1. 서 론
원격 진료란 고속 네트워크망을 이용하여 원거리간 의학정
보와 영상을 전송할 수 있는 의료 행위를 뜻한다 [1]. 이와 같 은 원격 진료 시스템에 대한 연구는 최근 활발히 이루어지고 있으며 국내외 병원간의 원격진료에도 많은 성과가 있었다 [2].
1980년대 후반부터 외과수술에 정식으로 이용되기 시작한 복강경 수술 기법은 2000년대에 들어서는 수술용 로봇을 이 용한 복강경 수술로 발전해나가고 있다 [3]. 원격 진료가 가 능해짐에 따라 한 병원에서 시행하는 로봇 수술을 네트워크를
초고속 선도망을 활용한 한국과 이탈리아 간 원격 진료 시스템 구축
임동규1,4,5・형우진2・유선국3,4,6
1연세대학교 생체공학 협동과정, 2연세대학교 의과대학 외과학교실,
3연세대학교 의과대학 의학공학교실, 4이동형 응급의료 정보 시스템 개발 센터,
5개인식별연구소, 6Brain Korea 21 Project for Medical Science
Telemedicine System over Advanced Network between Korea and Italy
Dong K Lim1,4,5, Woo J Hyung2, Sun K Yoo3,4,61Graduate School of Biomedical Engineering, Yonsei University
2Department of Surgery, Yonsei University College of Medicine
3Department of Medical Engineering, Yonsei University College of Medicine
4Center for Emergency Medical Informatics
5Human Identification Research Center
6Brain Korea 21 Project for Medical Science
= Abstract =
The purpose of this study is to develop telemedicine system by establishing advanced network be- tween hospitals in Korea and Italy. Using telemedicine system, we were able to send surgical images and voice not only domestic area but also to international area. Moreover, we could discuss the condi- tion of surgical procedures in operating room and conference room. Especially the TEIN(Trans- Eurasia Information Network) was structured between Asia and Europe. To link the surgical image be- tween the Yonsei University Hospital is Seoul and Center of Laparoscopy in Rome, we started telemedicine system on the circumstance with IPv4 network. The teleconference session and live surgery transmission on internet protocol using advanced network were performed successfully. We have established an international network with high-quality video and voice transmission over internet protocol. Thus, it will be a promising tool in remote medicine for international telemedicine system in the future.
Key words: Telemedicine, Advanced network
통신저자: 유선국, (120-752) 서울시 서대문구 신촌동 134 연세대학교 의과대학 의학공학교실
Tel: 02-2228-1919, Fax: 02-363-9923 E-mail: [email protected]
통하여 공유할 수 있을 뿐만 아니라 세계 각 국의 전문 의료 진간의 원활한 의료회의를 통하여 최상의 의료서비스를 제공 받을 수 있게 된다.
이러한 원격진료 서비스를 시행하기 위해서는 미세한 해부 학적 구조를 정확히 분간할 수 있을 정도의 고화질 영상을 전 송할 수 있는 광대역 네트워크가 필요하다. 아울러 의료진간 의 원활한 협진 서비스를 보장하기 위해서는 전송 지연 시간 이 최소화되어야 하며 다양한 컨텐츠를 수용하기 위한 다채널 서비스가 필요하다.
이렇게 상용네트워크에서는 원활히 시험할 수 없는 차세대 네트워크 기술 및 응용에 대한 연구를 지원하기 위해 초고속 선도망이 여러 국가에 구축되어 있으며 국내에는 광대역통합 연구개발망(KOREN)과 국가과학기술망(KREONET)이 구축 되어 있다 [4, 5]. 또한 국제간에 광대역의 데이터 전송을 가
능케 하기위해 APII(Asia Pacific Information Infrastructure) 망과 TEIN(Trans-Eurasia Information Network)망등이 운 용되고 있다 [6, 7] (Fig. 1).
이번 연구는 초고속 선도망 환경 하 한국과 이탈리아의 원 격 진료 시스템 성능을 평가함으로서 원격 진료 시스템의 가 능성을 제시하고 향후 원격 진료 시스템의 개선 및 발전사항 을 알아보고자 하였다.
2. 대상 및 방법
2.1 한국 - 이탈리아 간 네트워크 구성
연세의료원은 2007년 5월에 구축된 1 Gbps급의 KOREN(Korea advanced Research Network)을 이용하였으 며 이탈리아의 Center of Laparoscopy 측은 155Mbps급의
Fig. 2. Network between Yonsei University Hospital in Seoul and Center of Laparoscopy in Rome
Fig. 1. APII / TEIN Network
GARR(Gruppo Armonizzaione Reti Ricerca)을 이용하였다 [8]. 한국과 이탈리아간의 TEIN(Trans Eurasia Information Network)로 구성되어있다 (Fig. 2).
