인체착용형생체신호측정시스템 ( 주) 두성기술 중소기업기술정보진흥원
중소기업기술개발지원사업최종보고서 사업명 과제명 중소기업이전기술개발사업 인체착용형생체신호측정시스템 주관기관 ( 구매기관 ) ( 주 ) 두성기술 대표자강남욱 과제책임자 강남욱 주소대전시대덕구신일동 1687-3 전화번호 042-936-9166 개발기간 2008.06.01 ~ 2009.05.31 ( 12 개월 ) 개발사업비 ( 천원 ) 공동개발기업 / 참여기업 위탁연구기관 정부출연금 132,138 기업부담금 현금 15,000 현물 30,000 건양대학교산학협력단 계 45,000 개발목표달성도 (%) 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100 개발완료시기 2009 년 5 월 기술료납부의사 ( 정부출연금의 20%) 납부 ( ), 미납부 ( ) 중소기업기술개발지원사업운영요령제 24 조및제 29 조의규정에의하여최종보고서와사업비사용실적보고서를제출합니다. < 별첨 > 1. 중소기업기술개발지원사업최종보고서종합관리시스템제출및출력물 7 부. 2. 사업비사용실적보고서 1 부 ( 종합관리시스템활용제출 ) 2009 년 6 월일 과제책임자 : 강남욱 ( 인 ) 주관기관 : ( 주 ) 두성기술대표자 : 강남욱 ( 인 ) 중소기업청장귀하 - 1 -
제출문 중소기업청장귀하 본보고서를중소기업기술개발지원사업에과제의최종보고서로제출합니다. 사업명 : 중소기업이전기술개발사업 과제명 : 인체착용형생체신호측정시스템 개발기간 : 2008.06.01 ~ 2009.05.31 ( 12 개월 ) 2009. 6.. 주관기관 : ( 주 ) 두성기술 ( 대표자 ) 강남욱 ( 인 ) ( 공동개발기업 / 참여기업 ) ( 대표자 ) ( 인 ) ( 위탁연구기관 ) 건양대학교산학협력단 ( 대표자 ) 허용도 ( 인 ) 과제책임자 ː 강남욱 연구원 ː 손영달 " " " " ː김상권 ː김현남 ː송대형 ː임민수 - 3 -
요약서 ( 초록 ) 과제명 키워드 인체착용형생체신호측정시스템 바이오셔츠, 심전도, 심박수, 활동량, 지그비전송 개발목표및내용 항목계획실적달성도 (%) 개발목표세부개발내용및목표치 저전력, 단체용인체착용형생체신 호측정시스템개발 1. 생체신호무선전송 150m 거리 2. 심박동시모니터링 50개수량 3. 네트웍을통한생체가능신호전송 4. 착용자상태측정가능 5. 최대송신출력 8dBm 저전력, 단체용인체착용형생 체신호측정시스템개발완료 150m 전송가능한지그비 전송회로개발완료동시 50명의심박수수신가능 한모듈및프로그램개발완료 PSTN 전화망을이용한생체 신호전송시스템개발완료가속도센서기반착용자상태 측정알고리즘개발완료지그비송신출력 8dBm 회로 개발완료 100 100 100 100 100 100 지적재산권 ( 특허, 실용신안등 ) : 건수 ( 특허출원 6 건, 상표권등록 1 건 ) 기타성과 기타 : 전자파인증완료, 매출 8 억달성 (09 년 4 월 ~ 09 년 6 월 ) 2009 년도 30 억매출예상 기대효과 단체형생체신호측정시스템의개발완료로기존수입에 100% 전량의존하 던본시장에서국내제품으로서최초로시장에진입하게되었으며, 2009 년도 부터직접적인매출이발생할수있으며, 수출기대효과또한매우높음. 적용분야 - 단체운동관리 ( 학교, 군부대, 전문운동선수단등 ) - 학생건강체력평가시스템적용 변경사항없음 - 4 -
목차 제 1 장개발기술의개요 ---------------------------------- 6 제 1 절개발대상기술중요성 -------------------------------- 6 제 2 절국내외관련기술현황 -------------------------------- 8 제 2 장개발목표및개발내용 --------------------------- 10 제 1 절기술개발목표 -------------------------------------- 10 제 2 절세부계획및개발내용 ------------------------------- 12 제 3 장성과요약및기대효과 ---------------------------- 38 제 1 절핵심개발성과 ------------------------------------- 38 제 2 절개발기술의적용제품 ------------------------------- 39 제 3 절기대효과 ------------------------------------------ 41-5 -
