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문제 정의
본 고는 앞에서 언급한 웨어러블 헬스케어 디바이스의 보완하기 위하여 전도성 섬유를 이용한 직물 전극을 통해 일상생활 중에서도 사용자의 생체신호를모니터링하기위한웨어러블헬스케어시스템에 관한 것이다. 시스템 구성도는 (그림 5)와 같다.
본 고에서는 스마트 타입의 의복으로 직물 전극으로구성되었으며탈부착이가능한플렉시블PCB를 개발하여 다중생체신호를 획득하였고, 획득한다중 복합 생체신호와 추가적으로 획득한 정보를 기반으로 상황인지 및 응급상황을 판별할 수 있는 알고리즘을 개발하여 적용하였다. 또한 건강 관련 데이터는 개인 정보이기 때문에 외부로 전송시 일정 수준의 암호화가 반드시 필요하기 때문에 개인형 U-헬스케어 서비스에서 개발된 웨어러블 헬스케어 기기는 개인화된 서비스 제공을 특징으로 함에따라생체신호전송을위한ISO/IEEE 11073 프로토콜을적용하여보안에신경써서원활한연결을지원하도록하였다.
제안 방법
생체신호를측정하기위한전도성섬유기반의 직물 전극과 신호처리를 위한 웨어러블 헬스케어 시스템이내장된의복을착용하고활동하면서다중생체신호를지속적으로모니터링할수있는것으로직물전극을통해사용자의건강상태를모니터링할수있게된다. 개발된스마트의복은F-PCB기반 생체신호 획득 모듈이 내장되어 전극과 피부 사이의임피던스변화에비교적덜민감한계측기로 설계하여 전극-피부 임피던스의 크기를 감소시켰으며, 심장의전기적활동신호와체온및운동량및자세 측정과 근피로도의 주파수 특성을 고려한 통합 시스템을 설계 하였다.
베이스라인의 신호를 표준화하는과정을거쳐다양한잡음을제거하기위한대역통과필터를적용하고정확한R점검출을위한20차 narrow band pass filter와50point smoothing 후문턱치를기반한R점을검출하면정확한R점검출한다.검출된 데이터로 심실의 신호에서 부정맥 리듬을 검출 검출할수 있으며 획득한 RR간격으로 500ms 이상은SR신호로그이하는VT리듬으로분류하여 부정맥의리듬을분류한다.
본 고에서는 스마트 타입의 의복으로 직물 전극으로구성되었으며탈부착이가능한플렉시블PCB를 개발하여 다중생체신호를 획득하였고, 획득한다중 복합 생체신호와 추가적으로 획득한 정보를 기반으로 상황인지 및 응급상황을 판별할 수 있는 알고리즘을 개발하여 적용하였다. 또한 건강 관련 데이터는 개인 정보이기 때문에 외부로 전송시 일정 수준의 암호화가 반드시 필요하기 때문에 개인형 U-헬스케어 서비스에서 개발된 웨어러블 헬스케어 기기는 개인화된 서비스 제공을 특징으로 함에따라생체신호전송을위한ISO/IEEE 11073 프로토콜을적용하여보안에신경써서원활한연결을지원하도록하였다.
독일의 Adidas사는 의류 내에 내장된 탄소코팅 및금속라미네이팅직물전극을통하여심박을측정하고무선으로단말기에전송하는의복을개발하였다. 또한심박수센서, 보폭센서를융합한형태의 (그림 4)과 같은 miCoach라는 제품을 개발함으로써 이동거리와 심박수의 동시 모니터링을 통해 실시간 운동코치도 가능하게 하였으며, 응용 프로그램과연동하여개인트레이너로써의역할도수행이가능한시스템을개발하였다.
(그림7)에서는 심전도 신호의 기저선 변동을 최소화 하고 최종적으로잡음이유입되어도R점이검출되는것을 보여주고 있다. 베이스라인의 신호를 표준화하는과정을거쳐다양한잡음을제거하기위한대역통과필터를적용하고정확한R점검출을위한20차 narrow band pass filter와50point smoothing 후문턱치를기반한R점을검출하면정확한R점검출한다.검출된 데이터로 심실의 신호에서 부정맥 리듬을 검출 검출할수 있으며 획득한 RR간격으로 500ms 이상은SR신호로그이하는VT리듬으로분류하여 부정맥의리듬을분류한다.
본고에서사용된전도성섬유는(그림6)과같이스테인레스박막을형성시켜만든SUS316L 모노 필라멘트로직경은 12um이고, 필라수는 1000filax2ply, 전기적 특성은 4Ω/m이다. 이와같은전도성섬유를이용하여면상(조직)으로직물전극을 구성하였다. 체표면과의 접촉, 이질감을고려하여심전도, 근전도, 체온등의생체신호를 측정하기위해서능직으로직물전극을구성하였고,직물전극의외부의압력정도에따라서그특성이크게 변하므로 압력 센서를 활용하여 전극에 미치는압력을의복압의최대허용치로유지하였다.
이와같은전도성섬유를이용하여면상(조직)으로직물전극을 구성하였다. 체표면과의 접촉, 이질감을고려하여심전도, 근전도, 체온등의생체신호를 측정하기위해서능직으로직물전극을구성하였고,직물전극의외부의압력정도에따라서그특성이크게 변하므로 압력 센서를 활용하여 전극에 미치는압력을의복압의최대허용치로유지하였다.
대상 데이터
본고에서사용된전도성섬유는(그림6)과같이스테인레스박막을형성시켜만든SUS316L 모노 필라멘트로직경은 12um이고, 필라수는 1000filax2ply, 전기적 특성은 4Ω/m이다.
FN은R파가존재하지만검출하지못한비트의 개수를의미하며, FP()는r-point가존재하지않는데 검출한 비트의 개수를 의미한다. 총 61088개의 심전도비트에대해서61028개의비트를정확히검출하였으며, FP는68개, FN은58개로개의오류비트가발행하였다.
데이터처리
제안한 알고리즘으로 r-point 검출 성능을 평가하기 위하여심전도신호에서직접검출한r-ponit를기준으로 정하고 와 같이 오차율을 계산하였다.
성능/효과
제안한알고리즘을이용하여R 파를검출한결과 mit-bih arrhythmia database 에서 제공하는 부정맥 데이터중 r-point가 뒤집히는 부정맥이 섞여있는 신호210번같은경우에도본연구에서제안한알고리즘을 적용하였을때r-point를검출할 수 있다. 제안한 알고리즘으로 r-point 검출 성능을 평가하기 위하여심전도신호에서직접검출한r-ponit를기준으로 정하고 <표 2>와 같이 오차율을 계산하였다.
후속연구
센서가 내장된 웨어러블 헬스케어 디바이스 형태는 Ring, wrist watches, Chest bands, 혹은 Smart shirts, Shoes에 생체 신호 모니터링을 위한 센서를 내장하며다소정확한데이터를얻을수있는반면착용에따른불편함을사용자가감수해야하는장단점이있다. 그러나향후측정장비의기능이보완된다면 웨어러블 헬스케어 서비스가 삶의 질을 높여 줄것이다.
본 고에서의 연구개발이 기존의 병원이나 의료 기관에만국한되어있던u-Healthcare 분야의한계에서벗어나보다폭넓은서비스제공을위한기반기술의활설화가될수있으리라기대한다.
그결과특징점검출은우수성능을확인할수있으며. 제안한 알고리즘은웨어러블헬스케어디바이스에적합한 해결책이될것이다.
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