의료기기 온도 모니터링 시스템 최규남

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RFID- 유비 쿼터스 센서 네트워크 (USN) 를 이용한 의료기기 온도 모니터링 시스템에 관한 연구A Study on Temperature Monitoring of a Medical Device with using RFID-Ubiquitous Sensor Network

성 운 철 ( 한양대학교 공학대학원 , 2010 년 2 월 , 석사학위논문 )

연구실 : CT 연구실학 번 : 201245050발표자 : 최 규 남

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국문 요약

• 일반적인 무선 통신에서 벗어나 RF 센서 노드를 네트워크화 함• 수신된 각종 데이터를 유비쿼터스 센서 네트워크 (USN*) 라는 새로운 환경을 만듬• USN 은 의료분야에서는 생체 정보를 측정하고 , 측정된 정보를 의료진이 어느 장소에서나

건강관리 및 예방을 위한 원격 진단 자료로 활용 됨• 병원 내에서 활용 범위가 점차 확대 되고 있음

- RFID-USN 기반의 유 - 헬스케어 (U-Healthcare)- 의료기기 관리 및 자산관리- 환자의 투약 처방

• 병원에서는 온도와 관련된 많은 의료기기들이 사용되고 , 매일 같이 체크하고 기록을 남김• 대부분 수기로 작성되기 때문에 문제가 발생 할 수 있음• 관리 사각지대와 집중 관리가 필요한 의료기기의 온도측정을 위해 온도센서와 지그비를

결합한 RFID-USN 시스템을 이용하여 기기의 온도 정보를 수집하고 관리자의 퍼스널 컴퓨터에서 분석할 수 있으며 , 개인 휴대 단말기인 PDA 를 활용하여 문자 알림 서비스를 제공하는 시스템을 구현

• RF 를 이용한 무선센서 네트워크를 구성하여 온도 감시 장치를 구현 한다면 , 기기의 정보를 능동적으로 감시할 수 있고 , 즉각적인 조치를 취해 손실을 예방 할 수 있다 .

* USN(Ubiquitous Sensor Network)

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서론 (1/2)

• 무선 통신 기술의 발전은 일반 기기들 간의 무선통신에서 벗어나 각종 데이터 수정을 위한 센서 노드들 간의 네트워크를 형성하는 데에 기여함- 홈오토메이션- 서식지 모니터링- 공장 자동화

• 유비쿼터스 센서 네트워크 (USN_Ubiquitous Sensor Network) 라는 새로운 환경• 의료분야에 적용

- 생체 정보를 측정- 측정된 정보를 의료진에게 전달하여 원격 진료를 가능하게 함- 유 - 헬스케어에 적용- 의료기기의 관리 및 자산 관리- 환자의 투약 처방을 위한 식별

• 병원은 온도와 관련된 많은 의료기기들을 사용하고 있음- 혈액 , 혈장 등을 보관 하는 혈액 냉장고- 조혈모세포등 주요 샘플을 보관하는 초저온 냉동고- 검사에 사용하는 시약과 약품등을 보관하는 냉장고- 세균을 배양하는 인큐베이터- 신생아의 집중 치료를 위한 인큐베이터

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서론 (2/2)

• 온도에 민감한 의료기기들이 적정 온도를 유지 못하게 되면 큰 손실이 발생할 수가 있음

시작

온도 측정

적정한가 ?

담당 의료진에게 알람

끝

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개발 기술의 개요 온도 감시의 중요성

• 성인의 총 혈액량은 대략 6 리터이거나 체중의 7~8%• 45% 정도는 적혈구 , 백혈구 , 혈소판으로 구성• 55% 는 혈장이라는 액체 성분• 혈액은 혈액 전용 냉장고에 보관하여 적혈구의 경우 통상적으로 2~6℃ 유지되어야 하

며 , 상온에서 30 분 이상이 경과하여 온도가 높아지거나 낮아지면 폐기 될 수 있다 .