제 1 장개발기술의개요 제 1 절개발대상기술의중요성 1. 기술적측면에서의중요성가. IT, BT, NT 융합기술에의한시스템구현 : 본사업에의해개발될착용형생체신호측정시스템은대상자의심전도, 심박수와같은생체신호와음수, 이동거리, 하루열량소모와같은활동량신호를측정하기위한기술과취합된데이터를원격지로전송하여통합관리및분석하기위해필요한 IT 기술과대상자의신체에착용하여심전도, 활동량등다양한생체신호를측정하기위해전극및센서를개발하기위해활용된 NT 기술과취합된생체신호를분석하여대상자의감성을인식하고표현하여주고, 대상자의질병을예측하여주는 BT기술이융합된차세대퓨전기술로서미래의핵심기술을확보하고, 컨버전스시대의조류에대응하며, 새로운성장동력을창출하고, 건강하고안전한삶을실현하기위해반드시필요한기술임 나. 저전력, 소형화된휴대형생체신호측정단말기의개발 : 기존의무선전송이가능한생체신호측정기의경우전류소모가커서신체에부착하는데한계가있어상용화가늦어지고있는실정임. 본사업에의해개발될착용형생체신호측정시스템의경우한국전자통신연구원의기술로회로의소형화와저전력화가완성되어한번의배터리교환으로 1년정도를사용할수있는획기적인기술개발제품임. 2. 경제적측면에서의중요성가. 유헬스는신성장산업으로서의중요성뿐만아니라노인의료비가급증하고있는한국경제의현실에서의료비절감의주요수단이될수있으며원격환자모니터링만으로도국민건강보험지출과환자의본인부담금이절감되는등연간 1.4조원 (2006년기준 ) 의사회적순편익이발생할것으로추정되며, 본사업에의해개발될착용형생체신호측정시스템에의한심장박동수, 활동량정보와같은실시간생체신호모니터링시스템은가정용헬스케어시스템으로서대상자의건강상태와응급상황에대한대응을함으로써정부와환자에게는불필요한의료비용을감소시켜비용절감이라는편익을, 의료기관과기업에게는수익 - 6 -
증대와새로운사업기회를제공함으로써의료산업의효율화와선진화를견인할 수있음. 나. 노인장기요양보험제도의시행과같은시설의증대 : 2008년 7월부터시행될노인장기요양보험제도의시행으로노인전문병원들이신규건설될것이며, 요양노인들의건강모니터링을위한요구발생으로신뢰성있고체계적인건강모니터링시스템의필요성이대두되고있음. 또한, 고령화를통해만성질환자의증가로인체정보의지속적축적및관리필요성이증가하면서언제, 어디서나진료가능한서비스에대한니즈가증가하고있으며, 미국헬스케어비용의 75% 가만성질환치료에사용된것으로추정되며, 미국노인의 75% 가만성질환에시달리고있는상황이며향후 2년내에병원의약 50% 가의료부문에무선기기를도입할것으로예측하고있음. 3. 산업적측면에서의중요성가. 새로운산업분야의개척으로인한다양한업체의참여가능 : 본사업에의해개발될인체착용형생체신호측정시스템은 IT, BT, NT 기술이융합된새로운형태의퓨전기술로서이러한융합기술개발을통해미래의핵심기술을확보하고, 컨버전스시대의조류에대응하며, 새로운성장동력을창출하고, 건강하고안전한삶을실현할수있으며, 본시스템의개발로인해다양한센서듈의개발과근거리무선전송, 데이타의원거리전송과같은 IT 기반의산업과측정된생체데이터의분석을통한의료정보획득과새로운생체인식기술, 바이오센서칩개발과같은 BT 산업과바이오센서의개발, 나노소재의개발과같은 NT 분야의산업을활성화시킬수있는계기를마련할수있음. - 7 -
제 2 절국내외관련기술현황 1. 국내가. 국내는혈당과같이측정이간단한분야에서모바일부문부터만성질환관리서비스가도입중이며, 헬스피아, 이수유비케어등의회사는당뇨환자의혈당등을측정하여휴대폰으로전송하는시범사업을실시하고있으며일부대형병원에서만성질환자를대상으로유헬스시범사업을진행중이며, 특히고려대학교안암병원, 가천의과대학교길병원, 분당서울대병원, 카톨릭의료원, 강남성모병원등이유헬스관련연구사업및시범서비스를수행하고있음. 나. 인체착용형심전도측정의경우한국전자통신연구원의연구개발성과가최초이며, 대구시독거노인시범사업을통하여성능과신뢰성을인정받아기술이전을통한상용화가진행되고있으며, 국내센서및센서네트워킹기술은선진국에필적하는경쟁력을보유하고있으나, 현재개발된센서들은부피가크고전류소모가높아휴대용으로사용하기에는한계가있음. 2. 국외가. 신체착용형생체신호측정모듈 : 미국 Bodymedia 사는오른쪽팔에착용할수있는 band 타입의활동량측정기를개발, 판매중에있으며, 2축가속도센서와온도센서등의조합으로칼로리소모를포함한활동량분석을하고있으며, 가속도센서를응용한활동량분석시스템은일반화된기술로특허의요건은되지않음. 