[논문]링거 주입 IoT 시스템 개발 및 시험에 관한 연구

조정호

doi:10.13067/jkiecs.2019.14.4.787

링거 주입 IoT 시스템 개발 및 시험에 관한 연구
A Study on the Development and Testing of Ringer Injection IoT System 원문보기

한국전자통신학회 논문지 = The Journal of the Korea Institute of Electronic Communication Sciences, v.14 no.4, 2019년, pp.787 - 796

초록
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본 논문에서는 환자에 링거액 주입 시 주입 완료 상태, 잔여량, 주입 중 상태 및 환자의 긴급 상황 알림 등 링거 주입을 제어하고 상태를 감지하여 이를 무선으로 간호사에 알려주는 링거 주입 IoT 시스템을 위한 설계 및 시험 방안을 제안한다. 이를 위해 링거액 센서 및 스위치, 상태 표시 및 무선 통신 기능을 갖는 회로를 설계하고, 스마트 링거 주입 IoT의 센싱 및 알림 정보를 제어하며, 이를 서버측에 알려 모니터링하기 위한 제어 및 모니터링 알고리즘을 제안한다. 또한 링거 IoT 시스템의 적합성을 시험하기 위해 링거액 감지 시간, 링거액 감지 거리, IoT 모듈 동작 온도, IoT 모듈 입력 파워, IoT 모듈 소비전력, 무선통신 속도 등의 시험기준을 설정하고 시험 결과를 분석한다.

Abstract ▼ AI-Helper

In this paper, we propose the design and test measure of Ringer injection IoT system for controling the ringer injection status and notifying the server system of the collected status informations such as the completion of injection, the remaining liquid, the injection status, and the emergency alarming of the urgent patients. We design the circuit diagrams composed of linger injection sensors, switches, status indicators, wireless communication functionalities, and propose the controlling and monitoring algorithms for sensing the linger injection status and notifying the collected status informations to a server system. Furthermore, we derive the testing criteria, such as linger liquid sensing time, sensing distance, operating temperature, input power, power consumption, and wireless communication speed, and analyze the test results.

주제어

표/그림 (15)

그림 그림 1. 스마트 링거 제어 IoT 시스템 구성도 Fig. 1 Smart ringer control IoT system configuration diagram
그림 그림 2. 링거 주입 제어 기술 Fig. 2 Ringer injection control technologies
그림 그림 3. 링거 주입 모니터링 시스템 Fig. 3 Ringer injection monitoring system
그림 그림 4. 링거 액면 레벨 센서 동작 모드 Fig. 4 Ringer fluid level sensor motion mode
그림 그림 5. 링거액 잠금장치 도면 Fig. 5 Ringer fluid lock diagram
그림 그림 6. 부품 배치 아트워크(메인보드) Fig. Parts placement artwork(main board)
그림 그림 7. 링거 주입 제어 알고리즘 Fig. 7 Ringer injection control algorithm
표 표 1. 알고리즘 구현을 위한 변수 정의 Table 1. Parameters for algorithm implementation
표 표 2. 알고리즘 구현을 위한 함수 정의 Table 2. Functions for algorithm implementation
그림 그림 8. 링거액 감지시간 측정 (감지직전:11.42초) Fig. 8 Ringer fluid detection time measure (just before detection : 11.42 seconds)
그림 그림 9. 링거액 감지시간 측정 (감지직후:11.43초) Fig. 9 Ringer fluid detection time measure (just after detection : 11.43 seconds)
그림 그림 10. 링거액 감지거리 측정 Fig. 10 Detection distance measure of ringer fluid
그림 그림 11. 링거 IoT 모듈 온도 시험 Fig. 11 Smart ringer iot module temperature test
그림 그림 12. 스마트 링거 IoT 모듈 입력 파워 측정 Fig. 12 Smart ringer IoT module input power measure
그림 그림 13. 스마트 링거 IoT 모듈 소비전력 측정 Fig. 13 Smart ringer IoT module power consumption measure

AI 본문요약
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* AI 자동 식별 결과로 적합하지 않은 문장이 있을 수 있으니, 이용에 유의하시기 바랍니다.

문제 정의

본 논문에서는 병원에 필수적인 링거 주입 장치에 스마트 모바일 환경을 제공하기 위한 링거 제어 시스템에 관한 요구사항을 분석하고 설계 방안을 제시한 후, 시험 방안과 기준을 도출한 다음 시험 분석한 결과를 제시하였다.
본 논문에서는 의료사고를 미연에 방지할 수 있고 주입 상태를 스마트한 환경에서 감시함으로써 환자를 안전하게 관리할 수 있도록 함으로써 간호사의 업무량을 줄여줌과 동시에 환자에게 링거액 주입을 안전하게 할 수 있는 기능을 제공하는 시스템을 개발하기 위한 설계와 시험 방안을 제시한다. 이를 위해 링거액의 잔여량, 주입속도 및 주입 완료를 무선으로 확인하고 링거액의 교체 시기를 간호사, 환자, 주변인에게 자동으로 알릴 수 있으며, 저가 및 소형화에 따른 보급화에 적합한 시스템을 개발하기 위한 시스템 요구 사항을 도출한 후, 시스템을 모듈별로 설계하고, 제어 및 감시하기 위한 알고리즘을 제안하며, 시험 방안과 시험 기준을 정한 다음 시험 결과를 토대로 시스템의 적합성을 분석하고자 한다.

