把握醫(yī)療嵌入式應(yīng)用的新機遇和挑戰(zhàn)

近年來，對醫(yī)療保健的需求以及因此對所有能夠提供護理的設(shè)備的需求呈指數(shù)增長。這對于醫(yī)療器械制造商的股東和這些公司雇用的嵌入式系統(tǒng)開發(fā)人員來說都是好消息。本文的主題就是后一類人所面臨的挑戰(zhàn)和機遇。

公平地說，在這個時候，我們中的許多人都在考慮醫(yī)療系統(tǒng)。尤其是最近，當(dāng)我去看眼科醫(yī)生時，我的意識得到了提高。大多數(shù)人每兩年進行一次視力檢查，但是，由于我已故的父親患有 1 型糖尿病并在多年前患有青光眼，因此更頻繁地檢查我的眼睛似乎是謹慎的做法。這就是為什么我要體驗所有的醫(yī)療電子產(chǎn)品。我豎起了大拇指——不用擔(dān)心我的眼睛——這總是一種解脫，但是，正如我所說，它讓我思考所有帶來的技術(shù)。

醫(yī)療需求增加有兩個相關(guān)的原因。首先，現(xiàn)在可以有效治療的病癥越來越多。在過去，更常見的是被告知您將不得不忍受疾病并遭受痛苦，或者您可能會被告知您將死去。當(dāng)然，所有這些仍然會發(fā)生，但更有可能提供一些治療。第二個因素是大多數(shù)西方國家人口的平均年齡正在上升——我們的壽命越來越長——醫(yī)療需求往往隨著年齡的增長而增加。

從歷史上看，醫(yī)療器械是笨重的機器，必要時病人會被運送到上面。根據(jù)需要，可以在醫(yī)院內(nèi)轉(zhuǎn)動一些機器。這些是唯一的選擇。如今，重點是便攜式儀器。顯然，還是有一些大靜態(tài)機器——手持式核磁共振掃描儀近期不太可能出現(xiàn)！為什么會發(fā)生這種變化？顯而易見的答案是因為我們可以：現(xiàn)代電子產(chǎn)品使便攜式設(shè)備比以往任何時候都更加可行。但這一舉動也受到支配我們生活大部分時間的相同因素的推動：金錢。

醫(yī)療器械設(shè)計的關(guān)鍵驅(qū)動因素是現(xiàn)代醫(yī)療保健的財務(wù)模型。要了解細微差別，需要了解提供醫(yī)療保健的環(huán)境之間的差異：

主動健康——預(yù)防措施，如運動器材（通常不被認為與醫(yī)療保健相關(guān)，但確實如此），以及越來越多的遠程健康監(jiān)測。

家庭護理- (1) 的延伸，其中可能涉及各種形式的干預(yù)和藥物輸送。

住宅護理——療養(yǎng)院等。比醫(yī)院便宜的地方，有一些醫(yī)療技術(shù)熟練的人員。

緊急護理——一家醫(yī)院，可以提供全方位的護理。從歷史上看，這可能是病人被送往的第一個地方，但越來越多的醫(yī)院被保留在其他選擇用盡時。

從廣義上講，在這些情況下，醫(yī)療保健服務(wù)的成本從（1）增加到（4）。因此，對有助于（1）和（2）特別是有助于降低成本的設(shè)備有非常強烈的需求（但在（3）和（4）中提高效率顯然是受歡迎的）。便攜式設(shè)備在技術(shù)上可行的地方都受到強烈青睞。這需要電池操作并且通常需要某種無線網(wǎng)絡(luò)。便攜式無線設(shè)備不僅非常方便，而且已經(jīng)表明在醫(yī)院消除電纜有助于清潔和控制感染。

