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嵌入式系統(tǒng)及其在醫(yī)療儀器設備中的應用

作者: 時間:2012-04-12 來源:網絡 收藏

同通用型計算機系統(tǒng)相比具有六大重要特征:

(1)專用性強:通常是面向特定應用的嵌入式CPU,與通用型的最大不同就是嵌入式CPU大多工作在為特定用戶群設計的系統(tǒng)中,它通常都具有功耗低、體積小、集成度高等特點,能夠把通用CPU中許多由板卡完成的任務集成在芯片內部,從而有利于設計趨于小型化,移動能力大大增強,與網絡的耦合也越來越緊密;


(2)知識集成度高:嵌入式系統(tǒng)是將先進的計算機技術、半導體技術和電子技術與各個行業(yè)的具體應用相結合后的產物。這一點就決定了它必然是一個技術密集、資金密集、高度分散、不斷創(chuàng)新的知識集成系統(tǒng);


(3)系統(tǒng)內核?。呵度胧较到y(tǒng)的硬件和軟件都必須高效率地設計,量體裁衣、去除冗余,力爭在同樣的硅片面積上實現(xiàn)更高的性能,這樣才能在具體應用中對處理器的選擇更具有競爭力;

(4)系統(tǒng)精簡:嵌入式系統(tǒng)和具體應用有機地結合在一起,一般沒有系統(tǒng)軟件和應用軟件的明顯區(qū)分。它的升級換代也是和具體產品同步進行,因此嵌入式系統(tǒng)產品一旦進入市場,便具有較長的生命周期;


(5)高實時性和可靠性:為了提高執(zhí)行速度和系統(tǒng)可靠性,嵌入式系統(tǒng)中的軟件一般都固化在存儲器芯片或單片機本身中,而不是存儲于磁盤等載體中;

(6)系統(tǒng)開發(fā)需要專門的開發(fā)工具和環(huán)境:嵌入式系統(tǒng)本身不具備自主開發(fā)能力,設計完成以后用戶通常不能直接對其中的程序功能進行修改,因此必須有一套開發(fā)工具和環(huán)境才能進行開發(fā)。

嵌入式系統(tǒng)在

的最新發(fā)展趨勢

進入2008年,越來越多的利好消息出現(xiàn)在領域。近期,德國、澳大利亞都分別明確表示要在兒童醫(yī)療和全民醫(yī)療領域加大投入。而我國和墨西哥這樣的發(fā)展中人口大國也將在2008年繼續(xù)其備受世人矚目的醫(yī)療改革。這些政府級別的投入將增加全社會對醫(yī)療儀器的需求。隨著生活水平的不斷提高,人們對于自身健康的關注也提升到一個前所未有的高度。今天,越來越多的高科技手段開始運用到醫(yī)療儀器的設計中。心電圖、腦電圖等生理參數(shù)檢測設備,各類型的監(jiān)護儀器、超聲波、X射線成影設備、核磁共振儀器以及各式各樣的物理治療儀都開始在各地醫(yī)院廣泛使用。遠程醫(yī)療、HIS、病人呼叫中心、數(shù)字化醫(yī)院等先進理念的出現(xiàn)和應用,使醫(yī)院的管理比以往任何時候都更加完善和高效,同時病人享受到更加快捷方便和人性化的服務。
  
在技術領域,醫(yī)療儀器設備則開始呈現(xiàn)向便攜性和網絡化發(fā)展的趨勢。可以隨身攜帶的血壓計、血糖儀,可以在家庭或小型社康醫(yī)院中使用的呼吸機、心電監(jiān)護儀必然會有越來越大的市場需求。而網絡化的進一步普及也正在進入醫(yī)療儀器設備領域,通過有線或無線技術,醫(yī)生可以遠程訪問病人的資料;數(shù)字化網絡化的醫(yī)療檢測設備使病人不必再攜帶大量的檢測資料奔波在醫(yī)院的各個科室甚至是遠隔千里的不同醫(yī)院之間,從而節(jié)省了就醫(yī)者的時間和重復檢測的費用;而網絡化的醫(yī)療儀器設備和系統(tǒng)也使遠程醫(yī)療變?yōu)楝F(xiàn)實,身在某些不發(fā)達地區(qū)的重癥患者有可能通過遠程醫(yī)療獲得高水平醫(yī)生的救治而重獲新生。在我國,由于醫(yī)療資源尤其是高端優(yōu)質醫(yī)療資源的缺乏和地區(qū)間分布不均衡引起了廣被詬病的“看病難”問題。醫(yī)療儀器設備網絡化所帶來的這些益處對解決該問題也有著非常現(xiàn)實的意義。

