KR102115643B1 - IoT기반 만성폐쇄성 폐질환 자기진단 방법 - Google Patents
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Abstract
본 발명 IoT기반 만성폐쇄성 폐질환 자기진단 방법은 IoT 기반 듀얼 모드 웨어러블 헬스케어 장치와 폐활량 분석 어플리케이션이 설치된 스마트 디바이스가 서로 통신하되, 상기 IoT 기반 듀얼 모드 웨어러블 헬스케어 장치가 사용자의 폐활량을 감지하여 스마트 디바이스로 폐질환 신호를 전송하면, 상기 스마트 디바이스가 폐질환 정보를 산출하여 자기진단 하는 것으로,
본 발명 IoT기반 만성폐쇄성 폐질환 자기진단 방법은 폐활량을 장소에 구애받지 않고 측정할 수 있으며 원격/상시 모니터링을 통하여 의료기관 방문을 위한 비용을 저감하며 원격/상시 모니터링을 통하여 의료서비스의 질을 향상시킬 수 있고, 정확성, 이동성, 가격, 확장성을 모두 만족시킬 수 있으며, Wifi, Bluetooth 등의 IoT기반의 통신으로 데이터 통신비용이 감소되며, 스마트 다이어리 기반 헬스케어 서비스를 제공하는 현저한 효과가 있다.
본 발명 IoT기반 만성폐쇄성 폐질환 자기진단 방법은 폐활량을 장소에 구애받지 않고 측정할 수 있으며 원격/상시 모니터링을 통하여 의료기관 방문을 위한 비용을 저감하며 원격/상시 모니터링을 통하여 의료서비스의 질을 향상시킬 수 있고, 정확성, 이동성, 가격, 확장성을 모두 만족시킬 수 있으며, Wifi, Bluetooth 등의 IoT기반의 통신으로 데이터 통신비용이 감소되며, 스마트 다이어리 기반 헬스케어 서비스를 제공하는 현저한 효과가 있다.
Description
본 발명은 IoT기반 만성폐쇄성 폐질환 자기진단 방법에 관한 것으로, 보다 상세하게는 폐활량을 장소에 구애받지 않고 측정할 수 있으며 원격/상시 모니터링을 통하여 의료기관 방문을 위한 비용을 저감하며 원격/상시 모니터링을 통하여 의료서비스의 질을 향상시킬 수 있고, 정확성, 이동성, 가격, 확장성을 모두 만족시킬 수 있으며, Wifi, Bluetooth 등의 IoT기반의 통신으로 데이터 통신비용이 감소되며, 스마트 다이어리 기반 헬스케어 서비스를 제공하는 IoT기반 만성폐쇄성 폐질환 자기진단 방법에 관한 것이다.
오늘날에는, 헬스케어 산업을 통해 질병치료보다 진단, 예방, 사후관리를 통해 건강한 삶을 유지할 수 있도록 인식의 체계가 바뀌어가고 있다.
특히, 인구의 고령화, 생활수준의 향상, 의료비 부담의 증가에 따라, 질병의 예방 및 일상관리의 중요성이 증대되고 있는 실정이며, 건강을 유지할 수 있는 개인 맞춤형 헬스케어니즈가 확대되고 있다.
그러므로 헬스케어와 ICT기술의 융합의 활용성이 증가하고 있는 실정이며, 언제 어디서나 의료서비스 및 건강관리를 제공할 수 있는 헬스케어 산업이 성장하고 있다.
특히, 질병 중에서 만성폐쇄형폐질환(Chronic Obstructive Pulmonary Didease)은 가스 등의 유해한 입자의 흡입에 의해 폐에 비정상적인 염증 반응이 일어나면서 점차 기류 제한이 진행되어 폐 기능이 저하되고 호흡곤란을 유발하게 되는 호흡기 질환으로, 천식, 관지염, 폐염 등을 유발한다. 상기 만성폐쇄형폐질환을 예방하기 위해서는 자가진단 폐활량 훈련이 필요하다.
