재택형 생체계측 시스템을 위한 실시간 운영체제(uC/OS-II) 기반의 임베디드 시스템 개발

Abstract

[한글]재택형 생체계측 시스템은 일반적으로 소형화되고 복합화된 진단용 의료기기로, 쉽게 가정 내에 설치하여 거주자의 건강 상태를 주기적으로 기록하고 이를 병원 또는 의료센터에 전송하여 주는 형태의 의료서비스에 활용된다. 기존의 Healthcare 제품들은 보통 PC기반으로 설계되어 시스템이 크거나, OS없는 임베디드용 8비트 마이크로 컨트롤러 기반으로 설계되어 다기능의 실시간 응답이 어렵고, 이를 관리할 수 있는 소프트웨어를 유지하고 향후 시스템을 업그레이드하는데 많은 불편함을 초래하였다. 이에 본 연구에서는 상용 실시간 운영체제인 uC/OS-II를 사용하여 다기능을 요구하는 시스템에서의 데이터 처리를 효과적으로 처리하고, 시스템의 하드웨어가 바뀌거나 프로세서가 교환될 때 최소한의 수정으로 기존 프로그램을 사용할 수 있는 통합 생체계측 장치를 위한 소형의 재택형 임베디드 시스템을 설계하였다.

전체 시스템은 시스템의 전원을 공급하는 전원부, 전체시스템을 제어하는 시스템 제어부, 생체신호측정을 제어하는 생체신호 제어부, 획득에 필요한 원시데이터(Raw Data)를 수집하는 생체신호 측정부, 그리고 화면 구성을 제어하는 LCD 제어부, 획득된 생체 신호 데이터를 저장하는 파일 시스템 제어부로 구성하였다. 전원부는 220V 교류전원 혹은 배터리로 동작이 가능해 휴대가 가능하도록 설계하였다. 전체 시스템의 절연 전원부 설계에 대한 내전압 평가는 IEC60601-1이 정한 시험방법에 의해 내전압 검사장치 9032A를 사용하여 평가하였다. 시스템 제어부는 ARM920T core기반의 마이크로 컨트롤러가 사용되었고 전체 시스템 관리는 상용 실시간 운영체제인 uC/OS-II를 사용하였다. 생체신호 측정부는 재택진단시스템에서 측정할 수 있는 생체 변수들 중 심전도, 혈압, 체지방, 혈중산소농도를 측정하였다. LCD제어부는 LCD를 이용해 실시간 생체신호 데이터 모니터링이 가능하도록 하였으며, 파일 시스템 제어부는 sd 카드를 이용한 파일시스템을 구축하여 PC상에서 데이터 후처리가 가능하도록 하였다.

본 논문의 연구를 통해 기존의 IBM PC기반의 계측시스템을 실시간 운영체제기반의 임베디드 시스템으로 교체 가능할 것으로 보인다. 또한, 유무선 통신이 가능한 TCP/IP 모듈과 RF 모듈을 개발하여 시공간적 제약이 없는 원격 건강검진 서비스를 위한 소형 단말기 개발이 가능할 것으로 보인다.

[영문]Home Healthcare Management System has shown a general tendency to be small-sized and complicated diagnostic equipment, made the medical service to record health condition of the resident by periods and transmit recorded results to the hospital or medical center as long as it is easily installed in home. Healthcare products were too big system by designing as based general PC system, had the difficult to respond to multi-function with realtime by designing as based embedded 8-bit micro-controller system without OS and brought many inconveniences to upgrade system and maintain software able to control healthcare products in the past.

Therefore, in this paper we designed the compact embedded system for total bio-parameter measurement products that handle the data effectively in system demanded for multi-function using common realtime OS, uC/OS-II, and is also able to use original program through the minimum modification when was changed hardware or exchanged processor in system.

The overall system is consisted of power part for supplying power, system control part for controlling the overall system, bio-parameter control part for controlling to measure bio-parameter, bio-parameter measurement part for collecting raw data, LCD control part for controlling display and file system control part for saving obtained bio-parameter data. As power part is designed that it be operated by either 220 volts A.C. or battery, overall system could be potable. Dielectric strength of design of isolated power part in the overall system is tested through test method provided by IEC60601-1 using Safety Analyzer, 9032A. System control part is used micro-controller based on ARM920T core and common realtime OS, uC/OS-II for management of the overall system. Bio-parameter measurement part is subject to measure 4 bio-parameters, ECG, blood pressure, body composition and SpO2, which are able to measure in home diagnostic system. LCD control part is subject to monitor 4 bio-parameters on LCD with realtime and file system control part is subject to make file system using SD card and process data in PC.

Through this research, original measurement system based on IBM PC is possible to exchange into embedded system based on realtime OS. And it is also possible to develop timeless compact equipment for home healthcare monitoring service through development of TCP/IP module and RF module that could be wired and wireless communication