發(fā)達(dá)國(guó)家的醫(yī)療保健服務(wù)已經(jīng)超越了以醫(yī)院為中心的模式，以初級(jí)和二級(jí)醫(yī)療為重點(diǎn)而不僅局限于醫(yī)院。這些舉措推動(dòng)了用于醫(yī)院之外、通常由病人自己使用的遠(yuǎn)程醫(yī)療設(shè)備的發(fā)展。

　　對(duì)遠(yuǎn)程醫(yī)療設(shè)備的迫切需求正在推動(dòng)市場(chǎng)增長(zhǎng)。美國(guó)2010年的無(wú)線(xiàn)消費(fèi)醫(yī)療設(shè)備銷(xiāo)售額達(dá)到6億美元，2011年有望達(dá)到13億美元 ，然而與全球醫(yī)療設(shè)備市場(chǎng)每年2000 億美元的銷(xiāo)售額相比仍然微不足道。

　　操作系統(tǒng) - 關(guān)鍵區(qū)分要素

　　操作系統(tǒng)是所有電子醫(yī)療設(shè)備的關(guān)鍵區(qū)分要素，而且制造商也非常明白這一點(diǎn)。事實(shí)上，他們往往在選擇板卡前先選擇操作系統(tǒng)。

　　圖 1 不同行業(yè)中首先選擇操作系統(tǒng)的項(xiàng)目所占比率

　　本文的討論未包括消費(fèi)級(jí)醫(yī)療設(shè)備，例如其發(fā)生故障時(shí)不會(huì)造成嚴(yán)重后果。對(duì)于出現(xiàn)故障時(shí)會(huì)導(dǎo)致嚴(yán)重后果的設(shè)備，可將其操作系統(tǒng)的關(guān)鍵特征歸類(lèi)如下：

　　· 可信性：在規(guī)定的時(shí)間內(nèi)對(duì)事件進(jìn)行及時(shí)正確地響應(yīng)

　　· 連接性：直接或通過(guò)網(wǎng)絡(luò)與不同設(shè)備和系統(tǒng)進(jìn)行通訊

　　· 數(shù)據(jù)完整性和安全性：安全地存儲(chǔ)數(shù)據(jù)并防止未經(jīng)授權(quán)的查閱

　　以上每個(gè)特征都值得深入討論，在此我們只重點(diǎn)介紹其中最重要的一種特征--可信性。

　　圖2 一種簡(jiǎn)單的遠(yuǎn)程病人監(jiān)護(hù)網(wǎng)絡(luò)

　　選擇GPOS 還是RTOS？

　　可信性將可用性和可靠性合二為一?？捎眯砸笙到y(tǒng)能夠及時(shí)響應(yīng)請(qǐng)求的概率，可靠性則表明響應(yīng)的正確率。對(duì)一個(gè)可靠的操作系統(tǒng)的要求是排除使用通用操作系統(tǒng)（GPOS），因?yàn)镚POS不能提供嚴(yán)格的可用性和可靠性的保障。

　　與此相反，實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)（RTOS）本身就是為了保證可用性和可靠性而精心設(shè)計(jì)的。設(shè)計(jì)人員可以信賴(lài)實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)隨時(shí)響應(yīng)需求的可用性和按要求完成任務(wù)的可靠性。因此，可以得出這樣的結(jié)論，即：大部分的醫(yī)療設(shè)備需要實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)。

　　實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)架構(gòu)

　　即使像配藥機(jī)這樣簡(jiǎn)單的設(shè)備也不允許出現(xiàn)故障。假如故障導(dǎo)致數(shù)據(jù)損壞，配藥機(jī)可能改變劑量，最終的嚴(yán)重后果可想而知。既然操作系統(tǒng)架構(gòu)對(duì)系統(tǒng)的可靠性有重要影響，那么首先就應(yīng)對(duì)它進(jìn)行嚴(yán)格評(píng)估。實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)最常見(jiàn)的三種架構(gòu)是實(shí)時(shí)執(zhí)行、宏內(nèi)核和微內(nèi)核。

