초록

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최근 무선센서네트워크 기술을 이용한 다양한 시도가 이루어지고 있으며 특히 헬스케어분에서 활발히 연구되어지고 있다. 본 연구에서는 무선센서노드를 이용하여 계측된 생체신호를 바탕으로 환자의 상태 및 진단을 위한 기초자료를 활용하기 위한 시스템을 구현하였다. 생체신호로 ECG(electrocardiogram)와 체온 파라미터를 사용하였으며 ECG신호의 QRS특성점을 축출하기 위해 Pan&Tomkins에 개발된 알고리즘을 사용하였다. 또한 효율적인 모니터링을 위해 비정상적인 ECG신호에 대한 알림기능을 구현하였으며 이러한 감시기능은 상시 모니터링을 하지 않고도 환자의 상태를 알 수 있게 하였다. 본 연구에서 구현된 이러한 시스템기술은 국내의 고령화 문제로 발생되는 의료비용을 크게 감소시킬 수 있을 것으로 예상된다.

최근 무선센서네트워크 기술을 이용한 다양한 시도가 이루어지고 있으며 특히 헬스케어분에서 활발히 연구되어지고 있다. 본 연구에서는 무선센서노드를 이용하여 계측된 생체신호를 바탕으로 환자의 상태 및 진단을 위한 기초자료를 활용하기 위한 시스템을 구현하였다. 생체신호로 ECG(electrocardiogram)와 체온 파라미터를 사용하였으며 ECG신호의 QRS특성점을 축출하기 위해 Pan&Tomkins에 개발된 알고리즘을 사용하였다. 또한 효율적인 모니터링을 위해 비정상적인 ECG신호에 대한 알림기능을 구현하였으며 이러한 감시기능은 상시 모니터링을 하지 않고도 환자의 상태를 알 수 있게 하였다. 본 연구에서 구현된 이러한 시스템기술은 국내의 고령화 문제로 발생되는 의료비용을 크게 감소시킬 수 있을 것으로 예상된다.

AI 본문요약

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• 연구 주제
• 연구 방법
• 연구 결과

문제 정의

• ECG 모니터링 및 기록을 위한 솔루션은 크게 실시간 모니터링과 기록 후 모니터링으로 나누어 볼 수 있으며 인터넷을 이용한 모바일 ECG 기록 겨 K1], 블루투스를 이용한 기술[2], WLAN을 이용한 기술[3]등 ECG 모니터링 및 기록을 위한 다양한 시도가 이루어지고 있다. 본 연구는 실시간 모니터링뿐만 아니라 비정상적인 ECG 신호를 감지하고 저장 할 수 있는 생체신호 모니터링 시스템 방법을 적용하고 무선센서 노드 통신에서 최근 널리 사용되고 있는 zigbee 프로토콜을 이용한 무선센서 네트워크 기술기반의 헬스케어 모니터링 시스템을 구현하고자 한다. 본 연구에서는 개발된 시스템의 테스트를 위하여 ECG신호발생기 및 실제 ECG신호와 체온측정 센서로부터 ECG 신호와 체온 센서를 무선으로 전달 받아서 서버에서 비정상적인 ECG 신호를 감지 및 데이터베이스에 저장하며 터미널 PC와 PDA에서 모니터링 하도록 하였다.

