한국산업보건학회지, 제26권제3호 (2016) ISSN 2384-132X(Print) ISSN 2289-0564(Online) http://dx.doi.org/10.15269/jksoeh.2016.26.3.350 Original Article 어린이용황사및미세먼지마스크개발연구 김현욱 1* ㆍ서혜경 1 ㆍ명준표 2 ㆍ윤종서 3 ㆍ송윤근 4 ㆍ김충범 5 1 가톨릭대학교의과대학예방의학교실, 2 가톨릭대학교직업환경의학과 / 직업환경의학센터, 3 가톨릭대학교의과대학소아과, 4 프로토텍, 5 도부라이프텍 Developing Yellow Dust and Fine Particulate Masks for Children Hyunwook Kim 1* Hyekyung Seo 1 Jun-Pyo Myong 2 Jong-Seo Yoon 3 Yeunkun Song 4 Choongbuem Kim 5 1 Dept. Prev. Med, College of Medicine, 2 Dept. Occup. and Environ. Med., College of Medicine, 3 Dept. Ped. Med., College of Medicine, The Catholic University of Korea, 4 PROTOTECH Inc, 5 DOBU LIFE TECH ABSTRACT Objectives: No 3D anthropometric analyses have been conducted for Korean children s faces for the purpose of designing respiratory protective devices. The aim of this study was to develop masks against yellow dust and fine particulates, particularly for children in Korea. Methods: This study utilized a 3D scanning method to obtain 16 facial anthropometric data from children, ages of 5 to 13 years old. A total of 144 boys and girls were recruited from the kindergarten, elementary schools and middle schools in Seoul. With facial dimensions obtained, cluster analysis was performed to categorize them into similar facial groups. For each cluster, an optimal mask was designed and manufactured using a 3D printer. In addition, lung function data were obtained from 62 subjects and compared with those of normal adults. The pulmonary physiological results were subsequently used to suggest a test method for mask certification. Results: Facial shapes were classified into tree clusters: small, medium, and large. The face width and length for the first group were small with high nosal protrusion. The face width and length for the second group were the largest among the three clusters. The third group had the largest angle of nose root - gnathion(n-prn-gn). Age was the most significant variable in the facial dimensions. Children s pulmonary physiological capacity was about 60% of adults capacity. The results of fit test using the prototype masks developed showed very good fits for children. Conclusions: For Korean children, three mask sizes will be sufficient and practical for providing protection against yellow dust and fine particulates. Anthropometric data obtained using digitalized 3D face analysis can be very effective for designing respiratory devices. 3D images can be accurate and easily measured for multiple dimensions, particularly for curved areas of the face. It is imperative to adopt different test methods for certifying respiratory protective devices for children, since their pulmonary physiological capacity is inferior compared with that of adults. Key words: anthropometric analysis, physiological data, facial dimension, lung function, child masks, 3D I. 서론 우리나라에서는최근들어유해물질이다량함유 된황사가중국으로부터유입되고있으며, 그횟수및강도는해마다증가하고있다. 해마다편차가있으나전국의 2000년대황사일수 ( 연평균 9.8일 ) 는 80 *Corresponding author: Hyunwook Kim, Tel: 02-2258-7363, E-mail: hwkim@catholic.ac.kr Dept. Prev. Med., College of Medicine, The Catholic University of Korea, 222 Banpo-daero, Seocho-gu, Seoul, Korea 06591 Received: June 22, 2016, Revised: September 6, 2016, Accepted: September 19, 2016 This is an Open-Access article distributed under the terms of the Creative Commons Attribution Non-Commercial License(http://creativecommons.org/licenses/by-nc/3.0) which permits unrestricted non-commercial use, distribution, and reproduction in any medium, provided the original work is properly cited. 350
