[논문]체중 변화 측정을 통한 남성 배뇨량 추정 방법 연구

임용규

체중 변화 측정을 통한 남성 배뇨량 추정 방법 연구
A Study on Urination Amount Estimation for the Male by the Measurement of Body Weight Difference 원문보기

信號處理·시스템學會論文誌 = Journal of the institute of signal processing and systems, v.16 no.2, 2015년, pp.69 - 73

초록
AI-Helper

본 논문에서는 일상생활에서 무구속, 무간섭으로 장기간의 건강 모니터링의 기술 개발의 기초 연구로서 남성의 배뇨 중의 체중 변화를 측정하여 배뇨량을 추정하는 방법에 대한 성능 평가를 수행하였다. 배뇨 중의 체중 변화 측정은 로드셀 (load cell)을 이용하여 넓은 체중 측정판을 만들고, 이 판을 소변기 또는 좌변기의 앞에 놓았다. 남성이 체중 측정판 위에 올라가 서서 배뇨를 하는 동안, 남성의 체중을 연속적으로 측정하였다. 배뇨 전과 배뇨 후의 체중의 변화를 계산하여 그 체중 변화 즉 감소량으로 배뇨한 소변량을 추정하였다. 실험 결과는, 배뇨 중에 발을 옮기거나 급격히 몸의 자세를 바꾸지 않는다면 체중의 감소로 소변량을 계산할 수 있음을 보였으며, 최대 약 40g 정도의 오차를 보였는데, 이 결과는 일상생활에서의 건강 모니터링에 적용할 수 있을 것으로 보인다. 이 연구의 결과는 일반 가정에서의 실용적인 무구속 무간섭 건강 모니터링 기술 개발에 기여할 것으로 기대된다.

Abstract ▼ AI-Helper

In this study, a method for estimating the amount of urination for men, was suggested and its performance was evaluated. This study is a preliminary one for the development of a health monitoring system that needs un-constraining, non-intrusive and long-term measurements in daily life. To estimate the amount of urination, a wide weighing plate with load cell was built and the difference in a man's weights between before and after urination was measured while he was standing on the plate. The results showed that the amount of urination can be estimated with the measured weight difference under the condition of mild movements. The largest measurement error of the suggested method was 40g, which means that this method can be applied to health monitoring in daily life. It is expected that the results of this study will be the basis for developing practical un-constraining and non-intrusive health monitoring system for daily use at home.

주제어

AI 본문요약
AI-Helper

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문제 정의

본 연구에서는 서서 소변을 보는 남성의 체중 변화를 측정하여 소변량을 추정하는 장치를 구성하고 성능을 조사하였다. 본 연구는 쉽게 일반 가정집에 설치할 수 있으며, 일상생활에서 피검자의 구속감을 최소화하고, 불편을 최소화하면서 장기간 배뇨 량을 모니터링 할 수 있는 방법을 개발하기 위한 목적으로 진행 하였으며, 본 연구의 결과는 제안된 체중 변화 측정을 통한 배뇨량 추정 방법이 그 목적에 적용할 수 있는 가능성을 보여주었다. 그리고 제안된 방법의 성능을 개선하기 위해서는 움직임의 영향을 줄이기 위한 하드웨어 그리고 신호처리에서 추가의 연구가 필요함도 보여주었다.
본 연구를 통해, 선행연구들의 단점을 보완하여 일상생활에서 사용자의 구속감을 최소화 하고 더 나아가 무자각 측정을 실현하여 사용자의 일상생활에 간섭을 최소화 하는 소변량 측정 기술을 제안한다. 본 연구에서 제안하는 방법은 서서 소변을 보는 남성의 체중을 연속적으로 측정하여, 소변 전과 소변 후의 체중의 차이를 계산하여, 이 값을 소변량의 추정치로 간주하는 것이다.
본 연구에서는 서서 소변을 보는 남성의 체중 변화를 측정하여 소변량을 추정하는 장치를 구성하고 성능을 조사하였다. 본 연구는 쉽게 일반 가정집에 설치할 수 있으며, 일상생활에서 피검자의 구속감을 최소화하고, 불편을 최소화하면서 장기간 배뇨 량을 모니터링 할 수 있는 방법을 개발하기 위한 목적으로 진행 하였으며, 본 연구의 결과는 제안된 체중 변화 측정을 통한 배뇨량 추정 방법이 그 목적에 적용할 수 있는 가능성을 보여주었다.
본 연구에서는 서서 소변을 보는 남성의 체중을 무구속적이고 연속적으로 측정할 수 있도록 넓은 체중 측정판을 설계하였고, 이를 이용한 소변량 계측 방법의 성능을 조사하였다.