핀란드폴라사는가슴벨트및셔츠타입의심박측정기와나이키의운동화에운동량측정기를삽입하여손목시계를이용하여현재의심박및운동량정보를확인할수있는제품을출시중이나, 전문가용으로사용이어렵고가격이고가로서일반인들이사용하는데어려운점이있으며, 미국의애플사는최근나이키와합작으로나이키의운동화에운동량측정기를삽입하고애플사의 mp3플레이어인 ipot으로음성으로운동량을들을수있는제품을출시하였음. 나. 원격진료시스템 : 인텔은 2005년 'Digital Health' 사업부를신설하고병원전산화, 원격진료등디지털헬스분야에시범적으로진출하였으며, 필립스와함께 'Clinical Mobile Assistant' 라는 RFID 인식기가내장된병원용모바일기기를공급하였으며, IBM, 마이크로소프트는보험사와의료서비스공급자를대상으로원격환자모니터링, 의료정보검색시스템등다양한유헬스솔루션을제공하고있으며 - 8 -
마이크로소프트는 2006 년애직시 (Azyxxi) 를인수하여표준화된건강정보검색. 공유 시스템과전문가시스템개발에주력중임. - 9 -
제 2 장개발목표및개발내용 제 1 절기술개발목표 1. 최종개발목표 가. 저전력생체신호측정단말기개발한번의배터리교환으로 1년정도사용이가능하며, 실시간심박수측정과걸음수, 이동거리, 이동속도, 누워있는지서있는지등과같은상태를측정하여근거리무선통신방식인지그비통신으로근거리에있는수신단말기에생체신호를전송하여줄수있는저전력생체신호측정단말기의개발. 나. 다수의사용자를동시에생체신호를모니터링할수있어야하며 1 차년도개발목표 는 50 명임 다. 저전력생체신호측정단말기의전류소모는생체신호측정시 1[mA] 이하, 무선전 송시 40[mA] 이하가되도록설계함 라. PSTN 전송단말기개발노인요양시설이나독거노인이실내에서생체신호를측정할때효과적으로원격지에건강신호를전송해주기위한수단으로공중전화통신망 (PSTN) 을이용하며이를위한전송단말기의개발. 마. 건강분석알고리즘의개발전송받은생체신호들을분석하여건강의이상유무와위급상황을판별할수있는알고리즘의개발과관리자에게효과적으로보여줄수있는사용자인터페이스화면의개발 바. 고객정보관리 한명의관리자가다수의사용자들을관리함에따라사용자별개인데이터베이스의구 축과과거의데이터들을검색할수있는프로그램의개발 - 10 -
2. 세부개발목표 가. 주관기관 (1) 실시간심전도, 활동량의측정이가능한생체신호측정단말기의개발 (2) 측정된생체신호를근거리무선전송방식인지그비통신에의해전송할수있는생체신호측정단말기의개발 (3) 동시에 50명까지생체신호를모니터링할수있는생체신호측정시스템의개발 (4) 저전력생체신호측정단말기의전류소모는생체신호측정시 1[mA] 이하, 무선전송시 40[mA] 이하가되도록설계함 (5) 심전도측정을위한전극이부착된착용형가슴벨트의개발 (6) PC, 노트북에서지그비무선신호를수신할수있는지그비수신장치의개발 (7) 제품개발에관련된특허 2건출원 (8) 개발제품에대한 NEP진행 나. 위탁기관 (1) PSTN 전송단말기개발노인요양시설이나독거노인이실내에서생체신호를측정할때효과적으로원격지에건강신호를전송해주기위한수단으로공중전화통신망 (PSTN) 을이용하며이를위한전송단말기의개발. (2) 관리자용서버구축원격지에서각지에서전송되어온다양한사람들의생체데이터를저장, 분석할수있는서버시스템구축 (3) 건강분석알고리즘의개발전송받은생체신호들을분석하여건강의이상유무와위급상황을판별할수있는알고리즘의개발과관리자에게효과적으로보여줄수있는사용자인터페이스화면의개발 (4) 고객정보관리한명의관리자가다수의사용자들을관리함에따라사용자별개인데이터베이스의구축과과거의데이터들을검색할수있는프로그램의개발 - 11 -
제 2 절세부계획및개발내용 1. 개발시스템구성 개발시스템의전체구성도는다음과같다. 그림 2.1 개발시스템전체구성도 그림 2.1에서보는바와같이인체착용형생체신호측정시스템은피부에흐르는미세한심전도신호를측정하기위한전극이부착되어있는의복형혹은가슴벨트형센서와아날로그심전도신호를디지털로바꾸어주고, 심박수를계산하여지그비무선통신방식으로수신기로전송하여주는전송기와지그비데이터를수신받아 PC로보내주는무선인터페이스장치와단말기인 PC, 그리고생체데이타를보여주고, 분석하기위한 PC 응용프로그램으로구성된다. 제품개발에대한소개의순서는심전도측정을위한의복과가슴벨트의개발, 전송기개발, 무선인터페이스장치의개발및 PC 응용프로그램및기타기술개발내용에대해서설명한다. 2. 개발내용 가. 심전도전극부착의복및가슴벨트 가슴표면의미세한심전도신호를측정하기위해서사용하는전극은도전성섬 - 12 -
