Wie sich mit dem Raspberry Pi Medizintechnik entwickeln lässt

Neben einem breiten Produktsortiment basierend auf X86-Prozessorarchitekturen von Intel und AMD sowie auf ARM-basierten Prozessorarchitekturen von NXP und ST Microelectronics ergänzt Kontron nun das Portfolio um Produkte von Kontron Austria Electronics, die den Raspberry Pi verwenden. Kunden, die Funktionsprototypen herstellen oder in die Entwicklung von Software auf dem Standard-Raspian-Betriebssystem (BS) investieren möchten, können dies nun tun und sie erhalten darüber hinaus Zugang zu vielen leistungsstarken Tools, die beispielsweise bei Yocto oder über Linux schwerer zu implementieren sind.

Raspberry Pi bietet eine tragfähige und langfristige Lösung. Farnell

Die Raspberry-Pi-Compute-Module-Plattform bietet einen unkomplizierten Migrationspfad. Farnell

Die treibende Kraft hinter diesem Ansatz war der Wunsch, Kunden Wettbewerbsvorteile wie eine kürzere Produkteinführungszeit, reduzierte Gesamtbetriebskosten und Produktlanglebigkeit sowie vollständig integrierte Anwendungen zu verschaffen. Kontron bietet applikationsfertige Plattformen, mit denen sich innerhalb kurzer Zeit nachhaltige und tragfähige Embedded-IoT-Lösungen entwickeln lassen.

Kontron Austria Electronics baut seine Lösungen für medizinische Geräte rund um den Raspberry Pi von Farnell auf. Neben kürzeren Produkteinführungszeiten und somit kürzeren Entwicklungszyklen ist der Raspberry Pi für das Unternehmen auch aufgrund seiner langfristigen Verfügbarkeit interessant. Positiv ist zudem der umfangreiche Support durch eine weltweite Community, die sich für die Plattform engagiert.

Das Unternehmen kann somit die langfristige Verfügbarkeit von Geräten durch verlängertes Produktlebenszyklusmanagement sicherstellen. Eine hohe Zuverlässigkeit und Qualitätssicherung, maßgeschneiderte, für individuelle Anwendungen optimierte Lösungen, ein einfacher Zugang zu neuesten Technologien und geringere Forschungs- und Entwicklungskosten sind ebenfalls garantiert.

Warum ist die Wahl auf den Raspberry Pi gefallen?

Kontron Austria Electronics ist derzeit sowohl im industriellen (60 Prozent) als auch im medizintechnischen (40 Prozent) Marktbereich tätig. In den 32 Jahren hat das Unternehmen viele verschiedene Pakete und Lösungen eingesetzt, die rund um klassische Embedded-Systeme aufgebaut waren. Dies umfasste die Konzeption von Hardware mit Kontron-eigenen CPUs basierend auf den ARM-Cortex-M3- und -M4-Prozessoren, I.MX-6-Prozessoren und Cortex-A8- und -A9-Anwendungsprozessoren.

Doch mehr und mehr Kunden wollten den Raspberry Pi als Plattform einsetzen. Sie wandten sich mit Funktionsprototypen ihrer Lösungen, die auf dem Raspberry Pi Compute Module 3 basierten, an Kontron Austria Electronics und wollten nicht extra für die Produktion auf eine andere Plattform migrieren. Die junge Generation ist mit dem Einplatinencomputer als Development-Kit aufgewachsen. Wegen seiner Beliebtheit entschied sich das Unternehmen dazu, den Raspberry Pi zu seinem Angebot hinzuzufügen und damit sein bestehendes Produktagebot zu ergänzen.

Kontron-Kunden können nun auf dem Raspberry Pi Compute Module entwickeln und auch für die Produktion dabeibleiben. Aufgrund des strikten Formfaktors, der bei Geräten für den medizinischen Gebrauch erforderlich ist, eignen sich Raspberry Pi Compute Module 3 und 3+ viel besser für die Medizintechnikbranche als der ursprüngliche Raspberry Pi 3.