어린이용황사및미세먼지마스크개발연구 351 년대 (2.9일) 및 90년대 (5.3일) 에비해현저하게증가하였다 (ME, 2013). 황사및미세먼지로인한건강상영향은장기적, 지속적으로노출시나타나며, 특히어린이 노인 호흡기질환자등민감군은일반인보다건강영향이클수있다. PM 2.5 농도가 10 μg / m3증가할때어린이 노인 호흡기질환자등민감군의집단사망률은 1.1% 가증가하였고, PM 10 농도가 10 μg / m3증가하면사망률도 0.4% 증가된것으로조사되었다 (ME, 2013). 대기중부유하는유해물질대부분은코나입등의호흡기를통해체내로흡입되면서건강장해를초래하게되는데, 황사와미세먼지로부터건강을지키기위한방안으로, 정부는황사나미세먼지예보시마스크를착용하도록권고하고있다 (KFDA, 2010; ME, 2013). 하지만, 현재국내에서시판되는보건용마스크는성인용과어린이용구분이없으며, 14세이상의청소년에게는성인용마스크의작은사이즈를자신의얼굴에맞게착용하도록권고하고있을뿐이고, 14세이하의어린이에대한내용은아예없다 (KFDA, 2010). 흡입되는유해물질로부터호흡기를보호하기위해서는밀착이잘된마스크를착용하여야하지만, 아직까지우리나라는마스크제작과정에서얼굴체형에맞는마스크를과학적인방법으로만들어내지못하고일본제품이나미국제품을모방하여그대로만드는경우가많다 (Han & Rhi, 2004). 더구나어린이는호흡생리학적으로어른과비교해매우다른패턴을가지고있으므로, 단순히성인용마스크의크기만줄여어린이에게착용하도록한다면어린이의얼굴에맞지도않고, 호흡곤란등문제도발생할수있다. 더중요한사실은어린이용마스크를개발하였다하더라도이런어린이용마스크를인증할제도가마련되어있지않다는점이다. 유해물질차단용호흡보호구의경우, 필터의성능이매우중요하지만착용했을때얼굴접촉면간의틈새도최소화하여야소기의목적을달성할수있다. 그러므로안면부와얼굴간밀착을유지하도록기술적설계를통하여밀착도가높은형태의마스크제작이요구된다. 마스크의밀착도를높이기위해서는얼굴형태에적합하도록설계하는것이기본이며, 이를위해서는얼굴형태에대한분석이선행되어야한다 (Song & Yang, 2010). 과거연구에의하면마스 크를디자인하기위하여얼굴치수를측정하기도하였고, 반대로얼굴치수에맞추어마스크를디자인하기도하였다. 3D 초음파디지타이저 (sonic digitizer) 를이용하여호주의한인구집단에서착용시가장편안함을줄수있는마스크를디자인한경우가한예이다 (Yatapanage & Post, 1992). 최근디지털화된측정법사용이증가하는추세이며, 설계측면을고려할때 3차원측정법은매우유용하고, 직접측정법과달리정밀하고정확한측정이이루어진다 (Han & Rhi, 2004). 인체의여러부분은굴곡이많은곡선으로이루어져있고, 그중얼굴은다른부위보다더다양한곡선을가지고있다. 특히호흡보호구의경우마스크와얼굴이접촉하는밀착부위는곡선의다양한형태를가지며, 이런밀착면설계를위해서는안면부곡선에맞도록설계하여야한다. 이러한얼굴형태가반영되기위해서는각표지점간의거리나호등의크기를측정하는전통적인인체측정방법으로는한계가있다 (Kim et al., 2003). 반면 3 차원기술은 3D 얼굴데이터를수집한후컴퓨터소프트웨어를사용하여객관적이고정량적인결과를도출할수있고, 계측치는전통적인직접측정치와비교해도근본적인차이가없다 (Liu et al., 2013). Han et al.(2004) 은한국인대상으로얼굴치수를측정하여치수체계를구분하고 3D 스캐닝을통해한국인의얼굴체형에적합한산업용반면형마스크를개발하였다. Liu et al.(2008) 은머리의 3D 스캔데이터를기반으로안전모를설계하는일련의방법을개발하고효율적인설계를위한안전모설계시스템을구축하였다.Kim et al.(2003) 에의하면얼굴의크기와형태는인종간, 민족간그리고성별에따라다르다고하였으며, 성장기에속한어린이의경우도그크기와형태가다를것으로판단된다. 하지만이런연구들은성인을대상으로하였으며, 어린이를대상으로한호흡보호구연구는현재매우미흡하다. 지금까지우리나라에서어린이얼굴을측정하여만든어린이용마스크는없으며, 더욱이얼굴형태의 3D 이미지를사용하여측정한사례는성인용에도매우드물다. 어른과달리크기가작은얼굴을가진어린이의얼굴에는마스크가밀착되지않을수있어어린이용으로적합한크기와얼굴에맞도록디자인된마스크가필요한실정이다. http://www.kiha.kr/
352 김현욱ㆍ서혜경ㆍ명준표ㆍ윤종서ㆍ송윤근ㆍ김충범 또어린이의경우는얼굴크기뿐만아니라, 호흡생리학적특성을고려한마스크가필요하다. 성인과달리소아의경우폐용적이성인에비해훨씬적지만, 분당환기량 (minute ventilation) 즉, 분당호흡횟수는많다. 이런연유로오염물질의기도내접촉시간이많으며, 주로구강호흡을많이하고, 야외활동량이많아오염물질에대한노출시간이길며, 면역체계가발달하지않아호흡기질환의악화에대한연관성이많다고보고되고있다 (Kim et al., 2010b). 황사발생과어린이의건강영향을평가한연구에의하면미세먼지의농도증가에따라초등학생의최고호기유량 (PEFR) 이미세한감소를보여호흡기민감군에대한고려가필요하다고하였다 (Kim et al., 2006; Yuet al., 2007; Sonet al., 2009). 이는어린이들의호흡능력에맞추어마스크의흡배기저항을감안한성능시험을해야됨을의미한다. 이렇게제작된마스크를착용한다면착용후호흡곤란을가져오지않을것으로사료된다. 이와같이어린이호흡기를보호할적절한호흡보호구가필요함에도불구하고한국에서는어린이의얼굴형상에대한연구와어린이용호흡보호구에대한제작, 인증기준이마련되어있지않다. 시중에시판되고있는마스크중어린이용으로출시된것은있으나, 이들은성인용마스크를크기만축소하여제작한것이다. 또어린이용인증기준이제정되어있지않아성인용으로인증된것을그대로사용하고있어문제가있다. 따라서본연구는어린이용으로밀착이잘되는호 흡보호구설계를위한기초자료를얻기위하여 13 세이하의한국어린이를대상으로 3차원측정을실시하였다. 또한폐기능검사자료와문헌자료등호흡생리학적데이터를이용하여, 이에근거한어린이마스크시험법기준을제시하고자하였으며이를이용하여향후어린이용마스크설계에기초자료로사용하고자하였다. Ⅱ. 연구방법 1. 연구대상피험자는대상지역의초등학교와유치원중연구참여를희망하는 4곳에서선정하였다. 연구의목적과내용을설명한후어린이얼굴에수술자국이나흉터가없고치아교정기를착용하지않는어린이중소아용동의서와보호자의동의서에동의를한어린이를대상으로하였다. 모집지역은서울남부북부서부각지역에서고르게선정하여지역간의차이를줄이고자하였다. 본연구에최종적으로모집된피험자는 144 명으로만 5세부터 13세의어린이남녀각 72명씩이었다. 본연구는가톨릭대학교임상연구심의위원회의심의를통과 (MC15OISI0029) 하여진행되었다. 2. 연구방법 1) 안면부 3차원스캐닝측정은 3차원스캐너 (Geomagic Capture, 3D SYSTEMS, USA) 를이용하였는데, 0.08 mm의해상도와, 300 mm 에서 0.06 mm의정밀도를가지며스캔당 9,850,000 포 Fig 1. Schematic diagram of the scanning room (left) and a photo showing the setup of the scanners and the subject sitting on a chair (right) http://www.kiha.kr
어린이용황사및미세먼지마스크개발연구 353 인트 / 0.3 sec의데이터획득율을가진 LED 광원초정밀장치이다. 이장치를채택한이유는인체측정에소요되는시간을절약하고, 데이터의재생반복측정이가능하며, 오차가적고, 기존직접측정방법에서측정할수없는얼굴의굴곡부위측정이가능 (Lee et al., 2004) 할뿐만아니라, 움직임이많은어린이들의측정에유리한장점이있기때문이었다. 실험을수행한 Scanning room(figure 1) 에는스캐너두대설치하여피험자의안면부를좌우에서동시에촬영할수있도록하였다. 스캐닝을하는동안어린이의머리가움직이는것을방지하기위하여, 목과등이고정되는의자를사용하였다. 이는안면부의작은움직임에도스캐닝데이터가노이즈 (noise) 로인한결측치 (missing data) 가되어여러번스캐닝하는어려움이생길수있기때문이다. 수집된자료는소프트웨어 (Geomagic wrap, Design X, 3D SYSTEMS, USA) 를통 하여 3차원이미지데이터를만든후안면부의각항목을측정하여어린이마스크의크기를결정하였다. 3차원스캐닝을위한준비를마친대상자는의자에앉히고, 정면을응시하여스캐닝이시행되는약 1 분간움직이지않도록머리를고정시켰다. 2) 안면부측정표지점먼저, 대상어린이가 Scanningroom(Figure 1) 에입실을하면, 머리카락으로인하여올바른안면부데이터측정이방해받지않도록두발정리용모자 (elastic cap) 을씌운후연구자가얼굴의표지점 (Luximon et al., 2010; Liu et al., 2013) 에표지점 (land mark)(figure 2) 을붙였으며, 의자에앉아시선을고정할수있도록정면벽면에캐릭터그림을붙여놓았다. 측정치는 Kim et al.(2013a) 의표지점을바탕으로 Figure 3과같이구하였으며, Figure 4는 Design X Fig 2. Placing land marks on the subject s face (left) and the land marks appeared after scanning (right) n gn prn sn t ch go ac al Land marks Nasion Gnathion Pronasale Subnasale Tragion Cheilion Gonion Alar curvature point Alare Fig 3. Landmarks used and Facial Dimensions measured for the study http://www.kiha.kr/
