嵌入式软件技术在医疗设备开发中的应用

冯啸天

摘 要：嵌入式技术具有专用性强、可靠性高、所占资源少、功耗低、集成度高等特点，可以很好地解决传统医疗设备检测精度差、体积大、不易携带、检测与治疗结果不易保存等缺点，通过对嵌入式技术的讨论，以及嵌入式技术在医疗设备中的具体应用，阐述了在医疗设备中应用嵌入式系统的有效性。在医疗设备中充分利用嵌入式技术具有非常明显的优势，有效的提高设备便携性、先进性、数字化能力。

关键词：嵌入式技术；医疗设备；监护系统；数据采集

1 嵌入式软件的概念及特点

嵌入式软件是相对于嵌入式系统而言的，嵌入式系统指的是能够独立运行的计算机系统，通常被描述为“以应用为中心”，主要包括嵌入式微处理器、嵌入式操作系统、外围硬件设备和应用软件系统四个部分。嵌入式系统强调硬件与软件之间的协调以共同完成任务。而嵌入式软件就是将操作系统或者其他开发的软件通过一定的技术嵌入到硬件中，以实现计算机软件系统和硬件系统之间的相互协调。

2 嵌入式系统与医疗设备

2.1医疗设备对嵌入式系统的要求

鉴于医疗设备自身的特点，对嵌入式系统产品要求更高的控制精度、更强的安全性能、更强的数据处理能力及速度、较强的实时性以及较强的与医院管理系统匹配性，这往往需要多个嵌入式 CPU 同时作业，来提高其性能。

2.2嵌入式系统在医疗设备中的应用

嵌入式系统在医疗设备产品方面普及率较高。医疗设备设计要求嵌入式系统具备以下几点特征：

模块化设计：不同的医疗机构对同一种产品功能要求不一致，就需要在基本功能的基础上设计不同的模块，支持不同功能；便携式设计：医护工作不分时间、地点，这就要求产品体积小、功耗低、易于使用；背板设计：为了节约资源，一般嵌入式系统都要求有背板，以实现快系统多功能响应；较长的生命周期：医疗设备往往全天候工作，产品价格较高，更需要较长的产品生命周期。

目前，嵌入式系统产品应用到医疗设备各个领域。生理检测设备、化验设备、监护设备、超声波、核磁共振、X 射线成像系统以及各种各样的物理治疗仪均需要嵌入式系统的支持。随着数字化医院远程医疗，HIS（医院信息系统）、病人呼叫中心等理念的普及，更离不开嵌入式系统先进的技术支持。

2.3嵌入式系统在医疗设备中的发展趋势

随着科技的发展，医护需求的提高，以嵌入式系统为支撑的医疗设备产品会在以下方面有较高的要求：

2.3.1产品性能

随着精密仪器、高精尖技术以及生产工艺的发展，产品系统控制越来越复杂，对嵌入式系统要求要有更高的处理能力、高可靠性以及高实时测试性。我们需要使用专为多内核处理器设计的成熟的商业操作系统。

2.3.2网络支持与远程控制

随着医院数字化的发展，要求嵌入式系统要内嵌网络接口、支持多种通信协议、支持数据传输以及较强的数据保密能力。嵌入式系统正朝网络连接化发展，支持远程控制和现场软件升级。许多嵌入式系统还需要图形用户界面、数据存储和无线网络功能。随着计算技术由集中式计算、桌面计算、分布式计算向普适计算模式的演进，支持网络接入的嵌入式系统（如信息家电、智能导航、远程控制）会占主导地位。医疗设备开发应关注应该选用或设计开发什么样的网络协议，才能将这样的嵌入式系统融入到网络之中，一方面是要实现信息互通，更关键的是让嵌入式系统享用丰富的网络应用服务，且随着技术的发展其中大部分将转为无线方式。

2.3.3开发周期

随着医护要求越来越高，要求医疗设备产品更新速度加快，必须缩短嵌入式系统产品的研发周期。尽可能采用多任务编程技术，研发更完善的交叉开发工具。

2.3.4人-机界面

系统设计的复杂性不能转嫁给最终用户。系统必须保持简单易用。智能手机已经证明，小型设备也可以支持一个具有完整的多点触摸屏幕、流畅的画面切换和动画的直观用户界面。更人性的人-机界面是医疗设备产品永远的追求目标，良好的人-机交互界面，灵活的控制方式将是一个永无止境的追求过程。随着多媒体技术的发展，视频、音频信息的处理水平越来越高，为嵌入式系统的多媒体化创造了良好的条件，嵌入式系统的多媒体化将变成现实。同时，嵌入式系统需要提供多媒体化的人机交互，更加方便用户使用。

2.3.5安全问题

公众对医疗安全问题的关注度越来越升级。这就要求嵌入式系统既要遵从功能安全标准，例如 IEC61508 SIL 3，也要符合信息安全标准，例如 ISO/IEC 15408 EAL 4+。既要考虑误操作风险，又要考虑数据错误带来的风险。

低成本与低功耗：随着便携式医疗设备的增加，对设备能源要求越来越高。嵌人式硬件系统实现高可靠性、低成本、低功耗的设计，包括微功耗材料、元器件的选择及其 IC 设计、电源管理、模块化设计与可复用性、系统的综合布局。

2.3.6实时性

医疗设备是个实时系统，在复杂的医疗设备中应该采用实时多任务系统，比如实时 Linux、uc/OS-II 是必要的。在 IT 接口的设备上可以采用通用的操作系统，比如 Windows 和 Linux，在设备的部件之间应该采用具有实时的和容错能力的 CAN 技术。

2.3.7可诊断性

医疗设备的可用性要求很高，一般要求 24 小时工作甚至 365 天不間断，使得设备应该有一个方便且一致性好的诊断方式（软件），能够完成定期的检测和诊断，有方便的诊断接口以及易识别的故障诊断报告等。

3 结语

在医疗设备应用对所采集系统的硬件要求、存储、显示等功能也提出了更高的要求。这就使现代的医疗设备必须具备更强大的计算和存储能力以及更稳定、可靠的性能。将嵌入式软件应用与医疗设备中，将有效的解决一系列问题。

参考文献

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