KR101066535B1 - 무선 멀티 홉 라우팅 기반의 생체신호 모니터링 시스템 - Google Patents

Abstract

본 발명은 무선 센서 네트워크의 강점인 멀티 홉 통신이 가능하면서 저전력으로 장기간 사용이 가능한 생체 센서 장치를 사용하여 다수의 환자에 대한 생체신호 모니터링을 가능하게 하는 무선 멀티 홉 라우팅 기반의 생체신호 모니터링 시스템에 관한 것이다. 상기한 무선 멀티 홉 라우팅 기반의 생체신호 모니터링 시스템은, 환자를 센싱하여 생성한 센싱신호를 멀티 홉 라우팅 통신방식에 따라 주변의 생체 센서 장치들과 송수신함과 아울러, 상기 생성한 센싱신호와 수신한 센싱신호와의 조합을 통해 생체신호를 생성하고, 상기 생체신호를 근거리 무선 통신 방식에 따라 외부로 송신하는 다수의 생체 센서 장치; 상기 다수의 생체 센서 장치로부터 근거리 무선 통신 방식에 따라 생체신호를 수신하여 미리 정해둔 장치로 전송하는 베이스 스테이션; 상기 베이스 스테이션을 통해 상기 다수의 생체 센서 장치로부터의 생체신호 및 멀티 홉 정보를 수신받아 저장하는 서버; 상기 서버에 접속하여 상기 저장된 생체신호를 제공받아 출력하는 모니터링 단말기; 를 구비하는 것을 특징으로 한다.

멀티 홉 라우팅, 생체신호, 모니터링, 무선 근거리 통신

Description

무선 멀티 홉 라우팅 기반의 생체신호 모니터링 시스템{Vital Sign Monitoring System based on wireless multi-hop routing}

본 발명은 무선 멀티 홉(Multi-hop) 라우팅 기반의 생체신호 모니터링 시스템에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 멀티 홉 라우팅 기반 네트워크 환경에서 단일 서버를 이용하여 병원내의 환자들의 건강상태를 모니터링하는 시스템에 관한 것이다.

유비쿼터스 헬스케어 기술은 인구 고령화, 삶의 질을 높이고자 하는 의식 수준의 향상과 IT의 발전이 가져온 유비쿼터스 시대의 대표적인 비즈니스 모델이다. 이러한 사회적 변화의 흐름에 따라 상기 유비쿼터스 헬스케어 기술은 지속적으로 성장할 수 있는 잠재력을 보유하고 있다. 특히 노약자나 만성 질환자의 경우에는 건강상태를 지속적으로 모니터링 해야 할 뿐만 아니라 환자의 이동성도 요구가 되고 있다.

그러나 현재까지의 헬스케어 시스템들은 환자 한 사람의 신체에 부착된 센서로부터 생체신호를 PC와 연결된 베이스 스테이션으로 수신받는 것으로 통상 한 대의 PC에 한 명의 환자만 연결되는 구조를 취하고 있다.

또한 대부분의 시스템들은 유선으로 연결된 방식과 많은 전력소모와 환자의 이동성에 있어서 단점을 가지고 있다.

본 발명은 무선 센서 네트워크의 강점인 멀티 홉 통신이 가능하면서 저전력으로 장기간 사용이 가능한 생체 센서 장치를 사용하여 다수의 환자에 대한 생체신호 모니터링을 가능하게 하는 무선 멀티 홉 라우팅 기반의 생체신호 모니터링 시스템을 제공하는 것을 그 목적으로 한다.

