그림 183. 3차년도 2차 시작품 부속설계 247
그림 184. 3차년도 2차 시작품 최종 개념도 248
그림 185. 1차 소프트소재 격리모듈 시작품 제작 249
그림 186. 2차 소프트소재 격리모듈 시작품 제작 250
그림 187. 3차 소프트소재 격리모듈 시작품(1) 251
그림 188. 3차 소프트소재 격리모듈 시작품(2) 251
그림 189. 필터 인증서 255
그림 190. 공기정화장치 시작품 제작 256
그림 191. 공기정화장치 자체성능평가 256
그림 192. 환경변화에 따른 주요 혈역학적 변수의 변화 257
그림 193. 심폐소생술시 조건에 따른 CoPP의 변화 258
그림 194. 심폐소생술시 조건에 따른 ETCO2의 변화 259