KR101999754B1 - 휴대용 개인건강 관리장치 제어시스템 - Google Patents

휴대용 개인건강 관리장치 제어시스템 Download PDF

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Abstract

사용자의 신체 데이터를 측정, 저장, 분석하여 개인사용자에게 제공함으로써 사용자의 건강상태 및 건강상태변화 등을 파악하고 대처하도록 관리하는 휴대용 개인건강 관리장치의 제어방법 및 제어시스템이 제공된다. 상기 제어방법은, 생체 데이터를 측정하기 위한 감지신호를 센싱하는 센서장치와 상기 감지신호를 수신하여 수집하는 수집장치 사이에서, 무선 통신 방식으로 데이터 교환이 이루어지며 서버와 클라이언트 역할을 수행한다.

Description

휴대용 개인건강 관리장치 제어시스템{Control system for mobile personal healthcare device}
본 발명은 사용자의 신체 데이터를 측정, 저장, 분석하여 개인사용자에게 제공함으로써 사용자의 건강상태 및 건강상태변화 등을 파악하고 효과적으로 대처할 수 있도록 관리하는 휴대용 개인건강 관리장치의 제어방법 및 제어시스템에 관한 것이다.
개인건강에 관한 패러다임이 바뀌고 있다. 발견된 질병을 치료하는 시대에서 건강하게 장수하는 것을 목표로 하는 건강관리의 시대로 바뀌고 있다. 평생 개인건강관리 시대를 위해 필요한 모바일 헬스케어 기술 등 각종 관련기술 및 서비스가 개발되어 제공되고 있다.
한국보건산업진흥원은 20~60대 전체 인구 중 총 1,200만명이 모바일 헬스케어 관련 기술과 서비스 이용할 것으로 예상하고 있다. 이에 발맞추어 국내 모바일/스마트 헬스케어 시장 규모도 급속히 증가하고 있다. 국내 모바일/헬스케어 시장은 2014년 현재 국내 추산 약 3조원 규모에 육박할 것으로 예상되고 있다.
따라서 헬스케어와 ICT 기술 융합 및 그에 따른 기술 활용성도 증가되고 있으며 중요성도 더욱 부각되고 있다. 디지털 헬스(예를 들어, 스마트 헬스 및 모바일 헬스)관리 기술의 발달로 모바일 헬스 시장은 매년 59.4% 성장해 2018년에는 215억 달러 규모에 이를 것으로 예측하고 있다. 식이요법이나 피트니스 관련 스마트폰 앱의 경우, 2013년 미국에서만도 5570만명이 사용한 것으로 알려져 있다.
또한, 모바일 헬스 영역 중 만성질환 관리(31%)와 건강 및 피트니스(28%)와 관련된 60%가까이가 전문가 대상이 아닌 일반인이 사용하는 건강관리 앱으로 파악되고 있다. 이러한 시장 추세에 맞추어 관련 시장의 니즈를 충족시키기 위한 다양한 기술의 개발이 진행되고 있다.
대한민국 공개특허공보 제 10-2015-0035680호, (2015.04.07)
본 발명의 기술적 과제는, 사용자의 신체 데이터를 측정, 저장, 분석하여 개인사용자에게 제공함으로써 사용자의 건강상태 및 건강상태변화 등을 파악하고 대처할 수 있도록 관리하는 휴대용 개인건강 관리장치의 제어방법 및 제어시스템을 제공하는 것이다.
본 발명의 기술적 과제는 이상에서 언급한 과제로 제한되지 않으며 언급되지 않은 또 다른 기술적 과제들은 아래의 기재로부터 당업자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.
본 발명에 의한 휴대용 개인건강 관리장치 제어방법은, 생체 데이터를 측정하기 위한 감지신호를 센싱하는 센서장치와 상기 감지신호를 수신하여 수집하는 수집장치 사이에서, 무선 통신 방식으로 데이터 교환이 이루어지며 서버와 클라이언트 역할을 수행한다.
상기 센서장치는 휴대용 개인건강 관리장치이며, 상기 수집장치는 개인이 휴대한 휴대단말기인 휴대용 개인건강 관리장치 제어방법.
본 발명에 의한 휴대용 개인건강 관리장치 제어시스템은, 하나와 다른 하나가 서버와 클라이언트 역할을 수행하며 서로 무선 통신 방식으로 데이터 교환이 이루어지는, 생체 데이터를 측정하기 위한 감지신호를 센싱하는 센서장치, 및 상기 감지신호를 수신하여 수집하는 수집장치를 포함한다.
