김관형 * Ubiquitous Health Care Smart System base on Bluetooth Gwan-Hyung Kim* 본논문은 2012 년도 ( 재 ) 부산인적자원개발원의 BB(Brain Busan)21 4 단계사업의지원을통해수행한연구결과입니다. 요 약 안드로이드기반의스마트폰기술의발달에따라우리생활에다양한변화를가져오고있다. 본논문에서는스마트폰을기반으로인간의생체정보인맥파및산소포화도를계측할수있는단말기를이용하여환자의상태를모니터링할수있도록불루투스기반의 u- 헬스케어시스템을구현하였다. 본논문의구현을통하여불루투스를지원하지않고 PC 에서만모니터링하는의료장비를불루투스모듈을추가하여스마트폰으로데이터를모니터링할수있음을확인하였다. ABSTRACT Depending on the development of technology, android-based smartphones has brought about various changes in our lives. In this paper, based on smartphones, it was implemented that the biometric information of human pulse wave and oxygen saturation by measuring device can be monitor the status of the patient on bluetooth-based u-health care system. Through the implementation of this paper, it has confirmed that it's can be monitoring smartphone adding a bluetooth module on the medical equipment of PC based monitor system. 키워드스마트폰, 헬스케어, 불루투스, 안드로이드 Key word Smart Phone, Health Care, Bluetooth, Android * 종신회원 : 동명대학교컴퓨터공학과교수 (kimgh69@nate.com) 접수일자 : 2012. 06. 01 심사완료일자 : 2012. 06. 01 Open Access http://dx.doi.org/10.6109/jkiice.2012.16.6.1153 This is an Open Access article distributed under the terms of the Creative Commons Attribution Non-Commercial License(http://creativecommons.org/li censes/by-nc/3.0/) which permits unrestricted non-commercial use, distribution, and reproduction in any medium, provided the original work is properly cited.
한국정보통신학회논문지제 16 권제 6 호 Ⅰ. 서론 Ⅱ. 관련연구 최근정보통신기술이급격히발전함에따라유비쿼터스 (ubiquitous) 시스템이많은곳에서자리잡고있다. 특히, 스마트헬스케어서비스 (smart healthcare service) 는최근에급속히보급되고있는스마트폰 (smart phone) 을기반으로예방적건강관리와웰니스 (wellness) 를위한수요자중심의능동적서비스제공을목표로하는보건의료서비스를제공하고있다. 과거의보건의료서비스는단순처치에국한되어있으며진료및처방중심의서비스등의문제로능동적서비스로그한계를보이고있다. 그러나최근에는정보통신기술이급격히발전함에따라과거의한계를극복하기위하여 IT 기술을기반으로보건의료서비스를확대하는방법들이제시되고있다. 그중에현재급속히보급되고있는스마트폰 (smart phone) 을바탕으로국민들의일반생활에매우밀접하게접근하여자신의의료, 복지, 그리고안전등을복합적으로관리할수있는스마트헬스케어서비스 (smart healthcare service) 가급속히보급되고있다. 본논문에서는스마트폰을기반으로하여시간과공간의제약에서벗어난 u-헬스케어시스템을제시하고자한다. 이러한 u-헬스케어시스템은향후고령화사회를대비하여노년층뿐만아니라중장년층을대상으로하여다양한보건의료서비스를제공할수있도록환자의의료정보데이터를계측할수있는생체신호계측모듈및전송모듈을이용하였다. 본논문의생체신호계측은맥파 (pulse wave) 및산소포화도 (SPO2) 를측정하였으며, 불루투스 (bluetooth) 를기반으로하여스마트폰으로전송하도록하였다. 