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홈네트워크용 헬스케어 시스템 개발

Development of healthcare system for home network

2007 . 02 . 27 .

주관연구기관 주 솔루션사업본부( )KT

정 보 통 신 부


2007 . 02 . 27 .

주관연구기관 주 솔루션사업본부( )KT

정 보 통 신 부

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제 출 문제 출 문제 출 문제 출 문

정보통신부장관정보통신부장관정보통신부장관정보통신부장관 귀하

본 보고서를 홈네트워크용 헬스케어 시스템 개발 의 최종 연구개발결과보고서로“ ”

제출합니다.

년 월 일2007 02 27

주관연구기관 주 솔루션사업본부: ( )KT

연구 책임자 이 승 재:

참여 연구원 : 강 경 희 양 성 현

유 병 규 김 혜 정

이 무 호 이 상 은

허 경 진 김 성 원

- 2 -

박 병 창 강 연 수

김 동 욱 장 준

서 현 열 차 정 화

이 현 옥 최 종 필

정 석 훈 방 경 섭

이 상 준 손 주 현

유 민 상 채 종 필

최 혜 원 김 민 식

차 기 철 민 경 성

황 정 수 이 세 화

이 우 재 문 병 삼

김 종 근 고 재 흥

신 종 흔 김 순 환

이 라 미 김 윤 아

류 준 오 박 미 숙

안 연 찬 장 제 영

차 민 석 백 상 민

김 경 진 박 영 순

이 경 미 하 춘 화

이 중 진 박 광 석

최 종 민 김 범 오

김 정 수 박 민 재

전 효 선 황 보 선

신 재 혁 장 학 철

하 규 섭 임 청

이 학 종 정 우 영

박 경 운 장 윤 석

김 주 영

- 3 -

요 약 문요 약 문요 약 문요 약 문

제 목1.


연구개발의 목적 및 중요성2.

가 연구개발의 목적.

본 연구과제는 홈네트워크를 기반으로 무구속 무자각 지향형 헬스케어 단말기 개발과 만성질환자나 개,

인의 상황에 맞는 서비스를 제공하는 헬스케어 시스템 개발을 목적으로 한다.

센서 단말 개발에 있어서는 혈당 혈압 체성분 심전도 호흡 체온의 종의 생체 정보 측정 센서/ / / / / 6

를 무구속 무자각 지향형으로 개발한다 이러한 센서는 일상 생활 속에서 자연스럽게 이용될 수 있도록, .

가정 내에 배치되도록 한다 센서에는 초소형 저전력 모듈이 장착되어 을 구성하고 홈. , ZigBee WPAN ,

게이트웨이를 통해 홈서버 및 헬스케어 센터 서버로 데이터가 전송된다 홈서버는 센싱 데이터의 분석.

및 생활 가전 기기 제어 등의 가정내에서의 서비스를 제공한다 센싱 데이터는 헬스케어 센터 서버에.

로 저장되고 식이 운동 생활 습관 교정 등의 컨텐츠를 제공한다 또한 병원의 와 연계되DB , / / . CDSS

어 측정 데이터의 임상적 의사 결정 시스템에 의해 사용자에게 자동적인 피드백이 제공된다.

이러한 시스템을 통해 가정 내에서 홈헬스케어 센서를 이용하여 일상 생활 중에 생체 정보를 측정하고

병원과 연계된 홈 헬스케어 서비스를 제공할 수 있는 시스템 개발이 본 연구의 목적이다.

나 연구개발의 중요성.

홈네트워크와 접목된 헬스케어 단말 기술 및 근거리 무선네트워크 기술 등의 선도 기술을 개발 만성질,

병의 체계적 건강관리 기술의 개발을 통하여 고령화 사회를 맞이하여 의료비 절감과 국내 의료시장 개,

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방에 따른 국가 경쟁력을 확보가 필요하다 즉 지속적인 모니터링을 통해 사후 치료뿐 만 아니라 건강. ,

상태의 사전관리 및 예방이 가능한 차세대 헬스케어 시스템 개발이 요구된다 이를 통해 개인의 풍요로.

운 디지털 라이프스타일을 실현시킴으로써 의료 복지 서비스를 보다 쉽고 편리하게 사용할 수 있게 하, ,

고 계층간 정보 격차 해소와 국민 복지 실현에 이바지하고 나아가 사회가 부담하는 의료비용을 경감시,

키는데 크게 기여할 수 있는 중요 연구 개발 분야이다.

효과적인 질병 조기 진단 및 예방 그리고 효과적인 치료를 위해 재택 모니터링 및 치료는 이러한 질병,

에 대해 그 사회가 부담하는 의료비용을 경감시킬 수 있다 수술이나 치료를 하고 난 입원 환자의 경우.

도 적절한 관리를 할 수 있는 측정 통신 설비와 방문간호사 등의 의료 제도적 보완만 이루어진다면 홈, ,

헬스케어를 통해 훨씬 더 조기에 퇴원을 하여 가정에서 편안하게 치료를 받을 수 있어 이러한 비용의,

경감은 개인의 비용 부담 경감뿐 아니라 건강보험 재정의 건실화에도 기여할 것으로 기대된다.

연구개발의 내용 및 범위3.

주관기관인 는 헬스케어 센터 서버 및 구축 등의 시스템 구축 및 홈 헬스케어 서비스 제공을 목KT DB

표로 하며 이에 필요한 생체 정보 측정장비는 체성분기 주 바이오스페이스 혈당기 주 올메디쿠스, (( ) ), (( ) ),

심전도기 주 바이오넷 등 헬스케어 단말 개발업체를 공동연구기관으로 하여 연구 개발한다(( ) ) .

차세대 통합단말 개발 및 생체신호 측정 기술 알고리즘 고도화 등 차세대 헬스케어단말 기반 기술 부,

분을 서울대생체계측신기술연구센터와 센서 단말 연구 기관이 공동 수행하며 홈 헬스케어용 개, CDSS

발은 분당서울대학교병원에서 수행한다.

는 생체데이터를 형식을 표준화하고 헬스 데이터 통신의 흐름 프로토콜 을 규정하여 개발된 생체측KT , ( ) ,

정 단말기를 통합 적용하여 신규 헬스케어 서비스를 개발 한다.

홈 헬스케어용 를 접목한 헬스케어용 와 서비스 피드백 컨텐츠를 개발하고 이를 홈네트워크CDSS DB ,

미들웨어를 기반으로 홈서버 및 홈 게이트웨이를 통한 시험 서비스를 구현하며 또한 홈 헬스케어 서비,

스 플랫폼 개발 단계별 통합 시범서비스 및 안정화를 지속적으로 수행한다, .

- 5 -

연구개발결과4.

가 차년도 연구 결과. 1

홈 헬스케어 시스템 요구사항 분석

생체신호측정 분석 및 진단 기술 현황 분석- ,

차세대 홈 헬스케어 단말 서비스 컨텐츠 체성분분석 식이 운동 설계- / / ( , , ) DB

개인식별 메커니즘 설계 및 연구- (Zigbee/ECG)

서비스 시스템 아키텍쳐 설계-

헬스케어 산업육성을 위한 법 제도 연구- ,

무구속 무자각 센서 측정 모듈 및 알고리즘 개발, ,

생체정보 검출 메커니즘 설계-

체온 혈당 체지방 심전도 호흡 혈압 센싱 측정 알고리즘기술 차 개발 및 검증- , , , , , / / (1 )

패치형 심전도 단말기 시제품 차 개발- (1 )

체온 체성분 단말기 시제품 차 개발 및 임상시험- / (1 )

호흡 심박 신호처리 알고리즘 보완 개발 및 검증 에어매트리스형- / ( )

단말기용 무선 센서 네트워크 모듈 개발

센서 측정 단말기 내장 무선전송 모듈 개발- /

센서 네트워크 모듈 및 시제품 개발- Zigbee

기반 개인식별기기 시제품 개발- ZIgbee

저전력 소비 모듈 연구- Zigbee

홈 게이트웨이 연동 모듈 설계 및 개발-

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시나리오 개발을 통한 홈 헬스케어 센서 및 단말의 댁내 배치 방안에 관한 연구 개발

미래 형 홈네트워크용 헬스케어 서비스 시나리오 개발- life style

홈 네트워킹 헬스케어 테스트 베드 구축-

단말 배치방안 및 생체정보 전송방안 연구-

주요 결과물

생활습관병 관리 홈케어 시험 서비스 시스템-

홈 네트워킹 헬스케어 테스트 베드 구축-

센서 네트워크 시제품 코디네이터 단말 모듈 라우터 등- Zigbee ( , , , )

기반 개인식별기 시제품- Zigbee

홈네트워크용 혈당기 패치형 심전도기 체온 체성분 분석단말기 시제품- , , /

나 차년도 연구결과. 2

홈 네트워크용 헬스케어 서비스 시스템 고도화 개발

홈네트워크 서비스 연동기술 개발-

홈네트워크 연동형 헬스케어 컨텐츠 고도화 개발- DB

생체정보 보호를 위한 보안기법 및 보안정책 개발-

생체정보 전송 프로토콜 및 스키마 개발- DB

헬스케어용 센서네트워크 고도화

헬스케어용 센서 네트워크 모듈 시제품 고도화 및 관리시스템 개발- ZigBee

기반 개인식별 시제품 고도화 개발- ZigBee

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저전력 알고리즘 개발 및 구현-

생체신호처리 알고리즘 고도화 및 헬스케어 단말 개발

체온 혈압 심전도 신호처리 알고리즘 고도화 및 검증- / / /

재택수면 모니터링 단말 시제품 구현-

체성분분석단말 혈당기 심전도 단말 기반 개인식별기기 고도화 개발- , , , ZigBee

생활습관 모니터링 감지 센서 및 통합 시스템 개발-

차세대 통합형 헬스케어 단말 개발-

홈 헬스케어 데이터를 이용한 개발CDSS

홈 헬스케어 데이터를 이용한 질환별 알고리듬 구축 혈당 고혈압 기관지천식- ( , , )

홈 헬스케어 데이터를 이용한 설계 혈당 고혈압 기관지천식- CDSS ( , , )

홈 헬스케어 데이터를 이용한 개발 혈당 고혈압- CDSS ( , )

주요 결과물

수면 모니터링 시연 서비스-

재택 수면모니터링 단말 시제품-

신소재를 채택한 패치형 심전도기 시제품-

차세대 통합형 헬스케어 단말기 시제품-

활용에 대한 건의5.

홈네트워크용 헬스케어 시스템은 사업분야의 핵심 응용 영역으로 병 의원 아파트간 제휴를 통U-City . ,

한 온 오프라인 연계 서비스에 활용할 수 있으며 경제적 사회적 측면에서 불필요하게 병상을 점유하고/ , /

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있는 환자들을 조기에 퇴원시켜 이들을 원격으로 모니터링하고 관리해주는 분야에 적용할 수 있다.

일반인의 건강증진을 위한 건강관리 만성적 생활 습관병 예방의 보편성 있는 시스템으로의 활용과 함,

께 특정 질병이나 특정그룹의 환자를 위한 특화된 서비스로 확대될 수 있다 또한 스포츠 선수 운동, . , ,

매니아와 같이 특수한 목적으로 운동을 하거나 건강 관리를 하는 특수 집단을 위한 맞춤형 서비스의 개

발에도 활용될 수 있다.

식이 운동 처방 및 실천 모니터링을 통한 체중 조절 서비스 당뇨 고혈압 고지혈증 등 생활습관병의 발/ , / /

병 위험군 나이 체중 가족력 을 위한 예방 프로그램 재택 수면 분석 및 숙면 감시 시스템 독신 거주( , , ) , ,

인을 위한 활동도 측정을 통한 일상성 모니터링 시스템 비상 시스템 연계( ), On Line / Video Assisted

건강 및 의료 상담 등과 같은 일반적 건강 증진 서비스에 활용할 수 있다.

당뇨 고혈압 환자군의 식이 운동 투약을 관리 지원하는 만성 질환 관리 시스템 심장병 질환자를 위한, , , ,

수면중 무구속 심박 호흡 모니터링서비스 조기 퇴원자를 위한 주기적 점검 및 의료진과의 연결 및 정보/ ,

전송 시스템과 같은 헬스케어 시스템을 활용한 특화된 의료 서비스 제공이 가능하다.

기 대 효 과6.

여러 건설사들은 신규 아파트 건설 시에 홈 네트워크 서비스와 홈 헬스케어 시스템을 도입함으로써 독,

거노인 만성질환자뿐만 아니라 일반 사용자에게 건강관리 서비스를 제공하려는 추세에 있다 건설업계, .

의 기본 설치품목에 대한 트렌드 변화와 부동산 경기 활성화 관련 장비 제조 중소업체 경기활성화에,

크게 기여할 것으로 보인다.

의료 서비스 기반의 시스템 개발을 통해 기술 및 시장 진입 장벽을 높일 수 있으므로 해외 휴대형 진,

단 치료기기와의 경쟁력 확보가 가능하고 건강산업에 전반에 대한 구도가 변화되어 또 다른 하나의 경,

제 구조를 생성할 것으로 기대된다 또한 재택 건강관리 시스템이 활성화 되므로 질병의 예방 조기 진. , ,

단에 도움이 되어 질병에 대한 사회적 비용의 절감과 보건혜택의 공평성이 확보될 것으로 기대된다.

년 의료시장 개방 등으로 인해 전 세계가 국경이 없는 경쟁체계로 들어감에 따라 국내 의료계는2007

차별화된 서비스 제공으로 대외 경쟁력을 갖추고자 노력하고 있는 상황을 고려해 보면 홈 네트워크 헬

스케어 시스템을 도입함으로써 국내 의료산업의 대외 경쟁력 확보를 기대할 수 있다.

- 9 -

유비쿼터스 센서 네트워크 기반의 홈 네트워크용 헬스케어 시스템은 측정 단말기를 넘어서 통신 측정,

의 인프라를 활용한 다양한 형태의 건강 관리 사업이 양성될 것으로 기대된다 기존에 민간처방 특수. ,

건강식품 등에 의존해 오던 비정규적 예방 시장이 정규적 건강관리 기업 혹은 의료기관으로 재편될 수

있는 기틀을 마련해 줄 수 있다.

또한 사용자의 별도 요구 없이도 사용자 상황분석에 의해 응급처치 또한 측정된 생체정보에 기반한 정,

확한 처치로 귀중한 생명을 더 살릴 수 있는 등 응급의료체계의 구조변화도 기대할 수 있다.

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SUMMARYSUMMARYSUMMARYSUMMARY

1. Subject

The development of healthcare system for home network

2. The objectives and the importance of this research project

The purpose of this project is development of unconscious and unrestricted healthcare devices

based of home network. Using the developed system, we can provide home healthcare service

connected to the care of hospital. So, we can improve the welfare of the people.

3. Scope and contents of the research

We develop the following biometric sensors; ECG meter, gluco meter, blood pressure meter,

body composition analyzer, respiratory meter, and thermometer. We integrate ZigBee WPAN

technology to biometric sensors, and make the home gateway to connect the sensor network

to TCP/IP network. The healthcare center server provide healthcare service using healthcare

contents database. We also provide the feedback of sensing data using CDSS(Clinical Decision

Support System).

4. The result of the research

The biometric sensors integrated with ZigBee network, which are ECG meter, gluco meter,

blood pressure meter, body composition analyzer, respiratory meter, and thermometer; Home

- 11 -

gateway for healthcare service integrated with ZigBee; Home server system to provide service

by controlling home network devices; Healthcare center server to provide total home

healthcare service; CDSS to provide the feedback to user by automatic medical decision

engine.

5. Proposal for Practical Application

The developed home healthcare system can be used in various practical applications :

providing healthcare service to u-City infrastructure; Emergency rescue service; Monitoring

discharged patient; Special health management for sportsmen, etc.

6. Expected effects

By using home healthcare system, we can improve the welfare service to the people and save

the budget for healthcare by preventing diseases.

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CONTENTSCONTENTSCONTENTSCONTENTS

Chapter 1. Introduction

Section 1 Overview

Section 2 Objectives and contents of the research

Chapter 2. Development of measuring devices of biometric sensor

Section 1. Home sleep monitoring device

Section 2. Patch-typed ECG meter

Section 3. Next generation integrated biometric device

Section 4. Lifestyle monitoring device

Section 5. Gluco-meter

Section 6. Body composition analyzer

Chapter 3. Development of home gateway, home server, and internetworking

system of healthcare devices

Section 1. Home gateway for home healthcare

Section 2. Home server for home healthcare

Chapter 4. Development of home healthcare service system

Section 1. Healthcare center server system

Section 2. Development of CDSS

- 13 -

Section 3. Exercise, food, and explanation of body composition database

Section 4. Standardized biometric information database

Chapter 5. Conclusion

- 14 -

목 차목 차목 차목 차

제 장 서 론1 ······················································································································· 19

제 절 연구개발의 개요1 ········································································································· 19

제 절 연구 목표 및 연구 내용2 ··························································································· 20

제 장 생체 정보 측정 단말기 개발2 ··················································································· 25

제 절 재택 수면 모니터링 단말기 개발1 ··········································································· 25

제 절 패치형 심전도 단말기 개발2 ····················································································· 32

제 절 차세대 통합형 단말기 개발3 ····················································································· 45

제 절 생활습관 모니터링 센서 개발4 ················································································· 79

제 절 혈당 측정 단말기 개발5 ····························································································· 93

제 절 체성분 분석 단말기 개발6 ······················································································· 118

제 장 홈게이트웨이 홈서버 및 헬스케어 단말기 연동 시스템 개발3 / ······················· 129

제 절 홈헬스케어용 홈게이트웨이 시스템 개발1 ··························································· 129

제 절 홈헬스케어용 홈서버 시스템 개발2 ······································································· 146

제 장 홈헬스케어 서비스 시스템 개발4 ··········································································· 153

제 절 헬스케어 센터 서버 시스템 구축1 ······································································· 153

제 절 시스템 개발2 CDSS ·································································································· 161

제 절 운동 식단 체성분 해설 개발3 , , DB ······································································ 168

제 절 생체정보 표준화 개발4 DB ····················································································· 183

제 장 결론5 ····························································································································· 219

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그 림 목 차그 림 목 차그 림 목 차그 림 목 차

그림 재택 수면모니터링 단말기 시제품[ 2-1] ···································································································· 26

그림 재택 수면모니터링 단말기 블록 다이어그램[ 2-2] ·················································································· 26

그림 케이블 연결 다이어그램[ 2-3] ······················································································································ 28

그림[ 2-4] Front Panel ··········································································································································· 29

그림[ 2-5] Rear Panel ············································································································································· 30

그림 심박 검출 알고리즘 블록 다이어그램[ 2-6] ······························································································ 30

그림 상 상용으로 판매되는 호흡 신호 측정용 로부터 채집한 신호[ 2-7] ( ) Belt ······································· 31

그림 패치형 심전도 단말기 시제품[ 2-8] ············································································································ 33

그림 시스템 블록 다이어그램[ 2-9] ······················································································································ 34

그림 블록 다이어그램[ 2-10] Analog ··················································································································· 35

그림 모듈 확장성을 고려한 블록 다이어그램[ 2-11] Analog ········································································· 36

그림 순서도[ 2-12] Analog S/W ··························································································································· 37

그림 기구 디자인 도면 및 베터리 크기 비교[ 2-13] ························································································ 38

그림[ 2-14] (a) Schematic diagram of dry electrode, ················································································ 40

그림 소재의 패치를 일간 착용 후[ 2-15] (a) PDMS 3 , ··················································································· 41

그림 기존의 붙이는 방식의 패치[ 2-16] (a) ······································································································· 42

그림 전체 알고리즘 구성 및 흐름도[ 2-17] ········································································································ 44

그림 진단 알고리즘 블록 다이어그램[ 2-18] ······································································································ 44

그림 명의 피험자에 대해 측정된 각각의 신호들[ 2-19] 6 ··············································································· 51

그림 혈압과 맥파와의 상관성[ 2-20] ···················································································································· 52

그림 의 핵심 구성 요소[ 2-21] u-Healthcare ·································································································· 59

그림 의 개념[ 2-22] Digital Well-being ·············································································································· 59

그림 미래 유비쿼터스 주거환경의 변화 모습[ 2-23] ························································································ 60

그림 의료 서비스의 발전 추세[ 2-24] ·················································································································· 60

그림 체온계 기본 구조[ 2-25] ································································································································ 63

그림 기본적인 회로 구성 온도보상의 기본 원리[ 2-26] ( ) ················································································· 63

그림 회로 및 기능 구성도[ 2-27] ·························································································································· 64

그림 증폭회로[ 2-28] ················································································································································ 65

그림 필터 회로[ 2-29] ·············································································································································· 65

그림 대략적인 외형 스케치 도면[ 2-30] #1 ······································································································· 65

그림 대략적인 외형 스케치 도면[ 2-31] #2 ······································································································· 65

그림 회로[ 2-32] Analog Block Diagram ········································································································ 67

그림 회로[ 2-33] Analog Block Diagram ·········································································································· 71

그림 차세대 통합형 헬스케어 단말기 니즈 분석[ 2-34] ·················································································· 73

그림 차세대 통합형 헬스케어 단말기 개념도[ 2-35] ······················································································ 73

그림 통합 단말[ 2-36] proposal #1 ····················································································································· 74

그림 통합 단말[ 2-37] proposal #2 arm ········································································································· 74

그림 통합 단말[ 2-38] proposal #2 ····················································································································· 75

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그림 통합 단말[ 2-40] proposal #3 ··················································································································· 75


그림 통합 단말[ 2-42] proposal #4 ··················································································································· 76

그림 통합 단말[ 2-43] proposal #4 arm ··········································································································· 76

그림 통합 단말[ 2-44] proposal #5 ····················································································································· 77

그림 통합 단말[ 2-45] proposal #5 arm ··········································································································· 77

그림[ 2-46] HIHM (Home Integrated Health Monitor) ················································································ 77

그림[ 2-47] Left Arm Chair Part Modeling ···································································································· 78

그림[ 2-48] Back Panel Controller Part Modeling ····················································································· 78

그림[ 2-49] Right Arm Chair Modeling ·········································································································· 78

그림 연령계층별 인구 구성비 추이 인구통계청[ 2-50] ( 2005.10 - ) ····················································· 79

그림 개념도[ 2-51] Sasuke System ···················································································································· 82

그림 구성도[ 2-52] ADL analysis system ······································································································ 83

그림 정보기술을 활용한 감시 통제 변화양상[ 2-53] , ······················································································· 84

그림 혼폭 및 필름 부께에 따른 재현성 테스트 저농도[ 2-54] ( ) ································································· 94

그림 혼폭 및 필름 부께에 따른 재현성 테스트 고농도[ 2-55] ( ) ································································· 94

그림 반응 챔버 폭[ 2-56] Dose/Response ( 1mm) ·························································································· 95

그림 반응 챔버 폭[ 2-57] Dose/Response ( 1.5mm) ····················································································· 95

그림 스트립 표면[ 2-58] (1) ·································································································································· 97

그림 스트립 표면[ 2-59] (2) ·································································································································· 98

그림 스트립 표면[ 2-60] (3) ···································································································································· 99

그림 를 포함한 시험 스트립 및 포함하지 않는 스트립[ 2-61] Notch ······················································ 100

그림 혈액투입시간 측정을 위한 시험스트립 반응챔버[ 2-62] ( (7.5mm * 2.5mm * 200um) ··············· 100

그림 시험용 스트립에 혈액을 투입했을 경우 나타나는 를 이용[ 2-63] peak ········································ 101

그림 통신을 이용한 혈당 관리 시스템 블록도[ 2-64] ZigBee ···································································· 104

그림 혈당 측정 후 데이터 전송 프로토콜 흐름도[ 2-65] ············································································· 105

그림 휴대용 혈당측정 시스템의 측정 과정[ 2-66] ······················································································· 107

그림 최종개발 시스템의 검정곡선 시험[ 2-67] ····························································································· 109

그림 투입시간 측정용 스트립구조[ 2-68] ······································································································· 110

그림 투입시간 측정용 스트립 구조 도해[ 2-69] ··························································································· 110

그림 투입시간 측정[ 2-70] Control solution ································································································ 110

그림 투입시간 측정[ 2-71] Whole blood ········································································································· 111

그림 데이터 전송 프로토콜 흐름도[ 2-72] PID ····························································································· 112

그림 시간 설정 전 결과 데이터 및 시간[ 2-73] ····························································································· 113

그림 시간 설정 후 변경 시간[ 2-74] ················································································································· 113

그림 저장된 측정 상태 이벤트 및 자가 증상[ 2-75] ··················································································· 115

그림 통신기능이 구현된 혈당측정기의 사진[ 2-76] ZigBee PCB ······························································ 115

그림 혈당 측정기 시제품 외형 사진[ 2-77] (AGM-3000Z2) ········································································ 116

그림 최종개발된 스트립[ 2-78] ························································································································· 116

그림[ 2-79] Self Monitoring Blood Glucose test system (AGM-3000Z2) ······································· 117

- 17 -

그림[ 2-80] TO-46 Metal Can Package ······································································································ 119

그림 체온 측정 모듈[ 2-81] ······························································································································· 120

그림 인체 모델 저항셋[ 2-82] ··························································································································· 121

그림 체온 체성분 단말기[ 2-83] / ························································································································ 122

그림 점 방식 체성분 단말기[ 2-84] 8 - 1 ········································································································ 126

그림 점 방식 체성분 단말기[ 2-85] 8 - 2 ······································································································ 126

그림 점 방식 체성분 단말기[ 2-86] 4 block diagram ···················································································· 127

그림 점 방식 체성분 단말기[ 2-87] 8 block diagram ·················································································· 127

그림 헬스케어용 홈게이트웨이 흐름도[ 3-1] ···································································································· 139

그림 노드와 게이트웨이 간의 통신 흐름 개요[ 3-2] ······················································································ 141

그림 헬스케어용 홈서버 흐름도[ 3-3] ················································································································ 147

그림 저혈당 위험 경보 화면[ 3-4] ······················································································································ 152

그림 고혈당 위험 경보 화면[ 3-5] ······················································································································ 152

그림 헬스케어 센터 서버 의[ 4-1] DB ERD ······································································································ 157

그림 헬스케어 센터 서버 기능 구성[ 4-2] ······································································································ 158

그림 헬스케어 센터 서버 모듈 관계 구성도[ 4-3] ·························································································· 159

그림 헬스케어 센터 서버 통합 플랫폼 구성도[ 4-4] ···················································································· 160

그림 시스템 구성도[ 4-5] CDSS ························································································································· 161

그림 당화혈색소 감소율에 대한 합병증 감소율[ 4-6] ···················································································· 162

그림 실시간 이용 당뇨병[ 4-7] Data DFD ····································································································· 162

그림 주간 월간 작업 당뇨병[ 4-8] / batch DFD ································································································ 162

그림 고혈압 응급상황[ 4-9] DFD ······················································································································· 163

그림 고혈압 관리[ 4-10] DFD ··························································································································· 163

그림 천식[ 4-11] DFD ········································································································································· 165

그림 웹서비스[ 4-12] CDSS ······························································································································· 166

그림 프로세스[ 4-13] CDSS ······························································································································· 166

그림 헬스케어 센터 서버로 전송되는 메시지[ 4-14] ··················································································· 166

그림 고객에게 전동되는 휴대폰[ 4-15] SMS ································································································· 166

그림 생활습관 설문화면[ 4-16] 1 ····················································································································· 169

그림 생활습관 설문화면[ 4-17] 2 ······················································································································· 170

그림 생활습관 설문화면[ 4-18] 3 ······················································································································· 170

그림 생활습관 설문 결과 화면[ 4-19] ············································································································· 171

그림 체성분 결과화면[ 4-20] 1 ··························································································································· 175

그림 체성분 결과화면[ 4-21] 2 ··························································································································· 175

그림 체성분 결과화면[ 4-22] 3 ··························································································································· 176

그림 운동 처방 화면[ 4-23] ································································································································· 179

그림 영양처방화면[ 4-24] ····································································································································· 182

그림 헬스정보 시스템 컴포넌트의 특성[ 4-25] ······························································································· 185

그림 과 의 상관 관계[ 4-26] DML DAP ············································································································ 187

그림 디바이스 인터페이스 흐름도[ 4-27] ········································································································· 188

그림 타입 포맷[ 4-28] OBX ································································································································· 215

- 18 -

표 목 차표 목 차표 목 차표 목 차

표 재택 수면 모니터링 단말기 기능 및 사양< 2-1> ························································································· 25

표 패치형 심전도 단말기 기능 및 사양< 2-2> ··································································································· 32

표 소형 경량화 장비 비교표< 2-3> / ························································································································ 38

표 소비 전력 비교표< 2-4> Analog ······················································································································ 39

표 성능 비교표< 2-5> MCU ···································································································································· 39

표 성능 비교표< 2-6> Battery ······························································································································· 39

표 성능 비교표< 2-7> OP Amp ····························································································································· 40

표 기존 체온계 현황 비교표< 2-8> ······················································································································· 45

표 방법론적 차이에 의한 각 체온 측정 방식의 장단점 비교< 2-9> ····························································· 46

표 혈압 측정 방법< 2-10> ······································································································································· 51

표 이동성 휴대성 전원공급의 문제 여부에 따른 심전도계< 2-11> / , ······························································ 54

표 반응 챔버 폭에 따른 결과< 2-12> ················································································································· 96

표 혈액투입시간 측정용 시험 스트립 제작< 2-13> ························································································ 100

표 차 인가전압 및 전압인가 시간< 2-14> 1,2 ··································································································· 102

표 데이터 저장 구조< 2-15> ······························································································································ 105

표 평가 항목 및 점검 기준< 2-16> ·················································································································· 106

표 증류수 투입 전과 투입 후의 스트립 개 무게 차이< 2-17> (10 ) ······························································· 106

표 재현성 결과 저농도< 2-18> _ (104 mg/dL) ································································································ 108

표 재현성 결과 고농도< 2-19> _ (336 mg/dL) ·································································································· 108

표 혈당 측정기와 개인식별기의 테스트 내용< 2-19> ···················································································· 112

표 혈당 측정기 자가 증상 표시 시나리오< 2-20> ·························································································· 114

표 체성분 분석 알고리즘 현재 기술력 및 설계 목표치< 2-21> ·································································· 122

표 체성분 분석 단말 현재 기술력 및 설계 목표치< 2-22> ·········································································· 124

표 점 방식 체성분 측정 알고리즘 현재 기술력 및 설계 목표치< 2-23> 8 ················································ 126

표 센서의 종류에 따른 데이터 처리 흐름< 3-1> ····························································································· 138

표< 3-2> Command Frame ·································································································································· 141

표 에 따른 와 간 처리 개요< 3-3> Command Gateway Node ·································································· 142

표 인터페이스 구성< 4-1> CDSS ························································································································ 161

- 19 -

제 장 서 론제 장 서 론제 장 서 론제 장 서 론1111

제 절 연구개발의 개요1

선진사회 진입과 산업화의 진전에 따른 만성질환자의 급격한 증가 고령화 사회로의 진입 보건비용의, ,

증가 새로운 질병의 증가 추세에 있다 이런 취약한 보건의료 시스템의 문제점을 개선하고 나아가 개인, .

의 삶의 질 을 향상시키는데 기여하기 위해서는 관련 개별 신기술을 융(Quality of Life) BT, ICT, NT

합하여 네트워크를 통해 개인에게 무구속 무자각 상황에서 건강과 질병을 관리해 줄 수 있Ubiquitous ,

는 차세대 헬스케어 인프라 개발이 필요하다.

또한 당뇨 고혈압 고지혈증 관절염 등 성인병으로 알려진 현대인의 만성질환 자는, , , , (Chronic Disease)

증가 일로에 있고 발병자를 제외하고도 수많은 중장년의 인구가 발병 위험군으로 대기하고 있고 이러, ,

한 만성적 성인병이 잘못된 생활습관에서 기인하고 있어 최근 생활 습관병 이라 부르고 있다, ‘ ’ .

이러한 생활습관을 관찰하고 이를 바로 잡아가는 과정을 관리하려면 재택 건강 관리(Monitoring),

가 필수적이며 이를 위한 유무선 통신 및 생체신호의 측정 분석 기술에 대한 사회(Home Healthcare) , ,

적 욕구는 높아가고 있는 추세이다.

특히 홈 네트워크 서비스는 댁내의 가전기기 유무선 통신기기 신호처리기기 등이 복합적으로 연계된, , ,

상태에서 제공 가능한 것으로 관련 산업에 대해 파급효과가 매우 크다 특히 헬스케어 서비스의 경우. ,

홈 네트워크 분야중 사용자의 니즈가 가장 큰 분야이며 그 활용도가 매우 높을 것으로 기대하고 있어, ,

이러한 홈 네트워크 헬스케어 서비스를 부각시킨다면 홈 네트워크 관련 산업분야와 헬스케어 관련 산업

가전기기 유무선통신 생체측정단말기 여행 의료 등 육성에 상호 시너지효과가 발휘될 것으로 보인( , , , , )

다.

본 과제에서는 위와 같은 홈네트워크용 헬스케어 시스템 개발의 요구 사항을 만족하기 위해 혈당 혈, /

압 호흡 체성분 심전도 체온의 종의 무구속 무자각 지향형 생체정보 측정 단말기를 개발하고/ / / / 6 ,

이를 기반 홈네트워크로 통합 운영하여 최종적으로는 홈헬스케서 서비스 시스템을 개발하였다ZigBee .

- 20 -

제 절 연구 목표 및 연구 내용2

연구 목표1.