종래기술로서 등록특허공보 등록번호 제10-0998630호의 폐질환 자동 분류 방법에는, (a) CT 기법을 통해 획득된 3차원 흉부 볼륨데이터로부터 폐 영역을 구분하고, 상기 폐 영역의 질감 및 형태 분석을 위해 화질 전처리를 수행하되, 상기 폐 영역에 대한 저음영 부위의 형태 분석을 수행하는 단계; (b) 상기 폐 영역의 질감 및 형태를, 기 저장된 특정 질환별 폐 부분의 질감 및 형태 데이터와 비교 분석하는 단계; 및 (c) 상기 비교 분석에 따라, 상기 폐 영역의 각 부분을 상기 특정 질환별로 분류하는 단계를 포함하는 폐질환 자동 분류 방법이라고 기재되어 있다.
다른 종래기술로서 등록특허공보 등록번호 제10-16939968호의 마이크로 RNA miR-3615, miR-5701, miR-5581-3p, miR-4792 및 miR-2467-5p의 만성 폐쇄성 폐질환에 대한 진단 용도에는 마이크로 RNA miR-3615, miR-5701, miR-5581-3p, miR-4792, 또는 miR-2467-5p를 검출할 수 있는 제제를 포함하는 만성폐쇄성폐질환(chronic obstructive pulmonary disease, COPD)의 진단용 조성물이라고 기재되어 있다.
그러나 상기와 같은 종래의 구성은 폐활량 측정을 장소에 구애받으며, 정확성, 이동성, 가격, 확장성을 만족시키기 어려우며, 데이터통신이 없거나 데이터 통신비용이 많이 발생하며, 스마트 다이어리 기반 헬스케어 서비스를 제공하지 못하는 단점이 있었다.
따라서 본 발명 IoT기반 만성폐쇄성 폐질환 자기진단 방법을 통하여, 폐활량을 장소에 구애받지 않고 측정할 수 있으며 원격/상시 모니터링을 통하여 의료기관 방문을 위한 비용을 저감하며 원격/상시 모니터링을 통하여 의료서비스의 질을 향상시킬 수 있고, 정확성, 이동성, 가격, 확장성을 모두 만족시킬 수 있으며, Wifi, Bluetooth 등의 IoT기반의 통신으로 데이터 통신비용이 감소되며, 스마트 다이어리 기반 헬스케어 서비스를 제공하는 IoT기반 만성폐쇄성 폐질환 자기진단 방법을 제공하고자 하는 것이다.
본 발명 IoT기반 만성폐쇄성 폐질환 자기진단 방법은 IoT 기반 듀얼 모드 웨어러블 헬스케어 장치와 폐활량 분석 어플리케이션이 설치된 스마트 디바이스가 서로 통신하되, 상기 IoT 기반 듀얼 모드 웨어러블 헬스케어 장치가 사용자의 폐활량을 감지하여 스마트 디바이스로 폐질환 신호를 전송하면, 상기 스마트 디바이스가 폐질환 정보를 산출하여 자기진단 하는 것을 특징으로 한다.
본 발명 IoT기반 만성폐쇄성 폐질환 자기진단 방법은 폐활량을 장소에 구애받지 않고 측정할 수 있으며 원격/상시 모니터링을 통하여 의료기관 방문을 위한 비용을 저감하며 원격/상시 모니터링을 통하여 의료서비스의 질을 향상시킬 수 있고, 정확성, 이동성, 가격, 확장성을 모두 만족시킬 수 있으며, Wifi, Bluetooth 등의 IoT기반의 통신으로 데이터 통신비용이 감소되며, 스마트 다이어리 기반 헬스케어 서비스를 제공하는 현저한 효과가 있다.
또한, 위급상황에 신속히 대처함으로써 국민과 환자의 편익 향상을 도모하며, 의료서비스 산업, 의료제품(의료기기, 의료장비 포함)산업, 및 ICT산업의 동반 성장을 통하여 의료기기 수출 및 국제 표준화를 주도하여 의료산업 발전을 통한 국민경제 발전 기여할 수 있는 현저한 효과가 있다.