본논문에서는환자또는일반인을대상으로하여맥파및산소포화도데이터를측정할수있는모듈을이용하여환자의생체데이터를모니터링하도록하였으며, 블루투스통신을이용해스마트기기로전달하도록하였다. 모니터링은안드로이드기반의스마트폰및태블릿 PC를이용하여모니터링하였다. 이러한스마트헬스케어시스템은직접자신의건강상태를진단할수있으며, 그데이터를모니터링할수있도록불루투스를지원하는스마트폰기반의 U-헬스모니터링시스템을제시하고자한다. 심장안에는동방결절 (sinoauricular node/sa node, 주기적으로전기를생성하여심장수축을유도함으로써심장박동을조절하는심장의특정한부분 ) 이란부분에서전기적신호를만들어내심장내의전기전도시스템을따라심장전체에전달되게된다. 이러한심장전기전도시스템및심장의구조는그림 1과같다. 그림 1. 심장의전기전도시스템 ( 보건복지부 ) Fig. 1 The heart's electrical conduction system (Department of Health and Human Services) 그림 1에서제시한바와같이심장의박동은동방결절에서시작되어심장의각부위에전달된전기신호에의해심장근육을이루는세포가수축하게되어심장이뛰게된다. 이러한전기적인신호를체외의전극을이용하여측정한파형을심전도라한다. 이러한심장의박동을바탕으로인체내의모든기관에혈액을공급하게된다. 심장박동을통하여심장에서뿜어나온혈액은심혈관계통을통하여말초신경까지전달되면서일정한파동을형성하게된다. 동맥경화등심혈관계에이상이발생하면맥파의형태와전파속도가변하게된다. 따라서맥파를통하여혈관의탄력성과혈액흐름상태를알수있으며손가락등말초부위에서맥파를측정하면혈관나이를알수있다고알려져있다. 이러한맥파는혈액이심장에서파장을이루며전파하는파장을의미하며맥박및맥파의파형은심장의통작, 혈관벽의상태, 혈관내의압력에의해좌우되는중요한정보를제공한다. 맥파전파의속도는심장에가까운동맥과먼동맥에약간의차이가있지만이러한맥파계의현상을관찰함으로 1154
써심장및혈액관계의모양을판단할수있으며심장에서의거리도측정할수있다. 반면, 혈액의산소포화도 (oxygen saturation) 는헤모글로빈이산소와결합하고있는비율 (%) 을말하며산소포화도의지표는호흡순환의중요한생리참고자료가된다. 산소의결핍은다양한질병의원인이되며많은질병들이산소결핍을초래하여건강을위협하게된다. 심장의박동과관련된심전도신호는심근의전기적인변위를나타내는것과달리맥파는심혈관계의물리적인원인으로생기므로맥파는심전도와함께더욱다양하고복잡한파형을보이게된다. 그러나맥파및심전도의경우대역폭이각종전자장치의고주파잡음과근육의활동에따른근전도신호등다른대역들과노이즈현상이일어날수있다. 그러므로다양한신호처리회로및알고리즘을통하여유입된잡음을제거할수있는하드웨어필터또는소프트웨어필터를설계하여구현하여야한다. Ⅲ. 시스템구성본논문에서는홈헬스케어에서건강측정을위하여가장많이사용되는개인건강기기 (personal health device) 중에서심박측정계 (heart rate monitor), 산소포화도측정계 (pulse-oximeter) 를대상으로하여홈헬스케어의료기기를구성하여불루투스기반으로의료정보를스마트폰에모니터링하도록시스템을구성하였다. 이러한시스템의구성은그림 2와같다. 불루투스통신은다수의통신장비를연결할수있도록 1:N 방식의네트워크를구성할수있다. 그림 2 의의료단말기각모듈은의료기기를보유할수있는슬레이브 (slave) 로둘수있으며슬레이브단에서설치된사람의건강상태를측정하여측정된데이터를무선통신을통해불루투스브릿지모듈을통하여데이터를스마트폰이나테블릿 PC 등스마트장비에서데이터를저장하고관리할수있도록시스템을구성하였다. 본논문에사용된불루투스모델은 FB155-BC 통신모듈을사용하였으며, 2.4[GHz] 의통신주파수대역을이용하여스마트기기로데이터를전송하도록하였다. FB155-BC 모듈의세부사양은아래의표 1과같다. 표 1. 불루투스사양 Table. 1 Bluetooth specification 불루투스규격 v2.1 프로파일 GAP, SPP 주파수대역 2.4[GHz], ISM Band 소비전류 chleo 43[mA] 입력전원 3.3[v] 통신거리 10[m] 이상 크기 18x200mm 통신속도 인터페이스 F/W v1.3 1,200 115,200 F/W v2.0 2,400 230,400 USART(TTL level) 이러한블루투스통신은단거리, 저전력, 고신뢰성, 저가의무선통신을구현함에있어효과적이며허가없이사용할수있는 ISM 대역을사용한다. 또한현재출시된스마트기기들의대부분은불루투스를지원하므로데이터를쉽게연동할수있다. 최근시판되는의료장비들또한블루투스통신또는다양한통신방식을지원하도록표준화하고있다. Ⅳ. 불루투스의구성 그림 2. 시스템블록다이어그램 Fig. 2 System block diagram 그림 3은안드로이드가반의불루투스계층구조도를제시하였다. 1155
