모바일 컴퓨팅 환경을 위한 응급의료 영상정보 시스템 설계
양건호1,3・장봉문1,3・한동훈1,3・정해조3・김희중2,3
1연세대학교 의과대학 BK-21 의과학사업단, 2연세대학교 보건과학대학 방사선학과,
3연세대학교 방사선의과학연구소
Design of Emergency Medical Imaging and Informatics System for Mobile Computing Environment
Keon Ho Yang1,3, Bong-Mun Jang1,3, Dong Hoon Han1,3, Hai-Jo Jung3, Hee-Joung Kim2,3
1Brain Korea 21 Project for Medical Science, Yonsei University College of Medicine
2Department of Radiological Science/Radiology Yonsei University College of Health Science/Medicine
3Research Institute of Radiological Science, Yonsei University, Seoul 120-752, Korea
= Abstract =
The wireless mobile service with a high bit rate using CDMA-1X EVDO is now widely used in Korea.
Mobile devices are also increasingly being used as the conventional communication mechanism. In this study, we have developed an emergency worklist system, JPEG 2000 compression module, inte- grated viewer for emergency medical information, and mobile web PACS. We have also developed a web based mobile system that communicates between patient information and images, using CDMA- 1X EVDO for emergency diagnosis. It is composed of a mobile web application system using the Microsoft Windows 2003 server and an internet information service. A mobile web PACS used for a database managing patient information and images was developed by using Microsoft access 2003.
A wireless mobile emergency patient information and imaging communication system is developed by using Microsoft Visual Studio.NET, and JPEG 2000 ActiveX control for PDA phone was developed by using the Microsoft Embedded Visual C++. Also, the CDMA-1X EVDO is used for connections be- tween mobile web server and the PDA phone, and between ambulance car and hospital. This system allows fast access to the patient information database, storing both medical images and patient infor- mation anytime and anywhere. In particular, images were compressed into a JPEG2000 format and transmitted from a mobile web PACS within the hospital to the radiologist using a PDA phone located outside of the hospital. This system also shows radiological images as well as physiological signal da- ta, including blood pressure, vital signs, and etc, in the web browser of the PDA phone so that radiolo- gists can diagnose more effectively. We successfully demonstrated this system using an RW-6100 PDA phone used in the Yonsei university medical center in Korea.
Key words: PDA phone, wireless Internet, CDMA-1X EVDO, JPEG 2000, mobile web PACS
통신저자: 김희중, (220-710) 강원도 원주시 흥업면 매지리 234 연세대학교 보건과학대학 방사선학과
Tel: 033-760-2475, Fax: 033-760-2815, E-mail: hjk1@yonsei.ac.kr 본 연구는“보건복지부 의료공학융합기술개발사업”에 의하여 연구되었음.
1. 서 론
핸드폰과 휴대용 임베디드 시스템 등의 보급이 보편화 되면 서 사용자가 무선 단말기를 이용하여 이동 중 무선망을 통하 여 인터넷 서비스에 엑세스하고 정보를 제공 받을 수 있도록 하는 무선 인터넷 기술과 모바일 이동 통신 기술이 빠르게 보 급되고, 발전을 거듭해 가고 있다 [1, 2].
현재 국내에서는 최적화된 모바일 이동 통신 환경에 맞추어 수준 높은 원격의료서비스를 제공하기 위한 이동형 응급 의료 시스템에 대한 연구가 활발히 진행되고 있다. 원거리에 있는 응급환자에 대한 효과적인 진료를 위해서는 병원 내 응급실의 응급의사가 미리 응급환자의 ECG, 혈압, 등의 생체 신호와 환 자의 현재 상태를 파악할 수 있는 환자 동영상, 환자의 의무기 록 등의 정보를 전송받아 신속하게 의료진단이 이루어지도록 해야 한다. 또한, 국내에서 응급차 내에 휴대용 의료영상장비 를 갖추는 것에 대한 연구와 실험이 진행되고 있어 앞으로 환 자의 방사선 영상이 응급환자의 진료에 활발하게 이용될 것으 로 기대된다 [3, 4].