본 발명에 의해 다음과 같은 효과를 얻을 수 있다. 여러 생체 데이터를 편리하게 측정하고 분석하여 제공할 수 있다. 센서로부터 감지신호를 습득 및 전송하고 이로부터 생체 데이터를 측정 및 분석하는 과정이 모듈화된 데이터 처리 단위의 유기적 관계에 의해 매우 효율적으로 진행된다. 이를 통해 개인에게 맞춤형 생체 데이터를 지속적으로 분석하고 제공하여 사용자의 건강상태를 효과적으로 모니터링하고 대응하도록 할 수 있다. 또한, 이를 통해 특정 증상에 대한 보다 효율적인 대처도 가능하다. 또한, 지속적인 개인 건강 정보 수집이 가능하여 라이프 타임 건강 관리를 지향하는 주기적 건강 데이터 모니터링 서비스를 제공 가능한 등의 매우 유용한 효과를 얻을 수 있다.
도 1은 프로파일(Profile), 서비스(Service), 특성(Characteristic)의 상호 관계를 도시한 도면이다.
도 2는 프로토콜 스택의 구성을 도시한 도면이다.
도 3 및 도 4는 수집기와 센서간 관계를 도시한 도면이다.
도 5는 센서 서비스 요구사항을 예시한 도면이다.
도 6은 장치 정보 서비스 요구사항을 예시한 도면이다.
도 7 및 도 8은 수집기 서비스 요구사항을 예시한 도면이다.
도 9는 GATT하위 절차 요구사항을 예시한 도면이다.
도 10은 RACP 절차 요구사항을 예시한 도면이다.
도 11은 센서-수집기 동작 절차를 도시한 순서도이다.
도 12~도 42는 앱 구현례와 그 화면을 예시한 도면들이다.
도 43~도 77은 웹 구현례와 그 화면을 예시한 도면들이다.
본 발명의 이점 및 특징 그리고 그것들을 달성하기 위한 방법들은 첨부되는 도면과 함께 상세하게 후술되어 있는 실시예들을 참조하면 명확해질 것이다. 그러나 본 발명은 이하에서 개시되는 실시예들에 한정되는 것이 아니라 서로 다른 다양한 형태로 구현될 수 있으며, 단지 본 실시예들은 본 발명의 개시가 완전하도록 하고 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 발명의 범주를 완전하게 알려주기 위해 제공되는 것이며, 본 발명은 단지 청구항에 의해 정의될 뿐이다. 명세서 전체에 걸쳐 동일 참조부호는 동일 구성요소를 지칭한다.
[본 발명의 개요]
본 시스템 개발에서는 모바일 헬스케어 기기와 스마트폰간의 측정 데이터 전송을 가정한다. 헬스케어 기기는 액정을 가지고 있어, 측정값을 즉시 볼 수 있다. 즉, 단일 tand-slone 제품으로 사용도 가능하다. 또한 스마트폰과 연동을 통해, 이후에 기기에 저장된 헬스 데이터는 동기화를 통해 스마트폰 앱으로 전송될 수 있다. 앱에서는 즉시 측정된 데이터와, 이전에 측정되어 데이타베이스에 저장된 헬스 건강데이터를 관리할 수 있다. 헬스케어 프로파일은 체온(Body temperature), 심박수(Heart rate), 산소포화도(SpO2), 손떨림(Hand vibration 파킨슨병 예후 진단을 위함)을 포함하는 적어도 4가지 종류의 데이터 측정을 지원한다.
[본 발명의 구성]
<GAP>
GAP는 Generic Access Profile의 약자로 블루투스에서　게시(advertising)와　연결(connection)을 제어한다. GAP은 특정 장치가 다른 장치들에게 어떻게 보여지도록 할 것인가와 어떻게 두 장치를 연결할 것인가를 결정한다.　GAP은 장치들이 맡을 수 있는 다양한 역할들에 대해 정의한다. 그 중 가장 핵심이 되는 요소는　Central　장치와　Peripheral　장치이다.
<GATT server (slave) / GATT client (master)>
BLE 장치가 연결된 이후 어떻게 서로 통신하는지에 대해 정의한다. 일반적으로 peripheral 장치(센서장치)가 GATT server 역할을 하며 ATT lookup data, service, characteristic 에 대한 정의를 가지고 있다. GATT client(폰, 태블릿 등)에서는 GATT server 로 데이터 요청을 보낸다. 모든 동작(transaction)은 GATT client 에서 시작되어 GATT server로 부터 응답을 받게 된다.