상기한 목적을 달성하기 위한 본 발명의 무선 멀티 홉 라우팅 기반의 생체신호 모니터링 시스템은, 환자를 센싱하여 생성한 센싱신호를 멀티 홉 라우팅 통신방식에 따라 주변의 생체 센서 장치들과 송수신함과 아울러, 상기 생성한 센싱신호와 수신한 센싱신호와의 조합을 통해 생체신호를 생성하고, 상기 생체신호를 근거리 무선 통신 방식에 따라 외부로 송신하는 다수의 생체 센서 장치; 상기 다수의 생체 센서 장치로부터 근거리 무선 통신 방식에 따라 생체신호를 수신하여 미리 정해둔 장치로 전송하는 베이스 스테이션; 상기 베이스 스테이션을 통해 상기 다수의 생체 센서 장치로부터의 생체신호 및 멀티 홉 정보를 수신받아 저장하는 서버; 상기 서버에 접속하여 상기 저장된 생체신호를 제공받아 출력하는 모니터링 단말기; 를 구비하는 것을 특징으로 한다.

상기한 본 발명의 무선 멀티 홉 라우팅 기반의 생체신호 모니터링 시스템은 환자의 생체신호(심전도, 체온, 산소포화도 등)를 수집하는 베이스 스테이션과 멀리 떨어져 있는 환자들의 생체신호도 멀티 홉 라우팅을 거쳐 베이스 스테이션으로 전달 가능하며, 그 정보를 유/무선방식으로 원격지에서 PC 또는 PDA를 통해 모니터링할 수 있게 하는 효과가 있다.

본 발명에 따르는 무선 멀티 홉 라우팅 기반의 생체신호 모니터링 시스템의 구성을 도시한 것이 도 1이다.

상기 무선 멀티 홉 라우팅 기반의 생체신호 모니터링 시스템은 환자의 신체 각각에는 생체신호를 검출하여 베이스 스테이션(102)으로 무선 전송하는 다수의 생체 센서 장치(N1~N5)가 부착된다. 상기 다수의 생체 센서 장치(N1~N5)는 다른 생체 센서 장치 및 상기 베이스 스테이션(102)과 무선 통신을 이행한다.

상기 베이스 스테이션(102)은 상기 다수의 생체 센서 장치(N1~N5)로부터 수신되는 생체신호 및 멀티 홉 정보를 서버 PC(100)로 전송한다.

상기 서버 PC(100)는 근거리 무선 통신 방식을 통해 베이스 스테이션(102)에서 수집된 환자의 생체신호와 멀티 홉에 대한 정보를 저장하여, 인터넷 등과 같은 외부 네트워크를 통해 접속한 의료관계자 단말기(104)나 보호자 단말기(106)의 요청에 따라 상기 생체정보를 제공하여, 의료 관계자 또는 보호자에 의한 환자의 생체상태의 모니터링을 가능하게 한다.

상기 의료관계자 단말기(104)나 보호자 단말기(106)는 클라이언트 PC 또는 PDA 등으로, 유선 인터넷이나 무선 랜을 통해 서버 PC(100)에 접속하여 베이스 스테이션에 수집된 생체신호를 전송받아 이를 디스플레이하거나 메시지로 출력하여 의료관계자 또는 보호자에 의한 모니터링을 가능하게 하는 클라이언트 모듈이 탑재된다.

상기한 다수의 생체 센서 장치(N1~N5)는 그 구성 및 동작이 동일하므로, 이하 도 2를 참조하여 어느 한 생체 센서 장치에 대해서만 상세히 설명한다.

상기 생체 센서 장치는 센서보드(200), 차동증폭 및 필터링 처리부(202), 아날로그/디지털 변환부(204), 무선통신부(206)로 구성된다.

상기 센서보드(200)는 환자의 몸에 부착되어, 환자의 생체 상태에 따른 신호를 센싱한다.

상기한 센서보드(200)가 출력하는 신호는 차동증폭 및 필터링 처리부(202)에 입력되며, 상기 차동증폭 및 필터링 처리부(202)는 상기 센서보드(200)의 출력신호를 차동증폭 및 필터링하여 출력한다.

상기 증폭 및 필터링된 신호는 아날로그/디지털 변환부(204)에 입력되며, 상기 아날로그/디지털 변환부(204)는 상기 증폭 및 필터링된 신호를 디지털 신호로 변환한다.