嵌入式系統(tǒng)在醫(yī)療儀器設備

由于醫(yī)療儀器設備固有的自身特點和以上提到的最新發(fā)展趨勢的要求,用于醫(yī)療儀器設備的技術和系統(tǒng)也應該與這些特點和要求相適應。嵌入式系統(tǒng)應用于醫(yī)療儀器設備,符合發(fā)展趨勢帶來的要求和變化。
  
醫(yī)療儀器領域大量醫(yī)療儀器的應用,如心臟起搏器、放射設備及分析監(jiān)護設備,都需要嵌入式系統(tǒng)的支持。各種化驗設備,如肌動電流描記器、離散光度化學分析、分光光度計等,都需要使用高性能的、專用化的DSP系統(tǒng)來提高其精度和速度。引入嵌入式系統(tǒng)后,現(xiàn)有的各種監(jiān)護儀的功能與性能都將得到大幅度的提高。

一般來說,醫(yī)療系統(tǒng)都非常龐大,但我們看到的一個趨勢是便攜式、低成本產品漸漸流行。便攜醫(yī)療產品可分為兩種:一種是手持產品,如用于患者監(jiān)控的產品,像測量脈搏、血壓等的產品,醫(yī)生可以隨身攜帶;另一種則不一定能夠隨身攜帶,但它們是低成本、簡單的設備,一般用于設備較簡單的醫(yī)院。針對便攜化的趨勢,要求醫(yī)療電子設備必須具備體積小、功耗低、價格低和易于使用的特點。
  
在醫(yī)療儀器的設計方面,有三個設計策略非常重要:一是采用模塊化設計方法,采用這種方法可以在基本的平臺上設計出不同型號的產品;二是背板設計方法,每個大系統(tǒng)一般都會有背板,上面可以插很多不同的板,它可以使系統(tǒng)的速度很快;三是便攜產品。由于嵌入式系統(tǒng)具有的特點,上述醫(yī)療儀器設計策略都可以采用嵌入式系統(tǒng)實現(xiàn)。

在醫(yī)療儀器應用中,嵌入式系統(tǒng)的普及率非常高。在設計過程中,根據需要對嵌入式系統(tǒng)重新編程,可避免前端流片(NRE)成本,減少和ASIC相關的訂量,降低芯片多次試制的巨大風險。此外,隨著標準的發(fā)展或者當需求出現(xiàn)變化時,還可以在現(xiàn)場更新。而且,設計人員能夠反復使用公共硬件平臺,在一個基本設計基礎上,建立不同的系統(tǒng),支持各種功能,從而大大降低了生成成本。使產品具有較長的生命周期,可以保護醫(yī)療儀器不會太快過時,醫(yī)療行業(yè)的產品生命周期比較長,因此這一特性非常重要?,F(xiàn)代數(shù)字醫(yī)療儀器設備不但包括診療設備,而且還有數(shù)據存儲服務器和接口軟件。嵌入式系統(tǒng)可為醫(yī)療儀器設備設計、生產和使用提供先進的技術支持。

嵌入式系統(tǒng)在醫(yī)療儀器領域的應用前景

隨著信息技術的發(fā)展,數(shù)字化產品空前繁榮。嵌入式軟件已經成為數(shù)字化產品設計創(chuàng)新和軟件增值的關鍵因素,是未來市場競爭力的重要體現(xiàn)。從醫(yī)療儀器領域來看,除了新的傳感檢測技術不斷運用推廣之外,對所采集信息的分析、存儲和顯示也提出了更高的目標。這就要求現(xiàn)代的醫(yī)療儀器具備更強大的計算和存儲能力以及更穩(wěn)定可靠的性能。另外,醫(yī)療儀器作為一個特殊的行業(yè),又要求設備能夠達到更高級別的環(huán)保要求。如何進一步地智能化、專業(yè)化、小型化,同時做到低功耗、零污染,將會是一個無止境的追求過程,這為嵌入式系統(tǒng)在醫(yī)療儀器提供了更廣闊的天地和更高的要求。



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