　　實(shí)時(shí)執(zhí)行架構(gòu)

　　基于實(shí)時(shí)執(zhí)行架構(gòu)，所有的軟件組件包括內(nèi)核、網(wǎng)絡(luò)協(xié)議棧、文件系統(tǒng)、驅(qū)動(dòng)程序和應(yīng)用程序都在同一個(gè)內(nèi)存地址空間內(nèi)運(yùn)行。這種架構(gòu)雖然高效，但它有兩個(gè)明顯缺點(diǎn)。首先，任何模塊內(nèi)的單個(gè)指針錯(cuò)誤都可能損壞內(nèi)核或任何其他模塊所用的內(nèi)存。其次，系統(tǒng)崩潰后不會(huì)留下診斷信息。

　　宏內(nèi)核架構(gòu)

　　有些實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)通過(guò)宏內(nèi)核架構(gòu)（其中的程序可作為內(nèi)存受保護(hù)的進(jìn)程運(yùn)行）解決可能引起整個(gè)系統(tǒng)故障的內(nèi)存錯(cuò)誤。這種架構(gòu)的確能防止用戶(hù)故障代碼損壞內(nèi)核。但是，內(nèi)核組件仍與其他服務(wù)共享相同的地址空間。因此，任何服務(wù)中的單個(gè)編程錯(cuò)誤都可能導(dǎo)致整個(gè)系統(tǒng)崩潰。

　　微內(nèi)核架構(gòu)

　　在微內(nèi)核實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)中，設(shè)備驅(qū)動(dòng)程序、文件系統(tǒng)、網(wǎng)絡(luò)協(xié)議棧和應(yīng)用程序都運(yùn)行在內(nèi)核外部的獨(dú)立地址空間，因此它們不僅與內(nèi)核隔離，而且彼此之間也互不影響。一個(gè)組件出現(xiàn)故障不會(huì)導(dǎo)致整個(gè)系統(tǒng)癱瘓，組件中的內(nèi)存故障不會(huì)影響其他進(jìn)程或內(nèi)核。這樣，操作系統(tǒng)就能自動(dòng)重啟故障組件。

　　圖 3 病人監(jiān)護(hù)系統(tǒng)中的微內(nèi)核操作系統(tǒng)

　　實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)的關(guān)鍵特征

　　在眾多操作系統(tǒng)特征中，除了系統(tǒng)架構(gòu)必須仔細(xì)評(píng)估，其他重要特征包括：

　　· 確保實(shí)時(shí)性

　　· 防止優(yōu)先級(jí)反轉(zhuǎn)

　　· 確?？捎眯?/p>

　　· 監(jiān)視和重啟進(jìn)程

　　確保實(shí)時(shí)性

　　對(duì)所有需要確保實(shí)時(shí)性的系統(tǒng)而言，搶占式內(nèi)核至關(guān)重要。例如，病人摔倒時(shí)觸發(fā)了報(bào)警器應(yīng)能搶占進(jìn)程并發(fā)出警報(bào)。

　　為確保優(yōu)先級(jí)高的進(jìn)程隨時(shí)獲得所需的CPU周期，實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)的內(nèi)核需要進(jìn)行搶占式運(yùn)行，此外內(nèi)核的設(shè)計(jì)必須盡可能簡(jiǎn)單，以保證最長(zhǎng)的不可被搶占代碼路徑有執(zhí)行時(shí)間的上限。只要操作系統(tǒng)的內(nèi)核能將任務(wù)密集的運(yùn)行分配到外部進(jìn)程或線(xiàn)程，并只包括路徑短的服務(wù)就能在操作系統(tǒng)內(nèi)核實(shí)現(xiàn)這種簡(jiǎn)潔性設(shè)計(jì)。