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醫療儀器設備醫療器械診斷治療看護嵌入式控制顯示屏

  醫療儀器設備醫療器械診斷治療看護嵌入式控制顯示屏
  1、嵌入式系統簡介隨著科學技術的發展,越來越多的醫療儀器需要進行高速的數據采集、分析與處理。心電圖、腦電圖等生理參數檢測設備,各類型的監護儀器、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醫療儀器都開始在各醫院廣泛使用。

  1.1、嵌入式系統的定義及系統組成嵌入式系統是指以應用為核心,計算機為基礎,軟硬件可裁減,適應于應用系統對功能、可靠性、成本、體積和功耗等嚴格要求的專用計算機系統。嵌入式系統是計算機技術、通信技術、半導體技術、微電子技術、語音圖像數據傳輸技術,甚至傳感器等先進技術和具體應用對象相結合后的更新換代產品,反映當代最新技術的先進水平。它是微處理器、大規模集成電路、軟件技術和各種具體的行業應用技術相結合的結果,其中各種軟件技術占了嵌入式系統80%的工作量。嵌入式系統不同于一般PC機上的應用系統,即使是針對不同的具體應用而設計的嵌入式系統之間的差別也很大。嵌入式系統一般功能單一、簡單,且在兼容性方面要求不高,但是在大小、成本方面限制較多??梢哉f,嵌入式系統是不可壟斷、需要不斷創新的技術。通常嵌入式系統有以下及部分組成:如圖1所示圖1所示嵌入式系統組成
  1.2嵌入式系統的特點以及分類:
  1.2.1嵌入式系統的特點:(1)、嵌入式系統的特點是面向特定應用。嵌入式CPU與通用型最大的不同就是嵌入式CPU大多工作在特定用戶群設計的系統中。它具有低功耗、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,從而有利于嵌入式設計趨于小型化,移動能力大大增強。
  (2)、嵌入式系統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更高的性能,這樣才能在具體應用中選擇處理器時更具有競爭力。(3)、實時操作系統的支持。能夠保證程序執行的實時性與可靠性,從而減少開發時間,保障軟件質量。
  (4)、嵌入式系統與具體應用相結合,其升級與換代也和具體應用同步進行。因此,嵌入式系統產品有較長的生命周期。
  (5)、嵌入式系統的軟件都固化在存儲芯片或單片機中,而不是存儲在磁盤等載體中,所以能提高程序的執行速度與可靠性。
  (6)、嵌入式系統需要專用開發工具的支持。其必須具有專門的開發工具與開發環境才能進行開發。一般基于通用的計算機設備、邏輯分析儀和信號示波器等。
  (7)、可擴展的處理器結構,以便最迅速地開發出滿足應用的最高性能的嵌入式微處理器;
  1.2.2嵌入式系統的分類嵌入式系統一般指非PC系統,它包括硬件和軟件兩部分。硬件包括處理器/微處理器、存儲器以及外設器件和I/O端口、圖形控制器等。軟件部分包括操作系統(OS)和應用程序編程。又是設計人員把這兩種軟件組合在一起。應用程序控制著系統的運行和行為;而操作系統控制著應用程序編程與硬件的交互作用。嵌入式系統通??砂磮D
  2、嵌入式系統的分類嵌入式系統在醫療儀器設備中的應用:
  2.1醫療儀器設備的最新發展趨勢近期,德國、澳大利亞都分別明確表示要在兒童醫療和全民醫療領域加大投入。而我國和墨西哥這樣的發展中人口大國也將繼續其備受世人矚目的醫療改革。今天,越來越多的高科技手段開始運用到醫療儀器的設計中。心電圖、腦電圖等生理參數檢測設備,各類型的監護儀器、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院廣泛使用。遠程醫療、HIS、病人呼叫中心、數字化醫院等先進理念的出現和應用,使醫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,醫療儀器設備則開始呈現向便攜性和網絡化發展的趨勢??梢噪S身攜帶的血壓計、血糖儀,可以在家庭或小型社康醫院中使用的呼吸機、心電監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療儀器設備領域,通過有線或無線技術,醫生可以遠程訪問病人的資料;數字化網絡化的醫療檢測設備使病人不必再攜帶大量的檢測資料奔波在醫院的各個科室甚至是遠隔千里的不同醫院之間,從而節省了就醫者的時間和重復檢測的費用。
  2.2嵌入式系統在醫療儀器設備中的應用由于醫療儀器設備固有的自身特點和以上提到的最新發展趨勢的要求,用于醫療儀器設備的技術和系統也應該與這些特點和要求相適應。嵌入式系統應用于醫療儀器設備,符合發展趨勢帶來的要求和變化。醫療儀器領域大量醫療儀器的應用,如心臟起搏器、放射設備及分析監護設備,都需要嵌入式系統的支持。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系統來提高其精度和速度。引入嵌入式系統后,現有的各種監護儀的功能與性能都將得到大幅度的提高。在醫療儀器的設計方面,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,每個大系統一般都會有背板,上面可以插很多不同的板,它可以使系統的速度很快;三是便攜產品。由于嵌入式系統具有的特點,上述醫療儀器設計策略都可以采用嵌入式系統實現。在醫療儀器的設計過程中,根據需要對嵌入式系統重新編程,可避免前端流片成本,減少相關訂量,降低芯片多次試制的巨大風險。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,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,可以保護醫療儀器不會太快過時,使醫療行業的產品生命周期增長。嵌入式系統還可為醫療儀器設備設計、生產和使用提供先進的技術支持。