유 (Carbon compound fiber) 로서, 전기저항이매우낮아야하므로폴리에스터 (Polyester) 직조섬유를에칭을한후촉매처리하여금속이온의환원작용에의한치환도금을하여무전해도금법으로도금을하고, Nickel, Copper의도전층을형성하여도전성을부여한제품으로듀퐁사의도전성섬유를사용하였다. 그림 2.2 심전도측정전극부착의복의내면 그림2.2는심전도측정전극이부착되어있는의복의내면으로서전극이피부에밀착되도록하기위해전체적으로스판소재를사용하여신축성을좋게하였으며, 명치를기준으로양쪽에심전도측정을위해 80[mm] X 27[mm] 크기의도전성섬유로전극을만들고셔츠에부착후, 도전성섬유부분에구멍이있는일반섬유를직사각형모양으로길게잘라그위에덮고섬유전용접착제를이용하여셔츠에고정하였다. 도전성섬유를봉제를하지않고섬유전용접착제로붙이는이유는사람들이의복을입었을때착용감을좋게하기위해서이며, 최근생체신호측정용의복제작에있어박음질이없는 Seamless 기술들이선보이고있으나, 이를위해서는의복제작과정에서일반실과도전성실을동시에걸고직조를하여야하는만큼제작하기가난해하여이와같이섬유전용접착제를 - 13 -
사용하여 Seamless 를구현하여최대한착용감을좋도록하였다. 그림 2.2 에서 보시는바와같이그림가운데흰부분이도전성섬유로만들어진전극이다. 그림 2.3 심전도측정전극부착의복의외부 그림2.3은의복의외부로서심전도를측정하기위한도전성섬유와송신기를연결하기위한 13 크기의똑딱이단추 (dot) 가 2개연결되어있다. 이똑딱이단추에송신기를연결하게되면, 송신기내부의필터와앰프단과도전성섬유로만들어진심전도측정용전극이연결되어자동으로심전도데이터가측정된다. 사용을하지않을때에는송신기를분리하여보관하거나세탁을할수있도록설계하였다. 여기에서똑딱이는단순히의복과송신기의체결만을위한것이아니라, 의복내부의전도성섬유로제작된전극에유기된심전도신호가똑딱이단추를통하여송신기내부의심전도측정회로로전송하기위한하나의커넥터의역할을함께하고있다. - 14 -
그림 2.4 송신기뒷면 그림 2.4 는송신기의뒷면으로서, 배터리를교체할수있는도어 (Door) 부분과의 복과체결을할수있는 13 크기의똑딱이커넥터가 2 개자리잡고있다. 그림 2.5 심전도측정용의복과송신기결합모습 그림2.5는심박수측정용의복과송신기를결합한모습으로이렇게장착된상태에서의복내부의전극을통해유기된심전도신호가송신기로전송되게된다. 이렇게송신기를의복으로부터분리할수있음으로인해의복의세탁을자유롭게할수있고, 송신기의유지보수를간편하게할수있는장점이있다. 이와같이개발된프로토타입제품으로본제품의사용이예상되는운동선수집단, 초등학교축구부등을방문하여현장실험을해본결과, 생체데이터의수집은원활하나옷을입고벗는것에대한거부감이높아가슴벨트타입을추가개발하였다. - 15 -
그림 2.6 심전도측정용가슴벨트외부 그림2.6에서보시는바와같이심전도측정용가슴벨트는의복형과마찬가지로양쪽끝단에똑딱이단추 (dot) 를가지고있으며, 고무의재질은 100% 실리콘으로하여피부가민감한사람들에게도문제없이사용할수있도록하였으며, 가운데부분의가슴끈은신축성이있는 30mm 폭을가지고끈길이조절이가능한조절장치가부착되어있다. 그림 2.7 심전도측정용가슴벨트내부 그림 2.7 은가슴벨트내부의사진으로서양쪽끝부분의실리콘고무부의가운데에 보면둥근물결무늬의전극이있다. 이부분은실리콘에나노탄소소자를혼합하 여도전성을가지도록하였다. - 16 -
나. 측정및전송기 그림 2.8 측정및전송기외관 그림 2.8 은최초로제작된전송기의외관으로서측정을위한 start 버튼과 reset 버튼을부착하였으며, 심박수를 LED 로볼수있도록각심박구간별로 LED 를부착 하여사용자가확인할수있도록하였다. 그림 2.9 측정및전송기내부 Block Diagram - 17 -