상기 디지털 변환된 센싱신호는 무선 통신부(206)에 입력된다. 상기 무선 통신부(206)는 상기 센싱신호를 주변 생체 센서 장치로 전달한다. 상기 주변 생체 센서 장치의 무선 통신부(206)는 상기 센싱신호가 수신되면, 상기 수신된 센싱신호와 자신이 생성한 센싱신호를 조합하여 생체신호를 생성하고, 상기 생체신호를 근거리 무선 통신 방식에 따라 베이스 스테이션(102)으로 전송한다. 이때, 환자(S)가 상기 베이스 스테이션(HP)과 직접 통신이 불가능한 경우에는 다른 생체 센서 장치(D->E->F)와 멀티 홉 통신을 통해 상기 베이스 스테이션(102)으로 전달한다(도 3 참조).

여기서, 수신된 센싱신호와 자신이 생성한 센싱신호를 조합하여 생체신호를 생성하는 예를 설명한다. 일반적으로 심전도 신호는 오른쪽 팔, 왼쪽 팔, 왼쪽 다리의 3극점의 미세한 전위차를 이용하여 측정한다. 이에따라 하나의 생체 센서 장치로 심전도 신호를 생성하는 경우에는 오른쪽 팔, 왼쪽 팔, 왼쪽 다리에 걸쳐 전선을 연결하여 하므로, 환자 동작을 구속시키는 문제가 있었다. 이에따라 본 발명은 각 위치에서의 전극신호를 생성한 후에 무선 전송하면, 이를 어느 한 생체 센서 장치가 조합하여 심전도 신호를 생성할 수 있게 함으로써, 환자의 편이성을 극대화할 수 있다.

이와 같이 본 발명에 따른 생체 센서 장치의 상기 무선 통신부(206)는 IEEE802.15.4의 근거리 통신 방식을 사용하며, 멀티 홉 라우팅 부분과 생체 센서 장치와 베이스 스테이션(102)간의 무선 링크를 제공한다. 특히 상기 멀티 홉 라우팅은 센서 네트워크에 적합하게 설계된 아주 작은 크기의 운영체제로 알려져 있는 TinyOS를 사용하여 생체신호의 샘플링, 무선 송수신 및 멀티 홉 라우팅 기능을 담당할 TinyOS의 컴포넌트들로 구성한다. 상기 생체 센서 장치간의 무선 송수신 패킷은 기본적인 TinyOS 메시지인 TOS 메시지, 데이터 디스플레이를 위한 오실로스코프 메시지와 멀티 홉 라우팅에서 사용되는 멀티 홉 메시지로 구성된다.

상기 생체 센서 장치들 간의 멀티 홉 라우팅 정보를 주고 받기 위해 TOS 메시지 데이터의 페이로드(Payload) 부분에 멀티 홉 패킷이 들어가고 멀티 홉 패킷의 페이로드에 심전도 신호에 해당되는 데이터가 들어갈 수 있도록 한다.

상기한 바와 같이 구성되는 무선 멀티 홉 라우팅 기반의 생체신호 모니터링 시스템의 처리 동작을 도 4를 참조하여 설명한다.

다수의 센서 장치들은 생체신호가 생성되면, 상기 멀티 홉 라우팅 기능에 따라 다른 생체 센서 장치들간의 통신을 통해 상기 베이스 스테이션(102)으로 생체신호를 전달한다.

상기 베이스 스테이션(102)은 상기 다수의 생체 센서 장치들로부터의 생체신호를 수집하여 상기 서버 PC(100)로 전달한다.

상기 서버 PC(100)는 상기 베이스 스테이션(102)을 통해 수신되는 다수의 생체 센서 장치들로부터의 생체신호와 멀티 홉 정보를 데이터베이스에 저장한다. 상기 멀티 홉 정보는 환자 식별 및 생체 센서 장치의 식별을 위한 식별정보로 사용된다.

