Development of m-Health Application based on Medical Informatics Standards

의료정보 표준에 기반 한 m-Health 어플리케이션 개발

Abstract

Recently medical consumers pursue high leveled quality of life through active promotion, prevention, management activity of health as the importance of health during home life is emerged to meet the aging society and chronic diseases. In addition, people are directed to the m-Health for managing yourself their health by using smartphone and various personal health devices, if necessary transmits health data to the physician himself. In the previous studies, m-Health Application were developed and applied in the real clinical environment by adopting the medical information standards was rarely conducted. Therefore, in this study, the m-Health application platform was developed. Developed application was communicate with IEEE 11073 standard protocol using the Bluetooth Health Device Profile in personal health device via smart phone to process blood pressure information, and it converted to HL7 V2.6 ORU_R01 message for send to remote medical server. In addition, we tested the interoperability and safety of the developed application for 23 inpatient and 17 outpatient at D University Hospital. As a result, the blood pressure information has been transmitted without error.

1. 서 론

정보 통신 기술의 발전으로 인해 사회 환경 및 구조가 급속히 변화하는 가운데, 건강에 대한 국민적 관심의 증대와 함께 의료비도 함께 증가하고 있다. 이러한 변화로 인해 2013년 미국의 경우 GDP(Gross Domestic Product)의 17.7%를 의료비로 지출하고 있으며, 국내의 경우 그 비율이 7.4%에 도달했다[1]. 의료비 지출 증가의 주요 원인은 초 고령화 사회 진입과 더불어 만성 질환자의 증가 때문이다. 통계청 자료에 의하면 2010년 국내 기대수명은 80.8세로 선진국 평균 기대수명(76.4세)을 초과하고 2040년에 이르면 86.0세에 도달하여 선진국 평균 기대수명(81.1세)보다 높아질 전망이다[2]. 이러한 기대수명의 연장 및 출산율 감소로 인해 2000년 7.2%로 고령화 사회에 진입하였고 2020년 15.7%로 고령사회, 2030년 24.3%로 초 고령화 사회에 도달할 것으로 전망하고 있다.

의료의 접근성이 향상됨에 따라 상대적으로 중증 질환을 앓고 있는 고령자의 의료 이용 증가는 전체 의료비 상승에 큰 영향을 주었다. 대표적으로 2012년 건강보험의 고령자 진료비는 16조 382억 원으로 전체 진료비 48조 2,349억 원의 33.3%를 차지했다는 것을 예로 들 수 있다[2]. 전체 진료비로 살펴본 10대 질병이 대부분 만성 질환인 것으로 고려할 때 고령자 진료비의 증가는 만성 질환이 크게 기여한 것으로 판단할 수 있다. 이 중 본태성 고혈압이 진료비 지출 1위인 것을 감안할 때 고혈압의 사회적 영향력은 결코 무시할 수 없는 단계에 이르렀다[3].

고혈압은 전 세계 사망률의 30%를 차지하는 매우 위험한 요소로서[4], 뇌졸중, 관상심장질환, 심부전, 말초혈관질환, 신부전과 같은 많은 질환들과 밀접한 연관성이 존재한다[5]. 이러한 만성 질환은 사망률의 63%를 차지하는 전 세계 사망의 선두 원인이다[6]. 전 세계 성인 인구의 고혈압 유병률은 2000년에는 26%이였고 2025년에는 60%로 증가할 것으로 전망하고 있다[7]. 2012년에 발간된 국민건강통계에 따르면 우리나라 30세 이상 성인의 고혈압 유병률은 남자가 32.2% 여자가 25.4%로 전체 29.0%이였으며, 이는 이전의 조사에 비해 증가하는 추세이다[8].

이렇듯 급증하는 만성 질환을 통제하기 위해 개인이 열심히 치료 받기를 기대하는 것만으로는 어려운 상황에 이르렀다. 만성 질환의 특성상 개인의 생활습관, 신체 정보를 이용하여 자기 스스로 질환과 관련된 문제를 모니터링하면서 체계적으로 관리해야만, 만성 질환으로 인한 수명 단축, 의료비 상승을 효과적으로 억제할 수 있다. 따라서 개인이 만성 질환을 관리할 수 있는 m-Health 어플리케이션 개발이 절실히 필요한 시점이다. m-Health는 환자와 의사가 시간·공간·장소에 구애 받지 않고 스마트폰, 태블릿 PC 등을 통해 자유롭게 의료서비스를 주고받는 것으로 다양한 개인건강기기 또는 의료정보시스템과 유기적으로 연계되는 u-Health 환경을 말한다[9]. m-Health 시장은 2009년부터 본격화된 스마트폰 보급에 따라 빠른 성장세를 보이고 있으며, 2011년 미국에서 개최된 mHealth Alliance Summit에서 발표된 Research2Guidance 보고서에 따르면, 2015년 스마트폰 이용자는 14억 명으로 이 중 5억 명이 모바일헬스 관련 어플리케이션을 이용할 것으로 전망된다[10]. 이미 주요 선진국에서는 m-Health를 통해 의료 환경을 개선하고 인구 고령화 및 만성 질환으로 인한 의료비 증가를 억제하기 위해 정부 차원에서 지원 정책을 강화하고 있다.