Der erste Raspberry Pi-Computer wurde entwickelt, um Informatikstudenten zu helfen, Wissen über Hardware aufzubauen und sich damit vertraut zu machen. Verglichen mit anderen Plattformen findet der Raspberry Pi sehr großen Zuspruch an Universitäten und technischen Hochschulen auf der ganzen Welt. Das hat dazu geführt, dass immer mehr Entwickler, die im Rahmen ihrer Ausbildung mit dem Raspberry Pi und seinen Vorteilen vertraut gemacht wurden, ihn auch später in ihrem jeweiligen Gebiet einsetzen möchten. Diese jungen Entwickler arbeiten nun für Unternehmen, die sich an Kontron wenden, um Produktsupport zu erhalten, und entscheiden sich natürlich für den Raspberry Pi, wenn sie ihren Prototyp entwickeln.

Kommt der Raspberry Pi bei professionellen Anwendungen zum Einsatz ist sein größter Vorteil das im Vergleich zu anderen Plattformen weitaus bessere Preis-/CPU-Leistungsverhältnis. Das Raspberry Pi Compute Module bietet zudem eine sehr gute EMV-Kompatibilität, was für medizintechnische Produkte, die in kritischen Umgebungen verwendet werden, von großer Bedeutung ist.

Ein medizintechnikbasiertes Produkt, das vor Kurzem von Kontron Austria Electronics entwickelt wurde und das Raspberry Pi Compute Module 3 verwendet, ist ein Bluetooth-Gateway für Laboranwendungen. Dieses Gerät sammelt mithilfe von Bluetooth-Sensoren Proben, die im Labor analysiert werden, und verarbeitet die Analysedaten für die Labor-Dokumentation. Dieses Produkt zeichnet die anhand von Proben erzeugten Parameter auf. Dazu gehören beispielsweise Feuchtigkeit, UV-Licht und Temperatur. Es verfügt über einen USB-C- und einen LAN-Anschluss, zwei Standard-USB-Anschlüsse sowie einen drahtlosen LAN-AC- und zwei Bluetooth-5.0-Anschlüsse.

Auf der nächsten Seite geht es um das Patientenüberwachungssystem Cubile

Raspberry Pi Compute Module 3 und 3+ eignen sich viel besser für die Medizintechnikbranche als der ursprüngliche Raspberry Pi. Farnell

Das kontinuierliche Patientenüberwachungssystem Cubile mit vollständiger Zertifizierung als Medizinprodukt der Klasse 2b wurde mit dem Raspberry Pi Compute Module 3 entwickelt. Mittels Ballistokardiographie sammelt Cubile Gesundheitsdaten, wie Atem- und Herzfrequenzen sowie Daten zu Mobilität und Bettausstieg. Diese Daten helfen, Stürze zu verhindern und Verletzungen durch Druckwunden zu vermeiden. Ein Sensorkissen im Bett erfasst alle Daten und die Informationen werden auf verschiedene Mobilgeräte oder PCs übertragen.

Die kontinuierliche Herz- und Atemfrequenzüberwachung hilft dabei, Schmerzen, Fieber oder Schlafstörungen festzustellen, während das Gerät auch Bettnässe erkennt, was zu einem sofortigen Alarm führt. Mit den ab 2019 erhältlichen Erweiterungen kann das Überwachungssystem auch Harnmenge und Inkontinenz feststellen und die automatische Dokumentation erstellen.

Durch seine leistungsstarke CPU und das umfassende Sortiment von integrierten Funktionen schafft der Cubile ein smartes Krankenhausbett, das Fachkräfte im Gesundheitswesen unterstützt und eine sichere Umgebung für Patienten bietet. Das Produkt erkennt gefährliche Situationen, bevor sie auftreten, und übermittelt Benachrichtigungen an ein Personalrufsystem, das im Compute Module 3 integriert ist.

Dank des Raspberry Pi Compute Module sind im Cubile-System zusätzlich eine zweite CPU für die Datenerfassung, ein mit 4kV-isoliertes LAN, eine schnelle USB-Wägezellenschnittstelle, WLAN- und Bluetooth-Funktionen sowie ein integrierter Akku mit Ladegerät verfügbar.

