嵌入式Linux操作系統(tǒng)在數(shù)字化醫(yī)療設(shè)備中的實踐研究

王楠

（西安高新科技職業(yè)學(xué)院，陜西 西安 710021）

時代在持續(xù)發(fā)展，人們對醫(yī)療服務(wù)的要求不僅是單純的臨床救治。現(xiàn)如今，醫(yī)療行業(yè)還發(fā)展出了醫(yī)療預(yù)防、醫(yī)療急救、醫(yī)療康復(fù)等多方面的醫(yī)療服務(wù)，實現(xiàn)了多元化、多層次的醫(yī)療體系。這些轉(zhuǎn)變使得醫(yī)療行業(yè)的從業(yè)人員對醫(yī)療設(shè)備的要求不斷提高。而嵌入式技術(shù)已經(jīng)在國防軍事、電子行業(yè)、網(wǎng)絡(luò)通信以及醫(yī)療設(shè)備等行業(yè)都得到了廣泛的應(yīng)用。嵌入系統(tǒng)和醫(yī)療設(shè)備相結(jié)合，提高了醫(yī)療服務(wù)的準確性。在中國人們對先進醫(yī)療器械的需求是巨大的。所以，著重研究和開發(fā)出先進的新型醫(yī)療設(shè)備是相關(guān)工作人員的任務(wù)重點。

1 嵌入式系統(tǒng)和嵌入式操作系統(tǒng)

嵌入式系統(tǒng)的載體是電腦應(yīng)用。所以其技術(shù)支撐是計算機技術(shù)。嵌入式系統(tǒng)對系統(tǒng)運行的穩(wěn)定性有極高的要求，并且技術(shù)人員在設(shè)計應(yīng)用軟件的時候，還必須考慮系統(tǒng)的能耗以及成本問題。在醫(yī)療設(shè)備行業(yè)中，高端設(shè)備領(lǐng)域存在著很多的機遇和挑戰(zhàn)。在嵌入式系統(tǒng)的領(lǐng)域中還需要更多的技術(shù)人員不斷探索和創(chuàng)造。

在日常生活中，凡是現(xiàn)代化電子器械一般都有嵌入式系統(tǒng)的存在。而嵌入式系統(tǒng)也有簡單型嵌入和復(fù)雜型嵌入的區(qū)分。簡單型嵌入不需要有操作系統(tǒng)的支持，而要維持嵌入式系統(tǒng)運行只需要寫入一個循環(huán)控制的程序進行處理外部信息就可以了。這種嵌入方式也往往出現(xiàn)在簡單的醫(yī)療器械中，因為簡單的醫(yī)療器械對嵌入系統(tǒng)的要求并不是很高，所以一些簡單的無操作系統(tǒng)的嵌入方式就可以滿足這些醫(yī)療器械的需要。復(fù)雜型嵌入則必須具備科學(xué)可行的操作系統(tǒng)，否則，嵌入的系統(tǒng)就無法運行，造成精力和資源上的浪費?，F(xiàn)如今，人們都要求醫(yī)療器械功能的多元化。面對越來越復(fù)雜的醫(yī)療設(shè)備，簡單型嵌入系統(tǒng)已經(jīng)無法滿足人們的需求。時代也在不斷發(fā)展，網(wǎng)絡(luò)是時代的寵兒，不斷在人們的生活中普及。所以，具備聯(lián)網(wǎng)功能也是現(xiàn)代醫(yī)療器械所必不可少的功能之一。在醫(yī)療行業(yè)對系統(tǒng)的要求提高的前提下，工作人員還采用循環(huán)控制的方式嵌入復(fù)雜的系統(tǒng)，則會導(dǎo)致應(yīng)用軟件的復(fù)雜程度放大，進而影響其穩(wěn)定性和安全性。而若引入操作系統(tǒng)，工作人員把時間精力都投入軟件的應(yīng)用，就保證了系統(tǒng)的穩(wěn)定性和安全性。

工作人員要進行嵌入式操作系統(tǒng)的產(chǎn)品開發(fā)，首要任務(wù)就是選擇系統(tǒng)原型。能夠滿足要求是硬性條件，性價比又是產(chǎn)品開發(fā)人員首要考慮的因素。所以，一個源代碼免費開放并且性能穩(wěn)定，技術(shù)先進的操作系統(tǒng)在現(xiàn)如今的市場環(huán)境中可以說是相當(dāng)完美的。綜合權(quán)衡下，嵌入式Linux操作系統(tǒng)成為現(xiàn)如今醫(yī)療設(shè)備在進行嵌入式系統(tǒng)應(yīng)用開發(fā)的首要選擇。