m-Health 서비스가 빠르게 확산되기 위해서는 개인건강기기와 의료정보시스템 간의 표준화 작업이 필요하다. 현재 개인건강기기는 많은 제조업체에서 제조되고 있으며, 이들은 각 업체별 독자적인 통신 프로토콜을 사용하기 때문에 타 제조업체 시스템과 상호운용성을 보장할 수 없을 뿐[11], 아니라 대부분의 m-Health 어플리케이션은 특정 비표준 의료정보 시스템에 종속적으로 개발되었기 때문에, 다양한 의료정보 시스템과의 상호운용성을 보장할 수 없다. 이러한 상호운용성 문제를 해결하기 위해 IEEE 11073 PHD WG(Personal Health Device Working Group), CHA(Continua Health Alliance), HL7, ISO/ TC215 등의 기구가 표준화 작업을 진행하고 있다.

IEEE 11073 PHD WG는 개인건강기기로부터 측정된 정보를 모니터링 시스템으로 전송하기 위한 표준으로 최적화된 통신 프로토콜뿐만 아니라 혈압계, 혈당계, 체온계 등 다양한 개인건강기기에 대한 표준을 정하고 있다[12]. CHA는 u-Health 서비스 구현을 목적으로 구성된 산업협력체로 IEEE 11073 PHD 표준을 기반으로 개인건강기기와 의료정보시스템 사이의 상호운용성을 보장하도록 시험 및 인증 제도를 운영하고 있다. HL7은 ANSI(American National Standards Institute)가 인증한 표준개발기구로 이 기종 의료정보시스템 간의 상호운용성을 위해 메시지 교환 표준인 HL7 V2와 문서 교환 표준인 CDA(Clinical Document Architecture), CCD(Continuity of Care Document)를 개발하였고, 현재 FHIR(Fast Healthcare Interoperability Resources)를 개발하고 있다. Bluetooth HDP(Health Device Profile)는 개인건강기기와 관리기기 간의 상호운용성을 위해 개발된 블루투스 통신 프로파일로 Android 4.0 ICS(Ice Cream Sandwich) 운영체제부터 탑재되었기 때문에 아직 관련 연구가 많이 부족한 상황이다. 그럼에도 불구하고, 국내에서도 의료정보 표준에 기반 한 개인건강기기와 의료정보시스템과 연동한 m-Health 어플리케이션을 개발하는 연구가 수행되었다[13-17]. 그러나 기존의 연구에서는 의료정보 표준을 이용하여 개인건강기기와의 상호운용성을 확인하기 위해 모듈을 개발하고 실험실에서의 모의실험을 통해 개발한 모듈을 검증한 연구가 대부분이다. 따라서 m-Health 서비스의 대중화를 위해서는 모의실험 수준의 시험뿐만 아니라 실제 의료 서비스가 제공되고 있는 실제 환경에서의 시험을 통해 개발한 m-Health 어플리케이션의 안전성을 검증할 필요가 있다.

본 연구는 IEEE 11073 PHD, Bluetooth HDP, HL7 V2.6와 같은 대표적인 의료정보 표준을 기반으로 개인의 혈압 정보를 관리할 수 있는 m-Health 어플리케이션을 개발한다. 개발한 어플리케이션은 IEEE 11073 PHD, Bluetooth HDP 표준을 통해 CHA 인증 받은 혈압계와 연동되며, 측정한 혈압 정보는 HL7 V2.6 ORU_R01 메시지로 변환되어 TCP/IP 프로토콜을 통해 원격 의료 서버로 전송된다. 또한 개발한 어플리케이션은 모의 테스트를 거쳐 실제 환경에서 테스트를 수행하였다.

