Stethoscope on computer keyboard

(Bild: Mouser/Wind River)

Medical Imaging bezeichnet die medizinische Bildgebung, die in der Medizin und insbesondere in der Diagnostik Bilddaten von Organen und Strukturen liefert. Derzeit ist dieses Feld der Medizin mit sehr hoher Dynamik für Forschung und Entwicklung verbunden. Durchbrüche und Fortschritte bei den Verfahren hinter der Computertomographie (CT) und Magnetresonanz-Imaging (MRI), wie etwa Positronen-Emissions-Tomographie (PET) und offene MRT-Scanner, sind ein Indiz dafür, dass sich hier neuartige und innovative Anwendungsbereiche ergeben.

Funktionsweise der Titanium-Control-Software

Funktionsweise der Titanium-Control-Software Mouser/Wind River

So gelang es Forschern am National Institute of Allergy and Infectious Diseases (NIAID) mithilfe von PET-Scans, basierend auf Biomarkern, die Wirksamkeit von Tuberkulose-Behandlungsmethoden auszuwerten. CBCT-Scanner liefern hochpräzise 3D-Bilder von Knochen und U-Form-MRT-Scanner vermitteln Ärzten nun ein klareres Bild darüber, wie sich ein Körper in sitzender oder in ausgestreckter Position verhält.

Diese Innovationen bedeuten aber auch enormes Datenaufkommen. Damit Ärzte diese Daten für die Diagnostik verwenden können, muss ein System sie zuerst verarbeiten. Die Geschwindigkeit, mit der ein System diese Daten aufbereitet, spielt eine zunehmend größere Rolle und könnte ausschlaggebend sein für eine großflächige Anwendung moderner Imaging-Lösungen.

Es ist aber sicher nicht im Sinne des Erfinders, vom Einsatz eines leistungsstarken Tools abzusehen, nur weil nicht ausreichend Kapazitäten zur Datenverarbeitung bereitstehen. Aus diesem Grund verfolgen immer mehr Healthcare-Einrichtungen einen anderen Ansatz, um dieser Herausforderung zu begegnen.

Wie On-Premises-Infrastruktur den Medizin-Sektor verändern kann, lesen Sie auf der nächsten Seite.

On-Premises-Infrastruktur

In Organisationen entstehen so vermehrt große Datenmenge, die es zu verarbeiten gilt. Um diese zu bewältigen, setzen die medizinischen Einrichtungen zunehmend auf On-Premises-Cloudlösungen, wobei es sich meist um Vor-Ort-Server zur Verwaltung von Cloud-Services handelt. Damit verlagert sich die Rechenkapazität von einem zentralen Rechenzentrum in Richtung Netzwerkrand und somit näher zum Anwender.

On-Premise-Cloudlösungen verlagern Rechenleistung vom Zentrum an die Ränder des Netzwerks. So ist eine schnellere Datenverarbeitung möglich.

On-Premise-Cloudlösungen verlagern Rechenleistung vom Zentrum an die Ränder des Netzwerks. So ist eine schnellere Datenverarbeitung möglich. Mouser/Wind River

Das birgt zahlreiche Vorteile für den Healthcare-Sektor. Verteilte und kundenspezifische Lösungen wären so innerhalb einer einzigen Plattform vereint. In einer Pflegeeinrichtung etwa ließen sich dadurch Tausende von Geräten zusammenfassen. Zudem würde es den Datenaustausch vereinfachen und die Wartung effizienter machen. Zusätzlich bietet die Speicherung von Patientendaten in einer lokalen Cloud mehr Datensicherheit und Schutz vor Cyberangriffen. Darüber hinaus vereinfacht die Verlagerung auf eine Einzelplattform die Echtzeit-Aggregation medizinischer Daten. Untersuchungsergebnisse lassen sich so leichter analysieren, Entscheidungen über die weitere Behandlung schneller treffen und die Reaktionszeiten verkürzen. Auf Basis skalierbarer Performance kann die Lösung bedarfsgerecht wachsen, sobald mehr Kapazitäten für die Datenverarbeitung erforderlich sind, und erlaubt zudem den breiteren Einsatz moderner Medical-Imaging-Technologien.

On-Premises-Lösungen finden sich nicht nur in der Medizintechnik, sondern auch in vielen anderen Bereichen. Wenn Unternehmen zu Industrie-4.0-Lösungen im Produktionsbereich übergehen oder andere kritische Services verwaltet werden müssen, hält das Internet der Dinge umfassende Lösungsansätze bereit. Neben zahlreichen Vorteilen bringt dies aber auch spezielle Herausforderungen mit sich.

Die Verwaltung dieser Systeme erfolgt zentral, jedoch in einer vernetzten Umgebung, die nicht immer eine Ideallösung darstellt. Sie müssen vermehrt mit komplexeren, verteilten IT-Systemen integriert werden, welche Wartung und Updates festsetzen, Diagnose ausführen und erforderliche Standzeiten planen können.