도 1 내지 2는 시스템 개념도
도 3은 베른이 방적식을 응용한 호흡기류를 동압력으로 변환하여 계측하는 개념도
도 4는 단방향 호흡관의 설계 개념도
도 5는 단방향 호흡관 데이터 분석 및 데이터통신 구성도
도 6은 스마트 디바이스의 흐름도
도 7은 폐활량 정보 온토로지 구성도
도 8은 개인별 온톨로지 구성도
도 3은 베른이 방적식을 응용한 호흡기류를 동압력으로 변환하여 계측하는 개념도
도 4는 단방향 호흡관의 설계 개념도
도 5는 단방향 호흡관 데이터 분석 및 데이터통신 구성도
도 6은 스마트 디바이스의 흐름도
도 7은 폐활량 정보 온토로지 구성도
도 8은 개인별 온톨로지 구성도
본 발명 IoT기반 만성폐쇄성 폐질환 자기진단 방법은 IoT 기반 듀얼 모드 웨어러블 헬스케어 장치와 폐활량 분석 어플리케이션이 설치된 스마트 디바이스가 서로 통신하되, 상기 IoT 기반 듀얼 모드 웨어러블 헬스케어 장치가 사용자의 폐활량을 감지하여 스마트 디바이스로 폐질환 신호를 전송하면, 상기 스마트 디바이스가 폐질환 정보를 산출하여 자기진단 하는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 IoT 기반 듀얼 모드 웨어러블 헬스케어 장치는 제어부와, 통신부와, 이상징후 알림부와, 자가진단 폐활량 검사부로 이루어진 것으로, 상기 자가진단 폐활량 검사부는 단방향 호흡관과, 신호센서가 구비되는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 자가진단 폐활량 검사부의 신호센서는 단방향 호흡관에 사용자의 호흡인 호흡기류가 단방향으로 이동되는 것을 측정하게 되며, 측정한 폐활량 신호를 제어부로 전달하고, 상기 제어부는 통신부를 통해 폐활량 신호를 스마트 디바이스로 전송하게 되는 것을 특징으로 한다.
본 발명을 첨부 도면에 의해 상세히 설명하면 다음과 같다.
도 1 내지 2는 시스템 개념도, 도 3은 베른이 방적식을 응용한 호흡기류를 동압력으로 변환하여 계측하는 개념도, 도 4는 단방향 호흡관의 설계 개념도, 도 5는 단방향 호흡관 데이터 분석 및 데이터통신 구성도, 도 6은 스마트 디바이스의 흐름도, 도 7은 폐활량 정보 온토로지 구성도, 도 8은 개인별 온톨로지 구성도이다.
본 발명에 대해 구체적으로 기술하면, 본 발명 IoT기반 만성폐쇄성 폐질환 자기진단 방법은 폐활량 분석 어플리케이션이 설치된 스마트 디바이스와; 사용자의 폐활량을 감지하며 상기 스마트 디바이스와 통신하는 IoT 기반 듀얼 모드 웨어러블 헬스케어 장치; 로 이루어지는 것이다.
상기 스마트 디바이스는 통상의 스마트폰, 테블릿PC 등의 장치를 사용하는 것이다.
상기 IoT 기반 듀얼 모드 웨어러블 헬스케어 장치는 제어부와, 통신부와, 이상징후 알림부와, 자가진단 폐활량 검사부로 이루어진 것으로, 상기 자가진단 폐활량 검사부는 단방향 호흡관과, 신호센서가 구비되는 것이다.
특히, 상기 자가진단 폐활량 검사부의 신호센서는 단방향 호흡관에 사용자의 호흡, 즉 호흡기류가 단방향으로 이동되는 것을 측정하게 되며, 측정한 폐활량 신호를 제어부로 전달하고, 상기 제어부는 통신부를 통해 폐활량 신호를 스마트 디바이스로 전송하게 된다.
상기 IoT기반 듀얼 모드 웨어러블 장치의 통신부에서는 wifi, bluetooth 등의 IoT기반으로 스마트 디바이스와 통신할 수 있으며, 상기 스마트 디바이스는 만성폐쇄성 폐질환을 분석할 수 있는 폐활량 분석 어플리케이션이 설치된 것이다.
상기 스마트 디바이스는 폐활량 분석 어플리케이션을 통해 수신한 폐활량 신호를 통해 만성폐쇄성 폐질환을 진단하며 관리하기 위해 알고리즘을 적용하여 폐질환 정보를 산출하는 것이다.
상기 스마트 디바이스의 제어부는 폐질환 정보를 통해 이상 징후가 발생한 것으로 판단 할 시, IoT기반 듀얼 모드 웨어러블 장치로 통신하여 이상징후 신호를 보내고, 상기 IoT기반 듀얼 모드 웨어러블 장치의 제어부는 수신한 이상징후 신호를 확인하여 이상징후 알림부를 통해 사용자에게 알려주게 되는 것이다.