 

2. 의료정보 표준화 현황

2.1 IEEE 11073 PHD

IEEE 11073 PHD 표준은 에이전트와 매니저 간의 건강 정보 교환을 위한 표준 및 프로토콜을 정의하며[18], 원격 지원 서비스, 매니저, 에이전트로 구성된 u-Healthcare 서비스 구조를 제안한다(Fig. 1). 에이전트는 혈압계, 체중계, 보수계 등과 같은 개인건강 기기로 측정한 건강 정보를 수집하여 핸드폰, 컴퓨터, 게이트웨이와 같은 매니저에게 전송한다[18]. 일반적으로 에이전트는 하나의 매니저와 논리적인 점대 점 연결하고 매니저는 분리된 점 대 점 연결을 사용하여 다수의 에이전트와 동시에 통신할 수 있다.

Fig. 1.Architecture of u-Health system.

IEEE 11073 PHD 표준은 세 개의 계층(전송, 최적화된 교환 프로토콜, 기기별 표준)으로 구분된 프로토콜 스택을 포함한다(Fig. 2).

Fig. 2.Stack of IEEE 11073 PHD protocol.

전송 계층은 구체적인 물리적 전송 방법에 대해서는 정의하지 않고 현재까지 구현 가능한 Bluetooth HDP, USB, Zigbee 등을 모두 사용할 수 있도록 가정하고 있다[19].

최적화된 교환 프로토콜 계층은 다양한 에이전트를 지원할 수 있는 표준으로 에이전트와 매니저 사이의 데이터 포맷 및 교환 프로토콜을 정의하여 데이터전송 신뢰성 및 상호운용성을 보장한다[18]. 이 계층은 크게 도메인 정보 모델(Domain Information Model), 서비스 모델(Service Model), 통신 모델(Communication Model)로 구성된다. 도메인 정보 모델은 객체 지향 모델로 에이전트를 하나의 객체로 표현한다. 각 객체는 하나 이상의 속성과 메서드, 이벤트, 서비스를 정의한다. 서비스 모델은 에이전트와 매니저 간의 데이터 접근 방법을 정의한다. 서비스 모델의 명령은 GET, SET, ACTION, Event Report 등이 있으며 측정된 데이터 전달은 Event Report를 통해 이루어진다. 통신 모델은 하나 이상의 에이전트가 점 대 점 연결을 통해 하나의 매니저에 연결되는 통신 상태를 정의한다. 통신 상태는 8개의 상태 머신(Disconnected, Connected, Disassociating, Unassociated, Associating, Associated, Configuring, Operating)으로 구성된다.

기기별 표준 계층은 최적화된 교환 프로토콜 계층 위에 존재하며 개인건강기기의 특성을 반영한 상세표준이다. 이 상세 표준은 특정 개인건강기기가 어떻게 동작해야 하는지에 대해 객체의 속성을 기술하고 도메인 정보 모델의 여러 가지 클래스를 구성한다.

2.2 Bluetooth HDP

Bluetooth HDP는 혈압계, 혈당계, 체중계, 산소포화도 측정기, 체온계 등과 같이 측정을 담당하는 기기들을 소스(에이전트)로 규정하고 있으며, 모바일폰, 노트북, 데스크탑 및 헬스 어플리케이션과 같은 수집을 담당하는 기기들을 싱크(게이트웨이)로 규정하고 있다[20]. Bluetooth HDP를 적용하기 위해서는 MCAP(Multi-Channel Adaptation Protocol)을 반드시 기반 기술로 사용해야 하고 ERTM(Enhanced Retransmission Mode), Streaming Mode, FCS(Frame Check Sum) 등의 기술을 사용하기 위해서 Enhanced L2CAP 기술이 반드시 적용되어야 한다[21].

Bluetooth HDP는 IEEE 11073-20601 Personal Health Data Exchange Protocol을 기본으로 하는 IEEE 11073-104xx Device Specialization을 사용할 수 있기 때문에 Bluetooth HDP를 사용하면 IEEE 11073 표준 규격에서 정의하고 있는 모든 개인건강 기기를 사용할 수 있다. 그뿐만 아니라 보안성과 신뢰성에 많은 중점을 두고 구현되었기 때문에 앞에서 언급한 MCAP를 기반으로 하는 Control Channel과 Data Channel을 사용하여 L2CAP Link를 연결하게 된다[22].

