[논문]스마트홈의 헬스케어를 위한 손목형 생체신호 감시 장치 개발

이건기; 이주원; 정원근; 이한욱; 장준영

스마트홈의 헬스케어를 위한 손목형 생체신호 감시 장치 개발
A Development of Wrist type Monitoring System for Smart Home Healthcare 원문보기

한국해양정보통신학회논문지 = The journal of the Korea Institute of Maritime Information & Communication Sciences, v.10 no.12, 2006년, pp.2349 - 2354

이건기 (경상대학교 공과대학 전자공학과) , 이주원 (경상대학교 공과대학 전자공학과) , 정원근 (경상대학교 공과대학 전자공학과) , 이한욱 (경상대학교 공과대학 전자공학과) , 장준영 (경상대학교 공과대학 전자공학과)

초록
AI-Helper

현대 과학 기술의 발달과 사회적 경제적 요구가 증가함에 따라 텔레메디슨은 다양한 분야에서 빠른 속도로 응용 범위를 넓혀 나가고 있다. 특히, 급속한 사회의 고령화와 웰빙 생활에 대한 욕구가 증가하고 있는 사회의 분위기에 발맞추어 우리는 독거노인 등 타인의 도움 없이 생활이 불편한 사람들을 위한 헬스케어 서비스에 관심을 가지게 되었다. 본 연구에서는 헬스케어 서비스 중, 실시간으로 인체에서 발생하는 생체신호와 생체신호에 영향을 미치는 측정 대상자의 주위 환경 요소들의 모니터링에 초점을 맞춰 손목형 생체신호 측정 단말기를 설계하였다. 우리는 여섯가지 신호를 실시간으로 모니터링하고 블루투스 무선 통신으로 서버로 전송하였다. 전송된 신호는 디지털 신호처리를 거쳐 실시간 모니터링 시스템에 의해 누구나 쉽게 알아 볼 수 있도록 측정 신호들을 나타내었다. 단말기는 손목 착용형으로 부피를 최소화하였고, 블루투스 통신을 사용하여 장소에 제약을 받지 않는 무구속 생체 신호 감시 시스템을 설계 구현하였다.

Abstract ▼ AI-Helper

Due to technological developments and the joint effect of both new social and economic needs and constraints, telemedicine is expanding rapidly through a variety of applications. Especially, owing to the rapid aging of society and increasing the wish for well being life, we take interest in health care services for people with special needs who wish to remain independent and living in their own home. We have focused on tole-monitoring to real-time medical signal and environment factor which is an influence on medical signal. We monitor the six signal(medical signal and environment factor), and transmit that signal to computer on bluetooth network. We get the information after using the some digital signal processing system, and display that information on the real-time monitoring system. We developed the measurer as portable type in older to non-restrained monitor.

주제어

AI 본문요약
AI-Helper

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문제 정의

본 논문에서는 이러한 스마트 홈 헬스케어 시스템의 시작점이라 할 수 있는 생체 신호 및 생체 신호에 영향을 미치는 환경 요소 등의 신호들의 감시에 초점을 맞춰 연구를 진행하였다. 이러한 신호의 감시를 통해 얻고자 하는 정보는 중요한 생체 정보인 심박수의 변화, 체온 변화에 따른 감성지수의 변화, 스트레스, 외부 온·습도 변화에 따른 불쾌지수 등이다[2].
현재까지 연구 개발되어 있는 생체 신호 측정 단말기들은 혈압이나 맥파 등 단일 신호 측정용이 주류였으며, 실시간 측정용 장비는 부피가 커서 휴대가 불편 하였다. 본 논문에서는 이러한 점을 극복하고 여섯 가지 의 신호를 하나의 단말기에서 측정 할 수 있으며, 단말기의 부피를 최소화시켜 휴대가 용이하고 근거 리 무선통신 방식인 블루투스통신을 사용하므로 장소에 대한 제약을 받지 않는 무구속신호측정 및 데이터 통신이 가능한 시스템을 개발하였다. 또한 측정된 모든 신호들은 실시간 모니터링 시스템의 데이터 저장기능에 의해 필요시 언제든지 원하는 시간 때의 측정신호의 확인이 가능하고, 인터넷을 통한 파일 전송으로 원격지에 있는 다른 사람들에게 측정된 신호를 보여 줄 수 있게 개발하였다.