상기 이상징후 알림부는 소리를 통해 이상신호를 알려주는 스피커, 화면을 통해 이상징후를 알려주는 디스플레이부 등인 것이다.
상기 폐활량 검사시에는 베르누이(Bernoulli) 방정식의 원리를 통해 실제 유체인 호흡기류에도 적용할 수 있는 것으로, 상기 베르누이 방정식을 응용하여 호흡기류를 동압력으로 변환하여 계측할 수 있는 것이다. 도 3에 도시된 양방향 Pitot 튜브 개념에서, PL은 유체의 흐름을 막아서 측정한 압력으로 총압력(Total Pressure)이며, P1은 유체 자체가 보유한 압력으로 정압력(Static pressure)이다.
상기 신호센서에서 측정하는 압력의 기준을 대기압으로 보면 호흡기류가 생성하는 동압력(Dynamic Pressure)만이 측정되므로, 호흡관 입구로부터 안쪽으로 정압력을 동시 측정 하기위한 관을 설치하는 것이다.
상기 정압력은 피검자가 호식할 때 관의 유체저항을 반영하며, 관의 직경이 작아질수록 유체저항이 커지므로 정압력도 증가하며, 정압력의 값은 직경의 축소 가능을 파악하는 기준이 된다.
이때, 도 4에 도시된 바와 같이, 호흡관의 직경(D)은 호흡저항과 센싱로드에서 변환되는 동압력에 직결되므로 직경 변화에 따른 호흡관 실험 제작하여 최적의 직경(D) 도출할 수 있는 것이다.
상기 호흡기류의 유량을 기류(Air Flow rate) 방정식으로 도출하면,
(1) 
식 (1)이나, 휴대용 및 소형화를 위하여 양방향 기류 대신 호식기류 단방향만을 측정하도록 기류-동압력 변환소자인 센싱로드를 단방향 Pitot관 기능으로 국한하고 센싱로드가 삽입되는 호흡관의 길이를 결정하는 것이다.
상기 자가진단 폐활량 검사부는 폐활량 검사시 흡식 및 호식기류 모두를 측정하여 분석하는 것이며, 대부분의 진단에 필요한 폐활량 신호의 매개변수들은 호식기류로부터 획득할 수 있다.
상기 단방향 호흡관은 A의 길이를 피검자가 입으로 물고 검사 할 수 있는 최소의 길이로 설정하고, 센싱로드를 적용하는 것이다.
상기 센싱로드는 단방향 호식기류만을 측정하기 위하여 단방향 Pitot관의 기능을 부여한 것으로, 위치에너지 성분이 상쇄되고 총 압력의 형태를 나타나므로, 이를 방지하기 위하여 센싱로드를 가능한 외부 대기에 가까워지도록 관 외부로부터 적당한 지점을 설정한 것이다.
상기 단방향 호흡관의 데이터 분석 및 IoT기반 통신부의 구현하기 위한 구성하기 위한 실시예로서, 도 5에 도시된 바와 같이, 두 개의 계측구(Ps, Pd)에 각각 압력센서를 연결하여 두 개의 계측구(Ps, Pd)를 동시에 측정할 수 있는 것이며,
상기 두 개의 계측구(Ps, Pd)의 신호를 증폭하고, 차단주파수 20Hz인 저역통과 여파기를 거친후, 표준에 따라 100Hz, 12bit로 A/D 변환을 하여 제어부의 내장 메모리에 데이터를 누적시키며, 상기 제어부의 내장메모리에 누적된 데이터를 실시간 또는 지정된 시간에 따라 통신부를 이용하여 스마트 디바이스로 데이터를 전송하는 것이며, 상기 스마트 디바이스에서는 데이터를 축적 및 분석을 하는 것이다.
상기 스마트 디바이스는 폐활량 분석 어플리케이션을 통해 센싱 데이터 전송 패킷 설계 및 최적화를 구현하며, 저전력 블루투스(BLE) 4.0 기반의 IoT 기반 듀얼 모드 웨어러블 헬스케어 장치와 스마트 디바이스의 연동 인터페이스를 구축하며, 폐활량 신호를 통해 폐질환 정보를 산출하는 알고리즘의 흐름도를 구축하는 것이다.