제안 방법

본 연구를 통해, 선행연구들의 단점을 보완하여 일상생활에서 사용자의 구속감을 최소화 하고 더 나아가 무자각 측정을 실현하여 사용자의 일상생활에 간섭을 최소화 하는 소변량 측정 기술을 제안한다. 본 연구에서 제안하는 방법은 서서 소변을 보는 남성의 체중을 연속적으로 측정하여, 소변 전과 소변 후의 체중의 차이를 계산하여, 이 값을 소변량의 추정치로 간주하는 것이다. 제안된 방법은 서서 소변을 보는 남성의 경우에만 적용될 수 있는 제한이 있지만, 이 방법은 [12]와 같은 선행 연구에서 제안된 변기 상판에 로드셀을 부착하여 변기에 앉은 사용자의 배변량과 배뇨량을 추정하는 장치와 같이 설치되어, 상호 보완적으로 사용되는 것을 전제로 한다.
본 연구에서 제안한 방법은 남성이 서서 배뇨를 할 경우에만 적용할 수 있다. 이 방법은, 선행 연구들에서 개발한 변좌에 앉은 사용자의 배뇨량을 측정하는 장치와 병행으로 설치되어, 상호 보완적으로 배뇨량을 측정하는데 사용될 수 있을 것으로 기대된 다.
실제 배뇨량을 실시간으로 연속적으로 측정하기 위해, 별도의 평판형 로드셀 을 소변기 뒤에 설치하였다. 소변 저장용 통을 그 위에 올려놓고 배뇨되는 소변을 그 통에 받으면서, 소변량을 연속적으로 측정하였다.
실험 장치는 그림 5와 같은 간이 소변기를 이용하여 구성하였다. 실제 배뇨량을 실시간으로 연속적으로 측정하기 위해, 별도의 평판형 로드셀 을 소변기 뒤에 설치하였다. 소변 저장용 통을 그 위에 올려놓고 배뇨되는 소변을 그 통에 받으면서, 소변량을 연속적으로 측정하였다.
본 연구에서 제안하는 방법은 서서 소변을 보는 남성의 체중을 연속적으로 측정하여, 소변 전과 소변 후의 체중의 차이를 계산하여, 이 값을 소변량의 추정치로 간주하는 것이다. 제안된 방법은 서서 소변을 보는 남성의 경우에만 적용될 수 있는 제한이 있지만, 이 방법은 [12]와 같은 선행 연구에서 제안된 변기 상판에 로드셀을 부착하여 변기에 앉은 사용자의 배변량과 배뇨량을 추정하는 장치와 같이 설치되어, 상호 보완적으로 사용되는 것을 전제로 한다.
제작된 실험 장치를 이용하여 12명의 참가자로부터 배뇨 중의 체중 변화를 측정하여 배뇨량 추정을 실시하였다. 표2는 그 결과를 보여준다.
배뇨 전후의 체중 변화량을 측정하는 시스템은 다음 그림 1과 같이 구성되었다. 체중을 측정하는 넓은 체중 측정판과 측정판에 부착된 load cell로부터의 전기적 신호를 처리하는 아날로그 회로 그리고 ADC를 거쳐 얻어진 디지털 신호를 처리하는 부분으로 구성되었다. 체중 측정판을 소변기 앞에 놓고, 어떤 남성이 소변을 보기 위해 소변기 앞에 서게 되면 체중 측정판 위에 올라가게 된다.

대상 데이터

5cm의 나무판으로 그 나무판의 네 귀퉁이 아래에 4개의 load cell을 부착하였다. 사용된 로드셀은 그림 3와 같은 납작한 팬케이크형으로 높이는 2.5 cm이다. 사용된 로드셀의 사양은 표1에 표시되었으며.
표2는 그 결과를 보여준다. 실험 참가자는 20대의 비교적 건강한 청년들이다. 참가자들에게는 배뇨 중에 몸을 심하게 움직이지는 않으면서 자 연스럽게 평소와 같이 배뇨를 하라고 요구하였다.
체중 측정판은 그림 2와 같이 50cm x 60cm 크기와 두께 1.5cm의 나무판으로 그 나무판의 네 귀퉁이 아래에 4개의 load cell을 부착하였다. 사용된 로드셀은 그림 3와 같은 납작한 팬케이크형으로 높이는 2.

데이터처리

배뇨가 시작된 시점과 배뇨가 끝난 시점의 체중을 빼서 계산하였다. 체중 계산은 각 시점에서 각각 2초간 평균하여 계산하였다.

성능/효과

표 2에서 체중 변화를 이용한 소변량의 추정치와 소변량의 직접 계측에 의한 측정치의 오차는 최대 43g으로 나타났다. 이 오차는 평균 119g 인 배뇨량에 비하면, 기대한 것보다는 큰 값이다.