상기한 바와 같이 서버 PC(100)가 다수의 생체 센서 장치들로부터의 생체신호와 멀티 홉 정보를 저장한 상태에서, 본 발명에 따른 클라이언트 모듈이 탑재된 의료관계자 단말기(104)나 보호자 단말기(106)로부터 어느 한 환자의 생체신호 모니터링이 요청되면, 그 선택된 환자에 대응되는 생체신호를 독출하여 상기 의료관계자 단말기(104)나 보호자 단말기(106)로 전송하며, 상기 의료관계자 단말기(104)나 보호자 단말기(106)는 상기 생체신호를 수신받아 디스플레이하거나 메시지 형태로 출력하여 생체신호의 모니터링을 가능하게 한다.

도 1은 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 무선 멀티 홉 라우팅 기반의 생체신호 모니터링 시스템의 구성도.

도 2는 도 1의 생체 센서 장치의 상세 구성도.
도 3은 환자와 환자 간 무선 멀티 홉 라우팅 방식을 도시한 도면,

도 4는 무선 멀티 홉 라우팅 기반의 생체신호 모니터링 시스템의 처리 과정을 도시한 도면.

Claims (3)

1. 복수의 환자 생체 센서 장치를 이용한 무선 멀티 홉 라우팅 기반의 생체신호 모니터링 시스템에 있어서,

   제1 환자의 신체 부위별로 생체 신호를 검출하는 하나 이상의 센서와, 상기 센서로부터의 생체 신호를 증폭 및 필터링하는 증폭 및 필터링부와, 상기 증폭 및 필터링된 생체 신호를 디지털 신호로 변환하는 아날로그/디지털 변환부와, 상기 디지털 신호로 변환된 생체 신호를 무선 멀티 홉 라우팅 통신 방식과 근거리 무선 통신으로 송수신하는 무선 통신부를 구비하는 복수의 제1 환자 생체 센서 장치;

   상기 복수의 제1 환자 생체 센서 장치로부터 수신된 생체 신호를 근거리 무선 통신 방식에 따라 미리 정해둔 장치로 전송하는 베이스 스테이션;

   상기 베이스 스테이션을 통해 상기 복수의 제1 환자 생체 센서 장치로부터의 생체신호 및 멀티 홉 정보를 수신받아 저장하는 서버;

   상기 서버에 접속하여 상기 저장된 생체신호를 제공받아 출력하는 모니터링 단말기;를 구비하며,

   상기 복수의 제1 환자 생체 센서 장치들 상호간은 상기 무선 멀티 홉 라우팅 방식에 따라 상기 검출된 생체 신호를 송수신하고, 상기 복수의 생체 신호 검출 장치들 중 어느 하나는 자신이 검출한 생체신호와 상기 수신된 하나 이상의 생체 신호를 조합하여 통합 생체신호를 생성하고 상기 통합 생체 신호를 근거리 무선 통신으로 상기 베이스 스테이션에 전송하고,

   상기 제1 환자 생체 센서 장치들 상호간의 상기 무선 송수신 패킷은 TOS 메시지, 오실로스코프 메시지 및 멀티 홉 메시지로 구성되며, 상기 제1 환자 생체 센서 장치들 상호간의 생체 신호의 송수신은 상기 TOS 메시지의 페이로드 부분에 상기 멀티 홉 메시지를 삽입하고, 상기 멀티 홉 메시지의 페이로드에 상기 생체 신호를 삽입하는 방식으로 이루어지며,

   상기 제1 환자 생체 센서 장치가 상기 베이스 스테이션과의 직접 통신이 불가능한 경우에는 제2 환자 생체 센서 장치 또는 제3 환자 생체 센서 장치 등의 전송가능한 복수의 환자 생체 센서 장치들 상호간에 상기 무선 멀티 홉 라우팅 통신 방식으로 상기 제1 환자 생체 센서 장치의 통합 생체신호를 전송하고, 상기 복수의 환자 생체 센서 장치중 최종 환자 생체 센서 장치가 상기 베이스 스테이션에 근거리 무선 통신으로 상기 통합 생체 신호를 전송하는 것을 특징으로 하는 무선 멀티 홉 라우팅 기반의 생체 신호 모니터링 시스템.
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