嵌入式軟件技術在醫療設備開發中的應用

馮嘯天

摘 要：嵌入式技術具有專用性強、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醫療設備檢測精度差、體積大、不易攜帶、檢測與治療結果不易保存等缺點，通過對嵌入式技術的討論，以及嵌入式技術在醫療設備中的具體應用，闡述了在醫療設備中應用嵌入式系統的有效性。在醫療設備中充分利用嵌入式技術具有非常明顯的優勢，有效的提高設備便攜性、先進性、數字化能力。

關鍵詞：嵌入式技術；醫療設備；監護系統；數據采集

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而言的，嵌入式系統指的是能夠獨立運行的計算機系統，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、外圍硬件設備和應用軟件系統四個部分。嵌入式系統強調硬件與軟件之間的協調以共同完成任務。而嵌入式軟件就是將操作系統或者其他開發的軟件通過一定的技術嵌入到硬件中，以實現計算機軟件系統和硬件系統之間的相互協調。

2 嵌入式系統與醫療設備

2.1醫療設備對嵌入式系統的要求

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

2.2嵌入式系統在醫療設備中的應用

嵌入式系統在醫療設備產品方面普及率較高。醫療設備設計要求嵌入式系統具備以下幾點特征：

模塊化設計：不同的醫療機構對同一種產品功能要求不一致，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：醫護工作不分時間、地點，這就要求產品體積小、功耗低、易于使用；背板設計：為了節約資源，一般嵌入式系統都要求有背板，以實現快系統多功能響應；較長的生命周期：醫療設備往往全天候工作，產品價格較高，更需要較長的產品生命周期。

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

2.3嵌入式系統在醫療設備中的發展趨勢

隨著科技的發展，醫護需求的提高，以嵌入式系統為支撐的醫療設備產品會在以下方面有較高的要求：

2.3.1產品性能

隨著精密儀器、高精尖技術以及生產工藝的發展，產品系統控制越來越復雜，對嵌入式系統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核處理器設計的成熟的商業操作系統。

2.3.2網絡支持與遠程控制

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

2.3.3開發周期

隨著醫護要求越來越高，要求醫療設備產品更新速度加快，必須縮短嵌入式系統產品的研發周期。盡可能采用多任務編程技術，研發更完善的交叉開發工具。

2.3.4人-機界面

系統設計的復雜性不能轉嫁給最終用戶。系統必須保持簡單易用。智能手機已經證明，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-機界面是醫療設備產品永遠的追求目標，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。隨著多媒體技術的發展，視頻、音頻信息的處理水平越來越高，為嵌入式系統的多媒體化創造了良好的條件，嵌入式系統的多媒體化將變成現實。同時，嵌入式系統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

公眾對醫療安全問題的關注度越來越升級。這就要求嵌入式系統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，又要考慮數據錯誤帶來的風險。

低成本與低功耗：隨著便攜式醫療設備的增加，對設備能源要求越來越高。嵌人式硬件系統實現高可靠性、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、系統的綜合布局。

2.3.6實時性

醫療設備是個實時系統，在復雜的醫療設備中應該采用實時多任務系統，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，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。

2.3.7可診斷性

醫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 結語

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

參考文獻

[1] 代云飛.淺析嵌入式軟件技術的現狀與發展動向[J].通訊世界，2018（01）：108-109.

[2] 方兵兵.基于STM32的嵌入式軟件遠程升級研究[D].寧波大學，2017.

[3] 張琦.嵌入式軟件技術的現狀與發展趨勢研究[J].科技創新與應用，2017（05）：89-91.

[4] 祝義.嵌入式軟件需求規約到軟件體系結構模型的轉換研究[D].南京航空航天大學，2011.