상기 알고리즘은 도 6에 도시된 바와 같이, IoT 기반 듀얼 모드 웨어러블 헬스케어 장치에서 스마트 디바이스로 데이터를 전송하는 데이터 전송단계; 스마트 디바이스의 인터페이스 I/O, 타이머, 및 변수를 초기화하는 초기화단계; 압력신호 제로잉(Zeroing)단계; 발견단계; 산출단계; 출력단계; 로 이루어지는 것이다.
상기 압력신호 제로잉(Zeroing)단계는 압력센서가 안정화되는 최소한의 시간을 기다린 후, 폐활량 측정이 시작되기 직전에 주위 온도와 압력센서 자체의 온도 변화에 따른 압력센서의 츨력 오프셋(Offset)을 제거하는 것이다.
상기 발견단계는 압력신호가 시작 임계점이 넘으면 측정 및 데이터 분석을 개시하는 것이다.
상기 산출단계는 압력신호가 종료 임계점을 넘으면 측정 및 데이터 분석을 종료하는 것이다.
상기 출력단계는 진단 매개변수들을 계산하고, flow-volume loop를 생성하여 결과를 화면에 출력하며, 계산되는 매개변수는 FVC, PEF, FET, FET 0.25~ 0.75, FEV1, 즉 5종으로 가정하는 것이다.
상기 FVC(Forced Vital Capacity)는 최대한 숨을 들이 쉰 상태에서 가능한 세고 빠르게 호식했을 때, 최대 호식용적을 측정한 것이며, 상기 FEV1(Forced Expiratory Volume in first second)는 FVC 측정시 처음 1초 동안의 호식용적을 측정한 것이며, 상기 PEFR(Peak Expiratory Flow Rate)는 FVC 측정시 나타나는 최대 기류값으로 최소 10msec 이상 지속되는 가장 큰 기류값이며, 상기 FEFR 25% ~ 75%(Forced Expiratory Flow Rate)는 FVC 측정시 기류의 중간 평균값이며, 상기 FET(Forced Expiratory Time)는 FVC 측정 과정에서 소요된 총 시간이다.
한편, 상기 스마트 디바이스는 IoT기반 듀얼 모드 웨어러블 장치부터 수신한 폐활량 신호를 통해 폐활량 훈련에 대한 지속적인 관리와 모니터링 할 수 있는 스마트 다이어리 기반 헬스케어 서비스를 제공하는 것이며, 만성폐쇄성 질환자의 폐활량 훈련, 자가진단 및 관리, 병원 및 의원 등의 의료기관에 연계하여 지속적인 폐활량 데이터를 모니터링 및 사용자 자가관리 서비스를 제공할 수 있는 것이다.
상기 사용자 자가관리 서비스의 구성은, 사용자를 위한 전체 구성요소가 컨텍스트 어플리케이션 레이어(Context Application Layer), 컨텍스트 서버(Context Server)에서 컨텍스트 서비스(Context Service)를 수행하며 정의된 온톨로지 사항들이 저장된 룰(Rule)에 포함된 컨텍스트 서비스 레이어(Context Service Layer), 센서장치 및 기기들에 관한 컨텍스트 센싱 레이어(Context Sensing Layer)로 구성되는 것이다.
상기 컨텍스트 센싱 레이어(Context Sensing Layer)는 폐활량 감지 센서 및 알고리즘들이 있으며, 이를 제어 및 관리하는 노드로 구성되고, Context Service Layer는 센싱에서 수집된 정보들을 무선통신을 통해 받게 되며, 상기 정보들은 기기들을 운용하기 위해 JMX(Java Management Extension) agent가 MBean화하여 관리 및 상황을 추론하게 되며, 상기 추론에 필요한 정보는 센싱 노드들로부터 수집한 정보 및 스마트 디바이스 정보 등을 포함하여 건강정보 온톨로지를 통해 healthInfo를 설정한 후 온토 로지와 비교한 후 해당 상황을 추론하는 것이다.
상기 컨텍스트 어플리케이션 레이어(Context Application Layer)는 매니저 프로그램이라 할 수 있는 HTTP Client와 TCP Client들로 구성되며, 웹 또는 Client 프로그램을 통한 모니터링이 가능하게 되는 것이다.