하지만 방사선 영상의 경우 보다 정확한 진단을 위해, 방사 선 영상 전문의를 통하여 판독이 이루어지도록 해야 한다. 또 한, 판독 결과를 응급의사로 하여금 숙지할 수 있도록 응급의 사와 방사선 영상 전문의와의 신속한 커뮤니케이션이 이루어 져야 한다 [5]. 그러나 만약 방사선 영상 전문의가 병원외부에 있거나 담당의사의 방사선 영상 판독이 불가능하여 영상 판독 이지연되어 환자에 대한 대처가 늦어져 환자의 생명에 치명적 인 결과를 초래할 수 있다 [6, 7].
본 논문에서는 방사선 영상 전문의와 응급의사가 응급환자 의 정보와 영상을 병원에서 빠르게 엑세스하여 판독할 수 있 도록 하고, 또한, PDA Phone을 사용하여 언제, 어디서든지 응 급환자의 영상과 정보를 조회 하여 판독한 뒤, 구조차 내에 있 는 응급 구조사와 빠르고 신속하게 커뮤니케이션을 취할 수 있 도록 모바일 컴퓨팅에 최적화된 응급 의료영상정보 시스템을 설계 및 개발 하였다.
2. 본 론 2.1 개발 환경
응급의료 진단을 위한 무선 모바일 응급 환자 정보 및 영상 조회 시스템 개발 환경은 다음과 같다.
(1) H/W (하드웨어)
●Server: MS Window 2003 Server / MS Internet Information Server 6.0
●Client: RW 6100 (Intel Bulverde PXA 270 520 MHz Processor, 128M Intel State Flash ROM, 240 * 320 Pixels, WLAN, CDMA 2000-1X EVDO) 운영체제 Pocket PC 2003, LG Electronics, Korea
(2) DB (데이터베이스)
●Microsoft Access 2003, Microsoft, USA
(3) S/W Development Tool (소프트웨어 개 발툴)
●Microsoft Visual Studio .NET 2003, Microsoft, USA
●Microsoft Visual C++ 6.0, Microsoft, USA
●Microsoft Active Sync, Microsoft, USA
●Microsoft Embedded Visual C++ 4.0, Microsoft, USA
●Mobile Internet Toolkit, Microsoft, USA
●ASP.NET 1.0, Microsoft, USA
●Aware JPEG 2000: 영상 라이브러리
(4) Network (네트워크)
●CDMA 2000-1X EVDO (Maximum Forward Bandwidth
= 2.46 Mbps, Maximum Backward Bandwidth = 154 Kbps )
2.2 시스템 구성 및 설계
응급 구조차, 응급환자가 후송될 병원 그리고 외부의 3가지 공간을 고려하여 전체 시스템을 구성하게 되었다.
휴대용 영상촬영 장치로부터 획득한 영상은 응급 환자가 해 당 병원에 도착하기 전에 미리 모바일 네트워크를 이용하여 전
그림 1. 효과적인 응급 의료영상 판독을 위한 전체 시스템
송되어진다. 그래서 병원 응급실에 있는 응급 의사가 전송된 영상을 빠르게 받아서 확인 및 판독을 하게 된다. 뿐만 아니라, 효과적인 영상 관리를 위해 데이터베이스에 저장되게 된다. 그 래서 mobile web PACS 시스템은 응급환자로부터 획득한 JPEG2000영상과 응급환자정보로 구성된다. 모바일 웹 서비스 는 Internet Information Server와 mobile web PACS가 연동 하여 제공되며, 전송 프로토콜로 CDMA 1X-EVDO를 이용하 였다. 또한 모바일 웹서비스가 시간과 장소에 구애받지 않고 PDA Phone을 통해 제공되도록 하였으며, 로그인 서비스를 추 가하여 보완기능을 강화토록 하였다 (그림 1).
응급 워크리스트 시스템은 응급환자의 다양한 개인 정보와 의료관련정보를 입력받도록 한 다음, 환자가 후송될 병원에 전 송될 수 있도록 하였다. DICOM viewer는 휴대용 영상촬영 장 치로부터 획득한 영상을 응급 구조사가 확인할 수 있도록 하 였다. JPEG2000 compression module은 DICOM영상을 JPEG2000의 고효율 압축 방식을 이용하여 압축하여 병원에 빠르게 전송될 수 있도록 구성하였다 (그림 2).
응급의료정보 통합 뷰어는 CDMA 1X-EVDO 모바일 네트 워크상에서 응급 구조차로부터 전송 받은 영상과 정보를 확인 할 수 있다. 또한, 전송받은 각종 환자 영상과 정보들을 효과
적으로 관리할 수 있도록 mobile web PACS를 구성하였다 (그 림 3).