Langfristige Verfügbarkeit

Wie zuvor erwähnt, wünschen sich viele OEMs eine langfristige Verfügbarkeit der verwendeten Plattform, da Medizintechnikprodukte teilweise eine Lebensdauer zwischen zehn und 15 Jahre aufweisen. Während das Compute Module 3 eine garantierte Lebensdauer von fünf Jahren hat, bietet das Compute Module 3+ eine Betriebsdauer von bis zu sieben Jahren. Das bedeutet, Compute Module 3+ ist bis mindestens 2026 erhältlich. Kontron Austria Electronics betreibt auch ein sehr großes, mit Stickstoff gefülltes Lager, in dem Komponenten bis zu sieben Jahre lang ohne Alterung gelagert werden können.

Alle Lösungen von Kontron Austria Electronics sind je nach engültigem Einsatz des Produkts auf spezifische Anforderungen zugeschnitten. Für die Ausführung der Erstprüfung bietet das Unternehmen mit Unterstützung von Farnell beispielsweise das industrielle Starterkit des Raspberry Pi Compute Module 3 an, das mehr zusätzliche Schnittstellen aufweist, als gewöhnlich verfügbar sind. Diese umfassen analoge/digitale Eingangs- und Ausgangsanschlüsse, einen zweiten 10/100Mbit-Ethernet-Anschluss, ein 24-V-Netzteil, einen CAN-Bus-Busstandard, eine Ein-Draht-Schnittstelle, serielle RS485/RS232-Geräteanschlüsse und das Raspian-BS mit vorinstallierten Treibern und Demos.

Mit diesen zusätzlichen Funktionen können Kunden einen Prototyp schnell in Gang bringen, indem sie die gleiche Software wie auf einem Standard-Compute Module 3 verwenden, aber mit der zusätzlichen Möglichkeit zur individuellen Anpassung.

Die Zukunft

Viele der Medizintechnik-Kunden möchten die Raspberry-Pi-Compute-Module-Plattform, da sie einen unkomplizierten Migrationspfad für ihre Geräte benötigen. Der Raspberry Pi erfüllt dieses Kriterium und bietet ein software-kompatibles System, das effizient funktioniert und allen Zertifizierungen im Bereich medizintechnische Geräte gerecht wird. Zudem bietet das Compute Module 3/3+ ein sehr gutes Preis-/CPU-Leistungsverhältnis und eine tragfähige, langfristige Lösung.

Obwohl davon auszugehen ist, dass die künftige Verwendung des Raspberry Pi in der Medizinelektronik weiterhin stetig steigen wird, dürfte die Zunahme nicht dramatisch ausfallen, da die Plattform in dieser Branche bereits fest verankert ist. Entsprechend den Erfahrungen von Kontron wird es jedoch in den nächsten zwölf Monaten wahrscheinlich einen Anstieg beim Compute Module 3 und Compute Module 3+ geben, die in eher industriellen Anwendungen genutzt werden, bei denen sich das Compute Module als äußerst vielseitige und leistungsstarke Alternative erwiesen hat.

Die Zahl der Entwickler, die mit der Raspberry-Pi-Plattform ausgebildet werden, steigt. Während die meisten derzeitigen Ingenieur-Absolventen vielleicht ein wenig Erfahrung mit CPUs wie jenen von Intel, AMD oder NXP haben, wird der Großteil von ihnen bei verschiedenen Projekten mit dem Raspberry Pi gearbeitet haben und das bedeutet, dass es sehr wahrscheinlich ist, dass sie mit dem Compute Module 3 oder 3+ arbeiten werden, wenn sie ein neues Projekt beginnen. Die Plattform funktioniert, sie sind mit ihr vertraut, sie kennen ihre Funktionen und sie möchten weiterhin mit einer zuverlässigen Lösung arbeiten, mit der sie bereits umgehen können.

Es ist wohl nicht übertrieben zu behaupten, dass die meisten Entwickler, die 2019 Prototypen für die Branche der Medizinelektronik oder für andere Industriebereiche entwickeln möchten, positive Erfahrungen mit dem Raspberry Pi gemacht haben und dies wird die treibende Kraft dafür sein, dass das Produkt in absehbarer Zukunft immer mehr genutzt wird.

(neu)