馮嘯天

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

關(guān)鍵詞：嵌入式技術(shù)；醫(yī)療設(shè)備；監(jiān)護(hù)系統(tǒng)；數(shù)據(jù)采集

1 嵌入式軟件的概念及特點(diǎn)

嵌入式軟件是相對(duì)于嵌入式系統(tǒng)而言的，嵌入式系統(tǒng)指的是能夠獨(dú)立運(yùn)行的計(jì)算機(jī)系統(tǒng)，通常被描述為“以應(yīng)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(shè)備和應(yīng)用軟件系統(tǒng)四個(gè)部分。嵌入式系統(tǒng)強(qiáng)調(diào)硬件與軟件之間的協(xié)調(diào)以共同完成任務(wù)。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(guò)一定的技術(shù)嵌入到硬件中，以實(shí)現(xiàn)計(jì)算機(jī)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(shè)備

2.1醫(yī)療設(shè)備對(duì)嵌入式系統(tǒng)的要求

鑒于醫(yī)療設(shè)備自身的特點(diǎn)，對(duì)嵌入式系統(tǒng)產(chǎn)品要求更高的控制精度、更強(qiáng)的安全性能、更強(qiáng)的數(shù)據(jù)處理能力及速度、較強(qiáng)的實(shí)時(shí)性以及較強(qiáng)的與醫(yī)院管理系統(tǒng)匹配性，這往往需要多個(gè)嵌入式 CPU 同時(shí)作業(yè)，來(lái)提高其性能。

2.2嵌入式系統(tǒng)在醫(yī)療設(shè)備中的應(yīng)用

嵌入式系統(tǒng)在醫(yī)療設(shè)備產(chǎn)品方面普及率較高。醫(yī)療設(shè)備設(shè)計(jì)要求嵌入式系統(tǒng)具備以下幾點(diǎn)特征：

模塊化設(shè)計(jì)：不同的醫(yī)療機(jī)構(gòu)對(duì)同一種產(chǎn)品功能要求不一致，就需要在基本功能的基礎(chǔ)上設(shè)計(jì)不同的模塊，支持不同功能；便攜式設(shè)計(jì)：醫(yī)護(hù)工作不分時(shí)間、地點(diǎn)，這就要求產(chǎn)品體積小、功耗低、易于使用；背板設(shè)計(jì)：為了節(jié)約資源，一般嵌入式系統(tǒng)都要求有背板，以實(shí)現(xiàn)快系統(tǒng)多功能響應(yīng)；較長(zhǎng)的生命周期：醫(yī)療設(shè)備往往全天候工作，產(chǎn)品價(jià)格較高，更需要較長(zhǎng)的產(chǎn)品生命周期。

目前，嵌入式系統(tǒng)產(chǎn)品應(yīng)用到醫(yī)療設(shè)備各個(gè)領(lǐng)域。生理檢測(cè)設(shè)備、化驗(yàn)設(shè)備、監(jiān)護(hù)設(shè)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(yuǎn)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(jìn)的技術(shù)支持。

2.3嵌入式系統(tǒng)在醫(yī)療設(shè)備中的發(fā)展趨勢(shì)

隨著科技的發(fā)展，醫(yī)護(hù)需求的提高，以嵌入式系統(tǒng)為支撐的醫(yī)療設(shè)備產(chǎn)品會(huì)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(lái)越復(fù)雜，對(duì)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(shí)時(shí)測(cè)試性。我們需要使用專為多內(nèi)核處理器設(shè)計(jì)的成熟的商業(yè)操作系統(tǒng)。

