최근 전 세계적으로 인구의 고령화로 만성질환자가 증가함에 따라 사전 예방적 서비스에 대한 수요 급증과 국민생활수순 향상에 따란 동반되는 건강 및 건강관리 서비스에 대한 욕구가 증대되고 있다. 유헬스케어 기술이란 유무선 통신 인프라를 기반으로 일반인, 만성질환자, 노인, 회복중인 환자나 수술 후 환자 등이 가정에서 생활을 유지하면서 불편하거나, 거추장스럽지 않게, 짧은 주기나 혹은 지속적으로 신체의 정보를 측정하고, 신체의 상태를 모니터링하여 건강상태의 변화에 대한 전문가의 서비스를 즉각적으로 받는 기술이다[1].

유헬스케어 서비스를 제공하기 위해서는 필요한 생체정보와 생활정보를 측정하는 생체/생활정보 감지기술, 측정된 생체정보 및 생활정보를 유헬스케어 서비스로 제공하기 위해서 분석하는 생체/생활정보 분석 기술, 유헬스케어 응용 서비스를 위해 필요한 경고, 위해상황 판단 지원, 디바이스 용어, 네트워크 플랫폼, 서비스 프로토콜, 정보보호, 시험 및 인증을 포함하는 유헬스케어 응용서비스 기술로 구분한다.

다양한 개인 건강 기기간의 상호운용성 문제가 나타나게 되어 국제 표준화가 매우 중요한 요소가 되었다. 사용자는 표준 건강 측정기기를 사용함으로 다양한 건강 측정기기가 선택 가능하게 되고, 개인 건강 기기 제조사는 표준 건강 기기를 개발하여, 다양한 u-헬스케어 서비스 환경에서의 제품 사용을 보장 받을 수 있다[2].

유헬스케어 서비스를 하기 위한 국제적 보건의료정보 표준화 개발 기관으로는 IEEE 11073, HL7, ISO/TC 215, CEN.TC 251 등이 있으며, 최근 ISO/TC 215를 중심으로 세 기관이 서로 협력하는 Standard Harmonization 협정을 맺고, 표준 개발을 가속화 하고 있다. 개인용 및 건강관리 기기와 서비스간 상호 운영성 구현을 위해 2006년 1월에 형성된 개방형 업계단체인 컨티뉴아 헬스 얼라이언스(Continua Health Alliance)와 의료기관/시스템과의 상호 운영성 표준 채택/검증을 위한 프로파일들을 제시하고, Connection을 통해 제시한 프로파일의 상호 운용성을 검증하는 IHE(Ingegrating the Healthcare Enterprise)가 있다. 그리고 서비스 지역적 한계에 있어 도서, 산간 및 인터넷이 되지 않은 인터넷 음영 지역에서의 서비스나 구급차 같은 이동 수단에서 환자의 생체 정보 모니터링을 하기 위해 Wibro/WiMAX 기반의 국제표준 u-헬스케어 응용 서비스가 점차로 중요해 지고 있다.

Wibro/WiMAX 기반의 국제표준 u-헬스케어 응용 서비스는 1차 생체 측정 기기로부터 국제표준 데이터를 전송받아 원격지에 있는 의료진으로 전송함으로써 만성질환자 혹인 일반인의 건강 상태를 실시간으로 진료 및 관리하는 것이다.

본 연구논문에서는 기존의 국제 표준 헬스케어 셋탑, 게이트웨이의 이동 중인 차량, 특히 구급차 및 도서 산간 무선 통신이 지원되지 않는 단점을 보완하기 위해 ISO/IEEE 11073-20601의 최적화된 교환 프로토콜을 이용하여 IEEE 11073-104xx를 지원하는 Agent 간의 프로토콜 게이트웨이를 설계 구현한다. 그리고 WiBro/WiMAX를 적용하여 서비스의 지역적 한계 도서, 산간 및 응급차량의 이동 중에도 데이터 전송이 이뤄져 서비스의 지역, 공간적 영역을 넓힐 수 있게 게이트웨이를 구조 확장 설계한다.

ISO/IEEE 11073 PHD 국제 표준은 개인용 원격진료 장치와 모니터 또는 관련기기 사이의 전송방식에 독립적인 애플리케이션 및 정보프로파일 문제를 해결하기 위한 표준으로 개인건강기기와 관련기기 사이에 영역을 정의 하고 있다[3].

