《電子技術(shù)應(yīng)用》
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Android應(yīng)用在醫(yī)療電子設(shè)備中的眾多優(yōu)勢

2011-01-13
來源:創(chuàng)e時代
關(guān)鍵詞: Android 醫(yī)療系統(tǒng)

  在過去十年,,特別是在最近幾年,對如何將“重量級”的主流操作系統(tǒng)(OS),,如Windows,、Windows CE和Linux用于醫(yī)療設(shè)備,開發(fā)人員的興趣顯著提升,。推動因素有很多,,如今的醫(yī)療設(shè)備用戶希望醫(yī)療設(shè)備擁有多個高級接口,并且很多開發(fā)人員已經(jīng)有在臺式電腦和服務(wù)器上使用這些操作系統(tǒng)和相關(guān)工具的經(jīng)驗,。就在不久前,,如果想要選擇一款功能豐富的操作系統(tǒng),用于嵌入式醫(yī)療設(shè)備的開發(fā),,那么有兩個典型的選項:微軟Windows CE(有時是桌面Windows本身)或Linux(或其它Unix變體),。


  在二者中,Windows CE的優(yōu)勢在于,,它是一款完全集成的開發(fā)平臺,,從設(shè)備驅(qū)動程序一路到應(yīng)用程序框架。有些開發(fā)人員可能不太喜歡Windows CE,,但Windows CE可以一種快速而簡單且難度最小的方式啟動某個項目,,這一點幾乎很少有人會反駁。CE同樣存在不足之處:使用需要支付版稅,,并且其代碼庫被微軟公司控制,。但值得注意的是,后者也會帶來一些好處,。

  Linux和其它Unix變體具有免費和開放源碼的優(yōu)勢,,但一直以來,若要將它們用于嵌入式設(shè)備(尤其是那些配置有高級用戶接口的設(shè)備),,存在很大障礙,。 Linux操作系統(tǒng)原本設(shè)計用于臺式機/服務(wù)器,且典型分布包含有很多特性(要占用幾兆字節(jié)空間和幾個CPU周期),,但嵌入式系統(tǒng)根本不需要或者極少用到這些特性,。因此,一直以來,,若要在Linux操作系統(tǒng)中啟動某個嵌入式新項目,,需要多名開發(fā)人員花上幾周的時間來創(chuàng)建輕量級(lightweight)軟件映像,帶有所需的功能子集,并且有附加的供嵌入使用的資源,。雖然手動搭建Linux映像可以優(yōu)化事件,,但結(jié)果仍然沒有被完全優(yōu)化—有許多用于臺式機的重要代碼不能被削減,并且它們不能高效地利用存儲器,、CPU和/或功率,。

  因此,在過去,,要么選擇容易上手的專利系統(tǒng)(Windows CE),,或是選擇需要開展大量工作才能啟動的免費和開放的系統(tǒng)(Linux和Linux家族)。

  谷歌的Android操作系統(tǒng)進入嵌入領(lǐng)域的時間相對短一些,。從根本上講,,Android的目的是在Linux操作系統(tǒng)的基礎(chǔ)提供一款功能全面的嵌入式系統(tǒng)框架??偟膩碇v,,Android旨在使Linux /免費軟件像Windows CE一樣即開即用、易于使用,。

  谷歌在2007年11月首次發(fā)布Android,,當時它被定位成一款針對智能手機的操作系統(tǒng)。Android已經(jīng)取得明顯成功:在不到三年的時間里,,Android已經(jīng)成為最流行的智能手機操作系統(tǒng),,全球有一半的智能手機使用Android操作系統(tǒng)。每年有10000萬臺Android手機進入市場,。
 
  開發(fā)人員后來迅速地意識到:除了手機之外,,Android在嵌入式應(yīng)用中也大有用武之地。當前的很多嵌入式設(shè)備和手機具有很多相同的屬性:小尺寸液晶顯示屏/觸摸屏,、豐富的圖形用戶界面,、低功耗處理器、豐富的連接選項(蜂窩,、無線、藍牙,,等),、電池供電、等等,。

