Medizinische Geräte spielen eine entscheidende Rolle im Gesundheitswesen. Eine effiziente Entwicklung trägt maßgeblich zu ihrer Leistungsfähigkeit bei und ist für die Sicherheit der Patienten von entscheidender Bedeutung. Wir zeigen, wie das Softwarewerkzeug CANoe den Entwicklungsprozess optimiert.
CANoe vereinfacht die Entwicklung, den Test und die Analyse eingebetteter Systeme und unterstützt Systemarchitekten, Netzwerkdesigner, Entwickler und Testingenieure während des gesamten Entwicklungsprozesses - von der Planung bis zum Test auf Systemebene. Dieses Beispiel skizziert den Einsatz von CANoe im Entwicklungsprozess eines Beatmungsgeräts.
Das System-Under-Test (SUT)
Das Beatmungsgerät interagiert mit zwei Komponenten:
- SpO2 Sensor: Dieser Sensor liefert dem Beatmungsgerät die Vitaldaten des Patienten, einschließlich der Sauerstoffsättigung und der Pulsfrequenz. Die Kommunikation zwischen dem SpO2-Sensor und dem Beatmungsgerät erfolgt über eine serielle Schnittstelle.
- Patientenmonitor: Der Patientenmonitor empfängt Beatmungsparameter und Alarme vom Beatmungsgerät. Diese Updates werden über ein Ethernet-Protokoll übertragen.
Entwicklung in drei Hauptphasen
Die Entwicklung erfolgt in einem Prozess, der die Robustheit und Zuverlässigkeit des Systems gewährleistet und sicherstellt, dass das System den Anforderungen und Vorschriften entspricht:
1. Simulation der Systemumgebung
In der ersten Entwicklungsphase simuliert CANoe sowohl den SpO2-Sensor als auch den Patientenmonitor (Abbildung 02). Durch die Simulation kann überprüft werden, ob das Beatmungsgerät korrekt auf die Eingangssignale vom Sensor reagiert und entsprechende Ausgangssignale an den Patientenmonitor liefert.
2. Software-in-the-Loop (SIL) Tests
Mit dem Quellcode des Beatmungsgerätes werden im CANoe SIL-Tests durchgeführt (Abbildung 03):
- Stimulation: Die auf dem Beatmungsgerät laufende Software wird mit Hilfe der Sensorsimulation stimuliert. Das SIL-Kit, das Bestandteil von CANoe ist, simuliert die serielle Schnittstelle. Die Eingaben des SpO2-Sensors lösen Reaktionen der Beatmungsgerätesoftware aus.
- Ausgangsanalyse: CANoe analysiert die von der Software erzeugten Ausgänge über eine reale Ethernet-Verbindung. Passt das Beatmungsgerät seine Einstellungen korrekt an? Werden Alarme richtig ausgelöst? Alle Abweichungen werden zur weiteren Untersuchung markiert.
- Automatisierte Tests: Systematische und automatisierte Tests stellen sicher, dass die Software alle spezifizierten Anforderungen erfüllt. Das frühzeitige Erkennen von Fehlern reduziert die Entwicklungskosten erheblich und vermeidet spätere Probleme.
3. Hardware-in-the-Loop (HIL) Integration
Nachdem die Software die SIL-Tests bestanden hat, kann sie in die physische Hardware, das eigentliche Beatmungsgerät, integriert werden (Abbildung 04). Beim HIL-Aufbau wird die zuvor simulierte serielle Schnittstelle durch ein HIL-System ersetzt, was mit der realen Hardware-Schnittstelle verbunden wird. Dieser Übergang von SIL zu HIL ermöglicht letzte Überprüfungen und Anpassungen. Die Ingenieure können die Parameter feinabstimmen, das Verhalten in der realen Umgebung validieren und sicherstellen, dass das Beatmungsgerät vor dem Einsatz optimal funktioniert.
Mehr über Vector Medical Engineering Solutions: medical.vector.com
