嵌入式軟件技術(shù)在醫(yī)療設備開發(fā)中的應用

馮嘯天

摘 要：嵌入式技術(shù)具有專用性強、可靠性高、所占資源少、功耗低、集成度高等特點，可以很好地解決傳統(tǒng)醫(yī)療設備檢測精度差、體積大、不易攜帶、檢測與治療結(jié)果不易保存等缺點，通過對嵌入式技術(shù)的討論，以及嵌入式技術(shù)在醫(yī)療設備中的具體應用，闡述了在醫(yī)療設備中應用嵌入式系統(tǒng)的有效性。在醫(yī)療設備中充分利用嵌入式技術(shù)具有非常明顯的優(yōu)勢，有效的提高設備便攜性、先進性、數(shù)字化能力。

關鍵詞：嵌入式技術(shù)；醫(yī)療設備；監(jiān)護系統(tǒng)；數(shù)據(jù)采集

1 嵌入式軟件的概念及特點

嵌入式軟件是相對于嵌入式系統(tǒng)而言的，嵌入式系統(tǒng)指的是能夠獨立運行的計算機系統(tǒng)，通常被描述為“以應用為中心”，主要包括嵌入式微處理器、嵌入式操作系統(tǒng)、外圍硬件設備和應用軟件系統(tǒng)四個部分。嵌入式系統(tǒng)強調(diào)硬件與軟件之間的協(xié)調(diào)以共同完成任務。而嵌入式軟件就是將操作系統(tǒng)或者其他開發(fā)的軟件通過一定的技術(shù)嵌入到硬件中，以實現(xiàn)計算機軟件系統(tǒng)和硬件系統(tǒng)之間的相互協(xié)調(diào)。

2 嵌入式系統(tǒng)與醫(yī)療設備

2.1醫(yī)療設備對嵌入式系統(tǒng)的要求

鑒于醫(yī)療設備自身的特點，對嵌入式系統(tǒng)產(chǎn)品要求更高的控制精度、更強的安全性能、更強的數(shù)據(jù)處理能力及速度、較強的實時性以及較強的與醫(yī)院管理系統(tǒng)匹配性，這往往需要多個嵌入式 CPU 同時作業(yè)，來提高其性能。

2.2嵌入式系統(tǒng)在醫(yī)療設備中的應用

嵌入式系統(tǒng)在醫(yī)療設備產(chǎn)品方面普及率較高。醫(yī)療設備設計要求嵌入式系統(tǒng)具備以下幾點特征：

模塊化設計：不同的醫(yī)療機構(gòu)對同一種產(chǎn)品功能要求不一致，就需要在基本功能的基礎上設計不同的模塊，支持不同功能；便攜式設計：醫(yī)護工作不分時間、地點，這就要求產(chǎn)品體積小、功耗低、易于使用；背板設計：為了節(jié)約資源，一般嵌入式系統(tǒng)都要求有背板，以實現(xiàn)快系統(tǒng)多功能響應；較長的生命周期：醫(yī)療設備往往全天候工作，產(chǎn)品價格較高，更需要較長的產(chǎn)品生命周期。

目前，嵌入式系統(tǒng)產(chǎn)品應用到醫(yī)療設備各個領域。生理檢測設備、化驗設備、監(jiān)護設備、超聲波、核磁共振、X 射線成像系統(tǒng)以及各種各樣的物理治療儀均需要嵌入式系統(tǒng)的支持。隨著數(shù)字化醫(yī)院遠程醫(yī)療，HIS（醫(yī)院信息系統(tǒng)）、病人呼叫中心等理念的普及，更離不開嵌入式系統(tǒng)先進的技術(shù)支持。

2.3嵌入式系統(tǒng)在醫(yī)療設備中的發(fā)展趨勢

隨著科技的發(fā)展，醫(yī)護需求的提高，以嵌入式系統(tǒng)為支撐的醫(yī)療設備產(chǎn)品會在以下方面有較高的要求：

2.3.1產(chǎn)品性能

隨著精密儀器、高精尖技術(shù)以及生產(chǎn)工藝的發(fā)展，產(chǎn)品系統(tǒng)控制越來越復雜，對嵌入式系統(tǒng)要求要有更高的處理能力、高可靠性以及高實時測試性。我們需要使用專為多內(nèi)核處理器設計的成熟的商業(yè)操作系統(tǒng)。