두 장치가 연결될 때 peripheral(센서장치)은　연결간격(connection interval)을 전달한다. Central(폰)은 이 시간만큼 간격을 두고 새로운 데이터가 있는지 재연결을 시도할 수 있다. 하지만 이것은 필수 사항은 아니다. BLE에서 사용하는 GATT 기반 동작구조는 프로파일(Profile), 서비스(Service), 특성(Characteristic) 에 기초하며, 다음과 같은 수직 구조를 이룬다(도 1참조 ).
프로파일(Profile)은 BLE peripheral(센서장치) 에 실제로 존재하는 것은 아니다. 이것은 Bluetooth SIG(블루투스 표준 개발그룹) 혹은 peripheral(센서장치) 디자이너에 의해서 만들어진, 미리 정의된　서비스의 묶음이다. 서비스(Service)는 데이터를 논리적인 단위로 나누는 역할을 하며　특성(characteristic)이라 불리는 데이터 단위를 하나 이상 포함하고 있다. 각 서비스는　UUID라 불리우는 16bit(for officially adopted BLE Services) 혹은 128bit(for custom services) 구분자를 가지고 있다. 특성(Characteristic)은 GATT 기반 동작구조에서 가장 하위 단위이다. 특성은 단 하나의 데이터만을 포함한다. 가속도 센서처럼 X, Y, Z 축 값이 한 쌍을 이루는 경우 일련된 값의 나열(배열)도 하나의 데이터로 간주한다.　서비스와 유사하게 특성도 16-bit 또는 128-bit UUID 를 가지고 있다.
프로토콜 스택의 구성은 (도 2)를 참조할 수 있다. 헬스케어 프로파일은 두 가지 역할을 정의할 수 있다. 센서(sensor)는 GAP Peripheral 역할을 구현하는 헬스케어 기기(Sensor )이다. 수집기(collector)는 GAP Central 역할을 수행하는 수집기(스마트폰 )이다. 센서는 GATT 서버역할을 수행하며 수집기는 GATT 클라이언트 역할을 수행할 수 있다(도 3참조 ).
[본 발명의 동작과 적용 및 작용효과]
헬스 데이터 간헐적 측정이 가능하다. 이 시나리오에서는 만성적인 질병상태의 사람을 위해 헬스케어 기기의 체온, 심박, 산소포화도, 가속도 센서를 사용하여 하루에도 여러 번 주기적으로 측정한다. 이러한 측정은 즉시 수집기에 보낼 수 있지만, 또는 수집기가 존재하지 않는 경우 나중에 보내 이러한 측정 값을 저장하는 메모리가 있다. 이러한 측정은 수집기에 의해 환자의 간병인에 전송될 수도 있다.
헬스 데이터 수면 중 측정 방식이 가능하다. 생체 신호 측정기는 환자의 체온, 심박수, 또는 수면 무호흡으로 진단되어야 하는지를 결정하기 위해 수면중에 환자의 체온이나, 심박수, 또는 산소 공급을 모니터링하기 위해 종종 환자와 연결되어 측정된다. 이 시나리오에서 체온, 심박수, 산소 포화도 측정기는 환자와 연결되어 지속적으로 측정하며, 대개 1 초에 약 1 회 측정한다.
헬스 데이터 응급 의학적 측정 방식이 가능하다. 환자가 응급실에 입소할 경우, 무선 연결 장치가 있는 헬스케어 기기를 사용하여, 체온, 심박수, 맥박 산소 측정을 수행할수 있다. 이 시나리오에서는 방의 각 환자에게 헬스케어 기기가 제공되어 계속 착용 후, 체온, 심박수, 산소 농도계의 상태를 지속적으로 보고한다. 이렇게 하면 환자의 상태가 저(고) 체온, 불규칙 심박, 또는 산소 감소로 인해 악화되는 경우 즉시 대응하는 치료할 수 있다.
서비스와 두 가지 프로파일 역할 간의 관계는 (도 4)를 참조할 수 있다. 센서 역할 요구사항은 (도 5)를 참조할 수 있다. 센서 역할 요구사항은 다음과 같다. 기록 가능한 GAP 장치 이름 특성이 요구된다. 센서는 수집기가 센서에 장치 이름을 쓸 수 있도록 장치 이름 특성에 대한 쓰기 속성을 지원한다. 저 전력(low energy) 전송을 위한 추가 필요 조건이 요구된다. 저 전력 전송을 통해, 이 프로파일을 사용할 때 헬스케어 서비스에 정의 된 것 이외의 추가 센서 요구 사항 및 권장 사항에 대해 설명해야 한다. 서비스 UUID AD 타입이 요구된다. 수집기에 초기 연결을 위한 GAP 검색 가능 모드에 있는 동안, 센서는 헬스케어 서비스, UUID를 광고 데이터의 서비스 UUID AD 타입 필드에 포함시켜야 한다. 이렇게 하면 연결을 시작하기 전에 센서가 수집기에 의해 식별 될 수 있으므로 사용자 경험이 향상될 수 있다.