한국정보통신학회논문지제 16 권제 6 호 고하며, Inquiry Scan( 검색대기 ) 및 Page Scan( 연결대기 ) 를하는쪽을슬레이브라한다. 따라서이를적용하기위해의료장비쪽의블루투스를슬레이브, 스마트기기를마스터로설정하였다. 본논문에서는데이터를지속적으로관리하기위해그림 3의계층구조를지원하는블루투스 API를사용하였다. 수신된의료정보데이터는다시스마트폰의 Wi-Fi 통신을사용하여원격지서버로전송하여데이터를서버에서관리하도록하였다. Ⅴ. 실험및구현 그림 3. 안드로이드기반의불루투스계층구조 Fig. 3 Bluetooth hierarchy based on Android 안드로이드에서는불루투스스택을포함하고있기때문에다른디바이스들과간단하게데이터를교환할수있다. 어플리케이션프레임웍은안드로이드블루투스 API(Application Program Interface) 를사용해블루투스에쉽게접근 (acess) 할수있다. 블루투스 API를사용하여다른블루투스디바이스를검색하며페어링과관련하여양방향데이터전송을가능하게한다. 본논문의실험은심박측정기와산소포화도를동시에측정할수있는하나의단말기를이용하여의료정보를계측하였다. 또한계측된의료정보는불루투스통신모듈을통하여안드로이드기반의스마트폰으로전송하도록하였다. 스마트폰에서는심박에관련된데이터를표현가기위하여 Canvas 객체의 Draw 매서드 (method) 를이용하여그래프로표현하였으며, 산소포화도데이터는 Text View 객체의 SetText 메서드를이용하여텍스트로디스플레이하였다. 이러한개발환경은그림 5와같이이클립스를기반으로하였으며, 테스트용스마트기기는안드로이드기반의갤럭시탭10.1을통하여계측된의료정보를그림 6 에제시하였다. 그림 4. 블루투스동작방식 Fig. 4 Operating method of bluetooth 블루투스의동작은기본적으로마스트 (master) 와슬레이브인주 / 종역할로동작하게되어있다. 통상적으로 Inquiry( 검색 ) 및 Page( 연결요청 ) 을하는쪽을마스트라 그림 5. 이클립스기반의안드로이드어플리케이션개발환경 Fig. 5 Development environment of android application based on Eclipse 1156
참고문헌 그림 6. 불루투스기반의의료정보모니터링시스템 Fig. 6 Health information monitoring system based on bluetooth Ⅵ. 결론 본논문에서불루투스기반의 u-헬스케어시스템을설계하여맥파및산소포화도를스마트기기에서모니터링하도록시스템을구현하였다. 불루투스를통하여전송된생체정보를이벤트로처리하여생체측정장비로부터전송된데이터를실시간으로모니터링된것을확인할수있었다. 향후불루투스를지원하는다양한의료장비가판매될것으로예상되지만본논문에서는불루투스를지원하지않는의료기기를대상으로불루투스브릿지를구성하여맥파및산소포화도측정값을스마트기기로전송하여모니터링하였다. 향후연구과제는불루투스가탑재된의료단말기를제작하고자하며, 스마트기기에의료서비스를제공하고있는안드로이드4.x을기반의지능형앱을개발해나갈계획이다. [1] 박병호, 장성원, 허범, 박상주, 성현경, 안드로이드기반의심전도측정어플리케이션구현, 한국컴퓨터정보학회하계학술대회논문집, 제19권제2호, 2011.6. [2] 임병진, Implementation of Ubiquitous Healthcare Monitoring System using Sensor Network, 신라대학교대학원, 2008. [3] 권기진, 박세광, 산소포화도측정용광센서의기초연구, 경북대학교센서기술연구소, 1991. [4] 김정원, 센서네트워크를이용한심전도측정시스템의설계및구현, 한국콘텐츠학회논문지, Vol.8, No.1, 2008. [5] 이민기, 김규호, 이기영, Design and Implementation of BAN System using ECG Sensor based on Smartphone, 한국인터넷방송통신학회논문지, Vol.10, No.4, 2010. [6] http://www.firmtech.co.kr [7] http://www.bluetooth.org 저자소개 김관형 (Gwan-Hyung Kim) 2001년한국해양대학교전자통신공학과공학박사 2000년 ~ 현재동명대학교컴퓨터공학과전임강사 관심분야 : 최적제어, 인공지능, 임베디드시스템설계, 신호처리, 영상처리 감사의글본논문은 2012년도 ( 재 ) 부산인적자원개발원의 BB(Brain Busan)21 4단계사업의지원을통해수행한연구결과입니다. 1157