제안 방법

이것은 자체적으로는 비교적 인체에 무해하다[3][4]. 기존의 시스템과의 측정 데이터 비교를 통해 구현된 시스템의 정밀도를 검증하였다.
단말기의 소형화를 위해서 2층으로 제작하였으며, 외부의 소음을 측정하는 소음 측정 센서와 외부 온 . 습도계, 말초혈류량 측정 센서 등의 센서들과 블루투스 통신 모듈, 내부의 건전지로 구성하였다.
타겟머신(target machine)과블루투스 모듈의 통신을 위해 RS-232 라인 드라이버가 필요 없는 구조이다. 따라서 블루투스를 타겟(target) 보드에 적용하는데 적합하며, 기기간 혹은 제어기와 주변기기 간 통신에 보편적 으로 사용되고 있는 RS-232 방식의 시리얼 통신을 이용하여 구성하였다.
본 논문에서는 이러한 점을 극복하고 여섯 가지 의 신호를 하나의 단말기에서 측정 할 수 있으며, 단말기의 부피를 최소화시켜 휴대가 용이하고 근거 리 무선통신 방식인 블루투스통신을 사용하므로 장소에 대한 제약을 받지 않는 무구속신호측정 및 데이터 통신이 가능한 시스템을 개발하였다. 또한 측정된 모든 신호들은 실시간 모니터링 시스템의 데이터 저장기능에 의해 필요시 언제든지 원하는 시간 때의 측정신호의 확인이 가능하고, 인터넷을 통한 파일 전송으로 원격지에 있는 다른 사람들에게 측정된 신호를 보여 줄 수 있게 개발하였다.
본 논문에서는 말초혈류량을 측정하기 위해 반사형 포토 인터 럽 터 (SG-105LF)와 증폭기(TL082)에 의해 추출된 신호는 적응 필터를 사용하여 잡음을 제거하고 일정한 크기로 조절된 출력신호를 최종적으로 실시간 모니터링 시스템으로 전달하였다.
생체 신호 측정 단말기는 마이 컴 Atmega32L을 사용하여 센서부를 드라이빙하고, 센서부로부터 받은 데이터를 연산하여 실시간 모니터링 프로그램으로 전송할 정보를 생성 했다. 시리얼 통신으로 블루투스 모듈로 정보를 전송하고, 블루투스 모듈을 제어하여 실시간 모니터링 프로그램으로 전송하게 설계하였다.
단말기의 소형화를 위해서 2층으로 제작하였으며, 외부의 소음을 측정하는 소음 측정 센서와 외부 온 . 습도계, 말초혈류량 측정 센서 등의 센서들과 블루투스 통신 모듈, 내부의 건전지로 구성하였다.
했다. 시리얼 통신으로 블루투스 모듈로 정보를 전송하고, 블루투스 모듈을 제어하여 실시간 모니터링 프로그램으로 전송하게 설계하였다. 구현한 단말기의 블럭도는 그림 2에 나타내었다.
실시간 모니터링 프로그램에서는 단말기로부터 전송받은 데이터를 이용하여 컴퓨터 화면에 사람의 생체신호에 변화를 주는 주위 환경신호의 변화 및 생체 신호의 변화를 실시간으로 나타내며, 누구나 쉽게 확인할 수 있도록 수신된 신호들을 그래프와 숫자로 표시 하도록 프로그램 하였다. 화면에 나타나는 각각의 신호들은 데이터 파일로 저장이 가능하므로 필요시 언제든지 확인이 가능하도록 제작 하였다.
피측정체가 사람인 경우, 정신적 영향, 측정 장비에 의한 불안감, 활동의 제한 등은 측정해야 할신호를 변화시킬 수 있다. 이러한 영향을 최소화하면서 생체 신호를 측정하기 위해 단말기를 무구 속이 동형 생체 계측 시스템으로 설계하였으며, 측정된 신호는 서버로 전송하여 실시간 모니터 링 할 수 있게 구현하였다. 일반적인 사용자가 환자 혹은 노약자임을 고려하여 통신방식은 저전력, 단거리 무선 통신인 블루투스를 사용하였다.
임상을 통해 그 정확성이 확인된 심박 측정기기인 (주)Biosys의 BPM-700, (주)케이티메드의 KTPS-01 두 장비와의 측정 결과 비교를 통해 본 논문에서 설계한 단말기의 정밀도를 검증하였다.
최근 정보통신의 급격한 발달과 삶의 질적인 수준의 향상에 따른 스마트홈 헬스케어에 관한연구로서 인체에서 발생하는 생체신호와 생체신호에 영향을 미치는 측정대상자의 주위환경 요소들을 측정하여 사용자의 컴퓨터로 측정신호들을 전송하며, 수신된 신호들은 각종 디지털 필터를 이용하여 신호들을 보정 한 후 실시간 모니터링 시스템에 의해 누구나 쉽게 알아 볼 수 있도록 그래프와 숫자를 이용하여 측정 신호들을 나타내었다. 본 논문에서 개발한 단말기의 성능은 이미 제품화 되어 나오는 다른 측정기 기와 비교 실험을 통해 본 논문에서 개발한 단말기의 출력 신호와 다른 측정기들의 출력 신호가 근사치로 나타나는 것을 확인할 수 있었다.
하였다. 화면에 나타나는 각각의 신호들은 데이터 파일로 저장이 가능하므로 필요시 언제든지 확인이 가능하도록 제작 하였다. 또한 저장되어 있는 파일들은 원격지에 있는 단말기 사용자의 담당의사 또는 보호자에게 인터넷을 통해 전송함으로써 사용자의 기본적인 건강 상태를 확인할 수 있다.

