Entwicklung von Medizinischen Algorithmen für die Kardiologie mit Hilfe Simulink und Modelbasiertes Design
Dr. Antoun Khawaja, GS Elektromedizinische Geräte und KhawajaHealth
Die demographische Entwicklung in den westlichen Industrieländern zeigt, wie wichtig smarte Lösungen für komplexe Aufgaben in der Gesundheitsbranche sind. Herz-Kreislauf Erkrankungen sind schon heute die häufigste Todesursache in Deutschland. Das Elektrokardiogramm (EKG) ist die zentrale Untersuchungsmethode für die Diagnostik und die Überwachung von Patienten mit Herz-Kreislauf-Erkrankungen, Herzrhythmusstörungen, oder chronischer Herzinsuffizienz. Solche Medizingeräte haben oft komplexe Diagnose-Algorithmen, die für bestimmte Hardware maßgeschneidert und nach klassischen Entwicklungsmethoden, manuell und sehr aufwendig, erstellt und getestet sind.
Diese Arbeit zeigt die Entwicklung eines Systems für die Aufnahme, Auswertung und automatische Diagnose verschiedener Arten von EKGs für unterschiedliche kardiologische Untersuchungen und Einsätze, wie konventionelle Ruhe-EKG Diagnose, Langzeit-EKG klinische- oder Heim- Überwachung, Belastungs-EKG Diagnose und Notfall EKG Diagnose. Das System besteht aus einer analogen EKG Front-End Hardware, einem ADC, einem eingebetteten System das mit dem EKG Front-End und der Simulink® Umgebung verbunden ist, und einer Reihe von Diagnose Algorithmen die auf dem eingebetteten System, teilweise in Echtzeit, laufen sollen. Diese fortgeschrittenen Algorithmen sind in Simulink generisch modelliert, simuliert, spezifiziert, IEC-62304-konform entwickelt und kontinuierlich getestet worden. Mit Hilfe von HIL Tests und in Rahmen von Rapid Prototyping wurden diese auch zusammen mit der Hardware getestet. Nach ausführlichen Validierungs- und Verifizierungsschritten, sowohl auf Modell- als auch auf Code Ebene, sind die Algorithmen als Production-Code auf das System final importiert und integriert worden.
Simulink ist eine hervorragende Entwicklungsumgebung für die Modell-basierte Entwicklung von komplexen Medizingeräten. Anstelle klassischer Entwicklungsmethoden eröffnet Simulink den Herstellern neue Wege, womit funktionale Änderungen im System ohne aufwendiges Re-Design schnell und einfach umgesetzt werden können. Mithilfe von Simulation werden Modellierungsfehler und Abweichungen von der Spezifikation sehr frühzeitig im Entwicklungsprozess erkannt. Im Vergleich zur manuellen Programmierung senkt eine automatische Codegenerierung den Entwicklungsaufwand und beschleunigt die Entwicklung und somit die Markteinführung. Darüber hinaus läßt sich Simulink effektiv für IEC-62304-konforme Softwareentwicklung einsetzen.
Aufgezeichnet: 26 Jun 2017
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