354 김현욱ㆍ서혜경ㆍ명준표ㆍ윤종서ㆍ송윤근ㆍ김충범 Fig 4. Extraction of 3D Anthropometry Data using the Software Table 1. List of 3D Facial Anthropometry Length Width Arc Angle Description Measurements Number(in Figure) Face length n-gn 1 Nose length n-prn 2 Subnasale-chin length sn-gn 3 Menton length gn-neck point 4 Face width t-t 5 Nose width al-al 6 Lip width ch-ch 7 Gonion width go-go 8 Face curvature width t-t curvature 9 Bitragion - subnasale arc t-sn-t 10 Bitragion - pronasale arc t-prn-t 11 Nose protrusion angle n-prn-ac 12 Alare -nasal root angle al-n-al 13 Gonion -nose root angle go-n-go 14 Nose root -pronasale -gonion angle n-prn-gn 15 Gonion - subnasale angle go-sn-go 16 소프트웨어를이용하여실제측정한장면이다. 3차원이미지의표지점을이용하여측정한항목은, 얼굴길이, 얼굴너비, 얼굴곡률너비, 코너비, 코길이, 코뿌리코돌출각도, 코뿌리코끝턱끝각도, 코뿌리코망울각도, 코뿌리아래턱각도, 귀구슬코밑호길이, 귀구슬코끝호길이, 아래턱코밑점각도, 아래턱사이너비, 하악길이, 입술길이, 턱부위길이총 16항목이었다 (Table 1). 3) 호흡생리학적자료및마스크시제품제작서울의 S병원에내원한만 6세부터 13세의어린이 중폐기능검사결과가정상치인 62명의자료를수집하였다. 최대호기유속 (peak expiratory flow rate, PEFR), 일회호흡량 (tidal volume, TV), 폐활량 (vital capacity, VC), 전폐용적 (total lung capacity, TLC), 잔기량 (residual volume, RV) 자료를이용해어린이와성인의호흡량및폐활량을비교하였다. 이뿐만아니라국내외문헌조사를통하여성인과어린이의호흡생리학적차이를조사하였고, 이에근거하여어린이용마스크시험기준을마련하여, 이를시제품제작에이용하였다. http://www.kiha.kr
어린이용황사및미세먼지마스크개발연구 355 본연구에서어린이얼굴크기는 3가지로분류되었으며, 이 3가지크기의마스크를 3차원가상의공간에서입체설계를하였고, 3D 프린터 (uprint SE, Stratasys, USA) 를이용하여 3가지마스크사이즈를출력하였다. 이를바탕으로설계된마스크디자인과어린이마스크시험기준을적용하여어린이용마스크시제품을완성하였다. 4) 밀착도검사완성된시제품이실제어린이의얼굴에밀착이잘되는지확인하기위하여정량적밀착도검사기기 (TSI Portacount Pro+ 8038) 를이용하여총 18명 (3가지마스크당 6명 ) 의어린이에게밀착도검사를실시하였다. 검사기기는마스크내부농도 (C inside ) 와공기중농도 (C outside ) 의비를산출한밀착계수 (Fit Factor) 를측정하였고, OSHA QNFT(Quantitative Fit Testing) protocol의기준에따른 8개의단계중 3가지동작을수행하도록하였으며, 통과기준의밀착계수는 100이상을적용하였다. 선정된동작 3단계는 1) 정상호흡 (normal breathing), 2) 머리를좌우로움직임 (turning head side to side), 3) 허리굽히기 (bending over) 이다. 또한시제품마스크의누설률 (Leakage ratio) 을평가하기위하여 MT-03(MT-03, SIBATA, Japan) 을이용하였다. MT-03 기기는안면과마스크와사이에프로브를설치하여안면부에누설되어들어온 0.3 μm이상의분진입자갯수를계측한다. 마스크외측과내측에서측정된입자갯수의비로누설률을표시한다. 측정시간은 30초가소요되며, 누설률이 10% 이하일경우마스크가안면부밀착시험을통과한것으로평가하였다. 5) 통계분석자료의분석은 SPSS system version 18(SAS Institute Inc, USA) 을활용하였다. 연령의증가에따른각항목과의관계를상관분석 (Correlation analysis) 으로분석하였고, 각항목의성별차이를보기위해독립표본분석 (Independent t-test) 을실시하였다. 또한군집분석 (Cluster analysis) 을통하여피험자얼굴형태를특성별로분류하였다. 어린이폐기능자료는빈도분석으로기술통계처리한후성인의기준과비교하였다. 모든통계치는 alpha=0.05 수준에서검정하였다. III. 연구결과및고찰 1. 일반적현황본연구에최종적으로참여한피험자는총 144 명이었다. 남자어린이 72명 (50%) 과여자어린이 72명 (50%) 이연구에참여하였으며, 연령은만 5세부터 13세까지로각연령군별 16명씩 (11.1%) 분포되게하였다. 만 5세부터 6세에해당하는유치원생 32명 (22.2%) 과, 만 7세부터 12세에해당하는초등학생 96 명 (66.7%) 그리고만 13세에해당하는중학교 1학년생 16명 (11.1%) 의안면부를 3차원스캐닝하였다 (Table 2). Table 2. General characteristics of the study subjects (N=144) Classification N(%) Sex Male 72(50%) Female 72(50%) Age 5 16(11.1%) 6 16(11.1%) 7 16(11.1%) 8 16(11.1%) 9 16(11.1%) 10 16(11.1%) 11 16(11.1%) 12 16(11.1%) 13 16(11.1%) Grade Kindergarten 32(22.2%) Elementary school 96(66.7%) Middle school 16(11.1%) 2. 안면부측정결과 144 명의스캐닝데이터중표지점의누락으로경 계가모호한결측치 (missing data) 와, 목부위비만으 로턱부위길이오차가있는자료를제외한 13 명의 측정치를최종분석하였다. 연령과각얼굴측정항목에대한상관분석 (Correlation analysis) 에서얼굴길이, 얼굴너비, 입술길이, 코길이, 얼굴곡률너비, 코너비, 아래턱사이너비, 하악길이, 귀 구슬코밑호길이, 귀구슬코끝호길이모두양의상관 관계가있었다. 이결과는나이가증가함에따라이 http://www.kiha.kr/
356 김현욱ㆍ서혜경ㆍ명준표ㆍ윤종서ㆍ송윤근ㆍ김충범 Table 3. Results of Correlation analysis Description Mean Std. Deviation Pearson Correlation p Face length 96.26 8.34 0.751 0.000 * Length Nose length 33.37 3.74 0.740 0.000 * Subnasale-chin length 57.29 5.48 0.622 0.000 * Menton length 21.88 4.57 0.670 0.438 Face width 129.06 9.01 0.446 0.000 * Nose width 33.02 2.72 0.609 0.000 * Width Lip width 38.62 4.49 0.632 0.000 * Gonion width 104.77 8.23 0.429 0.000 * Face curvature width 171.09 17.55 0.410 0.000 * Arc Bitragion - subnasale arc 169.93 17.61 0.325 0.000 * Bitragion - pronasale arc 174.23 18.52 0.344 0.000 * Nose protrusion angle 85.86 6.77-0.359 0.000 * Alare - nasal root angle 53.23 5.54-0.168 0.045 * Angle Gonion - nose root angle 63.77 4.47-0.317 0.000 * Nose root - pronasale- gonion angle 133.11 4.09-0.830 0.325 Gonion - subnasale angle 84.80 7.81-0.278 0.001 * * significant, alpha=0.05 (2-tailed) Table 4. Independent t-test by gender Description Boy Mean(SD) Girl Mean(SD) p-value Face length 97.60(8.31) 94.89(8.21) 0.0473 * Length Nose length 33.73(3.92) 33.03(3.55) 