상기 상황정보를 분류하면, 고유ID, 성명, 나이, 등의 사용자 상황, FVC, FEV1, FET 등의 폐활량 상황, 시간, 일자, 계절, 시각 등의 시간 상황, 위치, 방향, 속도 등의 공간상황, 온도, 습도 등의 환경 상황으로 분류 할 수 있다.
그리고 상기 상황을 분류하는 예측 구성은, 각 항목의 데이터를 통해 정상범위 정보를 HealthInfo로 확인하며, 이를 통해 개인의 온토로지 값과 비교하게 되는 폐활량 정보 온토로지와; 개인별 측정값 중 정상 범위가 벗어난 것이 있는지를 확인할 수 있으며, 이를 통해 건강 및 활동량 상태를 체크할 수 있는 개인별 온토로지; 로 구분된다.
상기 개인별 온토로지에서 제공되는 각 상황에 따라 거주자로부터 얻은 데이터는 시간과 위치 그리고 환경 요소 및 행동에 의해 상황을 추론하는 과정에 영향을 끼치게 된다.
따라서 본 발명 IoT기반 만성폐쇄성 폐질환 자기진단 방법은 폐활량을 장소에 구애받지 않고 측정할 수 있으며 원격/상시 모니터링을 통하여 의료기관 방문을 위한 비용을 저감하며 원격/상시 모니터링을 통하여 의료서비스의 질을 향상시킬 수 있고, 정확성, 이동성, 가격, 확장성을 모두 만족시킬 수 있으며, Wifi, Bluetooth 등의 IoT기반의 통신으로 데이터 통신비용이 감소되며, 스마트 다이어리 기반 헬스케어 서비스를 제공하는 현저한 효과가 있다.
Claims (3)
- IoT 기반 듀얼 모드 웨어러블 헬스케어 장치와 폐활량 분석 어플리케이션이 설치된 스마트 디바이스가 서로 통신하되, 상기 IoT 기반 듀얼 모드 웨어러블 헬스케어 장치가 사용자의 폐활량을 감지하여 스마트 디바이스로 폐질환 신호를 전송하면, 상기 스마트 디바이스가 폐질환 정보를 산출하여 자기진단 하는 IoT기반 만성폐쇄성 폐질환 자기진단 방법에 있어서,
상기 IoT 기반 듀얼 모드 웨어러블 헬스케어 장치는 제어부와, 통신부와, 이상징후 알림부와, 자가진단 폐활량 검사부로 이루어진 것으로, 상기 자가진단 폐활량 검사부는 단방향 호흡관과, 신호센서가 구비되는 것이며,
상기 자가진단 폐활량 검사부의 신호센서는 단방향 호흡관에 사용자의 호흡인 호흡기류가 단방향으로 이동되는 것을 측정하게 되며, 측정한 폐활량 신호를 제어부로 전달하고, 상기 제어부는 통신부를 통해 폐활량 신호를 스마트 디바이스로 전송하게 되는 것이며,
상기 IoT기반 듀얼 모드 웨어러블 장치의 통신부에서는 IoT기반으로 스마트 디바이스와 통신할 수 있으며, 상기 스마트 디바이스는 만성폐쇄성 폐질환을 분석할 수 있는 폐활량 분석 어플리케이션이 설치된 것이며,
상기 스마트 디바이스는 폐활량 분석 어플리케이션을 통해 수신한 폐활량 신호를 통해 만성폐쇄성 폐질환을 진단하며 관리하기 위해 알고리즘을 적용하여 폐질환 정보를 산출하는 것이며,
상기 스마트 디바이스의 제어부는 폐질환 정보를 통해 이상 징후가 발생한 것으로 판단 할 시, IoT기반 듀얼 모드 웨어러블 장치로 통신하여 이상징후 신호를 보내고, 상기 IoT기반 듀얼 모드 웨어러블 장치의 제어부는 수신한 이상징후 신호를 확인하여 이상징후 알림부를 통해 사용자에게 알려주게 되는 것이며,
상기 이상징후 알림부는 소리를 통해 이상신호를 알려주는 스피커와, 화면을 통해 이상징후를 알려주는 디스플레이부인 것이며,
폐활량 검사시에는 베르누이(Bernoulli) 방정식의 원리를 통해 유체인 호흡기류에도 적용할 수 있는 것으로, 상기 베르누이 방정식을 응용하여 호흡기류를 동압력으로 변환하여 계측할 수 있는 것으로, 양방향 Pitot 튜브 개념에서, PL은 유체의 흐름을 막아서 측정한 압력으로 총압력(Total Pressure)이며, P1은 유체 자체가 보유한 압력으로 정압력(Static pressure)인 것이며,
