울산의대 대학원 의과학과- 신생아 중환자실 내의 인큐베이터 온도, 습도 모니터링 시스템 개발

Author(s):
김인권 석사과정 - 울산의대 대학원 의과학과

Industry:
Medical/ Medical Instrumentation

Products:
LabVIEW, PDA Module

The Challenge:
저전력의 RF 센서 네트워크를 이용하여 시스템을 개발하였다. 이러한 시스템에서 데이터를 계측하는데 있어서 LabVIEW를 사용한 목적은 다른 개발 툴로 많은 양의 코딩 부분을 이미 만들어져 있는 컨트롤이나 함수를 이용하면 쉽게 구성할 수 있고 사용자 인터페이스를 좀 더 쉽게 만들어 낼 수 있었기 때문이다.

The Solution:
개발된 시스템은 RF 센서 네트워크 시스템을 통해 수신되는 데이터(인큐베이터 내의 온도,습도)를 RS-232 통신을 통하여 획득하고, 각 채널의 데이터를 분리하여 한 눈에 모니터링 할 수 있는 시스템이다.

요약
개발된 시스템은 RF 센서 네트워크 시스템을 통해 수신되는 데이터(인큐베이터 내의 온도,습도)를 RS-232 통신을 통하여 획득하고, 각 채널의 데이터를 분리하여 한 눈에 모니터링 할 수 있는 시스템이다. 본 시스템은 PC에서 뿐만 아니라 TCP/IP 통신을 통하여 PDA에서도 모니터링할 수 있다. 이 시스템은 LabVIEW의 통신 기능 및 PDA module을 적극 활용하였으며, 다른 개발 툴을 사용하는 것보다 개발시간이 많이 절약되었다.

그림 1. System structure

개발 배경
신생아 인큐베이터의 경우, 수시로 내부의 온도, 습도 및 각종 데이터를 기록하도록 되어 있다. 이런 데이터 기록시 의사나 간호사가 직접 가서 확인하는 불편함이 있기 때문에 원격 계측이 가능한 시스템이 필요하게 되었다. 이미 이전에 연구됐던 원격 계측의 통신 방식으로는 Web 기반이나 Bluetooth를 활용하는 연구들이 있었다. 하지만 이러한 연구들에는 인큐베이터의 이동성이라던가 채널수의 한계를 가지고 있는 문제점들이 있다. 이런 문제를 해결하기 위해 저전력의 RF 센서 네트워크를 이용하여 시스템을 개발하였다. 이러한 시스템에서 데이터를 계측하는데 있어서 LabVIEW를 사용한 목적은 다른 개발 툴로 많은 양의 코딩 부분을 이미 만들어져 있는 컨트롤이나 함수를 이용하면 쉽게 구성할 수 있고 사용자 인터페이스를 좀 더 쉽게 만들어 낼 수 있었기 때문이다. 또 하나 중요한 이유는 PDA 프로그램에 있어서 기존의 개발 툴인(EVC++)을 활용하여 개발하였으나 함수의 제한으로 실시간적인 그래프를 보여주기 어려웠다. 하지만 LabVIEW PDA 모듈을 통해 어려웠던 문제점들을 쉽게 구현할 수 있었다.

본론
본 시스템에서 LabVIEW가 처음 적용되는 부분은 RF 센서 네트워크의 수신부와 연결된 PC로부터 RS-232 통신을 통해 데이터를 획득하는 부분이다. 데이터 전송 속도는 19200bps로 설정하였다. RF 통신을 통해 들어오는 데이터는 36bytes로 구성된 하나의 데이터 패킷이다. 이 안에는 많은 정보가 들어있고 그것을 각각 분리해 낼 필요가 있었다.

그림 2. PC program - Block diagram

들어오는 데이터의 정확성 여부를 위해 처음 Case문을 사용하였고, 들어온 36bytes의 데이터 패킷에 대해 사용자에게 보여주기 위해 필요한 데이터만 뽑아냈다. 또, 각 데이터 값이 상위 바이트와 하위 바이트가 뒤집어 있었기 때문에 그것을 바꿔주는 함수를 간단히 하였다. 분리된 데이터는 온도, 습도에 따라 계산을 하고 그래프로 보여주게 된다. 또 각각의 온도, 습도는 30개의 데이터에 대한 히스토그램을 작성하여 의사들에게 또 다른 정보를 제공하였다. 그리고 데이터를 텍스트로 저장하는 부분을 만들어 나중에 다시 확인하거나 PDA를 PC와 연결했을 때 자동으로 파일이 복사되도록 하였다. 또, 온도, 습도가 나타나는 범위가 다르므로 y축을 2개로 하여 하나의 chart 안에서 데이터를 표현하도록 하였다.
원칙적으로 인큐베이터 내부의 온도는 체온과 비슷한 수준에서 유지되지만 본 시스템은 일반 실험실에 측정을 하였기 때문에 경고 알림 정도를 30도로 설정하였다. 위 온도를 초과할 경우 프론트 패널의 LED가 빨강색으로 변하며, 경고음을 발생한다.
각 채널에 대한 그래프 x축에 Real-time을 적용하기 위해 Property node를 사용하였고, Main 화면에서 전체 채널을 모니터링 할 수도 있고, 탭 컨트롤을 사용하여 각 채널을 분리해 모니터링할 수 있도록 하였다. 또 TCP/IP 통신을 설정하여 채널, 온도, 습도의 데이터를 PDA로 전송한다. 본 시스템에서 사용된 PDA는 Pocket PC 2003을 운영체제로 하고 있는 최신형의 iPAQ h2210이다. PDA의 TCP/IP 통신의 경우, 무선랜 기능이 내장되어 있지 않아서 SD type의 무선랜 card를 사용하였다. PDA 인터페이스의 경우 PDA 화면의 제한점 및 Chart의 제한으로 인해 온도에 대한 하나의 그래프만을 보여주고 있다.

그림 3. PC program - Front panel (1)

그림 4. PC program - Front panel (2)

그림 5. PDA program - Front panel

그림 6. PDA program - Block diagram

결론 및 솔루션 개발 후 얻게 된 이점
본 시스템은 처음에 VISA 함수를 이용해 Bluetooth통신을 해 보았으나, 거리상의 문제로 인해 TCP/IP 통신을 적용하였다. 현재 TCP/IP 통신이 가능하기 때문에 획득한 데이터를 의사나 간호사가 인터넷이 가능한 어느 곳에 가더라도 데이터 확인이 가능하다. 앞으로 PDA module 7.1의 탭 컨트롤을 사용하면 좀 더 개선할 수 있을 것이며, 더 나아가 일반 윈도우에서의 LabVIEW처럼 property node, 각종 색의 지원 및 chart의 기능 개선이 된다면 한층 향상될 것으로 보인다. 현재 시스템은 간단한 온도, 습도의 데이터이지만 앞으로는 생체 신호를 바탕으로 한 데이터 획득이나 네트워크를 형성할 수 있을 것으로 보인다. 그리고 PDA나 각종 휴대 단말기를 활용하는 유비쿼터스 헬스케어나 홈오토메이션 등에 쉽게 활용 가능할 것이다.

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김인권 석사과정
울산의대 대학원 의과학과

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