2012년에 발표된 Android 4.0 ICS 운영체제부터 Bluetooth HDP를 지원한다. 즉, Android 4.x 운영체제를 탑재한 스마트폰은 별도의 게이트웨이 없이 Bluetooth HDP를 통해 개인건강기기와 통신할 수 있다. 미국 IT 전문 시장조사기관인 IDC(International Data Corporation)의 전 세계 스마트폰 운영체제 점유율 조사 결과에 따르면 Android의 점유율은 81%이며[23], 이 중에서 Android 4.0 이상 운영체제의 점유율은 77.4%[24]로 이 두 점유율은 빠르게 증가하는 추세이다. 따라서 스마트폰 운영체제 중 Android가 m-Health 어플리케이션 개발에 가장 적합하다.

Fig. 3.Model of Bluetooth HDP Protocol.

2.3 HL7 V2

HL7 V2는 1987년 미국에서 병원 내 또는 협력 병원간의 정보 공유 및 통신을 위하여 병원 자발적으로 발생된 의료정보 통신용 프로토콜이다. HL7 V2 메시지는 메시지, 세그먼트, 필드, 컴포넌트로 구성되어 있다. 하나의 메시지는 여러 개의 세그먼트로 구성되어 있고, 세그먼트는 다시 여러 개의 필드들로 구성되어 있다. 필드는 데이터 타입과 일 대 일 관계를 가진다.

2.4 Continua Health Alliance

Continua Health Alliance는 체중계, 혈압계 등을 PC나 휴대 단말로 인터넷을 연결하여 건강관리를 할 수 있도록 목표를 가지고 있으며, IT 기술과 개인건강기기의 상호 접속을 가능하게 하는 표준 규정의 기술 검토와 가이드라인을 제정하기 위해 2006년 필립스를 중심으로 결성한 국제 산업협력체이다[25]. 현재 삼성, 인텔, 필립스 등 30개의 Promoter 멤버와 TTA, SKT, ETRI 등 약 230개의 Contributor 멤버들이 가입하여 활동 중에 있다.

u-Health 서비스의 실현 및 서비스 활성화를 위해서는 생체정보 데이터를 측정하는 개인건강기기에서부터 이를 분석하는 의료정보 서버까지 종단 간 아키텍처가 정의되어야 한다. 이러한 이유로 Continua에서는 헬스 서비스에 필요한 의료기기를 역할 목적에 따라 인터페이스별로 구분하고 각 인터페이스에 적합한 표준 기술들을 채택한 후(Fig. 4), 이를 구현하기 위해 필요한 사항들과 요구조건들을 가이드라인 제시를 통해 해결하고자 한다[26].

Fig. 4.Architecture of Continua.

 

3. 어플리케이션 설계

3.1 어플리케이션 아키텍쳐

먼저 사용자의 혈압 정보를 관리할 수 있는 m-Health 어플리케이션 서비스 구조를 설계하였다. 설계한 서비스 구조는 개인건강기기와의 상호운용성을 위해 IEEE 11073 PHD, Bluetooth HDP 표준을, 원격 의료정보시스템과의 상호운용성을 위해 HL7 V2.6 표준을 구현한 어플리케이션을 개발한다. 개발한 어플리케이션의 사용자는 CHA 인증 받은 혈압계와 연동하여 측정된 혈압 정보를 저장할 수 있으며, 이를 리스트 또는 그래프 형태로 출력하여 자신의 혈압 정보를 쉽게 관리할 수 있다. 그뿐만 아니라, 수신자의 정보를 직접 관리하여 원하는 수신자에게만 자신의 혈압 정보를 전송하여 공개할 수 있다(Fig. 5).

Fig. 5.Architecture of mobile health application service.

m-Health 어플리케이션 플랫폼은 Fig. 6과 같이 어플리케이션의 구성요소의 역할에 따라 크게 4개의 계층, 즉, (1) 데이터 저장 계층, (2) 데이터 연결 계층, (3) 어플리케이션 계층, (4) 사용자 인터페이스 계층으로 구분하여 설계한다. 각 계층의 구성요소는 개별적 모듈로 구성하고, 각 모듈 간의 상호 연결을 통해 특정 목적을 수행할 수 있도록 설계하였다. 설계한 플랫폼에서 각 계층의 역할 및 특징은 다음과 같다.

Fig. 6.Architecture of m-Health application platform.

3.1.1 데이터 저장 계층

데이터베이스의 운영을 통해 사용자 개인 정보 및 수신자, 혈압 정보 등을 Android 운영체제의 내장 데이터베이스인 SQLite Database에 저장하여 관리 한다. 사용자 개인 정보와 혈압 정보는 HL7 V2.6 ORU_R01 메시지를 생성하는 데 사용되며, 수신자 정보는 생성한 의료정보 메시지를 전송할 때 사용된다.