2 嵌入式Linux操作系統(tǒng)的優(yōu)勢

2.1 開放內(nèi)核源代碼

GPL是嵌入式Linux操作系統(tǒng)所必須要遵循的原則，其用法律保障了客戶可以免費使用嵌入式Linux操作系統(tǒng)以及對其修改的權(quán)利。在醫(yī)療設(shè)備的行業(yè)中，不同的應(yīng)用產(chǎn)品需要嵌入式系統(tǒng)進行不同程度的改造，以保證該應(yīng)用產(chǎn)品的需求得到滿足。由于嵌入式Linux操作系統(tǒng)的源代碼免費開放，技術(shù)人員可以根據(jù)應(yīng)用產(chǎn)品的需求針對性地對系統(tǒng)內(nèi)核進行改造。嵌入式Linux操作系統(tǒng)的靈活性也方便了技術(shù)人員對嵌入式操作系統(tǒng)進行特殊化的改造。

2.2 強大的網(wǎng)絡(luò)支持

互聯(lián)網(wǎng)是時代的寵兒，所以醫(yī)療設(shè)備行業(yè)要想得到發(fā)展，將醫(yī)療設(shè)備與互聯(lián)網(wǎng)相結(jié)合是未來發(fā)展的必然趨勢。技術(shù)人員把醫(yī)療設(shè)備和互聯(lián)網(wǎng)相結(jié)合實現(xiàn)了遠程觀察、遠程診斷、遠程監(jiān)護，甚至遠程治療。在網(wǎng)絡(luò)上，只要雙方愿意，技術(shù)就可以互通。在醫(yī)療技術(shù)不發(fā)達的地區(qū)可以在網(wǎng)絡(luò)上接受醫(yī)療技術(shù)發(fā)達地區(qū)的技術(shù)共享，以此提高醫(yī)療服務(wù)的水平?，F(xiàn)如今有許多高水平的數(shù)字化醫(yī)療設(shè)備實現(xiàn)了醫(yī)療設(shè)備與互聯(lián)網(wǎng)的互聯(lián)。但是，也有許多的醫(yī)療設(shè)備達不成與互聯(lián)網(wǎng)互聯(lián)的條件。網(wǎng)絡(luò)連接或許可以將自我診斷、自我監(jiān)控、自我醫(yī)療的醫(yī)療服務(wù)模式成為現(xiàn)實。

3 嵌入式Linux系統(tǒng)在醫(yī)療設(shè)備中的應(yīng)用實例

嵌入式Linux操作系統(tǒng)在遠程醫(yī)療領(lǐng)域中的應(yīng)用在于遠程醫(yī)療監(jiān)護體系的主要服務(wù)器端口以及監(jiān)護病人的終端設(shè)備之中。在醫(yī)療過程當(dāng)中，每個監(jiān)護患者的終端設(shè)備必然由位于醫(yī)院中心的服務(wù)器端口進行控制和調(diào)節(jié)。而監(jiān)護端口則實時向中央服務(wù)端口發(fā)送患者的生命體征，用于專業(yè)醫(yī)療人員進行專業(yè)的醫(yī)療分析，并且對患者的情況想好針對的策略。而監(jiān)護病人的端口要將收集的信息進行傳遞則必須通過各種途徑，其中最常見的就是通訊信道，比如，光纖、局域網(wǎng)等。

嵌入式Linux系統(tǒng)的醫(yī)療軟件設(shè)計會在很多不同的平臺中進行實驗，其中最普遍被使用的就是Hm701ESP嵌入式系統(tǒng)實驗平臺。Hm701ESP嵌入式系統(tǒng)實驗平臺還沒有一個蘋果大，但是，其卻具備了很完備的功能，比如，系統(tǒng)存儲器、顯示系統(tǒng)、工業(yè)級動態(tài)存儲器以及固態(tài)存儲器等。更加令人驚喜的是其具備波特率為921.6Kps的全功能串口。