0.2656 Subnasale-chin length 58.11(5.53) 56.49(5.35) 0.0776 Menton length 21.41(4.36) 22.33(4.75) 0.2376 Face width 131.24(8.73) 126.91(8.81) 0.0037 * Nose width 33.46(2.91) 32.59(2.49) 0.0585 Width Lip width 39.07(4.10) 38.18(4.83) 0.2393 Gonion width 105.97(7.97) 103.60(8.37) 0.0853 Face curvature width 173.95(17.86) 168.32(16.92) 0.0556 Arc Bitragion - subnasale arc 172.48(17.57) 167.47(17.42) 0.0900 Bitragion - pronasale arc 177.35(18.50) 171.21(18.17) 0.0482 * Nose protrusion angle 86.24(6.71) 85.48(6.87) 0.5059 Alare - nasal root angle 53.26(5.05) 53.21(6.02) 0.9582 Angle Gonion - nose root angle 63.72(4.20) 63.83(4.76) 0.8829 Nose root - pronasale- gonion angle 133.43(4.38) 132.81(3.79) 0.3683 Gonion - subnasale angle 84.29(7.63) 85.31(8.01) 0.4382 * significant, alpha=0.05 들길이와너비항목들이유의하게 (p<0.05) 로증가한것으로보인다. 반면, 코뿌리코돌출각도, 코뿌리코망울각도, 코뿌리아래턱각도, 아래턱코밑점각도는통계적으로유의한 (p<0.05) 음의상관관계를보였다. 이는연령증가에따라그각도가감소하는것으로보인다. 코뿌리코끝턱끝각도 (p=0.325) 와턱부위길이 (p=0.438) 는연 령과상관성이없었다 (Table 3). 각항목의성별차이를보기위해독립표본분석을실시하였다. 표 4 에수록한바와같이남자어린이가여자어린이에비해각항목에서측정치가다소큰것으로나타났지만, 16 항목중성별에따라통계적으로유의한차이가있는항목은얼굴길이 (p=0.0473), 얼굴너비 (p=0.0037), 귀구슬코끝호길이 (p=0.0482) 의 http://www.kiha.kr
어린이용황사및미세먼지마스크개발연구 357 Fig 5. The Dendrogram of the clusters combined showing three clusters Fig 6. Distribution of test subjects by cluster 3 개항목뿐이었다. 이들 3 가지항목은남자가여자보다얼굴길이 2.71 mm, 얼굴너비 4.33 mm, 귀구슬코끝호길이 6.14 mm 더컸으며, 통계적으로유의한차이가 (p<0.05) 나타났다 (Table 4). 마스크크기를구분하기위하여어린이 137명의얼굴계측치를군집분석 (Cluster analysis, SPSS) 으로분류하였다. 우선, 최적의군집수를결정하기위하여단계적군집분석에기반한계층적군집분석 (hierarchical clustering) 을실시한후, 덴드로그램을통하여얼굴형태별군집수를 3가지로결정하였다 (Figure 5). 결정된군집수인 3가지얼굴형태별분류를위하여제곱유클리드거리를이용한비계층적군집분석 (k-mean clustering) 을실시하였고, 각데이터값을최소한의분 Table 5. The Results of Clustering by Facial Anthropometry Description Cluster 1 (n=49) 2(n=28) 3(n=60) F Sig. Face length -.70039.77120.10799 31.309.000 * Nose length -.59059.70793.06352 22.233.000 * Subnasale-chin length -.67409.40602.24063 20.789.000 * Menton length -.25647.50457 -.01644 5.499.005 * Face width -.75918 1.06917.13754 52.284.000 * Nose width -.51196.64809.06658 15.632.000 * Lip width -.54876.57232.07761 5.499.005 * Gonion width -.54381.92771 -.04730 26.232.000 * Face curvature width -.98643 1.35198.25825 212.149.000 * Bitragion - subnasale arc -.96743 1.40201.22361 223.630.000 * Bitragion - pronasale arc -1.00701 1.40280.25442 273.060.000 * Nose protrusion angle.27746 -.09348 -.14960 2.636.075 Alare - nasal root angle.18185 -.20505 -.00594 1.354.262 Gonion - nose root angle 30395 -.25973 -.16454 4.150.018 Nose root - pronasale- gnathion angle -.04049 -.04121.08997.284.753 Gonion - subnasale angle.53062 -.61620 -.27879 19.166.000 * Specific * significant, alpha=0.05 Short face length and Medium facesizes and Long face length width, protruded nose, and the largest angle of and width the largest gonion angle nose root - gnathion http://www.kiha.kr/
358 김현욱ㆍ서혜경ㆍ명준표ㆍ윤종서ㆍ송윤근ㆍ김충범 산이되도록표준화처리하여가장가까운중심으로부터군집을분류한결과클러스터 1, 2, 3으로구분되었다 (Figure 6). F값이큰얼굴곡률너비, 귀구슬코밑호길이, 귀구슬코끝호길이, 얼굴너비와얼굴길이는 3가지클러스터집단간변동이특히컸으며 (Table 5), 코돌출각도 (p=0.075), 코뿌리코망울각도 (p=0.262), 코뿌리아래턱각도 (p=0.018), 코뿌리코끝턱끝각도 (p=0.753) 를제외한모든항목이각클러스터사이에서유의한차이 (p<0.01) 가있었다. 이와같은결과에서얼굴길이와얼굴너비그리고호길이항목이유의한차이로클러스터링되었으며, 코밑아래턱각도 (p=0.000) 를제외한얼굴각도항목은각클러스터간에유의한차이가없는것으로나타났다. 클러스터 1에속한어린이의얼굴특징은얼굴길이와너비가작고코가돌출되어있으며아래턱각도가발달된특징이있고, 클러스터 2에속한어린이얼굴의특징은얼굴길이와너비가큰얼굴이며, 클러 Table 6. Centroid for each facial anthropometry by Cluster Description Cluster 1(n=49) 2(n=28) 3(n=60) Face length 90.42 102.69 97.16 Nose length 31.16 36.03 33.61 Subnasale-chin length 53.60 59.52 58.62 Menton length 20.71 24.19 21.81 Face width 122.22 138.69 130.30 Nose width 31.63 34.79 33.20 Lip width 36.15 41.19 38.97 Gonion width 100.30 112.41 104.39 Face curvature width 153.78 194.83 175.63 Bitragion - subnasale arc 152.90 194.64 173.88 Bitragion - pronasale arc 155.58 200.22 178.95 Nose protrusion angle 87.74 85.23 84.85 Alare - nasal root angle 54.24 52.10 53.20 Gonion - nose root angle 65.14 62.61 63.04 Nose root - pronasale- gnathion angle 132.95 132.95 133.48 Gonion - subnasale angle 88.95 79.99 82.62 Age 5.6.7 11.12.13 8.9.10 Fig 7. Distribution of test subjects plotted on the NIOSH Panel http://www.kiha.kr
