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備的需求呈指數增長。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，當我去看眼科醫(yī)生時，我的意識得到了提高。大多數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)療電子產品。我豎起了大拇指——不用擔心我的眼睛——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。

醫(yī)療需求增加有兩個相關的原因。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。根據需要，可以在醫(yī)院內轉動一些機器。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)代電子產品使便攜式設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)療器械設計的關鍵驅動因素是現(xiàn)代醫(yī)療保健的財務模型。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——預防措施，如運動器材（通常不被認為與醫(yī)療保健相關，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）。便攜式設備在技術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絡。便攜式無線設備不僅非常方便，而且已經表明在醫(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備。它會定期將重要數據發(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。患者可以隨時查看自己的讀數。可以設想在所有四種醫(yī)療保健環(huán)境中使用這種設備，其功能略有不同。

設計中的關鍵優(yōu)先事項當然是便攜性和成本，以及功能性。使用此設備向軟件開發(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，并且這些工具應該能夠使開發(fā)順利進行。

實時能力。設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。

無線網絡。需要上傳信息的便攜式設備需要某種形式的無線網絡。在醫(yī)院中，藍牙等短程技術可能符合要求。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。可能需要蜂窩網絡（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。大多數設備都有某種形式的圖形用戶界面。醫(yī)療設備上的 UI 設計至關重要，并且很大程度上取決于誰使用它。患者使用的設備需要一個相當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)人員使用的設備可能具有更復雜的 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）。雖然硬件設計有助于電源管理，但它本質上定義了最佳功耗；剩下的就是軟件了。設計軟件時考慮到功耗是一個很大的課題，但關鍵因素是：

從設計過程開始就考慮功率；這不應該是事后的想法。

仔細分析設備的使用案例。小的調整可以對能源使用產生很大的影響。

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，讓應用程序代碼開發(fā)人員專注于他們的工作。

認證。大多數醫(yī)療設備需要 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)療應用中使用記錄的 RTOS。

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

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。

如果設備是使用多核 SoC 實現(xiàn)的，混合關鍵性設計策略可能是有益的，因為這導致只需要對安全關鍵子系統(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