제안 방법

• 또한 의사가 병원 내 이동 또는 긴급 상황 발생 시 원격지에서도 환자의 생체 데이터를 볼 수 있게 하기 위해 무선 인터넷(WLAN)이나 인터넷접속이 가능한 공간에서 이동성이 제공되는 모바일 모니터링용 PDA 프로그램을 만들었다. PDA 프로그램은 디스플레이의 제약으로 많은 그래프를 보여주긴 힘든 관계로 PDA 프로그램에서는 ECG 데이터 그래프와심박동, 체온수치를 보여주며 서버와 통신을 하기 위해 TCP/IP 소켓 프로그램을 사용하였다. ECG 그래프는 0.
• QRS 검출 알고리즘을 이용하여 R-R 인터벌을 측정하고 표 1과 같은 빈맥, 서맥, 동 정지 판정표를 활용하여 비정상적인 데이터를 검출하였다[6].
• 그리하여 이 창에 2개 노드의 아이디인 0100, 0300의 센서 노드 아이디를 확인할 수 있었으며 (4) 의 부분은 베이스 스테이션과 시리얼 연결상태 및 시리얼 통신을 위한 포트 설정, 속도설정을 나타내게 구성하였다. TCP/IP로 터미널프로그램에게 데이터를 전송하기 위한 서버실행에 관련된 일을 설정하며 현재 서버프로그램의 시리얼통신, TCP/IP 실행상태를 보여주게 설계, 구성하였다.
• (3) 의 창에서는 시리얼 패킷형태로 베이스 스테이션으로 들어오는 모든 데이터패킷을 Head Data Part, Payload Data Part 등 데이터의 세부 패킷 정보로 분리하여 볼 수 있게 하여 Tiny OS 패킷에서의 데이터 정보를 쉽게 구별이 가능하게 하였다. 그리하여 이 창에 2개 노드의 아이디인 0100, 0300의 센서 노드 아이디를 확인할 수 있었으며 (4) 의 부분은 베이스 스테이션과 시리얼 연결상태 및 시리얼 통신을 위한 포트 설정, 속도설정을 나타내게 구성하였다. TCP/IP로 터미널프로그램에게 데이터를 전송하기 위한 서버실행에 관련된 일을 설정하며 현재 서버프로그램의 시리얼통신, TCP/IP 실행상태를 보여주게 설계, 구성하였다.
• 이렇게 데이터베이스에 저장된 자료는 의사, 간호사 등 환자와 관련된 사람이 모니터링을 요청하면 실시간 생체신호 데이터뿐만 아니라 데이터베이스에 저장된 비정상적인 ECG 파일을 전송 받아 터미널 컴퓨터에서 모니터링 할 수 있다. 또한 무선 LAN을 활용하여 이동성 단말기 즉, PDA와 같은 이동성이 있는 단말기를 통해 생체신호를 확인할 수 있게 하였다.
• 가능하도록 하였다. 또한 의사가 병원 내 이동 또는 긴급 상황 발생 시 원격지에서도 환자의 생체 데이터를 볼 수 있게 하기 위해 무선 인터넷(WLAN)이나 인터넷접속이 가능한 공간에서 이동성이 제공되는 모바일 모니터링용 PDA 프로그램을 만들었다. PDA 프로그램은 디스플레이의 제약으로 많은 그래프를 보여주긴 힘든 관계로 PDA 프로그램에서는 ECG 데이터 그래프와심박동, 체온수치를 보여주며 서버와 통신을 하기 위해 TCP/IP 소켓 프로그램을 사용하였다.
• 무선센서 네트워크 기반의 심전도 및 체온 모니터링을 위해 서버프로그래 터미널프로그램, PDA프로그램을 구현하여 실험하였다. 서버는 현재 진행 중인 상태를 위주로 표시하였다.
• 무선센서 네트워크 기술을 이용하여 유비쿼터스 헬스케어를 위한 생체 모니터링 시스템을 구현하였다. 환자의 활동성을 보장하기 위해 무선센서 노드를 사용하였으며 터미널프로그램을 통해 환자의 생체정보에 대해 실시간 모니터링을 하고 비정상적인 생체신호 발생 시 알림 기능을 통해 그 이상 유무를 알려주고, 파일을 데이터베이스에 저장을 할 수 있게 하였다.
• 본 연구에서 구현한 무선센서 네트워크 기반의 헬스케어 시스템은 센서 노드, 베이스 스테이션, 서버프로그램, 그리고 디스플레이를 위한 PDA 프로그램, 터미널프로그램, 비정상적인 ECG 신호를 기록을 위한 데이터베스로나누어진다. 환자 몸에 부착된 센서 노드를 이용하여 환자의 가장 기본적인 건강 파라미터라고 할 수 있는 ECG와 체온의 생체신호를 검출하여 베이스 스테이션을 통해 서버컴퓨터로 전송하였다.
• 본 연구는 실시간 모니터링뿐만 아니라 비정상적인 ECG 신호를 감지하고 저장 할 수 있는 생체신호 모니터링 시스템 방법을 적용하고 무선센서 노드 통신에서 최근 널리 사용되고 있는 zigbee 프로토콜을 이용한 무선센서 네트워크 기술기반의 헬스케어 모니터링 시스템을 구현하고자 한다. 본 연구에서는 개발된 시스템의 테스트를 위하여 ECG신호발생기 및 실제 ECG신호와 체온측정 센서로부터 ECG 신호와 체온 센서를 무선으로 전달 받아서 서버에서 비정상적인 ECG 신호를 감지 및 데이터베이스에 저장하며 터미널 PC와 PDA에서 모니터링 하도록 하였다.
• 비정상적인 심박동인 빈맥, 서맥을 판단하기 위해 ECG제너레이터를 사용하였으며 심박동수를 120회 이상 증가시켰다. 그림 6은 서버가 표 1에서 정한 판정표에 따라 심박동 120회 이상의 비정상적인 ECG 신호를 감지하여 알림메세지와 함께 터미널 프로그램으로 실시간 데이터 전송하여 그래프로 나타낸 것을 보여주고 있다.
• 그림 4는 서버 사용자인터페이스를 캡처한 것이다. 실시간으로 연결되는 노드를 표시하는 트리 창과 센서데이터를 보여주는 뷰 창, 서버의 TCP/IP 연결 상태 등의 실행과 관련된 버튼 등으로 구성하였다. 그림 4에서 (1) 과 (2) 는 베이스스테이션으로 현재전송되어지고 있는 센서 노드 아이디 정보를 보여주기 위한 것으로 베이스 스테이션과 연결된 센서노드에 관한 정보를 표시한다.
• 환자의 활동성을 보장하기 위해 무선센서 노드를 사용하였으며 터미널프로그램을 통해 환자의 생체정보에 대해 실시간 모니터링을 하고 비정상적인 생체신호 발생 시 알림 기능을 통해 그 이상 유무를 알려주고, 파일을 데이터베이스에 저장을 할 수 있게 하였다. 이동성이 보장된 PDA를 활용하여 무선인터넷망을 통해 언제 어디서나 생체신호 모니터링을 보장하였다. 이러한 시스템을 활용하여 앞으로 고령화 사회에 대비, 기존의 인터넷 망을 기반으로 독거노인을 위한 재택에서의 생체 데이터모니터링과 같은 사회복지 분야에서도 적용 및 헬스케어 홈서비스와도 연계가 가능할 것이다.
• 환자 몸에 부착된 센서 노드를 이용하여 환자의 가장 기본적인 건강 파라미터라고 할 수 있는 ECG와 체온의 생체신호를 검출하여 베이스 스테이션을 통해 서버컴퓨터로 전송하였다. 이때 비정상적인 즉ECG 신호, 즉 빈맥, 서맥, 그리고 동 정지를 검출하여 생체신호 데이터를 파일로 저장한다.
• 환자의 활동성을 보장하기 위해 무선센서 노드를 사용하였으며 터미널프로그램을 통해 환자의 생체정보에 대해 실시간 모니터링을 하고 비정상적인 생체신호 발생 시 알림 기능을 통해 그 이상 유무를 알려주고, 파일을 데이터베이스에 저장을 할 수 있게 하였다. 이동성이 보장된 PDA를 활용하여 무선인터넷망을 통해 언제 어디서나 생체신호 모니터링을 보장하였다.