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개발 기술의 개요 온도 감시의 중요성

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개발 기술의 개요 온도 감시의 중요성

• 혈액 검사 시에 사용하는 시약의 보관 온도가 변화하여 샘플과의 반응 정도가 달라지면 잘못된 결과가 나올 수 있음

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개발 기술의 개요 온도센서의 종류 및 특성

• 접촉형은 고체 , 액체 , 기체 등의 측정 대상에 센서를 접촉하여 측정• 비접촉형은 측정 대상에서 방사되는 적외선을 검출해서 측정

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개발 기술의 개요 온도센서의 종류 및 특성

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개발 기술의 개요 RFID 시스템의 특성

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개발 기술의 개요 태그의 종류 및 특징

• 수동형 태그는 자체 전원이 리더로부터 유도결합 및 전자기파 전송 신호로부터 에너지를 받아서 동작

• 능동형 태그는 전원 또는 배터리가 포함 됨• 리더기와의 무선 접속 방식에 따라 상호유도 방식과 전자기파 방식으로 나눔• 상호유도 방식은 코일 안테나 사용• 전자기파 방식은 고주파 안테나 사용

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개발 기술의 개요 태그의 종류 및 특징

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개발 기술의 개요 무선 센서 네트워크

• 무선 센서 네트워크는 의사소통의 수단이 아닌 자동화된 원격 정보 수집을 목적• 무선 센서 네트워크의 설계에는 효율적인 자원 사용과 전력 소모에 대한 고려가 필요함

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개발 기술의 개요 무선 센서 네트워크

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개발 기술의 개요 센서 노드의 구성

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개발 기술의 개요 지그비 원리 및 특성

• 지그비는 저전력 , 저가격 , 사용의 용이성을 갖진 대표적 무선 기술

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개발 기술의 개요 지그비 원리 및 특성

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개발 기술의 개요 지그비 원리 및 특성

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온도 모니터링 시스템 구현

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온도 모니터링 시스템 구현 온도센서

• 백금저항체를 소재로한 반도체 센서 TMP275 사용• ACCURACY:±0.5°C (max) from −-20°C to +100°C• I2C 통신 방식 사용

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온도 모니터링 시스템 구현 온도노드

• 제어부와 무선 송신부로 나누며 , 제어 보드는 ATmel 사의 AT89C4051 Micro-con-troller 를 사용

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온도 모니터링 시스템 구현 싱크노드

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온도 모니터링 시스템 구현 PC 프로그램

• 사용한 언어는 Dynamic Linked Library(DLL) 파일을 쉽게 사용하고 Memory Leakage 문제가 없는 Visual C# 을 개발 언어로 사용

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실험 결과

• 사각지대에 설치된 기기 및 집중관리 대상 기기• 온도측정은 10 초 , 1 분 , 5 분 , 10 분 , 30 분 간격으로 각각의 데이터를 측정하여 RF

센서노드에서 싱크노드로 전송하게 함• 서버 역할의 PC 에 온도 모니터링 프로그램을 설치

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실험 결과

• 측정한 데이터를 잦은 주기로 송수신하면서 전력 소모가 많음• 굴곡지거나 사각지대에서 지그비칩이 코디네이터 , 라우터 , 앤드 디바이스 기능으로

네트워크를 구성하는 효과 확인• RF 온도센서 노드와 싱크노드에서 송수신 데이터를 분석할때 랜덤하게 잘못된 데이터가

발생됨• 일정 설정치를 벗어나면 상황을 인지하여 온도 모니터링 시스템에서 이메일 또는 SMS 로

담당자에게 연락함

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결론

• 본 연구를 통해서 관리 사각지대 및 집중관리가 필요한 온도관련 의료기기의 RF 센서노드 네트워크를 이용한 모니터링 기술을 이용하여 주기적인 온도 측정을 가능하게 함

• RF 온도센서노드와 지그비 (zigbee) 를 결합한 무선센서노드 이용하여 RFID-USN시스템을 구현 함

• 문제 발생 시 의료진 및 장비 관련자에게 휴대전화를 통한 문자 알림서비스를 제공할 수 있는 시스템을 구성 함

• 의료기기 ( 혈액냉장 , 초저온 냉동 , 인큐베이터 챔버 ) 들의 온도 상태를 “온도검침표”에 수기로 작성할 때 발생할 수 있는 오류와 자료의 손실을 미리 방지

• 지속적인 온도 모니터링을 통해 기기의 이상 증후를 미리 예측하여 기기의 예방점검 및 유지보수를 통해 기기의 안전성과 미 가동율을 낮출 수 있음

• 사각지대에 설치된 기기들 또한 문제발생 시에는 e-mail 과 SMS 시스템을 연계하여 담당 부서의 담당자들에게도 효과적으로 경고를 전달하여 중요한 시약 및 보관 제재들의 손실을 예방

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최규남 (010-2742-0631, robertchoimail@gmail.-com)