추가적인 장치 정보 서비스 요구 사항은 (도 6)을 통해 확인할 수 있다. 장치 정보 서비스에 정의 된 것 이상의 추가 요구 사항과 권장 사항을 보여준다. 수집기 요구 사항은 (도 7), (도 8)을 통해 확인할 수 있다. 수집기는 헬스케어 서비스를 지원해야 한다. GATT 하위 절차 요구사항은 (도 9)를 통해 확인할 수 있다. GATT 요구 사항은 수집기 (클라이언트)에 대한 최소 요구 사항 집합이다. 클라이언트와 서버가 모두 지원할 경우 다른 GATT 하위 절차를 사용할 수 있다.
<서비스 발견(Service discovery)>
수집기는 ‘GATT 모든 주요 서비스 발견’ 하위 절차 또는 ‘GATT 서비스 UUID에 의한 주요 서비스 발견’ 하위 절차를 사용하여 기본 서비스 검색을 수행한다. 수집기는 ‘헬스케어 서비스’를 발견해야 한다.
<특성 발견(Characteristic Discovery)>
GATT에서 요구하는대로, 수집기는 이 프로파일에서 사용된 서비스의 서비스 기록(service record)에 있는 추가적인 선택적 특성을 허용해야 한다. 헬스케어 서비스 특성 발견 - 수집기는 서비스의 특성을 발견하기 위해‘GATT 서비스의 모든 특성 발견’ 하위 절차나 ‘GATT UUID에 의한 특성 발견’ 하위 절차를 수행해야 한다.
본 발명은 적어도 다음 2가지 측정 방식으로 센서 데이터를 측정 가능하다. 헬스데이터 간헐적 측정 특성이 가능하다. 수집기는‘헬스데이터 간헐적 측정 특성’을 발견 할 수 있다. 이 특성이 존재하면 수집기는 클라이언트 특성 구성 디스크립터를 발견해야 한다. 헬스데이터 연속 측정 특성이 가능하다. 수집기는‘헬스데이타 연속 측정 특성’을 발견 할 수 있다. 이 특성이 존재하면 수집기는 클라이언트 특성 구성 디스크립터를 발견해야 한다.
<헬스데이타 간헐적 측정 특성>
이 절은 센서에서 ‘헬스데이타 간헐적 측정 특성’을 지원하는 경우에만 적용된다. 수집기는 Flags 필드의 내용을 기반으로 ‘헬스데이타 간헐적 측정 특성’ 구조의 내용을 결정한다. 이를 통해 수집기 선택적 필드가 있는지 여부를 판별 할 수 있다. 수집기는 ‘헬스케어 기능 특성’을 읽음으로써 센서가 지원하는 기능을 결정한다. 수집기가 향후 사용을 위해 예약 됨(RFU: Reserved for Future Use)으로 정의 된 해당 필드의 비트가 있는‘헬스데이터 간헐적 측정 특성’표시를 수신하면, 수집기는 해당 비트를 무시하고 다른 모든 필드와 비트를 정상적으로 처리한다. 수집기가 일시적으로 저장된 간헐적 측정 값을 받기를 원하면 수집가는 RACP(Record Access Control Point) 절차를 사용해야 한다.
<헬스데이타 연속 측정 특성>
이 절은 센서에서 ‘헬스데이타 연속 측정 특성’지원하는 경우에만 적용된다. 수집기는 Flags 필드의 내용을 기반으로‘헬스데이타 연속 측정 특성’구조의 내용을 결정해야 한다. 수집기는‘헬스케어 기능 특성’을 읽음으로써 센서가 지원하는 기능을 결정한다. 수집기는 센서로부터 헬스데이타 연속 측정 특성 에 대한 정기적인 통지(일반적으로 1 ~ 4 초마다)를 수신 할 수 있다. 수집기가 향후 사용을 위해 예약 됨 (RFU)으로 정의 된 해당 필드에 비트가 있는‘헬스데이타 연속 측정 특성’통지를 수신하면 수집기는 해당 비트를 무시 한다.
