유연성 벨트형의 다중생체신호 저장 및 무선전송 시스템 설계 및 평가

Abstract

[한글]본 논문에서는 무선 센서 네트워크 환경에서 환자 혹은 일반인의 생체 신호 모니터링을 위해 Wearable computing 기술 중 하나인 벨트를 이용하여 전극의 느슨한 접촉 상태에서 다중 생체 신호를 측정하고 저장하고 전송하는 모니터링 시스템을 개발하였다.

생체신호를 잘 측정하기 위해 OPA124 소자를 사용한 Dry 전극의 한 종류인 Active electrode를 제작하여 측정하였다. 이때 사용된 Ground는 전도성 섬유를 일용하여 벨트의 안쪽의 전반에 설치하였다. 이렇게 들어온 신호는 심전도 회로를 통하여 심전도를 측정하며, 아날로그 비교회로를 통한 QRS complex를 측정 하여 R_peak의 갯수를 측정 할 수 있도록 하였다. 이렇게 얻어진 신호들은 MCU(Micro Controller Unit)인 ATmega128L을 통하여 ADC(Analog-to-Digital Converter)를 통하여 디지털 값으로 변환된다. 이렇게 변환된 디지털 값은 Micro SD(Secure digital) circuit을 통하여 Micro SD card에 저장이 된다. 또한 디지털 값은 RF 모듈인 CC2420 칩으로 구성된 IEEE802.15.4인 Zigbee로 보내져 무선 전송되어 수신 노드로 보내진다. 위의 모든 작업은 Transmission board에서 이루어진다. Receive board에서는 Zigbee를 통해서 수신된 디지털 값을 심전도 보정 알고리즘을 통하여 신호를 보정하였다. 또한 컴퓨터와의 인터페이스는 쉽게 하기 위하여 USB(Universal Serial Bus)를 설치하였다. 실시간 확인을 위하여Visual basic 6.0을 통해 Display 프로그램을 제작하였으며, 데이터 분석을 위해 저장이 가능하도록 만들었다. 제품의 성능과 평가를 위하여 시제품인 Polar사의 RS800 제품과의 비교를 하였다.

실험을 통하여 얻어진 결과들을 통틀어 봤을 때 본 디바이스 및 시스템은 일반 Wearable 시중 제품에서는 보여주지 못하는 심전도 파형을 보여줄 수 있으며 일반 전극의 몸에 붙이는 시스템이 아닌 몸에 걸쳐서 벨트로 측정할 수 있는 시스템을 개발하였다는 것이다. 더구나 느슨한 접촉뿐만 아니고 비접촉으로도 측정 가능하며 이때 얻을 수 있는 데이터가 일반적인 Ag-Agcl 전극으로 측정한 것과 같은 성능을 보인다. 또한 전선에 의해서 장소와 시간에 제약을 받으며 측정하는 시스템이 아닌 무선으로 전송하여 움직임에 보다 자유를 주었으며, 데이터 통신의 음영지역에서 Packet lose를 대비하여 저장시스템을 장착하였다. 가속도계를 이용하여 사람의 움직임을 감지하고 심전도 신호의 보정을 하는 알고리즘을 만들었다.

본 연구를 통해서 Ubiquitous health care 환경에서 언제 어디서든 개인의 건강을 모니터링 할 수 있는 시스템이 구축 된다면 일상생활에서 생체신호의 모니터링뿐 만 아니라 응급 상황 혹은 가정, 병원 등에서 이동성의 제약이 없이 편리하게 사용 될 수 있는 시스템이 될 것으로 생각하여 많은 사람들의 돌연사를 막을 수 있고, 건강을 좀 더 체계적으로 치료, 관리 할 수 있으므로 Ubiquitous health care 시대를 앞당기는 것에 큰 기여를 할 수 있을 것이다.

[영문]Under ubiquitous healthcare circumstances, interest of one's health condition has been increased. People were required the measurement of bio-signal by the wearable computing technology. The purpose of this paper is to measure the portable ECG (Electro-cardiogram) with the application of wearable computing technology.

Therefore, the normal ECG measurement can be measured with a chest belt either in direct contract state or loose contact state.

The belt type circuit for measuring ECG was developed. In order to remove noises in loosely contact condition, a shield circuit was assembled with the measuring active electrodes. And ground electrode were used by conductive fabric. Both of High performance differential amplifiers and notch filters were incorporated into the main amplifier circuits. Rpeak detected by QRS complex circuit. The ECG data was converted from analog to digital form by MCU (Micro Control Unit). The MCU was used to ATmega128L. The main memory was composed of a memory controller and a memory card. And the vital sign transmitted from Body Area Sensor Network to hospital or PC through optionally using wireless networks by the zigbee(IEEE 802.15.4).

The ECG measurement would be useless with inaccurate analog data, so we measured the bio-signal by using the loose or non contact potable belt for accurate ECG data. The belt can be used to measure ECG by loose or non contact method.

In this study, we could measure ECG without any spatial-temporal restriction due to the portable belt. This device is suitable for the ubiquitous-healthcare environment.