주로 가정에서의 질병관리, 건강관리, 및 독거 노인관리 부분에 대한 서비스를 제공하기 위한 이 표준의 작업은 전반적인 기술적 리포트인 ISO/IEEE 11073-00103, 개인건강기기에 대한 표준인 ISO/IEEE 11073-104xx, 그리고 개인건강기기(agent)와 관리기기(manager)사이의 최적화된 데이터 교환 표준인 ISO/IEEE 11073-20601로 간략히 구분되어 표현될 수 있다[4].

2.2.1. ISO/IEEE 11073-104xx 기기 표준

ISO/IEEE 11073-104xx 표준은 ISO/IEEE 11073-20601 위에 존재하는 개인건강기기에 대한 상세 표준으로 개인건강기기가 어떻게 동작해야 하는지에 대해 기술하고 있다. 다양한 개인건강기기에 대한 표준화작업을 진행하고 있으며, 체온계, 체중계, 혈압계, 혈당계, 심전계, 맥박산소측정기 등에 대한 표준을 정의 하고 있다.

2.2.2. ISO/IEEE 11073-20601 최적화 교환 프로토콜

전송 레이어 상위의 ISO/IEEE 11073-20601 최적화 교환 프로토콜로 응용계층 서비스와 데이터교환 프로토콜로 구성된다. 응용계층서비스는 연결 관리 및 신뢰성 있는 전송을 위한 프로토콜을 제공한다. 데이터 교환 프로토콜은 명령, 개인건강기기의 구성 정보, 데이터 형식, 그리고 전체적인 프로토콜에 대해 정의한다.

그림 2는 유헬스케어에서 사용되는 개인용 의료 시스템의 일반적인 구조를 보여주고 있다. 개인 건강기기(Agent, MD)는 환자의 정보를 수집하고 핸드폰, 의료설비, 컴퓨터와 같은 매너저(Manager, CE)에게 정보를 전송한다. 매너저는 정밀 분석을 위해 원격 지원 서비스로 데이터를 전송할 수도 있다. 정보란 질병관리, 의료 및 건강 정보, 신체 정보 등을 말한다.

일반적으로 개인 건강 기기와 매니저간 통신경로는 논리적 점대점(point-to-point) 연결로 가정하고 개인 건강기기는 하나의 매니저와 통신한다. 매니저는 별도의 점대점 연결을 사용하여 다중의 개인 건강기기와 동시에 통신 할 수 있다. 그림 2에서 보는 것과 같이 IEEE 11073 PHD는 개인 건강 기기와 매니저 사이의 통신 프로토콜을 정의하고 있다.

IEEE 11073 PHD 표준은 프로토콜의 구조, 개인 건강 기기와 CE간의 기능들을 정의하였고, 다음 세가지 모델로 구성되어 있다[5].

DIM(Domain Information model) : 객체지향적 모델로, 개인 건강 기기의 오브젝트를 정의한다. 각각의 오브젝트는 하나 이상의 속성을 가지고 있다. 각 속성은 측정 데이터 또는 개인 건강 기기의 기능을 나타낸다.

서비스 모델(Service model) : 개인 건강 기기와 매니저간의 데이터를 액세스하는 방법을 정의한다. 데이터를 액세스 할 때는 DIM에 정의된 형식으로 액세스한다. 서비스 명령은 GET, SET, ACTION, Event Report 등이 있다.

통신모델(Communication Model) : 하나의 개인 건강 기기와 하나의 매니저 간의 일대일 연결에서 네트워크 통신 프로토콜을 정의한다. 각각의 연결에 대해서, 유한상태 기계(Finite State Machine, FSM)을 정의하고, FSM의 상태를 기술한다. 추가적으로, 통신을 위하여 DIM 모델의 데이터를 전송을 위한 데이터 변환 기능도 수행한다. 일반적으로 IEEE 11073 PHD에서는 DIM 모델의 코딩으로 MDER(Medical Device Encoding Rule)을 사용한다. 그림 3은 이상 3가지 모델을 보여준다.

