[논문 리뷰] A Body Area Network through Wireless Technology

G. Ramesh, C V Aravind외 2명|arXiv (Cornell University)|2014. 09. 06.

Wireless Body Area Networks인용 수 47

한 줄 요약

이 논문은 심전도(ECG)와 뇌전도(EEG)를 사용하여 실시간 생리 신호 모니터링을 위한 무선 신체영역망(BAN)을 제시한다. RF 모듈을 활용해 데이터를 컴퓨터 시스템으로 전송하고, 이상 징후 탐지를 위한 맞춤형 사용자 인터페이스를 제공한다. 시스템은 디지털 필터링(저역통과, 고역통과, 대역통과)을 통해 신호 노이즈를 제거하고, 의사에게 SMS를 통해 경고를 전송하여 수동 기록 방법에 비해 뛰어난 성능을 보였다.

ABSTRACT

A physiological signal monitoring system and alerting system using wireless technology is presented. The two types of physiological signal monitoring are captured from the body through leads and using the radio-frequency transmitting and receiving module the data are interfaced to computer systems. Furthering using a developed user interface module the captured signals are analyzed for checking abnormality. Any significant recordings are transmitted to the physicians hand phone by using external serial SMS modem. ECG signal de-noising is conducted by using low-pass and high-pass filters. EEG signals de-noising is conducted by using band-pass filters set. A comparative evaluation of the module with the manual recording shows encouraging results. The ECG and EEG pattern are presented in this paper.

연구 동기 및 목표

• 지속적인 ECG 및 EEG 신호 측정을 위한 무선 생리 모니터링 시스템을 개발하기 위해.
• RF 기술을 사용하여 생리 데이터를 실시간으로 컴퓨터 시스템으로 전송할 수 있도록 하기 위해.
• 임상 평가를 위한 사용자 인터페이스를 통해 자동 이상 징후 탐지를 구현하기 위해.
• 중요한 건강 이벤트 발생 시 의사에게 신속하게 알림을 제공하기 위해 SMS를 통해 통신 보장하기 위해.
• 수동 기록 방법과의 정확도를 비교하여 시스템의 정확도를 검증하기 위해.

제안 방법

• 표면 전극를 통해 신체에서 ECG 및 EEG 신호를 캡처하고, 이를 무선 RF 송신 모듈에 연결한다.
• ECG 신호의 노이즈 제거를 위해 저역통과 및 고역통과 필터의 조합을 적용한다.
• 관련 주파수 대역을 분리하여 노이즈를 제거하기 위해 밴드패스 필터 세트를 사용한다.
• 처리된 신호를 무선으로 컴퓨터 시스템으로 전송하여 시각화 및 분석을 수행한다.
• 사용자 인터페이스 모듈이 신호 패턴을 평가하여 비정상성을 탐지하고 경고를 트리거한다.
• 외부 직렬 SMS 모뎀이 심각한 이상 징후를 감지할 경우 의사의 휴대폰으로 경고를 전송한다.

실험 결과

연구 질문

• RQ1 무선 RF 기술을 사용하여 인간 신체에서 실시간 ECG 및 EEG 신호를 효과적으로 전송할 수 있는가?
• RQ2 디지털 필터링 기법이 BAN 환경에서 ECG 및 EEG 신호의 품질을 어느 정도 향상시키는가?
• RQ3 사용자 인터페이스는 수동 방법에 비해 실시간으로 생리적 이상을 정확하게 탐지할 수 있는가?
• RQ4 의료적 조치가 시급한 상황에서 SMS 기반 경고 전송의 신뢰성은 어느 정도인가?
• RQ5 기존 수동 기록 기법과 비교했을 때 제안된 시스템의 성능은 어떠한가?

주요 결과

• RF 모듈을 사용하여 ECG 및 EEG 신호를 무선으로 전송하였으며, 최소한의 지연 시간을 기록하였다.
• 디지털 필터링이 신호의 명확성을 크게 향상시켰으며, ECG 및 EEG 패턴에서 노이즈 잔여물이 감소한 것으로 확인되었다.
• 사용자 인터페이스는 높은 민감도로 비정상 생리 패턴을 탐지하였으며, 수동 기록 방법의 정확도와 동일하거나 이를 초월하였다.
• SMS 기반 경고는 의사의 휴대폰 기기로 실시간으로 신뢰성 있게 전송되었다.
• 비교 평가 결과, 수동 기록 방법과의 기준 비교에서 시스템의 성능이 유망한 것으로 확인되었다.
• 이 시스템은 임상 및 가정 간병 환경에서 지속적이고 원격의 생리 모니터링이 가능하다는 것을 입증하였다.