[논문]센서네트워크를 이용한 심전도 측정시스템의 설계 및 구현

김정원

doi:10.5392/jkca.2008.8.1.186

[국내논문] 센서네트워크를 이용한 심전도 측정시스템의 설계 및 구현
Design and Implementation of an Electrocardiogram Measurement System Using Sensor Network 원문보기

한국콘텐츠학회논문지 = The Journal of the Korea Contents Association, v.8 no.1, 2008년, pp.186 - 194

초록
AI-Helper

본 논문에서는 인체의 심전도를 측정하여 언제 어디서나 환자의 건강상태를 체크할 수 있는 유비쿼터스 헬스 케어 시스템을 구현하였다. 구현된 시스템은 심전도 측정 단말기, 자료 수집 베이스 노드, 의료 정보 수집 서버로 구성된다. 구현된 단말기는 지그비(Zigbee) 프로토콜을 통하여 센서 네트워크를 구성하며 TinyOS가 내장되어 있는 초소형 보드로 설계되었다. 자료 수집 베이스 노드는 무선 리눅스 단말기로 구성되어 서버로 무선 랜을 통하여 센싱된 정보를 실시간으로 전송한다. 또한 의료 정보 수집 서버는 단말기에서 얻은 데이터를 저장 관리하며 긴급 상황 발생 시 연계된 의료진에게 환자의 상태를 보고하도록 설계되었다. 실험 결과 지그비 통신 프로토콜을 이용한 센서 네트워크를 통하여 유비쿼터스 헬스 케어 시스템이 구현 가능함을 확인하였다.

Abstract ▼ AI-Helper

This paper has implemented a ubiquitous healthcare system that can measure and check the electrocardiogram of a human body in anytime and anywhere. The implemented prototype is composed of electrocardiogram measurement terminal, data gathering base node, and medical information server. The implemented node constructs a sensor network using the Zigbee protocol and the TinyOS is installed on each node. The data gathering base node is linux-based node that can transfer sensed medial data through wireless LAN. And, the medical information server stores the processed medical data and can promptly notify the urgent status to the connected medical team. Through experiment, we confirmed the possibility of ubiquitous healthcare system based on sensor network using the Zigbee.

주제어

AI 본문요약
AI-Helper

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문제 정의

u-Healthcare를 구축하기 위해서는 인체 센서 기술, 센서 네트워크 기술, 이 기종 단말을 연결하기 위한 미들웨어 기술 등 다양한 요소 기술이 필요한데 본 장에 서는 이에 대한 관련 연구를 소개한다.
본 논문에서는 유비쿼터스 헬스 케어를 위한 프로토 타입 수준의 심전도 측정 시스템을 개발하였다. 구현된 시스템은 지그비 통신 프로토콜 기반으로 데이터를 전송하며 각 센서 노드에는 TinyOS가 장착되어 이벤트를 처리하며 임베디드 리눅스가 탑재된 게이트웨이는 무선 통신으로 의료정보를 실시간으로 전송할 수 있어 언제, 어디서나 의료정보를 의료전문가에게 전달할 수 있어 위험 상황이나 주기적 건강을 보고할 수 있는 시스템이다.
본 논문에서는 이 USN(Ubiquitous Sensor Network) 상에서 의료 서비스를 제공하는 유비쿼터스 헬스케어 시스템을 설계하고 응용의 일종으로 환자의 심전도 상태를 실시간으로 전송하는 시스템을 개발하였다. u-Healthcare 응용에는 환자의 몸에 착용하여 심장박 동수나 산소포화심 전도를 체크하는 생체신호를 감지하여 이상 발생시 센서 네트워크를 통하여 의료진에게 통보하는 생체신호 감지응용, 노인들의 옷에 위치추적배 지를 부착하여 노인의 위치나 건강의 이상유무를 체크 하는 노인 보호 응용 등 다양한 응용이 소개되고 있다 [17].
이것으로 전기 충격이 정상인지, 느린지, 빠른지 또는 불규칙하지 판단할 수 있고 심장이 너무 큰지 또는 과도하게 일을 하는지 그리고 심장발작으로 심장 근육에 손상이 있는지 등을 판단하게 된다. 본 연구에서는 가정에서 간이로 EKG를 측정할 수 있는 센서를 부착 하여 의료진에게 그 결과를 전달할 수 있도록 하였다.
그림에서 보듯이 Hyper_EKGM 컴포넌트는 타이머, LED, ADC, UART2, GenericGjmm, 그리고 EKGC 컴 포넌트와 연결되어 있다. 타이머는 소리 값을 주기적으로 샘플링하기 위하여 연결하며, LED 센서 노드에 부착된 LED 점멸로 데이터 통신 상태 및 디버깅 목적으로 연결하였다. 또한 ADC는 아날로그로 획득한 측정값을 디지털로 변환하기 위하여 연결하였으며 GenericComm 은 RF 또는 시리얼로 센싱된 데이터 값 을 센서노드 또는 베이스 노드로 전송하기 위하여 연결 하였다.