어린이용황사및미세먼지마스크개발연구 359 스터 3에속한어린이얼굴의특징은얼굴크기는중간이나코뿌리코끝턱끝각도가발달된특징이있었다. 얼굴크기와형태별특징으로분류된 3가지클러스터그룹의항목별중심점 (centroid) 을 Table 6에수록하였다. 이를근거로어린이마스크사이즈를소형, 중형, 대형 3가지로분류하였다. 수집된남녀어린이의얼굴길이와얼굴너비측정치를이용해 NIOSH panel에그분포를 Figure 7과같이나타내었다. 이분포에서어린이는성인용테스트패널밖의다른위치에다소많은대상자가위치함을알수있었으며, 어린이의얼굴크기는어른과비교해볼때얼굴길이와너비가다소작은것으로보여진다. 3. 어린이호흡생리학적능력및마스크인증기준, 시제품제작서울 S 병원에내원한어린이만 6세부터 13세 62 명의폐기능검사자료를수집하였다. 남아 58.1%, 여아 41.9% 의자료를분석하였으며, 연령별로는 10세 (21.0%) 와 11세 (22.6%) 의자료가가장많은반면폐기능검사가어려운어린나이인 6세 (6,4%) 에서가장적은결과치를얻어분석하였다. 그결과평균 ( 표준편차 ) 는최대호기량 (PEFR) 이 298.4(93.0) l/m, 일회호흡량 (TV) 은 495.9(176.2) ml, 폐활량 (VC) 은 2284.0 (661.8) ml, 전폐용적 (TLC) 은 2812.9 (729.2) ml, 잔기량 (RV) 은 549.0(319.9) ml였다 (Table 7). 폐기능과밀접한연관이있는최대호기량 (PEFR) 은본조사대상어린이평균치가 298.4 l/m이었으며, 폐활량의경우 2284.0 ml였다. 이는서울과제주어린이 215명의평균최대호기량 (PEFR) 283.2 l/m(nier Report, 2008) 와비교해약간높으나큰차이는없는것으로판단된다. 따라서어린이의폐기능은정상성인에비해약 60% 정도로사료되며, 이를근거로제작하는어린이 Table 7. Values of pulmonary function testing in children (N=62) PFT(pulmonary function test) Mean(SD) Adult Rate PEFR(peak expiratory flow rate) 298.4(93.0) 420-520 l/m 63% TV( tidal volume) 495.9(176.2) 500ml-600 ml 90% VC(vital capacity) 2284.0(661.8) 3200-4800 ml 57% TLC(total lung capacity) 2812.9(729.2) 4200-6000 ml 55% RV(residual volume) 549.0(319.9) ml 41% Data for Adult were obtained from the report of NIER, 2008 Table 8. Certification of KF80 for yellow sand dust & Suggested criteria for Children s mask Criteria KF 80 For Children Filtering efficiency test 95 L/m. upper 80% 60 L/m. upper 80% Inhalation resistance test 30 L/m. below 60 Pa 20 L/m. below 60 Pa Face seal leakage test below 25% below 25% KF: Korea filter, Ministry of Food and Drug Safety Fig 8. Representative face generated for mask design http://www.kiha.kr/
360 김현욱ㆍ서혜경ㆍ명준표ㆍ윤종서ㆍ송윤근ㆍ김충범 Fig 9. Mask design process utilizing the 3D image Fig 10. Masks printed using 3D Printer and prototype masks manufactured for testing Fig 11. Exercises selected for fit testing (1. Normal breathing 2.Turning head side to side 3. Bending over) 용시제품마스크에는국내황사마스크인증기준인 KF80 시험법자료의 60% 를적용하여기준으로제안하였다 (Table 8). 시제품의성능은 filter efficiency를 85.5%, pressure drop은 10.9 Pa로제작하였으며, 마스크의크기는어린이 144명의안면부측정으로구분한클러스터로부터 3가지크기로제작하였다. 대. 중. 소그룹으로분리된어린이들 (1 클러스터 38명. 2 클러스터 73명, 3 클러스터 31명 ) 중 95percentile에속한안면부이미지를중첩하여대표얼굴 (Figure 8) 을만든후 Figure 9 와같이 3D 이미지상에서직접마스크디자인을설계하는 3D 기법을이용하였다. 디자인한마스크를 3D 프린터로출력하여시제품제작을위한보정작업을하였으며, KF80 마스크시험법의 60% 를적용한시제품 18개와 KF80 마스크시험법을적용한시제품 18개, 총 36개를마련하여시험하였다 (Figure 10). 4. 밀착도검사제작된시제품마스크가어린이얼굴에밀착이잘되는지확인하기위하여소형, 중형, 대형 3가지마 http://www.kiha.kr
어린이용황사및미세먼지마스크개발연구 361 Table 9. Result of Fit factor & Leakage Large Medium Small KF80 Children KF80 Children KF80 Children KF80 Children P FF GM(GSD) 115.4(2.4) 52.0(2.9) 129.3(2.2) 127.1(2.5) 200.0(1.0) 170.0(1.5) 124.6(2.3) 84.3(2.9) Pass rate 83.3 33.3 66.7 83.3 100 83.3 83.3 66.7 * 0.000 L Mean(SD) 5.6(4.1) 12.41(8.3) 4.74(3.5) 3.29(2.6) 3.6(1.4) 5.6(5.6) 4.67(3.1) 7.12(6.8) * 0.006 * Statistically significant, alpha = 0.05 by Paired t-test 1. Large mask 2. Medium mask 3. Small mask Fig 12. Fit Factor in each mask 스크를얼굴크기에맞는어린이각 6명 ( 총 18 명 ) 에게착용시킨후, 밀착도검사용 3가지동작을수행하게하여밀착도와누설률을검사하였다 (Figure 11). 밀착도검사와누설률검사를실시한결과는 Table 9와같다. KF80 시험법으로제작한마스크중밀착도가가장낮은마스크는대형사이즈였고밀착계수기하평균 ( 기하표준편차 ) 은 115.4(2.4) 였다. 어린이시험법으로제작한마스크중대형사이즈의밀착계수기하평균 ( 기하표준편차 ) 도 52.0(2.9) 로역시가장낮은결과를보였다. KF80 시험법으로제작한마스크중밀착도검사성공률이가장좋은마스크는소형사이즈로 100% 였고, 중형의성공률은가장낮은 66.7% 였다. 어린이시험법으로제작한마스크중대형사이즈마스크의밀착검사성공률이 33.3% 로가장낮은결과를보였다. 반면중소형은밀착도성공률이동일하였고, 성공률도 83.3% 로높았다. MT03 으로실시한누설률또한 12.41% 로나타나어린이용시험법의대형마스크의경우특히밀착이안되었을뿐아니라필터로도누설되는것이의심되었다. Figure 12에서 Fit Factor가 100이하인마스크는대형과중형사이즈가대부분이었으며, 100 이하의밀착계수를나타낸마스크는 KF80 시험법에의한마 스크보다어린이용시험법에의한마스크가더많았다. 하지만 KF80 시험법과어린이용마스크시험법에의한마스크전체의밀착계수기하평균 ( 기하표준편차 ) 은각각 124.6(2.3) 와 84.3(2.9) 이었고, 밀착도검사의 pass rate 또한 83.3% 와 66.7% 의통과율을보였다. KF80 시험법에의한마스크와어린이용시험법에의한마스크의밀착계수는통계적으로유의한차이를나타내었다 (P<0.000). 5. 고찰본연구는 3D 스캔데이터를이용하여어린이안면부에서여러항목을측정한후, 호흡보호구설계를위하여얼굴형태를구분하고자하였다. 기존연구에서 3D 안면스캔데이터를이용하는 digital 설계또는평가방법들이제안 (Gross et al., 1997; Han & Choi, 2003; Song & Yang, 2010) 되어있으나, 현재까지어린이용마스크를설계하기위한분류기준이나평가기준은제시되고있지못한실정이다. 3D 스캐닝장치는사물의형상을입체적으로읽어들여디지털화하는장비로서리버스엔지니어링, 매스커스터마이제이션, 캐릭터디자인, 유물및건축물복원등에서사용되고있으며, 전통적인실측방법과 http://www.kiha.kr/