2.3.2網(wǎng)絡(luò)支持與遠(yuǎn)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(luò)接口、支持多種通信協(xié)議、支持?jǐn)?shù)據(jù)傳輸以及較強(qiáng)的數(shù)據(jù)保密能力。嵌入式系統(tǒng)正朝網(wǎng)絡(luò)連接化發(fā)展，支持遠(yuǎn)程控制和現(xiàn)場(chǎng)軟件升級(jí)。許多嵌入式系統(tǒng)還需要圖形用戶界面、數(shù)據(jù)存儲(chǔ)和無(wú)線網(wǎng)絡(luò)功能。隨著計(jì)算技術(shù)由集中式計(jì)算、桌面計(jì)算、分布式計(jì)算向普適計(jì)算模式的演進(jìn)，支持網(wǎng)絡(luò)接入的嵌入式系統(tǒng)（如信息家電、智能導(dǎo)航、遠(yuǎn)程控制）會(huì)占主導(dǎo)地位。醫(yī)療設(shè)備開發(fā)應(yīng)關(guān)注應(yīng)該選用或設(shè)計(jì)開發(fā)什么樣的網(wǎng)絡(luò)協(xié)議，才能將這樣的嵌入式系統(tǒng)融入到網(wǎng)絡(luò)之中，一方面是要實(shí)現(xiàn)信息互通，更關(guān)鍵的是讓嵌入式系統(tǒng)享用豐富的網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用服務(wù)，且隨著技術(shù)的發(fā)展其中大部分將轉(zhuǎn)為無(wú)線方式。

2.3.3開發(fā)周期

隨著醫(yī)護(hù)要求越來(lái)越高，要求醫(yī)療設(shè)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(wù)編程技術(shù)，研發(fā)更完善的交叉開發(fā)工具。

2.3.4人-機(jī)界面

系統(tǒng)設(shè)計(jì)的復(fù)雜性不能轉(zhuǎn)嫁給最終用戶。系統(tǒng)必須保持簡(jiǎn)單易用。智能手機(jī)已經(jīng)證明，小型設(shè)備也可以支持一個(gè)具有完整的多點(diǎn)觸摸屏幕、流暢的畫面切換和動(dòng)畫的直觀用戶界面。更人性的人-機(jī)界面是醫(yī)療設(shè)備產(chǎn)品永遠(yuǎn)的追求目標(biāo)，良好的人-機(jī)交互界面，靈活的控制方式將是一個(gè)永無(wú)止境的追求過(guò)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(lái)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(shí)。同時(shí)，嵌入式系統(tǒng)需要提供多媒體化的人機(jī)交互，更加方便用戶使用。

2.3.5安全問(wèn)題

公眾對(duì)醫(yī)療安全問(wèn)題的關(guān)注度越來(lái)越升級(jí)。這就要求嵌入式系統(tǒng)既要遵從功能安全標(biāo)準(zhǔn)，例如 IEC61508 SIL 3，也要符合信息安全標(biāo)準(zhǔn)，例如 ISO/IEC 15408 EAL 4+。既要考慮誤操作風(fēng)險(xiǎn)，又要考慮數(shù)據(jù)錯(cuò)誤帶來(lái)的風(fēng)險(xiǎn)。

低成本與低功耗：隨著便攜式醫(yī)療設(shè)備的增加，對(duì)設(shè)備能源要求越來(lái)越高。嵌人式硬件系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)高可靠性、低成本、低功耗的設(shè)計(jì)，包括微功耗材料、元器件的選擇及其 IC 設(shè)計(jì)、電源管理、模塊化設(shè)計(jì)與可復(fù)用性、系統(tǒng)的綜合布局。

2.3.6實(shí)時(shí)性

醫(yī)療設(shè)備是個(gè)實(shí)時(shí)系統(tǒng)，在復(fù)雜的醫(yī)療設(shè)備中應(yīng)該采用實(shí)時(shí)多任務(wù)系統(tǒng)，比如實(shí)時(shí) Linux、uc/OS-II 是必要的。在 IT 接口的設(shè)備上可以采用通用的操作系統(tǒng)，比如 Windows 和 Linux，在設(shè)備的部件之間應(yīng)該采用具有實(shí)時(shí)的和容錯(cuò)能力的 CAN 技術(shù)。

2.3.7可診斷性

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

3 結(jié)語(yǔ)

在醫(yī)療設(shè)備應(yīng)用對(duì)所采集系統(tǒng)的硬件要求、存儲(chǔ)、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(shè)備必須具備更強(qiáng)大的計(jì)算和存儲(chǔ)能力以及更穩(wěn)定、可靠的性能。將嵌入式軟件應(yīng)用與醫(yī)療設(shè)備中，將有效的解決一系列問(wèn)題。

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