후속연구

본 연구는 쉽게 일반 가정집에 설치할 수 있으며, 일상생활에서 피검자의 구속감을 최소화하고, 불편을 최소화하면서 장기간 배뇨 량을 모니터링 할 수 있는 방법을 개발하기 위한 목적으로 진행 하였으며, 본 연구의 결과는 제안된 체중 변화 측정을 통한 배뇨량 추정 방법이 그 목적에 적용할 수 있는 가능성을 보여주었다. 그리고 제안된 방법의 성능을 개선하기 위해서는 움직임의 영향을 줄이기 위한 하드웨어 그리고 신호처리에서 추가의 연구가 필요함도 보여주었다.
두 번째는 그림 8에서 보이는 것과 같은 짧은 순간 발생하는 동작에 의한 것으로 이는 발이나 손의 작은 움직임에 의해 발생한다. 두 번째 형태의 움직임에 의한 파형의 요동이 전체 구간이 아닌 일부 구간에서만 짧게 나타나는 경우는, 움직임이 없는 구간을 찾아서 체중 변화를 계산한다면, 이 움직임의 영향을 최소화할 수 있을 것으로 기대할 수 있다.
본 연구에서 제안한 방법은 남성이 서서 배뇨를 할 경우에만 적용할 수 있다. 이 방법은, 선행 연구들에서 개발한 변좌에 앉은 사용자의 배뇨량을 측정하는 장치와 병행으로 설치되어, 상호 보완적으로 배뇨량을 측정하는데 사용될 수 있을 것으로 기대된 다.
이 연구의 성과를 기반으로, 향후에 움직임의 영향을 줄이기 위한 연구와 저가 로드셀을 이용한 시스템 구성 연구를 진행할 계획이다.
표2의 오차를 보면, 오차의 평균이 –12g으로 0에서 많이 벗어나 있는 것을 볼 수 있다. 이는 측정시스템에 시스템적인 오차 요인이 있는 것으로 유추되며, 향후 추가의 연구를 진행하면 오차의 크기를 줄일 수 있을 것이라고 기대할 수 있다.
이 정도의 오차로는 병원에서의 정밀 진단용으로는 도저히 사용할 수는 없을 것이다. 하지만 이 연구의 목적이 일반 가정에서의 무구속적, 무간섭적 그리고 장기간의 측정을 통한 건강 모니터링이라는 점을 고려하고, 향후의 연구를 통해 오차의 감소를 기대한다면, 이 방법을 실용화가 가능할 것으로 기대한다. 아직 이 분야의 기술 개발이 연구 수준에 머물러 있고, 실제 실용화는 아직 이루어지지 않은 상태라, 실용화에 필요한 오차 수준에 대한 연구도 아직은 없는 상태이다.

질의응답

핵심어	질문	논문에서 추출한 답변
	체중계의 기능을 어떤 식으로 확장할 수 있는가?	체중계의 기능을 확장하면 단순한 체중계 이상의 역할을 할 수 있다. 한 가정에서 정해진 가족 구성원이 있다고 할 때, 체중을 측정함으로써 현재 체중을 재는 사람이 가족 중에 누구인지 구별 할 수 있다. 체중계를 공간적으로 확장한다면 보행 분석도 가능 하다[7]. 또한 체중계에서 측정되는 심탄도(ballistocardiogram)를 이용하여 심박수를 측정하고 더 나아가 혈압까지 추정하는 연구도 진행되고 있다[8][9].
	인간이 요의를 느끼는 조건은 무엇인가?	문헌[14]에 의하면 인간은 방광에 소변이 200ml 이상이 모이면 배뇨 반사가 일어나 요의(尿意)를 느낀다고 한다. 이런 점에 비추어 보면, 참가자들의 배뇨량이 전반적으로 적은 데, 이유는 요의(尿意)를 느끼기 전에 실험 참가를 위해 배뇨를 했기 때문으로 분석된다.
	체중계의 기능을 확장한 연구인 Tamura 방식이나 체중계를 변기의 상판에 고정하는 방식을 우리나라에 적용하기 힘든 이유는 무엇인가?	이 또한 설치 및 사용에 큰 불편을 주는 조건이라 하겠다. 또한 위의 두 방식의 큰 단점은 서서 소변을 보는 경우는 측정이 불가하다는 점이다. 각 나라마다 문화적 차이가 있겠지만, 우리나라의 경우, 상당수의 남성은 좌변기 앞에 서서 배뇨를 하는 경향이 있는데, 이러한 경우 위의 두 방식으로는 소변량을 측정할 수 없다.

참고문헌 (14)

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상세보기
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D. Winter, "Human balance and posture control during standing and walking," J. Gait & Posture, Vol. 3(4), pp.193-214, 1995.

상세보기
이한기 외, 해부생리학, 현문사, 2009, p376.

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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