  因為要考慮可靠性問題,,在采用新技術(shù)這一塊,醫(yī)療設(shè)備開發(fā)人員一直以來稍稍落后,。在等到新技術(shù)成熟之后,,再將其用于美國FDA監(jiān)管的設(shè)備,這樣做很重要。但是Android操作系統(tǒng)是雜交品種:雖然這項技術(shù)相對較新,,但是Android是以Linux技術(shù)為基礎(chǔ)的,,而經(jīng)過檢驗的Linux技術(shù)已經(jīng)在行業(yè)中為人所熟知。 

Android是什么,?

  Android是一款完整的操作系統(tǒng)和應(yīng)用框架,,設(shè)計用于ARM處理器。

  Android在根本上使用的是Linux,,但為了將其搭建成一款用于快速開發(fā)的完整框架,,谷歌從以下多個方面對其進行了升級和擴展:

  1. Android內(nèi)核支持用于實現(xiàn)更高效電源管理的擴展,并對進程之間的通信進行了修改,。
 
  2. Android用自己的Bionic替換了Glibc庫,。Bionic庫占用的容量小且速度快,并且Bionic庫支持BSD授權(quán)而不是GPL授權(quán),,從而使用戶不需要GPL授權(quán),。 

  3.包括有嵌入應(yīng)用程序需要經(jīng)常用到的多個庫,如WebKit(網(wǎng)頁渲染),、媒體框架,、SQLLite和其它庫。

  4.有一個硬件抽象層,,用于定義硬件驅(qū)動程序所需要的接口,。

關(guān)鍵字:Android 醫(yī)療系統(tǒng) 醫(yī)療軟件 系統(tǒng)軟件


  

 

  5.機器人運行環(huán)境,由Dalvik,,優(yōu)化用于嵌入式應(yīng)用的Java虛擬機和用于應(yīng)用程序開發(fā)的核心Java API組成,。盡管Android的“主導模式”是在Java環(huán)境下開發(fā)應(yīng)用程序,但也可以用C和其它語言來編寫應(yīng)用程序,,然后使用本地開發(fā)工具包將其編譯成本地ARM代碼,。

  6. Android應(yīng)用程序框架,用于實現(xiàn)Java Android應(yīng)用程序的面向?qū)ο蟮臉藴式Y(jié)構(gòu),。

  Android是開源的,,但設(shè)計目標是為了將商業(yè)開發(fā)人員與GPL更好地分隔開。Linux內(nèi)核在GPL之下,,但Android其余大部分的內(nèi)容以更為較寬松的Apache授權(quán)進行發(fā)布,,允許其在專有和開源開發(fā)中使用。簡單來說,,相比標準Linux,,Android讓授權(quán)變得更加簡單和明了。

  谷歌還開發(fā)了一套非開源的應(yīng)用程序,,包括Android Market和GPS套件,。它們主要被用于手機,。

  要不要在我的醫(yī)療設(shè)備中使用Android?

  給醫(yī)療設(shè)備選定操作系統(tǒng),,在很大的程度上和為任何其它設(shè)備選擇操作系統(tǒng)是一樣的:我們選擇我們認為能夠?qū)⑨t(yī)療設(shè)備的價值在其生命周期內(nèi)最大化的操作系統(tǒng),。需要考慮的因素包括:

  •  產(chǎn)品能多快上市?

  • 開發(fā)成本為多少,?

  • 這一選擇將如何影響我們銷售商品的成本,?

  • 授權(quán)費用為多少?

  • 一旦我們的產(chǎn)品推向市場之后,,維持技術(shù)性成本需要多少錢,?

  • 我們對我們的時間/成本估算有多大的信心?