송신기의내부는그림 2.9와같이구성되어있으며, LA(Left Arm) 와 RA(Right Arm) 두개의도전성전극과연결되어송신기내부로전송된약 1[mV] 정도의심전도신호는 Cut-off frequency가 1[KHz] 인 LPF(Low Pass Filter) 를거쳐 Buffer 를지나 IA(Instrumentation Amplifier) 에입력되고 IA에서는입력된두신호의차를약 500~1,000배정도증폭을한다. IA를통과한심전도신호에는고주파및저주파노이즈가포함되어있으므로, LPF(Low Pass Filter) 와 HPF(High Pass Filter) 를사용하여노이즈를제거하여준다. 본제품설계에있어서는주파수대역폭이 0.05~150[Hz] 인 LPF와 HPF를사용하였다. 본제품에서사용한지그비통신칩셋인 MG2455는내부에 8bit A/D 컨버터를내장하고있어 200Hz로아날로그심전도신호를디지털값으로변환한후, 그림 2.10과같이심전도신호중가장높은값을가지는 'R' 파형만추출하여심박수값을계산하게된다. 예를들어그림3-7과같이, 'R' 파형과다음 'R' 파형의주기가 0.6[sec] 라고한다면, 심박수는다음과같다. 예에서든바와같이한주기인 0.6 초를 1 로나누어주면일정시간동안의반복수인 주파수가되고, 1 분인 60 초를곱해주면, 분당반복수즉, 분당심박수를구할수 있다. 그림 2.10 심박수계산을위한 R peak 검출사진 1 분인 60 초로나누어주면, 지속적으로변화하는분당심박수를실시간으로계산 할수있다. - 18 -
그림 2.11 지그비무선통신회로 이와같이산출된분당심박수는지그비무선통신회로를통해전송되는데, 본제품에서사용한회로도는레이디오펄스사의 MG2455를사용하여제작되었으며, 그림 2.11 과같다. 지그비통신에서사용하고있는주파수대인 2.4[GHz] 대역폭에서최적의 RF 성능을얻기위해서는 RF Matching이필요한데, 상기회로도에서 L2, C5, L5, C9의값들은 2.4[GHz] 대역에맞도록칩제조자에서이미설정되어있으며, 안테나와연결되어있는 L4와 C6은 Narrow band-pass filter를구성하고있으며, 제작된 PCB와케이스와임피던스매칭이될수있도록조정하여야한다. 그림 2.12 제작된송신기회로기판 - 19 -
그림2.12는실제본제품을위해제작된송신기회로기판을도시한것으로서 RF성능을향상시키기위해서 4층기판을사용하였으며, 첫번째층은부품들을실장하고, 신호선들을연결하기위하여사용하였으며, 빈공간은 Ground 영역으로사용하였고, 두번째층은 Ground Plane 으로사용하였으며, 세번째층은 Power Plane 으로사용하였고, 네번째층은 Ground 및신호선연결을위하여사용하였다. 칩안테나는다른소자와의전자파간섭을최소화하기위하여 PCB 좌측끝단에위치하였다. 다. 무선인터페이스장치 ( 지그비동글 ) 그림 2.13 제작된무선인터페이스장치의목업 (Mock Up) 그림 2.13 과같이무선인터페이스장치는외부에 2[dBi] 감도의다이폴안테나가부 착되어있으며 PC 와는 USB 로통신하기위해 USB 커넥터가부착되어있다. 그림 2.14 지그비수신회로기판 - 20 -
라. 응용프로그램 ( 소프트웨어설계 ) IEEE802.15.4는전송하고자하는데이터를패킷 (Packet) 단위로전송하도록되어있으며각패킷은프레임이라는구조로구성되어있다. 지그비수신장치에서는송신기로부터무선으로전송받은패킷을그대로 PC로전달하여주며, 35바이트의지그비헤더와사용자가보내고자하는데이터와 1바이트의 Check sum 데이터와 1 바이트의 Tailer로데이터패킷은구성이된다. 표 2.1 지그비통신데이터프로토콜 송신기로부터전송되어진심박수데이터는상기표2.1과같은형식의 Protocol로수신되며, 본제품에서는 Zigbee Header 35바이트를포함하여총 40바이트로하나의패킷을구성하였으며, 36번째바이트에 1바이트의심박수데이터를전송하도록구성하였다. 39번지의 Checksum은패킷의전송중오류를검사하기위한목적으로수신받은모든데이터를더하여상위바이트는모두버리고, 하위바이트값을저장하여수신값과비교함으로써수신기에서간편하게올바른데이터전송받았는지확인할수있다. 표 2.2 지그비통신데이터프로토콜에서 Header - 21 -
표2.2에서보는바와같이 35바이트의 Zigbee Header는 Zigbee Alliance에서규정한 Protocol을기준으로하고있으며, 첫번째바이트에서는 Header로서항상 0xAA를전송해주며, 전송데이터의길이, 송신 Address, 수신 Address 등을포함하고있다. PC 프로그램에서는 17번지와 18번지의두바이트의값을분석하여어떤송신기로부터들어온데이터인지를구별해낼수있다. 즉, 송신 Address와착용자의이름을사용자프로그램에서연결시켜줌으로써해당착용자의심박수를정확히구별해낼수있다. 그림 2.15 다수대상자의심박수수신화면 User Interface 프로그램은 Visual C++ 을사용하여제작하였으며, 한화면에최대 10명의사람들의심박수가동시에모니터링될수있도록구성하였다. 또한분당심박수가 40 이하인서맥이거나 200이상의빈맥의사람들의경우좌측표에별도로표시될수있도록하여건강에이상이있음을알릴수있도록구성하였다. - 22 -