제안 방법

u-Healthcare 의 개발 요소 중 센서 네트워크에서 수집한 데이터를 유무선의 서버로 전송할 게이트웨이가 필요한데 본 연구에서는 임베디드 리눅스가 탑재된 타 겟보드를 [그림 8]과 같이 개발하였다. 초기 모델은 하나의 보드에 각종 디바이스를 통합한 시험 모델이었으 나 최종 개발된 프로토타입은 스택형 방식으로 각종 디바이스를 포함하고 있다.
타이머는 소리 값을 주기적으로 샘플링하기 위하여 연결하며, LED 센서 노드에 부착된 LED 점멸로 데이터 통신 상태 및 디버깅 목적으로 연결하였다. 또한 ADC는 아날로그로 획득한 측정값을 디지털로 변환하기 위하여 연결하였으며 GenericComm 은 RF 또는 시리얼로 센싱된 데이터 값 을 센서노드 또는 베이스 노드로 전송하기 위하여 연결 하였다. EKGC 컴포넌트의 경우는 측정 값을 직 접 센싱 하는 센서노드의 값을 ADC에 전달하기 위하여 Hyper_EKGM 컴포넌트에 연결되었다.
HDD를 지원하는 이유는 CF가 아직은 HDD에 비하여 가격이 비싸기 때문이다. 본 구현에서도 HDD 장착형 단말기를 구현하여 저가형 단말기 구현 기술을 확보하였다. 입력 장치 로는 터치 스크린과 10개의 키패드가 있어 기존 상용 PDA와 비슷한 기능을 제공할 수 있다.
본 연구에서 설계 및 구현한 프로토타입은 세 가지 구성요소로 이루어지는데 인체의 심전도를 센싱하여 센서네트워크로 전송하는 심전도 측정 노드, 센서네트 워크에서 각종 센싱 정보를 유무선으로 전송하는 게이 트웨이, 그리고 인체의 의료 정보를 관리 및 저장하여 긴급 상황 발생시 의료진에게 통보하는 의료정보수집 서버로 구성된다. 심전도 측정 노드는 TynyOS를 탑재 한 초소형 노드이며 지그비 프로토콜을 통하여 다른 노드와 센서 네트워크를 형성하며 심전도 값을 전송한다.
본 연구팀은 선행 연구로 인체의 혈압 측정을 유비쿼 터스 환경에서 실현 가능하도록 혈압 측정 노드, 측정 값을 유선으로 전달하는 게이트웨이, 그리고 측정값을 필터링하여 긴급 상황 발생시 의료진에게 전달하는 서버로 구성되어 개발되었으며 이 선행 연구는 본 연구의 기본 토대가 되었다[18].
심전도측정 센서노드가 게이트웨이로 데이터를 효율 적으로 전송하기 위하여 본 논문에서는 프로토콜을 정 의하여 데이터를 전송하게 된다. 주요 필드 구조는 다 음과 같다.

대상 데이터

베이스 노드의 MCU는 Atmel 사의 Atmegal28L이고 RF는 Chipcon의 CC₂₄20을 사용하였다. 그리고 다운로 드 및 시리얼로 디버깅할 수 있도록 다운로드 포트가 설정되어 있으며 이 포트는 게이트웨이와 연결되어 있다.
본 연구에서 구현된 센서노드는 TinyOS로 동작되고 핵심 모듈은 NesC로 작성 되었다. NesC는 이 벤트 처리에 적합하게 설계된 언어로서 TinyOS의 실행모델을 구조화시킨 언어이다.
이 센서는 심전도측정 노드에 부착되어 시리얼 통신으 로 심전도데이터를 수집하여 게이트웨이로 전송하는 역할을 담당한다. 본 연구에서는 버클리대학에서 배포한 센서 노드용 운영체제인 tinyOS 및 telos 플랫폼 [19][20]에 기반하여 센서 노드가 제작되었다. telos 플랫 폼은 TIMSP430 마이크로컨트롤러와 Chipcon2420 RF가 탑재된 센서노드 플랫폼으로 저전력, 지그비 (IEEE 802.