  如果是一個醫(yī)療項目,,則還要包括以下一個額外的問題:

  • 做這個選擇,,是否能得到一款風險能被病人和用戶所接受的設(shè)備?

  眾所周知,,醫(yī)療器械和其它大多數(shù)設(shè)備不同,,因為醫(yī)療器存在重大風險,特別是病人而言,。依據(jù)醫(yī)療設(shè)備對病人的危險程度以及FDA認為合理的監(jiān)管審查力度,,F(xiàn)DA將所有醫(yī)療設(shè)備劃分為三大類。

  I類設(shè)備的風險最小,,包括像壓舌板,、繃帶和基本的手術(shù)器械。 II類設(shè)備具有中等風險,,包括心電圖機,、X光機、血液氣體分析器和輸液泵,。III類設(shè)備的風險最高,,包括植入式除顫器 ,人工心臟瓣膜和植入式小腦刺激器,。

  相比主要針對可靠性而設(shè)計的更小型,、更方便測試的操作系統(tǒng),重量級操作系統(tǒng)(如Android)基本上更容易出現(xiàn)故障,。這倒不是說重量級操作系統(tǒng)必然經(jīng)常出故障,。對于許多設(shè)備而言,每年一次重新啟動來修復軟件鎖定就可以了,。因此,所以,,考慮到重量級操作系統(tǒng)所具有的用戶界面更好,、上市速度更快以及其它優(yōu)點,,偶爾重新啟動帶來的不便可以被原諒。但是,,對于植入式除顫器來說,,每年重新啟動一次可能是不行的。

  依據(jù)通常的經(jīng)驗,,Android和與之類似的操作系統(tǒng)適用于I類和II類設(shè)備,,而III類設(shè)備通常需要使用具有高可靠性的更小型的操作系統(tǒng)。當然,,每臺設(shè)備的情況不同,。不論是開發(fā)何種醫(yī)療設(shè)備,我們都要充分考慮和了解與操作系統(tǒng)相伴隨的風險,。

  一個用于獲得“兩全其美”的方法是將處理任務(wù)分成兩部分:用一個采用高可靠操作系統(tǒng)的處理器來執(zhí)行核心功能,,用一個采用重量級OS的處理器來處理沒那么重要的任務(wù)。輸液泵就是一個例子,,一個采用高可靠性操作系統(tǒng)的處理器在輸液過程中控制電機,,而另一個運行Android的處理器則運行GUI、通信,,等等,。請注意,用到兩個處理器的解決方案并不是一個立竿見影的靈丹妙藥,。需要充分考慮和詳細規(guī)劃,。要確保醫(yī)療設(shè)備的安全性和可測試性。

用戶眾多的優(yōu)勢

  如果你所設(shè)計的嵌入式設(shè)備選擇使用Android,,那么有成千上萬部手機所運行的Android堆棧和你的嵌入式設(shè)備所運行的Android堆棧,,在本質(zhì)是相同的。有大量的用戶在查找Android操作系統(tǒng)的漏洞,,同時有龐大的開發(fā)社區(qū)致力于修復這些漏洞,。盡管Android的可靠性不如輕量級專用操作系統(tǒng),但和從零開始開發(fā)Linux堆棧相比,,Android是一款經(jīng)過徹底調(diào)試的系統(tǒng),。此外,目前有超過10萬款支持Android的應(yīng)用程序,,其中有很多程序可以簡化和加速開發(fā)過程,。這就是說,Android開發(fā)并不是很復雜,,有龐大的開發(fā)人員群支持Android,。

  對于那些對軟件可靠性要求不高,且價格可以支持所需硬件的醫(yī)療設(shè)備,,Android具有很強的競爭力,。它在功能,、資源需求和生產(chǎn)力之間做了很好的平衡,并且具有以規(guī)模龐大且繁榮的Linux產(chǎn)業(yè)鏈為基礎(chǔ)的額外優(yōu)勢,。

 

 

 

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