2.3.2網(wǎng)絡支持與遠程控制

隨著醫(yī)院數(shù)字化的發(fā)展，要求嵌入式系統(tǒng)要內(nèi)嵌網(wǎng)絡接口、支持多種通信協(xié)議、支持數(shù)據(jù)傳輸以及較強的數(shù)據(jù)保密能力。嵌入式系統(tǒng)正朝網(wǎng)絡連接化發(fā)展，支持遠程控制和現(xiàn)場軟件升級。許多嵌入式系統(tǒng)還需要圖形用戶界面、數(shù)據(jù)存儲和無線網(wǎng)絡功能。隨著計算技術(shù)由集中式計算、桌面計算、分布式計算向普適計算模式的演進，支持網(wǎng)絡接入的嵌入式系統(tǒng)（如信息家電、智能導航、遠程控制）會占主導地位。醫(yī)療設備開發(fā)應關注應該選用或設計開發(fā)什么樣的網(wǎng)絡協(xié)議，才能將這樣的嵌入式系統(tǒng)融入到網(wǎng)絡之中，一方面是要實現(xiàn)信息互通，更關鍵的是讓嵌入式系統(tǒng)享用豐富的網(wǎng)絡應用服務，且隨著技術(shù)的發(fā)展其中大部分將轉(zhuǎn)為無線方式。

2.3.3開發(fā)周期

隨著醫(yī)護要求越來越高，要求醫(yī)療設備產(chǎn)品更新速度加快，必須縮短嵌入式系統(tǒng)產(chǎn)品的研發(fā)周期。盡可能采用多任務編程技術(shù)，研發(fā)更完善的交叉開發(fā)工具。

2.3.4人-機界面

系統(tǒng)設計的復雜性不能轉(zhuǎn)嫁給最終用戶。系統(tǒng)必須保持簡單易用。智能手機已經(jīng)證明，小型設備也可以支持一個具有完整的多點觸摸屏幕、流暢的畫面切換和動畫的直觀用戶界面。更人性的人-機界面是醫(yī)療設備產(chǎn)品永遠的追求目標，良好的人-機交互界面，靈活的控制方式將是一個永無止境的追求過程。隨著多媒體技術(shù)的發(fā)展，視頻、音頻信息的處理水平越來越高，為嵌入式系統(tǒng)的多媒體化創(chuàng)造了良好的條件，嵌入式系統(tǒng)的多媒體化將變成現(xiàn)實。同時，嵌入式系統(tǒng)需要提供多媒體化的人機交互，更加方便用戶使用。

2.3.5安全問題

公眾對醫(yī)療安全問題的關注度越來越升級。這就要求嵌入式系統(tǒng)既要遵從功能安全標準，例如 IEC61508 SIL 3，也要符合信息安全標準，例如 ISO/IEC 15408 EAL 4+。既要考慮誤操作風險，又要考慮數(shù)據(jù)錯誤帶來的風險。

低成本與低功耗：隨著便攜式醫(yī)療設備的增加，對設備能源要求越來越高。嵌人式硬件系統(tǒng)實現(xiàn)高可靠性、低成本、低功耗的設計，包括微功耗材料、元器件的選擇及其 IC 設計、電源管理、模塊化設計與可復用性、系統(tǒng)的綜合布局。

2.3.6實時性

醫(yī)療設備是個實時系統(tǒng)，在復雜的醫(yī)療設備中應該采用實時多任務系統(tǒng)，比如實時 Linux、uc/OS-II 是必要的。在 IT 接口的設備上可以采用通用的操作系統(tǒng)，比如 Windows 和 Linux，在設備的部件之間應該采用具有實時的和容錯能力的 CAN 技術(shù)。

2.3.7可診斷性

醫(yī)療設備的可用性要求很高，一般要求 24 小時工作甚至 365 天不間斷，使得設備應該有一個方便且一致性好的診斷方式（軟件），能夠完成定期的檢測和診斷，有方便的診斷接口以及易識別的故障診斷報告等。

3 結(jié)語

在醫(yī)療設備應用對所采集系統(tǒng)的硬件要求、存儲、顯示等功能也提出了更高的要求。這就使現(xiàn)代的醫(yī)療設備必須具備更強大的計算和存儲能力以及更穩(wěn)定、可靠的性能。將嵌入式軟件應用與醫(yī)療設備中，將有效的解決一系列問題。

參考文獻

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