Diese Funktionalität wirft das Thema Cyber-Security auf. Solche Systeme müssen Security-Technologien wie Anti-Malware-Funktionen, Firewalls und Network-Level-Authentication unterstützen. In der Medizintechnik müssen die Systeme zudem den aktuellen Cyber-Security-Richtlinien der FDA sowie anderer relevanter Behörden entsprechen. Auch die Zuverlässigkeit wird zu einem kritischen Faktor, da die Konsolidierung keinen Single-Point-of-Failure (SPOF) zur Folge haben darf; Systeme müssen oftmals Verfügbarkeitsklasse 6 (99,9999%) aufweisen und umfassend gegen Datenverlust geschützt sein.

Damit solche Systeme bedarfsgerecht wachsen und reifen können, gilt es, schon in der Entwurfsphase das Augenmerk auf Performance und Skalierbarkeit zu richten. Die Netzwerk-Latenz muss möglichst gering sein, um die deterministische Echtzeit-Kommunikation über Standard-Netzwerkprotokolle wie Ethernet zu gewährleisten. Damit Hersteller all diese Anforderungen in einem wettbewerbsfähigen Kostenrahmen umsetzen zu können, müssen sie offene Standards und Ökosysteme nutzen, die Erweiterungen erlauben, ohne dabei zusätzlichen Bedrohungen Tür und Tor zu öffnen.

Eine mögliche, praktikable Umsetzung finden Sie auf der folgenden Seite.

Virtualisierung

Vorteile der Echtzeit-Virtualisierung

Vorteile der Echtzeit-Virtualisierung Mouser/Wind River

Um eine On-Premises-Cloud-Infrastruktur für kritische Services umzusetzen, greifen Unternehmen auch für medizinische Applikationen vermehrt auf Virtualisierung zurück. Open-Source-Software wie Openstack zum Erstellen öffentlicher und privater Clouds in IT-Umgebungen bildet zusammen mit dem Kernel-based-Virtual-Machine-Hypervisor, einer Virtualisierungsinfrastruktur für das Linux-OS, eine solide Grundlage für eine On-Premises-Cloud-Infrastruktur. Da diese Technologien ursprünglich für die IT-Industrie entstanden, erfordert ihr Einsatz in kritischen Systemen zusätzlichen Aufwand.

Die Lösung von Wind River „Titanium Control“ verwendet diese Open-Source-Technologien sowie die Beschleunigung auf Datenebene (Data Plane Acceleration) und VM-Management-Services. Damit eignet sie sich für den Einsatz in kritischen Infrastrukturen wie etwa Fertigung und Healthcare.

Eine Virtualisierung birgt diverse Vorteile. So lassen sich neue Systeme gemeinsam mit Altsystemen einsetzen. Dazu wird eine virtuelle Umgebung bereitgestellt, die die bestehende Umgebung auf einer Managed-Plattform präzise nachbildet. In der Praxis lässt sich damit jedes Altsystem in eine On-Premises-Cloud-Infrastruktur migrieren, kann jedoch so weiterlaufen, als wäre es nach wie vor ein kundenspezifisches System. Unternehmen können sich so die Vorteile einer neuen Plattform mit Security, Zuverlässigkeit und Performance zunutze machen. Darüber hinaus haben sie die Möglichkeit, bestehende Applikationen schnell zu portieren. Damit ist eine skalierbare Performance gegeben, welche alle Bestandsfunktionen unterstützt und gleichzeitig die zuverlässige Erweiterung der Funktionalität gewährleistet.

Der große Vorteil der Virtualisierung liegt darin, dass weder die Systeme noch deren Funktionen mit anderen Systemen/Funktionen auf derselben physikalischen Plattform interagieren müssen oder von diesen beeinflusst werden. Sie laufen auf einer virtuellen Maschine (VM), aber dennoch auf derselben Plattform, sodass Interaktionen einfacher umzusetzen sind. Jede Funktion läuft auf einer virtuellen Maschine, doch die Titanium-Control-Plattform unterstützt die echtzeitnahe VM-VM-Kommunikation von der Netzwerkschnittstellenkarte zu den VMs. Darüber hinaus ermöglicht Titanium-Control die automatische Fehlererkennung innerhalb einer VM mit einer 60-mal schnelleren Recovery als bei einer Enterprise-Linux-Implementierung. Dies sind die Vorzüge einer Plattform, die für kritische Infrastrukturen entwickelt wurde.

Fazit

Die Grundvoraussetzung für den Einsatz von Medical Imaging in der Diagnostik ist eine skalierbare Performance. Eine Plattform wie Titanium Control auf der Intel-Xeon-Scalable-Plattform kann zu einer Verbesserung der radiologischen Befundung beitragen, da das erste Bild innerhalb von zwei Sekunden und das vollständige Material in weniger als acht Sekunden zur Verfügung steht. Entsprechende Entwicklungskits sind bei Mouser Electronics erhältlich.

GE Healthcare betreibt derzeit in Zusammenarbeit mit Intel ein Projekt auf Basis der Software-Virtualisierungsplattform Titanium Control von Wind River mit dem Ziel, Krankenhäusern die Implementierung sicherer und zuverlässiger Edge-Lösungen zu ermöglichen. Damit steht dem Healthcare-Bereich mehr Intelligenz am Rand des Netzwerks zur Verfügung. Echtzeit-Performance kann so in der Medical-Imaging-Technologie Einzug halten.

Alex Wilson

Photo-AlexWilson
(Bild: Mouser/Wind River)
Director of Market Development bei Wind River

(prm)

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