홈네트워크를 기반으로 무구속 무자각 지향형 헬스케어 단말기 개발과 만성질환자나 개인의 상황에 맞,

는 서비스를 제공하는 헬스케어 시스템 개발을 목표로 한다.

가 헬스케어 서비스 시스템 개발 및 홈서버 연동 구현.

헬스케어용 홈서버 구현-

헬스케어 컨텐츠 고도화 개발- DB

표준화 기술기반의 생체정보 설계- DB

홈 헬스케어 데이터를 이용한 설계 및 개발- CDSS

헬스케어 서비스 서버 개발-

나 생체신호처리 알고리즘 고도화 및 헬스케어 단말 개발.

체온 혈압 심전도 혈당 측정 신호처리 알고리즘 고도화 및 검증- / / /

개인식별 실험시제품 고도화 개발-

수면모니터링 단말기 실험 시제품 구현-

체성분분석단말 혈당기 패치형 심전도 단말고도화 개발- , ,

생활습관 모니터링 감지 센서 설계 및 개발-

차세대 통합형 헬스케어단말기 구현-

주요 연구 내용2.

가 헬스케어 서비스 시스템 개발 및 홈서버 연동 구현.

- 21 -

헬스케어용 홈서버 구현1)

댁내에서 측정된 생체정보를 홈서버를 통해 헬스케어 센터로 전송 구현

홈서버에서는 전달받은 생체정보 메시지로부터 생체정보 측정값과 측정된 생체정보의 소유자

정보를 추출 해당 소유자의 정보와 비교 분석, /

상기과정에서 위급상황으로 판단시 알람미디어를 작동시켜 사용자에게 위급상황을 알려줌, ,

헬스케어 컨텐츠 개발2) DB

컨텐츠는 운동 식단 를 이용하여 맞춤형 식단 및 맞춤형 운동 프로그램을 제공하는것으DB, DB

로 다량의 컨텐츠는 측정 데이터로부터 보다 정교한 분석 결과가 도출되며 대체 식단이나 대체 운동을,

제시하여 사용자가 일상생활에서 활용하기에 용이한 컨텐츠 제공

표준화 기술기반의 생체정보 설계3) DB

개인별 생체정보 기록관리를 위한 표준화 기술 연구

표준지침서 작성 및 표준 스키마에 의거하여 생체정보 를 설계DB DB

종의 생체정보에 대해 에서 정의된 방식을 분석6 HL7 .

생체정보 와 데이터 연동이 가능할 수 있는 표준 인터페이스를 정의함DB

홈 헬스케어 데이터를 이용한 설계 및 개발4) CDSS

생체 센서로부터 전달된 데이터를 분석하기 위하여 각 분야의 전문가인 전문의가 생체 정보

데이터와 연관이 있는 질환들에 대한 로직 알고리즘 구현 혈당 혈압 호흡( , , )

생체 정보 센서로부터 발생된 데이터가 병원에서 검사한 데이터와 얼마만큼의 오차를

보이는 지에 대한 데이터의 정도관리 분석.

생체 생체정보 신호와 관련된 중요한 의사결정의 요소들을 추출할 수 있는 엔진 설계CDSS

및 개발 혈당 고혈압( , )

수면 모니터링 헬스케어 시스템 개발5)

홈 네트워크 미들웨어 연동 기술 개발

홈네트워크 미들웨어 기반의 생체 데이터 통신 설계.

- 22 -

구축한 다양한 컨텐츠를 실제 홈네트워크를 통한 데이터 통신 및 피드백 구현. .

다양한 생체 측정 단말기에서 나오는 생체 정보 처리 및 관리.

수면 모니터링 시스템 개발

수면 중 무호흡 환자 및 준환자 혹은 수면중 의 위험을 느끼는. (Sleep Apnea) Cardiac Attack

개인을 대상으로 헬스케어 서비스 구현

종의 생체정보 중 호흡 심박 통합형 단말기를 매트리스 형태로 개발 침대에 장착하여 무구. 6 / ,

속 무자각적인 방법으로 수면 중 심장박동 및 호흡을 분석하고 위급상황시 다양한 매체를 통해 서비스,

피드백을 제공.

수면의 품질 무호흡 횟수 수면시간 수면 중 심박의 변화 수면중 움직임. (Quality of sleep, , , ,

의 정도 수면 중 깬 횟수 등 를 분석하여 건강한 수면을 유도 할 수 있는 시스템, )

나 생체신호처리 알고리즘 고도화 및 헬스케어 단말 개발.

체온 혈압 심전도 혈당 측정 신호처리 알고리즘 고도화 및 검증1) / / /

혈당 신호처리 알고리즘 보완

임상적으로 유용한 범위내에서의 정확도를 유지한 채 알고리즘과 성능개선을 구현.

혈당측정에 방해요인이 되는 간섭물질영향 최소화 연구.

통합 생체정보 측정단말기에의 혈당측정기능 구현 및 개발.

혈압 심전도 측정을 위한 신호처리 알고리즘 보완 개발 및 검증,

비부착전극형 심전계는 잡음에 민감하게 반응할 수 있으므로 이를 보완할 수 있는 정교한 필.

터 설계를 요구함

모듈과 압력센서의 동기화된 신호를 처리하기 위한 통합형 분석 알고리즘을 개발함. PPG

패치형 심전도 신호 처리 알고리즘 보완 및 검증

시뮬레이터를 이용한 검출 및 부정맥 검출을 위한 알고리즘 보완개발. EKG Heart rate

및 검증

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실제 임상 데이터를 이용한 노이즈 제거 및 동잡음 제거 알고리즘 보완 개. (Motion Artifacts)

발 및 검증

수면모니터링 측정단말기 연구시제품 구현2)

매트리스형 심박 호흡 단말기 시제품 구현/

전원 및 신호 을 통한 생체 적용의 안정성 확보Isolation

컴퓨터 시뮬레이션 작업을 통한 단말기 모델링 및 검증

입력 신호를 이용한 재현성 검증Step, Impulse

재택 수면 모니터링 개발Report Form

체성분분석단말 혈당기 패치형 심전도 단말기 고도화 개발3) , ,

체성분 실험시제품 고도화

유럽의료기기 규격 기준 안전시험 및 단말기 보완. (CE)

유럽의료기기 규격 기준 전자파 시험 및 단말기 보완 국내 의료기기 규격기준 안전시. (CE) .

험 전자파시험 성능시험, ,

국내 의료기기 제조품목허가 획득추진.

패치형 심전도 단말기 시제품 제작

단말기 디자인 및 기구 설계.

패치 디자인 및 기구 설계.

측정 및 검증. Accuracy Noise Reduction

생활습관 모니터링 감지 센서 설계4)

건강 정보에 덧붙여 생활 습관에 대한 정보를 수집하기 위하여 무구속 무자각 생활 습관 모

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니터링용 센서 단말기를 설계함.

생활습관병 관리를 위해 유의미한 센싱 항목들을 도출하여 이를 설계

건강모니터링 통합 단말기 구현5)

통합형 무구속 무자각 생체 신호 계측 부스에 장착될 각 생체 신호 계측 센서들은 모Zigbee

듈을 내장하고 있어 홈 게이트웨이와의 통신이 가능하며 홈 서버 및 홈 네트워크를 활용한 바이오피드,

백 를 구현 할 수 있음(Biofeedback)

통합형 무구속 무자각 생체 신호 계측 부스에 장착될 각 생체 신호 계측 센서들은 모Zigbee

듈을 내장하고 있어 홈 게이트웨이와의 통신이 가능하며 홈 서버 및 홈 네트워크를 활용한 바이오피드,

백 를 구현 할 수 있음(Biofeedback)

상기 통합형 단말에 무구속 무자각 지향형 고도화 혈당계를 장착함/

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제 장 생체 정보 측정 단말기 개발제 장 생체 정보 측정 단말기 개발제 장 생체 정보 측정 단말기 개발제 장 생체 정보 측정 단말기 개발2222

제 절 재택 수면 모니터링 단말기 개발1

재택 수면모니터링 단말기 개요1.

사용자의 수면 중의 생체 신호를 검출하는 단말기로 검출된 생체신호는 사용자의 수면 중의 심박의 변

화율 호흡 주기 코골이 움직임을 판단할 수 있는 데이터로 활용이 된다 획득된 데이터를 이용하여 홈, , , .

헬스케어 서비스에 응용이 가능하다.

기 능 사 양

Analog

Channel 2 Channel air cells

Sampling 250 Hz

Frequency Response 4th Butterworth Low Pass Filter

Power Supply +12V

Digital

MCU ATMEGA 128

A/D Resolution 12 bit

Communication Zigbee, Serial

Power Consumption 1.56 Watt

크기 무게/에어셀 매트리스 형태46cm x 100cm x 4cm ( )

Control Box 20cm x 17cm x 7cm / 300g

측정 형태 호흡 운동으로 인한 매트리스 압력 변환 측정

용도 수면 중 호흡 분석 및 무호흡 검출 알람

표 재택 수면 모니터링 단말기 기능 및 사양< 2-1>

- 26 -

그림 재택 수면모니터링 단말기 시제품[ 2-1]

좌 에어 매트리스 우 컨트롤 박스( ) , ( )

시스템 구성2. H/W

가 시스템 블록 다이어그램.

그림 재택 수면모니터링 단말기 블록 다이어그램[ 2-2]

- 27 -

1) Differential Pressure sensor

차동 압력센서는 낮은 압력 측정용의 고감도 압력센서로 가 최대 감지 압력 인체NCP1210 1psi ,

의 움직임을 을 통해 압력의 차로 검출하는 역할을 한다Air bag .

정전류원2)

압력센서에 정전류를 인가하여 직선성을 향상 시키고 센서 별 고유 저항 오차의 영향을 줄여주는

역확을 한다.

3) Differential AMP

미약한 압력 변화 신호를 차동 증폭하여 후단에 전달 하는 역할을 한다(G=11.51) .

4) Offset Adjust

조정을 조정하여 안정적인 신호를 획득할 수 있도록 한다DC Offset .

5) 1st Gain AMP

배 를 스위치로 전환할 수 있도록 한다 배Gain = 31 or 3001 .(G = 31 )

6) 4th 35Hz LPF

신호에 인가되는 전원 를 차단하고 신호의 대역폭을 제한하는 기능을 한다noise .

7) 2nd Gain AMP

기본 최대 배의 비 반전 증폭을 할 수 있도록 한다Gain = 2, 12 .

8) Gain Adjust

의 을 조정할 수 있도록 한다2nd Gain AMP Gain .

- TOTAL GAIN Min = 11.51*31*2 = 713.62

- TOTAL GAIN Max = 11.51*31*12 = 4281.72

9) VU Meter

의 출력을 바늘로 간단하게 표시한다2nd Gain AMP .

- 28 -

10) BNC out

의 신호를 외부로 출력한다2nd Gain AMP .

11) ADC AD7663

로 의 넓은 입력 범위를 갖는다16bit 100ksps ADC Max±10V .

12) MICOM ATMEGA-128

및 통신 기능을 수행한다ADC Control .

13) Serial Monitor LED

통신 상태를 표시한다Serial .

나 케이블 연결 다이어그램.

그림 케이블 연결 다이어그램[ 2-3]

- 29 -

다. Panel Description

1) Front Panel

가 전원을 켜면 바로 와 통신하면서 데이터를 전송시킨다) Power Switch : PC .

나 와 통신 상태를 알려주는 표시등) Operating LED : PC

다 전원 인가 후 와 통신이 되면 녹색 는 켜진다) , PC , LED .

라 만약 전원 인가 후 녹색 가 켜지지 않으면 통신이 이루어지고 있지 않음을 표시한다) , LED .

마 에어백의 입력 압력의 변화에 따라 게이지의 바늘이 움직인다) Pressure meter : .

바) Offset Control

사) Gain Control

그림[ 2-4] Front Panel

2) Rear Panel

가 전원) DC 12 V input : Adaptor DC 12 V

나 로 부터 입력된다) Airbag Input connector I : Airbag Tube A .

다 로 부터 입력된다) Airbag Input connector II : Airbag Tube B .

라 에 연결된다) Serial Port : PC .

마 된 신호의 출력이다 가 정상동작인지 확인해) HSM Analog Output : A/D Convert .(Amp

- 30 -

볼 수 있다.)

그림[ 2-5] Rear Panel

분석 알고리즘3.

가 심박 검출 알고리즘.

을 기반으로 한 에서의 심장 박동 검출 알고리즘을 적용하PAN & Tompkins Algorithm Air mattress

였다.

그림 심박 검출 알고리즘 블록 다이어그램[ 2-6]

- 31 -

나 호흡 검출 알고리즘.

주파수 선택 필터를 기반으로 하고 을 혼합한 에서의 호흡 신호Rule Based Algorithm Air mattress

검출 알고리즘을 적용하였다.

그림 상 상용으로 판매되는 호흡 신호 측정용 로부터 채집한 신호[ 2-7] ( ) Belt

중 에어매트리스에서 시험 삼아 측정한 신호( )

하 매트랩에서 제안된 알고리즘으로 구현하여 상 의 그래프에서 검출한 호흡주기와 중 의( ) , ( ) ( )

그래프에서 검출한 호흡신호로부터 계산한 호흡 주기

- 32 -

제 절 패치형 심전도 단말기 개발2

패치형 심전도 단말기 개요1.

돌연사의 거의 대부분은 심장질환에 의해 발생한다 언제 발생할지 모르는 심장질환을 모니터링하기 위.

한 기능으로 시간별로 심전도를 획득할 수 있으며 사용자의 자각에 의한 심전도 신호 획득도 가능하다, .

획득된 심전도 데이터를 이용하여 심장질환을 진단하며 진단된 내용을 홈헬스케어 서비스에 응용할 수,

있다.

기 능 사 양

Patch

소재 Polymer (PDMS)

Contact Type Gold

Type Strip

Analog

Channel 1 Channel (Lead I)

Leads 3 leads (Trunk)

Frequency Response 0.2 ~ 45Hz with in -3dB

Dynamic Range ±5 mV

Sampling Rate 256 Hz

Input Impedance More than 10MΩ

CMRR More than 70 dB

A/D Resolution 12 bits

Electrical shock protection Type BF

Digital

MCU MSP430F1612

Memory 30 Events More

Input Button 1 (Event)

Power Coin Battery

Power Consumption 이하15mW (Analog)

Dimension 50mm x 55 mm x 15mm

Weight 40g include Battery

용도 부정맥 심근경색 및 기타 발작성 심장질환,

표 패치형 심전도 단말기 기능 및 사양< 2-2>

- 33 -

그림 패치형 심전도 단말기 시제품[ 2-8]

시스템 구성2. H/W

가 시스템 블록 다이어그램.

1) MicroController(MSP430F1612)

시스템 전체의 동작 및 제어를 책임진다.

2) Serial Flash ROM(AT45DB081D)

초 데이터를 저장하기 위한 메모리이다12 ECG .

3) EVENT S/W

데이터 취득의 시작을 알리기 위한 이다ECG TACTILE SWITCH .

4) 1-CH ECG

파형을 취득하기 위한 아날로그 회로이다ECG .

5) POWER

디지털 및 아날로그 회로에 전원 공급을 위한 회로이다 또한 전력 소모 최소화를 위하여 아날로. ,

그 회로의 전류를 제어이다.

- 34 -

그림 시스템 블록 다이어그램[ 2-9]

나 블록 다이어그램. Analog

1) PASSIVE 1-ORDER LOW PASS FILTER

회로에 손상을 줄 수 있는 높은 전압을 제거하며 신호 취득을 위한 높은 주파수의 신호들, ECG

을 제거한다.

2) BUFFER

입력의 변화에 영향을 최소화하기 위해 사용된다.

3) INSTRUMENTATION AMPLIFIER

와 의 를 입력 받아 차동 출력을 내보낸다 즉 출력은 의 신호이다RA LL ECG . , LEAD 1 .

- 35 -

4) PASSIVE 1-ORDER HIGH PASS FILTER

입력의 를 없앤다DC OFFSET VOLTAGE .

5) NON-INVERTING AMPLIFIER

측정된 를 증폭한다ECG .

외의 신호등을 제거한다6) ACTIVE 2-ORDER LOW PASS FILTER ECG .

그림 블록 다이어그램[ 2-10] Analog

다 모듈 확장성 고려.

보드 확장 가능하도록 설계Analog

측정 가능한 리드를 확장하기 쉽도록 일괄적인 측정 구조로 설계-

채널을 추가하는 경우 추가된 에 대한 회로만 추가하면 나머지 회로의 변경없이 추가된- Lead

채널의 신호를 얻을 수 있다.

- 36 -

그림 모듈 확장성을 고려한 블록 다이어그램[ 2-11] Analog

라 순서도. Analog S/W

시에 장비는 로 동작하여 전력 소모를 최소화한다1) POWER ON SLEEP MODE .

가 눌렸을 경우 시스템이 시작된다2) EVENT S/W , .

초의 를 측정하여 메모리에 저장한다3) 12 ECG , .

측정 및 저장이 완료되면 모듈과 프로토콜에 의하여 통신하여 데이터를 전송한다4) , ZIGBEE .

데이터 전송이 정상적으로 완료되면 메모리를 초기화한다5) , .

데이터 전송이 정상적으로 완료되지 않을 경우 메모리에 그대로 저장한다6) , .

모든 동작이 완료되면 전력 소모를 최소화하기 위해서 로 동작한다7) , SLEEP MODE .

- 37 -

그림 순서도[ 2-12] Analog S/W

- 38 -

단말기 소형 경량화 설계3. /

가 현재 기술력 및 설계 목표치.

단위 세계최고 수준보유국 보유기관( / )

국내최고 수준기관명( ) 설계 목표치

mm/g 40*50*10/60독일( /PicoMed)

50*60*15/80바이오넷( ) 50*55*15/75

표 소형 경량화 장비 비교표< 2-3> /

나 설계 내용.

기구의 면적을 최소화 하기 위하여 불필요한 공간을 최소화 할 수 있도록 삼각형을 기본으로 하여 설계

하였으며 형 배터리 사용으로 배터리 사용 공간 최소화 하였다, Zinc Battery(Coin ) .

그림 기구 디자인 도면 및 베터리 크기 비교[ 2-13]

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단말기 소비전력 최소화4.

가 심전도 신호 획득 회로 소비 전력 최소화. Analog( )

단위 세계최고 수준보유국 보유기관( / )

국내최고 수준기관명( ) 설계 목표치

mA 10헝가리( )

15바이오넷( ) 15

표 소비 전력 비교표< 2-4> Analog

나 설계 내용.

1) MCU : MSP430F1612

Device Power Flash(Kbytes)

SRAM(Kbytes) A/D Pkg

ATmega128 5.5mA @4MHz 128 4 8-ch 10bit MLF 64AT91SAM7S128 60mA @55MHz 128 32 8-ch 10bit LQFP 64dsPIC30F3012 60mA @40MHz 24 2 8-ch 12-bit 44QFNMSP430F1612MSP430F1612MSP430F1612MSP430F1612 2.6mA @3V, 6MHz2.6mA @3V, 6MHz2.6mA @3V, 6MHz2.6mA @3V, 6MHz 60606060 5555 8-ch 12-bit8-ch 12-bit8-ch 12-bit8-ch 12-bit 64QFN64QFN64QFN64QFN

표 성능 비교표< 2-5> MCU

2) Battery : Zinc Air Battery

Description Part Number NominalVoltage (V)

NominalCapacity(mAh)

Dimensions(mm)

Shelf life(years)

Weight(g)

Flat CR2450 3 610 24.5 x 5.0 5 6.6LithiumBattery CR2032 3 210 20.0 x 3.2 5 3

Zinc AirBattery

GPZA675GPZA675GPZA675GPZA675 1.41.41.41.4 620620620620 11.6 x 5.411.6 x 5.411.6 x 5.411.6 x 5.4 < 2% at< 2% at< 2% at< 2% at1year1year1year1year 1.81.81.81.8

GPZA13 1.4 230 7.9 x 5.4 < 2% at1year 0.8

AlkalineBattery

AAAA LR8D425 1.5 625 8.3 x 42.5 5 6.5AAA LR03 1.5 1250 10.5 x 44.5 5 11.5AA LR6 1.5 2850 14.5 x 50.5 5 23

LR1 1.5 1000 12 x 30.2 5 9Lithium-Ion GP413048L68* 3.7 680 4.4(T) x 30.0(W) x 48.0(H) 14

GP413443L63* 3.7 630 4.4(T) x 34.0(W) x 43.0(H) 14표 성능 비교표< 2-6> Battery

- 40 -

3) OP Amp : TLC2254A

생체적합 신소재를 사용한 착용형 패치 개발5.

가 생체 적합 신소재를 이용한 건성전극 개발.

장기간 를 측정하기 위해서는 접촉 임피던스가 우수하고 장기간 착용하여도 피부에 영향1) ECG ,

을 주지 않는 전극의 개발이 필수적이다.

기존의 건성전극의 단점을 보완한 신소재인 폴리머 즉 사용2) , PDMS (polydimethylsiloxane)

소재는 실리콘과 같은 성질이 있어서 부드러우며 피부와의 균일한 접촉을 유지가능3) PDMS ,

를 사용하여 내구성 및 재활용성 높였다4) Gold contact .

그림[ 2-14] (a) Schematic diagram of dry electrode,

(b) Bonding process of metal layer and base

structure

DESCRIPTION Iq per channel(mA)

Bandwith(KHz)

VIO(mV)

IIB(pA)

TLC2254ATLC2254ATLC2254ATLC2254A 0.06250.06250.06250.0625 200200200200 0.850.850.850.85 100100100100TL064C 0.25 1000 15 400TLC084C 2.5 10 1 50

표 성능 비교표< 2-7> OP Amp

- 41 -

그림 소재의 패치를 일간 착용 후[ 2-15] (a) PDMS 3 ,

젤 타입의 패치를 일간 착용 후(b) 2

나 장시간 착용에 적합한 패치 디자인 설계.

기존 패치는 리드선이 밖으로 나와 있거나 붙이는 형태의 패치로 사용자가 착용에 불편함이1) ,

나 거북함을 느낄 수 있으나 착용형 패치를 설계함으로써 이런 불편함을 최소화 했다, .

재질은 천을 사용하여 장기간 착용을 해도 사용자가 불편하지 않도록 하며 신호를 받기 위한2) , ,

신체 접촉부에는 생체 적합 신소재인 소재를 사용한 를 장착한다PDMS Electrode .

여성의 경우 패치를 착용하고 속옷을 그 위에 착용을 하는 불편함을 줄이기 위해 여성들이 가3)

장 친숙한 여성 속옷의 형태로 디자인 한다.

남성의 경우는 권총지갑의 형태와 같은 형태로 설계하여 착용시에 거북하거나 불편함을 최소4) ,

화 할 수 있도록 디자인 한다.

를 피부와 접촉하는 안쪽에 두어서 신호를 획득할 수 있도록 한다5) PDMS Electrode .

- 42 -

와 단말기와의 연결을 위한 리드선은 제작된 착용물의 천안쪽으로 삽입하여6) PDMS Electrode

밖에서 보이지 않도록 한다.

단말기를 패치에 장착할 수 있도록 설계한다7) .

그림 기존의 붙이는 방식의 패치[ 2-16] (a)

착용형 패치(b)

분석 알고리즘6.

가 진단 알고리즘을 통한 부정맥 검출.

심전도 신호의 기록뿐 아니라 측정된 심전도 데이터를 이용하여 신호의 이상 유무를 판단할1) ,

수 있어야 한다.

가지 신호를 구분할 수 있다2) 18 Abnormal .

가지A. Sinus Rhythm (3 )

a. Sinus Bradycardia

- 43 -

b. Sinus Tachycardia

c. Sinus Arrhythmia

가지B. Premature Contraction (12 )

a. PAC (Premature Atrial Contraction)

b. PJC (Premature Junctional Contraction)

c. PVC (Premature Ventricular Contraction)

d~f. Short run of PAC, PJC, PVC

g~i. Bigeminy PAC, PJC, PVC

j~l. Trigeminy PAC, PJC, PVC

가지C. Escape Rhythm(3 )

m. Escape Atrial Beat

n. Escape Junctional Beat

o . Escape Ventricular Beat

나 설계 내용.

전체 알고리즘 구성 및 흐름1)

패치형 심전도 단말기에서 무선통신을 이용하여 로 전송한다Zigbee PC .

신호품질 평가2)

신호의 를 이용하여 신호품질을 평가한다Power .

필터처리3)

다양한 필터 를 이용하여노이즈를 제거한다(High Pass Filter, Low Pass Filter, AC Filter) .

정보검출4) Measurement

각 심전도 비트에 대한 파라미터 정보를 검출하여 부정맥을 진단한다.

- 44 -

그림 전체 알고리즘 구성 및 흐름도[ 2-17]

그림 진단 알고리즘 블록 다이어그램[ 2-18]

- 45 -

제 절 차세대 통합형 단말기 개발3

개발 전략 수립 및 자료 현황 조사1.

가 체온.

차세대 홈 헬스케어용 통합단말기의 설계를 위해 현재까지의 기술동향에 대해 알아보며 체온 측정에 대

한 개발시 이를 활용한다.

귀속체온계< > 이 마 체 온 계<head)> 구강 체온계< >

편리성1.

정확성 보장2.

귀 이마에서 측정3. ,

가정에서 사용하기 쉬움4.

짧은 측정기간 분5. (1 )

편리성1.

오랜 측정시간의 필요성 분2. (3~5 )

가정에서 사용하기 쉬움3.

입에서 측정4.

항문체온계< (Rectal)> 겨드랑이용 체온계< (Axillary)>

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이 밖에도 또는 의 형태로 이마 겨드랑이에 부착하여 색깔변화를 가지고 판단하는strip sticker , Dot

타입과 고무 젖꼭지에 센서를 부착하는 의 타입이 있다matrix/stickers Pacifier .

귀속 체온계 방법의 원리1)

생체 체온조절을 담당하는 뇌의 시상하부와 같은 혈액공급선을 가짐-

측정을 위한 적외선 방사-

귀속의 고막이나 주위조직으로부터 반사된 적외선 에너지 감지-

감지부의 렌즈를 이용 온도치로 변환-

귀속 체온계 방법의 특징2)

빠른 측정 시간 초- : 1-2

생체 신호로서의 발생 가능한 전 범위 측정가능- : 0 -100

정확성 보장1. (gold standard)

항문에서 측정2.

측정부위에 대한오염의 문제가 존재3.

정확성 다소 떨어짐1.

겨드랑이에서 측정2.

오랜 측정시간의 필요성 분3. (3~5 )

표< 2-8 기존 체온계 현황 비교표>

Axillary

TemperatureOral Temperature Rectal Temperature Ear Temperature

장점 간편 간편 체온측정 체온측정

단점Skin Temperature

측정

숨쉬는 것에 따른

오차발생 가능오염의 문제

저체온측정가능성

미리->

예열함으로써

오차가능성 줄임

표< 2-9 방법론적 차이에 의한 각 체온 측정 방식의 장단점 비교>

- 47 -

무구속 무자각 측정이 가능- ,

귀속 고막 체온 측정법3)

동맥은 심장으로부터 모든 피부까지 동일한 온도의 혈액을 운반한다- .

체온을 조절하는 뇌의 시상하부의 동맥혈과 같은 혈액을 공유하므로

본 측정방법은 체온을 정확히 반영한다.

각 부위별 정상 체온의 범위4)

겨드랑이 피부의 온도만을 반영- (axillary) : 34.7~37.3 °C /

구강 음식물섭취나 호흡으로 쉽게 반영- (oral) : 35.5~37.5 °C /

항문 체온변화가 늦고 대변에 의해 변화- (rectal) : 36.6~38.0 °C /

고막- (tympanic membrane) : 35.8~38.0 °C

연령별 정상 체온의 범위5)

- 48 -

에 의한 온도 측정6) Thermopile

수십개의 써모커플로 구성-

센서와 물체의 온도차에 비례하는 전압출력-

Tt : Temperature of a target

T1 : Temperature of a can

Ta : Ambient temperature

z : Stefan-Bolzman constant, 5.688×10-12(W/ /K4)

: Experimental constantπ

At : Area of a target ( )

Ad : Area of a thermopile element ( )

R : Responsivity of detector (V/W)

D : Distance ( )

오차 측정 테스트7)

-1

-0.8

-0.6

-0.4

-0.2

0

0.2

0.4

0.6

0.8

1

1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15

실험횟수

측정

오차

(

)

- 49 -

나 혈압.

차세대 홈 헬스케어용 통합단말기의 설계를 위해 현재까지의 기술동향에 대해 알아보며 혈압 측정에 대

한 개발시 필요한 스펙을 점검해본다.

혈압을 직접 측정하는 방법 및 트랜스듀서< >

1. 침습적 방법으로 주로 의료기관에서 이용하는 방법

2. 정확성 보장

3. 홈 헬스케어의 관점에서 활용성이 떨어짐

청진 방법으로 혈압을 측정하는 장치 및 방법< >의료기관에서 쓰이고 있는 방법1.

정확성도 보장2.

휴대성 이동성이 보장3. /

잦은 측정시 커프의 압박으로 인해 해당부위의 괴사4.

- 50 -

자동혈압계의 대표적 제품들< >

일반 가정내에서 사용가능1.

휴대성 이동성 보장2. /

전원공급문제로 인한 장시간 사용 불가능3.

정확성 다소 부정확4.

잦은 측정시 커프의 압박으로 인해 해당부위의 괴사5.

방법을 이용한 휴대형 연속 혈압 측정시스템< Volume Clamping >

정확성 다소 부정확1.

손가락에서의 측정으로 인해 피험자의 불편함 최소2.

비싼 구입 단가로 인해 일반 가정내에서의 사용 불가능3.

방법 및 측정 모듈< Tonometry >정확성 보장1.

요골동맥에서의 측정으로 인해 피험자의 불편함 최소2.

비싼 구입 단가로 인해 일반 가정내에서의 사용 불가능3.

표 혈압 측정 방법< 2-10>

- 51 -

그림 명의 피험자에 대해 측정된 각각의 신호들[ 2-19] 6

아래 그림은 각각 피험자 세 명에 대해 다양한 실험을 통한 맥파전달

시간과 협압의 상관성을 나타내고 있다.

- 52 -

세번째 피험자의 경우 다양한 실험을 통한 맥파전달시간과 혈압의 상관성< >

다 심전도.

차세대 홈 헬스케어용 통합단말기의 설계를 위해 현재까지의 기술동향에 대해 알아보며 심전도 측정에

대한 개발시 필요한 스펙을 점검해본다.

그림 혈압과 맥파와의 상관성[ 2-20]

평균 오차 : 4.97mmHg

Standard Deviation of Error : 3.01mmHg

- 53 -

전극의 관점1)

이동성 휴대성 전원공급의 문제 여부2) / ,

가장 보편화된 전극의 형태이다 심전도 전.

극이 타입이며 탈부착시 피부접촉Ag-AgCl

에 따른 끈적거림으로 피험자가 사용의 불편

함을 느낄 수 있다.

집게 전극의 형태로 피부접촉에 따른 끈적거

림이 없지만 근육 스프링 압박 및 구속에 의

한 피험자의 거부반응을 유발시킬 수 있다.

독일 사의 제품 사진< GrafiMedics > 사의<Vivometric LifeShirt>

용 심전도 모니터링 시스템으로 휴대Holter

가 간편하며 몸에 전극을 부착한채로 이동이

가능하지만 전원공급의 한계로 인해 장시간

사용하기 힘들다.

휴대성이 강하고 몸에 접착형태가 아닌 섬유

조직의 기술발달을 이용 상의를 착용한 상,

태로 측정이 가능 가장 고난도의 기술을 자,

랑한다.

- 54 -

측정 테스트3)

환자 감시장치< > 삽입형 센서를 이용한 생체신호의 측정< >

일반 의료기기로서의 심전도 장치로 정밀성이 보장되며 전원공급의 문제도 고려할 필요가 없지만 휴대성이 없다.

삽입형 센서를 이용하여 가장 심장의 활동도를 잘 나타낼 수 있지만 침습적인 방법으로인해 일상생활에 적용하기 힘들다.

표 이동성 휴대성 전원공급의 문제 여부에 따른 심전도계< 2-11> / ,

- 55 -

라 혈당.

차세대 홈 헬스케어용 통합단말기의 설계를 위해 공동연구기관인 주 올메디쿠스의 연구개발 방향 및( )

성과물에 주목한다.

마 통합단말기.

기존 모델의 특징1)

엘바이이오<WebDoc > <GE ApexProTM System(USA)>

혈압 혈당 맥박 체지방1. , , ,

가정 및 직장에서 측정가능2.

쉽게 건강관리 가능3.

심전도 산소포화도 혈압측정1. , ,

위기상황시 경고음 발생2.

중앙 에서 건강상태 분석3. Review station

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통합 단말기의 디자인 개념2)

가 체온계 혈당계 수납공간 필요) Shape : ,

나 무구속 생체계측을 원칙 계측정보를 병원으로 전송) Performance : ,

다 일반가정환경에서 의료기기 디자인 요소를 파악 및 반영) Need :

라 제작의 용이성 등을 고려하여 의자형태 도출) Research :

스펙결정2.

가 체온.

바이오넷<HelloDoc > <CyberNet MedStar , USA>심전도 혈당 혈압 체지방 혈중 알코올농도1. , , , ,

휴대폰 통신 가능2.

가정 및 직장에서 측정 가능3.

심전도 혈압 산소포화도 혈당1. , , ,

전화기반의 원격시스템2.