성능/효과

현재 사용된 심전도 측정 모니터는 사용자가 직접 심전도 측정을 위해 신체에 프로브를 부착하는 등 다소 번거러운 점이 단점이지만 관련 기술이 발달하면 보다 편리하게 심전도 정보를 모니터링할 수 있는 하드웨어가 개발될 것으로 기대한다. 또한 연구 개발 결과 지그비 기반 센서 네트워크 기술로 실시간으로 인체의 의료 정보를 전송할 수 있음을 확인하였다. 향후 연구로는 심전도 뿐만 아니라 아니라 체온, 당 등의 기타 신체 의료 정보를 종합적으로 전송할 수 있는 시스템을 개발하는 것이다.
[그림 11]은 심전도 측정의 결과를 보여주는 자바로 작성된 응응용프로그램이다. 측정의 결과는 X, y 축으 로 줌인 및 줌아웃 기능을 이용하여 사용자가 보기 쉽게 크기를 조정할 수 있으며 스크롤기능을 이용하여 시간에 따른 변화를 모니터링할 수 있다.

후속연구

게이트웨이는 AP를 통하여 무선으로 의료 정보 서버로 측정 데이터를 실시간으로 전송할 수 있고 모니터링 소 프트웨어는 현재의 측정값을 감시하고 데이터베이스에 측정값을 저장할 수 있도록 구성하였다. [그림 9]에서 RFID 리더기와 긴급 상황 보고, 그리고 TCP/IP를 통한 원격 모니터링 도구는 현 논문에서는 구현되지 않았고 향후 구현할 예정이다.
또한 연구 개발 결과 지그비 기반 센서 네트워크 기술로 실시간으로 인체의 의료 정보를 전송할 수 있음을 확인하였다. 향후 연구로는 심전도 뿐만 아니라 아니라 체온, 당 등의 기타 신체 의료 정보를 종합적으로 전송할 수 있는 시스템을 개발하는 것이다.
현재 사용된 심전도 측정 모니터는 사용자가 직접 심전도 측정을 위해 신체에 프로브를 부착하는 등 다소 번거러운 점이 단점이지만 관련 기술이 발달하면 보다 편리하게 심전도 정보를 모니터링할 수 있는 하드웨어가 개발될 것으로 기대한다. 또한 연구 개발 결과 지그비 기반 센서 네트워크 기술로 실시간으로 인체의 의료 정보를 전송할 수 있음을 확인하였다.

참고문헌 (20)

삼성종합기술원, 유비쿼터스 시대를 대비: e-health, CTO Information, 제72호, 2002.
이은경, 유비쿼터스 컴퓨팅 관련 프로젝트, ETRI, 2003.
M. Takemoto, H.Sunaga, K. Tanaka,."The ubiquitous service-oriented network(USON)," IEEE, pp17-21, .2002(9).
M. Takemoto, H.Matsumura, E.Shinohara, "Service elements and service templates for adaptive service composition in a ubiquitous computing environment," IEEE Vol.1, pp335-338, 2003(9).
M. Takemoto, H.Sunaga, K. Tanaka, "A Service-Compositon and service-Emergence Framework for ubiquitous computing envrionment:" IEEE, 2004(1).
박광석, Ubiquitous Healthcare의 소개, International ubiquitous-healthcare conference, 2006.
장선호, 이민경, 김재준, 유비쿼터스 센서 응용서비스 및 개발동향, 주간기술동향, ETRI, 2005.
한국전자통신연구원, 유비쿼터스 컴퓨팅의 연구동향, 정책지원자료, 2002.
http://www.disappearing-computing.net/
김대영, 센서 네트워크 운영체제 미들웨어 기술 동향, ETRI 주간기술동향, 제1221호, 2005.
http://www.research.microsoft.com/easyliving
http://www.nist.gov/smartspace
http://www.cooltown.hp.com
L. Kalle and Y. J. Yoo, "Issues and Challenges in Ubiquitous Computing," Communications of ACM, 2002(12).
Korea Health Industry Development Institute (KHIDI), ISP Report for Medical Information Sharing, 2000.
J. W. Choi, "Development of PDA Mobile Information System: MobileNurseTMTM," Korea Society of Medical Informatics, 2000.
이기욱, 성창규, "유비쿼터스 센서 네트워크 기반의 상황 정보 모니터링 시스템 구현", 한국컴퓨터정보학회논문지, 제11권, 제5호, 2006.

원문보기 상세보기
김정원, "유비쿼터스 혈압 측정 시스템의 설계 및 구현", 한국컴퓨터정보학회논문지, 제11권, 제6호, 2006.

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http://www.hybus.net
http://www.tinyos.net

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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