또한, ISO/IEEE 11073은 개인 건강 측정기기 에이전트와 매니저를 연결하기 위한 프로토콜 스택(Protocol Stack)을 포함 한다. ISO/IEEE 11073은 그림 4와 같이 3가지 레벨의 프로토콜 스펙을 가지고 있다.

2.2.3. HL7

HL7은 서로 다른 보건의료분야 소프트웨어간의 정보 호환을 위한 규칙의 집합으로 1987년 처음 개발되어 현재 v3.x 표준까지 진행되고 있다. HL7은 OSI 7 Layer의 응용계층에 해당하는 추상 메시지를 정의하고 있는데 의료 환경에서의 전자적 데이터 교환을 위한 애플리케이션 프로토콜을 의미한다[6].

최근에는 XML 기반의 메시지 포맷을 중심으로 표준화 작업이 활발히 진행 중이며 포맷을 중심으로 표준화 작업이 활발히 진행 중이며 전자차트 시스템인 EMR이 본격적으로 보급되기 시작하면서 국내에서도 그 중 요성에 대한 인식이 높아지고 있다. 특히 RFID 분야에서 기존 시스템들과 연동에 SOAP을 이용한 웹서비스를 주로 사용하기 때문에 XML 기반의 HL7 메시지 사용이 급속히 확산될 수 있을 것으로 기대된다[7].

본 연구논문에서는 Wibro/WiMAX 지원 ISO/IEEE 11073 PHD 표준 및 HL7 CDA 표준기반 유헬스케어 게이트웨이 플랫폼을 연구 개발 하였다. 실제 연구 개발한 국제 표준 지원 헬스케어 게이트웨이와 컨티뉴아 국제 인증 헬스케어 디바이스(체중/체지방, 혈압, 보수계,etc...)와 통신을 위한 구성은 그림 5와 같다.

국제표준 기반 헬스케어 게이트웨이 시스템은 안드로이드 2.3 기반 진저브레드 기반으로 제작 설계하였다. 헬스케어 게이트웨이 플랫폼 전체적인 구조는 그림 6과 같다. 혈압계, 체중계, 체지방 분석계, 보수계 등과 같은 11073 PHD 표준 디바이스를 사용하여 개인 건강 정보를 측정하게 된다. 측정된 건강 데이터는 11073 PHD 표준에 따라 가정 내의 홈 헬스 셋탑박스로 전송된다.

그림 7에서는 국제인증 기반 헬스케어 게이트웨이 구성도를 보여주고 있다.

현재 시스템은 ARM9 1GHz 삼성 프로세서를 사용하며, 헬스케어 게이트웨이는 헬스케어 매니지먼트, 무선 네트워크 데이터 제어, IEEE 11073 PHD 및 HL7 CDA 데이터 송․수신을 담당하고 있다. 그리고 메인시스템은 안드로이드 2.3(Gingerbread)기반으로 네트워크 디바이스 드라이버 및 블루투스 스택 프로파일을 포팅 구성하였다. 무선 네트워크 지원을 위해서 블루투스 2.1+EDR, HDP(Health Device Profile), IEEE 802.11 b/g/n Wi-Fi, IEEE 802.153-2005 Mobile WiBro/WiMAX를 지원, Wi-Fi가 지원되지 않거나 이동 중인 차량 안에서도 데이터 전송이 원활하게 이뤄지도록 구성하였다.

그림 8에서는 ISO/IEEE 11073 PHD 표준과 HL7 데이터 메시지 통신 구현에 대한 내용을 보여주고 있다. ISO/IEEE 11073 PHD 표준과 HL7 메시지 통신 구현을 위해 Transport Layer는 Wireless-Bluetooth Health Device Profile, Wired-USB Personal Health Device Class로 이루어져 있고, Exchange Protocol Layer는 ISO/IEEE Std 11073-20601 Optimized exchange protocol로 이루어져 있다. 그리고 Device Specialization Layer는 국제표준 헬스케어 게이트웨이에서 혈압계, 체중계, 체지방계, 보수계등으로부터 IEEE 11073-10407, IEEE 11073-10408, IEEE 11073-10415, IEEE 11073-10417, IEEE 11073-10442 데이터를 전송받아 IEEE 11073-20601을 통해 표준 데이터 처리를 한 후 IEEE 11073 PHD to HL7 CDA 변환 장치를 통해 HL7 CDA 데이터를 서버에 전송한다. 그림 9에서는 IEEE 11073 매니저와 에이전트간 접속 및 전송 절차에 대해서, 그림 10에서는 IEEE 11073-20601 기반 이벤트 리포트 메시지를 보여준다.