천식 만성심장질환 당뇨 비만 등을 분석3. / / /

결정Specification 식약청평가기준모니터링 진단을 위한,

정밀도 및 구현가능성

응답시간 초이내10 초이내30 (KS P6002(1999) 적합함

온도범위시험 까지 표시가능35.5 ~41.0 까지 표시가능35.5 ~41.0 적합함

정확도시험

미만(35.8 )± 0.3 ± 0.3 적합함

정확도시험 ± 0.3 ± 0.2 적합함

- 57 -

나 혈압.

다 심전도.

라 혈당.

차세대 홈 헬스케어용 통합단말기의 설계를 위해 공동연구기관인 주 올메디쿠스의 연구개발 방향 및( )

성과물에 주목한다.

(35 ~ 37 )

정확도시험

(37 ~ 39 ) ± 0.3 ± 0.2 다소 적합함

정확도시험

(39 ~ 41 ) ± 0.3 ± 0.2 적합함

정확도시험

초과(41 )± 0.3 ± 0.3 적합함

Transducer

방법청진방법

오실로메트릭

커프방법

Finapres/

PortapresTonometer Specification

측정방법 침습적 비침습적 비침습적 비침습적 비침습적 비침습적

신체구속도 불편 불편 불편 편함 불편 편함

정확성 높음 높음 다소 높음 다소 높음 다소 높음 다소 높음

경제성 가격/ 낮음 낮음 낮음 높음 높음 낮음

기술요구수준 낮음 낮음 낮음 높음 매우 높음 보통모니터링,

진단을 위한

정밀도 및

구현가능성

다소 낮음 다소 높음 보통 낮음 매우 낮음 다소 높음

Specification

전극형태 Ag-AgCl Dry-Electrode 섬유 옷 형태/ Dry-Electrode

전원공급 휴대형 밧데리 가정내 전원공급 가정내 전원공급

이동성 휴대 고정설치 고정설치

기기조작 편리서 낮음 중간 높음 높음

정확성 낮음 중간 높음 높음

- 58 -

구상도 결정3.

가 새로운 문화양식의 확산.

의료서비스 환경의 변화1)

서구화된 식생활과 고령화로 암 당뇨 고혈압 등 만성질환과 노인성 질환이 증가하고 있어 국민의 의료비, ,

부담이 점차 증가하고 있다 년에 전체 인구 중 세 이상 인구가 를 넘는 고령사회 로 진입. 2019 65 14% ‘ ’

할 것으로 예측되고 있으며 건강에 대한 국민의 관심도 증대 되고 있다 년 현재 의료비 지출이, . 2003

미국은 대비 한국은 수준 이며 대부분이 만성질환의 진단 및 치료비용으GDP 15%, 5.6% (OECD,2005) ,

로 추정된다 또한 인구 명당 의료인 수가 명 수준으로 국가 평균 명보다 낮아 국민. 1000 1.6 OECD 2.9 ,

의 의료수요를 충족하기에는 한계가 있다.

현재 의료시장 전면 개방에 따라 의료계의 국제 경쟁력 강화 및 고객 서비스 개선이 중요한 과제로 대

두되고 있는 가운데 국제 송도 신도시의 경우 해외 유력 의료기관이 입주 예정이며 향후 국경을 초월,

한 원격진료가 허용될 전망이다 또한 다양한 보건의료 정보의 통합 처방전달시스템 전자의무기. , (OCS),

록 등 진료시스템을 구축하는 등 의료기관의 자체 정보화 증대에 힘쓰고 있다(EMR) .

따라서 인터넷 무선통신 디지털 컨버전스 등 정보통신기술의 급속한 발전으로 사업자들이 의료정보, , IT

서비스 영역으로 진출하여 광대역 기반의 네트워크 기술이 진화함에 따라 대용량의 정보를(healthcare)

유무선 통신망에서 빠른 속도로 전송가능케 하며 멀티미디어 처리 및 저장 기술의 발전 칩 등의, RFID

등장은 새로운 의료 정보영역의 개척을 촉진함을 목표로 수행해야 할 것이다.

서비스2) u-Healthcare

유비쿼터스 헬스케어는 정보통신과 의료를 연결하여 언제 어디서나 예방 진단 치료 사후관리의 서비스를, , ,

지칭한다 환자의 질병증상을 완화 치료하는 것에서 일반인의 건강을 증진하고 질병을 예방하는 것으. , ,

로 개념이 변화 및 확대되는 추세이며 점차 의료정보 서비스가 안정성 휴율성 이용자 중심성 적시성, , , ,

효과성 균형성 등을 강조하며 발전시켜야 한다, .

는 센싱 모니터링 분석 피드백으로 구성되어 있다 센싱 은 인체에서 발생하는u-Healthcare , , , . (Sensing)

- 59 -

물리적 화학적인 현상의 변화 감지를 의미하며 모니터링 은 측정된 생체정보를 차적으로, (Monitoring) 1

가공함을 의미한다 분석 은 장시간에 걸쳐 측정된 데이터로부터 건강상태 생활패턴 등을 나. (Analyzing) ,

타내는 새로운 건강 지표를 발굴하는 것이며 피드백 은 건강상태의 변화를 사용자에거 경고(Feedback)

하는 것을 의미한다(alert) .

그림 의 핵심 구성 요소[ 2-21] u-Healthcare

디지털 웰빙 의 대두3) (Digital Well-being)'

지난 년 이후 우리사회에 웰빙 개념이 등장하면서 선진국형 라이프스타일에 대한 요2000 ‘ (Well-being)'

구가 증대 웰빙은 행복 삶의 만족 질병이 없는 상태를 모두 포괄하는 개념으로 점차 개인의 건강을, , ,

지향하는 생활패턴으로 보편화되고 있는 상황이다 최근들어 통크족 슬로비족. (Two only no kids),

로하스족 등 물질보다는 자연친화적이고 심플한 삶을 추구하는 계층이 확산되어 가고(Slobbie), (Lohas)

있다.

유비쿼터스 주거환경으로의 변화 가속화4)

주거개념이 단순한 거주와 휴식장소에서 지식창출이나 정보공유 등을 모두 포괄하는 복합 디지털 주거

환경으로 급속히 변화 홈네트워크는 가정내 통신 가전기기를 하나의 통신망으로 연결 제어함으로서, , ,

- 60 -

홈오피스 원격진료 등을 제공하는 지능형 융합서비스를 지칭한다, .

의료서비스의 발전 추세5)

향후 의료서비스는 다양한 는 물론 정보가전 등 모든 사물을 통해 지능적으로 의료정보가 인식되는IT

환경으로 변화될 전망이다 최근들어서 휴대폰 등을 통해 상시적으로 환자의 건강 및 의료정보를 측정. ,

점검하는 의료서비스의 모바일화가 진전되고 있다 또한 홈헬스케어와 관련하여는 침대 욕조 좌변기 등. , ,

에 장착된 센서로 맥박 혈압 등이 자동적으로 측정 관리되는 서비스로 변화되고 있다, , .

Well-being

유기농유기농유기농유기농, 자연식자연식자연식자연식 등등등등친건강친건강친건강친건강,

친환경식품친환경식품친환경식품친환경식품

요가요가요가요가, 헬스헬스헬스헬스,피트니스피트니스피트니스피트니스, 여행여행여행여행 등등등등레저활동레저활동레저활동레저활동

쾌적한쾌적한쾌적한쾌적한주거환경주거환경주거환경주거환경

(웰빙웰빙웰빙웰빙 아파트아파트아파트아파트)

Digital

핸드폰핸드폰핸드폰핸드폰 홈네트워크홈네트워크홈네트워크홈네트워크 지그비통신지그비통신지그비통신지그비통신

Digital Well-being

[디지털디지털디지털디지털 홈홈홈홈]인포테인먼트인포테인먼트인포테인먼트인포테인먼트 거실거실거실거실

홈홈홈홈 헬스케어헬스케어헬스케어헬스케어

[웰빙가전웰빙가전웰빙가전웰빙가전]인터넷인터넷인터넷인터넷 냉장고냉장고냉장고냉장고

당뇨폰당뇨폰당뇨폰당뇨폰/스트레스폰스트레스폰스트레스폰스트레스폰

Well-being






Well-being






Digital

핸드폰핸드폰핸드폰핸드폰 홈네트워크홈네트워크홈네트워크홈네트워크 지그비통신지그비통신지그비통신지그비통신

Digital Well-being

[디지털디지털디지털디지털 홈홈홈홈]인포테인먼트인포테인먼트인포테인먼트인포테인먼트 거실거실거실거실

홈홈홈홈 헬스케어헬스케어헬스케어헬스케어

[웰빙가전웰빙가전웰빙가전웰빙가전]인터넷인터넷인터넷인터넷 냉장고냉장고냉장고냉장고

당뇨폰당뇨폰당뇨폰당뇨폰/스트레스폰스트레스폰스트레스폰스트레스폰

그림 의 개념[ 2-22] Digital Well-being

사이버사이버사이버사이버 APT

초고속초고속초고속초고속인터넷서비스인터넷서비스인터넷서비스인터넷서비스

유비쿼터스유비쿼터스유비쿼터스유비쿼터스주거환경주거환경주거환경주거환경

u-IT

홈홈홈홈 네트워크네트워크네트워크네트워크

인터넷냉장고인터넷냉장고인터넷냉장고인터넷냉장고

홈홈홈홈 시어터시어터시어터시어터

DTV

IT

사이버사이버사이버사이버 APT

초고속초고속초고속초고속인터넷서비스인터넷서비스인터넷서비스인터넷서비스

유비쿼터스유비쿼터스유비쿼터스유비쿼터스주거환경주거환경주거환경주거환경

u-IT

홈홈홈홈 네트워크네트워크네트워크네트워크

인터넷냉장고인터넷냉장고인터넷냉장고인터넷냉장고

홈홈홈홈 시어터시어터시어터시어터

DTV

IT

그림 미래 유비쿼터스 주거환경의 변화 모습[ 2-23]

- 61 -

나 사용자의 서비스 생활의 편리함.

최근 연구동향은 인간이 를 취사선택해 직접 사용하지 않고 가 일상 환경에 내재되어 능동적으로IT IT

인간생활에 편리하게 활용되는 사회 구현으로 나아가고 있다 따라서 무구속 무자각적으로 측정이 가능. ,

하도록 모듈을 설계하는 것이 홈헬스케어 단말설계시 중요한 요소로 자리잡고 있다 본 연구에서는 스.

펙결정에 따른 단말 구상도 결정에 추가적인 고려사항의 하나로 사용자 편리성을 제시한다 가정 내 환.

경에 친숙하게 자리잡을 수 있는 가구 및 시설들을 활용하여 편리성을 제공함과 동시에 사용자에게 측

정의 친숙함을 제공할 수 있다.

집안 내 시설물 및 가구

침대-

소파-

안락의자-

욕조-

식탁 부엌- ,

컴퓨터- , TV

다 네트워크 기능 기반의 상호작용.

유비쿼터스유비쿼터스유비쿼터스유비쿼터스 IT이동통신이동통신이동통신이동통신(모바일모바일모바일모바일),

홈홈홈홈 네트워크네트워크네트워크네트워크유선네트워크유선네트워크유선네트워크유선네트워크네트워크화네트워크화네트워크화네트워크화 이전이전이전이전

지능형지능형지능형지능형 수술로봇수술로봇수술로봇수술로봇,

자동인식자동인식자동인식자동인식 처방처방처방처방 등등등등

병원방문없이병원방문없이병원방문없이병원방문없이 휴대폰휴대폰휴대폰휴대폰,

홈네트워크홈네트워크홈네트워크홈네트워크 활용활용활용활용

원격지원격지원격지원격지/오지대상오지대상오지대상오지대상

보건소보건소보건소보건소 등등등등 방문방문방문방문병원방문병원방문병원방문병원방문

u-Healthcarem-Healthcare

Home HealthcareTelemedicineOff-line 진료진료진료진료

유비쿼터스유비쿼터스유비쿼터스유비쿼터스 IT이동통신이동통신이동통신이동통신(모바일모바일모바일모바일),

홈홈홈홈 네트워크네트워크네트워크네트워크유선네트워크유선네트워크유선네트워크유선네트워크네트워크화네트워크화네트워크화네트워크화 이전이전이전이전

지능형지능형지능형지능형 수술로봇수술로봇수술로봇수술로봇,

자동인식자동인식자동인식자동인식 처방처방처방처방 등등등등

병원방문없이병원방문없이병원방문없이병원방문없이 휴대폰휴대폰휴대폰휴대폰,

홈네트워크홈네트워크홈네트워크홈네트워크 활용활용활용활용

원격지원격지원격지원격지/오지대상오지대상오지대상오지대상

보건소보건소보건소보건소 등등등등 방문방문방문방문병원방문병원방문병원방문병원방문

u-Healthcarem-Healthcare

Home HealthcareTelemedicineOff-line 진료진료진료진료

그림 의료 서비스의 발전 추세[ 2-24]

- 62 -

무구속 무자각적으로 측정이 가능하도록 모듈을 설계하는 것이 홈헬스케어 단말설계시 중요한 요소로,

자리잡고 있다 본 연구에서는 스펙결정에 따른 단말 구상도 결정에 추가적인 고려사항의 하나로 네트.

워크 기능을 제시한다 일상생활을 중심에 두고 다양한 응용분야의 기술을 통합적으로 활용해 더욱 개.

별화된 융합서비스를 제공해야함은 물론 산업의 발달로 인한 기술의 활용적 측면에서 홈헬스케어 단, IT

말설계의 하나의 고려요소로 작용 측정 데이터가 서버로 무선 전송되어 사용자에게 피드백이 될 수 있,

는 시스템의 기능을 목표로 한다.

집안 내 네트워크 설치 가능 요소

무선랜-

블루투스-

- Zigbee

통신- IR

구상도면4.

가 체온.

오차이내- ± 0.3 일반 의료용 오차이내( : ± 0.3 )

네트워크 를 이용한 데이터 전송- : Zigbee

측정온도범위- : 32~42.2

측정방법 적외선 방사 방식 방식- : (or Thermistor )

측정최소단위- : 0.1

구동전원 개- : AAA 2

측정범위 체온- : 34 42 ～

- 63 -

정밀도 체온- : : ± 0.3

측정시간 초 이내- : 2

기본 구조-

왼쪽의 그림은 열평형 상태 유지에 유리하지만 도파관의 도금과 접촉이 중요하다 또한 부- .

피가 증가되는 단점이 있다 이에 본 연구에서는 부피가 감소된 오른 쪽 그림의 형태에 초점을 맞추어.

연구 하지만 이 또한 신주의 가공이 중요,

체온 검출을 위한 주요사항-

온도보상 물체와 센서의 온도차를 이용하므로 주변온도에 따라 출력전압이 변화한다 이에1. : .

대해서는 센서에 내장된 써미스터를 이용하여 센서 자체의 온도를 측정하여 온도를 보상한다.

프로브 센서의 캔 이 광학계통의 열보다 늦게 냉각 및 가열되므로 급속한 온도 변화시2. : (can)

온도 해석의 에러를 유발시킬 수 있다 이 또한 금속 블록안에 센서를 캡슐화함으로써 센서의 하우징.

에 큰 을 첨가한다(housing) thermal mass .

기본적인 회로 구성 온도보상의 기본 원리- ( )

센서의 출력전압 측정대상의 온도 센서자체의 온도= -

VTP = K f(Tobj, Tref) - K f(Ta, Tref)

그림 체온계 기본 구조[ 2-25]

- 64 -

이밖에도 를 센서 밑에 부착하여 센서온도를 측정하거나 두 개를 이용하Thermistor Thermistor

여 센서 밑부분과 도파관 표면에 각각 부착하고 방법으로 유도된 수식으로 온multi-linear regression

도를 계산하는 방법 또한 시간에 따른 써미스터 온도의 변화량으로 차보상하는 방법등이 있을 수 있, 2

다.

아날로그 회로 구성-

아날로그 회로는 온도가 오르면 전기저항이 감소되는 반도체 회로 소자 를 이용하(Thermistor)

그림 기본적인 회로 구성 온도보상의 기본 원리[ 2-26] ( )

그림 회로 및 기능 구성도[ 2-27]

- 65 -

여 그 변화에 의해 온도를 측정한다 그에 따라 전기저항의 증가 감소에 따른 좀더 높은 정밀도를 보유. ,

하기 위해 증폭회로 및 필터회로를 포함한다.

나 혈압.

고혈압 저혈압 이상유무 감지 일치도 미국 심장학회 기준- / : 90% ( )

센싱형태 맥파 심전도 측정으로 인한 무구속 무자각 측정형태- : , ,

전원공급 고정설치에 의한 안정적 전원공급- :


R13

75k

C9

33nF

VA-

C121nF

-

+

U3A

LF347/SO

3

21

411

C1

<--------

J11

CON2

12

R14

9.1M

VA+

J9

12 C3-1

R15

180k

그림 필터 회로[ 2-29]

D1

J4

12

J5

CON2

12

-

+

U1A

OP497/SO13

3

21

4

R6

1k

VA+

D2

R2 200k

R5 300k

VA-

J1

CONN TRBLK 4

1234

R1 100k

그림 증폭회로[ 2-28]

그림 대략적인 외형 스케치 도면[ 2-31] #2그림 대략적인 외형 스케치 도면[ 2-30] #1

- 66 -

친밀정도 집안 내 가구를 이용한 측정 친숙함 극대화- :

하드웨어 스펙 결정-

무구속 무자각적으로 측정이 가능하도록 모듈을 설계하는 것이 홈헬스케어 단말설계시 중요한,

요소로 자리잡고 있다 본 연구에서는 무구속적인 방법으로 심전도와 광체적변동법으로 측정된 맥파와.

의 시간차이정보를 이용하여 혈압을 추정하고자 한다.

[Analog]

- Sensor : Infrared Emitter and Detector(910nm)

- Transmission Type : Reflectance type

- Sampling Rate : 2 KHz

- Resolution : 14 bit

- CMRR : >70 dB

- Frequency Response : 0.5Hz ~ 10Hz with in -3dB

- Power Supply : ± 12 V

- Shield Driver Circuit

- Transimpedance Amplifier

[Digital]

- MP 150 AD converter (BIOPAC System Inc.)

Dimension : 70mm * 50mm * 10mm

기능[ ]

- 67 -

무구속 무자각적으로 광체적변동법에 의해 맥파가 측정- ,

의 파장의 적외선을 방출함으로서 사용자의 측정에 대한 거부감해소- 910nm

혈관의 볼륨탄성에 의한 맥파를 추출-

국소 해당부위의 맥파도달의 시간정보 추출-

용도 동맥경화 맥파검출기[ ]: ,


적외선을 쏘고 혈관의 산소헤모글로빈의 농도에 따른 빛의 흡수도가 달라진다 따라서.

흡수되고 남은 반사된 빛의 양을 측정함으로 심장주기에 따른 맥파의 전달을 알 수 있다 밫의 양을 전.

기적인 신호로 바꾸어주는 회로와 높은 을 유지하기위한Current-Voltage converter SNR shield

를 탑재하고 있으며 그 이외에 원하는 신호대역을 뽑아내는 필터와 증폭회로를 통해 원하는 신호driver

를 얻어낸다.

- PreAmplifier

빛의 양을 전기적인 신호로 바꾸어주기 위한: current-voltage converter

신호대 잡음비를 높이기위한 회로의 초단부분에서의 증폭회로포함:

그림 회로[ 2-32] Analog Block Diagram

- 68 -

- Inverting Amplifier

- shield driver circuit

- High Pass Filter

- Low Pass Filter

저대역 통과 필터로서 원하는 신호대역을 얻어냄:

- 69 -

전원 노이즈 및 환경 노이즈 제거: 60Hz

-Non-inverting Amplifier

원하는 신호대역을 뽑아낸 후 파라미터 추출이 용이하게 증폭:

- 70 -

다 심전도.

일반 의료용 미국 기준- Heart Rate: ± 3beats/min ( : ± 3beats / min, AAMI )

- Common Mode Rejection Ratio : 80dB or higher

전극형태 로 무구속 무자각 측정형태- : Dry Electrode

전원공급 고정설치에 의한 안정적 전원공급- :


친밀정도 집안 내 가구를 이용한 측정 친숙함 극대화- :

하드웨어 스펙 결정 범위-

무구속 무자각적으로 측정이 가능하도록 모듈을 설계하는 것이 홈헬스케어 단말설계시 중요한,

요소로 자리잡고 있다 본 연구에서는 무구속적인 방법으로 심전도를 측정하기 위해 기존의 전. Ag-AgCl

극타입이 아닌 타입을 선택하여 연구를 수행하였다Dry Electrode .

[Analog]

- Lead : 3 leads

- Sampling Rate : 2 KHz

- Resolution : 14 bit

- CMRR : >70 dB

- Frequency Response : 0.5Hz ~ 35Hz with in -3dB

- Power Supply : ± 12 V

- Shield Driver Circuit

- Driven Right Leg Circuit

- 71 -

[Digital]

- MP 150 AD converter (BIOPAC System Inc.)

Dimension : 60mm * 40mm * 10mm

기능[ ]

무구속 무자각적 측정방법- ,

을 이용하여 피험자의 측정거부감 해소- Dry Electrode

타입의 전극의 문제인 방식 해결- Ag-AgCl Disposable Sensor

을 이용한 의 증가- Shield Driver, Driven Right Leg Circuit SNR

용도 심박추출 심박동 변화율추출[ ] : ,


끈적거리는 타입의 전극을 쓸 경우 한번 측정후 버려야 하는 단점과 측정거부감이 생Ag-AgCl

길 수 있다 간편한 측정방식으로. 형태가 이를 대체하여 문제점을 해결하였고 두 개의Dry Electrode

와 전극의 전극의 형태로 심전도를 추출한다 심전도계의 일반적으로 쓰이는Lead Reference 3 . Driven

회로를 포함하며 그 이외에 를 보장하는 와Right Leg High Input Impedance Instrumentation Amplifier

원하는 신호대역을 뽑아내는 필터와 증폭회로를 통해 원하는 신호를 얻어낸다.

그림 회로[ 2-33] Analog Block Diagram

- 72 -

및- PreAmplifier Instrumentation Amplifier Circuit

성능을 가진 를 이용: High Input Impedance Instrumentation Amplifier

두 전극의 전위차의 공통성분을 회로로: Driven Right Leg Feedback

- High Pass Filter & Low Pass Filter

-Gain Amplifier & Notch Filter

환경 노이즈 및 전원 노이즈 제거:60Hz

- 73 -

라 차세대 통합형 단말기 디자인 개념.

체온계 혈당계 수납공간 필요- Shape : ,

무구속 생체계측을 원칙 계측정보를 병원으로 전송- Performance : ,

일반가정환경에서 의료기기 디자인 요소을 파악 및 반영- Need :

제작의 용이성 등을 고려하여 의자형태 도출- Research :

그림 차세대 통합형 헬스케어 단말기 개념도[ 2-35]

그림 차세대 통합형 헬스케어 단말기 니즈 분석[ 2-34]

- 74 -

마 차세대 통합형 단말기 스케치 디자인.

제 안- Proposal 1

기존의 손쉽게 이용가능한 퍼시스 의자를 활용:

심플한 디자인:

의자뒷면에 박스 배치공간 마련: control

좌우 팔걸이에 혈당 및 체온계를 위한 수납공간 마련:

측정을 위한 넓은 전극면적도입: ECG

팔걸이부분을 의자디자인과 맞추기 위해 곰보형태의 디자인 첨가:

제 안- Proposal 2


형태의 안락함 강조: Round

의자뒷면에 민무늬의 박스 배치공간 마련: control


그림 통합 단말[ 2-36] proposal #1 그림 통합 단말[ 2-37] proposal #2 arm

- 75 -


제 안- Proposal 3


샤프한 스타일의 전극 모양 도입: ECG






- 76 -

제 안- Proposal 4


형태의 안락함 강조: Round



신호측정을 위해 손목이 구부러질 수 있는 요인을 제거:

제 안- Proposal 5


손잡이 형태의 팔걸이 방안:


- 77 -

바 차세대 통합형 단말기 최종안.


그림[ 2-46] HIHM (Home Integrated Health Monitor)

- 78 -

사 차세대 통합형 단말기 최종안 모델링. (3D )

그림[ 2-47] Left Arm Chair Part Modeling

그림[ 2-48] Back Panel Controller Part Modeling

그림[ 2-49] Right Arm Chair Modeling

- 79 -

제 절 생활습관 모니터링 센서 개발4

개발 전략 수립 및 자료 현황 조사1.

가 생활습관모니터링의 중요성.

인구구성비의 변화1)

최근의 인구구성비의 추이를 살펴보면 노인인구수의 급격한 증가가 이루어지고 있다 이는 비단 우리나.

라의 경우에만 해당하지 않고 미국 일본 벨기어 독일 등의 여러 선진국에서도 유사한 형태가 나타나고, , , ,

있다 따라서 글로벌형태의 사회적변화에 맞는 헬스케어서비스의 변화가 필요할 것이다 노인인구의 급. .

격한 증가는 또한 혼자 사는 노인인구의 증가와 병행되어 나타나진다 자녀와 떨어져서 혼자 살아감으.

로 인해 생기는 외로움 우울증 저하되는 생명력으로 인해 노인들의 생존위험도가 증가하게 되며 또한, ,

건강에 대한 관심과 사회적 서비스가 중요시 되어질 것이다.

나 주거환경에서의 텔레모니터링.

증가되어지는 노인들을 위한 헬스케어 및 진료기관의 확충과 대비되어 댁내에서의 헬스케어 시스

템을 구축하는 것은 흥미있는 솔루션을 제공할 수 있다 다음과 같은 점들은 주거환경에서의 텔레모니터.

링의 장점으로 여겨질 수 있다.

그림 연령계층별 인구 구성비 추이 인구통계청[ 2-50] ( 2005.10 - )

- 80 -

환자 및 서비스 대상자의 편안함 향상-

병원 및 진료기관 확충에 대한 비용감소-

진단 및 검사과정에서 발생할 수 있는 소요거리 및 비용의 감소-

전체적인 사회 시스템구성의 비용절감-

다 생활습관 모니터링 시스템.

다양한 종류의 텔레모니터링이 현재 연구 및 개발이 진행중인 상태에서 본 연구과제가 수행하고

자 하는 생활습관 모니터링 시스템은 가장 많이 발전가능성을 나타내고 있다 건강 관련 무구속 무자각. /

행동을 모니터링을 함으로 인해 피험자 및 서비스이용자가 생활패턴에 전혀 방해를 받지 않는 가운데

케어서비스가 이루어 질 수 있다 생활패턴의 갑작스런 변화는 곧바로 건강상태의 이상징후로 여겨질.

수 있으며 이를 의료기관 및 헬스케어서비스센터가 인지 전문가 및 가족에게 피드백되어 조기에 건강,

을 체크할 수 있음은 물론 응급상황시 빠른 대처를 가능케 한다 다음은 생활습관모니터링 시스템에 많.

이 쓰이는 센서들을 나타낸 것이다.

- Passive infrared sensor

움직임을 감지하여 피험자의 현재위치 및 행동파악:

- light sensor

방안의 조명시설에 연계되어 피험자의 방 거실등의 이용여부 및 수면여부 등을 파악가능: /

- door sensor

방안의 출입유무를 알 수 있어 움직임 방향 및 패턴을 분석가능케 함:

- water valve sensor

외국의 경우 샤워도중에 쇼크사로 인해 쓰러지는 노인사고의 경우에 유용하게 활용:

- temperature detector

- 81 -

주거환경에 대한 최적함을 정량화 할 수 있는 온도 및 습도에 대해 유용하게 활용:

- running monitor of electrical appliances

가정 내 전기기기들의 동작유무를 모니터링 함으로서 게임기등의 생활이용패턴 분석가능: TV,

생활습관모니터링에 관련된 국내외 사례2.

가 시스템) TVOS (TV's Operating-State System)

유럽에서는 선진국을 중심으로 전체인구의 대다수가 를 이용하고 있다TV (Stroetmann VN et

또한 미국과 독일에서도 나이든 여성 피험자의 경우 하루중 이용시al: J Telemed Telecare 2002). TV

간이 평균 시간이라는 조사결과가 나왔다4 (German: Grajczyk A and Zollner O Gerontology,

따라서 는 모든 사람들이 애용하는1998),(USA: Fogel J. and Carlson MC, South Med J. 2006). TV

필수 가전제품이며 이를 이용한 시스템이 일본에서 개발되어지고 있다 혼자 사는 노인들을 위해TVOS .

인터넷을 이용하여 저가형 을 구축하였다 피험자의 하루하루 습관을 반영할Telemonitoring system ..

수 있음가되어지는 노인들을 위한 헬스케어 및 진료기관의 확충과 대비되어 댁내에서의 헬스케어 시스

템을 구축하는 것은 흥미있는 솔루션을 제공할 수 있다 다음과 같은 점들은 주거환경에서의 텔레모니터.

링의 장점으로 여겨질 수 있다.

시스템 특성-

약 분: Easy Installation ( 15 )

: Low cost for installation (Home PC,ISP)

: Inexpensive running cost ($5 of electricity charges)

분: Real time monitoring (1 delay)

- Tr Test

: June 16,2005 ~ July 22,2005

- 82 -

일테스트: 37

진단센터와 떨어진 곳에 세 여성 독거노인 대상: 4km 79

일상습관을 반영할 수 있음-

나) Sasuke System

간단한 알람기능을 가진 단말기를 혼자사는 노인의 침대맡에 설치하여 수면중 일어날 수 있는

급성 호흡 질환 및 통증질환에 대해 버튼을 바로 눌러 의료기관 및 서비스센테에 바로 연락되어 필요한

응급조치를 신속하게 취할 수 있다 유럽의 경우에도 이와 유사한 시스템이 개발진행중이며 간단한 개.

념이지만 커다란 헬스케어 모니터링 시스템의 역할을 할 수 있다고 생각할 수 있다.

다) ADL Analysis (Analysis of Activities of Daily Living)

여러타입의 센서들을 개발하여 일상적인 주거환경에 혼자사는 노인들을 대상으로 건강을 체크

하기위해 기능을 갖는 시스템이다 개월간의 장기간동안 실험을 하면서automatic remote monitoring . 6

각 공간에 배치된 센서들이 피험자의 일상적인 생활패턴에 따 움직임에 반응하여 이 발생한fms output

다 이러한 의 단순한 개수의 합을 가지고 활동도 지표라는 의. output ADL(Activities of Daily Living)

그림[ 2-51] Sasuke System

개념도

- 83 -

파라미터를 도출해 낸다 도출된 파라미터는 건강의 악화에 따른 활동의 저하 등을 쉽게 알아낼 수 있.

는 정량적 지표로 활용가능하다.

센서 타입-

: Infrared Sensor

: Door and window opening sensor

: Photoelectric sensor

: Flame detector

: Wattmeter

: Co2 Gas Sensor

라) Supporting people with dementia

영국의 연구성과에 대해 살펴보면 그룹이, Bath Institute of Medical Engineering(BIME)

그림 구성도[ 2-52] ADL analysis system

- 84 -

프로젝트를 통하여 치매환자의 경우에 가정내에서 도움이 될 수 있는 시스템을 개발하였다ENABLE .

치매환자의 경우 수돗물을 사용시 잠금을 하지 않은 상태로 방치가능한 상황등에 대해 모니터링 센서들

을 개발하여 설치 이러한 상황등에 대해 잘 대처할 수 있다 이와 비슷한 경우로, . the locator for lost

등이 있으며 이러한 연구결과들objects, the automatic nightlight, the cooker monitor, tap monitor

은 본 연구목표와 일치하는 부분이 적을 수 있으나 여러 타입의 센서를 선별하는 과정에서나 응용하는

면에서 참고적인 기능을 수행할 수 있다.

센서 타입-

: Bathwater monitor

: The locator for lost objects

: The automatic mightlight

: The cooker monitor

: Tap monitor

당면 과제에 대한 도전 및 숙제 그리고 대응방안3.

가 감시사회의 강화.

감시사회에 대한 논의는 조지 오웰 파놉티콘 푸코 등 국가권력에 의한 감시에서 출발하‘1984’( ), ( )

였으나 점차 대중 대중간 감시로 변화하고 있다 최근들어 카메라폰 스마트카드 등 새로- . , , CCTV, RFID

운 정보기술이 지닌 감시통제 기능을 우려하여 과거와 다른 감시사회 도래를 예견된다 이러한 사회적‘ ’ .

분위기속에서 집안내 카메라폰 등을 설치하여 피험자의 생활습관방식을 모니터링한다는 개념은CCTV,

크게 위험한 요소로 작용할 수 있다 따라서 본 연구에서는 무자각적인 환경에서 생활습관들을 인식하.

는 방식에 초점을 맞추어 연구를 진행하였다.

- 85 -

나 개인정보 침해 확대.

개인에 대한 감시수단의 다양화와 민감한 개인정보 수집에 대한 우려 역시 확대로 정보보호 관심

이 증대되고 있다 영국 시민의 약 가 과거 년전 보다 정보유출과 정보통제력 상실이 더 심각하. 80% 10

다고 응답하였고 최근 연예인 파일 유출이나 구글 야후 등의 개인정보 오 남용 사례(NCC, 2005,7) X- , ,

와 같은 개인정보 침해 문제는 사회적으로 논란을 야기시킬수 있다 본 연구에서는 재택 내 설치된 여.

러 타입의 센서로부터 나온 신호를 홈게이트웨이 및 홈서버로 전송되는 과정에서 외부로 유출되는 경우

가 발생하지 않게 네트워크 보안을 잘 구축해야 함과 동시에 안정성도 확보해야 할 것이다.

다 대응방안.