상기 신호센서에서 측정하는 압력의 기준을 대기압으로 보면 호흡기류가 생성하는 동압력(Dynamic Pressure)만이 측정되므로, 호흡관 입구로부터 안쪽으로 정압력을 동시 측정 하기위한 관을 설치하는 것이며,
상기 정압력은 피검자가 호식할 때 관의 유체저항을 반영하며, 관의 직경이 작아질수록 유체저항이 커지므로 정압력도 증가하며, 정압력의 값은 직경의 축소 가능을 파악하는 기준이 되는 것이며,
상기 호흡기류의 유량을 기류(Air Flow rate) 방정식으로 도출하면, 식 (1)인 것으로,
(1)
휴대용 및 소형화를 위하여 양방향 기류 대신 호식기류 단방향만을 측정하도록 기류-동압력 변환소자인 센싱로드를 단방향 피토(Pitot)관 기능으로 국한하고 센싱로드가 삽입되는 호흡관의 길이를 결정하는 것이며,
상기 자가진단 폐활량 검사부는 폐활량 검사시 흡식 및 호식기류 모두를 측정하여 분석하는 것이며, 폐활량 신호의 매개변수들은 호식기류로부터 획득할 수 있는 것이며,
상기 단방향 호흡관은 센싱로드를 적용하는 것이며,
상기 센싱로드는 단방향 호식기류만을 측정하기 위하여 단방향 피토(Pitot)관의 기능을 부여한 것이며,
상기 단방향 호흡관의 데이터 분석 및 IoT기반 통신부를 구성하기 위한 것으로, 두 개의 계측구(Ps, Pd)에 각각 압력센서를 연결하여 두 개의 계측구(Ps, Pd)를 동시에 측정할 수 있는 것이며,
상기 두 개의 계측구(Ps, Pd)의 신호를 증폭하고, 차단주파수 20Hz인 저역통과 여파기를 거친후, 표준에 따라 100Hz, 12bit로 A/D 변환을 하여 제어부의 내장 메모리에 데이터를 누적시키며, 상기 제어부의 내장메모리에 누적된 데이터를 실시간 또는 지정된 시간에 따라 통신부를 이용하여 스마트 디바이스로 데이터를 전송하며, 상기 스마트 디바이스에서는 데이터를 축적 및 분석을 하는 것이며,
상기 스마트 디바이스는 폐활량 분석 어플리케이션을 통해 센싱 데이터 전송 패킷 설계를 구현하며, 블루투스(BLE) 4.0 기반의 IoT 기반 듀얼 모드 웨어러블 헬스케어 장치와 스마트 디바이스의 연동 인터페이스를 구축하며, 폐활량 신호를 통해 폐질환 정보를 산출하는 알고리즘의 흐름도를 구축하는 것이며,
상기 알고리즘은 IoT 기반 듀얼 모드 웨어러블 헬스케어 장치에서 스마트 디바이스로 데이터를 전송하는 데이터 전송단계; 스마트 디바이스의 인터페이스 I/O, 타이머, 및 변수를 초기화하는 초기화단계; 압력신호 제로잉(Zeroing)단계; 발견단계; 산출단계; 출력단계; 로 이루어지는 것이며,
상기 압력신호 제로잉(Zeroing)단계는 압력센서가 일정 시간을 기다린 후, 폐활량 측정이 시작되기 직전에 주위 온도와 압력센서 자체의 온도 변화에 따른 압력센서의 출력 오프셋(Offset)을 제거하는 것이며,
상기 발견단계는 압력신호가 시작 임계점이 넘으면 측정 및 데이터 분석을 개시하는 것이며,
상기 산출단계는 압력신호가 종료 임계점을 넘으면 측정 및 데이터 분석을 종료하는 것이며,
상기 출력단계는 진단 매개변수들을 계산하고, 유량 볼륨 루프(flow-volume loop)를 생성하여 결과를 화면에 출력하며, 계산되는 매개변수는 FVC, PEF, FET, FET 0.25~ 0.75, FEV1로 가정하는 것이며,