대상 데이터

외부소음을 측정하기 위해 콘덴서 마이크와 증폭기(TL082)를 사용하였다. 외 부소음 측정 회로에는 대역통과 필터를 사용하여 10Hz~10kHz 사이의 주파수만을 통과시키고 나머지 신호들은 제거 하였다.
피부온도를 측정하기 위해 온도센서 (LM35DZ)와 증폭기(TL082)를 사용하였으며, 온도센서 LM35DZ의 측정범위는 0℃-100℃이다.

이론/모형

본 논문에서는 전극사이의 저항변화를 측정하여 피부 저항을 측정 하는 통전법을 사용하였으며 측정된 신호는 비 선형적인 측정신호를 이용하여 선형적인 출력값을 찾기 위해 곡선접 합(curve fitting) 함수를 이용하였으며 곡선 접합함수는 아래와 같다.
개인용 컴퓨터에서는 수신된 이 말초혈류량신호로부터 사람의 맥파와 심박수를 측정 한다. 본 연구에서는 맥파와 심박수를 측정하기 위한 방법으로 적응 필터를 이용하였으며, 그 구조는 그림 3과 같다. 입력신호 P(n)은 PPG신호이며,
와 같이 나타낼 수 있으며, 이 심 박수 측정 알고리즘을 마이컴에 적용하였다.

성능/효과

이용하여 측정 신호들을 나타내었다. 본 논문에서 개발한 단말기의 성능은 이미 제품화 되어 나오는 다른 측정기 기와 비교 실험을 통해 본 논문에서 개발한 단말기의 출력 신호와 다른 측정기들의 출력 신호가 근사치로 나타나는 것을 확인할 수 있었다. 현재까지 연구 개발되어 있는 생체 신호 측정 단말기들은 혈압이나 맥파 등 단일 신호 측정용이 주류였으며, 실시간 측정용 장비는 부피가 커서 휴대가 불편 하였다.

후속연구

향후, 본 논문에서 구현한 손목형 생체 신호 측정 단말기를 홈 네트워크 시스템과 연동시, 효과적인 홈 헬스케어가 이루어질 것으로 사료된다.

참고문헌 (10)

V. Rialle, F. Dunchene, N. Noury, L. Bajolle, and J. Demongeot, 'Health Smart Home : Information Technology for patients, Telemedicine and Journal and e-Health vol 8', no. 4, pp. 395-409, 2002

상세보기
J. G. Webster, Design of Pulse Oximeters, Institute of Physics Publishing, 1997
Jennifer Bray, Charles F Sturman, BLUETOOTH, Prentice Hall PTR, 2001
Bluetooth Specification Version 1.1, Core, 'Specification of the Bluetooth System volume 1' , Feb 22, 2001
Metin Akay, Biomedical Signal Processing, ACADEMIC PRESS, 1994
Eugene N. Bruce, Biomedical Signal Processing and Signal Modeling, John wiley & Sons, Inc
이주원 외 5명, 펄스옥시메터의 동잡음 제거 필터 설계, 대한의용생체공학회지, Vol. 22 No.5, 2001
이건기 외 3명, 심전도 신호의 기저선 잡음제거를 위한 적응신경망 필터 설계, 대한전자공학회지, Vol.39. No. SC. 1,2002
Rosental T, 'Studies on the conductivity properties of human skin to direct current'. Acta Physiol Scand, 5. 130-151,1943

상세보기
Natatani Y, 'Skin electric resistance and ryodoraku'. J. Autonomic Nerve, 6.52,1956

저자의 다른 논문 :

표제어: PCR

동의어: Packet Collision Rate

용어 설명 출처 목록 (6)

용어 설명: PCR은 세균 특이성이 있는 primer를 이용하여 적은 수의 세균이 있을지라도 쉽게 검출할 수 있는 유용한 방법이며, 이를 이용하여 구강 내 치면세균막이나 타액에서 직접 세균을 검출할 수 있게 되었다[8].

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