3.1.2 데이터 연결 계층

m-Health 어플리케이션 플랫폼은 Android 기반으로 개발되었고, 또한 SQLite Database와의 연결을 위해 DatabaseHelper를 이용한다. 어플리케이션 계층의 기능별 모듈이 데이터베이스에 저장된 파일의 원활한 관리 및 운용을 위해 DAO(Data Access Object)를 개발한다. DAO는 데이터베이스의 검색, 저장, 삭제 등의 질의(SQL)를 포함한다. TCP/IP 모듈은 네트워크로 연결된 수신자 서버로의 전송을 위해 생성된 HL7 V2.6 ORU_R01 메시지를 TCP/IP 프로토콜로 전송하고, 서버로부터 수신된 ACK 메시지를 처리하는 역할을 담당한다.

3.1.3 어플리케이션 계층

어플리케이션 내부에서의 연산이나 사용자의 요구에 대한 중재자 역할을 담당하는 계층으로써, m-Health 어플리케이션을 구현하고 운영하기 위해 필요한 기능들이 모듈 단위로 존재한다. 그리고 모듈들이 유기적으로 연결됨으로써 혈압계 연동, 혈압 정보저장 및 관리, 리스트 또는 그래프 출력, 의료정보 메시지 생성 및 전송 등과 같은 기능을 구현한다. 특히 PHD Communicator는 개인건강기기와의 통신 표준을 구현한 Bluetooth HDP Module과 IEEE 11073 Module을 통해 CHA 인증 받은 혈압계와 연동하여 측정된 정보를 저장한다.

3.1.4 사용자 인터페이스 계층

어플리케이션 내부적으로는 다양한 모듈들이 복잡하게 연관되더라도, 사용자가 어플리케이션을 이용하기 위해서는 사용자 친화적인 인터페이스(User Friendly Interface)가 필요하다. 따라서 어플리케이션 계층의 모듈들을 편리하게 사용할 수 있도록 XML(eXtensible Markup Language) 기반의 Android UI를 제공한다.

3.2 혈압계 연동 모듈

Fig. 7은 어플리케이션 내에서 혈압계와의 연동을 담당하는 모듈의 클래스 다이어그램이다. Blood-PressureFragment 클래스는 Messenger 객체를 통해 BluetoothHDPService 클래스와 상호 연결하여 혈압계와 연동한다. BluetoothHDPService 클래스는 개인건강기기와의 연결, 관리, 해체, 통신을 관리하며, 이 서비스 클래스의 처리 단계는 다음과 같다. 첫째, getProfileProxy() 메서드를 호출하여 Bluetooth-Profile 객체를 얻는다. 둘째, BluetoothHealth-Callback 객체를 생성하고 registerSinkAppConfiguration() 메서드를 호출하여 application configuration을 등록한다. 셋째, connectChannelToSource() 메서드를 호출하여 페어링된 개인건강기기와 연결한다. 넷째, 연결된 개인건강기기로부터 Parcel-FileDescriptor 객체를 얻고 이를 이용하여 health channel에서 데이터를 처리한다. 이 때 IEEE 11073 PHD 표준을 구현한 ReadThread와 WriteThread 클래스를 통해 개인건강기기와 통신한다. 마지막으로 작업이 끝나면 disconnectChannel() 메서드를 호출하여 health channel을 닫고, unregisterAppConfiguration() 메서드를 호출하여 application configuration을 해체한다.

Fig. 7.Class diagram of hemomanometer linkage module.

Fig. 8은 Bluetooth HDP, IEEE 11073-10407 표준을 통해 혈압계와의 연동 과정을 나타낸다. Fig. 8(a)는 앞에서 언급한 BluetoothHDPService 클래스의 처리 과정을 순서도로 나타낸 것이며, Fig. 8(b)는 health channel에서 IEEE 11073-10407 표준을 구현한 ReadThread와 WrtieThread 클래스 간의 통신 과정을 시퀀스 다이어그램으로 나타낸 것이다.

Fig. 8.Process of hemomanometer linkage. (a) Flow of Bluetooth HDP commination, (b) Sequence diagram of IEEE 11073-10407 communication.

3.3 혈압 정보 전송 및 출력 모듈

사용자의 혈압 정보를 쉽게 관리하기 위해서는 측정된 혈압 정보가 직관적이고 연속적으로 출력되어야 한다. 그리고 혈압 정보를 수신자에게 전송되는 과정은 단순하게 처리되어야 한다. 따라서 측정된 혈압 정보를 리스트 또는 그래프 형태로 출력되고, 이를 단순한 터치를 통해 수신자에게 전송되도록 어플리케이션을 설계하였다(Fig. 9).