제안 방법

링거액 센서 및 스위치, 상태 표시 및 통신 기능을 구비한 회로 설계를 하였으며 스마트 IOT기능을 병원 현장에서 활용성을 배가시키기 위해 별도의 통신망 구축이 필요치 않도록 무선랜(WiFi) 기능을 갖도록 설계 하였으며 간호사무실 PC에 링거액 주입완료를 알려 주고 콜기능을 수행할 수 있도록 회로 설계를 하였고 소형화를 위해 무선랜 송수신기를 보드에 일체화하여 설계하였다.
링거액 잠금장치는 서보모터와 잠금 풀리로 구성되어 서보모터를 90도 회전하면 완전히 잠기는 형태로 설계하여 개발 하였다. 소모 전력을 최소화하기 위하여 솔레노이드형태보다 기어드 서보모터를 활용하였고 잠금용 풀리는 타원형으로 설계하여 회전각도에 따라 수액관이 서서히 좁혀지게 하여 수액을 조절 가능하도록 하였다.
링거팩으로 부터 링거액을 공급받고 링거 주입 완료를 자동으로 확인하는 센서로서 링거팩의 액체를 2cm 이내에서 감지하고 2초 이내에 주입완료 및 상태 데이터를 실시간으로 전송하는 센서로서 링거수액면 레벨 센서로서 빛의 굴절률을 이용하여 수액관 내의 수액 유무를 판단하도록 하였다.
링거팩으로 부터 링거액을 공급받고 링거 주입 완료를 자동으로 확인하여 링거액의 교체시기를 간호사, 환자, 주변인에게 무선으로 알려주고, 설정량 만큼을 환자에게 자동 주입하며, 완료시 무선으로 간호실에 통보하는 스마트 링거액 주입 IoT 제어 모듈과 모니터링 시스템 및 무선 전송 융합기기를 설계하고 이를 기구 목업 제작하여 시험 분석한 결과를 제시하였다.
링거액 잠금장치는 서보모터와 잠금 풀리로 구성되어 서보모터를 90도 회전하면 완전히 잠기는 형태로 설계하여 개발 하였다. 소모 전력을 최소화하기 위하여 솔레노이드형태보다 기어드 서보모터를 활용하였고 잠금용 풀리는 타원형으로 설계하여 회전각도에 따라 수액관이 서서히 좁혀지게 하여 수액을 조절 가능하도록 하였다.
스마트 링거 제어 IoT 시스템은 링거액 주입 완료 자동 감지 센서 및 수액잠금장치, 스마트 링거 IoT 모듈 H/W, 스마트 링거 데이터 무선 송수신 모듈, 스마트 링거 IoT 및 상태 모니터링 S/W, 최적화 목업 제작 부문으로 구성하여 설계하였다.
본 논문에서는 의료사고를 미연에 방지할 수 있고 주입 상태를 스마트한 환경에서 감시함으로써 환자를 안전하게 관리할 수 있도록 함으로써 간호사의 업무량을 줄여줌과 동시에 환자에게 링거액 주입을 안전하게 할 수 있는 기능을 제공하는 시스템을 개발하기 위한 설계와 시험 방안을 제시한다. 이를 위해 링거액의 잔여량, 주입속도 및 주입 완료를 무선으로 확인하고 링거액의 교체 시기를 간호사, 환자, 주변인에게 자동으로 알릴 수 있으며, 저가 및 소형화에 따른 보급화에 적합한 시스템을 개발하기 위한 시스템 요구 사항을 도출한 후, 시스템을 모듈별로 설계하고, 제어 및 감시하기 위한 알고리즘을 제안하며, 시험 방안과 시험 기준을 정한 다음 시험 결과를 토대로 시스템의 적합성을 분석하고자 한다.