362 김현욱ㆍ서혜경ㆍ명준표ㆍ윤종서ㆍ송윤근ㆍ김충범 달리매우정밀한측정이이루어진다. 얼굴의경우, 각포인트의위치선정과표지점의정의가측정결과치에큰영향을줄수있다고하며, 직선거리와는다른개별얼굴형상의자유곡선측정은실측치와더큰차이가있다고하였다 (Han et al., 2004). 3차원측정의장점은인체측정에소요되는시간을절약할수있고, 전통적직접측정법으로측정할수없는부위도측정이가능하다. 하지만신뢰할수있고정밀한 3차원자료를얻기위해서는우선하드웨어나소프트웨어의정밀도에대한검증이필요하며, 표준화된 3차원측정방법이확립되어야한다 (Lee et al., 2004). 3D 데이터를이용한얼굴분석에대한연구 (Kim et al., 2003; Song & Yang, 2010) 에서밀착이잘되는마스크개발에필요한성인얼굴형태를 3차원적인방법으로분류하거나얼굴의밀착부를 3차원으로모델링하였다. Luximon et al.(2010) 에의하면중국성인의얼굴형태는미국인의얼굴형태와다를뿐아니라한국과같은다른아시아인종과의비교에서중국성인여성의얼굴너비는그들보다넓고얼굴길이는짧은것으로조사되었다. Ball et al.(2010) 은 Size China사업을통해 3D 안면데이터를중국과코카시안의안면과머리를측정비교하였으며, 최근연구들은 3D 안면스캔데이터를이용하여치수를측정하거나형상을분석 (Zhuang et al., 2010a; Zhuang et al., 2010b; Luximon et al., 2012) 하고있을뿐만아니라, 3차원영상으로부터성인얼굴형태를모델링하는연구 (Lee et al., 2011; Kim et al., 2013b) 도활발히이루어지고있다. Lee et al.(2012) 은호흡보호구설계를위한 3차원안면연구들의선행자료검토를통하여안면크기와안면형태를분류하였고, 이에적합한호흡보호구를설계하고평가하는측면은다양한인간공학적제품개발에중요하게적용될수있음을시사하였다. 최근 3D 스캔기술및 FEM(Finite Element Method, 유한요소법 ) 기반의분석시스템이발전함에따라많은양의점들로구성된정교한 3D 안면에대한다양한분석이가능해졌음에도불구하고, 어린이와노인등에대한연구는드물게이루어지고있다. 직접측정이어려운노년층이나장애인, 그리고어린이들에게는짧은시간안에효율적이며안전하게측정이이루어지는 3차원측정이바람직한방법 (Weinberg & Kolar, 2005; Amirav et al., 2014) 이다. 이러한장점에도불구하고세계적으로도어린이얼굴에대하여 3D 측정을하거나얼굴의 3차원분석을하는연구는매우찾아보기힘들다. 소아의약물투여용마스크디자인에있어서, 이들의연령그룹간차이를알아보기위해실시한연구 (Amirav et al., 2014) 에서는생후 1개월부터 4세의소아 271명을대상으로 3D 스캐닝을한후얼굴이미지분석을하였는데, 신생아, 영아그리고소아에서 3가지클러스터그룹으로분류되었으며, 소형, 중형, 대형의마스크사이즈가필요하다고결론지었다. 본연구의결과도위의연구와마찬가지로연령이증가함에따라얼굴의길이와너비가증가함을볼수있었고, 코뿌리코끝턱끝각도와턱부위길이를제외한나머지항목은연령증가에따라유의한차이를보였다. 안면부의민족간, 인종간차이에대한선행연구 (Ball et al., 2010) 에의하면얼굴형상이나그특성이상이하며, 동일한인종내에서도개체마다서로다른경향이있다고하였다. Cho & Choi(1999) 에의하면한국인의얼굴유형은남녀모두에서둥근얼굴 ( 그룹A) 과좁고긴얼굴 ( 그룹B) 로분류하였으며, 얼굴길이와너비의비율관계로전체적인얼굴의형태를표현하는것이바람직하다고하였다. 본연구의경우어린이의얼굴형태를 3가지클러스터로분류하는기준에서얼굴길이와너비항목이큰영향을미쳤음을알수있었다. Kim et al(2003) 은한국인얼굴의형상해석에서 4 가지형태 ( 얼굴굴곡이없는타원형, 굴곡이많은긴타원형, 둥근타원형, 턱이밋밋한긴타원형 ) 로분류하였으며, 얼굴크기를코뿌리점에서턱끝융기점까지의좌표값을이용하여측정된거리를이용하였다. 남자와여자모두거의두그룹에집중되어있었고, 이는남자와여자가고유한얼굴형을가지고있는것으로나타났다. 한국인은얼굴유형의해부학적특성이보편적인얼굴 (Cho & Choi, 1999) 을지닌다고하였으며, 어린이의안면부형태의지역적차이를비교한연구 (Kim et al., 1992) 에서도성별과지역간의얼굴항목의통계적차이가없다고보고하였다. 하지만나이에따른안면부크기를비교한연구에의하면 (Kim & Lee, 2010a) 나이가들어감에따라얼굴불균형이생긴다고하였으며, 어린이의안면연구에서는하악의 http://www.kiha.kr
어린이용황사및미세먼지마스크개발연구 363 성장이머리의다른부분에서보다장기간에걸쳐성장이이루어지며불규칙하고예측이어렵다고 (Chang, 1997) 하였다. Jung & Whang(1999) 은얼굴길이가 10-11, 12-13, 14-15세사이군에서연령증가에따라그길이가유의한차이로증가하였다고보고하였으며, 본연구에도나이별증가에따른얼굴크기의증가와같은결과를나타내었다. 어린이의연령증가에따라안면부의성장과형태적특성에변화가있다는위의연구결과와같이이번연구에서도연령증가에따라얼굴너비, 얼굴길이, 얼굴곡률너비, 귀구슬코밑호길이그리고귀구슬코끝호길이가어린이얼굴형태분류에영향을미치는길이항목이었다. 어린이얼굴을군집분석한결과얼굴크기가작은얼굴과중간얼굴그리고큰얼굴의 3가지그룹으로분류되었다. 얼굴형태의특징은 1번클러스터그룹은작은얼굴크기로코가돌출되고아래턱각도가발달된특징인 5.6.7세어린이였으며, 2번클러스터그룹은얼굴길이와너비가두드러지게큰특징을가지고있었으며 11.12.13세의어린이가다수포함되었다. 중간크기얼굴인 3번클러스터그룹은코뿌리코돌출턱끝각도가발달된특징을가진 8.9.10세의어린이가다수포함되어있었다. Amirav et al.(2014) 은연령이증가함에따라얼굴의길이와너비가증가하였고소형, 중형, 대형의마스크사이즈가필요하다는결과를제시하였는데, 본연구에서도 3가지크기의마스크를분류하였고, 이를바탕으로시제품을제작하기로하였다. 본연구결과는성장기의어린이들의다양한안면크기와형상을 3차원스캔데이터들을이용하여길이와너비뿐만이아니라각도및곡선길이등세부적이고정확한측정을실시하였고, 향후 3차원안면데이터를이용한어린이마스크사이즈의기초자료로활용될수있다. 이와같은 3D 스캐닝을기반으로모델링하는방법은매우정교하고사실적인모델을얻을수있지만 3D 얼굴데이터수집이어렵고, 모델을구축하는데있어수반되는작업량이많고처리하는데시간이많이걸리는단점이있다 (Kim et al., 2013b). 하지만측정자에의한오차가적고피험자가빠른시간내에번거롭지않은과정으로측정을마칠수있다는장점이있으며, 다양한측정치를얻을수있는이점을지니고있어어린이들의안면부 측정에유용하였다. 마스크의크기는물론어린이의호흡생리학적특징을고려하여숨쉬기편한마스크를개발하기위해서는호흡량자료가필요하였다. 만 5세부터 13세의어린이폐기능결과치는국립환경과학원 (2008) 의결과와유사하였으며, 성인의생리학적자료와비교하여약 60% 의차이가있었음을알수있었다. 일본의어린이연구에의하면각활동별어린이호흡량은성인과비교하여매분당호흡량이 70%, 피크유량 (PF) 이약 70% 적게측정되어일본의마스크국가검정규격유량 85 L/m의 0.7배를적용한 60 L/m이적당하다고하였다 (JASHS, 2013). 본연구의결과에서는어린이의호흡량이성인과 60% 차이를보여이를토대로마스크인증시검정항목내기준을정하였다. KF80 시험법에대하여어린이마스크시험법의시험유량은분진포집효율시험유량 60 L/m, 안면부흡기저항시험유량 20 L/m으로각각정하여시제품마스크를제작하였다. 시제품마스크는각각 KF80시험법과어린이용시험법을적용하여제작하였는데, 이는현행마스크인증기준과본연구에서제안한기준이어떤차이를가지는지비교하기위한것이었다. 시제품에는마스크내부로누설되는부분에마스크 shell을덧댄형태를개발 (Koehler, 2014) 한것과같이, 천을덧붙여내부의누설을줄이고착용감을높이도록하였다. 이시제품 6가지종류의마스크총 72개로남녀 18명어린이에게밀착도와누설률검사를실시하였다. 그결과, 어린이시험법적용마스크의밀착도는 KF80 시험법적용마스크의밀착도결과에비해낮게나타났으며, 특히대형마스크의경우 Overall Fit Factor의평균값이 85.1로낮은결과를보였다. 마스크를착용한어린이의모습에서밀착은잘유지된것으로보였으나, 필터의문제가아닐까하는의문을갖게되었다. 중형마스크의경우연구에서제안한크기보다작은크기로시제품이제작되어대부분의대상어린이의얼굴길이보다작았으며, 밀착도검사에서 66.7% 의성공률을나타내었다. 이는얼굴크기에맞는마스크를착용할때밀착도성공률이높다는 Han(2000) 의연구결과와비슷하다. 하지만 KF80 시험법을적용한대. 중. 소형마스크와어린이용시험법을적용한대. 중. 소형마스크의평균밀착계수는 100이상을넘는결과를 http://www.kiha.kr/