Fig. 9.Class diagram of blood pressure information transmission and output module.

본 연구에서는 향후 연구의 연속성을 위해 객체 지향적 관점(object-oriented perspective)으로 기능과 역할에 따라 모듈 단위로 설계하였다. 예를 들어, BloodPressureListFragment 클래스는 데이터베이스에 저장된 혈압 정보를 리스트로 출력하는 프래그먼트로써, 이는 수신자에게 혈압 정보를 전송하는 HealthDataSendFragment 클래스와 혈압 정보를 리스트 또는 그래프 형태로 출력하는 HealthData-ViewFragment 클래스에서 공통적으로 사용되므로 별도의 모듈로 구분하였다.

혈압 정보 전송 모듈은 선택한 혈압 정보를 HL7 V2.6 표준 포맷으로 변환하여 수신자 서버로 전송하기 위한 HL7 인코딩 기능과 수신자 서버로부터 수신한 응답 메시지를 파싱하는 기능을 포함하도록 설계하였다. 이러한 기능을 구현하기 위해 본 연구팀의 선행 연구에서 개발한 HL7 V2.x 라이브러리[27]를 탑재하였다.

의료정보시스템에서 사용되는 대부분의 메시지는 건강 정보 및 개인 정보 전송을 목적으로 사용하고 있다. 따라서 본 연구는 HL7 V2.6 메시지 중 자동 관찰 메시지(ORU_R01), 확인 메시지(ACK)를 사용하였다(Table 1). ORU_R01 메시지는 메시지 헤더(MSH), 환자 신원(PID), 관찰 요청(OBR), 관찰 요청에 따른 관찰 결과(OBX) 등의 세그먼트로 구성되어 있으며, ACK 메시지는 ORU_R01에 대한 확인 메시지로 메시지 헤더(MSH), 메시지 승인(MSA) 세그먼트로 구성되어 있다. 모의 테스트 시에는 ORU_R01 메시지 생성 과정에서 PID 세그먼트의 필드영역에 환자이름, 성별, 생년월일을 사용하였고 실제 테스트에서는 환자개인정보를 보호하기 위해 일련번호만을 사용하였다. 그리고 OBR 세그먼트의 네 번째 필드인 관찰 식별자(Universal Service Identifier)와 OBX 세그먼트의 세 번째 필드인 관찰 식별자(Observation Identifier)는 LONIC[28]를 참조하여 메시지를 생성하였다.

Table 1.HL7 V2.6 message for transmission of blood pressure information.

3.4 데이터베이스 모듈

향후 연구에서는 혈압 정보뿐만 아니라 체중, 혈당, 산소포화도 등 다양한 개인건강기록을 데이터베이스에 저장할 것이기 때문에 테이블의 종류와 개수가 많아질 수밖에 없다. 만약 데이터베이스 테이블의 수정이 필요한 경우, 그와 관련된 클래스도 함께 수정해야 한다. 그러나 테이블의 수정에 대해서 어플리케이션의 모듈까지 수정하는 것은 관리적 측면에서 매우 비효율적이다. 따라서 데이터베이스의 테이블의 필드와 관련된 질의가 포함된 DatabaseHelper 모듈, 어플리케이션의 모듈들이 데이터를 관리하기 위해 사용해야 하는 DAO 모듈로 분리하여 설계하였다(Fig. 10). 즉, 데이터베이스의 생성, 연결, 해체는 DatabaseHelper 객체를 이용하고, 실제 데이터베이스의 검색, 저장, 삭제 등과 같은 데이터의 관리 작업은 DAO 객체에서 수행한다.

Fig. 10.Class diagram of database.

 

4. 어플리케이션의 개발 및 테스트

개발한 어플리케이션은 Android 4.0.3 운영체제에서 IEEE 11073 PHD, Bluetooth HDP, HL7 V2.6 표준을 기반으로 개발하였고, 수신자 서버는 Java jdk 1.7.0과 Microsoft Office Access 2007를 사용하여 개발하였다. 모의 테스트를 거쳐 실제 테스트는 D광역시 D대학교한방병원 입원 및 외래 환자를 대상으로 혈압 측정을 수행하였다.

