嵌入式系統(tǒng)在醫(yī)療器械中的應(yīng)用

馬琳

摘 要：嵌入式系統(tǒng)是集計(jì)算機(jī)、單片機(jī)、電子技術(shù)于一體的思維定制化系統(tǒng)，其最大的優(yōu)點(diǎn)就是可以在較低的成本下完成高性能數(shù)據(jù)的處理。本文通過(guò)分析嵌入式系統(tǒng)的特點(diǎn)，探討嵌入式系統(tǒng)與醫(yī)療器械結(jié)合的必要性，以及為醫(yī)療事業(yè)的發(fā)展提供的動(dòng)力。

關(guān)鍵詞：嵌入式系統(tǒng)；醫(yī)療器械；應(yīng)用

DOI：10.16640/j.cnki.37-1222/t.2016.08.209

0 引言

隨著計(jì)算機(jī)和信息技術(shù)的不斷發(fā)展，計(jì)算機(jī)的智能化控制不斷被各種控制系統(tǒng)所引進(jìn)，取代了傳統(tǒng)的繼電器控制模式。嵌入式系統(tǒng)因?yàn)槠湫阅芨摺⒓嫒菪詮?qiáng)的優(yōu)勢(shì)有效提升了醫(yī)療效果和醫(yī)療精度，從而在醫(yī)療器械領(lǐng)域發(fā)揮了巨大的作用。

1 嵌入式系統(tǒng)的概念及發(fā)展

嵌入式系統(tǒng)是軟件和硬件的綜合體，是進(jìn)行控制或者輔助的裝置，也是機(jī)器設(shè)備運(yùn)行的裝置。嵌入式控制系統(tǒng)的雛形就是上世紀(jì)六十年代用于對(duì)電子機(jī)械電話(huà)交換控制的“存儲(chǔ)式程序控制系統(tǒng)”。到了七十年代的時(shí)候Intel公司把控制電路和算術(shù)運(yùn)算結(jié)合起來(lái)推出了Intel 4004處理器，隨后各種升級(jí)的處理器的發(fā)布從而誕生了“工業(yè)控制微機(jī)系統(tǒng)總線”到了九十年代在數(shù)字通信就技術(shù)的需求下，嵌入式系統(tǒng)在醫(yī)療器械，加點(diǎn)、通信等方面進(jìn)行融合發(fā)展。嵌入式系統(tǒng)發(fā)展的第一個(gè)階段是單芯片為基礎(chǔ)的可編程控制器系統(tǒng)，廣泛應(yīng)用于工業(yè)的控制系統(tǒng)當(dāng)中。在進(jìn)入發(fā)展的第二個(gè)階段，嵌入式系統(tǒng)是以嵌入式CPU為基礎(chǔ)，系統(tǒng)的兼容性和拓展性的到了很大的提高，但是用戶(hù)界面的設(shè)計(jì)還是不能得到廣泛的認(rèn)可。在進(jìn)入發(fā)展的第三個(gè)階段，嵌入式系統(tǒng)是以嵌入式操作系統(tǒng)為標(biāo)志的，系統(tǒng)的兼容性得到了進(jìn)一步的提高，具有了強(qiáng)大的應(yīng)用程序接口和嵌入式應(yīng)用軟件。最終發(fā)展到Internet為標(biāo)志的嵌入式系統(tǒng)。

2 嵌入式系統(tǒng)的特點(diǎn)

首先嵌入式系統(tǒng)的微處理器的及程度很高，設(shè)計(jì)的面積越來(lái)越小型化移動(dòng)能力強(qiáng)。嵌入式系統(tǒng)一般與具體的應(yīng)用現(xiàn)結(jié)合，不需要進(jìn)行硬件和軟件的區(qū)分，所以就不需要用戶(hù)對(duì)程序進(jìn)行修改。嵌入式系統(tǒng)的實(shí)用性也有了很大的提高，例如其對(duì)實(shí)施多任務(wù)有強(qiáng)大的支持能力，并且中斷響應(yīng)時(shí)間很短，使系統(tǒng)內(nèi)部的代碼和實(shí)時(shí)內(nèi)核的執(zhí)行時(shí)間大大減小。嵌入式系統(tǒng)的軟件結(jié)構(gòu)已經(jīng)模塊化，其強(qiáng)大的存儲(chǔ)區(qū)保護(hù)功能，避免了軟件模塊之間產(chǎn)生交叉的錯(cuò)誤。嵌入式系統(tǒng)相對(duì)于傳統(tǒng)的系統(tǒng)處理器擴(kuò)展性得到了很大的提升以及功耗程度大大降低。嵌入式系統(tǒng)的可裁剪性的提高使得系統(tǒng)的配置得以精簡(jiǎn)化。