시스템 구성에서 응급 환자를 후송하게 될 병원에는 응급 환 자 정보를 관리하는 데이터베이스와 웹 애플리케이션 서버를 갖게 되며, 응급 환자 정보 데이터베이스에서는 응급차 내에서 무선망을 통해 보내온 응급 환자와 관련된 의무기록, 그리고 생체 데이터 및 방사선 영상을 관리하게 된다. 그리고 방사선 영상 전문의나 응급 환자 정보를 볼 수 있도록 허용된 의사들 은 인증 과정을 거쳐 언제, 어디서나 휴대용 모바일 디바이스 를 통하여 응급 환자의 의료정보를 조회할 수 있도록 시스템 을 구성하였다.
효과적인 웹 서비스를 제공하고자 차세대 인터넷 OS로 주목 받고 있는 .NET과 차세대 인터넷 언어로 각광 받고 있는 XML 을 기반으로 하여 웹 애플리케이션 서버 시스템을 구성하게 되 었다. 또한 웹 애플리케이션 서버와 응급 환자 정보 데이터베 이스는 데이터베이스 커넥션 인터페이스인 OLE DB로 연결하 여 구성 하였다. 그리고 휴대용 임베디드 시스템이나 모바일 폰 등의 기기의 종류에 상관없이 어떠한 웹 브라우저라도 서 비스를 지원받을 수 있도록 .NET 기반의 Mobile Internet Toolkit을 사용하여 웹 서비스를 구성하였다 (그림 4).
3. 결 과 3.1 mobile web PACS의 구성
응급 환자 구조 서식 중에 꼭 필요한 항목(이름, 주민등록번 호, 주소, 사고 시간, 사고 장소, 혈압 등)과 영상을 효과적으로 관리할 수 있도록 Microsoft Access 2003을 사용하여 응급 의 료에 최적화된 mobile web PACS를 설계하였다. 응급 환자에
그림 3. 응급의료 판독을 위한 시스템 구성
그림 4. 모바일 웹 서비스를 위한 시스템 구성 그림 2. 모바일 네트워크의 대역폭을 고려한 영상전송
대한 의무기록은 Visual C++ 6.0으로 제작한 응급의무기록 관 리 시스템을 사용하여 응급 구조사가 응급차 내에 있는 워크 스테이션을 통하여 입력하게 된다. 이 때, 입력된 정보는 무선 망을 통하여 환자가 후송될 병원의 웹 애플리케이션 서버와 연 결 되어있는 mobile web PACS에 저장 되게 된다.
3.2 JPEG 2000 이미지의 변환
응급 상황 시, 휴대용 의료영상장비를 통하여 응급환자의 부 상 부위를 촬영한 뒤, 빠른 시간 내에 영상을 무선망을 통하여 후송할 병원에 미리 전송하는 것은 매우 중요하다.
하지만 CR에서 발생한 Chest영상은 하나의 영상 크기가 7MB에 달하며, 이처럼 용량이 큰 의료영상은 전송 시간의 효 율성을 저하 시키게 된다 [8].
따라서 응급환자의 영상에 대하여 무선망을 통하여 전송 시, 방사선 영상 전문의에 의해 판독 되어질 영상의 질을 떨어뜨 리지 않고, 판독에 영향을 주지 않는 범위 내에서 정지영상에 대한 국제 표준안인 JPEG 2000 압축방식을 적용하였다. Visual C++ 6.0과 Aware JPEG 2000 SDK를 이용하여 제작한 JPEG 2000 Image Converter 프로그램을 사용하였다 (그림 6). 그
리고 영상을 임상적 진단에 비교적 적합한 압축률인 15:1로 변 환하여 무선망을 통하여 전송하였다 (그림 7).
3.3 무선 모바일 사용자 인터페이스 설계
사용자 인터페이스는 임상의들의 사용을 고려하여 PDA Phone 웹 브라우저 상에서 프로그램 동작을 쉽게 할 수 있도 록 설계하였다. 또한, 보편화되어 사용되고 있는 무선 인터넷 기술을 적용하였다.
해당 병원의 웹 애플리케이션 서버에 PDA Phone의 웹 브 라우저를 통하여 해당 URL로 접속을 하면 응급환자의 정보와 영상을 조회하게 된다 (그림 8).