기술 발전에 따라 새롭게 대두되는 사회적 저해요인에 대한 예측 분석을 강화함으로서 시의u-IT ,

적절한 대응책을 강구해야 함은 물론 기술발전에 부합하는 제도의 개선 및 사회적 공감대 형성이 필수

그림 정보기술을 활용한 감시 통제 변화양상[ 2-53] ,

- 86 -

적인 수립요건이 되어야 할 것이다.

세부스펙결정2.

가 흡연감지 센서모듈.

하드웨어 스펙 결정 범위Analog

- Sensor Type : Ultra-Violet Detector

- Power Supply : DC9V

- Operating Temperature : -10 to +50

- Detect : cigarette lighter

- Detected Distance : 5m

하드웨어 스펙 결정 범위Digital

- MCU : ATMEGA 644 controller

- Communication : Zigbee

- Input : Event derived External Interrupt

- Power supply : ± 3.3V

나 수면시간 감지 센서모듈.


- Sensor Type : Load Cell - plate type


- Wide range of capacities (20 kgf - 400 kgf)

- Detect : enterance to bed

- Stainless Steel Cover






- 87 -

다 화장실이용시간 감지 센서모듈.


- Sensor Type : Motion Sensor (Passive Infrared Type)


- Rated detection distance : 5m

- Detect : enterance to bed

- Maximum Output Voltage : 2.5V






라 이용시간 감지 센서모듈. TV


- Sensor Type : Current Detector

or Remote Controller Infrared Detector


- Detect : On/Off of the TV






회로설계3.

가 흡연감지 센서모듈.

Schematic Diagram for circuit

일정한 전원공급이 이루어지는 상황에서 센서작동범위에 맞는 고전압출: 력을 제

공하기위해 직류 직류 회로가 포함되어있으며 흡연을 위해 라이터- 를 켤때 생기는

자외선을 검출하여 이를 받아서 신호를 내보낸다.

- 88 -

Dimensional Outline

Circuit for Digital Part

Artwork for module

: Total , bottom view, top view

실험 테스트 결과

- 89 -

나 수면시간 감지 센서모듈.

Circuit for Analog Part

유용한 파라마터를 뽑아내기 위해 조절등의 적당한 신호의 변환이 필요하다: Amplier .

Power Circuit for Analog Part

이 잘 동작하기 윈한 전원 안정 레귤레이터회로: Analog circuit


- 90 -

Artwork for module


다 화장실이용시간 감지 센서모듈.

Circuit for Analog and Digital Part

유용한 파라마터를 뽑아내기 위해: Event triggered

Artwork for module

- 91 -


- 92 -

라 이용시간 감지 센서모듈. TV


- 93 -

제 절 혈당 측정 단말기 개발5

혈당측정 스트립과 측정기의 성능 향상 연구1.

가 혈액 요구량 감소.

차년도 목표 를 달성하기 위하여 목형 제작 및 필름 변경 연구 진행1) 2 0.5ul L2 .

반응 챔버 의 폭 크기를 와 두 가지로 제작함: (sample channel) 1.5mm 1mm .

반응 챔버의 넓이는 로 고정: 5mm

반응 챔버의 높이를 변경 변경 실험: 100um, 125um, 150um (Layer 2 film )

홈의 폭 및 높이를 위에서 명시한 조건별로 실험을 실시한 후 혈액 요구량을 로 줄이면서 재현, 0.5ul ,

성 및 성능이 가장 우수한 홈의 폭 및 높이를 결정하고자 한다.

연구 방법2)

가 반응챔버의 폭 와 목형 제작). 1.5mm 1mm

기준 전극으로 현재 양산 중인 홈의 폭 도 동시 제작함2.5mm .※

나 각각의 목형으로 필름에 따라 타발 한 후 전극이 형성). Layer 2 (100um, 125um, 150um) ,

된 에 접착base film(Layer1) .

다 접착된 필름을 차년도에서 결정된 효소 용액으로 후). Layer 1+Layer 2 1 dispensing ,

일정한 온도 및 습도가 유지된 조건에서 건조.

라 을 접착 한 후 넓이 가 되도록). Cover film(Layer 3) , 5mm cutting.

마 각각의 조건에 따라 재현성 검증). .

연구 결과3)

가 각각의 종류에 따라 재현성 검증 의 평균 계산). , (5 bottle * 25points CV )

- 94 -

홈폭홈폭홈폭홈폭 및및및및 L2 필름필름필름필름 두께에두께에두께에두께에 따른따른따른따른 Reproducibility TEST _ Normal Glucose Concentration (about 100mg/dL)

3.5

6.2

5.6

4.2

4.8

4.2 4.3

0

1

2

3

4

5

6

7

100um 125um 150um 100um 125um 150um

기준전극 1mm(홈폭) 1.5mm(홈폭)

CV, %

그림 혼폭 및 필름 부께에 따른 재현성 테스트 저농도[ 2-54] ( )

홈폭홈폭홈폭홈폭 및및및및 L2 필름필름필름필름 두께에두께에두께에두께에 따른따른따른따른 Reproducibility TEST _ High Glucose Concentration (about 300mg/dL)

2.7

4.8

4.5

4.2 4.3

44.1

0

1

2

3

4

5

6

100um 125um 150um 100um 125um 150um

기준전극 1mm(홈폭) 1.5mm(홈폭)

CV, %

그림 혼폭 및 필름 부께에 따른 재현성 테스트 고농도[ 2-55] ( )

결과 :

반응 챔버의 폭이 인 경우 에 비해 가 약 가량 상승한다 반응 챔버의 폭이1mm , 1.5mm CV 1% . 1.5mm

인 경우 의 두께에 따른 의 차이는 거의 나타나지 않으나 반응 챔버의 폭이 인, Layer 2 film CV , 1 mm

- 95 -

경우 두께가 두꺼울수록 가 우수하다, Layer 2 film CV .

나 각각의 종류에 대하여 검증). , Dose/Response

반응 챔버의 폭이 일 경우- 1mm ,

y = 0 . 0 7 9 2 x + 1 1 . 8 0 1

R 2 = 0 . 9 5 4 6

y = 0 . 0 7 9 4 x + 1 1 . 7 5 6

R 2 = 0 . 9 5 8

y = 0 . 0 7 9 5 x + 1 1 . 5 9 2

R2 = 0 . 9 5 8 9

0

1 0

2 0

3 0

4 0

5 0

6 0

7 0

0 1 0 0 2 0 0 3 0 0 4 0 0 5 0 0 6 0 0 7 0 0Y S I(m g / d L )

Outp

ut C

urrent(

)

1 m m 1 0 0

1 m m 1 2 5

1 m m 1 5 0

그림 반응 챔버 폭[ 2-56] Dose/Response ( 1mm)

반응 챔버의 폭이 일 경우- 1.5mm

y = 0 . 0 8 4 7 x + 1 .8 1 4 5

R2 = 0 . 9 9 0 9

y = 0 . 0 8 6 6 x + 1 .8 2 2 7

R 2 = 0 . 9 9 2 1

y = 0 .0 8 4 5 x + 1 . 6 5 6 8

R 2 = 0 . 9 8 5 6

0

1 0

2 0

3 0

4 0

5 0

6 0

7 0

0 1 0 0 2 0 0 3 0 0 4 0 0 5 0 0 6 0 0 7 0 0Y S I(m g / d L )

Outp

ut C

urrent(

)

1 . 5 m m 1 0 0

1 .5 m m 1 2 5

1 .5 m m 1 5 0

그림 반응 챔버 폭[ 2-57] Dose/Response ( 1.5mm)

- 96 -

결과 :

반응 챔버의 폭 1mm 반응 챔버의 폭 1.5mm

100 125 150 100 125 150

Slope 0.0792 0.0794 0.0795 0.0847 0.0866 0.0845

Intercept 11.8 11.7 11.6 1.8 1.8 1.7

Correlation(R2) 0.955 0.958 0.959 0.991 0.992 0.986

표 반응 챔버 폭에 따른 결과< 2-12>

반응 챔버의 폭이 넓을수록 이 증가하며 의 홈폭에서는 선형성이 감소되는 현상을 보: slope , 1mm

임 반응 챔버의 높이와는 크게 차이를 나타내지 않음. .

다 결론)

반응 챔버의 폭 의 경우 의 오차 및 의 어려움으로 에 비해 재현성이1mm dispensing handling 1.5mm–

떨어짐 의 두께는 두꺼울수록 재현성이 우수함 신호의 크기는 차이 없음 반응 챔버의 폭. Layer 2 film . .

의 경우 에 비해 재현성 및 감도가 우수하며 의 두께에 따른 차이는 보이지1.5mm 1mm , Layer 2 film–

않음 반응 챔버의 폭의 크기는 로 결정 홈의 넓이는 로 고정 따라서 의 홈폭의 경. 1.5mm . 5mm . , 1.5mm

우 두께에 따라 큰 차이를 보이지 않으므로 혈액량 의 조건을 만족 시키기 위해서L2 , 0.5ul , Layer 2

의 두께를 로 결정한다film 100um .

나 재현성 및 선형성 향상.

목적1) :

혈액 요구량이 감소됨으로 인해 이 줄어들어 기존의 효소 용액 조성으로 재현성을 유, sample channel ,

지 할 수 없음 목표 차년도에는 효소 용액 자체가 전극에서 탈착되는 현상을 막기 위. ( : CV 3.5%) 1

- 97 -

하여 효소의 에 주력하였으며 차년도에는 혈액 이 줄어듦과 동시에 재현성이, immobilization , 2 channel

악화되어 재현성 향상에 주력하고자 함, .

차년도 용액 조성 및 개선 사항2) 1

차년도에는 효소 고정화를 위해 를 첨가하여 최적 농도를 설정하였고 지속적인 재현1 , glutaraldehyde ,

성을 유지하기 위하여 안정제로 사용되는 여러 물질 중 를 선별하여 의 농도를 최적화하는 연KHP KHP

구 수행.

차년도 재현성 향상을 위한 실험 계획2

가 혈액 이 감소된 상태에서 차년도의 용액 조성으로 고정화 및 재현성이 유지되는지) cannel 1

검증.

나 재현성 향상을 위한 및 그에 따른 연구 수행) material search .

연구 수행 사항3)

가 차 년도 용액 조성에 홈폭 에 적용하여 실험 진행) 1 1.5mm X 5mm X 100um

그림 스트립 표면[ 2-58] (1)

- 98 -

시약의 탈착이 없고 결정이 고르게 분포, .

그러나 재현성 시험결과 가 이상 나타났으며 재현성 증진 방안을 모색해야함, , CV 3.5% , .

결과 고농도에서의 신호가 충분치 않아서 선형성이 감소되는 현상을 보임 안정성dose/response test .

시험을 수행한 결과 안정성 향상이 요구됨.

나 재현성 향상을 위한) material search

의 변경- Buffer :

현재 사용하고 있는 는 로 일반적으로 널리 사용되는 이다 그러나buffer Photassium phosphate buffer . ,

본 과제에서 적용하고자 하는 의 경우 및 에서 가PQQ-glucose dehydrogenase , MOPS citrate buffer

장 하게 유지되므로 이에 따른 검증 실시stable , .

그림 스트립 표면[ 2-59] (2)

시약의 탈착이 없고 차 조성보다 결정이 작아짐, 1 .

를 적용하여 스트립을 제작하였고 재현성 선형성 안정성 시험을 수행한 결과 선형성과Mops buffer , , ,

안정성은 목표수준에 도달하였으나 저농도 에서의 가 이상으로 개선이 필요함, (100mg/dL) CV 5% .

- 99 -

추가- Citric acid

그림 스트립 표면[ 2-60] (3)

시약의 탈착이 없고 결정이 균일함, .

를 적용하고 를 효소용액에 추가하는 연구를 수행한 결과 재현성을 나타내는Mops buffer citric acid

는 이하 선형성 은 이상으로 우수한 선형성을 보임 또한 안정성도 현재 양산되고 있는CV 3.5% , (R2) 0.99 .

스트립과 유사한 수준의 성능을 보임.

- 100 -

다 혈액 투입 시간 개선.

혈액투입 시간을 초 이내로 단축하여 사용자의 측정오차를 줄이고자 한다0.5 .

시험스트립의 종류는 의 경우는 의 크기별로 제작되었음 총 종류A, B, C notch .( 15 )

그림 를 포함한 시험 스트립 및 포함하지 않는 스트립[ 2-61] Notch

그림 혈[ 2-62]액투입시간 측정을위한 시험스트립반 응 챔 버(

(7.5mm * 2.5mm* 200um)

Notch Notch (2.5, 2.0, 1.5, 1.0mm) Notch

친수처리 처리Plasma 처리Plasma 처리Plasma 처리Plasma

보관환경 48 실온 실온 48 실온 실온

최종종류 A B C D E F

표 혈액투입시간 측정용 시험 스트립 제작< 2-13>

- 101 -

그림 시험용 스트립에[ 2-63]

혈액을 투입했을 경우 나타나는

를 이용peak

위의 그림에서 볼 수 있듯이 혈액을 투입하면 첫 번째 가 나타나고 마지막 전극에 혈액이 접촉하peak

게 되면 두 번째 가 나타난다 의 시간을 측정함으로써 혈액투입 시간을 측정할 수peak . Peak to peak

있게 된다.

결과 를 처리한 조건 및 를 처리 하지 않은 조건으로 의 에 따른 혈액투입속도:Plasma plasma notch

개선 여부를 시험 한 결과 보관 조건 및 의 크기에 따라서 혈액 삽입 속도는 큰 차이가 없는 것, notch

으로 판단된다.

현재 생산되고 있는 일반 전극에 구조를 적용하는 것은 혈액 삽입속도 단축에는 영향이 없는 것notch

으로 판단되며 병원 등에서 주사기로 직접 스트립에 혈액을 투입하는 경우가 있는데 이 때 일반 스트, ,

립은 혈액 투입이 어려운 반면에 구조 스트립의 경우에는 혈액 투입이 용이하다는 장점이 있다notch .

- 102 -

라 측정시간 단축.

초 이내의 시간에 혈당측정을 함에 있어서 재현성 및 선형성이 확보 된 혈당측정 시스템을 개발하고자5

한다.

　 총 측정시간 초일 경우5

No차 전압1 차 전압2

시간, sec 전압, mV 시간, sec 전압, mV

1 2.5 0 2.5 300

2 3.0 0 2.0 3003 3.5 0 1.5 3004 4.0 0 1.0 3005 5.0 300 - -6 3.0 50 2.0 300

7 3.0 100 2.0 300

Control1 4.5 50 2.5 300Control2 8.0 100 3.0 300

표 차 인가전압 및 전압인가 시간< 2-14> 1,2

선형성 시험< >

차 전압을 인가하지 않는 경우 산화전위를 가하지 않는 시간이 길어질수록 반응이 많이 일어나 기울1 ,

기가 증가됨을 알 수 있었다 그러나 조건 및 조건 의 경우에 정도의 혈당값에 해당하는 시. 3 4 450mg/dL

그널은 전극을 통하여 충분히 전달하는 반면에 그 이상의 혈당농도에서는 발생된 전류를 전극으로 전달

하는 과정이 불충분하여 선형성이 줄어드는 현상이 나타났다 차 전압을 인가하지 않는 시스템에서 감. 1

도 및 선형성만을 고려 한다면 조건 의 경우가 가장 우수하다고 판단된다, 2 .

차 전압을 인가 할 경우 차 인가전압이 증가할수록 기울기는 감소 하며 는 에 가까1 , 1 , y-intercept zero

워 짐을 알 수 있다 선형성은 두 가지 조건 조건 에서 모두 우수한 결과 이상 를 나타내고. ( 6, 7) (R2 0.99 )

있다.

재현성 시험< >

재현성 실험은 휴대용 측정기를 통하여 전류 값으로 시그널을 얻었으며 선행 된 선형성 실험을 통하여,

- 103 -

얻어진 검정선 을 이용하여 혈당값으로 전환 한 후 값을 구하였(calibration curve) AVE / STD / CV

다.

조건 의 경우는 고농도에서 선형성이 벗어나는 문제로 인하여 추세선 수식을 적용하였을 경우에3, 4 ,

저 농도에서는 실제 값 보다 낮게 계산되며 고 농도에서는 실제 값보다 높은 값을 나타냄을 볼 수 있,

다 저 농도 및 고 농도에서의 재현성 결과 조건 및 조건 의 경우에서 가장 우수한 재현성을 나타내고. 6 7

있다.

결과 선형성 실험 및 재현성 실험을 통하여 각각의 측정방법 조건 별 특성을 파악 할 수 있었으며< > : ,

이를 통하여 최적의 인가전압 레벨 및 전압인가 시간을 결정할 수 있었다.

선형성에서는 조건 의 경우가 우수했으며 재현성 실험에서는 조건 의 경우가 우수한 결과를2, 6, 7 , 6, 7

보였다 동일한 조건에서 가 더 높은 조건 의 경우가 최적의 조건으로 판단된다. sensitivity(slope) 6 .

마 통신이 가능한 혈당 시스템 구성. Zigbee

하드웨어 구성1)

통신이 가능한 혈당 측정 시스템 개발을 위해서 필요한 시스템의 하드웨어적인 구성은 아래와Zigbee

같이 크게 가지로 구성되어있다6 .

가) 통신 모듈의 소비전력을 공급 가능하게 하도록 설계한 전원 부Zigbee

나) 정확한 혈당 측정을 위한 아날로그 회로 부

다) 혈당 데이터 표시 및 상태 아이콘을 표시하기 위한 디스플레이 부LCD

라) 코드 설정 할 수 있는 버튼과 혈당 측정 시간을 알려주는 버져 등 입출력 부

마) 데이터 전송을 위한 모듈ZigBee

바) 전체적인 타이밍과 시스템 관리를 위한 마이크로컨트롤러부

- 104 -

그림 통신을 이용한 혈당 관리 시스템 블록도[ 2-64] ZigBee

가 프로토콜과 통신 환경 및 측정 데이터 구조.

통신 환경1)

패리티없음 데이터비트는 비트 비트 정지비트19200bps, , 8 , 2

혈당 측정 데이터 구조2)

총 14byte

전체 데이터 길이Length: ,

정보MI: PID matching

개인 식별 아이디PID:

혈당 및 기타 측정 데이터Data:

- 105 -

데이터 구조

Length MI PID Data

2byte 1byte 4byte 7byte

표 데이터 저장 구조< 2-15>

데이터 전송 프로토콜3)

데이터 전송을 위한 단계는 총 가지로 구성된다 아래의 가지 요청 및 응답이 순차적으로 요구 되고4 . 4

가의 순서가 끝났을 때 송수신을 종료하게 되어있다 그리고 번 번의 경우에 모듈에서 응답이 없1~4 . 1 2

을 경우 번에 한해서 다시 요청할 수 있도록 프로토콜을 구성하였다1 .

1. Start Request

2. Data Valid Request

3. Data Read Request

4. End Request

그림 혈당 측정 후 데이터 전송 프로토콜 흐름도[ 2-65]

- 106 -

개발된 혈당측정 스트립과 측정기의 성능 평가 및 점검 사항2.

점검항목 점검기준

1 혈액요구량 혈액요구량 0.5

2 측정시간 혈당측정시간 초 이내5

3 측정 재현성 이내CV (Coefficient of Variation) 3.5

4 선형성 R2

이상0.990

5 혈액투입시간 초 이내0.5

6 개인 식별 인식 개인식별 설정 및 제거ID

7 시간 설정기능 서버의 시간정보가 설정

8 활용 기능CDSS 사용자의 상태 정보 설정

표 평가 항목 및 점검 기준< 2-16>

가 혈액 요구량 당해 년도 목표치 이하. ( : 0.5 uL )

설계 내용1) :

반응 챔버의 크기를 소형화 하여 혈액요구량을 감소 하였다.

가로 세로 높이 반응챔버의 부피* * : 5.0mm * 1.5mm * 100uM = 0.75uL ( ))

반응시약이 고정화 되어 있어서 실제 혈액요구량은 약 가 됨 표0.5uL .(< 2-5-6>)

혈액요구량 측정방법2) :

사용하지 않은 스트립 개의 무게를 잰 후 반응 챔버에 증류수를 채우고 다시 무게를 잰다10 , .

스트립 개의 요구량이 이므로 스트립 개당 혈액 요구량은 임10 4.93uL 1 0.493uL .

No. 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 AVE

무게,g 0.0051 0.0049 0.0048 0.0050 0.0049 0.0049 0.0048 0.0052 0.0049 0.0048 0.00493

표 증류수 투입 전과 투입 후의 스트립 개 무게 차이< 2-17> (10 )

- 107 -

나 측정시간 당해 년도 목표 치 초 이하. ( : 5 )

설계 내용 개발된 최종 용액조성으로 시험용 스트립을 제작하여 성능시험을 수행하였다 성1). : .

능시험에서 고려한 는 전압을 인가하는 방식 동안 전압을 인가해 주는 경우와 인가해factor i) (quiet time

주지 않는 경우 과 인가해 주는 전압의 크기에 따른 성능평가를 수행하였다) ii) .

결과 도출 방법 위의 조건에 해당하는 측정기를 제작하였으며 각각의 측정기를 이용하여2). : ,

및 재현성 를 실시하여 결과를 도출하였다Dose/Response test test .

혈액투입과 동시에 한 후 결과값 까지의 시간 측정 초auto start display : ~5 .

그림 휴대용 혈당측정 시스템의 측정 과정[ 2-66]

- 108 -

다 측정 재현성 당해 년도 목표 치 이하. ( : CV (Coefficient of Variation) , 3.5% )

설계 방법1).

가 차년도 용액 조성으로 용액을 제조한다) 1 .

나 혈액 요구량 감소를 위한 전극의 구조에 용액을 도포한 후 건조한다) , , .

다 일정 시간 경과 후 재현성 및 선형성 안정성 테스트를 실시한다) , , .

저농도 및 고농도 혈당값을 가지는 혈액을 사용하여 각각 의 스트립을 측정한 후5bottle

를 계산하였다 에는 개의 스트립이 들어있음Average, CV .(1bottle 25 .)

실험 데이터2).

Bottle# 1 2 3 4 5 Total

Average, mg/dL 100.1 104.5 103.2 102.1 100.3 102.0

CV, % 2.60 2.77 2.92 2.82 3.03 3.25

표 재현성 결과 저농도< 2-18> _ (104 mg/dL)

Bottle# 1 2 3 4 5 Total

Average, mg/dL 338.9 332.2 336.3 342.9 349.1 339.9

CV, % 2.39 2.97 2.61 2.26 1.93 2.95

표 재현성 결과 고농도< 2-19> _ (336 mg/dL)

라 선형성 당해 년도 목표 치 이상. ( : R2 , 0.990 )

Slope : 0.0707Slope : 0.0707Slope : 0.0707Slope : 0.0707

Y-intercept : 1.1605Y-intercept : 1.1605Y-intercept : 1.1605Y-intercept : 1.1605

Correlation coefficient (R2: 0.993)Correlation coefficient (R2: 0.993)Correlation coefficient (R2: 0.993)Correlation coefficient (R2: 0.993)

- 109 -

설계 내용 및 방법1). :

가 재현성 및 안정성이 유지될 수 있는 용액 성분을 한다) search .

나 선별된 을 효소 용액에 첨가하여 용액을 제조한다) material , .

다 혈액 요구량 감소를 위한 전극의 구조에 용액을 도포한 후 건조한다) , , .

라 재현성 선형성 및 안정성 테스트를 실시한다) , .

그림 최종개발 시스템의 검정곡선 시험[ 2-67]

의 결과값을 통합 각각의 농도당 회 반복측정(5bottle , 20 )

- 110 -

마 혈액 투입 시간 당해 년도 목표 치 초 이내. ( : 0.5 )

혈액 및 을 스트립에 투입하여 을 이용하여 분석한 결과 초 이control solution data acquisition unit 0.5

내로 혈액투입이 완료되었다.

측정방법-

스트립의 혈액투입구 및 출구에 전극을 형성하여 혈액투입 시간을 측정하였다.

그림 투입시간 측정용[ 2-68]

스트립구조

그림 투[ 2-69]입시간 측정용 스트립 구조 도해

그림 투입시간 측정[ 2-70] Control solution

- 111 -

실험 스트립의 혈액 투입 채널 크기 길이 폭 높이- : 5.0mm( )X1.5mm( )X100um( )

투입 혈액 적혈구 용적율 의 정맥혈- : (Hematocrit rate) 50%

결과 의 투입속도는 약: Control solution 0.08~0.22 sec

정도의 정맥혈의 투입속도는 약Hematocrit 50% 0.35~0.49 sec

바 개인 식별기 인식에 관한 연구.

설계 내용 무선 홈네트워크 환경에서 개인 식별기의 인식 여부를 확인한다 개인 식별기는1) : .

사용자정보 및 개인의 혈당 측정 값과 연계되어 있기 때문에 한 측정기에 여러 환자가 사용할 경우에

혈당 데이터의 사용자 구별을 위해서 반드시 필요하다.

그림 투입시간 측정[ 2-71] Whole blood

- 112 -

설계 방법 테스트는 개인식별기가 통신 내 환경에 있을 경우 통신 환경 범위 밖에 있을 경2) :

우 인식기가 여러 개 있을 경우 가지를 테스트 한 후 인식 성공한 후에 개인 식별기의 값 데이터3 , PID

가 사용자 테이블에 있는 경우 와 없는 경우를 구별하도록 한다.

가) 개인식별기가 멀리 있을 경우 인식 실패( )

나) 개인식별기가 가까이 있을 경우 인식 성공( )

개인 식별기 값이 사용자 테이블에 있는 경우 인식 성공 후- ( )

개인 식별기 값이 사용자 테이블에 없는 경우 인식 성공 후- ( )

다) 개인식별기가 여러 개 있을 경우 다중 인식( )

그림 데이터 전송 프로토콜 흐름도[ 2-72] PID

설계 결과3)

혈당 측정기와 개인식별기의 테스트 내용

항목 내용 결과

개인식별기

인식 실패

혈당측정기 개인식별기[1] ->

혈당측정기에서 가 인식 실패로 수신1. PID Response

에서 실패 코드 확인됨LCD PID

확인

개인식별기 혈당측정기 개인식별기[2] -> 확인

- 113 -

사 시각정보의 데이터 수신.

설계 내용 무선 통신 혈당측정기는 시간 정보를 서버로부터 받을 수 있도록 프로토콜1) : Zigbee

을 구성하였다 시간 정보는 단말기의 특성상 시간 세팅이 복잡한 것을 간단하고 편리하게 설정할 수.

있다 프로토콜 및 동작이 설계대로 되는지 확인하였다. .

설계 방법 우선 시뮬레이터로 혈당데이터 전송 후에 환경 설정 데이터가 송수신 되고 저장되2) :

는지 확인한다 그 후에 실제 모듈을 삽입하고 테스트 하여 본다 시간 정보는 로 확인한다. . LCD .

그림 시간 설정 전 결과[ 2-73]

데이터 및 시간

그림 시간 설정 후 변경[ 2-74]

시간

인식 성공혈당측정기에서 가 인식 성공 수신1. PID Response

에서 코드 확인됨LCD PID

개인식별기

사용자 인증 전 후,


가 인식 성공으로 수신1. PID Response

사용자 인증이 전이면 창에 표시2. LCD 42

사용자 인증 후 이면 의 값 확인, 0~9

사용자를 명을 구별 가능10

확인

개인식별기 다중 인식


혈당측정기에서 가 다중 인식으로 수신1. PID Response

되는지 확인한다 다중 인식이 되면 코드에 표시가 나온. 43

다.

확인

표 혈당 측정기와 개인식별기의 테스트 내용< 2-19>

- 114 -

아 무선 혈당측정기에서 를 위한 기능 추가. Zigbee CDSS

연구 배경 차년도 진행된 혈당 측정기에서는 운동후 스트레스 식후 등의 이벤트 기능들1). : 1 , , ,

이 있어서 이것들이 사용자의 혈당 데이터를 분석하고자 하는데 많은 도움을 줄 수 있을 것이라 예상되

었다 하지만 실제로는 식전 식후 시간 공복 취침전과 같은 데이터가 필요하며 저혈당이나 고혈당의. , , 2 , ,

자가 증상도 입력할 수 있는 기능이 있으면 환자의 상태를 파악하는데 도움이 된다는 연구가 있어서 이

전의 이벤트 기능을 없애고 총 개를 추가하여 적용하였다 적용 순서는 아래와 같다6 . .

연구 결과 아래의 표와 같이 시나리오를 구성하여 구현 하였다2). : .

아래 그림은 실제로 사용된 혈당 측정기의 표시 내용LCD

No 항목 내용 결과

1 혈당 측정 스트립을 넣고 혈당을 측정하여 결과 값을 기다린다. 확인

2 상태 표시결과가 표시되면 식전 식후 시간 공복 취침전이라는 아이, 2 , ,

콘이 들어온다확인

3 측정 상태 선택위 아래 버튼으로 상태를 변경하고 전원 버튼으로 상태를 설

정한다확인

4 자가증상 표시설정이 끝나면 저혈당 고혈당 자가증세가 있을 경우에 마찬, ,

가지로 위 아래 버튼으로 설정한다.확인

5 스트립 제거 스트립으로 제거 함으로써 모든 상태가 저장되었다. 확인

6 메모리확인 메모리에서 설정된 데이터가 맞게 저장되었는지 확인한다. 확인

표 혈당 측정기 자가 증상 표시 시나리오< 2-20>

- 115 -

그림 저장된 측정 상태[ 2-75]

이벤트 및 자가 증상

완성된 혈당측정기 및 스트립 시제품3. 　

혈당측정기 의 시제품 개발 내용 새로운 스펙의 혈당측정기능 통신기능 구현 시(AGM-3000Z2) : + +

제품 개발 내용 및 결과물

가 연구 결과. :

혈당계 실제 내부 모습1)

모듈 안테나의 방향이 에 차단되지 않게 밑면에 가도록 설계- PCB

지그비 모듈을 장착하는 부분에는 회로선이 지나가지 않도록 고려-

전원부에 를추가하여 노이즈를 최소화- 220uF Capacitor

그림 통신기능이 구현된[ 2-76] ZigBee

혈당측정기의 사진PCB

- 116 -

그림 혈당 측정기[ 2-77]

시제품 외형 사진(AGM-3000Z2)

최종 개발된 혈당스트립2)

혈액요구량 감소-

재현성 및 선형성 향상-

혈액 투입시간 개선-

측정시간 단축-

그림 최종개발된 스트립[ 2-78]

- 117 -

최종 개발된 혈당 측정 시스템3)

그림[ 2-79] Self Monitoring Blood Glucose test system (AGM-3000Z2)

- 118 -

제 절 체성분 분석 단말기 개발6

체온 체성분 단말기 설계1. /


나 설계 내용.

체온 측정모듈 설계1)

발바닥 온도 측정을 이용한 말초 체온 추정

가 목표( )

체지방 측정 시에 그와 동시에 발바닥 온도를 측정하여 말초 체온을 모니터링 한다 말초 체온 실 체온.

을 반영한다고 할 수는 없으나 헬스케어 관점에서 보면 말초 체온의 변화를 일상적으로 살펴보100% ,

는 것 또한 의미 있다고 판단된다.

나 사용된 센서에 대한 소개( )

사의 은 로서 온도의 변화를National Semiconductor LM35 Precision Centigrade Temperature Sensor

전압의 변화로 캘리브레이션하여 아날로그 출력으로 내보내는 일체형 센서이다 다음과 같은 특성을 가.

지고 있다.

항목 단위세계최고 수준

보유국 보유기관/

국내최고 수준

기관 기관명( )설계 목표치

측정주파수 정확도 %±1

한국 바이오스페이스( / )

±1

바이오스페이스( )±2

임피던스측정

정확도

인체저항셋 측정(

양 다리 500ohm)

%사지 ±0.5%


사지 ±0.5%

바이오스페이스( )사지 ±0.5%

- 119 -

발바닥 체온 추정에 있어 를 선택하게 된 이유는 아날로그 출력의 온도 센서이며 의 정확도LM35 , 0.5°C

를 가지고 있고 금속 팩키징이기 때문에 습도 등 외부적 요인에 비교적 강하기 때문이TO-46

다.

그림[ 2-80] TO-46

Metal Can Package

다 개발된 측정 시스템( )

온도 센서의 출력은 아날로그 전압이므로 이를 디지털로 변환하기 위해 를 사용하Microcontroller

였다 다른 시스템과의 인터페이스를 위하여 출력을 형태와 로 제공하고. UART RS-232 5V TTL Level

있다 두 채널 즉 두 개의 온도 센서를 동시에 사용할 수 있고 초에 한번씩 값을 전송하게 된다. , 1 .