2.2 연세의료원과 Center of Laparoscopy 간 원격 의료 성 능 평가
한국과 이탈리아 간 원격 진료 시스템을 구축하기 위하여 IP 화상회의 표준 프로토콜인 H.323을 지원하는 TANDBERG Profile 6000 MXP 장비를 이용하였다 (Fig. 3). 영상과 음성 은 각각 704 kbps H.264 CIF , 64 kbps AAC-LD 방식을 채택하여 최대 대역폭은 768 kbps로 설정하였다. 본 장비를 이용하여 한국과 이탈리아 간 원격 진료가 진행되는 동안 실 시간으로 영상 및 음성 전송 속도 및 패킷손실률(Packet Loss Rate)과 지터(Jitter)를 측정하였다. 한국과 이탈리아 간 네트 워크 라우팅 경로를 알아보기 위해 VisualRoute ver.11 프로 그램을 이용하였다.
2.3 연세의료원과 Center of Laparoscopy간 원격 의료 시 스템 구축
연세의료원에서 시행하는 수술 영상을 Center of Laparoscopy에 전송하기 위해 다음과 같은 시스템을 구축하 였다 (Fig. 4). 이탈리아의 Center of Laparoscopy에 전송된 영상은 33세 여성의 위암수술이었으며 복강경을 이용하여 수 술이 진행되었다. 내시경 카메라 및 디지털 캠코더를 통해 얻 은 수술 영상은 비디오 믹서를 통해 영상증폭 및 분할이 이루 어진 후 TANDBERG Profile 6000 MXP에서 영상압축과정을 거쳐 이탈리아의 Center of Laparoscopy에 전송된다. 수술 집 도의는 유선 핀 마이크를 착용하여 주변에서 오는 잡음이나 음성지연을 최소화 하였으며 오디오 믹서에서 에코를 충분히 줄여 연세의료원과 Center of Laparoscopy간 원활한 의견교 환을 하도록 진행하였다.
3. 결 과
연세의료원 수술실에서 복강경을 이용한 위암수술을 진행하 였으며 이탈리아의 Center of Laparoscopy에서는 50명의 의 료진들이 위암 수술을 참관하며 수술도중 집도의와 의견교환 을 하였다 (Fig. 5).
전체 네트워크는 한국 측의 1 Gbps급의 KOREN(Korea advanced Research Network)과 이탈리아 측의 155 Mbps급 의 GARR(Gruppo Armonizzaione Reti Ricerca), 그리고 이 네트워크를 연결하는 TEIN(Trans Eurasia Information Network)으로 구성되어 있다. 연세의료원에서 전송된 데이터 는 서울의 한국정보사회진흥원까지 3개의 라우터를 거쳤으며 KOREN(Korea advanced Research Network)과 TEIN(Trans Eurasia Information Network)과의 연동과정에서 5개의 라우 터를 거치게 된다. GARR(Gruppo Armonizzaione Reti Ricerca)의 경우 TEIN(Trans Eurasia Information Network) 에서 로마의 Center of Laparoscopy까지 6개의 라우터를 거
Fig. 3. TANDBERG Profile 6000 MXP Interface
Fig. 4. System organization between Yonsei University Hospital and Center of Laparoscopy
쳐 총 14개의 라우터를 거치게 되었다 (Fig. 6).
Figure 6에서 보는바와 같이 KOREN(Korea advanced Research Network)망과 GARR(Gruppo Armonizzaione Reti Ricerca)망을 연결해주는 TEIN(Trans Eurasia Information Network)망까지는 데이터 전송시간이 149ms 측정되었으나 GARR(Gruppo Armonizzaione Reti Ricerca)망에서 많은 라 우터를 거쳤기 때문에 결과적으로 이탈리아의 Center of Laparoscopy까지는 337ms가 소요되었다.
연세의료원 측은 수술 집도 영상과 복강경 영상 각각 2개의 채널을 비디오 믹서를 통해 화면 분할하여 1개의 채널을 송신 하였으며 필요에 따라 수술 집도 영상과 복강경 영상의 크기
를 변환하며 수술을 진행하였다. TANDBERG Profile 6000 MXP 장비를 통하여 측정한 영상 및 음성 전송 속도 및 패킷 손실률(Packet Loss Rate)과 지터(Jitter)는 다음과 같다. (Fig.
7)
수술영상은 H.264 코덱으로 압축된 CIF(Central Information file)포맷을 이용하므로 288×360 픽셀의 해상도를 지원한다.
따라서 수술 동작의 일련의 과정들은 판독 가능하였으나 본 화면을 통해 모세혈관 및 세부 장기들을 관찰하는데 무리가 있다. 한편 음성신호는 약간의 지터를 인식할 수 있었으나 잡 음 없이 진행되어 의료진간의 원활한 협진이 이루어질 수 있 었다.