성능/효과

IOT모듈 동작 온도 측정은 개발한 스마트 링거 IoT 모듈 H/W의 작동온도-20~50℃를 전자부품연구원에 테스트 의뢰하여 12시간 -20~50℃까지 변화시켜 가면서 2회 반복 후 테스트 결과 정상 작동함을 확인하였다.
IOT모듈 소비 전력 측정은 개발한 스마트 링거 IoT 모듈 H/W의 소비전력 350mW 이하를 테스트 시험한 결과 264.5mW로 목표치 350mW 이내의 소모전력을 만족함을 확인하였다.
IOT모듈 입력 파워 측정은 개발한 스마트 링거 IoT 모듈 H/W의 입력파워장치의 전원공급 능력이 12V/1A를 만족하는지 여부를 전자부품연구원에 테스트 의뢰하여 시험한 결과 12V 4.1A까지 안정적으로 공급할 수 있음을 확인하였다.
링거액 감지 거리는 액면레벨센서의 센싱부 중앙선에서 링거액의 수위가 얼마나 떨어졌을 때 인지하는 지를 측정하는 것으로 링거액 관의 모세관 현상으로 정확히 액면의 위치를 측정하기 어려워서 주사기 눈금을 이용하여 감지 거리를 측정하였으며 측정 결과는 센서 중앙에서부터 약 1mm이내에 감지하였으며 목표치 2Cm 이내의 범위 안에서 센싱이 됨을 확인하였고 이를 동영상으로 촬영하였다.
링거액 감지 시간은 액면 레벨센서에서 링거액이 센싱레벨 이하로 떨어졌을 때 감지하여 IOT모듈에서 간호사 PC에 링거액 주입이 끝났음을 알려주는데 까지 소요되는 시간으로 실제는 거의 동시에 이뤄지며 이를 센싱하는 시간이 매우 짧아 측정하기가 매우 어려워서 동영상으로 촬영하여 2초 이내에 호출 LED에 불이 들어오는 지를 동영상 편집프로그램의 녹화된 프레임을 분석하여 측정하였으며 레벨 센싱 직전이 11.42초였으며 11.43초에 액면레벨선서 LED가 Off상태로 되면서 감지신호를 인지한 후 11.50초에 Call LED가 표시됨을 확인하였고 감지시간은 0.07초로 2초 이내임을 확인하였다.
본 시스템을 통하여 의료사고를 미연에 방지할 수 있으며 환자 긴급 상황 발생 시 호출 버튼을 눌러 무선으로 간호사와 환자 보호자에게 알려주며 보조축전지 사용으로 유사시 작동불능을 방지할 수 있다.
스마트 링거 IoT 모듈의 경우 스마트 링거 IoT 모듈 Ethernet 속도 80Mbps, 소비전력 :　350mW 이하, 신호처리 속도　 : 1 Mbps 이상, 입력파워 12V/1A, 작동온도 -20~50℃로 한다. 스마트 링거 데이터 무선 송수신 모듈은 ZigBee 속도 150Kbps 이상, WiFi 속도 54Mbps 이상으로 하여 복합으로 동작하는 것으로 하되 실용성과 경제성 측면에서 WiFi만을 적용하는 것이 더 효율적일 것으로 판단하고 있다. 스마트 링거 IoT 및 상태 모니터링의 경우 링거액 주입 상태 모니터링 S/W, 무선 연동 S/W 및 앱을 통한 상태 알림 기능을 갖도록 한다.
시험을 통해 평가 기준인 링거액 감지시간(2초 이내), 링거액 감지 거리(2 Cm 이내), IoT 모듈 동작 온도(-20 ~ 50 oC), IoT 모듈 입력 파워(12V/1A), IoT 모듈 소비 전력(350 mW), 속도(150Kbps)를 만족함을 확인함으로써 시스템이 병원 현장에 적용되기에 적합함을 확인하였다.

후속연구

향후 스마트 링거액 주입 모니터링 및 무선 전송 융합기기에 병원 및 환자의 상황인지 및 인터렉션 정보를 기반으로 이를 개선 발전시키기 위한 연구가 진행되어야 한다고 본다.

질의응답

핵심어	질문	논문에서 추출한 답변
	모바일 헬스란?	모바일 헬스란 휴대폰이나 셀룰러 네트워크 기술을 활용한 전자적인 프로세스 및 통신을 통해 지원되는 헬스케어 방식을 의미한다. 모바일 헬스는 스마트폰의 보급 확대와 의료비 절감을 위한 건강관리와 예방 중심의 헬스케어 트랜드가 맞물리면서 시장 규모가 급속히 커지고 있다[1-2].
	스마트 링거액 주입 모니터링 및 무선 전송 융합기기 시스템 구성은 무엇으로 이루어지는가?	스마트 링거액 주입 모니터링 및 무선 전송 융합기기는 스마트병원 및 고령자에게 필수적인 보조장치로 링거팩으로 부터 링거액을 공급받고 링거 주입 완료를 자동으로 확인하여 링거액의 교체시기를 간호사, 환자, 주변인에게 무선으로 알려주고, 설정량 만큼을 환자에게 자동 주입하고 완료시 무선으로 통보하는 시스템이다. 시스템 구성은 크게 링거액 주입 완료 자동 감지 센서, 수액잠금장치, 스마트 링거 IoT 모듈, 데이터를 무선으로 송수신 할 수 있는 무선 송수신 모듈과 링거액 주입 상태를 모니터링 하는 S/W 개발로 이루어진다.
	모바일 헬스는 무엇으로 인해 시장 규모가 급속히 커지고 있는가?	모바일 헬스란 휴대폰이나 셀룰러 네트워크 기술을 활용한 전자적인 프로세스 및 통신을 통해 지원되는 헬스케어 방식을 의미한다. 모바일 헬스는 스마트폰의 보급 확대와 의료비 절감을 위한 건강관리와 예방 중심의 헬스케어 트랜드가 맞물리면서 시장 규모가 급속히 커지고 있다[1-2].

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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