3 醫(yī)療器械與嵌入式系統(tǒng)

3.1 醫(yī)療器材對(duì)嵌入式系統(tǒng)的要求

因?yàn)獒t(yī)療器械的要求很高，需要很高的控制精度和安全性能以及處理數(shù)據(jù)的能力和速度的高要求。所以嵌入式系統(tǒng)的以其這些方面的優(yōu)點(diǎn)與醫(yī)院醫(yī)療器械進(jìn)行了很好的匹配。來(lái)彌補(bǔ)醫(yī)療器材在醫(yī)療作業(yè)時(shí)的低效能。

3.2 嵌入式系統(tǒng)在醫(yī)療器械中的應(yīng)用

嵌入式系統(tǒng)在醫(yī)療器械中的應(yīng)用日漸普及，但是嵌入式系統(tǒng)在醫(yī)療器械中應(yīng)用時(shí)還要有很多方面進(jìn)行注意。不同的醫(yī)療機(jī)構(gòu)對(duì)同一種醫(yī)療器械的功能要求是不一樣的，就需要嵌入式系統(tǒng)進(jìn)行不同的模塊設(shè)計(jì)，以至于更好的滿(mǎn)足醫(yī)療機(jī)構(gòu)各自的要求。醫(yī)療工作經(jīng)常是不分地點(diǎn)和時(shí)間的，所以醫(yī)療器械使用的便捷度要求就會(huì)提高。嵌入式系統(tǒng)基本都有背板，這樣可以實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)多功能的響應(yīng)。因?yàn)獒t(yī)療器械幾乎是時(shí)刻都在使用中，所以需要增加其使用周期壽命。如今，嵌入式系統(tǒng)已經(jīng)延伸到了醫(yī)療器械的各個(gè)領(lǐng)域。例如，監(jiān)護(hù)設(shè)備、生理檢測(cè)設(shè)備、核磁共振、X射線成像系統(tǒng)以及各種治療的醫(yī)療器械都需要在嵌入式系統(tǒng)的支持下才能更好的體現(xiàn)使用的效果。

4 嵌入式系統(tǒng)在醫(yī)療機(jī)械中的發(fā)展趨勢(shì)

科技信息技術(shù)的不斷發(fā)展，醫(yī)療技術(shù)的發(fā)展離不開(kāi)信息技術(shù)的輔助，以嵌入式系統(tǒng)進(jìn)行支持的醫(yī)療器械產(chǎn)品已經(jīng)成為當(dāng)今各個(gè)醫(yī)療機(jī)構(gòu)必不可少的技術(shù)器械。現(xiàn)在醫(yī)學(xué)技術(shù)的不斷進(jìn)步，精密儀器，高尖端技術(shù)以及生產(chǎn)工藝的發(fā)展使得醫(yī)療器械的控制越來(lái)越復(fù)雜，所以對(duì)嵌入式系統(tǒng)要有很好的處理能力。嵌入式系統(tǒng)也朝著網(wǎng)絡(luò)連接化發(fā)展，支持遠(yuǎn)程控制和遠(yuǎn)程軟件的升級(jí)，這種方式逐漸會(huì)成為醫(yī)療的主導(dǎo)方式。醫(yī)護(hù)要求的越來(lái)越高，醫(yī)療器械的更新速度也必須加快，所以嵌入式系統(tǒng)的研發(fā)周期也必須縮短。盡可能采用多任務(wù)編程技術(shù)，研發(fā)更完善的交叉開(kāi)發(fā)工具。系統(tǒng)設(shè)計(jì)的復(fù)雜性不能轉(zhuǎn)嫁給最終的用戶(hù)。一定要保持簡(jiǎn)潔易用的特性。手機(jī)就可以很好的證明小型設(shè)備也可以具有多控點(diǎn)、流暢、直觀的用戶(hù)界面。醫(yī)療器械一定要向這個(gè)方向不斷發(fā)展，因?yàn)樵谶M(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)醫(yī)護(hù)治療時(shí)很多時(shí)候醫(yī)療器械不易攜帶，所以不能對(duì)醫(yī)療有更好的輔助作用。例如，在地震災(zāi)害后，醫(yī)護(hù)人員進(jìn)行災(zāi)難現(xiàn)場(chǎng)救護(hù)時(shí)，如果醫(yī)療器械可以便于攜帶，那對(duì)于整個(gè)施救的過(guò)程會(huì)起到很大的積極意義。