이론/모형

• 무선센서노드는 크게 전원회로, 센서 보드, RF 트랜시버, 마이크로 컨트롤러로 구성되어지며 저전력 소비를 요구한다. 또한, 마이크로 컨트롤러를 내장한 소형컴퓨터 시스템으로 센싱응용 처리와 각 센서 노드들 간 통신 등을 위해 실시간 운영체제를 사용하며 본 연구에서는 TinyOS를 사용하였다.
• 감지하고, 저장 및 데이터 전송 역할을 한다. 본 연구에서는 비정상적인 ECG 신호를 감지하기 위한 QRS 검출 알고리즘 중 Pan과 Tomkins에 의해 개발된 실시간 QRS 검출 알고리즘을 사용하였다. 이는 신호의 경사, 진폭 및 구간의 길이 등을 분석하여 QRS complex 를 검출하는 알고리즘이다[5].

성능/효과

• 이 그림에서는 현재 총 2개의 센서 노드를 동작되고 있음을 확인할 수 있으며, 연결된 노드를 선택 시 해당 노드로부터의 실시간 데이터 패킷을 볼 수 있었다. (3) 의 창에서는 시리얼 패킷형태로 베이스 스테이션으로 들어오는 모든 데이터패킷을 Head Data Part, Payload Data Part 등 데이터의 세부 패킷 정보로 분리하여 볼 수 있게 하여 Tiny OS 패킷에서의 데이터 정보를 쉽게 구별이 가능하게 하였다. 그리하여 이 창에 2개 노드의 아이디인 0100, 0300의 센서 노드 아이디를 확인할 수 있었으며 (4) 의 부분은 베이스 스테이션과 시리얼 연결상태 및 시리얼 통신을 위한 포트 설정, 속도설정을 나타내게 구성하였다.

후속연구

• 이동성이 보장된 PDA를 활용하여 무선인터넷망을 통해 언제 어디서나 생체신호 모니터링을 보장하였다. 이러한 시스템을 활용하여 앞으로 고령화 사회에 대비, 기존의 인터넷 망을 기반으로 독거노인을 위한 재택에서의 생체 데이터모니터링과 같은 사회복지 분야에서도 적용 및 헬스케어 홈서비스와도 연계가 가능할 것이다. 향후 심장질환에 대한 자동진단 또는 감지의 정확성을 높이기 위해 무센선서네트워크 기술에 맞는 ECG특성점 축출 알고리즘을 개발 및 적용할 필요성이 제기되며 이에 대한 연구가 필요하다고 사료된다.
• 이러한 시스템을 활용하여 앞으로 고령화 사회에 대비, 기존의 인터넷 망을 기반으로 독거노인을 위한 재택에서의 생체 데이터모니터링과 같은 사회복지 분야에서도 적용 및 헬스케어 홈서비스와도 연계가 가능할 것이다. 향후 심장질환에 대한 자동진단 또는 감지의 정확성을 높이기 위해 무센선서네트워크 기술에 맞는 ECG특성점 축출 알고리즘을 개발 및 적용할 필요성이 제기되며 이에 대한 연구가 필요하다고 사료된다.

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