364 김현욱ㆍ서혜경ㆍ명준표ㆍ윤종서ㆍ송윤근ㆍ김충범 보였고, 밀착도검사의성공률또한높게나타났다. 이는안면부에부착한마스크 shell이밀착도를높여주는역할을한것으로보여진다. 본연구의제한점으로는대상어린이수가적은점이다. 이는대상자를구하기매우어려운현실적인제약이기도하지만향후에는더많은대상자를대상으로해야할것으로본다. 특히폐기능자료의경우수집된자료의연령별분포가고르지않아그차이를분석하지못하였다. 또시제품마스크의밀착도검사를실시할때 OSHA Exercise Regimen 8가지중 3가지동작만을사용한점이다. 이는작업장의근로자들에게밀착도검사를하기위한 8가지동작을어린이들에게그대로적용하기에는무리가있었으므로, 그중정상호흡, 머리좌우로움직이기, 허리굽히기의 3가지를선정하여실시하였는데, 이로인한결과가다소달라질수있다고본다. 일본에서도 (JASHS, 2013) 어린이가주로활동하는 4가지종류의동작으로밀착도를측정하였다. 그러나추후어린이용마스크의밀착도를측정하게된다면좀더근거있는동작으로구성한 Exercise Regimen이필요할것으로사료된다. 그리고밀착도검사는물론누설률도측정하였으나, 이두가지방법은각각다른두기기를이용해마스크가얼마나잘맞는지를확인하기위한방법일뿐밀착도와누설률을상호비교하기위한방법은아니었다. 이런제한점에도불구하고, 본연구의결과에의하면, 어린이얼굴의크기와특성에따른마스크의구분이필요하다고보며, 어린이의호흡생리에적합한마스크를제작해야한다고본다. 이를위해서현행황사마스크인증기준인 KF80 시험법기준의 60% 를적용하였는데, 이기준이적합한것으로인정받으려면더많은자료를축적해야할것으로본다. 이연구에서는긍극적으로어린이얼굴형태에맞는마스크를설계하고, 착용감을높이는방안을마련하였으며, 숨쉬기편한마스크개발을하고자하였는데, 소기의목적을달성한것으로판단되었다. IV. 결론어린이용호흡보호구설계를위한기초자료를구하고자어린이안면부형태를측정하고특징을구분 하였다. 만 5세부터 13세남녀어린이 144명을대상으로 3D 스캐닝한후, 소프트웨어를통하여 3차원형상데이터를만들어안면부 16개항목을측정하였다. 또측정된안면부항목을통계적으로분석하여 3 가지그룹으로구분하였으며, 성인의생리학적자료와의차이를고려한어린이마스크시험법을적용하여어린이용마스크를제작하였다. 이를대상으로실험한결과는다음과같다. 1. 피험자는총 144명이었으며, 남자어린이 72명 (50%) 과여자어린이 72명 (50%) 이었고연령은만 5 세부터 13세까지각연령군별 16명씩 (11.1%) 분포하였다. 2. 연령과16항목에대한상관분석결과길이와너비등의수치는양의상관관계가, 그리고각도는음의상관관계가있었으며, 코뿌리코끝턱끝각도와턱부위길이는연령과상관성이없었다. 3. 얼굴형태분류를위한최적의군집수는계층적군집분석결과 3가지로분류되었다. 비계층적군집분석 (k-mean clustering) 을실시하여각얼굴의형태별특성을분류한결과, 3가지클러스터로분류되었다. 이를기반으로대형마스크의사이즈는 121 x 99 mm, 중형마스크는 118 x 94 mm, 소형마스크는 102 x 91 mm를제작하였다. 마스크의안면부접촉면에는 shell을덧대어밀착도와착용감을높이도록설계하였다. 4. 어린이의폐기능자료에서최대호기유속과폐활량은성인정상치의약 60% 로조사되었다. 이를기반으로시제품의어린이마스크시험법을 KF80 시험법의 60% 로정하였으며, 시제품으로제작된마스크를대상으로한밀착도검사결과어린이마스크시험법은 KF80의마스크시험법의결과에비해낮은밀착도를보였다. 5. 대형마스크의경우, 밀착도검사결과낮은결과를보였으며, 검사통과률도매우낮았다. 중소형마스크의경우밀착도검사에서 66.7%~100% 의통과율을보였으며, 중형크기의 KF80 시험법마스크와어린이용시험법마스크밀착계수의기하평균 ( 기하표준편차 ) 값을살펴보면각각 129.3(2.2) 와 127.1(2.5) 이며, 소형크기의 KF80 시험법마스크와어린이용시험법마스크밀착계수의기하평균 ( 기하표준편차 ) 값은각각 200.0(1.0) 과 170.0(1.5) 였다. http://www.kiha.kr
어린이용황사및미세먼지마스크개발연구 365 결론적으로본연구에서사용한 3D 측정방법은얼굴과같은측정이어려운곳에유용하게활용할수있으며, 어린이등측정이어려운대상자에게적용하기편리한것으로판단된다. 이연구에서분류된어린이의안면부클러스터와안면부형태의특징은추후한국의어린이용마스크를설계할때기초자료로활용될수있을것으로보며, 성인과의생리학적자료가차이가있음을고려하여별도의마스크시험법제정이필요할것으로판단된다. 즉현행황사마크스기준은어린이에맞지않으며, 향후어린이의호흡생리를감안하여인증기준을마련해야어린이가숨쉬기편한마스크의제작이가능할것으로판단된다. 감사의글 본연구를수행할수있도록물심양면으로후원을아끼지않으신도부라이프텍의김일순회장님께먼저큰감사를드리며, 3D 측정과프린팅을위해많은도움을주신프로토텍의직원에게도감사를드립니다. 특히한천초등학교와문덕초등학교의교장, 교감, 선생님그리고대방동성모유치원과서울꿈나무마을의원장선생님, 선생님들그리고참여어린이들의큰도움이없었다면이연구가진행될수없었을것입니다. 머리숙여이모든분들께깊은감사의인사를드립니다. References Amirav I, Luder AS, Halamish A, Raviv D, Kimmel R., Waisman D and Newhouse MT. Design of aerosol face masks for children using computerized 3D face analysis. J. Aerosol. Med. Pulm. Drug. Deliv 2014; 27: 272-278 Ball R, Shu C, Xi PC, Rioux M, Luximon Y and Molenbroek. J. A comparison between chinese and caucasian head shapes. J. Ergonomics2010; 41: 832-839 Chang YI. Facial asymmetry. Kor. J. Orthod1997; 21(2): 251-258 Cho SW and Choi YC. Craniofacial morphologic patterns related to different facial types in korean adults: a cephalometric analysis. J. Kor. Acad. Pediatr. Dent 1999; 26(1): 185-199 Gross ME, Taylor SE, Mountjoy DN and Hoffmeister Jeff. Antropometric research on the sizing of the MBU-20P Aircrew Oxygen Mask. AFRL-HE-WP-TR-2002-0181, Human Effectiveness Directorate Crew System Interface Division Available from United States Air Force Research Laboratory1997 Han DH, Rhi JM. Development of half-masks well-fitting for korean faces (2)-pilot study. J Korean Soc Occup Environ Hyg 2004; 14(1): 8-17 Han DH and Choi Kl. Facial dimensions and predictors of fit for half-mask respirators in koreans. J.AIHA 2003; 64(6): 815-822 Han DH. Fit factor for quarter maska and facial size categories. Ann. occup. Hyg 2000; 44(3):227-234 Jung M and Whang CJ. Semi-longitudinal study on growth development of children aged 6 to 16. Kor. J. Orthod 1999;29(1): 51-72 KFDA. Guidelines on the specification of standard on the dust mask. 2010 Kim HJ, Im SW, Jargal G, Lee SW, Yi JH, Park JY, Sung JH, Cho SI, Kim JY, Kim JI and Seo JS. Heritabilities of facial measurements and