大眾在進(jìn)行醫(yī)護(hù)治療時(shí)，對(duì)醫(yī)療器械的安全程度的關(guān)心越來(lái)越高，所以嵌入式系統(tǒng)一定要功能、信息數(shù)據(jù)以及使用質(zhì)量等方面的安全完全符合標(biāo)準(zhǔn)。現(xiàn)在便攜式的醫(yī)療器械的不斷增加，對(duì)設(shè)備配置的要求就越來(lái)越高，但是這樣器械的成本就會(huì)越來(lái)越高。嵌入式硬件系統(tǒng)正好解決了這一問(wèn)題，因?yàn)槠淇煽啃暂^高但卻成本低，耗能低。所以在醫(yī)療器械中得到了廣泛的應(yīng)用。醫(yī)療設(shè)備是實(shí)時(shí)系統(tǒng)，在復(fù)雜的醫(yī)療設(shè)備中可以采實(shí)時(shí)多任務(wù)系統(tǒng)。這樣可以在合適的系統(tǒng)中進(jìn)行各功能的醫(yī)療器材的使用，大大的縮短了醫(yī)療時(shí)間。醫(yī)療設(shè)配幾乎在一天二十四小時(shí)內(nèi)不間斷的使用中，所以更需要醫(yī)療設(shè)備的有方便和一致性高的性能保證，能夠完成規(guī)定時(shí)間的醫(yī)療檢查和診斷。

5 嵌入式系統(tǒng)實(shí)際中的應(yīng)用

嵌入式系統(tǒng)在電子血壓計(jì)中的應(yīng)用，使血壓計(jì)在傳統(tǒng)的基礎(chǔ)上體積縮小了很多。電子血壓計(jì)在使用的過(guò)程中，控制模塊會(huì)控制氣泵對(duì)氣袖進(jìn)行施壓，并且對(duì)傳感器返回的數(shù)據(jù)進(jìn)行記錄，把氣泵施加的壓力控制在合適的范圍內(nèi)。嵌入式系統(tǒng)在對(duì)參數(shù)監(jiān)護(hù)儀中的應(yīng)用，可以將傳感器采集到的人體的信號(hào)轉(zhuǎn)換為可被嵌入式系統(tǒng)識(shí)別的數(shù)字信號(hào)，然后對(duì)數(shù)字信號(hào)進(jìn)行濾波、放大、量化等處理后即可被傳輸?shù)教幚砟K進(jìn)行分析。分析時(shí)信號(hào)超出人體正常參數(shù)的話(huà)，會(huì)向醫(yī)護(hù)人員發(fā)出報(bào)警，同時(shí)把這些參數(shù)存儲(chǔ)到存儲(chǔ)模塊中，為以后的診斷進(jìn)行備份。

6 結(jié)語(yǔ)

綜上所述，嵌入式系統(tǒng)在醫(yī)療器械中的廣泛應(yīng)用，使醫(yī)療器械在使用中的功能和性能有了很大的提升，還能讓醫(yī)護(hù)人員實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)距離的醫(yī)療實(shí)踐。所以嵌入式系統(tǒng)在醫(yī)療器械中的應(yīng)用，為醫(yī)療事業(yè)的發(fā)展起到了重要的意義。

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