考慮一個“典型”的醫(yī)療儀器以專注于軟件挑戰(zhàn)是很有趣的。一個可能的示例可能是患者攜帶并監(jiān)測其生命體征的便攜式設(shè)備。它會定期將重要數(shù)據(jù)發(fā)送給他們的醫(yī)生。如果出現(xiàn)問題，它會發(fā)出警報并自動召喚幫助?；颊呖梢噪S時查看自己的讀數(shù)。可以設(shè)想在所有四種醫(yī)療保健環(huán)境中使用這種設(shè)備，其功能略有不同。

設(shè)計中的關(guān)鍵優(yōu)先事項當(dāng)然是便攜性和成本，以及功能性。使用此設(shè)備向軟件開發(fā)人員提出的挑戰(zhàn)/要求非常廣泛：

高效的工具。生成的代碼必須最佳地小且快，并且這些工具應(yīng)該能夠使開發(fā)順利進行。

實時能力。設(shè)備很可能需要具備實時功能。實時操作系統(tǒng)可能很有用，小代碼是優(yōu)先考慮的。

無線網(wǎng)絡(luò)。需要上傳信息的便攜式設(shè)備需要某種形式的無線網(wǎng)絡(luò)。在醫(yī)院中，藍牙等短程技術(shù)可能符合要求。藍牙的低功耗變體也有助于延長電池壽命。在其他情況下，Wi-Fi 可能是最佳選擇，即使它更耗電?？赡苄枰涓C網(wǎng)絡(luò)（4G 或 5G）才能使儀器高度便攜（例如供醫(yī)護人員使用）。

用戶界面。大多數(shù)設(shè)備都有某種形式的圖形用戶界面。醫(yī)療設(shè)備上的 UI 設(shè)計至關(guān)重要，并且很大程度上取決于誰使用它。患者使用的設(shè)備需要一個相當(dāng)簡單明了的用戶界面，并謹慎地避免錯誤。此外，必須考慮到用戶視力受損的可能性。將由醫(yī)療保健專業(yè)人員使用的設(shè)備可能具有更復(fù)雜的 UI，因為它很可能提供更詳細的信息。但是，不能忽視用戶可能會感到壓力或過度疲勞的可能性。

電源管理。電池壽命對于任何便攜式設(shè)備來說都是一個巨大的挑戰(zhàn)。充電需要持續(xù)多長時間取決于設(shè)備的使用模式，但通常目標是醒著一整天（例如 18 小時）。雖然硬件設(shè)計有助于電源管理，但它本質(zhì)上定義了最佳功耗；剩下的就是軟件了。設(shè)計軟件時考慮到功耗是一個很大的課題，但關(guān)鍵因素是：

從設(shè)計過程開始就考慮功率；這不應(yīng)該是事后的想法。

仔細分析設(shè)備的使用案例。小的調(diào)整可以對能源使用產(chǎn)生很大的影響。

使用帶有電源管理框架的 RTOS。操作系統(tǒng)最適合實施電源管理，讓應(yīng)用程序代碼開發(fā)人員專注于他們的工作。

認證。大多數(shù)醫(yī)療設(shè)備需要 FDA 等的認證。這可能是一個昂貴且耗時的過程。需要記住的幾點：

選擇具有在認證醫(yī)療應(yīng)用中使用記錄的 RTOS。

由于認證需要包括操作系統(tǒng)在內(nèi)的整個應(yīng)用程序的源代碼，因此 RTOS 源代碼的可用性和質(zhì)量至關(guān)重要。

認證成本受到代碼大小的顯著影響。具有細粒度可擴展性的小型 RTOS 顯然是一個好處。

如果設(shè)備是使用多核 SoC 實現(xiàn)的，混合關(guān)鍵性設(shè)計策略可能是有益的，因為這導(dǎo)致只需要對安全關(guān)鍵子系統(tǒng)進行認證。

隨著醫(yī)療保健在全世界被視為處于危機之中，嵌入式軟件開發(fā)人員有機會成為“英雄”并真正改變生活。

審核編輯 黃昊宇