4.1 어플리케이션 개발

본 어플리케이션의 사용자는 수집된 혈압 정보를 기반 한 다양한 혈압 관리 기능을 UI를 통해 제공 받을 수 있다. Fig. 11은 실제 스마트폰에서의 구동 모습으로 개발한 어플리케이션의 다양한 기능을 보여준다. 스마트폰에 설치된 어플리케이션의 아이콘을 실행하면 로딩 화면을 지나 로그인 화면으로 들어 간다. 로그인 화면에서는 사용자 계정을 생성하여 메인 화면으로 로그인하거나 간단한 정보 입력을 통해 사용자 계정의 아이디 또는 비밀번호를 확인할 수 있다. 메인 화면의 하단에는 사용자 계정 정보 수정, 메인 화면 이동, 환경 설정 탭이 배치되어 있으며, 이를 누르면 각각의 탭에 해당하는 화면으로 이동한다. 어플리케이션의 주요 기능인 혈압 측정, 수신자 목록, 측정 결과, 원격 전송 기능은 메인 화면의 상단에 버튼으로 나열되어 있다. 각 주요 기능에 대한 설명은 다음과 같다.

Fig. 11.User interface of blood pressure management application. (a) loading, (b) login, (c) main, (d) user information, (e) blood pressure measurement, (f) receiver information list, (g) receiver information registration, (h) health information list, (i) blood pressure graph, (j) health information transmission.

Fig. 11(e)는 사용자의 혈압을 측정하고 저장하는 혈압 측정 화면이다. 이 화면의 UI는 사용자의 정확한 혈압 측정을 위해 올바른 혈압 측정 이미지와 세가지 측정 방법을 배치하였다. 본 어플리케이션에서의 혈압 측정 과정은 다음과 같다. 첫째, 측정 버튼을 눌러 기기 선택 다이얼로그를 출력한다. 둘째, 사용 할 혈압계를 선택하고 연결 버튼을 누른다. 이 때 2-3초 동안 선택한 개인건강기기와의 연결을 시도한다. 셋째, 사용자는 선택한 혈압계를 이용하여 혈압을 측정한다. 마지막으로 혈압 측정이 완료되면 혈압 측정결과 다이얼로그가 출력되며, 확인 버튼을 누르면 측정된 정보가 데이터베이스에 저장된다.

Fig. 11(f)는 수신자의 정보를 관리하는 수신자 목록 화면이다. 사용자는 자신의 혈압 정보를 전송할 수신자를 직접 추가, 삭제, 변경할 수 있다. 이 화면에서 추가 버튼을 누르면 수신자 정보를 추가하는 Fig. 10(g)로 이동하며, 여기에서 입력된 IP, Port 정보를 이용하여 의료정보 메시지를 전송한다. 사용자는 수신자 정보 목록에서 하나의 수신자만을 선택할 수 있으며, 수신자 리스트의 체크 박스와 삭제 버튼을 이용하여 수신자 정보를 삭제할 수 있다.

Fig. 11(h)는 측정된 혈압 정보를 출력하는 측정결과 화면이다. 사용자는 시작 및 종료 날짜 버튼을 눌러 특정 기간의 혈압 정보만을 출력할 수 있으며, 혈압 정보 리스트의 체크 박스와 삭제 버튼을 이용하여 혈압 정보를 삭제할 수 있다. 혈압 정보 리스트에는 WHO(World Health Organization)의 혈압 분류를 기준으로, 측정된 혈압 정보의 범주를 색상으로 분류하였다. 그리고 그래프 버튼을 누르면 현재 리스트에 출력된 혈압 정보를 꺾은선 그래프로 출력된다.

Fig. 11(j)는 수신자에게 의료정보 메시지를 전송하는 원격 전송 화면이다. 이 화면은 환경 설정 탭에서 의료정보 전송 여부를 선택해야지만 활성화된다. 사용자는 수신자 서버에 접속하기 위해 연결 버튼을 누른다. 이 때 10초 동안 선택한 수신자 서버에 접속을 시도한다. 그리고 혈압 정보 리스트의 체크 박스와 전송 버튼을 눌러 선택한 혈압 정보를 ORU_R01 메시지로 변환하고 이를 전송한다. 수신자 서버로부터 ACK 메시지를 수락 받으면 전송 아이콘을 추가하여 한번 이상 전송된 혈압 정보를 식별한다.

4.2 어플리케이션 테스트

개발한 어플리케이션은 연구실에서 모의테스트를 20회 수행한 후 D광역시 D대학교한방병원에서 40명의 환자를 대상으로 실시하였다. 환자에게 어플리케이션의 기능과 목적에 대한 설명 및 개인정보는 수집하지 않는다는 설명을 한 후 자발적으로 혈압 측정을 하겠다는 구두 동의를 받은 후 테스트를 수행하였다. 혈압계에서 측정된 정보의 오류는 한방내과 전문의 2인, 침구과 전문의 1인, 간호사 1인이 검증하였다.