특성특성특성특성

Calibrated directly in°Celsius (Centigrade) 섭씨온도단위로캘리브레이션되어있음

Linear + 10.0 mV/°C scale factor 섭씨온도당 10mV의선형스케일지수를가짐

0.5°C accuracy guaranteeable (at +25°C) 섭씨 0.5도의정확도를보장함

Rated for full -55°to +150°C range 섭씨 -55도에서 150도범위에서작동

Suitable for remote applications 원격응용에적합

Low cost due to wafer-level trimming 웨이퍼레벨의절단이므로저가임

Operates from 4 to 30 volts 4~30V에서작동

Less than 60μA current drain 60uA전류드레인보다적음

Low self-heating, 0.08°C in still air ;낮은자가열

Nonlinearity only±1/4°C typical ±0.25도의비선형성

- 120 -

그림 체온 측정 모듈[ 2-81]

점 방식의 체성분 측정모듈 설계2) 4

점 방식으로 인체의 임피던스 측정 및 분석 프로토콜 호환 프로그램을 수행할 수 있도록 측4 , ZigBee

정모듈 설계

가 설계( ) Analog circuit

주파수 발생회로 설계 주파수 발생회로 설계(1) : 20kHz, 100kHz

임피던스 측정회로 설계 기존 측정회로의 고성능 임피던스 측정회로를 저가형 가(2) : InBody

정용 체성분 측정단말기에 적합한 측정회로로 설계변경 점 방식 측정을 위한 설계, 4 Analog Mux

나 및 설계( ) CPU digital control circuit

다 임피던스 측정 정확도를 위한 인체 모델 저항셋 제작( )

- 121 -

그림 인체 모델 저항셋[ 2-82]

임피던스 실제값(1)

오른팔(RA: Right Arm) : 299.99 ohm

왼팔(LA: Left Arm) : 299.84 ohm

몸통(T: Trunk) : 25.128 ohm

오른다리(RL: Right Leg) : 250.17 ohm

왼다리(LL: Left Leg) : 250.12 ohm

임피던스값 실측 결과(2)

목표 측정 시 사지 이내: 500 ohm , ±0.5%

결과 최대 오차 로 목표 달성: 0.1%

체온 체성분 단말기 디자인 개발2. /

가 인체공학적 디자인 개발.

사용환경1)

- 122 -

가정 내 욕실문 앞 바닥 욕실 사용으로 인한 물기 존재( )

컨셉2)

개의 발전극 위에 올라서면 자동으로 체중 체성분 체온 측정4 , ,

체온을 발바닥에서 측정할 수 있도록 체성분 측정을 위한 발전극 내부에 체온 측정을 위한 을 설hole

치함

특이 기능3)

가 사용환경을 참작하여 발바닥에 물기가 있을 경우 소량의 물기를 제거할 수 있도록 겉 외장을)

천으로 채택 형태(Rug )

나 바닥 깔개는 교체가 가능하도록 디자인함)

체성분 측정 알고리즘 개발3.




국내최고 수준


제지방량

와(InBody

비교실험)

비교시DEXA

이상r=0.97


비교시DEXA

이상r=0.97

바이오스페이스( )

이상r=0.8

그림 체온 체성분 단말기[ 2-83] /

- 123 -

나 설계 내용.

체성분 측정 알고리즘 개발1)

전문가용 체성분 분석기 시리즈의 체성분 측정 분석 알고리즘을 기반으로 가정용 주파수InBody ( )

활용에 따른 대역의 인체 임피던스를 분석하여 개발20kHz, 100kHz fitting algorithm

점 방식 체성분 분석 알고리즘 개발2) 4

양 다리 사이의 임피던스만을 활용하여 기존의 점 방식의 부위별 임피던스 분석결과를 활용한8

임상알고리즘의 변형 알고리즘 개발

와 인체 비교실험 실시3) InBody

가 실험 방법( )

남자 명 여자 명 등 총 명의 피검자를 대상으로 전문가용 체성분 분석기19 , 20 39 InBody 720

와 비교실험 실시

나 실험 결과( )

제지방량(1) (kg) : r=0.970, SEE = 2.08

근육량(2) (kg) : r=0.968, SEE = 2.05

체지방률(3) (%) : r=0.941, SEE = 2.23

참고* : SEE = standard error estimation

체지방률

와(InBody

비교실험)

비교시DEXA

이상r=0.90


비교시DEXA

이상r=0.90


이상r=0.8

근육량

와(InBody

비교실험)

비교시DEXA

이상r=0.97


비교시DEXA

이상r=0.97


이상r=0.8

표 체성분 분석 알고리즘 현재 기술력 및 설계 목표치< 2-21>

- 124 -

점 방식 체성분 단말기 설계4. 8


나 설계 내용.

점 방식의 체성분 측정모듈 설계1) 8

기존 측정회로의 고성능 임피던스 측정회로를 저가형 가정용 체성분 측정단말기에 적합한 측InBody

정회로로 설계변경

점 방식으로 인체의 임피던스 측정 및 분석 구동 및 프로토콜 호환 프로그8 , customized LCD ZigBee

램을 수행할 수 있도록 측정모듈 설계

가 설계( ) Analog circuit

주파수 발생회로 설계 주파수 발생회로 설계(1) : 20kHz, 100kHz

임피던스 측정회로 설계 기존 측정회로의 고성능 임피던스 측정회로를 저가(2) : InBody

형 가정용 체성분 측정단말기에 적합한 측정회로로 설계변경 점 방식 측정을 위한 설계, 4 Analog Mux

나 및 설계( ) CPU digital control circuit

점 방식 체성분 단말기 디자인 개발5. 8



국내최고 수준


측정주파수 정확도 %±1


±1

바이오스페이스( )±2

임피던스측정

정확도

팔( - 300ohm

다리 - 250ohm

몸통 - 25ohm)

%

사지 ±0.5%

몸통 ±5%


사지 ±0.5%

몸통 ±5%


사지 ±0.5%

몸통 ±5%

표 체성분 분석 단말 현재 기술력 및 설계 목표치< 2-22>

- 125 -

가 인체공학적 디자인 개발.

일반적으로 사용하는 체중계의 대체 모델로 개발

저가용 체지방계나 체중계와는 다르게 새로운 컨셉의 외관과 컬러를 채택하여 고품격의 체지1)

방계 디자인 개발

점 방식의 기술을 그대로 적용하기 위하여 손전극을 사용해야 하는 관계로 효과적이고 디자2) 8 ,

인통일성에 어긋나지 않는 손전극 거치방법 고려

무선통신을 고려한 디자인3)

을 사용할 수 있도록 고안된 디자인4) USB memory stick

및 개인 신상정보 입력 체성분 측정 및 분석결과를 확인 할 수 있게 적합한5) ID , Customized

고안 및 모듈개발LCD CUI LCD

입력 및 체성분 분석을 위한 최적화된 버튼 채택6) ID

개발7) GUI

가 총 명의 및 신상정보 입력( ) 10 ID

나 보편적으로 체중을 빈번하게 측정하는 것을 감안한 체중측정 전용 모드 및 버튼 분리( )

다 체중값 출력 크기 확대( )

라 모든 체성분 항목을 한 화면에 표시하여 직관적으로 확인 가능( )

마 각 체성분 항목 당 측정값과 조절해야 할 값을 동시에 표시함으로써 개인이 조절해야( )

할 항목의 직관적 확인 가능

바 배터리 교체 표시 기능( )

사 무선통신 여부 확인 기능( )

- 126 -

그림 점 방식 체성분[ 2-84] 8

단말기 - 1

그림 점 방식[ 2-85] 8

체성분 단말기 - 2

점 방식 체성분 측정 알고리즘 개발6. 8


나 설계 내용.

체성분 측정 알고리즘 개발1)

전문가용 체성분 분석기 시리즈의 체성분 측정 분석 알고리즘을 기반으로 가정용 주파수 활용InBody ( )



국내최고 수준


제지방량

와(InBody

비교실험)

비교시DEXA

이상r=0.97


비교시DEXA

이상r=0.97


이상r=0.9

체지방률

와(InBody

비교실험)

비교시DEXA

이상r=0.90


비교시DEXA

이상r=0.90


이상r=0.9

근육량

와(InBody

비교실험)

비교시DEXA

이상r=0.97


비교시DEXA

이상r=0.97


이상r=0.9

표 점 방식 체성분 측정 알고리즘 현재 기술력 및 설계 목표치< 2-23> 8

- 127 -

에 따른 대역의 인체 임피던스를 분석하여 개발20kHz, 100kHz fitting algorithm

와 인체 비교실험 실시2) InBody

가 실험 방법( )

남자 명 여자 명 등 총 명의 피검자를 대상으로 전문가용 체성분 분석기19 , 20 39 InBody

와 비교실험 실시720

나 실험 결과( )

제지방량(1) (kg) : r=0.999, SEE = 0.47

근육량(2) (kg) : r=0.999, SEE = 0.45

체지방률(3) (%) : r=0.993, SEE = 0.74

참고* : SEE = standard error estimation

그림 점 방식 체성분 단말기[ 2-86] 4 block diagram

- 128 -

그림 점 방식 체성분 단말기[ 2-87] 8 block diagram

- 129 -

제 장 홈게이트웨이 홈서버 및 헬스케어 단말기 연동 시스템 개발제 장 홈게이트웨이 홈서버 및 헬스케어 단말기 연동 시스템 개발제 장 홈게이트웨이 홈서버 및 헬스케어 단말기 연동 시스템 개발제 장 홈게이트웨이 홈서버 및 헬스케어 단말기 연동 시스템 개발3 /3 /3 /3 /

제 절 홈헬스케어용 홈게이트웨이 시스템 개발1

홈헬스케어용 홈게이트웨이 개요1.

가 홈네트워크 미들웨어들 홈게이트웨이들에 대한 표준 동향. ,

본 절에서는 홈네트워크 미들웨어들 홈게이트웨이들에 대한 표준화 동향에 대해 알아본다 홈게이트, .

웨이의 사실상 표준화 를 위한 단체인 가 있고 국제 표준으로서는(De Facto Standard) OSGi Alliance ,

이 있다 이들에 대한 간단한 기술적인 특징과 표준화 동향에 대해 알아본ISO/IEC JTC1 SC25 WG1 .

다 전력선 통신 쪽은 이 문서의 범위를 벗어나는 것이라 판단되어 제외한다. (PLC) .

홈네트워크 미들웨어1)

일반 가정에 홈네트워크가 구축이 되면서 많은 사용자들이 기기들을 홈네트워크에 연결하고 기기들을

제어하고 싶어 한다 정보가전 미들웨어 기술은 이러한 정보가전 기기들 간을 연결하여 통신이 가능하.

게 하기 위한 플랫폼과 통신 프로토콜이라고 할 수 있다 대표적인 것으로. HAVi(Home Audio/Video

등이 있으나 현재는 기술이 가장 대중Interoperability), UPnP(Universal Plug and Play), Jini UPnP

적이라고 할 수 있다 이 절에서는 대표적인 홈네트워크 미들웨어들에 대한 간략한 소개와 동향에 대해.

알아본다.

가) Jini

는 년 사에서 발표한 분산 환경의 홈네트워크 자원공유 시스템이다 는 하부구조로Jini 1998 SUN . Jini

와 에 통합된 분산 환경에 대한 플랫폼 보안모델을Java RMI(Remote Method Invocation) RMI Java

갖는다 상위계층으로 서비스 발견 및 통지를 하는 디스커버리 서비스를 검색하는 룩업. (Discovery),

갱신 가능한 지속 기반 모델을 사용하여 자원 할당을 보장하는 리싱 분산 환경에(Lookup), (Leasing),

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대한 이벤트 모델을 확장한 이벤트 그룹에 대한 모든 변경을 두 단계 커밋Java Beans , (two-phase

프로토콜을 처리하는 트랜잭션과 단순한 통신과 객체의 관련 그룹 저장을 위해 사용되는commit) Java

가 있다JavaSpace .

시스템은 어플리케이션 환경을 대의 으로부터 네트워크에 접속된 여러Jini Java 1 VM(Virtual Machine)

대의 기기에 적용 가능하도록 확장한 것이다 어플리케이션 환경은 분산 컴퓨터에 있어서 코드 및. Java

데이터가 기기간 이동하는 것이 가능하게 해준다 또 별도의 기기로부터 내려 받은 코드를 의심하지 않.

고 실행할 수 있도록 보안 기능을 준비하고 있다 룩업 서버가 네트워크를 이탈하지만 않는다면 그리고. ,

룩업 서버로 너무 많은 요청이 몰리지 않는다면 기술적으로는 미들웨어들 중 가장 우수하며 뒤에 소개,

할 의 기술적 근간을 이루고 있다 하지만 곧이어 나온 사의 에 밀려 향후 홈네트워크의OSGi . MS UPnP

미들웨어가 되기에는 힘들며 사에서도 그 사실을 인지하고 있다 에서도 새로 나온 규SUN . OSGi 4.0

격에서는 에 대한 지원을 하지 않는다 나중에 유비쿼터스 환경으로 갈 때를 위하여 선행연구에는JINI .

가 바람직하지만 지금 현 단계로서는 를 굳이 고집할 이유는 없어 보인다Jini Jini .

나) HAVi

는 년 소니 톰슨 필립스 도시바 샤프 히다치 등 개 가전업체가 참여하여 홈 엔터테인먼HAVi 1998 , , , , , 8

트 서비스를 위한 미들웨어 업체 표준을 정의하는 그룹이다 한때 여개 업체가 참여했고 비비드로직. 20

사 등이 실제 를 구현하여 제품으로 내어놓기도 했다 오디오 비디오 콘텐츠를(Vivid Logic) HAVi .

선 위에 스트림으로 전달하는데 문제가 없도록 연동시키기 위하여 표준 를 만드는데 목IEEE 1394 API

적이 있었다 기술은 홈네트워크에 가장 적합하도록 구성되어 있고 일부 기술이. HAVi IEEE 1394

에 포함되었으며 에서 를 채택하긴 했지만 주도를 하였던 소니DVM/MHP Open Cable IEEE 1394

사마저 를 포기하였고 와 등을 통하여 대체가 가능하게 됨으로써 입지가(Sony) HAVi , UPnP AV DLNA

넓어지는 일은 없을 것이라 판단된다 현재 노트북에 대부분 포트가 있음에도 불구하고 실제. IEEE1394

제품들이 거의 없어 아예 쓰지 않는 사용자들이 대부분이며 그런 사용자들이 늘어나는 것IEEE 1394

엔 다소 시간이 걸리리라 판단된다.

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다) UPnP

는 년 월 인텔 컴팩 미츠비시 필립스 소니 등 여 업체가 정의한 중심의 가UPnP 1999 6 MS, , , , , 150 PC

전기기 제어 미들웨어 단체 표준 기술이다 는 기반으로 하여 를 네트워크와. UPnP IP UPnP

로 확장하여 가전기기 서비스가 투명하게 연동할 수 있는 개방형 표준을 정의하고peer-to-peer , PC,

있으며 와 상호 연동이 가능한 구조이기도 하다 를 구성하는 요소기술은 홈네트워크에 연, HAVi . UPnP

결되는 기기에 자동 주소 할당 및 관리를 해주는 홈네트워크 상에서IP(Auto IP) Zero-Configuration,

기기나 서비스를 찾는 디스커버리 구동기 서버가 없는 환경에서 서비스를 제공하는 명칭 해, DNS DNS

결 서비스나 기기를 상세히 기술하는 데이터 구조인 기기 디스크립션 스키마(Name Resolution),

서비스 및 기기 규정 가 있다 년(Description Schema), API . 2003 DHWG(Digital Home Working

이 창설되고 그 이듬해에 이름을 로 바꾸었는데Group) DLNA(Digital Living Network Alliance)

에서 를 기본 아키텍처로 채택하여 는 그 입지가 넓어졌다 하지만 그 크기가 커서DLNA UPnP UPnP .

모든 홈네트워크 기기에 들어갈 수가 없는 구조이다 가령 예를 들어 용 전등이 따로 만들어진다. UPnP

던지 하는 일은 거의 일어나기 힘든 일이다 의 네트워크 컴포넌트와 그에 대한 설명은 다음과 같. UPnP

다.

기기 에서 기기는 서비스와 디바이스들로 구성되어있다 디바이스는 논리적 혹은 물- (Device) : UPnP .

리적으로 분리할 수 있다 예를 들어 디바이스는 그리고. VCR tape transport service, tuner service

들로 구성할 수 있다clock service .

서비스 에서 가장 작은 단위이며 액션과 상태변수들을 나타내는 기능을 갖고 있- (Services) : UPnP

다 디바이스 서비스는 상태 테이블 제어 서버 그리고 이벤트 서버들로 구성되며 상태 테이블은. UPnP , ,

상태 변수들을 통하여 서비스 상태를 모델링하고 상태가 변하였을 경우 상태를 변경하게 된다 제어 서, .

버는 액션 리퀘스트 액션 실행 상태 테이블 변경 그리고 요구에 대한 응답을 하게 된다 이벤트 서버, , , .

몇 개의 제어 포인트가 관심을 갖고 있는 상태 변수가 변경되었을 경우 상태를 알리는 역할을 수행한

다 예로는 화재경보기에서 화재 발생을 인지하고 이를 네트워크를 통해 소방서 혹은 경찰서 등에 설치.

되어있는 관제소에 전달하는 역할 등이라 할 수 있다.

제어 포인트 에서 제어 포인트는 하나의 컨트롤러로서 다른 기기를 발견하고- (Control Points) : UPnP

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이를 제어할 수 있는 능력을 갖고 있다 컨트롤러가 관심을 가지고 있는 기기를 발견한 후 제어 포인트. ,

는 다음과 같은 역할을 수행할 수 있다.

i. 기기 정보를 요구하고 서비스들의 리스트 정보를 요구할 수가 있다.

ii. 관심이 있는 서비스의 세부 정보를 요구할 수가 있다.

iii. 서비스를 통하여 액션들을 호출한다.

iv. 기기에 있는 변수들의 변화를 그 변수가 변화된 시점에 값을 요구할 수가 있다.

는 다음 다섯 개 단계를 거치게 된다UPnP .

주소 는 프로토콜에 기반을 두고 있으며 핵심은 주소에 있다 각각의- (Addressing) : UPnP TCP/IP .

기기들은 클라이언트를 가지며 기기가 처음 네트워크에 접속될 때 서버를 찾게 된다 서DHCP , DHCP .

버가 있으면 주소를 할당 받지만 없을 경우는 자동 를 사용 한다IP .

발견 기기가 주소획득 후 발견단계가 되는데- (Discovery) : SSDP(Simple Service Discovery

를 사용한다 는 기기가 서비스를 네트워크 내의 다른 기기에 전달하도록 도와준다 또Protocol) . SSDP .

제어 포인트가 새로 추가되면 관심 있는 기기를 찾도록 해준다.

디스크립션 제어 포인트가 기기발견 후 제어 포인트는 기기에 관해 아주 작은 정보를- (Description) :

갖고 있다 제어 포인트가 기기의 능력을 좀 더 많이 알 수 있고 또 기기와 상호작용하기 위해 제어. , ,

포인트는 발견 단계에서 획득한 정보를 이용하여 기기 디스크립션을 획득한다 기기는 논리적인URL .

디바이스와 서비스를 포함하고 있다 디바이스에 관계된 디스크립션은 로 포함되어있다 디. UPnP XML .

스크립션은 모든 디바이스와 서비스 리스트 제어 이벤트 그리고 프레젠테이션을 위한 을 포함하고, , URL

있다.

제어 제어 포인트는 위의 단계들을 통해 관련된 중요 정보들을 확보하게 된다 서비스에- (Control) : .

관련된 정보를 더 확보하기 위해 각각의 서비스와 관련된 디스크립션을 찾아야 한다 서비스와, UPnP .

관련된 디스크립션은 로 표현되어있으며 명령 액션 서비스 응답 매개변수의 리스트를 포함하고XML , , ,

있다 이 변수들은 실행 시 서비스 상태를 모니터링 하고 변수들의 데이터 타입 범위 그리고 이벤트. , ,

속성을 기술한다 기기를 제어하기 위해 제어 포인트는 액션 요구를 기기 서비스에게 요구한다 이 때. .

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제어 포인트는 적절한 제어 메시지를 이 서비스와 연관된 제어 에 보낸다 제어 메시지는URL .

을 이용하여 로 표현된다SOAP(Simple Object Access Protocol) XML .

프레젠테이션 만약 기기가 프레젠테이션을 위한 을 갖고 있으면 제어 포인트는- (Presentation) : URL

을 이용하여 이 페이지를 로딩하고 사용자가 기기를 제어할 수 있도록 한다 웹을 이용한 기기 제URL , .

어는 기기 생산자에 의해 제어 레벨이 정해지게 된다.

2) OSGi Alliance

는 년 서비스 게이트웨이의 표준화된 를 제공해주기 위하여 결성된 사실상 표OSGi Alliance 1999 API

준단체이다 의 초창기의 로부터 영향을 받아 여개 회원사가 발족을. SUN JES(Java Embedded Server) 15

하였고 지금은 개 가량의 회원사가 있다 게이트웨이를 위한 프레임워크용 표준 를 정의하였으며40 . API

버전이 올라갈 때마다 새로운 번들을 지원하는 를 내놓고 있다 초창기에는 가정용 서비스 게이트웨API .

이를 목표로 하였으나 부터는 자동차용 게이트웨이 에서는 모바일용 기기에 까지 확장을 하였고3.0 , 4.0

현재 엔터프라이즈에서도 그 필요성이 증대하는 상황이다 나 같은 공개 소프트웨. Knopflerfish Oscar

어가 나와 있으나 안정성을 보장하지는 못한다 의 자바 개발 툴인 부터 를 기본으. IBM Eclipse 3.0 OSGi

로 채택하였고 에서도 채택하였다 의, Apache . OMA(Open Mobile Alliance) DM(Device Management)

에서 쓰는 규격을 의 규격으로 채택하였으며 의 멤버인 노키아와 모토롤라가OSGi OSGi Alliance

규격 제정에 참여하였고 이것이 이기도 하다JSR(Java Specific Request) 232 OSGi Mobile Spec .

는 다른 표준과 달리 서비스를 딜리버리 해주는 입장에서 바라보고 있으며 가장 기본적인 홈네트OSGi

워크의 어플리케이션이 원격 관리라는 것이 될 것임을 간파하고 많은 전문가들이 고심하여 만든 규격( )

이다 사용자 한 사람만으로 봐서도 시간이 지남에 따라 관심을 갖는 서비스가 달라질 수 있으며 수많.

은 사용자들을 위해 모든 가능한 서비스를 한 기계에 다 집어넣을 수 없다 그러므로 필요한 서비스만.

을 다운로드하여 서비스를 해주는 개념으로 가야하고 그 때마다 서비스 기사를 파견하기 힘들 수 있으

므로 동적으로 소프트웨어가 로딩 되어 마치 프로세스처럼 동작하다가 필요가 없어지면 제거되는 라이

프 사이클도 관리가 되어야 한다 하나의 서비스에서 다른 서비스를 가져다 쓸 수 있는 구조를 가져 공.

간을 절약할 수 있으며 그러기 위해선 엄격한 번들 서비스들의 묶음인 소프트웨어로서 동적으로 로딩(

되는 소프트웨어 단위 관리가 필요하다 홈네트워크 분야의 경우 집안의 하드웨어를 필요할 때마다 교) .

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체하는 빈도는 거의 없어야 하지만 소프트웨어는 시시각각으로 변할 수 있다 가령 패치를 해야 하는.

경우라든지 필요한 서비스를 다운로드 해야 한다던지 그 교체주기는 하드웨어 교체주기보다 상당히 빈, ,

번하게 일어나게 될 것이다 그러기위해서라도 동적으로 로딩이 되어야 하며 또한 보안 문제를 따지지.

않을 수 없다 는 이러한 철학에 기반을 두고 만들어진 서비스 게이트웨이용 표준이다 유럽에는. OSGi .

이미 암암리에 많이 퍼져 있으며 직접 서비스 하고 있는 곳도 있다 가 홈네트워크를 위한 기기들. UPnP

을 연결하는 프로토콜의 성격을 갖고 있다면 는 외부에서 가정 내부로 서비스를 딜리버리 해주고OSGi

관리를 해주는 실행 환경이라고 보면 된다 국내의 경우에도 사업을 실제 하려는 경우 의 기본 아. OSGi

이디어를 채택한 표준으로 제안한 경우도 있으며 표준 제안하는 경우도 를 채택했을 경우 해결되, OSGi

는 문제점들이 절반이 넘게 됨을 알 수 있다 의 장점은 언제 기능이 첨부되고 삭제되더라도 그. OSGi

것에 유연하게 대처할 수 있는 표준이며 미들웨어가 복수개가 채택되더라도 그것을 지원해주며 어느 것

으로 대체되더라도 해당 번들 형태로 소프트웨어를 만들면 언제나 시스템 재부팅 없이 업그레이드 될

수 있다는 장점이 있다.

3) ISO/IEC JTC1 SC25

가 사실상 표준이었다면 에서 논의하는 것은 홈네트워크 기기간 상호OSGi ISO/IEC JTC1 SC25 WG1

연동을 위한 표준 제정하는 곳인데 홈게이트웨이도 그 중 하나이며 해당 표준을 위한 여러 나라들의 경

쟁이 치열한 곳이다 현재 등이 홈네트워크 미들웨어로서 강세를 띠고 있으며 에서도 세 가. UPnP OSGi

지 기술을 에 제안을 해놓은 상태이다 일본의 에코넷은 보안 부분에 치중되고 있다 한국에서 제SC25 . .

안한 이 단계를 넘어섰다 한국전자CCP(Common Communication Protocol) NP(New Proposal) . ETRI(

통신연구원 에서는 라는 이름으로 일부를 제안하려는 움직임이 있) UMC(Universal Middleware Core)

다 년 월 제안 예정 는 와 둘 다 등을 다 지원.(2007 9 ). UMC UPnP, PLC(LnCP LonWorks ), HAVi, Jini

해줄 수 있도록 만든 통합미들웨어 구현을 위한 한 방법이다 로부터 세 가지 제안이 도. OSGi Alliance

착해있는 상태이다.

홈헬스케어용 홈게이트웨이는 댁내에서 서로 다른 네트워크 홈네트워크와 광대역 네트워크 가 연결될( )

때 게이트웨이는 미디어 변환 주소변환 인증 및 필터링 등의 기능을 수행한다 현재 홈네트워크 표준, , , .

으로 를 채택하는 추세이며 이 과제에서는 임베디드 리눅스OSGi(Open Services Gateway Initiative)

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기반에 프로시스트 프레임워크를 올려서 개발을 하였다 그리고 네트워크 표준 통신 방식인.

통신 방식을 채택하여 보다 유연하게 서비스를 제공하도SOAP(Simple Object Access Protocol) 1.1

록 하였고 지그비 와의 통신은 로 통신(Zigbee) UART(Universal Asynchronous Receiver/Transmitter)

을 하였다 최대한 국제 표준화된 방법을 채택을 하여 국제 동향에 맞도록 표준화 모델에 이를 구현 하.

였다.

홈게이트웨이는 서로 다른 네트워크 홈네트워크와 광대역 네트워크 가 연결될 때 게이트웨이는 미디어( ) ,

변환 주소 변환 인증 및 필터링 등의 기능을 수행한다 기본적으로 하루 종일 시간 계속 전원이 켜, , . 24

져 있어야 하는 것이 필수적이다 그리고 보안 기능이 필수적이다 에서 정. . ISO/IEC JTC1 SC25 WG1

의한 게이트웨이의 기능은 기본적인 기능 이외의 것은 다른 쪽으로 통과하여 전달 해주는 것으로 되어

있다 과거엔 홈서버와 홈게이트웨이가 붙어있는 제품도 있었으나 미디어 서비스의 발달로 하드웨어가.

많은 용량으로 장착된 미디어 서버로서의 기능을 해주는 홈서버와 기본적인 기능을 해주는 홈게이트웨

이가 분리되는 형태로 가는 것이 일반적이다 그리고 홈서버의 역할은 점점 더 많아 질 것이고 홈게이.

트웨이도 지능화된 것으로 진화 중이므로 분리하여 기능을 수행하도록 하여야 한다 그리고 홈네트워크.

에서 아주 중요한 기능인 보안 기능이 필수적으로 들어가야 한다 하지만 이번 과제에선 다음 해에 보.

안 기능을 탑재하는 것으로 하고 올해는 보안기능이 들어갈 수 있는 게이트웨이의 형태로 시험을 하고

자 한다.

나 게이트웨이의 요구사항)

첫 번째 시간 전원 공급되고 안정적으로 구동이 되어야 한다 현재까지 안정성을 보장하기 위해 내, 24 . :

구성이 검증된 운영체제를 쓰는 것이 바람직하다 내구성이 검증이 되어있는 와 가 있. VxWorks Linux

다 그 중에서도 라이선스 필요 없는 를 채택하였다 로 해도 상관이 없지만 시. Embedded Linux . PC 24

간 항상 동작하려면 와는 별개로 독립적으로 동작할 수 있는 장치여야 한다 그리고 를 조작할 줄PC . PC

모르는 계층의 환자들이 많을 것임에 실제로 사업을 할 때는 보다는 따로 독립된 제품이어야 한다PC .

두 번째로는 보안기능 장착이 편리한 플랫폼 보안 기능은 홈네트워크에서 필수적이다 더군다나 환자: .

의 데이터를 외부에서 주고받는 형태라면 더더욱 중요한 기능이다 이를 위해선 에서도 전문가들. OSGi

이 다년간 고심하여 정한 플랫폼인 자바 플랫폼을 사용 할 것이다 자바에서 지원하는 보안을. Java 2

지원함으로써 버퍼 오버플로 같은 해킹 공격을 원천적으로 차단할 수 있다.

- 136 -

세 번째로는 외부에서 서비스를 자동으로 동적으로 업그레이드 하는 것이 가능해야 한다 환자의 경우. :

시간이 지남에 따라 관리하여야 할 질병이 달라질 수 있으며 메뉴도 달라질 수 있다 이것이 가능하기.

위해선 동적 다운로딩을 지원하는 가설치가 되어야 한다 는 상용과 공개형이 있는데 공OSGi . OSGi SW

개형의 번들은 안정성 보장이 제공되지 않고 있어 상용을 채택하여 시험 해보도록 한다 에서 가장. OSGi

안정성 있는 프로시스트 프레임워크와 번들을 사용하기로 하였다 안정성이 높아지면 언제든지 공개형.

으로 대체하여 사업을 할수도 있는 사업모델이다.

마지막으로는 원격관리 기능이다 외부 망에서도 홈게이트웨이를 원격 관리하는 기능이 필수적이다 이. .

를 위하여 원격관리가 가능한 번들 소프트웨어 이 장착이 되어있어야 한다( ) .

이상과 같은 기능을 갖는 홈게이트웨이에 의해 제공되는 수요자의 이점은 다음과 같이 진화할 것이다.

인터넷 접속 공유 및 동시 인터넷 접속-

댁내에서 파일 및 프린터 공유-

댁내에서 무선 랜 접속-

을 작업장소로 접속- VPN

방화 장치 및 보안기능-

광대역 전화- (VoIP)

주문형 비디오- IP

댁내 분배- A/V

원격 건강 감시-

보안 감시 기능-

홈자동 및 홈 제어-

원격 미터 검침-

홈헬스케어용 홈게이트웨이는 생체 정보 측정 단말기로부터 측정된 데이터가 지그비 를 통하여(Zigbee)

홈게이트웨이로 전달되는데 이때 홈게이트웨이는 측정된 데이터를 분석하여 홈서버 및 헬스케어센터로

분기하여 보내게 되면 반대로 홈서버 및 헬스케어센터로부터 들어온 데이터를 지그비 로 보내는(Zigbee)

- 137 -

중간자 역할을 하게 된다.

홈게이트웨이는 지그비 로 온 데이터를 홈서버나 헬스케어센터로 심전도기와 같은 비교적 데이(Zigbee)

터양이 많거나 연속으로 많은 측정 데이터를 올 경우 일정 수준까지 홈게이트웨이에 데이터를 적재를

시켜서 보다 적은 횟수로 홈서버나 헬스케어센터를 보내도록 하여 네트워크의 부하를 줄이도록 구현하

였다.

시스템 환경2.

가 하드웨어 환경)

- Product Namte : JangBoGo RH222UP-WL (Gateway)

- Intel PXA255/400MHz RISC Processor

- 128MB SDRAM Memory

까지 확장 가능- 32MB FLASH Memory (64MB )

포트 포트- 10/100MB Ethernet 2 Port (WAN 1 , LAN 1 )

- RJ45 Console Port

- RS232/RS485 2 Port

- USB2.0 Host 2 Port

- PCMCIA

- RTC (Real Time Clock)

- DIO IN/OUT (Programmable Change) 4 Port

- Power : DC 5V 3A

사용습도- : 10 ~ 90 %

- Dimension : 187(W) * 135(D) * 36(H) mm

나 소프트웨어 환경)

- 138 -

- OS : Embedded Linux

- Prosyst mBedded 5.2 (OSGi Framework)

- Spheon JSOAP (SOAP 1.1 Server and Client)

- IBM J9 Java VM

홈헬스케어용 홈게이트웨이 전체 흐름도3.

홈게이트웨이는 지그비 와 홈헬스케어용 홈서버 헬스케어센터 및 관리 데몬으로부터 들어온 데(Zigbee) ,

이터를 분석하여 데이터를 어디로 보내게 될지 결정하게 된다 지그비를 통해서 들어온 데이터를 생체.

정보 측정 단말기로부터 들어온 데이터인지 지그비 관리용 데이터인지를 분석하여 지그비 관리용 데이

터일 경우 관리 데몬으로 보내게 되고 생체 정보 측정 단말기로 요청 및 측정 데이터일 경우는 홈헬스

케어용 홈서버 및 헬스케어센터로 보내는 역할을 한다 그리고 네트워크 부하를 막기 위해서 측정 데이.

터가 연속으로 많은 양을 보게 될 경우에는 일정 수준으로 적재를 하여 이를 보내게 된다 홈헬스케어.

용 홈서버와 헬스케어센터로부터 들어온 데이터를 지그비로 보내게 되고 관리용 데몬으로부터 들어온

데이터 역시 지그비로 보내게 된다.

홈게이트웨이는 데이터를 손실을 막기 위해서 별도로 세션을 관리하게 되며 지그비 관리용 데이터일

경우는 데이터 유효성을 검사를 하고 이를 관리 데몬으로 넘기게 된다.