their latent factors in korean families. genomics inform 2013a;11(2): 83-92 Kim JS, Kim JM and Cho HJ. 3D face modeling from a frontal face image by mesh-wrapping. J Kor. Mult. Soc 2013b;16(1): 108-118 Kim A and Lee KH. Comparison and analysis of women faces in 60s through women face s measured value. Kor. J. Sci. Emot. &Sens 2010a; 13(3): 485-492 Kim SH, Son JY, Lee JT, Kim TH, Sohn JW, Shin DH, Park SS, Yoon HJ and Park SW. Effect of airpollution on acute exacerbation of adult asthma in seoul, korea: A case-crossover study. Korea J Med 2010b; 78(4): 450-456 Kim DS, Yu SD and Ahn SC. A study on the acute effects of fine particles on pulmonary function of school children in china. Epidemiology2006; 17(6): 404 Kim KY, Kim HY, Lee J, Lee ED, Kim DW. Development of the 3D test panel for half-mask respirators by 3D shape analysis for korean faces. J Korean Soc Occup Environ Hyg 2003; 13(3): 217-225 Kim JC, Hwang HS, Cho SM. A comparative study on dentofacial morphology between urban and sub-urban children, Korean J. Phys Anthrop 1992; 12: 187-199 Koehler RH, He X, Grinshpun SA. A novel face seal design for filtering facepiece respirators: development and pilot testing in a hospital operating room. J. ISRP 2014; 31(2): 116-127 Lee WS, Jung DH, Park SW, Kim HE and You HC. Facial anthrophometric surveys and respiratory design: a http://www.kiha.kr/
366 김현욱ㆍ서혜경ㆍ명준표ㆍ윤종서ㆍ송윤근ㆍ김충범 literature review and future works 2012. Website: http://www.esk.or.kr/conference/2012_fall/file/s2/s 2.4.pdf Lee WS, Jeong JR, Jeon EJ, Son DH, Park SK, Jung DH, Kim HE and You HC. Development of a design process for an oxygen mask based on 3D face scanning. Ergo. Soc. Kor 2011;18-23. website: http://www.esk.or.kr/conference/ 2011_spring/file/S13/S13.1.pdf Lee JI, Ju SL and Ashdown SP. A basic study contributes to extract the standardized 3D body data for women aged 60 and older. J Korean Soc.Cloth.Text 2004;28(2): 344-353 Liu, Yun, Kau, Chung How, Pan, Feng, Zhou, Hong, Zhang, Qiang. A 3-dimensional anthropometric evaluation of facial morphology among chinese and greek population. J Craniofacial Surgery2013; 24 (4):353-358 Lui H. LiZ and Zheng L. Rapid preliminary helmet shell design based on three-dimensional anthropometric head data. J.Eng. Desig 2008;19(1): 45-54 Luximon Y. Ball R and Justice L. The 3D chinese head and face modeling. Computer-Aided Design 2012;44: 40-47 Luximon Y, Ball R and Justice L. The chinese face: a 3D anthropometric analysis, organizing commettee of TMCE April 2010; 12-16 ME. Ministry of environment comprehensive plan for preventing damage caused by yellow dust 2013 NIER Report. Health effect of yellow dust and fine particulates 2008 Song YW, Yang WH. Half-mask interface prototype design using korean face anthropometric data. J Korea Safety Mang & Scien 2010;12(4):87-92 Son JY, Cho YS, Kim YS, Lee JT and Kim YJ. An Analysis of air pollution effect in urban area related to asian dust on all-cause and cause-specific mortality in Seoul, Korea 2000-2006. J. Env. Hlth. Sci 2009; 35(4): 249-258 The 60 th Annual meeting of the japanese association of school health. Safety NWES 2014; 660:12-14 The 60 th Annual meeting of the japanese association of school health Safety NWES 2013; 659:4-7 Weinberg SM and Kolar CJ. Three-dimensional surface: limitations and considerations from the anthropometric perspective. J. Craniofacial Surg2005; 16(5): 847-851 Yatapanage KG, Post K. Measurement of 3D facial contours for the design of half-face respirators. Am Ind Hyg Assoc J 1992;53(1): 19-26 Yu SD, Cha JH, Kim DS and Lee JT. Effects of fine particles on pulmonary function of elementary school children in ulsan. Kor. J. Env. Hlth 2007; 33(5): 365-371 Zhuang Z, BensonS and Viscusi D. Digital 3-D headforms with facial features representative of the current US workforce. J Ergonomics 2010a; 53(5): 661-671 Zhuang Z, Slice DE. Benson S. Lynch S and Viscusi, DJ. Shape analysis of 3D head scan data for US respirator users. EURASIP Jon Advances in Signal Processing 2010.2010b; 2010: 248954. Website: http://asp.eurasipjournals.com/ content/2010/1/248954. http://www.kiha.kr