유헬스케어 패치형 무선 체온 모니터링 시스템: 스마트 시대의 발열 관리 혁신
유헬스케어 패치형 무선 체온 모니터링 시스템: 스마트 시대의 발열 관리 혁신
doi:10.9718/JBER.2020.41.1.55
1. 서론: 발열 관리의 중요성과 기술적 진보
발열은 인체의 방어 반응이지만, 특히 영유아·노약자와 같은 취약계층에서는 신속하고 지속적인 모니터링이 필요하다.
영국 NICE(2019) 가이드라인에 따르면, 4주~만 5세 미만 유아의 경우 구강·직장 온도 측정보다는 액와(겨드랑이) 부위 전자체온계나 비접촉식 적외선 체온계 사용이 권고된다. 하지만 현실적으로 부모가 밤낮없이 체온을 재는 것은 불가능하다.
이에 u-Healthcare(유헬스케어) 기술과 사물인터넷(IoT), 블루투스 저전력(BLE) 통신을 결합한 패치형 무선 체온 모니터링 시스템이 각광받고 있다. 본 시스템은 다음과 같은 특징을 가진다.
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지름 20 mm, 무게 2.9 g의 초소형·경량 설계
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IEEE 11073 PHD 표준 준수로 상호운용성 보장
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스마트폰 앱을 통한 실시간 체온 모니터링
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식품의약품안전처(MFDS) 의료기기 기준 성능 검증
2. 시스템 설계와 구성 요소
2.1 요구사항 분석
개발 초기 단계에서 고려된 주요 사항은 다음과 같다.
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소아 체형에 맞는 초소형 설계 – 직경 20mm, 높이 5mm
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연속 모니터링 – 1분 간격 체온 측정 및 그래프 표시
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BLE 통신 + IEEE 11073 PHD 표준 적용
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식약처 의료기기 기준(ISO 80601-2-56:2009) 충족
2.2 하드웨어 구조
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외형: UV 경화 플라스틱 3D 프린팅 제작 (Fig. 1a, 1b)
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PCB: 직경 18mm, 두께 0.8mm, 상판에 온도센서·통신 모듈 배치 (Fig. 1c)
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온도 센서: Silicon Labs Si7051, 14bit 해상도, I2C 통신
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통신부: Nordic nRF51822 (BLE 지원)
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배터리: Panasonic CR1616 (3V, 55mA)
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열전달 개선: 구리판 + 열전도 패드 사용 (Fig. 1d)
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피부 접착: FDA 승인 의료용 양면테이프
2.3 게이트웨이
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하드웨어: Raspberry Pi + 외부 LCD (Fig. 1e)
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소프트웨어: Python 기반 GUI, Raspbian OS (Fig. 1f)
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기능: BLE 연결, 데이터 수신·표시, 경고 알림
3. 작동 원리
3.1 체온계 알고리즘
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전원 인가 → 30초 광고(advertising) 모드 → 게이트웨이 연결 시 데이터 송신
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연결 실패 시 절전(sleep) 모드 전환
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연결 후 0.5초마다 온도 측정 및 BLE 전송
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데이터 무결성 검증을 위해 Checksum 포함 (Fig. 2)
3.2 IEEE 11073 PHD-10408 표준 적용
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도메인 정보 모델(DIM): MDS(최상위 객체)와 Numeric 객체 정의 (Fig. 3a)
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서비스 모델: Event Report 활용, 측정값 전달 (Fig. 3b)
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통신 모델: 1:1 연결 기반 네트워크 프로토콜
4. 성능 시험 및 결과
4.1 정확도 평가
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시험 장비: 항온조 시스템(OB-15/2, Kambic, 독일) (Fig. 4a)
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시험 범위: 35~42℃, 오차 ≤ 0.3℃ 요구
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결과: 전 범위에서 평균 오차 ±0.1℃ 이내, 표준편차 0.025~0.081 (Table 1)
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해석: 대부분 설정 온도보다 약간 높게 측정 → 내부 통신부 발열 영향
4.2 과도시간 측정
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조건: 34.8℃ ↔ 36.8℃ 열원 전환 (Fig. 5)
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평균 가열과도시간: 76.5초
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평균 냉각과도시간: 72초 (Table 2)
5. 고찰
본 패치형 체온계는 소형·경량·저전력이라는 특성을 바탕으로 유아 발열 모니터링에 최적화되었다. BLE 기반 실시간 데이터 전송과 국제표준 준수로 상호운용성을 확보했으며, 식약처 기준을 만족하는 정확도를 보였다.
그러나 한계점도 존재한다.
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실제 임상 환경에서의 피부 반응·착용 편의성 평가 필요
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데이터 보안(기밀성, 무결성, 가용성) 설계 보완 필요
6. 결론
유헬스케어 패치형 무선 체온 모니터링 시스템은 향후 스마트 홈 헬스케어, 원격 진료, 유아 돌봄 서비스 등에 폭넓게 활용될 가능성이 크다. 향후 보안성 강화와 임상시험을 거친다면 상용화 경쟁력이 매우 높을 것이다.
그림
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| Fig. 1: (a) 체온계 3D 모델링 (b) 시제품 (c) PCB (d) 열전도 패드·센서 단면도 (e) 무선통신 게이트웨이 (f) 모니터링 소프트웨어 |
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| Fig. 2: 체온계-게이트웨이 작동 순서도 |
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| Fig. 3: (a) 도메인 정보모델 (b) IEEE 11073 기반 Event Report 메시지 |
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| Fig. 4: (a) 성능시험 항온조 시스템 (b) 온도 비교 (c) 시험 장치 내부 체온계 부착 모습 |
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| Fig. 5: 실시간 온도 변화 측정 결과 그래프 |
참고문헌
[1] Y. S. Jeong and J. S. Kim, "Fever and Fever Management in Children: A Literature Review," Child Health Nursing Research, vol. 16, no. 1, pp. 30-40, 2010.
[2] NICE, "Fever in under 5s: assessment and initial management," National Institute for Health and Care Excellence, 2019.
[3] K. W. Yun and I. S. Lim, "Accuracy and usefulness of tympanic membrane and forehead thermometers," Korean J Pediatr, vol. 48, no. 8, pp. 820-825, 2005.
[4] S. H. Park, "Reliability and Accuracy of Infrared Temperature: A Systematic Review," Korean Journal of Adult Nursing, vol. 26, no. 6, pp. 668-680, 2014.
[5] H. J. Kim and H. H. Yang, "Patch Type Body Temperature Measurement System for Ubiquitous Healthcare," Journal of the Korea Institute of Information and Communication Engineering, vol. 15, no. 7, pp. 1628-1634, 2011.
[6] ISO/IEEE 11073-10408:2010(E), "Health informatics - Personal health device communication - Part 10408: Device specialization - Thermometer," 2010.
[7] MFDS, "U-Healthcare Medical Device System License Review Guidelines," Ministry of Food and Drug Safety, 2016.
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