생체 센서 종류 홈게이트웨이 홈서버->홈게이트웨이 ->

헬스케어센터

혈당기 O O

심전도기 X O

체성분 분석기 X O

호흡 심박 단말기/ X O

체온기 X O

맥파기 O X

표 센서의 종류에 따른 데이터 처리 흐름< 3-1>

생체 측정 데이터일 경우는 채널에 따른 표 38에 데이터 센서의 종류에 따라 홈서버 및 헬스케어센터

로 분기하여 보내게 된다.

- 139 -

그림 헬스케어용 홈게이트웨이 흐름도[ 3-1]

헬스케어용 홈서버 세부설계4.

가. NodeServiceManager

는 지그비 와의 통신을 담당하고 있다 통신 속도는 이며 데이NodeServiceManager (Zigbee) . 19200bps

터 비트는 정지 비트는 로 통신을 하고 있다 시리얼 통신 규약인 의 표준으로 데이8bit, 2bit . RFC 1055

터를 전송하도록 구현이 되어 있다 그리고 데이터 마지막 비트를 필드를 두어 데이터의 유효. checksum

성을 체크하도록 되어 있다.

1) ReadThread

는 시리얼로부터 데이터를 바이트씩 데이터를 받아서 의 통신 규약으로 데이터ReadThread 1 RFC 1055

를 디코딩을 하고 한 패킷을 구분한다 그리고 필드를 이용해서 데이터를 유효성을 체크를. checksum

하고 받은 데이터에 대한 을 지그비 로 보내주게 되고 받은 데이터를 의ack (Zigbee) NodeMsgAnalysis

로 보내 처리하도록 한다MsgAnaly .

- run()

시리얼로부터 데이터를 한 바이트씩 읽어드려 규약에 맞게 디코딩을 하고 하나의 패킷이 되RFC 1055

- 140 -

면 함수로 보낸다send .

- send(byte[] data, int length)

받은 데이터와 데이터 사이즈를 이용해서 받은 데이터만큼만 함수를 호출하여 유효성checksumData

검사를 한다 그리고 의 정보를 분석하여 메시지와 지그비 관리용 메시지를 제외한 메시지. Header ack

들은 클래스의 로 메시지를 보내 지그비에게 메시지를 받아다는 메시지를 주게SerialOutput Send ack

된다 그리고 받은 모든 메시지들은 번들의 에게 보내지게 된다. MsgAnlysis MsgAnly .

- checksumData(byte[] data, int length)

받은 를 가지고 의 크기만큼 하여 데이터가 유효한지 검사를 하게 된다data length checksum .

2) Send

는 지그비로 데이터를 보내기 위해 필드를 채우고 의 통신 규약으로 데이터Send checksum RFC 1055

를 인코딩하여 지그비 로 데이터를 보내게 된다(Zigbee) .

- dataSend(byte[] data)

받은 를 클래스의 함수를 호출하여 시리얼로 데이터를 전송한다data SerialOutput send .

3) SerialOutput

데이터를 시리얼로 보내는 클래스로써 필드를 채우고 의 규약으로 데이터를 인코딩checksum RFC1055

하여 시리얼로 내 보내게 한다.

- Send(byte[] data)

받은 데이터를 의 함수를 이용하여 필드를 채우고 그 다음 필드를 채우고Header setSN SN checksum

마지막으로 함수를 통해서 의 규약에 맞게 인코딩한 다음에 시리얼로 내 보낸다setSLIP RFC 1055 .

나. NodeMsgAnlysis

는 실제 지그비 로부터 들어온 데이터를 처리하는 부분으로써 데이터의 헤더와NodeMsgAnlysis (Zigbee)

- 141 -

바디부분을 분석하고 데이터를 홈서버 헬스케어센터 및 관리 데몬으로 보내기 위해 결정 하는 부분이,

다 그리고 연속적으로 많은 데이터를 받을 경우에 데이터를 일정 수준으로 데이터를 적재를 시키고 데.

이터를 내 보게 된다.

1 1 1 1 V 1

SOF CI SN CMD DATA FCS

Header Payload Footer

표< 3-2> Command Frame

그림 노드와 게이트웨이 간의 통신 흐름 개요[ 3-2]

- 142 -

Command Name Value DirectionNode

RequirementGateway

Requirement

CACK 0x00 any M M

CStartRequest 0x01 node to gateway M -

CStartResponse 0x81 gateway to node - M

CDataRequest 0x03 node to gateway M -

CDataResponse 0x83 gateway to node - M

CConfigRequest 0x04 gateway to node - M

CConfigResponse 0x84 node to gateway M -

CLogRequest 0x05 node to gateway M -

CLogResponse 0x85 gateway to node - M

CEndRequest 0x7F any M M

CEndResponse 0xFF any M M

CAdvDataRequest 0x07 node to gateway M -

표 에 따른 와 간 처리 개요< 3-3> Command Gateway Node

전송된 데이터 형식은 위의 표 40와 같은 형식으로 데이터를 받게 된다Command Frame . Command

안에는 명령어 필드가 있는 데이터의 종류를 분석할 수가 있다 그리고 명령어 에서Frame (CMD) . (CMD)

를 제외한 모든 명령어 다음 그림CAdvDataRequest, CAdvDataResponse 137과 같은 처리 순서를 가

지게 된다.

1) MsgAnlysis

는 데이터를 헤더를 분석하여 첫 번째 비트 가 인지 혹은MsgAnlysis (SOF(Start Of Frame)) 0xE3 0xE4

인지를 구분하게 되는데 은 생체 정보 측정 단말기로부터 들어온 데이터이고 는 지그비 관리0xE3 0xE4

용 데이터로 구분된다 일 경우에는 관리용 데몬으로 보내기 위해 로 보내지게. 0xE4 ManagerInterface

된다 그리고 은 별도로 처리하게 되는데 헤더의 명령어 필드 에 따라서 데이터를 처리 형식. 0xE3 (CMD)

이 틀려지게 되는데 일 경우는 헬스케어센터로 데이터를 보내어 이를 처리하도록 하CAdvDataRequest

고 있다.

1 1 0/4CF ST Time

Payload의< CStartRequest Payload >

- 143 -

는 의 채널 별로 의 센서타입 을 로 보내어 세션CStartRequest Header (CI) Payload (ST) SessionManager

을 유지하도록 하고 센서 타입에 따라서 홈서버 및 헬스케어센터로 데이터를 보낸다 이. CStartRequest

외에 데이터 패킷들은 센서타입의 정보가 없기 때문에 에서 해당 채널 의 센서타입SessionManager (CI)

을 가져와서 홈서버나 헬스케어센터로 보낼지 결정하게 된다 그리고 에서 데이터가 올 경. CEndRequest

우 의 해당 채널에 대한 센서타입을 삭제하도록 구현이 되어 있다SessionManager .

1 2 VCF DSN DATA

Payload의 데이터< CDataRequest Payload >

7bit 6bit 5bit 4bit 3bit 2bit 1bit 0bitRsrvd Rsrvd Rsrvd Rsrvd Rsrvd Rsrvd Rsrvd LFF

의 필드< CDataRequest CF >

는 메시지는 데이터의 의 부분에서 필드에서 필드가 셋 이 되거나CDataRequest Payload CF LFF (SET)

개의 가 왔을 경우 데이터 내보내게 된다 보통 체온과 같은 측정 데이터가 간단할300 CDataRequest .

경우 거의 한 패킷에 데이터가 들어오지만 심전도기와 같은 센서들은 측정된 데이터의 양이 많아 연속

으로 데이터가 많이 오게 되어 웹서비스가 리턴을 늦게 주거나 웹서비스의 세션이 많이 생기는SOAP

문제가 발생하여 이를 해결하기 위해 데이터를 일정 사이즈로 적재하여 웹의 부하를 줄일 수가 있다.

다른 이외에 명령어들은 한 패킷으로 이루어져 있기 때문에 적재를 시킬 필요가 없이 그냥 보내게 된

다.

클래스- DataSave

로 들어온 데이터를 일정한 사이즈로 적재하여 홈서버나 헬스케어센터로 내보는 작업을CDataRequest

한다.

2) NodeMsg

는 데이터를 관리용 데몬으로 보내기 위해 로 보내는 역할을 한다NodeMsg ManagerInterface .

- 144 -

3) CenterMsg

는 데이터를 헬스케어센터로 데이터를 전송하는 역할을 하게 된다 클라이언트 모듈CenterMsg . SOAP

을 로드하여 헬스케어센터의 웹서비스를 이용할 수 있다 라이브러리는 클라이언트를 사. Sheop JSOAP

용했다.

4) ServerMsg

는 데이터를 헬스케어센터로 데이터를 전송하는 역할을 하게 된다 클라이언트 모듈CenterMsg . SOAP

이 구현이 되어 있고 을 사용한다Sheop JSOAP .

다. ServerReceiverManager

는 홈서버나 헬스케어센터로부터 들어온 데이터를 받는 역할을 하게 되는데ServerReceiverManager

을 웹 서비스를 통해서 접근이 가능하게 구현이 되어 있다Sheop JSOAP .

- setReceiverData(byte[] Header, byte[] dataBody)

홈서버나 헬스케어센터에서 접근하는 실제 함수이고 받은 데이터를 로 보내지게 된다NodeSend .

라. NodeSend

는 로부터 들어온 데이터를 분석하고 향후 보안에 디코딩 등을 확장NodeSend ServerReceiverManager

하기 위해서 만들어 놓은 번들이다 현재 는 데이터를 받아서 에 넘기. NodeSend NodeServiceManager

는 작업을 하고 있다.

- setSendData(byte[] Header, byte[] DataBody)

받은 와 를 하나의 바이트로 묶어서 의 로 보낸다Header DataBody NodeServiceManager dataSend .

마. SessionManager

는 에서 들어오는 데이터를 세션을 관리하기 위한 번들로써SessionManager MsgAnlysis

에서 채널 별로 센서타입 을 저장하고 에서 저장된 채널의 센서타입CStartRequest (CI) (ST) CEndRequest

- 145 -

을 삭제한다 그 외의 다른 명령어 에서는 센서의 타입을 알 수 없기 때문에. (Command)

를 참조해서 데이터의 세션을 유지할 수 있도록 하였다SessionManager .

- setSession(byte[] Header, byte[] DataBody)

은 정보를 읽어서 헤더의 명령어 를 분석한 다음 이면 채널setSession Header (CMD) CStartRequest (CI)

을 이용해서 센서타입 을 저장하고 이면 해당 채널 의 센서타입 을 삭제한다(ST) CEndRequest (CI) (ST) .

- getSeonsorType(byte type)

은 채널정보인 을 가지고 센서타입 을 가져와 반환한다getSensorType type (ST) .

바. ManagerInterface

는 데이터를 관리용 데몬에게 데이터를 보내는 역할을 한다 여기서 관리용 데몬으로ManagerInterface .

데이터를 보내기 위해 규약으로 데이터를 인코딩하여 데이터를 보낸다RFC 1055 .

- Send(byte[] Header, byte[] DataBody)

데이터를 관리용 데몬으로 통신을 통해서 넘겨주게 준다TCP/IP .

사. ManagerReceiverInterface

는 관리용 데몬으로부터 데이터를 받는 역할을 하는데 규약으로ManagerReceiverInterface RFC 1055

데이터를 디코딩하여 에게 데이터를 보내 지그비로 보내도록 하는 역할을 한다SendManager .

클래스- Receiverthread

로 데이터를 받기위해 서버를 구현하여 데이터를 받는 쓰레드를 상속받은 클래스이다TCP/IP TCP/IP .

- 146 -

제 절 홈헬스케어용 홈서버 시스템 개발2

홈헬스케어용 홈서버 시스템 개요1.

홈서버는 가 될 수도 있고 임베디드 제품이 될 수도 있다 해당 가정 내의 필요에 따라 바뀔 수 있PC .

다 본 과제에서는 노인성 질환을 관리하는 노인들 대상이 주목적이므로 를 쓰기 보다는 임베디드 제. PC

품이 되고 그것의 디스플레이가 가 될 가능성이 많다 홈서버는 미들웨어 중 가장 가능성 있는D-TV .

가 설치가 되어야 장치의 제어가 편리하다 그러고 혹시 미디어 서버를 겸용으로 쓰기에 편리하려UPnP .

면 나 임베디드 기반으로 되는 것이 편리하다 에는 가 기본으로 장착되어 있다 본 과XP XP . XP UPnP .

제에서는 의료용이긴 하지만 홈서버로 가전제품 제어도 할 수 있도록 확장되는 것까지 고려한다면 XP

나 임베디드 기반의 홈서버가 현재로선 바람직하다XP .

홈헬스케어용 홈서버는 생체 정보 측정 단말기의 측정 데이터의 양이 클 경우 이를 받아 데이터를 분석

가공하여 헬스케어센터로 보내는 역할을 한다 그리고 위급상황이 발생할 경우 이를 댁내 를 제어하. TV

여 위급 상황을 알려주는 역할도 겸한다.

시스템 환경2.

가 하드웨어)

- Processor : Via-C3/EDEN 800MHz~1.2GHz CPU

- System OS : Embedded windows XP

- Dimension : 355 X 270 X 67 mm/ 4.5Kg

나 소프트웨어)

- OS : XP Embedded (Service Pack2)

- Database : MySql

- Web Server : Resin pro 3.0.22

- Spheon JSOAP

- 147 -

- J2sdk 1.4.2_13

시스템 설계3.

가 헬스케어용 홈서버의 전체 흐름도.

헬스케어용 홈서버는 홈게이트웨이를 통해서 들어온 맥파기 데이터를 가공하여 헬스케어센터에 저장하

고 혈당 정보를 분석하여 위급 사항을 를 제어하는 한다TV .

그림 헬스케어용 홈서버 흐름도[ 3-3]

데이터를 받는 부분을 웹서비스를 운영하여 데이터를 저장하고 세션을 관리하기 위해 데SOAP MySql

이터베이스를 사용하였다 그리고 이라는 어플리케이션에서는 데이터베이스의 세션정보를. DataHandling

읽어서 웹서비스에서 저장한 데이터를 가져와 데이터를 분석한다.

헬스케어용 홈서버 세부 설계4.

가. WebService

웹서비스를 운영하기 위해서 웹서버에 을 올렸다SOAP Resin Spheon JSOAP .

1) CenterDataReceive

- 148 -

는 외부로부터 웹서비스를 접근할 수 있는 접근 인터페이스 역할을 한다CenterDataReceive .

2) MsgReceiver

받은 데이터를 게이트웨이를 분류하기 위한 와 실제 데이터의 부분과 부분으로MAC_ID Header Payload

나누어지고 에 저장하게 된다CommandFrame .

3) MsgAnlysis

에서 데이터의 부분을 분석하여 데이터의 명령어 부분을 분석하여ReadHeaderPacket Header (CMD)

에서 명령어에 맞는 의 클래스를 호출하게 된다Actcommand DataAnlysis .

1 1 1 1 V 1

SOF CI SN CMD DATA FCS

Header Payload Footer

< Command Frame >

4) DataAnlysis

의 명령어 를 읽어서 각 명령어에 맞는 처리를 하도록 한다Header (CMD) .

가) CStartRequest, CStartResponse

1 1 0/4

CF ST Time

Payload

< CStartRequest Frame >

7bit 6bit 5bit 4bit 3bit 2bit 1bit 0bit

Rsrvd Rsrvd Rsrvd Rsrvd Rsrvd CFGDF TMDF CTF

의 필드< CStartRequest CF >

를 처리하는 부분으로써 측정 데이터를 보내기 위한 기본적인 정보를 담고 있다 연속데CStartRequest .

이터전송 과 측정시간필드 및 설정필드 를 체크를 한다 그리고 로그필드 필(CTF) (TMDF) (CFGDF) . (LGEF)

드가 있다 연속데이터전송 이 셋 이 되었을 경우 생체 정보 측정 단말기로부터 데이터를 연. (CTF) (SET)

- 149 -

속으로 받는 경우를 말하고 데이터를 중간 유실되더라도 다시 요청을 할 수 없고 클리어 일 경우(Clear)

는 데이터를 유실했을 경우 재요청이 가능하다 측정시간필드 는 셋 이 되었을 경우 생체. (TMDF) (SET)

정보 측정 단말기가 데이터를 측정 시간이 필드에 시간정보가 있는 경우이고 클리어 일 경Time (Clear)

우에는 측정 시간 정보가 없기 때문에 서버의 현재시간을 측정 시간을 측정 시간으로 잡는다 설정필드.

는 셋 은 서버에서 단말기의 정보를 설정을 지원하는 경우고 클리어 일 경우는 설(CFGDF) (SET) (Clear)

정을 지원하지 않는 경우이다.

그리고 세션을 관리를 위하여 에 기본정보를 이용하여 데이터를 저장될 파일 이름을 위CStartRequest

해 생체 정보 측정 단말기의 종류 및 채널 등을 에 저장하게 된다(ST) (CI) DB .

이 모든 과정이 끝나게 되면 를 정상 수신 되었다는 것을 노드에게 알리기 위해CStartResponse

에 메시지를 만들어 보낸다MsgSend .

나) CDataRequest, CDataResponse

1 2 VCF DSN DATA

Payload의< CDataRequest Payload >　

7bit 6bit 5bit 4bit 3bit 2bit 1bit 0bitRsrvd Rsrvd Rsrvd Rsrvd Rsrvd Rsrvd Rsrvd LFF

의< CDataRequest CF　　＞　　

는 실제 생체 정보 측정 단말기로부터 측정 데이터가 오게 된다 측정 데이터를 파일로CDataRequest .

쌓기 위해 세션 를 검색하여 측정 데이터의 파일이름 만들어지게 되는데 와 채널 센서DB . Mac_ID (CI),

타입 을 이용하여 파일 네임을 정하여 파일로 측정 데이터를 저장하게 된다 은 데이터의(ST), DSN . DSN

보내는 메시지의 순서로서 씩 증가되면서 보내진다 는 마지막프레임필드 가 올 때1 . CDataRequest (LFF)

까지 각각의 메시지들을 파일로 저장하게 된다 마지막프레임필드가 셋 이 되면 을. (SET) CDataResponse

보내 정상 수신 되었다는 것을 보내게 되는데 에서 세션에 저장된 정보를 보고 변경된CStartRequest

설정 정보가 있으면 를 기다리는 정보를 보내게 된다CConfigRequest .

- 150 -

다) CConfigResponse, CConfigRequest

는 에서 설정을 정보에 변경이 있으면 를 보내고 정상CConfigRequest CStartRequest CConfigRequest

수신 되었다는 를 받게 된다CConfigResponse .

라) CEndRequest, CEndResponse

는 프로세스를 종료하겠다는 명령어다 이 명령어가 오게 되면 세션정보에 정상적으로 데CEndRequest .

이터를 받았는지 정보를 남겨 어플리케이션에서 이를 처리하도록 한다 그리고DataHandling .

를 보내 정상 종료하였다고 노드를 통해서 알린다CEndResponse .

마) CAdvDataRequest, CAdvResponse

는 시간정보를 요청하는 것으로 시간정보를 에 실어 보낸다CAdvDataRequest CAdvResponse .

5) MsgSend

는 홈게이트웨이랑 통신을 하는 역할을 하는데 에서 생체 정보 측정 단말기와 통MsgSend . DataAnlysis

신을 하기 위해서 홈게이트웨이에게 데이터를 전송하는 역할을 하게 된다.

나. DataHandling

1) Main

프로그램의 시작부분으로써 데이터베이스의 세션정보에 받은 데이터가 있는지 확인하는 작업을 하고 있

을 경우에는 을 생성하여 이를 처리하도록 한다 데이터베이스의 세션 정보를 초당 한DataHandling . 1

번씩 접근하여 분석하도록 구현이 되어있다.

2) DataHandling

측정된 데이터는 웹서비스에서 파일로 저장을 시켜놓은 상태이고 파일의 이름은 데이터베이스의 세션정

보를 가져와서 처리하도록 한다 그리고 모든 처리 과정이 끝나면 데이터베이스의 세션정보를 삭제한다. .

- 151 -

- run()

데이터베이스에서 가져온 세션 정보를 분석하여 분류별로 데이터를 처리하도록 만들어져 있다.

- deleteSession()

처리된 해당 세션을 데이터베이스에서 삭제하는 함수이다.

- deleteFile()

처리된 파일들을 삭제하는 함수이다.

- getDBData()

데이터베이스에서 세션정보를 가져오는 함수이다.

- getTotalData()

해당 세션의 저장된 파일을 읽어드리는 부분이다.

3) DataSave2

는 생체 정보 측정 단말기로부터 측정된 데이터를 불러들려 데이터를 처리하는 부분이다DataSave2 .

는 맥파기 데이터를 가공하여 헬스케어센터 데이터베이스에 저장한다PW_ECGDataSave .

- PW_ECGDataSaveDB(String pid, byte[] data)

맥파기 데이터를 분석하여 측정시간을 분석하고 측정 데이터를 파일로 만든 후에raw

함수를 호출하여 데이터를 분석하는데 이때 맥파기 분석 실행파일인BMSLProcessor()

를 호출하여 데이터 분석을 한다 분석이 끝나면 헬스케어센터 데이터베이스에 저BMSLProcessor.exe .

장한다.

4) Emergency

위험상황 경보를 화면을 통해서 하기 때문에 먼저 를 켜고 의 화면에 경보 메시지를 통보해TV TV TV

준다 그러기 위해서는 로 를 제어 하고 를 통해서 화면에 메시지를 알. TV Handler TV FullScreenStart

려 주게 구현이 되어 있다.

가) TV Handler

- 152 -

위험 경보를 알리기 위하여 를 컨트롤하는데 를 켜고 홈서버의 정보를 보여주기 위해 모드로TV TV RGB

변환하여 위험을 화면 위험 정보를 보여주는 준비 작업을 한다 를 컨트롤을 하기 위해서. TV

를 실행한다 는 을 통해서 시리얼로 를 직접 제어하게TVONOFF.exe . TVONOFF.exe TVLinkLCD.dll TV

된다.

나) FullScreenStart

위험 정보를 화면에 보여주는 어플리케이션으로써 혈당 데이터의 위험을 다음의 화면과 같이 화면에TV

보여준다.

그림 저혈당 위험 경보 화면[ 3-4]

- 153 -

그림 고혈당 위험 경보 화면[ 3-5]

- 154 -

제 장 홈헬스케어 서비스 시스템 개발제 장 홈헬스케어 서비스 시스템 개발제 장 홈헬스케어 서비스 시스템 개발제 장 홈헬스케어 서비스 시스템 개발4444

제 절 헬스케어 센터 서버 시스템 구축1

헬스케어 센터 서버 시스템 설계1.

헬스케어 센터 서버는 가정 내 홈서버에서 처리되어 가정 내에서 제공되는 서비스를 제외한 모든 데이

터의 집합 장소이자 서비스 센터의 역할을 수행한다.

가 세부 모듈별 기능.

생체정보 수신 모듈1)

생체정보 측정기에 탑재된 지그비 와 헬스케어 서버간 메시지 송수신을 위한- end-poin

처리 기능confirmed-message

전송받은 생체정보 메시지에 대한 기능- error-correction

전송받은 종의 데이터를 안전하게 레파지토리에 저장하는 기능- 4

생체정보 분석 모듈2)

수신받은 혈당 체성분 등 센서 데이터의 원시 데이터를 분석하는 기능- ,

서비스 연동기능 개발3)

수신받은 체성분 데이터를 바이오스페이스에서 제공할 체성분해설 를 비롯한 다수의 컨텐- DB

츠와 연동시키기 위한 기능 개발

분당서울대병원의 와의 인터페이스 기능- CDSS

서비스 피드백 모듈4)

- 155 -

고객별 맞춤형 건강관리 차트 생성 저장 업데이트 기능- / /

생체정보 측정 결과 발송 기능- SMS

운영자 모듈5)

가입자별 측정 측정기기 관리 기능-

가입자관리 기능-

서버 모듈7) DB

회원정보 회원의 생체정보 생체정보를 측정하는 장비정보 등 다양한 를 응용서버와 분리- , , DB

관리하는 기능 개발/

- 156 -

나 테이블 목록.

테이블테이블테이블테이블 IDIDIDID 테이블명테이블명테이블명테이블명 테이블 설명테이블 설명테이블 설명테이블 설명

KTBBS010M 자료실 자료실 관련 정보 관리

KTCHRT010M 혈당 측정정보 혈당측정정보 관련 정보 관리

KTCHRT020M 측정 정보ECG 측정정보 관련 정보 관리ECG

KTCHRT030M 측정 정보Inbody 측정정보 관련 정보 관리Inbody

KTCHRT040M 트레드밀 측정생체정보트레드밀 측정생체정보 관련 정보

관리

KTCHRT050M 혈압 측정생체정보혈압 측정생체정보 관련 정보

관리

KTCHRT050R 혈압 환경설정 혈압 환경설정 관련 정보 관리

KTCHRTDRVIEW010M 혈당 전문가 소견 정보 혈당 전문가 소견 관련 정보 관리

KTCHRTDRVIEW050M 혈압 전문가 소견 정보 혈압 전문가 소견 관련 정보 관리

KTCHRTUSER010M 혈당 환경설정 혈당 환경설정 관련 정보 관리

KTCHRTUSER010R 혈당 환경설정 시간대별( )혈당 환경설정 시간대별 관련( )

정보 관리

KTCOMCATE 공동코드 분류 관리공동코드 분류 관리 관련 정보

관리

KTCOMCODE 공동코드 관리 공동코드 관리 관련 정보 관리

KTINFO010M 건강정보 건강정보 관련 정보 관리

KTLOG010M 수신 로그 관리 수신 로그 관리 관련 정보 관리

KTLOG020M 포탈 사용 로그 관리포탈 사용 로그 관리 관련 정보

관리

KTNOTICE 공지사항 공지사항 관련 정보 관리

KTQNA020M 묻고 답하기 묻고답하기 관련 정보 관리

KTSMS_LOG 발송 이력 로그SMS발송 이력 로그 관련 정보SMS

관리

KTTALK020M 건강상담 건강상담 관련 정보 관리

KTUSER010M 사용자 기본정보 공통-사용자 기본정보 공통 관련-

정보 관리

KTUSER010M_H 사용자 기본정보 공통 이력-사용자 기본정보 공통 관련-

정보 이력관리

KTUSER010R 사용자 부가정보 사용자 부가정보 관련 정보 관리

KTUSER010R_H 사용자 부가정보 이력-

사용자 부가정보 관련 정보

이력관리

KTUSER011R 회원별 장비 정보 회원별 장비 정보 관련 정보 관리

- 157 -

KTUSER011R_H 회원별 장비 정보 이력회원별 장비 정보 관련 정보

이력관리

KTUSER030M 의사정보 의사정보 관련 정보 관리

KTUSER030M_H 의사정보 이력 의사정보 관련 정보 이력관리

KTUSER030R 회원 대 담당의사 매핑 정보회원 대 담당의사 매핑 관련 정보

관리

KTUSER030R_H 회원 대 담당의사 매핑 정보 이력회원 대 담당의사 매핑 관련 정보

이력관리

KTUSER031R 관심회원 정보관심회원정보 관련 정보 관리

KTUSER040M 서비스 담당자 정보

서비스 담당자 정보 관련 정보

관리

KTUSER040M_H 서비스 담당자 정보 이력서비스 담당자 정보 관련 정보

이력관리

KTZIPCODE 우편번호 우편번호 관련 정보 관리

SMS_MSG SMS 관련 정보 관리SMS

- 158 -

다. ERD

자 료 실

ID

자 료 실유 형제 목내 용첨 부 파일 1파 일 게시 명1첨 부 파일 2파 일 게시 명2첨 부 파일 3파 일 게시 명3첨 부 파일 4파 일 게시 명4첨 부 파일 5파 일 게시 명5공 개 여부메 일등 록 자ID등 록 자등 록 일자수 정 자ID수 정 자수 정 일자조 회 수

혈 당 측정 정보

회 원ID일 련번 호

Re ffe r e nc t 유형측 정일 자측 정시 간온 도혈 당값이 벤트전 송일 시입 력유 형수 정일 자수 정자

ECG 측정 정 보

회원 ID참조 번 호

측정 유 형측정 일 자측정 시 간Hea r t R a te자동 진 단자동 진 단결 과 수파일 명파일 사 이즈전송 일 자헬스 케 어센 터 소 견등록 자 ID등록 자등록 일 자수정 자 ID수정 자수정 일 자

혈 당 소견 정 보

일 련 번호 (FK)회 원 ID (FK)

시 작 일자끝 일 자소 견등 록 일자수 정 일자수 정 자

혈 당 기준 정보

회 원ID (FK)

최 고혈 당 치최 저혈 당 치기 상시 간아 침식 사 시간점 심식 사 시간저 넉식 사 시간취 침시 간C_ UNIT_T YP E등 록일 자수 정일 자수 정자일 련번 호 (FK)

공 동코 드 분 류정 보

공 동분 류 코드

공 동코 드 분류 명공 동코 드 분류 설 명관 련테 이 블

공 동코 드 정보

공 동분 류 코드 (FK)코 드

코 드명코 드설 명사 용유 무

건 강정 보

ID

건 강정 보유 형제 목내 용첨 부파 일파 일게 시명공 개여 부메 일등 록자 ID등 록자등 록일 자수 정자 ID수 정자수 정일 자조 회수

수 신로 그정 보

로그 ID

회원 ID장비 유 형측정 정 보수 신 일시M a c Addre s s송신 IP측정 정 보에러 코 드

포 탈접 속 로그 정보

회 원ID로 그인 일시

회 원유 형

공지 사 항

ID

공지 사 항유 형제목내용첨부 파 일파일 게 시명메일등록 자 ID등록 자등록 일 자수정 자 ID수정 자수정 일 자공개 여 부게시 시 작일 자게시 종 료일 자조회 수

묻 고답 하 기

ID답 변ID묻 고답 하 기유 형

제 목레 벨내 용첨 부파 일파 일게 시 명메 일게 시여 부S M S 수신 여 부등 록자 ID등 록자등 록일 자수 정자 ID수 정자수 정일 자조 회수

건 강상 담

ID

상담 유 형제목레벨내용파일 첨 부파일 게 시명메일게시 여 부S M S 서 비 스여 부등록 자 ID등록 자 명등록 일 자수정 자 ID수정 자 명수정 일 자조회 수

회원 기본 정 보

회 원 ID

회 원 패스 워 드회 원 명주 민 등록 번 호생 년 월일우 편 번호주 소나 머 지주 소전 화 번호핸 드 폰번 호메 일보 호 자명 1보 호 자명 2보 호 자명 3보 호 자관 계 1보 호 자관 계 2보 호 자관 계 3보 호 자연 락 처1보 호 자연 락 처2보 호 자연 락 처3담 당 자ID담 당 자명S M S 서비 스 유 무등 록 자ID등 록 자등 록 일자수 정 자ID수 정 자수 정 일자첨 부 파일

KT US ER010R

회 원ID (FK)

나 이성 별신 장체 중가 슴둘 레엉 덩이 둘레당 뇨여 부고 혈압 여부간 질환 여부기 타약 복용 여부약 복용 내역가 족질 병여 부가 족질 병내 역수 술여 부수 술내 역입 원여 부입 원내 역알 레르 기여 부알 레르 기내 역비 고상 태코 드등 록일 자수 정일 자

회 원별 장 비정 보

회 원ID (FK)서 비스 유형

M a c Add re s s사 용유 무등 록자 ID등 록자등 록일수 정자 ID수 정자 명수 정일 자

의 사정 보

의사 ID

패스 워 드의사 명전화 번 호핸드 폰 번호메일의사 면 허번 호소속 병 원기타유형 코 드

KTU S ER030R

의 사 ID사 용 자ID (FK)의 사 유형

등 록 자ID등 록 자등 록 일자수 정 자ID수 정 자수 정 일자회 원 ID (FK)

서 비 스 담당 자 정 보

사 원번 호

패 스워 드사 원명부 서명전 화번 호메 일유 형코 드등 록자 ID등 록자 명등 록일 자

우 편번 호

우 편번 호일 련번 호

시 도구 군동리도 서번 지다 량배 달처전 체주 소

체 성분 측 정정 보

회 원ID (FK)일 련번 호

전 송일 시C_S EXC_AGEC_HEIG HTC_W EIGHTC FAYC_FAT PC_M US CLEC_BM I

운 동 측정 정 보

회 원 ID일 련 번호

전 송 일시

혈 압 전 문가 소견 정 보

회 원 ID일 련 번호

측 정 시작 일시측 정 종료 일의 사 소견전 송 일자수 정 일자수 정 자ID

혈당 환 경 설정 (시간 대별 )

회원 ID

혈당 기준 최 고치혈당 기준 최 저치아침 식사 전 시 작시 간아침 식사 전 종 료시 간아침 식사 후 시 작시 간아침 식사 후 종 료시 간점심 식사 전 시 작시 간점심 식사 전 종 료시 간점심 식사 후 시 작시 간점심 식사 후 종 료시 간저녁 식사 전 시 작시 간저녁 식사 전 종 료시 간저녁 식사 후 시 작시 간저녁 식사 후 종 료시 간취침 전 시 작시 간취침 후 종 료시 간

관 심회 원 정보

회 원ID장 비유 형등 록일 자

조 회시 작 일자조 회종 료 일자소 견등 록자 아 이디등 록자 명

S M S

S NS ER IC EIDID받을 사람 전 화 번호상태S M S 요 청시 간유효 시 간타입S M S 시 도 횟수

보내 는 사 람 전 화번 호결과 코 드메시 지기타 1기타 2기타 3기타 4서버 로 메 시지 보내 는 시 간

혈 압 측 정생 체 정보

회 원 ID일 렬 번호

측 정 일자측 정 시간수 축 기혈 압확 장 기혈 압맥 박부 정 맥전 송 일시변 경 일시변 경 자ID

혈 압 환 경설 정

회 원ID

수 축기 혈 압 기준 치확 장기 혈 압 기준 치등 록자 ID등 록자 명등 록일 자수 정자 ID수 정자 명수 정일 자

그림 헬스케어 센터 서버 의[ 4-1] DB ERD

- 159 -

헬스케어 센터 서버 구현2.