상기 FVC(Forced Vital Capacity)는 숨을 들이 쉰 상태에서 호식했을 때, 최대 호식용적을 측정한 것이며, 상기 FEV1(Forced Expiratory Volume in first second)는 FVC 측정시 처음 1초 동안의 호식용적을 측정한 것이며, PEFR(Peak Expiratory Flow Rate)는 FVC 측정시 나타나는 최대 기류값으로 최소 10msec 이상 지속되는 가장 큰 기류값이며, FEFR 25% ~ 75%(Forced Expiratory Flow Rate)는 FVC 측정시 기류의 중간 평균값이며, 상기 FET(Forced Expiratory Time)는 FVC 측정 과정에서 소요된 총 시간인 것이며,
상기 스마트 디바이스는 IoT기반 듀얼 모드 웨어러블 장치부터 수신한 폐활량 신호를 통해 폐활량 훈련에 대한 지속적인 관리와 모니터링 할 수 있는 스마트 다이어리 기반 헬스케어 서비스를 제공하는 것이며, 만성폐쇄성 질환자의 폐활량 훈련, 자가진단 및 관리, 의료기관에 연계하여 지속적인 폐활량 데이터를 모니터링 및 사용자 자가관리 서비스를 제공할 수 있는 것이며,
상기 사용자 자가관리 서비스의 구성은, 사용자를 위한 전체 구성요소가 컨텍스트 어플리케이션 레이어(Context Application Layer), 컨텍스트 서버(Context Server)에서 컨텍스트 서비스(Context Service)를 수행하며 정의된 온토로지 사항들이 저장된 룰(Rule)에 포함된 컨텍스트 서비스 레이어(Context Service Layer), 센서장치 및 기기들에 관한 컨텍스트 센싱 레이어(Context Sensing Layer)로 구성되는 것이며,
상기 컨텍스트 센싱 레이어(Context Sensing Layer)는 폐활량 감지 센서 및 알고리즘들이 있으며, 제어 및 관리하는 노드로 구성되고, 컨텍스트 센싱 레이어(Context Sensing Layer)는 센싱에서 수집된 정보들을 무선통신을 통해 받게 되며, 정보들은 기기들을 운용하기 위해 JMX(Java Management Extension) 에이전트(agent)가 MBean(Managed Bean)화하여 관리 및 상황을 추론하게 되며, 상기 추론에 정보는 센싱 노드들로부터 수집한 정보 및 스마트 디바이스 정보 포함하여 건강정보 온토로지를 통해 건강정보(health Info)를 설정한 후 온토로지와 비교한 후 해당 상황을 추론하는 것이며,
상기 컨텍스트 어플리케이션 레이어(Context Application Layer)는 매니저 프로그램이라 할 수 있는 HTTP Client와 TCP Client들로 구성되며, 웹 또는 Client 프로그램을 통한 모니터링이 가능하게 되는 것이며,
상기 상황정보를 분류하면, 고유ID, 성명, 나이를 포함한 사용자 상황, FVC, FEV1, FET를 포함한 폐활량 상황, 시간, 일자, 계절, 시각을 포함한 시간 상황, 위치, 방향, 속도를 포함한 공간상황, 온도, 습도를 포함한 환경 상황으로 분류하는 것이며,
상기 상황을 분류하는 예측 구성은, 각 항목의 데이터를 통해 정상범위 정보를 건강 정보(Health Info)로 확인하며, 개인의 온토로지 값과 비교하게 되는 폐활량 정보 온토로지와; 개인별 측정값 중 정상 범위가 벗어난 것이 있는지를 확인할 수 있으며, 건강 및 활동량 상태를 체크할 수 있는 개인별 온토로지; 로 구분되는 것이며,
상기 개인별 온토로지에서 제공되는 각 상황에 따라 거주자로부터 얻은 데이터는 시간과 위치 그리고 환경 요소 및 행동에 의해 상황을 추론하는 과정에 영향을 끼치게 되는 것을 특징으로 하는 IoT기반 만성폐쇄성 폐질환 자기진단 방법
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