초기 연결에서 수집기는 ‘헬스케어 기능 특성’을 읽고 센서가 지원하는 기능을 결정 한다. ‘헬스케어 기능 특성’의 현재 정의된 모든 비트는 장치의 수명기간 동안 고정된다.
RACP(Record Access Control Point) 특성’은 저장된 ‘헬스데이타 간헐적 측정 특성’ 값을 액세스하는 데 사용된다. RACP 절차를 수행하기 전에, 수집기는 표시(indication)를 위해 ‘RACP 및 헬스데이타 간헐적 측정 특성’(즉, 클라이언트 특성 구성 디스크립터를 통해)을 구성해야 한다. 수집기는 원하는 절차를 시작하기 위해, RACP에 대한 쓰기 작업을 수행 할 수 있다. 이 절차는 수집기가 원하는 작업을 수행하기 위해 센서의 RACP에 기록할때 시작된다. 응답 코드 또는 저장된 레코드 개수 응답(Response Code or Number of Stored Records Response)인 RACP 표시가 수집기에서 수신 될 때 이 절차가 종료된다.
RACP 절차 요구사항은 (도 10)을 통해 확인할 수 있다. 이 프로파일의 맥락에서 RACP 절차 (OP 코드, 오퍼레이터)에 대한 요구 사항을 보여준다. 수집기는 지원되는 OP 코드 중 하나를 사용하여 센서가 절차를 수행하도록 요청하기 위해 ‘RACP 특성’에 기록해야 한다. 여기에는 해당 OP code 맥락에서 유효한 operator와 operand 가 포함된다. 센서가 다중 연결을 지원하는 경우 수집기는 다른 수집기가 센서의 측정 데이터베이스 내용을 변경을 허용해야 한다.
센서-수집기 동작 절차는 (도 11)의 순서도를 통해서 확인할 수 있다.
<앱 구현례 >
앱 구현례를 구체적인 도면을 통해서 예시한다. (도 12~도 42)와 같이 앱이 구현될 수 있다.
<웹 구현례 >
웹 구현례를 구체적인 도면을 통해서 예시한다. (도 43~ 도 77)과 같이 웹이 구현될 수 있다.
이상 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시예들을 설명하였지만, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자는 본 발명이 그 기술적 사상이나 필수적인 특징을 변경하지 않고서 다른 구체적이 형태로 실시될 수 있다는 것을 이해할 수 있을 것이다. 그러므로 이상에서 기술한 실시예들은 모든 면에서 예시적인 것이며 한정적이 아닌 것으로 이해해야만 한다.
각 도면에 기재된 명칭으로 대신한다.

Claims (3)

  1. 삭제
  2. 삭제
  3. 하나와 다른 하나가 서버와 클라이언트 역할을 수행하며 서로 무선 통신 방식으로 데이터 교환이 이루어지는, 생체 데이터를 측정하기 위한 감지신호를 센싱하는 센서장치, 및 상기 감지신호를 수신하여 수집하는 수집장치를 포함하고,
    상기 센서장치 및 상기 수집장치는 블루투스 통신방식으로 연결되어 프로파일(profile), 서비스(service), 특성(characteristic)에 기초한 수직 구조를 이루는 GATT 기반 동작구조에 의해 동작하며,
    상기 서비스는 상기 특성의 데이터 단위를 하나 이상 포함하고, 상기 프로파일은 상기 서비스의 묶음으로 이루어지며, 상기 센서장치는 헬스케어 프로파일에 의해 정의된 GATT 서버 역할을 수행하는 헬스케어 기기이고, 상기 수집장치는 GATT 클라이언트 역할을 수행하는 스마트폰이며,
    상기 헬스케어 프로파일은 체온, 심박수, 산소포화도, 및 손떨림을 포함하는 적어도 4가지 종류의 헬스 데이터 측정을 지원하되, 상기 특성은 하나의 데이터를 포함하며 가속도 센서 X, Y, Z 축 값의 나열도 하나의 데이터로 간주하여, 상기 헬스케어 기기의 체온, 심박, 산소포화도, 및 가속도 센서를 사용하여 헬스 데이터를 측정하고, 상기 수집장치에 전송하되,
    상기 수집장치는, 상기 센서장치에서 지원하는 헬스데이터 측정 특성을 발견하고, 헬스케어 기능 특성을 읽음으로써 상기 센서장치가 지원하는 기능을 결정하여, 헬스데이터 간헐적 측정 특성 및 헬스데이터 연속 측정 특성의 적어도 2가지 측정 방식으로 데이터를 측정 가능한 휴대용 개인건강 관리장치 제어시스템.
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