가 서버 기능 구성.

헬스케어 센터 서버는 측정단말로부터 센싱된 데이터가 홈게이트웨이 등의 네트워크 플ZigBee

랫폼을 통해 서비스 플랫폼과 응용 서비스 계층으로 연계되는 구조로 개발되었다 헬스케어 서버는 서.

비스 플랫폼 및 응용 서비스 계층에 구현됬으며 부분적으로 운영관리 플랫폼을 포함하고 있다, .

그림 헬스케어 센터 서버 기능 구성[ 4-2]

- 160 -

나 헬스케어 센터 서버 모듈 관계.

헬스케어 센터 서버는 센서 단말기로부터 측정된 데이터를 홈 게이트웨이를 통해 통신 모듈로 수

신 받아 이를 화 하고 운영관리 서비스를 제공하는 모듈 관계로 구성되어 있다, DB , .

그림 헬스케어 센터 서버 모듈 관계 구성도[ 4-3]

- 161 -

다 헬스케어 센터 서버 통합 플랫폼.

헬스케어 센터 서버는 통합 서비스 플랫폼을 기반으로 웹 환경을 통해 사용자에게 서비스 인터페

이스를 제공한다.

그림 헬스케어 센터 서버 통합 플랫폼 구성도[ 4-4]

- 162 -

제 절 시스템 개발2 CDSS

홈 헬스케어 데이터를 이용한 시스템 개발 단계1. CDSS

생체 센서로부터 전달된 데이터를 분석하기 위하여 각 분야의 전문가인 전문의가 생체정보 데이터와 연

관이 있는 질환들에 대한 로직 알고리즘 구현 혈당 혈압 천식( , , )

생체 정보 센서로부터 발생된 데이터가 병원에서 검사한 데이터와 얼마만큼의 오차를 보이는 지에 대한

데이터의 정도관리 분석

생체 정보 신호와 관련된 중요한 의사결정의 요소들을 추출할 수 있는 엔진 설계 및 개발CDSS

시스템 구성도2. CDSS

* 방 화 벽방 화 벽방 화 벽방 화 벽

* * * * S N U B H S N U B H S N U B H S N U B H C DSS Se rve rC DSS Se rve rC DSS Se rve rC DSS Se rve r

DM ZDM ZDM ZDM Z

* 기 간 시 스 템기 간 시 스 템기 간 시 스 템기 간 시 스 템

내부망내부망내부망내부망

* 라 우 터라 우 터라 우 터라 우 터

* KT UKT UKT UKT U ---- H e alth H e a lth H e a lth H e a lth S ys te mS ys te mS ys te mS ys te m

* * * * 측 정 자측 정 자측 정 자측 정 자

**** Se ns e rSe ns e rSe ns e rSe ns e r

그림 시스템 구성도[ 4-5] CDSS

인터페이스 구성3.

구 분 내 용

전송프로토콜 또는HL7 Xml

- 163 -

혈당4. CDSS

적극적인 당뇨병관리로 당뇨병의 합병증을 예방한다.

미 세혈 관합 병증미 세혈 관합 병증미 세혈 관합 병증미 세혈 관합 병증

심 장병심 장병심 장병심 장병

HbA 1c

37%

14%

당 뇨병 에당 뇨병 에당 뇨병 에당 뇨병 에 의 한의 한의 한의 한 사망사망사망사망21%

1 %

당 화 혈 색 소

1% 감 소

그림 당화혈색소 감소율에 대한 합병증 감소율[ 4-6]

당뇨병환자의 자가 혈당의 측정을 통해 저혈당등 응급상황에 즉각적으로 대처할 수 있U-Healthcare :

으며 적극적인 당뇨병 관리를 가능하게 한다.

당뇨병 실시간 를 이용한 설계도와 주간 월간 작업의 두 가지로DFD(Data Flow Diagram) : data / batch

설계하였다.

CDSS INPUT인적정보 주민등록번호( key)

혈당 등의 생체데이터

CDSS OUTPUT 기간시스템 조회결과 엔진의 결과물을 환자에게 문자 메시지로 전송, CDSS

보완I/F닷넷 보안모듈2005

소켓통신

문자전송SMS 결과 및 추후 행동에 대한 메시지로 전송

표 인터페이스 구성< 4-1> CDSS

- 164 -

혈압5. CDSS

고혈압의 진단과 관리의 중요성 고혈압환자중 심혈관 질환 발생률이 진단받지 않은 고혈압환자군:

과 잘 조절되지 않은 고혈압 환자군 이 백의성 고혈압 환자군 과 잘조절된 고혈압(30.6%) (25.6%) (12.1%)

환자군 에 비하여 높은 비율로 나타나 고혈압의 진단과 관리가 중요함을 알려주었다(11.1%) .

고혈압 고혈압의 응급상황과 지속적인 관리의 두 가지로 설계하였다DFD(Data Flow Diagram) : .

그림 실시간 이용 당뇨병[ 4-7] Data DFD 그림 주간 월간 작업 당뇨병[ 4-8] / batch DFD

- 165 -

그림 고혈압 응급상황[ 4-9] DFD 그림 고혈압 관리[ 4-10] DFD

- 166 -

천식6. CDSS

천식환자의 환자의 증상점수와 폐기능 측정을 통해 매일 증상을 기록하고 관찰함으로U-Healthcare :

써 진료에 활용이 될수 있으며 초록 노랑 빨강의 건강신호를 표시하며 이에 따른 행동지침을 부여하고/ /

악화 정도에 따라 조기에 병원과의 연계를 가능하게 한다 이로 인한 기대효과로 불필요한 급성 악화.

방지 입원 및 응급실 방문 감소 환자의 치료 효과 상승 환자의 삶의 질 상승 전체 의료비 감소 효과, , , ,

를 볼 수 있다.

그림 천식[ 4-11] DFD

- 167 -

엔진7. CDSS

홈서버에서 호출하는 웹서비스 서버 엔진의 프로세스CDSS / CDSS

그림 웹서비스[ 4-12] CDSS 그림 프로세스[ 4-13] CDSS

그림 고객에게[ 4-15]

전동되는 휴대폰 SMS

그림 헬스케어 센터 서버로 전송되는 메시지[ 4-14]

- 168 -

시스템의 장점8. CDSS

새로운 개념의 개발 병원에 기록된 환자의 기록을 실시간으로 추출 연동할 수 있다 이는 개별CDSS : , .

화된 맞춤 서비스가 가능하며 유헬스케어 시스템에 새로운 방향을 제시했다.

준 응급상황에 적절한 임상적 판단을 가능하게 개발하였다 향후 응급한 상화을 예측할 수 있으며 이를. ,

미리 고지할 수 있는 엔진을 개발하였다CDSS .

엔진은 노인 및 취약한 환자관리를 목표로 개발하였고 이는 향 후 많은 의료비와 사회적 비용이CDSS ,

필요한 계층이다.

엔진은 증거근거의학을 근거로 작성되었다CDSS .

- 169 -

제 절 운동 식단 체성분 해설 개발3 , , DB

생활습관문진 설계1. DB


나 설계 내용.

생활습관문진 설계1)

가 생활습관 문진 컨셉)

전반적인 운동습관 및 식습관에 대하여 설문 후 적절한 설문결과를 제공할 수 있도록 꼭 필요한 문항만

을 간추려 구성

문항이 많을 경우 오히려 사용자로 하여금 불편함과 설문에 대한 거부감을 줄 수가 있어 최대한 복잡, ,

한 느낌이 들지 않도록 설문화면을 구성

나 생활습관 설문결과 기준)

운동습관 결과(1)

전반적인 운동습관에 대해 좋고 나쁨을 평가

유산소운동 근력운동 유연성 운동의 여부 운동의 규칙성 운동시간 및 강도의 적정성에, , , ,

대하여 평가 평가결과에 따른 올바른 운동방법을 제시,

식습관 결과(2)

식습관 설문을 개로 나누어 진행하며 전반적인 식습관 점수와 잘못된 식습관의 개선방안을2 ,

제시



국내최고 수준


생활습관문진개수 개개30


개30

바이오스페이스( )개30

- 170 -

가 기본 설문( )

식사의 규칙성 과식여부 식사속도 각 식품군별 섭취빈도 수분섭취량 편식정도 건강에 해로, , , , , ,

운 음식에 대한 선호도를 평가

나 추가 설문)

체지방률이 정상범위 초과인 사용자에게 제시되며 체지방률이 높은 원인을 찾기 위한 내용,

계획세우기3)

설문답변은 체성분과 함께 계획세우기에 자동으로 반영되며 특히 지켜야 할 생활습관의 목,

록은 사용자의 설문결과 중 개선이 필요한 생활습관을 바탕으로 제시됨

다 개발 문진 수 총 개) : 46

다 생활습관 설문화면)

그림 생활습관 설문화면[ 4-16] 1

- 171 -



- 172 -

그림 생활습관 설문 결과 화면[ 4-19]

- 173 -

알고리즘2. overall

가 체성분 해설 권장운동 권장식단 제공 알고리즘의 기본 컨셉) , ,

시작

성별

연령

AGE 1 AGE 2 AGE 3 AGE 4 AGE 5 AGE 6

1 2 3

체성분해설 영양 운동

기본적으로 성별 남 여 연령 단계 에 따라 를 세분화하여 제공한다 체성분 해설은 체중 근육량( / ), (6 ) DB . , ,

체지방량 체질량지수 체지방률 등 개의 인자를 표준 여부에 따라 세분화하여 제공하며 영양 및, (BMI), 5 ,

운동처방은 기본적으로 체지방량과 체지방률을 활용하나 옵션으로 설문과 계획 등을 추가할 경우 보다,

세분화하여 정보를 제공하도록 되어 있다.

- 174 -

체성분 해설 설계3. DB


나 개발 내용.

체성분 알고리즘 및 수1) DB



국내최고 수준


체성분 해설 수 개만개 이상1


만개 이상1

여개 체성분항목(40 )


개100

1

체 중

W T 1 W T 2 W T 3 W T 3

근 육 량

L B M 1 L B M 2 L B M 3 L B M 4

체 지 방

F A T 1 F A T 2 F A T 3 F A T 4

체 지 방 률

P F A T 2P F A T 2P F A T 2P F A T 2 P F A T 3P F A T 3P F A T 3P F A T 3 P F A T 4P F A T 4P F A T 4P F A T 4 P F A T 5 ( 3 차 ) P F A T 1P F A T 1P F A T 1P F A T 1

B M I

B M I2B M I2B M I2B M I2 B M I3B M I3B M I3B M I3 B M I4B M I4B M I4B M I4 B M I5 ( 3 차 ) B M I1B M I1B M I1B M I1

체 성 분 해 설

생 성

- 175 -

가 체성분 결과해설 알고리즘)

체중 근육량 체지방량 체지방률 등 총 가지 의 표준범위를 세분화하, , , BMI(Body Mass Index), 5 factor

여 체성분 결과해설 알고리즘을 개발

체중 총 구간 표준 이하 왼쪽 표준 오른쪽 표준 표준 이상(1) : 4 ( , , , )

근육량 총 구간 표준 이하 왼쪽 표준 오른쪽 표준 표준 이상(2) : 4 ( , , , )

체지방량 총 구간 표준 이하 왼쪽 표준 오른족 표준 표준 이상(3) : 4 ( , , , )

총 구간 표준 이하 표준 표준 이상 표준 이상(4) BMI : 4 ( , , 1, 2)

체지방률 총 구간 표준 이하 표준 표준 이상 표준 이상(5) : 4 ( , , 1, 2)

나 체성분 결과해설 알고리즘을 이용한 해설 수) DB

총 개의 경우의 수 체중 근육량 체지방량 체지방률 개 중 체성분 구조상 실256 ( 4 * 4 * 4 * 4 = 256 ) ,

현될 수 없는 경우의 수를 제외하면 약 개의 조건이 발생된다 여기에 각 조건별로 조200 . BMI

건 개씩 적용하면 총 개의 조건 수가 발생되는데 이를 고객이 이해하기 쉬운 멘트로 바꾸2 , 400 ,

는 과정에서 약 개의 조건이 서로 겹치거나 매우 유사한 의미를 나타내므로 이를 제외하고2~3

총 개의 개수를 생성한다150 DB .

다 체성분 결과해설 예제)

님 평소 몸에 힘이 부족하다고 느끼지 않으셨나요 체중 근육량 체지방량 모두 부족#name# , ? , ,

한 상태입니다 체지방률은 표준으로 체중에 비해서도 근육이 많지 않음을 알 수 있습니. ,

다 체중도 근육도 부족하니 몸에 힘이 있기가 힘듭니다 체중 근육량 체지방량 모. .; , ,

두 부족한 상태입니다 근육을 늘리면서 체중을 좀 더 늘릴 수 있도록 합니다 허약 체. . ;

형 허약한 님은 우선 무엇보다 체중을 좀 더 늘려주셔야 하겠습니다 단 체지방 #name# . ,

을 늘려서 체중을 늘리는 것은 아무 소용이 없다는 것 아시죠 근육을 길러야 우리 몸이 여러 활?

동을 무리없이 할 수 있습니다

- 176 -

체성분 해설 화면2)

그림 체성분 결과화면[ 4-20] 1


- 177 -

운동처방 설계4. DB


나 개발 내용.

운동처방 알고리즘 및 수1) DB

가 운동계획)

운동계획은 피검자의 체성분 분석 결과 및 성별 연령을 바탕으로 피검자를 위한 운동원칙 및 운동프로,

그램을 자동으로 제시하고 있습니다 생활습관설문조사와 계획변경을 할 경우 피검자의 활동 및 운동.

습관 계획 내용이 고려된 운동프로그램이 제시됩니다, .



국내최고 수준


운동개수 개여개200


여개200

바이오스페이스( )개70


- 178 -

나 운동목적)

설정측정자의 연령 체중 체지방률 운동경험을 기본으로 측정자의 체성분을 정상범위로 유지하기 위해, , ,

주가 되는 운동이 유산소운동인지 근력운동인지를 정합니다 유산소운동의 목적은 크게 심폐지구력 발, .

달 심폐지구력유지 체지방 감량 운동으로 나눕니다 근력운동의 목적은 크게 근지구력 유지 근지구력, , . ,

발달 근력 향상으로 나눕니다, .

다 운동 알고리즘) DB

체지방량과 체지방률을 각각 단계로 구분한 상태에서 식단제공 알고리즘을 개발한다4

체지방량 총 구간 표준 이하 왼쪽 표준 오른쪽 표준 표준 이상(1) : 4 ( , , ,


2

설 문 , 계 획 입 력 여부

설 문 만 입 력 설 문 , 계획 둘 다 입 력 계획 만 입 력 설 문 , 계 획 둘 다

입 력 하 지 않 음

체 지방

FAT1 FAT2 FAT3 FAT4

체 지방 률

PFAT2 PFAT3 PFAT4 PFAT5(3차) PFAT1

운 동 데 이 터

베 이 스 생 성

- 179 -

라 운동 빈도 시간 반복횟수의 설정) , ,

운동빈도 일반적인 기준인 주 회를 제시합니다 운동 빈도는 체중 체지방률과 설문(1) : 3~4 . ,

조사를 통한 운동습관 정도에 따라 다르게 제시됩니다 즉 운동을 처음 시작하는 사람에게는 주 회가. , 3 ,

체지방률이 정상이고 운동경험이 개월 이상이라면 주 회를 제시합니다3 4 .

운동시간 일반적인 유산소 운동은 본운동으로 분 이상을 권장합니다 체지방 감량을 위(2) : 30 .

해서는 본운동 시간을 분을 권장하고 있습니다 심폐지구력 유지 및 발달을 위해서는 분분30~60 . 30~50

을 제시하고 있습니다 체중감량을 위한 운동시간은 비만인 측정자가 주간의 운동 프로그램 동안. 8 1kg

를 감량하기 위해 필요한 시간을 보여주고 있습니다.

반복횟수 체중 체지방률 설문조사를 통한 운동습관 정도 성별에 따라 다르게 제시됩니(3) : , , ,

다 즉 운동을 처음 시작하는 사람은 회 세트의 근력운동이 권장되지만 운동경험이 개월 이. , 15~20 * 2 3

상이고 체지방률이 정상이면 회 세트 이상의 근력운동이 제시됩니다10~12 * 3 .

마 운동 종목의 설정)

유산소 운동 종목(1)

총 가지로 측정자의 체성분 연령 성별 체형을 고려하여 자동으로 제시됩니다 예를 들어21 , , , , . ,

비만인 피검자에게는 장시간 할 수 있는 저강도의 유산소 운동이 심폐능력 향상을 권장하는 피검자에,

게는 스쿼시와 같은 고강도의 운동이 제시됩니다 각 운동의 강도 및 에너지 소모량의 기본이 되는.

는MET Ainsworth,B.et al. 1993. "Compendium of physical activities: Classification of energy

을costs of human physical activities." Medicine and Sciense in Sports and Exercise 25:71-80'

참고하였습니다.

근력운동종목(2)

총 가지로 측정자의 연령 체성분 성별 체형을 고려하여 제공되는 운동 종목이 달라집니139 , , ,

다 집에서 할 수 있는 근력운동에는 기구를 이용한 근력운동은 포함되어 있지 않으며 웨이트트레이닝에. ,

- 180 -

는 페트병 들기와 같은 운동은 나오지 않습니다 근육량이 충분한 사람은 근지구력 유지를 위한 스트레.

칭 종목이 제시됩니다 하체허약형인 경우 하체 중심의 근력운동이 제시됩니다. .

운동처방화면2)

영양처방 설계5. DB


나 개발 내용.



국내최고 수준


식이항목개수 개여개1000

그림 없는 텍스트( )

여개1000

그림 없는 텍스트( )

개300

그림포함( )

그림 운동 처방 화면[ 4-23]

- 181 -

영양처방 알고리즘 및 수1) DB

가 식사계획 기준)

칼로리 선정기준(1)

기본 칼로리는 년 한국영양학회에서 발행한 한국인영양섭취기준에 사용된 이중표시수분방2005 '

법을 적용한 총에너지 소비량 산출 공식 을 이용하여 계산한 것을 그대로 적용한다(TEE) ' .

식단의 선정 기준(2)

체성분에 따라 섭취해야 하는 총 칼로리가 정해지면 식단의 종류가 결정된다.

가 고단백 식단의 제공( )

성장기의 어린이들 청소년들에게는 기본적으로 성인 및 노인에게서 체중증가식 체중감량식을, , ,

해야 하는 경우 고단백 식단을 제공한다 이 때 고단백 식품 위주로 구성된 식사가 제공되면서.

근육량 증가를 위해서는 단백질 섭취량을 늘려야 함을 권고한다.

나 무기질 식단의 제공( )

무기질 강화 식단을 제시하는 기준은 성별 연령이다 체중이 정상범위 이하이고 체지방률이 정, .

상범위 초과인 성인 여성인 경우 폐경 이후의 골다공증 발병의 예방을 위해 고무기질 식단을 제공한다.

소아의 경우에도 골격의 성장과 발육을 위해 고무기질 식단을 제공한다.

기타(3)

체성분 분석 결과를 바탕으로 기본적인 칼로리 제시와 식단의 종류 결정을 하며 이외에도 생,

활습관설문조사와 사용자의 계획변경에 따라 아침 식사 결식 횟수에 따른 총 칼로리의 세 끼 배분과 아

침식사 종류 등을 고려하여 식단을 제공한다.

- 182 -

나 음식 수) DB

총 개 음식 개별 사진 포함 개발330 ( )

다 영양처방 알고리즘) DB

체지방량과 체지방률을 각각 단계로 구분한 상태에서 식단제공 알고리즘을 개발한다4 .

체지방량 총 구간 표준 이하 왼쪽 표준 오른족 표준 표준 이상(1) : 4 ( , , , )


- 183 -

3

설문, 계획 입력 여부

설문만 입력 설문, 계획 둘 다 입력 계획만 입력 설문, 계획 둘 다

입력 하지 않음

체지방

FAT1 FAT2 FAT3 FAT4

체지방률

PFAT2 PFAT3 PFAT4 PFAT5(3차) PFAT1

영양 데이터

베이스 생성

- 184 -

영양처방화면2)

그림 영양처방화면[ 4-24]

- 185 -

제 절 생체정보 표준화 개발4 DB

개요1.

다양한 을 표준적인 방법으로 관리하여 관련 산업계를 활성화 시키고 인류의 복지증Health information

진에 기여하고자하는 사회 각 계층의 요구에 부합하고자 다수의 국제 표준 기구에서 이에 관한 표준화,

작업을 추진하고 있다 의 주요 표준화 영역은 보안분야 의학용어분야 전송분야 이. Health Informatics , ,

다.

헬스 서비스와 관련된 분야는 전송표준화 분야로 현재 등Ubiquitous , HL7, IEEE1073, NCCLS POCT

의 표준화 기구에서 중복되어 표준화 작업을 진행하고 있다 이로 인해 헬스서비스를 개발하는 측에서.

는 표준을 준용하는데 어려움이 야기된다.

따라서 본 지침서에서는 표준화 기구들의 상관관계를 조사한 후 홈 헬스케어 서비스 제공에 필요한 헬,

스정보 유통 가이드라인을 마련하고자 한다.

관련 표준화 기구2.

가. ISO/TC215/WG7

는 산하 개 기술위원회 중 하나로 보건의료정보 표준을 개발하는 위원회로서ISO/TC215 ISO 191 1998

년부터 활동을 시작한 기구로 시장의 세계화 보건의료정보의 지역 내 및 세계적 공유 활성화 및 보건. ,

의료전보산업 활성화를 촉진하는 것을 목표로 하는 표준화 기구이다 이 중 는 분야에서 정. WG7 POC

보통신기술을 활용하는 의료장비의 상호 운영성에 대한 표준을 개발한다 특히 분야에서는 실시간. POC

상호 운영 플러그 앤 플레이 무선제어 데이터 흐름 제어에 대해 중점을 두고 있다, , , .

나. HL7(Health Level 7)

년에 미국에서 병원 내 정보시스템 및 의료장비 접속에 관한 표준개발을 위하여 설립되었다 보건1987 .

의료정보시스템간의 접속표준 정보모델표준 전자의무기록 기능 표준 등 의사결정과 지식(V2.X, V3.X, , ),

지원을 위한 로직 구문 표준 임상문서표준구조 와 이기종간 산재된 개인의 통합 정보 뷰, CDA( ) CCOW(

어 표준 등의 표준이 있다) .

- 186 -

다. ASTM(American Standards for Testing and Materials) E1394/E1467

과 마찬가지로 임상자료 전송표준안을 다루고 있는 표준화 기구로 의 임상병리결과 전송 표HL7 ASTM

준안은 미국 내 임상병리 관련 프로그램을 개발 판매하는 많은 회사에서 해당 표준을 채택하여 사용하,

고있다 는 임상병리장비를 컴퓨터에 연결시켜 정보를 전달하는 것에 관한 표준이며. ASTM E1394 ,

은 전송표준으로 컴퓨터간의 디지털 신경조직 데이터 전달을 위한 규ASTM E1467 EEG, EKG signal

정을 담고 있다.

라. ATSM E1384

이 기구는 의무기록 표준화를 다루고 있는 있으며 을 위한 데이터 집합으로 개 세그먼트 내 하, CPR 14

위 개 항목을 정의하고 있다153 .

마. ASC X12(Accredited Standards Committee X12)

는 의료인 의료기관 및 보험기관 간의 진료비 청구와 송금에 관한 전송표준안 작업을 수행하ASC X12 ,

고 있는 기구이다.

바. IEEE1073, Medical Device Communications

은 각 디바이스에 적합한 통신 프로토콜을 를 참조하여 각 디바이스의 데이터IEEE1073 OSI 7 Layer

및 표준화 일반적인 통신서비스 표준화 및 전송계층의 표준화 작업을 수행하고 있다Semantics , .

헬스정보 시스템 컴포넌트3.

앞 장에서 기술한 바와 같이 헬스케어 도메인에 대해 다수의 표준화 기구에서 다양한 표준화 작업이 이

루어지고 있다 이에 본 고에서는 이하 디바이스에서 원격지 시스템까지의 어플리. Point-of-Care( POC)

케이션 통합 차원에서의 헬스정보 유통 가이드라인을 제시하고자 한다 즉 정의(application integration) .

된 인터페이스를 통해 디바이스와 원격지 시스템간에 상호 교환될 일련의 메시지들을 정의함으로POC

써 혈당데이터를 중심으로 한 헬스정보 유통 가이드라인을 작성하고자 한다.

이를 위해서 먼저 디바이스와 시스템 간에 고려해야 하는 인터페이스 유형을 식별해야 하며 이를POC

- 187 -

도식화 시킨 것이 그림 이다[ 4-25] .

가 헬스정보 시스템 컴포넌트의 특성.

헬스정보 시스템을 구성하는 컴포넌트는 그림과 같이 디바이스POC , Access point, POC Data

및 리모트 시스템이다 각 구성요소의 특성을 기술하면 다음과 같다Manager . .

디바이스1) POC

디바이스란 가정이나 병원에서 일반인들이 손쉽게 사용할 수 있는 휴대용 디바이스를POC (hand-held)

의마하며 혈당기 혈압기 등을 예로 들 수 있다, .

2) Access Point

란 디바이스가 측정값을 전달하고 관련된 정보를 교환하기 위해Access Point POC , POC Data

와 통신을 하기 위해서 사용하는 포괄적인 통신수단을 의미한다Manager .

3) POC Data Manager

의 주요 기능은 디바이스들에 대해 동시 접속 서비스POC Data Manager POC (concurrent connection)

를 제공하는 것과 병원에 존재하는 정보시스템과 데이터를 상호 교환하는 것이다 앞서 언급된 접속 서.

그림 헬스정보 시스템 컴포넌트의 특성[ 4-25]

- 188 -

비스는 디바이스로부터 측정값을 수집하거나 디바이스를 관리하기 위해서 필요한 기능이다POC POC .

더불어 정보시스템과의 데이터 교환기능은 디바이스로부터 전송받은 데이터를 정보시스템으로 전POC

달하거나 정보시스템에서 필요로 하는 를 디바이스에게 전달하는 기능 등을 수행하기 위해order POC

서 필요하며 현실적으로 헬스케어 도메인에서는 한 개 이상의 가 존재할 수 있다POC Data Manager .

리모트 시스템4)

리모트 시스템이란 디바이스에서 측정된 데이터가 최종적으로전달되어 사용되는 시스템을 총칭한POC

것으로 병원내 실험정보시스템 처방전달시스템(Laboratory Information System), (Order

의무기록 저장 시스템 등을 예로 들 수 있다Communcation System), .

나 인터페이스 특성.

헬스케어 도메인에서 고려해야 하는 인터페이스는 그림 에 나타나 있는 것처럼 인터페이스와[ 1] Device

인터페이스이다 인터페이스는 디바이스와 간Observation Reporting . Device POC POC Data Manager

에 상호 교환되는 일련의 메시지를 의미하고 인터페이스는, Observation Reporting POC Data

와 리모트 시스템 간에 교환되는 일련의 메시지를 의미한다Manager .

이와 같은 인터페이스 영역에서 준용할 수 있는 표준 규격들은 다음과 같다.

인터페이스 세부영역 표준화 기구

디바이스

인터페이스

Device and Access Point IEEE1073

Device Messaging Layer NCCLS POCT

Observation

Reporting

인터페이스

Observation

Reporting

HL7

각 인터페이스의 특성은 다음과 같다.

- 189 -

디바이스 인터페이스1)

일반적으로 디바이스와 는 시스템으로 구성된다 디바이스 단에는POC Data Manager tightly coupled .

사용자 인터페이스가 제한적으로 제공되기 때문에 헬스정보 전송과 관련된 각종 제어나 모니터링이 현

실적으로 어렵다 따라서 이러한 부분은 측에 제공하는 기능에 의존하게 된다. POC Data Manager .

그러므로 디바이스 인터페이스는 이러한 요구사항을 충족시키기 위해 두가지 영역으로 분리하여 정의해

야 하는데 그 하나가 디바이스와 간에 교환하게될 메시지들의 구조 내용 흐, POC POC Data Manager ,

름을 정의하는 이며 또다른 하나는 메시지들은 하게 전송하기 하기 위한 방법을 정의하는DML , reliable

이다 과 간의 상관관계는 그림과 같이 정의될 수 있다DAP . DML DAP .

인터페이스2) Observation Reporting

인터페이스는 가 디바이스로부터 데이터를 수신한 경Observation Reporting POC Data Manager POC

우 이를 해당 시스템에 전송하거나 관련된 를 전송하기 위해서 사용하는 인터페이스이다order .

본 고에서 다루고자 하는 헬스정보와 관련된 데이터는 와 같은 시스템에서 에서 정의하LIS, OCS HL7

고 있는 메시지 구조를 사용하여 내부 시스템에서 유통된다OBX .

따라서 인터페이스는 에서 정의하고 있는 메시지를 준용하여 사용해Observation Reporting HL7 OBX

야 할 것이다.

그림 과 의 상관 관계[ 4-26] DML DAP

- 190 -

헬스정보 유통 가이드라인4.

본 장에서는 앞서 언급된 디바이스 인터페이스와 인터페이스를 실제적으로 어Observation Reporting

떻게 활용하는 가에 대해 기술하도록 한다.

가 디바이스 인터페이스 적용.

디바이스 인터페이스는 앞서 언급된 두 가지 세부 유형 중 측면에서 적용방안을 기술하고자 한다DML .

측면의 디바이스 인터페이스은 디바이스 이하 로 기술 와 디바이스에 장착되는 네트워크DML POC ( SU )

모듈 이하 로 기술 간의 인터페이스 과 간의 인터페이스를 분류해야 하( Node ) , node POC Data Manager

며 그림 는 전체적인 메시지 흐름 측면에서 간의디바이스 인터, [ 4-27] SU, Node, POC Data Manager

페이스를 도식화 한 것이다.

그림 디바이스 인터페이스 흐름도[ 4-27]

- 191 -

각 구간에서 전송되는 메시지들에 대한 정의는 다음과 같다.

나 와 간 인터페이스 적용. SCU Node

이 장에서 설명하는 모든 은 와 를 공통으로 가지므로 구조에서 생략한다frame Header Footer frame .

는 가 이어야 한다Response primitive MSB 1 .

와 간 통신을 위해 존재하는 메시지 유형은 다음과 같다SU Node .

Command Name Value Direction SCU

Requirement

Node

RequirementACK 0x00 any M M

Start_Request 0x01 SCU to

Node

M

Start_Response 0x81 Node to

SCU

M

PID_Request 0x02 SCU to

Node

O

PID_Response 0x82 Node to

SCU

M

Adv_Data_Request 0x03 SCU to

Node

O

Adv_Data_Response 0x83 Node to

SCU

M

Data_Valid_Request 0x04 SCU to

Node

M

Data_Valid_Response 0x84 Node to

SCU

M

Data_Request 0x05 Node to

SCU

M

Data_Response 0x85 SCU to

Node

M

Config_Request 0x06 Node to M

- 192 -

각 메시지들의 구조와 기능은 다음과 같다.

1) ACK

가 구조)

가 없다Payload .

나 설명)　　

와 는 를 제외한 모든 을 수신하면 가능한 빨리 를 전송하SCU Node ACK command frame ACK

여야 하며 늦어도 aTimeoutAck를 넘겨서는 안 된다 와 는 를 수신하지 못하면 재전송. SCU Node ACK

을 할 수 있다 재전송 여부와 횟수는 의 능력에 따라 임의로 정한다. SCU .

2) Start_Request

가 구조）

OF(Option Field)

SCUConfig_Response 0x86 SCU to

Node

O

Log_Request 0x07 Node to

SCU

M

Log_Response 0x87 SCU to

Node

O

End_Request 0x7F any M M

End_Response 0xFF any M M

1 1 0/4

OF ST Time

Payload

7bit 6bit 5bit 4bit 3bit 2bit 1bit 0bitRsrvd Rsrvd Rsrvd Rsrvd LGEF CFGDF TMDF Rsrvd

- 193 -

- TMDF(Time Disable Flag)

에서 를 지원하는 경우clear : SCU RTC .

에서 를 지원하지 않는 경우set : SCU RTC .

- CFGDF(Configuration Disable Flag)

을 하나라도 지원하는 경우clear : remote configuration .

모든 을 지원하지 않는 경우 는 에 대한 절set : remote configuration . Node SCU configuration

차를 생략한다.

- LGEF(Log Enable Flag)

가 저장 및 전송 기능을 지원하지 않거나 전송할 가 없을 경우clear : SCU event log log .

는 전송 요청단계를 생략한다Node log .

가 저장 및 전송 기능을 지원하고 전송할 가 있는 경우 는set : SCU event log log . Node

마지막에 로 전송을 요청한다process Log_Request log .

ST(Sensor(HIS) Type)

의 종류를 나타낸다 이 값에 따라 는 로부터 받은 데이터를 어떤 프로파일에 따HIS . Node SCU

라 전송할 지 결정한다 또한 서버는 수신된 데이터를 어떻게 처리할 지 결정한다. .