Fig. 6. Router between Yonsei University Hospital and Center of Laparoscopy
Hop IP Address Location ms Network
0 116.89.178.141
1 116.89.178.129 0
2 116.89.191.142 0
3 204.255.249.237 Seoul.KR 0 KT Advanced Technology Lab
4 232.30.94.65 Seoul.KR 1 NIA
5 203.234.255.165 1
6 211.216.216.72 1
7 59.18.43.10 1
8 211.48.63.206 149
9 198.32.176.70 Palermo. Italy 149 Exchange Point Blocks NET-EP-1
10 195.22.206.245 Palo Alto. CA 214 TI Sparkle Seabone Ashbum/Palo Alto POPs
11 195.22.205.98 Milan. Italy 327 TI Sparkle Seabone Internal Network
12 151.99.29.239 Rome. IT 329 InterBusiness Backbone
13 151.99.99.174 Cagliari. IT 329 InterBusiness Backbone
14 80.21.6.88 Rome. IT 329 Telecom Italia SPA
15 88.58.86.163 337
Fig. 5. Telemedicine between Yonsei University Hospital and Center of Laparoscopy
4. 고 찰
현재 온라인 의학 교육은 시간과 공간을 초월하여 다양한 형태의 교육 자료를 공유하고 최신 의학 지식을 접하며 전문 가와의 의견교환을 통한 상호 작용을 하고 있다. 하지만 현재 웹기반의 온라인 의학교육은 미리 제작한 동영상 컨텐츠를 서 버를 통하여 원하는 사용자에게 제공하는 수준이며 상호작용 역시 전자우편을 통한 의견 교환 정도이다 [9]. 이러한 한계 를 극복하기 위해 눈으로 직접 보는 듯한 고화질 영상의 실시 간 전송 및 음성의 동기화가 선행되어야 한다. 이를 충족시키 기 위해 세계 각국에서는 광대역 통합망을 이용한 원격진료 시스템 구축 연구가 진행되고 있다.
특히 외과영역에서 로봇을 이용한 복강경 수술이 점차 증가 하고 있으며 이에 대한 원격 진료 연구가 계속 진행되고 있다.
하지만 지금까지 연구는 KJCN(Korea Japan Cable Network) 망을 통해 일본과 원격진료 시스템 구축이 주를 이루고 있으 며 TEIN(Trans Eurasia Information Network)망을 통한 원 격 진료는 제대로 이루어진바 없다.
본 연구에서는 TEIN망을 통한 한국과 이탈리아 간 원격 진 료 시스템을 구축함으로서 아시아와 유럽사이의 실시간 원격 진료 서비스의 가능성을 확인하였다. 한국의 KOREN(Korea advanced Research Network))망이 1Gpbs를 지원하는 반면 이탈리아의 GSRR(Gruppo Armonizzaione Reti Ricerca)망은 155Mbps를 지원하기 때문에 영상압축을 거쳐 송수신하는 시 스템이 불가피하다. 본 시스템에서는 H.264 알고리즘을 사용 하여 한정된 대역폭 내에서 고화질의 영상을 전송할 수 있도 록 하였다 [10]. 특히 H.264는 동일 조건에서 H.263과 MPEG4보다 대부분의 비트 레이트(Bit-Rates)에서 50% 가 량 향상된 비디오 압축률을 보이고 있으며, 이는 전송효율이 그만큼 좋아진다는 것을 의미한다. 또 디블록킹 필터 (Deblocking Filter)와 [11] 1/4 픽셀 모션 벡터(1/4 Pixel Motion Vector) 기술로 [12] 고품질의 영상을 구현할 수 있
으며, 에러복원 기능과 네트워크 이식성도 높다.
한국과 이탈리아 간 원격 진료 시스템 연구를 통하여 얻는 시스템 튜닝기법은 다음과 같이 요약할 수 있다. 첫째 네트워 크의 적절한 대역폭을 예상하여 그에 맞는 트래픽을 흘려주어 야한다. 이번 시연의 경우 TEIN망의 특성을 고려하여 최대 대 역폭을 768kbps로 조정하였다. 적절한 대역폭의 예측은 암호 화 게이트웨이 밑단에서의 네트워크 모니터링을 통하여 해결 할 수 있다. 둘째 다자간 원격 진료를 수행하기 위해서는 음 성 관리 시스템을 구축할 필요가 있다. 원만한 회의를 진행하 기 위해서 음원의 하울링이나 에코를 줄이는 방법으로 지향성 마이크를 사용했으며 왜곡이 없는 음성을 전달할 수 있었다.