첫째, 반드시 사용자 인증과정을 거치도록 하여 응급 환자에 대한 정보에 대해 볼 수 있는 권한을 가진 의료진들만 환자정
그림 5. mobile web PACS 설계
그림 6. JPEG2000 Image Converter
그림 7. JPEG2000 이미지 변환
그림 8. 무선 모바일 응급환자 정보 및 영상 조회 시스템
보와 영상을 조회할 수 있도록 하였다. 또한 아이디나 비밀번 호를 잘못 입력하였을 경우, 잘못된 입력 사항에 대해 PDA Phone의 웹 브라우저 상에 표시되도록 하였다.
둘째, 사용자 인증 뒤에는, 병원 내에 있는 응급 환자 정보 데이터베이스 내의 환자 이름에 해당하는 필드 부분만을 쿼리 하여 PDA Phone의 웹 브라우저 상에 보여주도록 하였고, 사 용자로 하여금 검색하고자 하는 환자를 선택할 수 있도록 하 였다. 또한, 사용자의 로그인 상태도 사용자 화면에 표시 되도 록 하였고, 로그아웃을 하지 않는 한 웹 브라우저를 종료하고 다시 열었을 때, 다시 재로그인 없이 계속해서 응급 환자에 대 한 정보를 조회 할 수 있도록 구성하였다.
셋째, 사용자가 조회하고자 하는 환자 이름을 선택 후, 병원 내에 있는 응급 환자 정보 데이터베이스에서 선택한 환자이름 에 대한 모든 정보를 쿼리하여 PDA Phone의 웹 브라우저 상 에 항목 별로 표현 되도록 하였다. 또한, 특정 환자 정보를 조 회한 후, 다른 환자의 정보 조회 시, “뒤로”버튼을 클릭 하여 다른 환자의 정보 역시 볼 수 있도록 구성하였다.
마지막으로, “환자영상조회”버튼 클릭 후, 해당 환자의 JPEG 2000영상을 병원 내에 있는 응급 환자 정보 데이터베이스에 서 쿼리하여 PDA Phone의 웹 브라우저 상에서 볼 수 있도록 하였다. 하지만, 기본적으로 웹 브라우저에서는 영상과 관련하 여 BMP, TIFF, JPEG 등의 파일만을 지원한다. 그래서 JPEG 2000 영상을 조회하기 위해서 Aware JPEG 2000 SDK를 사 용하여 Pocket PC 2003에 맞게 Microsoft Embedded Visual C++ 4.0 개발 툴을 이용하여 JPEG 2000 ActiveX 컨트롤을 제작하였다. 그리고 ActiveX Control을 PDA Phone 내에 DLL 파일로 삽입하기 위해 Cab 파일로 구성하여 Microsoft Active Sync를 이용하여 PC에서 제작한 ActiveX 컨트롤을 PDA Phone내에 설치하였다.
4. 결 론
본 논문에서 응급 상황 시, 모바일 컴퓨팅 기술을 활용하여 보다 빠르고 진보된 환경 속에서 응급 환자에 대한 보다 나은 진료가 이루어지도록 하기위해 CDMA 2000-1X EVDO 무선 네트워크 기반의 의료영상정보 시스템을 설계 및 제작하였다.
이 시스템에서는 방사선 영상뿐만 아니라 혈압과 같은 생체 데 이터를 환자 정보 상에 보여줌으로써 보다 더 정확한 의료진 단이 이루어지도록 하였다. 그리고 병원 밖에서 이동 중 테스 트 결과, 영상의 종류마다 다소 차이가 있지만, 대략 1초 이내 에 영상이 빠르게 PDA Phone 웹 브라우저 상에 나타남을 확 인 할 수 있었다. 또한, 본 연구에서는 향후 신촌 세브란스 병 원 u-Hospital 시스템에서 사용하기로 결정된 RW-6100 PDA Phone으로 테스트하여 좋은 결과를 얻을 수 있었다.
시스템의 설계는 확장성을 고려하여 모듈별로 프로그래밍 하 였고, XML 웹서비스를 컴포넌트로 삼아 분산 컴퓨팅 환경이 이루어지도록 하였다.