3. 개발제품성능검증 본장에서는제작된심박수측정시스템의신뢰성과재연성을테스트해보기위한실험을한결과를설명하고있다. 심박수측정을위한기본측정장치로서의심박수측정시스템은동일한사람이동일한상태에서수차례동일한심박테스트를실시하였을경우, 동일한심박수값을기대할수있어야하며, 따라서본심박수측정의재연성실험을통하여심전도측정을위한전도성전극, 측정장치의하드웨어설계, 측정장치의소프트웨어의오류를검사할수있다. 이와같은심박수측정의재연성검사를위해 4명의사람들에게제작된의복형심박수측정시스템을착용하게하고, 심폐지구력측정방법의하나인 ' 하바드스텝테스트 ' 를 5회실시토록하여, 심박수의형태가동일한추세로나타나는지를측정하였다. ' 하바드스텝테스트 ' 는운동부하검사종목의하나인심폐지구력을측정하기위한방법으로약 50cm의계단을 5분동안오르고내리는동작을반복하는방법으로전세계적으로널리사용되고있는심페지구력측정방법이다. 그림 2.16 하바드스텝테스트실시모습 또한, 심박수측정을위한기본측정장비로서심박수측정시스템은심박수의측 정에있어서신뢰할수있는측정값을가져야하며, 이와같은신뢰성검사를위 해시장에서이미검증된다른심박수측정시스템과의비교측정을통하여신뢰 - 23 -
성을검증할수있다. 이를위해국내대학교운동처방실, 보건소에서가장많이사용되고있는핀란드폴라사의 'RS400' 장비와본연구에서제작된심박수시스템을동시에착용한후, 동일한사람이동일한시간에동일한심박수가측정되는지를검사하였다. 먼저심박재연성실험을위하여 4명의실험자로하여금 5번에걸쳐 ' 하바드스텝 ' 테스트를진행한결과측정값은다음과같다. 가. 측정자 1 번의심박재연성측정 그림 2.17 1 번실험자의 1 회측정시심박수변화 그림 2.18 1 번실험자의 2 회측정시심박수변화 - 24 -
그림 2.19 1 번실험자의 3 회측정시심박수변화 그림 2.20 1 번실험자의 4 회측정시심박수변화 그림 2.21 번실험자의 5 회측정시심박수변화 - 25 -
나. 측정자 2 번의심박재연성측정 그림 2.22 2 번실험자의 1 회측정시심박수변화 그림 2.23 2 번실험자의 2 회측정시심박수변화 그림 2.24 2 번실험자의 3 회측정시심박수변화 - 26 -
그림 2.25 2 번실험자의 4 회측정시심박수변화 그림 2.26 2 번실험자의 5 회측정시심박수변화 다. 측정자 3 번의심박재연성측정 그림 2.27 3 번실험자의 1 회측정시심박수변화 - 27 -
그림 2.28 3 번실험자의 2 회측정시심박수변화 그림 2.29 3 번실험자의 3 회측정시심박수변화 그림 2.30 3 번실험자의 4 회측정시심박수변화 - 28 -
그림 2.31 3 번실험자의 5 회측정시심박수변화 라. 측정자 4 번의심박재연성측정 그림 2.32 4 번실험자의 1 회측정시심박수변화 그림 2.33 4 번실험자의 2 회측정시심박수변화 - 29 -
그림 2.34 4 번실험자의 3 회측정시심박수변화 그림 2.35 4 번실험자의 4 회측정시심박수변화 그림 2.36 4 번실험자의 5 회측정시심박수변화 - 30 -
심박수측정의재연성검증을위해 4명의실험자들의테스트결과값에대해평균최저심박수, 평균최대심박수, 평균안정시심박수를분석하여심박수측정의재연성이있는지를검증하여보았다. 통상적으로운동중사람들의최저심박수와최대심박수, 그리고안정시의심박수는단기간내에변하지않는특성이있으므로, 각각의실험치에대해유사하게결과값이나와야한다. 표 2.3 심박수재연성결과표 구분참가자 1 참가자 2 참가자 3 참가자 4 최저심박수 최고심박수 안정시심박수 1회 84 92 102 72 2회 78 88 106 68 3회 82 84 98 70 4회 75 96 88 72 5회 79 94 94 72 표준편차 3.14 4.31 6.24 1.6 1회 122 158 178 128 2회 124 158 176 128 3회 126 154 184 134 4회 118 162 178 128 5회 124 160 178 132 표준편차 2.71 2.65 2.71 2.53 1회 96 96 112 82 2회 88 94 114 80 3회 92 96 118 82 4회 88 100 120 84 5회 90 100 120 88 표준편차 2.99 2.4 3.25 2.71 표2.3에서와같이측정데이터들과평균최저심박수, 평균최고심박수, 평균안정시심박수의표준편차들을검토한결과, 참가자3번의최저심박수의표준편차가 6.24로가장높게나타났으며, 나머지참가자들의데이터들은표준편차가 5이하로나타나 5회를실시한결과의분포가유의성을가짐을보여주고있다. 