네트워크 측면에서는 종단 간 전송지연이 최대 0.012초 발 생한 것을 확인할 수 있었으나 실제 음성과 영상 지연이 0.3 초 정도 발생하였다. 이는 양단의 시스템에의 처리 지연으로 발생한 것으로 볼 수 있으며 허용범위가 0.3초 이내인 원격 수술을 시행하는데 전혀 문제가 없을 것으로 보인다.
본 연구를 성공적으로 마침으로써 유럽과 아시아 간 TEIN 망을 통한 원격의료서비스를 원활히 제공할 수 있는 기반을 마련하였고 의료진들간에 원활한 원격 의료 회의를 완벽히 진 행할 수 있었다. 하지만 연구가 진행되는 동안 여전히 환자의 개인정보 보안문제와 고화질 의료영상 전송문제는 더 많은 연 구가 필요한 것으로 판단되었다. 한편 현재의 인터넷 프로토 콜인 IPv4는 32비트 주소 공간 할당 체제를 가지고 있으나 매 년 인터넷 접속 호스트수가 증가함에 따라 Ipv6를 이용한 시 스템 구축이 필요하다. 따라서 향후 연구에서는 환자의 개인 정보를 보호하기 위한 암호 알고리즘과 고화질 영상을 전송하 기 위한 영상압축 알고리즘 연구, 그리고 차세대 인터넷 프로 토콜인 Ipv6를 이용한 시스템 구축에 관한 연구가 진행되어야 할 것이다.
Acknowledgment
본 연구는 보건복지부지정 특정센터연구지원 연구개발 사업 지원과제‘이동형 응급의료 정보시스템 개발센터’의 지원에 의 해 수행한 내용의 일부입니다. (과제 번호 : A020608)
참 고 문 헌
1. Telemedicine : fad or future Lancet 1995;345:73-74
2. Joon S Hahm, Shuji Shimizu, Naoki Nakashima, Telemedicine with Digital Video Transport System, The Korean Society of Gastroenterology, 2004;43:370-375
3. Woo J Hyung, Robotic Surgery in Gastrointestinal Surgery, The Korean Society of Gastroenterology, 2007;50:256-259 4. Available at : http://www.koren21.net/
Fig. 7. Traffic value of KOREN from Yonsei University Hospital
Media Info IN OUT
Audio 64.0kbps AAC-LD 64.0kbps AAC-LD
Dynamic Rate 64 kbps 63 kbps
Packet Loss 25 of 225297 11 of 168994
Jitter 7 ms 12 ms
Video 704.0 kbps H264 704.0kbps H264
Dynamic Rate 515 kbps 680 kbps
Packet Loss 27 of 284339 37 of 432904
Jitter 0 ms 3 ms
5. Available at: http://www.kreonet.re.kr/
6. Available at: http://www.tc.apii.net/
7. Available at: http://www.tein2.net/
8. Available at: http://www.garr.it/garr-b-home-engl.shtml 9. Choi SE. Development of cyber medical training system by us-
ing internet MPEG technology. J Kor Soc Med Informatics 2004;10:167-174
10. ThomasWiegand, Gary J. Sullivan, Overview of the H.264/AVC Video Coding Standard, IEEE Transactions on Circuits and Systems for Video Technology, VOL. 13, NO. 7,
JULY 2003
11. Peter List, Anthony Joch, Jani Lainema, Gisle Bjøntegaard, and Marta Karczewicz, Adaptive Deblocking Filter, IEEE Transactions on Circuits and Systems for Video Technology, Vol. 13, 2003, 614-619
12. C. A. Rahman and W. Badawy, “A Quarter Pel Full Search Block Motion Estimation Architecture for H.264/AVC”, Accepted for publication in the proceedings of the IEEE International Conference on Multimedia & Expo (ICME 2005), Amsterdam, The Netherlands, July 6-8, 2005
대한의학영상정보학회지 2007;13:6-11
=초 록=
이 연구의 목적은 한국과 이탈리아간 구축된 초고속 선도망을 이용한 원격 진료 시스템을 발전시키는데 있 다. 원격 진료 시스템을 이용하면 수술 영상 및 음성을 국내 뿐만 아니라 국외에 전송할 수 있다. 그리고 수 술실과 회의실 간에 협진을 통해 수술 진행사항을 조율할 수 있다. 특히 TEIN망은 아시아와 유럽 간의 연결 망이다. 이번 연구에서 IP4 기반의 원격 진료 시스템을 구축함으로서 서울에 있는 연세의료원과 로마에 있는 Center of Laparoscopy간 고화질 수술 영상 및 음성을 성공적으로 전송할 수 있었다. 이와 같이 앞으로는 국내외간 원격 진료 시스템을 이용한 진료가 중요한 도구로 자리매김할 것이다.