본 시스템은 유비쿼터스 컴퓨팅 시대에 맞춰 이동형 응급 의 료 시스템과 유기적인 인터페이스 역할을 할 것으로 기대한다.
Acknowledgement
본 연구는 보건복지부 보건의료기술진흥사업의 지원에 의하 여 이루어진 것임(02-PJ3-PG6-EV08-0001).
참 고 문 헌
1. 정석명, 유선국, 김병수, 윤하영, 김성림: CDMA 1X-EVDO 망 에서의 이동형 응급진료 시스템 설계. 대한의료정보학회지 9(4):401-406 (2003)
2. 김새롬, 김희중, 정해조, 강원석, 이재훈, 이상호, 신성범, 유선 국: 이동형 의료영상 장치를 위한 JPEG2000 영상 뷰어 개발. 의 학물리학회지 14(2):124-129 (2003)
3. Chan KK, Ricky KT: System integration for PACS. Comp Med Imaging Graph 15: 177-181,1991
4. Choi BY, Lee HJ, Yoo DJ, Huh W: A study on implementation of telemedicine system. Proc KOMBE 14: 105-108,1992 5. David DS, John VC: Remote diagnosis raises efficiency of radi-
ology. Diagnostic Imaging 91: 91-179,1993
6. Fuhrman CR, Slasky BS, Gur D, Lattner S, Herron JM, Dlunkett MB, Towers JD: Intrahospital teleradiology from emergency room. Proc SPIE 1899: 395-399,1993
7. Gerneth M, Bartsch SR: Tools for cost-effectiveness analysis in teleradiology. Proc SPIE 1899: 400-407,1993
8. 성민모, 김희중, 김은경, 곽진영, 유재경, 유형식: JPEG 2000을 이용한 Digital mammography 영상의 압축 비율별 임상적 평 가. 대한PACS학회지 7:13-19 (2001)
대한PACS학회지 2006;12:8-13
=초 록=
CDMA-1X EVDO 무선망을 사용하여 제공되는 높은 대역폭의 무선 모바일 서비스는 현재 국내에서 광범위 하게 사용되어지고 있다. 모바일 기기들 또한 점진적으로 편리한 통신 메카니즘으로 자리잡아가고 있다. 본 연구 에서 응급 워크리스트 시스템, JPEG2000 압축 모듈, 그리고 응급 의료정보 통합 뷰어, 모바일 웹 PACS를 개발 하였다. 또한, 응급 의료진단을 위해 CDMA-1X EVDO 무선망을 사용하는 웹 기반의 모바일 환자 정보 및 영상 조회 시스템을 개발하였다. 그 시스템은 인터넷 정보 서비스와 Microsoft Windows 2003 Server를 사용하여 모 바일 웹 애플리케이션 서버를 구성하였다. 응급 환자의 정보와 영상을 관리하기 위해 사용되어지는 모바일 웹 PACS 시스템은 Microsoft access 2003을 사용하여 개발하였다. 무선 모바일 응급 환자 정보 및 영상 조회 시스 템은 Microsoft Visual Studio .NET을 사용하여 개발되어졌고, PDA phone을 위한 ActiveX control은 Microsoft Embedded Visual C++ 환경에서 개발되어졌다. 또한, CDMA-1X EVDO 무선망은 응급 구조차와 응급환자가 후송될 병원 그리고 외부에서 병원 내의 모바일 웹 서버 사이에서 통신 프로토콜로 사용하였다. 무선 모바일 응급 환자 정보 및 영상 조회 시스템은 장소와 시간에 구애받지 않고 의료영상과 정보를 저장하고 관리하 는 모바일 웹 PACS에 빠르게 접근할 수 있다. 특히, 의료영상은 대역폭을 고려하여 JPEG2000압축 알고리즘을 이용하여 압축하였고, 언제 어디서나 JPEG2000 의료영상과 정보를 관리하는 모바일 웹 PACS에 PDA phone 을 사용하여 조회할 수 있다. 또한, 이 시스템은 PDA phone 웹 브라우저를 통하여 환자의 혈압, 맥박 등의 정보 를 포함하는 생체정보와 방사선 영상을 확인 할 수 있어 방사선 전문의나 응급 의사에게 보다 효과적인 진료가 이루어질 수 있도록 하였다. 국내의 연세 의료원에서 사용되어지는 RW-6100을 사용하여 성공적으로 데모를 할 수 있었다.