환자의 개인정보는 사용하지 않기 때문에 개발한 어플리케이션에 환자 식별자를 등록하고 이를 ORU_R01 메시지에 기록하여 수신자 서버로 전송함으로써 측정 대상자를 구분하였다. 테스트를 위해 에이전트(소스)로는 CHA 인증 받은 혈압계인 A&D UA767PBT-C[29]를 사용하였고, 매니저(싱크)는 Android 4.0.3 ICS 운영체제가 탑재된 Samsung의 Galaxy S2를 사용하였다.

테스트 환경은 병실에 입원한 23명의 입원 환자와 17명의 외래 환자를 대상으로 측정한 혈압 정보는 Bluetooth를 통해 어플리케이션으로 전송되고, 어플리케이션에서는 TCP/IP 프로토콜을 통해 수신자 서버로 전송된다(Fig. 12).

Fig. 12.Test environment.

전송 오류율을 계산하기 위해 어플리케이션에서의 혈압 측정 회수 및 시간과 수신자 서버에서의 수신 횟수 및 시간을 비교하였다. 테스트 과정에서 간호사 1명, 연구원 2명이 직접 혈압계와 어플리케이션을 이용하여 입원 및 외래 환자를 대상으로 혈압을 측정하였다(Fig. 13).

Fig. 13.Test of m-Health application. (a) preparation of blood pressure measurement, (b) blood pressure measurement.

테스트 결과 40명의 환자에게 총 60회의 혈압 측정 및 전송을 수행한 결과 60회 성공하여 100%의 성공률을 보였다(Table 2). 혈압계를 이용한 평균 측정 시간은 32.13초이며 최소 및 최대 시간은 각각 19초, 60초가 걸렸다. 상대적으로 평균 이하는 저혈압 혹은 정상 혈압이었으며, 평균 이상은 고혈압 1, 2, 3단계였다. 그리고 어플리케이션과 수신자 서버의 HL7 메시지 송·수신 평균 시간은 0.0048초가 걸렸다.

Table 2.Results of application test

 

5. 결 론

본 연구는 개인건강기기, 의료정보시스템과의 상호운용성을 보장하기 위해 의료정보 표준에 기반 한 m-Health 어플리케이션 플랫폼을 설계하였다. 설계한 플랫폼에 기반 한 개인의 혈압 정보를 관리할 수 있는 m-Health 어플리케이션을 Android 4.0.3 ICS로 개발하였다. 개발한 어플리케이션은 IEEE 11073 PHD, Bluetooth HDP 표준을 통해 CHA 인증 받은 혈압계와 연동되어 혈압을 측정하고, HL7 V2.6 표준을 통해 측정한 혈압 정보를 수신자 서버로 전송한다. 그뿐만 아니라, 향후 연구의 연속성과 확장성을 위해 객체 지향적 관점으로 모듈 단위로 개발하였고, 이러한 모듈들의 유기적인 연결을 통해 사용자에게 다양한 기능을 제공해준다. 또한 테스트 환경에서 개발한 어플리케이션의 안전성 및 상호운용성을 검증하였다. 테스트 결과, 개발한 어플리케이션은 별도의 모듈 추가와 수정 없이 혈압계 또는 수신자 서버와 Plug-and-Play로 동작하였다.

따라서 개발한 m-Health 어플리케이션은 표준화된 방식으로 매니저 역할을 수행한다고 할 수 있다. 그러므로 개발한 m-Health 어플리케이션은 하나의 개인건강기기, 즉, 혈압계와 연동하여 혈압 정보만을 관리할 수 있다. 그러나 다양한 만성 질환으로부터 개인의 건강을 관리하기 위해서는 혈압 뿐 아니라 체중, 혈당, 산소포화도 등 다양한 개인건강기록들이 필요하다. 이러한 이유로 IEEE 11073 PHD WG에서는 다양한 개인건강기기와의 상호운용성을 위해 매년마다 새로운 표준을 제정하고 있다. 그뿐만 아니라, CHA 가이드라인에서는 HL7 CCD 표준을 HRN(Health Record Network) 인터페이스의 표준으로 채택하고 있으며, 새로운 개인건강기기에 대한 인증을 수행하고 있다. 따라서 향후 연구에서는 CHA 인증 받은 체중계, 혈당계, 산소포화도 측정기와의 연동이 가능하고, 임상문서 표준인 HL7 CCD를 구현함으로써 CHA 가이드라인에 적합한 m-Health 어플리케이션에 대한 연구를 지속적으로 할 계획이다.