HL7 CDA(Clinical Document Architecture)에서 주고받는 메시지는 크게 트리거 이벤트(Trigger Event), 질의(Query), 및 확인 응답(Acknowledgement)으로 구성하였고, 이벤트로 인한 ADT(Admission, Discharge and Transfer) 메시지가 발생하면 질의 메시지와 확인응답 메시지를 의료 시스템 간에 전송함으로써 HL7 CDA 메시지를 전송하도록 되어 있다. 그림 11은 HL7 프로토콜을 이용하여 자료 송․수신 메시지를 보여 줄 수 있다.

Bluetooth, Wi-Fi, WiBro/WiMAX 기반 무선통신 구현을 위해 10MHz에 이르는 대역폭을 기반으로 고속의 데이터 전송을 지원하고 있으며, OFDM(Orthogonal frequency-Division Multiplexing)이나 MINO(Multiple-Input and Multiple-Output), 스마트 안테나와 같은 차세대 통신기술을 접목하여 기존에 볼 수 없었던 고용량 데이터 무선 전송이 특징이다. 헬스케어 게이트웨이에서 WiBro/WiMAX 무선통신은 서버에 자료를 전송하는 것이 주요 목적이므로, 업로드에 대한 파라미터 최적화가 중용하다.

그림 12, 13에서 Uplink frame-OFDM 파라미터, Uplink Frame-Diversity Sub-channel을 보여주고 있다. WiBro/WiMAX 제품의 일반적인 무선 특성과 PHY/MAC 특성을 일본 JATE/TELEC이 요구하는 Ordinance Regulating Radio Equipment Article 49.28/ARIB STDT94 구격을 고려하여 선택 연구 실험 하였다. 그림 14에서는 KETI에서 보유하고 있는 WiBro/WiMAX 테스트 장비를 이용하여 WiBro/WiMAX의 Signal(Modulation, Spectrum, Flatness, Power)를 분석하고 파라메타(Center Frequency, Receiver Attenuation, Source Amplitude, Enabling Modulation and RF Output)설정을 실험한 결과이다.

본 연구논문에서 제안한 WiBro/WiMAX 지원 국제표준 헬스케어 Gateway 연구개발을 위해서 게이트웨이하드웨어 사양은 삼성 Exynos4210 Cortex-A9 Dualcore 1.2Ghz를 사용하여 안드로이드 2.3 진저브레드 시스템을 구성하였다. 개인 헬스측정 기기 오므론사의 IEEE 11073-104xx 헬스 기기 디바이스와 통신하기 위해 블루투스 HDP 모듈을 직접 제작 사용하였다. 실제 테스트 및 헬스 기기 측정은 그림 15에서는 IEEE 11073-10407, IEEE 11073-10415 혈압, 체중/체지방 측정을 보여주고 있다.

전자부품연구원 및 해당 회사에서 5명의 실험 참가자가 개개인의 특성에 따라 10,15,20여일 정도 데이터를 오전, 오후 측정을 하였으며 해당 데이터를 서버로 전송하였다. 혈압계, 체중/체지방계 보수계는 일본 오무론 제품을 사용하였으며 연구 논문을 위해 제작한 WiBro/WiMAX 지원 국제표준헬스케어 Gateway을 통해 ISO/IEEE 11073 데이터를 받아 HL7으로 변환시켜 해당 데이터를 서버로 전송하였다. 그림 16, 17은 해당 서버에서의 개인의 헬스 데이터 관리 화면을 보여준다.