專業(yè)的技術(shù)人員進行嵌入式Linux操作系統(tǒng)的醫(yī)療軟件開發(fā)時，為了使得最終的醫(yī)療設(shè)備能夠投入使用并且可以很好地幫助醫(yī)院以及患者，他們可以把自己的設(shè)計任務(wù)進行切割，根據(jù)實際情況進行隨時的調(diào)整，甚至可以多線程并行執(zhí)行，如此大大增強了嵌入式Linux操作系統(tǒng)的穩(wěn)定性，保障了醫(yī)療的穩(wěn)定進行，以及患者的生命安全。其次，嵌入式操作系統(tǒng)必須要對接收的任務(wù)進行優(yōu)先級的排序。優(yōu)先級別高的任務(wù)就應(yīng)該最先受到處理。而如何判斷優(yōu)先級的高低的解決方案是讓嵌入式Linux操作系統(tǒng)通過其重要程度以及實時性要求是否嚴格進行判斷。在嵌入式Linux操作系統(tǒng)的運行中，每個任務(wù)的優(yōu)先級都是固定的，一旦由嵌入式Linux操作系統(tǒng)進行判斷并且分類后就不再改變。首先，優(yōu)先級最高的任務(wù)是系統(tǒng)的監(jiān)視。其次，是鍵盤的掃描以及LGD顯示，接下來是數(shù)據(jù)的接收、數(shù)據(jù)的發(fā)送，還有數(shù)據(jù)的預(yù)處理等等。接下來的預(yù)警任務(wù)、報警任務(wù)以維持通信相對于前幾個任務(wù)而言對于嵌入式Linux操作系統(tǒng)的重要性以及實時性的要求就沒那么高。而系統(tǒng)監(jiān)視任務(wù)主要是監(jiān)視嵌入式Linux操作系統(tǒng)是否可以正常穩(wěn)定工作，當(dāng)嵌入式Linux操作系統(tǒng)無法正常穩(wěn)定地工作時，系統(tǒng)監(jiān)視任務(wù)便可以及時向中央服務(wù)端口的計算機傳遞信息，并及時將嵌入式Linux操作系統(tǒng)發(fā)生的錯誤進行修正，使得出錯的嵌入式Linux操作系統(tǒng)重新正常工作。

4 嵌入式Linux操作系統(tǒng)的實時性

但是，值得強調(diào)的一點是嵌入式Linux操作系統(tǒng)一開始并不是專門以嵌入式系統(tǒng)設(shè)計的操作程序，所以嵌入式Linux操作系統(tǒng)在發(fā)展初期存在各式各樣的問題，其中就包含實時性不強的問題。但是，隨著技術(shù)發(fā)展，硬件水平也隨之得到提高，系統(tǒng)的內(nèi)存容量增大，很好地解決了嵌入式Linux操作系統(tǒng)實時性不強的問題。

具備實時性其實并不是一個通用操作系統(tǒng)要具備的性能，嵌入式Linux操作系統(tǒng)甚至也不需要實時性。但是，在醫(yī)療設(shè)備行業(yè)中，要想實現(xiàn)醫(yī)療設(shè)備的數(shù)字化，在某些特定場合，數(shù)字化的醫(yī)療設(shè)備要發(fā)揮作用就必須具備良好的實時性能。當(dāng)對重癥患者進行心電監(jiān)護時，數(shù)字化醫(yī)療設(shè)備的實時性就至關(guān)重要。為了保證醫(yī)療患者的安全，技術(shù)人員需要保證系統(tǒng)可以對重癥患者心電的異常情況及時做出反應(yīng)，并且可以及時傳遞信息。此時，醫(yī)療器械行業(yè)的從業(yè)人員就必須提高對嵌入式Linux操作系統(tǒng)實時性的要求。嵌入式Linux操作系統(tǒng)作為本身源代碼免費開放的操作系統(tǒng)，有數(shù)不勝數(shù)的程序員對其進行了程序的完善，甚至為其附加了更多的功能，使得嵌入式Linux操作系統(tǒng)更加高效。更加重要的是推進嵌入式Linux操作系統(tǒng)發(fā)展的不是商業(yè)和資本，取而代之的是網(wǎng)絡(luò)愛好者的愛好和興趣。在網(wǎng)絡(luò)上，愛好者為了嵌入式Linux操作系統(tǒng)的發(fā)展投入了大量的時間和精力，也提供了一般系統(tǒng)運行錯誤時的解決方法。

5 結(jié)語

國內(nèi)的制造企業(yè)所生產(chǎn)出來的高水平醫(yī)療設(shè)備達不到人們的要求。所以技術(shù)人員應(yīng)當(dāng)積極利用嵌入式Linux操作系統(tǒng)開發(fā)具備自主知識產(chǎn)權(quán)的先進高水平的醫(yī)療設(shè)備。技術(shù)人員要懷著“雄關(guān)漫道真如鐵”的決心在高水平醫(yī)療設(shè)備的研發(fā)領(lǐng)域里不斷探索和創(chuàng)造。