Time

에서 측정된 데이터의 전송을 시작하는 시간이다 서버는 이 시간을 기준으로 시간 또HIS . SCU (

는 시간 과 서버시간의 오차를 결정하며 측정 데이터 내의 시간을 보정하는 기준으로 삼는다HIS ) . OF

의 가 일 경우 생략한다 시간 데이터의 형식은 날짜 및 시간 형식 참조TMDF set . 3.3

나 설명)

는 생체 신호를 측정하여 전송하거나 이미 측정된 데이터를 전송하기 위해서 에 전송SCU Node

프로세스의 시작을 를 통해서 알린다 를 지원하지 않는 는 필히 를 하Start_Request . RTC SCU TMDF set

고 를 생략한다 을 지원하지 않는 에 대해서는 를 하여Time field . Remote configuration HIS CFGDF set

- 194 -

필요 없는 절차를 생략할 수 있다configuration .

의 운용3) CI

는 와 간의 논리적 채널 값이며 는 각 에 대한 프로세스 시작 시에 마CI SCU Node SCU HIS HIS

다 하나의 채널을 부여한다 는 동일 에 대해서도 새로운 프로세스마다 다르게 부여할 수 있는 유. CI HIS

동적인 값이지만 한 프로세스 동안에는 변경되어서는 안된다 이 값은 상위 단에서 개별 를 지정하. HIS

는 기준이 된다.

3) Start_Response

가 구조)

에게 부여된 고유의 값으로 로그 데이터에 포함된다Node Address : Node .

나 설명)

는 를 받으면Node Start_Request aTimeoutStart_Response 시간 이내에 를 전송하여야Start_Response

한다.

4) PID_Request

가 구조)

가 없다Payload .

나 설명)

는 개인식별이 필요할 경우 를 송신하여 에게 개인식별을 요청한다HIS PID_Request Node .

5) PID_Response

8

Node Address

Payload

- 195 -

가 구조)

개인식별기 인식 결과를 나타낸다- Result : .

성공0x01 –

실패0x02 detect–

여러 개0x03 detect–

인식된 개인식별기의 개인식별정보이다 가 성공인 경우만 표시된다- PID : . Result .

나 설명)

는 에 대한 를 보내고PID_Response PID_Request ACK aTimeoutPIDResponse이내에 전송하여

야 한다. aTimeoutPIDResponse이내에 를 받지 못하면 는 에러 처리한다 개인식별PID_Response SCU .

이 성공이 아닌 경우 는 를 받은 후 프로세스를 종료한다 개인식별방법에 대해서는 문서Node ACK . U

을 참고한다Health Protocol Part3 .

6) Adv_Data_Request

가 구조)

설명 참고- Adv Data Packet :

1 0/8

Result PID

Payload

variable

Adv Data Packet

Payload

- 196 -

나 설명)

데이터 전송 프로세스를 진행하기 전에 상위 단으로부터 특정 정보를 얻(Data_Valid_Request)

을 필요가 있을 경우 는 이 명령을 통해서 정보를 얻는다SCU .

구조- Adv Data Packet

- Adv Data Command List

시간을 요청한다Time : Server .

알람 설정 정보를 요청한다AlarmSchedule : .

7) Adv_Data_Response

가 구조)

1 variable

Adv Data Command Data

Adv Data Packet

Command Name Command

Value

Data

Time 0x01 None

AlarmSchedule 0x02

variable

Data

Payload

- 197 -

에서 요청한 데이터Data : Adv_Data_Request

나 설명)

에 대한 응답을 준다Adv_Data_Request .

8) Data_Valid_Request

가 구조)

사이의 임의의 값이어도 되나 는- Start Count : 0~0xffff Start_Count + Num_of_Unit_Data

이하이어야 한다 을 사용할 것을 추천한다0x10000 . 0 .

전송하고자 하는 데이터를 단- Total_Num_of_Unit_Data : 0x1~ 0xffff, Unit_Data_Length

위로 나눴을 경우 의 개수Unit Data

- Unit_Data_Length : 1~aMaxUnitDataLength 한 의 크기, data unit

나 설명)

는 누적데이터가 있으면 누적데이터까지 포함하여 송신하고자 하는 데이터를SCU

단위로 에 전달할 수 있도록 관리할 수 있어야 한다 마지막 의 크기는Unit_Data_Length Node . Unit

Request Command Data

TimeReq 날짜 및 시간 형식 참조Time, 3.3

AlarmScheduleReq

2 2 1

Start_Count Total_Num_of_Unit_Data Unit_Data_Length

Payload

- 198 -

보다 작을 수 있다 저장된 데이터는 프로세스가 끝날 때까지 지워서는 안되며 프로Unit_Data_Length .

세스 중간에 어느 때라도 를 수신하면 그 요구에 맞는 데이터를 보내 줄 수 있어야 한다Data_Request .

한 프로세스에 보낼 수 있는 최대 데이터 량은 이며 는 한aMaxUnitDataLength * 65535 (byte) SCU

번 데이터를 송신할 때 누적 데이터를 모두 보내야 하므로 이 값이 저장 가능한 더 저장이 가능하다 해(

도 다른 로 보낼 수 없다 최대 용량이다Node .) .

9) Data_Valid_Response

가 구조)

가 없다Payload .

나 설명)

는 를 수신하면Node Data_Valid_Request aTimeoutDataValidResponse이내에

를 전송하여야 한다Data_Valid_Response .

10) Data_Request

가 구조)

가 받고자 하는 의 시작 카운트Req_Count : 0~0xffff, >= Start Count, Node unit data

가 받고자 하는 의 개수Req_Num_of_Unit_Data : Node unit data

나 설명）

는 을 받은 후 를 보내고 전송 준비가 끝나면 를Node Data_Valid_Response ACK Data_Request

보내어 로부터 데이터를 읽어간다 전송 중 에러가 발생할 경우 는 필요 재전송 등 에 따라 임SCU . Node ( )

2 1

Req_Count Req_Num_of_Unit_Data

Payload

- 199 -

의 위치의 데이터를 다시 요구할 수도 있다 결론적으로 는 가 이상이고. SCU Req_Count Start_Count

가 이하인 조건(Req_Count+Req_Num_of_Unit_Data) (Start_Count+Total_Num_of_Unit_Data)

을 만족하면 가 어떠한 데이터를 요구하더라도 그에 맞는 데이터를 보내주어야 한다 단 는Node . Node

프레임이Data_Response aMaxFrameSize를 넘어가지 않도록 데이터를 요청해야 한다.

11) Data_Response　

가 구조）

에서 요구한 데이터Data : Data_Request

나 설명）

는 가 요구한 데이터를 실어서 보낸다SCU Node .

12) Config_Request　

가 구조）

나 설명）

에 각종 설정을 요구한다 는 모든 를 지원할 필요는 없다SCU . SCU configuration command .

구조- Configuration Packet

variable

Data

Payload

variable

Data(Configuration Packet)

Payload

1 variable

Cfg Command Configuration Data

- 200 -

- Configuration Command

의 시간을 설정한다 형식은 날짜 및 시간 형식 참조- SetTime : SCU . Time 3.3

를 에 등록한다SetPID : PID matching table .

가 에 있으면 삭제한다DeletePID : PID matching table .

에 해당하는 사용자의 정보를 설정한다 의 형식은 별로 다를SetUserInfo : PID . UserInfo HIS

수 있으므로 서버와 간에 임의로 정한다SCU .

13) Config_Response

가 구조)

에 대한 결과를 표시한다Result : Config_Request .

나 설명)　

Data

Command Name Command Value Configuration Data(byte length)

SetTime 0x01 Time(4)

SetPID 0x02 PID(8)

DeletePID 0x03 PID(8)

SetUserInfo 0x04 PID+UserInfo(8+V)

1

Result

Payload

- 201 -

에 대한 결과를 표시한다Config_Request .

Configuration result code list

14) Log_Request　

가 구조)

가 없다Payload .

나 설명)　

의 의 가 이면 는 를 종료하기 전에 에Start_Request OF field LGEF set Node process SCU

를 보내어 서버로 전송할 를 받는다 의 의 가 이면Log_Request log . Log_Response CF INFF set

을 받고 다시 를 보낸다Log_Response Log_Request .

15) Log_Response

가 구조)

- CF : Control Flag

Name Code Description

CFG_SUCCESS 0x00 설정이 성공한 경우

CFG_FAIL 0xF0 설정이 실패한 경우

CFG_INVALID 0xF1 가 지원하지 않는 설정인 경우SCU

1 variable

CF Log Data

Payload

- 202 -

이면 보낼 프레임이 남았음을 의미한다INFF(Is Next Frame Flag) : set .

전송할 의 집합Log Data : log datagram .

나 설명)

를 받으면 전송할 가 있는 경우 를 실어서 전송하고 전송할 가 없Log_Request log log data , log

으면 를 생략하고 응답한다 의 크기는 전체 의 크기가Log Data field . Log Data frame aMaxFrameSize

이내인 경우에 한 해 임의의 크기로 할 수 있다 를 한 에 다 보낼 수 없을 경우 의. Log Data frame CF

를 해서 보내고 를 받으면 다음 을 전송한다 따라서 전송 종료의 책임INFF set Log_Reqeust frame . log

은 에 있다 전송에 있어서는 의 무결성을 보장하지 않는다SCU . log data .

16) End_Request

가 구조)

종료 이유ERQ Code : Process

나 설명）

나 는 를 끝내야 할 경우 상대방에게 을 보내어 의 종Node SCU process End_Request process

료를 알린다 를 수신하지 못하거나 에서 종료허가 를 받을 경우. ACK End_Response (ERS_OK) process

를 종료한다.

7bit 6 bit 5 bit 4 bit 3 bit 2 bit 1 bit 0 bit

Rsrvd Rsrvd Rsrvd Rsrvd Rsrvd Rsrvd Rsrvd INFF

1

ERQ Code

Payload

- 203 -

ERQ Code List


ERQ_NOMAL 0x00 정상 종료인 경우

ERQ _AUTHEN_ERR 0x01 사용자의 서버 인증이 실패한 경우

ERQ

_PID_DETEC_FAIL

0xA0 개인식별이 실패한 경우

ERQ _WPAN_ERR 0xA1 구간에 문제가 있는 경우WPAN

ERQ _TCP/IP_ERR 0xA2 망 구간에 문제가 있는 경우IP

ERQ _INVALID_CMD 0xA3 지원하지 않는 를 수신한 경우command

ERQ

_CMD_STRUC_ERR

0xA4 수신한 의 구조가 의 정의와command protocol

다를 경우ERQ_EXC_UNIT_DAT

A_LEN

0xA5 의 가Data_Valid_Request Unit_Data_Length

aMaxUnitDataLength를 초과할 경우

ERQ

_START_CNT_ERR

0xA6 의 와Data_Valid_Request Start_Count

의 합이 을Total_Num_of_Unit_Data 0x10000

초과할 경우ERQ_UNIT_DATA_NU

M_ERR

0xA7 의Data_Valid_Request

가 인 경우Total_Num_of_Unit_Data 0ERQ _REQ_CNT_ERR 0xA8 의 가Data_Request Req_Count Start_Count ~

의Start_Count + Total_Num_of_Unit_Data

범위를 벗어날 경우

ERQ _EXC_DATA_REQ 0xA9 의Data_Request Req_Count +

가Req_Num_of_Unit_Data Start_Count +

를 초과할 경우Total_Num_of_Unit_DataERQ_TIMEOUT_RES 0xAA 를 받지 못하여 종료할 경우Response

ERQ_TIMEOUT_WAIT 0xAB 다음 프로세스 대기시간을 초과하여 종료할 경우

ERQ _ETC_ERR 0xFF 기타 에러

- 204 -

17) End_Response

가 구조)

에 대한 응답 코드ERS Code : End_Request

나 설명）

와 는 를 수신할 경우 로 응답해 주어야 한다 이 때 현SCU Node End_Request End_Response .

재 상황과 의 를 분석하여 를 결정한다End_Request ERQ Code ERS Code .

다 와 인터페이스 적용. Node POC Data Manager

와 간 통신을 위해 존재하는 메시지 유형은 다음과 같다Node POC Data Manager .

1

ERS Code

Payload


ERS_OK 0x00 클라이언트의 종료를 허락하고 서버도 프로세스를 종료한다.

ERS_WAIT 0x01 클라이언트에게 대기할 것을 요청한다 클라이언트는.

aTimeoutWait동안 아무런 메시지가 없으면 를End_Request

다시 전송한다.

Command Name Value Direction Node

Requiremen

t

Gateway

Requiremen

tACK 0x00 any M M

- 205 -

각 메시지들의 구조와 기능은 다음과 같다.

1) ACK

가 구조)　

가 없다Payload .

나 설명）

와 는 를 제외한 모든 프레임 수신 시에Node Gateway ACK aTimeoutAck이내에 를 전송ACK

하여야 한다 를 수신하지 못할 경우 재전송할 수 있으며 재전송 여부와 재전송 횟수는 각 디바이. ACK

스의 능력에 따라 임의의 정할 수 있다.

2) CStartRequest

가 구조)

CStartRequest 0x01 node to gateway M

CStartResponse 0x81 gateway to node M

CAdvDataRequest 0x02 node to gateway M

CAdvDataResponse 0x82 gateway to node M

CDataRequest 0x03 node to gateway M

CDataResponse 0x83 gateway to node M

CConfigRequest 0x04 gateway to node M

CConfigResponse 0x84 node to gateway M

CLogRequest 0x05 node to gateway M

CLogResponse 0x85 gateway to node M

CEndRequest 0x7F any M M

CEndResponse 0xFF any M M

1 1 0/4

CSRQF ST Time

Payload

- 206 -

CSRQF(CStartRequest Flags)　

- TMDF(Time Disable Flag)

필드 생략clear : Time .

필드 포함set : Time .

- CFGDF(Configuration Disable Flag)

단계 포함clear : configuration .

단계 생략set : configuration

ST(Sensor Type)

의 종류를 나타낸다 이 값에 따라 서버는 로부터 받은 데이터를 어떻게 처리할 지sensor . SCU

결정한다.

Time

에서 측정된 데이터의 전송을 시작하는 시간이다 서버는 이 시간을 기준으로 시간sensor . SCU

또는 시간 과 서버시간의 오차를 결정하며 측정 데이터 내의 시간을 보정하는 기준으로 삼는( sensor )


Rsrvd Rsrvd Rsrvd Rsrvd Rsrvd CFGDF TMDF Rsrvd

Sensor Type Sensor Type Code Note

혈당기 1

심전도기 2

체성분분석기 3

런닝머신 4

혈압계 5

- 207 -

다 의 가 일 경우 생략한다 시간 데이터의 형식은 날짜 및 시간 형식 참조. CSRQF TMDF set . 3.3

나 설명)

코디네이터는 를 게이트웨이에 보내 전송 프로세스의 시작을 알린다 가CStartRequest . SCU

를 지원하지 않을 경우 를 하고 필드를 생략한다 가 을 지원하RTC TMDF set Time . SCU configuration

지 않을 경우 를 하여 단계를 생략한다 가 일 경우 게이트웨이는CFGDF set configuration . CFGDF set

이 정보를 서버에 알려 서버가 을 하지 않도록 한다configuration .

다 의 운용) CI　

코디네이터는 여러 개의 에 부속된 여러 개의 가 동시에 메시지의 전달을 시도하end node HIS

더라도 각각의 메시지가 서버에 전달되고 서버로부터의 응답이 목적한 에 정확히 전달될 수 있도록HIS

를 관리하여야 한다 는 현재 프로세스 진행중인 마다 다르게 부여되어야 한다 는 동일CI . CI HIS . CI HIS

에 대해서도 새로운 프로세스마다 다르게 부여할 수 있는 유동적인 값이지만 한 프로세스 동안에는 변

경되어서는 안 된다.

3) CStartResponse

가 구조)　

가 없다Payload .

나 설명）

는 를 수신하면Gateway CStartRequest aTimeoutCStartResponse이내에 를CStartResponse

전송하여야 한다.

4) CAdvDataRequest

가 구조)

V

Adv Data Packet

- 208 -

Adv Data Packet

시간을 요청한다Time : Server .

알람 설정 정보를 요청한다AlarmSchedule : .

나 설명）

가 데이터 를 통해서 서버에 데이터를 요청할 경우 이를 중계한다SCU Adv_Data_Request .

5) CAdvDataResponse　

가 구조)

Payload

1 V

Adv Data Command Data

Adv Data Packet

Command Name Command Value Data

Time 0x01 None

AlarmSchedule 0x02

- 209 -

에서 요청한 응답 데이터 세부 사항 미정Data : CAdvDataRequest ,　

나 설명）

에 대한 응답을 한다CAdvDataRequest .

6) CDataRequest

가 구조)

CDRQF(CDataRequestFlags)

마지막 프레임일 경우- LFF(Last Frame Flag) : CDataRequest set

SN

부호없는 정수 값으로 임의의 값에서 시작해서 새로운 프Sequence Number, CDataRequest

레임마다 씩 증가한다 의 시작 값은 임의지만 각각의 은 전송한 데이터 패킷과 의 관계를1 . SN SN 1:1

가진다 서버는 이 을 지정하여 특정 데이터 패킷의 재전송을 요구할 수 있다. SN .

DATA

V

Data

Payload

1 2 V

CDRQF SN DATA

Payload


Rsrvd Rsrvd Rsrvd Rsrvd Rsrvd Rsrvd Rsrvd LFF

- 210 -

전송하고자 하는 데이터 의 측정 데이터 또는 누적 데이터 세부 형식은 의 저장 데. SCU . Part1

이터 형식 참조

나 설명)　

코디네이터는 전송하고자 하는 데이터를 의 필드에 실어서 보낸다 이 때CDataRequest DATA .

전송하고자 하는 데이터를 한 프레임에 다 보낼 수 없을 경우 을 씩 증가시키며 새로운SN 1

을 보낸다 마지막 프레임일 경우 를 하여 게이트웨이에게 알리고 게이트웨이는CDataRequest . LFF set

이를 서버에 전달한다 코디네이터는 마지막 가 아니면 의 수신을 기다리. CDataRequest CDataResponse

지 않고 만 수신하면 를 계속해서 송신한다 단 의 송신 중에도ACK CDataRequest . CDataRequest

를 수신할 수 있어야 하며 바로 이에 대응할 수 있어야 한다 코디네이터는 서버에서CDataResponse .

특정 을 지정하여 재전송을 요구할 경우 그 에 해당하는 데이터 패킷을 전송할 수 있어야 한다SN SN .

7) CDataResponse　

가 구조)

CDRS_CODE & CDRS_DATA

코디네이터에게 다음 프로세스에 대한 정보를 제공한다.

1 V

CDRS_CODE CDRS_DATA

Payload

CDRS_CODE

Name

CDRS_CODE

Value

CDRS_DAT

A

Length(byte)

Description

CDRS_SUCCESS 0x00 0 을 정상적으로 수신CDataRequest

CDRS_PAUSE 0x01 0 송신의 일시 정지 요청CDataRequest

- 211 -

나 설명)　

게이트웨이는 을 수신할 경우 로 응답한다 마지막CDataRequest CDataResponse .

로 확인 를 수신하고 이 없을 경우 를 보낸다CDataRequest(LFF ) Configuration CDRS_SUCCESS .

수신 중에 버퍼 용량 부족 등과 같은 이유로 코디네이터의 송신을 중단시켜야 할 경우CDataRequest

를 보낸다 를 보낼 때는 최소한 개의 프레임을 수시할 수 있는 용량이CDRS_PAUSE . CDRS_PAUSE 2

남았을 때 보내야 하며 를 보내고 나서 수신하는 데이터는 정상적으로 처리해야 한다CDRS_PAUSE .

로 중단된 전송을 재개할 때 을 보낸다 마지막 을 받고CDRS_PAUSE CDRS_RESUME . CDataRequest

할 내용이 있을 경우 을 보낸다 수신한 프레임에 오류가configuration CDRS_CONFIG . CDataRequest

있거나 이 빠진 경우 등등 특정 의 을 다시 요구할 경우 와 요구SN SN CDataRequest CDRS_RETRANS

하는 을 보낸다 재전송 요구 이후 수신하는 의 이 의 과 다르SN . CDataRequest SN CDRS_RETRANS SN

면 만 보내고 무시한다ACK .

8) CConfigRequest

가 구조)

CCRQF(CConfigRequest Flags)

CDRS_RESUME 0x02 0 송신의 재개 요청CDataRequest

CDRS_CONFIG 0x03 0 단계에 대한 대기 요청Configuration

CDRS_RETRAN

S

0x04 2 데이터 재전송 요구 는. RSP_DATA

재전송을 요구하는 SN

1 V

CCRQF Configuration Packet

Payload

- 212 -

다음 이 있을 경우- INFF(Is Next Frame Flag) : configuration set

나 설명)

에 각종 설정을 요구한다 게이트웨이는 다음 이 있을 경우 를 하여SCU . configuration INFF set

야 코디네이터가 다음 를 기다리게 한다 게이트웨이는 마지막 일 경우CConfigRequest . configuration

를 하여 를 보내고 수신한 코디네이터는 송신 후 다음 프INFF clear CConfigRequest CConfigResponse

로세스 로그 전송 또는 종료 를 진행한다 의 세부내용은 다음과 같다( ) . Configuration Packet .

구조Configuration Packet

Configuration Command

의 시간을 설정한다 형식은 날짜 및 시간 형식 참조SetTime : SCU . Time 3.3


Rsrvd Rsrvd Rsrvd Rsrvd Rsrvd Rsrvd Rsrvd INFF

1 V

Cfg Command Configuration Data

Configuration Packet

Command Name Command Value Data Length(byte) Configuration Data

SetTime 0x01 4 Time

SetPID 0x02 8 PID

DeletePID 0x03 8 PID

SetUserInfo 0x04 V(8+N) PID+UserInfo

- 213 -

를 에 등록한다SetPID : PID matching table .

가 에 있으면 삭제한다DeletePID : PID matching table .

에 해당하는 사용자의 정보를 설정한다 의 형식은 별로SetUserInfo : PID . UserInfo sensor

다를 수 있으므로 서버와 간에 임의로 정한다SCU .

9) CConfigResponse

가 구조）

Result

에 대한 결과를 표시한다CConfigRequest .

나 설명)

에 대한 결과를 표시한다Config_Request .

10) CLogRequest

가 구조)

1

Result

Payload


CFG_SUCCESS 0x00 설정이 성공한 경우

CFG_FAIL 0xF0 설정이 실패한 경우

CFG_INVALID 0xF1 가 지원하지 않는 설정인 경우SCU

- 214 -

CLRQF(CLogRequest)

마지막 일 경우- LFF(Last Frame Flag) : CLogRequest set

Log Data

전송할 의 집합log datagram .

나 설명)　

이 끝나고 전송할 로그가 있을 경우 에 실어서 전송한다 전송할 로Configuration CLogRequest .

그 데이터가 한 프레임으로 끝나지 않을 경우 의 를 하여 전송하고 수신 후 다음CLRQF LFF clear ACK

프레임을 전송한다 마지막 프레임 전송 시에 반드시 를 하여야 한다 전송 중 중지요청을 받을. LFF set .

경우 재계요청을 받을 때까지 대기한다 의 구조는 전송의 각 계층마다 다를 수 있다 자. log datagram .

세한 내용은 각 계층 프로토콜 문서를 참조한다 가 저장하는 의 구조는 로. coordinator log datagram 6.4

그 저장과 전송을 참조한다.

11) CLogResponse　

가 구조)

1 V

CLRQF Log Data

Payload


Rsrvd Rsrvd Rsrvd Rsrvd Rsrvd Rsrvd Rsrvd LFF

- 215 -

CLRS_CODE & CLRS_DATA

코디네이터에게 다음 프로세스에 대한 정보를 제공한다.

나 설명)

게이트웨이는 를 다 받으면 의 가 를 전송한다log (CLogRequest INFF clear) CLRS_SUCCESS .

수신 중 버퍼 용량 부족 등과 같은 이유로 전송을 대기시켜야 할 경우 를CLogRequest CLRS_PAUSE

보낸다 를 보낼 때는 최소 개의 프레임을 저장할 수 있는 용량이 남았을 때 보내야 하. CLRS_PAUSE 2

며 를 보내고 나서 수신하는 데이터는 정상처리 하여야 한다 재계를 요청할 경우CLRS_PAUSE .

을 보낸다 의 재전송은 없다CLRS_RESUME . Log .

12) CEndRequest

가 구조)　

1

CLRS_CODE

Payload

CLRS_CODE Name CLRS_CODE Value Description

CLRS_SUCCESS 0x00 을 정상적으로 수신CDataRequest

CLRS_PAUSE 0x01 송신의 일시 정지 요청CDataRequest

CLRS_RESUME 0x02 송신의 재개 요청CDataRequest

1

CERQ Code

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CERQ Code　

종료 이유Process　　

나 설명）

코디네이터나 게이트웨이는 프로세스를 끝낼 때 상대방에게 을CEndRequest 보내어 프로세스

의 종료를 알린다.

13) CEndResponse

가 구조)

에 대한 응답 코드CERS Code : CEndRequest

Payload


CERQ_NOMAL 0x00 정상 종료인 경우

CERQ_WPAN_ERR 0xA1 구간에 문제가 있는 경우WPAN

CERQ_TCP/IP_ERR 0xA2 망 구간에 문제가 있는 경우IP

CERQ_INVALID_CMD 0xA3 지원하지 않는 를 수신한 경우command

CERQ_CMD_STRUC_E

RR

0xA4 수신한 의 구조가 의 정의와 다를command protocol

경우

CERQ_TIMEOUT_RES 0xA5 를 받지 못하여 종료할 경우Response

CERQ_TIMEOUT_WAI

T

0xA6 다음 프로세스 대기시간을 초과하여 종료할 경우

CERQ _ETC_ERR 0xFF 기타 에러

1

CERS Code

Payload

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나 설명)

와 게이트웨이는 를 수신하면 로 응답해 주어야 한다 이 때Node CEndRequest CEndResponse .

현재 상황과 를 분석하여 를 결정한다CERQ Code CERS Code .

라 인터페이스 적용. Observation Reporting

가 디바이스로부터 전달받은 데이터를 리모트 시스템에 전달하기 위해POC Data Manager POC

서는 에서 정의하고 있는 포맷을 준용해야 하며 이 세그먼트HL7 OBX (Observation/Result) Segment ,

의 포맷은 그림 와 같다[ 4-28] .


CERS_OK 0x00 클라이언트의 종료를 허락하고 서버도 프로세스를

종료한다.CERS_WAIT 0x01 클라이언트에게 대기할 것을 요청한다 클라이언트는.

aTimeoutWait동안 아무런 메시지가 없으면

를 다시 전송한다CEndRequest .

그림 타입 포맷[ 4-28] OBX

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그림 에 정의된 메시지를 구성하는 필드 중 본 고에서 다루고자 하는 헬스정보와 관[ 4-28] OBX

련된 필드들과 그에 대한 설명을 약술하면 다음과 같다.

1) SET-ID

이는 해당 메시지의 일련번호를 기술하는 필드이다.

2) Value-type

이는 메시지에 포함된 관찰 값의 포맷 즉 데이터 타입을 기술하는 필드이다OBX , .

3) Observation identifier

이는 해당 에 대한 고유 식별자를 기술하는 필드이다Observation .

혈당을 측정한 경우 라는 식별자가 이 필드에 포함된다GLU .

4) Observation sub-ID

이는 동일한 에 대해 복수개의 세그먼트가 있는 경우 이를 구분하기 위한Observation ID OBX

식별자를 기술하는 필드이다.

5) Observation Value

이는 에 의해 관찰 측정된 값을 기술하는 필드이다 그러므로 혈당계와 같observation provider / .

은 단말기에서 측정된 고유 측정값이 이 필드에 기록된다POC .

6) Units

이는 의 단위를 기술하는 필드이다Observation Value .

7) reference range

이는 의 하한지와 상한치에 대한 범위를 기술하는 필드이다Observation identifier .

8) Abnormal Flags

이는 측정된 결과값이 정상 혹은 비정상 등인지를 비교하여 그 판단결과를 그에 대응하는 값으,

로 표현하는 필드이다.

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9) Observation result status

이는 측정 결과값에 대한 상태를 기술하는 필드이다 즉 이 세그먼트에 포함된. OBX Observation

가 부분 측정된 값인지 측정이 완료된 값인지 등을 테이블을 참Value , observation result status code

고하여 해당 상태를 기술한다 혈당이나 혈압과 같이 측정 작업이 일회성으로 이루어지는 경우 이 필드. ,

는 라는 값으로 셋팅되어 진다F .

10) Date/time of the observation

이는 측정이 이루어진 날짜와 시간을 기록하는 필드이다.

11) resposible observer

이는 에 대해 책임을 질 수 있는 주체를 기록하는 필드이다 헬스케어 도메인Observation value .

에서 이 필드는 디바이스의 식별자로 셋팅된다POC .

다음은 가 세그먼트를 이용하여 리모트 시스템에게 혈당과 관련한 인터POC Data Manager OBX

페이스를 생성한 사례이다.

<VT>MSHMSHMSHMSH ^ & CICDMS OBSREV CICLIS OBSRCPT 20000610010355 ORU^R30 20000610010355:023 P 2.4AL AL<CR>PIDPIDPIDPID MR12345678^^^1 ActID135792468^^^1<CR>ORCORCORCORC RE<CR>OBROBROBROBR OrdIDA24680 1234-5^GLU^LN 0 5555^Smith^John^J^Dr<CR>OBXOBXOBXOBX ST 1234-5^GLU^LN 120 mg/d1 F User9876 CICDEV-111^SINGRES20000609102135<CR>NTENTENTENTE stat Physician Notified<CR><FS><CR>

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<?xml version="1,0" encoding="UTF-8"?><!DOCTYPE OBS.R01 SYSTEM "OBS.R01.dtd><OBS.R01>

<HDR><HDR.contral_id V="10003"/><HDR.version_id V="POCT1"/><HDR.creation_dttm V="2001-11-01T16:30:06-08:00"/>

<HDR><SVC>

<SVC.role_cd V="OBS"/><SVC.observation_dttm V="2001-11-01T16:29:54-08:11"/><SVC.status_cd V="NRM"/><SVC.reasion_cd V="NEW"/><SVC.sequence_nbr V="2524"/><PT>

<PT.patient_id V="PT222-55-7777"/><PT.location V="ICU-4"/><PT.name V="Jan Patient">

<GIV V="Janet"/><FAM V="Patient"/>

</IP.name><PT.birth_date V="1960-08-29"/><PT.gender_cd V="F"/><PT.weight V="110" U="Ibs"/><PT.height V="66" U="inches"/><OBS><OBS.observation_id V="1517-2" SN="LN" DN="Glucose"/><OBS.value V="85" U="mg/dL"/><OBS.method_cd ="M"/><OBS.status_cd ="A"/>

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제 장 결론제 장 결론제 장 결론제 장 결론5555

본 과제를 통해 무구속 무자각 지향의 센서와 기반의 무선 홈네트워크를 구축하여 홈네트워크ZigBee

용 헬스케어 시스템을 개발하였다 본 과제를 통해서 개발된 생체 정보 측정 센서는 가정 내 일상 생활.

에서 사용되어 혈당 혈압 체성분 심전도 호흡 체온을 센싱하며 이를 통해 홈헬스케어 서비스, / / / / /

를 제공해 줄 수 있다.

센싱된 데이터는 헬스케어 센터 서버 시스템을 경유하여 병원에 전달되고 병원에서는 의료인의 전문,

지식을 이용하여 의사결정 엔진을 통해 구축된 자동화된, CDSS(Clinical Decision Support System -

임상 의사 결정 보조 시스템 을 이용하여 사용자에게 측정 결과에 대한 의료적 피드백을 실시간으로 제)

공하게 된다 센싱 데이터는 헬스케어센터 서버의 에 저장 누적되어 관리된다 이 데이터를 기반으. DB , .

로 여러 가지 통계 정보를 통해 건강 관리의 추이를 확인할 수 있고 해당 사용자의 담당의사에게 제공,

되어 진료의 참고 자료로 활용될 수 있는 시스템이 구축되었다.

이러한 홈네크워크용 헬스케어 시스템은 상용화 가능성이 높은 기술로서 홈네트워크의 활성화와 함께,

헬스케어 서비스의 저변 확대에 기여할 것으로 예상된다 다만 이를 위해서는 무구속 무자각을 지향하. ,

면서도 센서의 의료적 신뢰도를 높여야 하며 홈네트워크의 인프라의 저변 확대가 필요하고 법 제도의, , /

개선이 필요하다 특히 현행 의료법상 원격 의료가 매우 제한적인 범위 내에서 인정되며 개인 정보 보. ,

호와 네트워크 기반의 홈 헬스케어 서비스가 기술적으로나 법 제도 정책적으로 보완되어야 할 부분이/ ,

많다 홈헬스케어 서비스는 단순히 기술 기반을 확대하여 사업의 새로운 분야를 개척한다는 관점보다는.

국민들의 삶의 질을 향상시키고 국가 전체적인 보건 비용을 감소시킨다는 점에서 큰 의의가 있다고 할

수 있다.

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본 연구보고서는 정보통신부의 출연금 등으로 수행한 정보통신연구개발사업의 연구결과입니다1. .

본 연구보고서의 내용을 발표할 때에는 반드시 정보통신부 정보통신연구개발사업의 연구결과임을2.

밝혀야 합니다.

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최종연구개발결과보고서 - itfind.or.kr · 인의상황에맞는서비스를제공하는헬스케어시스템개발을목적으로한다. 센서단말개발에있어서는혈당