사용자는 헬스 데이터를 측정 수집하기 위해 국제표준 헬스케어 Gateway가 설치된 장소에서 혈압을 측정하고 블루투스 PHD를 통해 IEEE 11073-104xx 해당 데이터를 게이트웨이로 전송한다. IEEE 11073-104xx 데이터를 받은 헬스케어 Gateway는 IEEE 11073-20601 프레임워크를 통해 해당 HL7 데이터 처리 프레임으로 보내 데이터를 서버로 전송하기 위해 HL7 데이터로 전송하다. 그리고 무선 데이터 전송을 위해 WiBro/WiMAX 디바이스로 데이터를 전송하여 서버로 전송한다. 서버에서는 HL7 데이터를 헬스케어 Gateway로 데이터를 전송받아 처리한다. 사용자에 대한 데이터 처리 결과는 그림 16, 17에서 보여주고 있다. 해당 데이터는 사용자가 언제 어디서든지 모바일 홈페이지를 통해 해당 서버에 접속하여 자신의 데이터를 확인 할 수 있을 뿐아니라 만성질환 환자와 같이 지속적으로 일정한 측정이 필요한 환자의 경우 스마트폰을 통해 지속적 모니터링이 가능하다. 그리고 WiBro/WiMAX 무선통신이 가능한 국제표준 헬스케어 Gateway 이므로 이동중인 차량, 특히 응급상황에서 구급차에서 환자의 지속적인 혈압, 맥박등을 해당 의료기관으로 실시간 전송이 가능하다.

아직까지 국제표준 헬스케어 Gateway 연구는 지속적으로 이뤄지고 있으나 이동중인 차량 특히 구급차 및 도서 산간 무선 통신이 지원되지 않은 곳에서 WiBro/WiMAX 통신이 지원되는 게이트웨이 연구 개발은 미진한 상태이다. 아직까지 WiBro/WiMAX의 국내 사정이 좋지 못하고 WiMAX를 사용하는 일본, 미국에서의 통신 환경 실험이 이뤄지지 못하고 있는 현실이다.

인구의 고령화로 만성질환자가 증가함에 따라 사전예방적 보건의료 서비스에 대한 수요 급증, 그리고 국민생활수준 향상에 따라 동반되는 건강 및 건강관리서비스에 대한 욕구 증대가 되고 있다. 2045년 ~ 2050년에 이르면 세계적 선진국 평균 수명이 82.1세로 갈수록 고령화에 대한 전 세계적 사회 문제가 심각해지고 있다. 그러므로 세계 선진국들은 갈수록 증가하는 의료비 부담에 대한 압박이 심해지고 있는 실정이다. 이러한 현실에서 언제 어디서나 건강을 모니터링 하고 관리함으로 질병의 예방 및 관리가 편리해지고 응급 상황에 대한 신속한 대처가 가능한 u-헬스케어 서비스가 각광을 받고 있다. 하지만 서비스 제공업체마다 제공하는 서비스가 표준을 따르지 않아 천차만별이고 서로간의 데이터를 네트워킹 및 공유 하는데 심각한 문제가 발생하고 있다.

본 연구논문에서는 개인 건강 기기 표준인 ISO/IEEE 11073과 의료 표준인 HL7의 표준 생체 데이터 수집 및 전송이 가능한 국제표준 헬스케어 게이트웨이를 제작하여 컨티뉴아 인증에 적합하게 하였고, 도서산간 및 이동중인 차량에서도 효율적인 데이터 전송이 가능하도록 WiBro/WiMAX를 지원하도록 하였다.

본 연구논문에서는 현실적 연구를 위해 연구기관 및 해당 사업체에서 실험대상을 선정해 지속적인 건강관리를 하고 있지만 아직 국내 의료관련 법률상 개인의 생체정보를 외부에 유출할 수 없고 전문 의료기관에서 사용하는 전자 의무 기록과 직접적인 연결이 되어 있지 않아 의료진의 의견을 수렵하지 못한 점은 아쉬움으로 남고 있다.

따라서 향후 연구에서는 전문 의료기관과 연계하여 국제표준 ISO/IEEE 11073 헬스케어 게이트웨이를 이용하여 개개인의 헬스케어 데이터를 전문병원에 전달할 수 있게 시스템을 갖춰 전문 의료인의 진단 및 의견데이터가 쌓일 수 있도록 하고 더 나아가 전문 의료기관이 보유한 전자 의무 기록과 연결에 대한 연구가 이뤄진다면, 차세대 헬스케어 서비스에 대한 높은 성과를 가져 올 것으로 본다.