참가자 3번의경우평균최저심박수, 최고심박수, 안정시심박수가평균의다른사람들보다더높게나타나고있어이로인해심박수의변동율이다른사람들에비해높게나타나는것으로사료된다. 심박수측정의정확성을검증하기위하여본연구의결과물인의복형심박수측정시스템과폴라사의 RS400제품을동시에착용하고운동을실시하여심박의상승구 - 31 -
간에서측정을하고, 휴식을취하여심박의하강구간에서측정을하고편안히쉴때측정을하여안정시심박수구간을각각측정하였다. 심박수의지속적인증가를보여주기위해약 5분간일정한속도를유지하며운동장을뛰도록하여심박수의변화를측정한것이다. 제작품 그림 2.37 심박수상승시의추세 제작품 그림 2.38 심박수하강시추세 - 32 -
그림 2.39 심박수안정시추세 의복형심박수측정시스템과폴라 RS400 제품으로동일사람에대해측정한후 심박수의차이에대해표준편차를구한결과다음과같다. 표 2.4 폴라 RS400 모델과의심박수차이 구분 표준편차 심박상승시 0.85 심박하강시 0.24 안정시 0.37 상기표에서와같이두모델간의심박수의차이는심박상승시, 하강시, 안정시 모두에서표준편차 1 이내의값을가짐으로써동일한심박수결과값이측정됨을 확인할수있다. - 33 -
4. 성능인증 가. 전자파적합등록 그림 2.40 전자파적합등록인증서 - 34 -
나. 무선기기형식등록 그림 2.41 무선기기형식등록인증서 - 35 -
다. 성능인증시험성적서 그림 2.42 성능인증시험성적서 1 페이지 - 36 -
그림 2.43 성능인증시험성적서 2 페이지 - 37 -
제 3 장성과요약및기대효과 제 1 절핵심개발성과 1. 단체형무선심박측정시스템의국산화본제품이개발되기이전에는이탈리아의 Sunto 제품이나핀란드의 Polar제품이주로국내에수입되어졌으며, 이들대부분의제품은개인용무선심박측정장치로서자신의심박수를자신만이확인할수있어단체운동관리에는적용이불가능하였다. 본제품의경우동시에 50명이상의사람들의심박수의변화를동시에모니터링할수있으므로단체운동관리가가능하게되었다. 2. 동잡음에강한휴대용심박계의개발착용형심박수측정시스템의경우많은경우착용자의움직임이노이즈가되어실제심박수가불규칙하게나타나는경우가있다. 본제품의경우실리콘을사용하여전극및가슴벨트를제작하여미끌림이적으며, 피부와밀착이잘되어안정적인심박수의측정이가능하며, 100% 실리콘을사용함으로써피부가민감한사람들에게도피부발진이발생하지않는안전한제품이다. 3. 사용자중심의응용프로그램개발대다수의수입제품의경우사용자프로그램이국내의 Needs와는맞지않는경우가대부분이며, 이로인해무선심박시스템을사용하지않는이유가되기도하였다. 본제품의경우국내소비자들의요구를 100% 수용함으로써사용자가쉽고편리하게전문가적데이터를취합, 분석할수있는최적의사용자프로그램을제공하고있다. 4. 수입제품대비 50% 이하의낮은가격본제품은 10개를한셋트로하여소비자가격 220만원을책정하였으며, 이탈리아 Sunto 제품의경우 30개한셋트가 2,500만원정도에국내에서판매되고있다. 이는개발초기부터원가절감을위해하드웨어부품은물론사출가공물에이르기까지전부품, 전공정에서원가절감을위한관리를실시하여가능하게된것이며, 수입제품을사용하던현장에서본사의개발제품이큰인기를끌고있는이유이기도하다. - 38 -
제 2 절개발기술의적용제품 1. 단체운동관리 그림 3.1 단체운동관리예시도 그림 3.1 은가장일반적인단체운동관리의예시를보여주고있으며, 야외나실 내에서운동하는동안심박수기반건강정보가수집되며, 측정된데이터는코치 나트레이너에게전송되어실시간단체운동관리가될수있도록하였다. 2. 학생건강체력평가시스템 (PAPS: Physical Activity Promotion System) 2009년부터전국초등학교를대상으로학생건강체력평가시스템이도입이되며, 기존체력측정위주에서건강체력을측정하겠다는의도로심폐지구력, 비만도측정등이여기에해당된다. 특히심폐지구력의측정을위해서는반드시무선심박계가필요하며사용의편리성으로측정에소요되는시간을단축시키고, 쉽게사용할수있는본제품이크게활용될것으로기대된다. - 39 -
3. 기타분야 그림 3.2 기타적용분야 그림 3.2 에서보는바와같이학교, 사회복지단체, 기업내, 보건소등실시간건강 측정이요구되는모든장소에서본제품이활용되어질수있다. - 40 -