  3.嵌入式系統在在醫療儀器中具體應用實例一般來說,醫療系統都非常龐大,但我們看到的一個趨勢是便攜式、低成本產品漸漸流行。便攜醫療產品可分為兩種:一種是手持產品,如用于患者監控的產品,像測量脈搏、血壓等的產品,醫生可以隨身攜帶;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院。醫療保健行業取得很多進步都與嵌入式系統有關,醫院里很多方面用到嵌入式系統。包括各種檢驗設備,如X線機的控制部件、EEG和ECG、CT、超聲波檢測、核磁共振等設備,以及其他用于診斷檢查的設備。如結腸鏡和內窺鏡等?,F在基于計算機的EEG和ECG設備也投入使用,它們屬于另一類型的嵌入式系統。此類系統使用了計算機的附加卡采集ECG信號并進行處理;計算機監視器用于顯示,計算機的外存儲設備用來存儲ECG記錄。這些計算機附加卡包括處理信號的處理器和相關電路。這些卡插在計算機主板的基于EISA或PCI體系插槽中。除此以外,嵌入式醫療設備和保健設備也在不斷地發展,如家用心電監測設備,隨著醫用傳感器技術的發展,用于家庭遠程診斷的嵌入式設備將不斷地被開發出來。多參數監護儀是一種用來對人體的重要生命體征參數(如心電信號、心率、血氧飽和度、血壓、呼吸頻率和體溫等)進行實時、自動、長時間、連續監測,并經分析處理后實現多類別的自動報警、記錄的監護儀器。作為現今醫學臨床診斷必不可少的醫療儀器,已廣泛使用于各個臨床科室?,F今,隨著計算機技術、信息技術、電子技術等高科技的迅速發展和醫學臨床診斷與治療需求的不斷提高,除了新的傳感檢測技術不斷運用之外,對所采集信息的分析、存儲和顯示也提出了更高的要求。ARBOR以自身涵蓋硬件和軟件的嵌入式技術,針對醫療儀器對數據計算和存儲能力、系統高可靠和穩定的性能、更高級別的環保需求以及適應各種惡劣環境的能力等諸多苛刻要求,以寬溫級(-40℃~80℃)、功能強大、高可靠性、低功耗和長壽命等突出優勢。我們以多參數監護儀為例,分析嵌入式智能平臺在醫療儀器行業中的應用。多參數監護儀的工作原理,是通過信號檢測與預處理模塊將人體生物信號轉換成電信號,并進行干擾抑制、信號濾波和放大等前置處理。然后,通過中央處理模塊對數據采樣、量化,并對各參數進行計算分析,結果與設定閾值比較,進行監督報警,將結果數據實時顯示并存儲。其中,中央處理模塊是系統的核心部分,它接受來自功能模塊的數據參數,并對參數進行分析和存儲,控制輸出同時協調、檢測整機各部分的工作,啟動報警和打印記錄等。系統一般由多臺監護儀(PM)和一臺中央護士工作站(CNS)組成,監護儀采用全功能嵌入式工業主板為核心操作平臺。通過多種檢測模塊采集人體基本參數(心電、呼吸、血壓、血氧體溫等,可根據臨床需要選擇監護項目),經放大、濾波、傳輸、CPU進行信號處理,然后將檢測結果顯示、存儲、打印,并連入中央監護系統網。多個參數的監測、記錄等均由主控部分控制。該主板不到手掌大小,其板上集成了超低功耗的NSGX300MHzCPU處理芯片、SDRAM、CRT/LCD控制、10/100Mbps網絡接口、CompactFlash、IDE、FDD、兩串一并、2個USB、1個115KbpsIrDA紅外接口、1~255s可編程看門狗定時器、PS2鍵盤和鼠標,支持目前國內醫療行業最通用的PC/104接口,通過該接口擴展的用戶板完成包括血壓、血氧、體溫、呼吸等一系列傳感探測器的信號采集,進行實時處理,最后結果可經由多種形式輸出。該平臺具有C&TM69000LCD/CRT視頻加速器,支持高精度LCD和VGA2種模式同步顯示,在板視頻最大分辨率可達1024×768,徹底解決了其他同類產品在DOS環境下圖形顯示速度太慢的缺陷。支持通用的熱敏打印接口,并可通過標準485接口與CNS相互通訊。在平臺操作系統選擇方面,給予客戶更多的自由度,打破了傳統多參數儀只能在DOS操作系統下開發的局限,提供了更加靈活廣泛的應用模式。圖3.多參數監護儀分解圖
  4.嵌入式系統在醫療儀器領域中的應用前景隨著信息技術的發展,數字化產品空前繁榮。嵌入式軟件已經成為數字化產品設計創新和軟件增值的關鍵因素,是未來市場競爭力的重要體現。從醫療儀器領域來看,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。這就要求現代的醫療儀器具備更強大的計算和存儲能力以及更穩定可靠的性能。另外,醫療儀器作為一個特殊的行業,又要求設備能夠達到更高級別的環保要求。如何進一步地智能化、專業化、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,這為嵌入式系統在醫療儀器中的應用提供了更廣闊的天地和更高的要求。能使嵌入式系統在醫療儀器中的應用事半功倍。

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