제 3 절기대효과 현재국내에서사용하는무선심박수측정시스템은대부분유럽이나미국등지에서수입해서사용하고있는실정이며, 이또한자신의심박수를손목시계를통해수신하는정도여서, 한명의관리자나트레이너가많은사람들의운동관리를하는데에는적합하지않았다. 이에본연구과제로개발된의복형심박수측정시스템의경우수십명의심박수를동시에모니터링하는것이가능하므로, 운동및의료장비의수입대체효과는물론해외시장으로의수출또한가능하리라사료된다. - 41 -
주 의 1. 이보고서는중소기업청에서시행한중소기업기술개발사업의기술개발보고서이다. 2. 이기술개발내용을대외적으로발표할때에는반드시중소기업청에서시행한중소기업 기술개발지원사업의기술개발결과임을밝혀야한다. - 42 -
< 별첨 2> 사업비사용실적보고서 1. 주관기관 가. 비목별총괄 ( 08 년도이전과제 ) ( 단위 : 천원 ) 비목 구분 당초계획사용금액잔액 현금현물현금현물현금현물 비고 1. 인건비 30,000 30,000 0 - 내부인건비 30,000 30,000 - 외부인건비 2. 직접비 122,438 122,236 202 - 연구기자재및시설비 - 재료비및전산처리 관리비 34,438 34,422 16 - 시작품제작비 80,000 81,152-1,152 - 기타경비 ( 국외여비 ) ( 회의비 ) 3,000 (3,000) (2,000) 3,049 ( 3,137 ) ( 476 ) 3. 간접비 1,700 1,878 - 간접경비 - 지적재산권출원 등록비 -49-137 1,524 1,700 1,878-178 4. 위탁연구개발비 23,000 23,012-12 합계 147,138 30.000 147,126 30,000 12 0 이자발생금액 (17,470 원 ) 나. 세부집행내역 개발사업비사용내역장부및사업비관리통장 1부 ( 현장확인가능 ) 사후환급금 ( 부가세, 관세등 ) 은제외됨. 개발사업비사용내역장부는종합관리시스템의전산출력물로대체. 사용내역에관한근거서류는현장 ( 면담 ) 실태조사를통하여확인하며필요시제출을요구할수있음 원인행위는개발기간내에이루어졌으나미집행된금액은구체적인내역과집행일정을별지를사용하여표기 이자산정및정산잔액등은기술개발종합관리시스템에따른다. - 43 -
다. 정부출연금잔액산정표 ( 단위 : 천원 ) 개발사업비 정부출연금 (A) 기업부담금합계 현금현물소계현금 (B) 현물계 132,138 15,000 30,000 45,000 147,138 30,000 177,138 외부 ( 자체 ) 감사결과 사용금액사용잔액발생이자 현금 (C) 현물현금 (D) 현물 (E) 검토기관 147,126 30,000 12 30,000 20,210 동남회계법인 회수금액및기술료 정부출연금잔액 (F) 기술료 (G) 11 26,425.4 주요수식계산방법 : D=B-C+E, F=D A/B, G=(A-F) 0.2 사용잔액이음수 (-) 일경우회수금액 (F) 은 0 으로표시 기술료 (G) 는별도지침에따라납부함. 시점에따른이자발생변경등으로정부출연금잔액및기술료등의계산은종합관리시스템전산출력물로한다. - 44 -
2. 위탁연구개발기관 가. 비목별총괄 비목 구분 당초계획사용금액잔액 현금현물현금현물현금현물 비고 1. 인건비 4,320 4,320 0 - 내부인건비 - 외부인건비 4,320 4,320 0 2. 직접비 16,380 16,392-12 - 연구기자재및시설비 - 재료비및전산처리 관리비 3,940 5,597-1,657 - 시작품제작비 9,000 9,460 -,460 - 기타경비 ( 국외여비 ) ( 회의비 ) 2,480 600 360 1,282 53 0 3. 간접비 2,300 2,300 0 - 간접경비 2,300 2,300 0 - 지적재산권출원 등록비 1,198 547 360 합계 23,000 23,012-12 이자발생금액 (2,740 원 ) 나. 세부집행내역 개발사업비사용내역장부및사업비관리통장 1부 ( 현장확인가능 ) 사후환급금 ( 부가세, 관세등 ) 은제외됨. 개발사업비사용내역장부는종합관리시스템의전산출력물로대체. 사용내역에관한근거서류는현장 ( 면담 ) 실태조사를통하여확인하며필요시제출을요구할수있음 원인행위는개발기간내에이루어졌으나미집행된금액은구체적인내역과집행일정을별지를사용하여표기 이자산정및정산잔액등은기술개발종합관리시스템에따른다. - 45 -