Die Digitalisierung der Medizin hat in den letzten Jahren stark an Bedeutung gewonnen und bietet sowohl für Patienten als auch für Ärzte viele Vorteile. Durch die Nutzung von elektronischen Gesundheitsakten, Telemedizin und medizinischen Geräten, die mit dem Internet verbunden sind, kann die Behandlung effizienter und genauer gestaltet werden. Eingebettete Systeme spielen hierbei eine wichtige Rolle, da sie die Verarbeitung von Daten ermöglichen und die Kommunikation zwischen verschiedenen medizinischen Geräten erleichtern.

Eingebettete Systeme sind kleine Computer, die in medizinischen Geräten eingesetzt werden und diese steuern und überwachen. Sie ermöglichen die Übertragung von Daten in Echtzeit und unterstützen so die schnelle und präzise Diagnose sowie Behandlung von Patienten. Sie sind außerdem in der Lage, Daten aufzuzeichnen und zu analysieren, was wiederum die Entwicklung von neuen Therapien und Behandlungsmethoden unterstützt. Insgesamt trägt die Verwendung von eingebetteten Systemen zur Verbesserung der medizinischen Versorgung bei und erleichtert die Arbeit von Ärzten und Krankenschwestern.

Ein weiteres Anwendungsbeispiel für ein eingebettetes System in der Medizintechnik ist die Verwendung von implantierbaren Herzschrittmachern. Herzschrittmacher sind medizinische Geräte, die dafür sorgen, dass das Herz des Patienten regelmäßig schlägt und so eine normale Herzfunktion aufrechterhält. Eingebettete Systeme in Herzschrittmachern ermöglichen es, dass die Geräte die Herzfunktion des Patienten überwachen und gegebenenfalls einen elektrischen Impuls an das Herz senden, um es zu stimulieren, wenn es zu langsam schlägt. Eingebettete Systeme in Herzschrittmachern können auch Daten aufzeichnen und speichern, wie z.B. Herzfrequenz und elektrische Impulse, die von Herzschrittmacher ausgelöst wurden, um die Behandlung besser überwachen und anpassen zu können. Eine moderne Technologie ermöglicht es auch, dass die Geräte drahtlos mit dem Arzt oder dem Krankenhaus verbunden sind, was die Überwachung und die Anpassung der Behandlung erleichtert.

Ein Anwendungsfall für ein eingebettetes System in einem teilautonomen Chirurgieroboter ist die Steuerung und Überwachung der Bewegungen des Roboters während einer Operation. Ein eingebettetes System kann verwendet werden, um die Bewegungen des Roboters zu steuern und zu überwachen, indem es die Signale von Sensoren empfängt und die entsprechenden Aktionen ausführt. Es kann auch verwendet werden, um die Position und Orientierung des Roboters im Raum zu verfolgen und zu korrigieren, um sicherzustellen, dass er präzise und sicher arbeitet.

Außerdem, das eingebettete System sollte über eine redundante Architektur verfügen, um die Verfügbarkeit und Sicherheit zu gewährleisten, und es sollte über ein System zur Überwachung von Fehlerzuständen verfügen, das es ermöglicht, Fehler schnell zu erkennen und zu beheben.

Daneben gibt es zahlreiche weitere Beispiele für Einsatzgebiete von eingebetteten Systemen wie Schlafapnoe-Beatmungsgeräte, Smart Beds, Ultraschall-Geräte, Smart Plaster, Exoskelette, teilautonome Chirurgieroboter, Ferndiagnostik-Geräte für den Heimgebrauch sowie Wearables.

Mit der Kombination aus PikeOS, PikeOS for MPU und einem System-on-a-Chip-Modul (SoC) aus der i.MX8-Serie von TQ Systems wie beispielsweise dem TQMa8Mx, lassen sich eingebettete Systeme für die Medizintechnik auf bequeme Weise realisieren. Das TQMa8Mx bietet neben Sicherheitsfunktionalität für höchste Ansprüche, Echtzeitfähigkeit auch Grafikunterstützung (VP9/4K HDR10) sowie highspeed Kommunikation via Gbit Ethernet PCIe- und USB-Schnittstelle. Damit kann beispielsweise eine Steuerung realisiert werden wie sie in teilautonomen Chirurgierobotern benötigt wird. Pro Kern können eine sowie mehrere Anwendungen parallel zueinander laufen. So ist es möglich funktional sicher und cybersicher Steuerung, Regelung, Überwachung und Datenaustausch auf einem Modul zu implementieren.

Das Echtzeitbetriebssystem und Hypervisor PikeOS bietet hier die Grundlage Anwendungen im eingebetteten System funktional sicher in Raum und Zeit zu trennen. Die funktionale Sicherheit kann über SYSGOs Certification Kits erreicht werden, die unter anderem für den Medizintechnik-Safety-Standard IEC 62304 für PikeOS verfügbar ist um das höchste Sicherheitslevel Klasse A zu erreichen. PikeOS ist darüber hinaus gegen viele weitere Safety-Standards vorzertifiziert wie der IEC 61508, die ISO 26262, DO-178C, EN 50128 und EN 50657. Durch seine Vorzertifizierung gegen den Security-Standard Common Criteria auf Stufe EAL 5+ bietet der PikeOS Separation Kernel (ver. 5.1.3.) darüber hinaus Cybersicherheit auf Höchstniveau.

Auf Kundenwunsch nach entsprechender Anpassung mittels Board Support Package, kann auf dem Microcontroller (Arm Cortex-M4), der sich auf dem heterogen angelegten TQMa8Mx befindet, darüber hinaus PikeOS for MPU, als sicher getrennte Partition laufen. PikeOS for MPU übernimmt wichtige Aufgaben, bei denen man u.a. aus Gründen der übergeordneten Sicherheit oder Überschaubarkeit einen Microcontroller gegenüber einer CPU bevorzugt. Dies kann beispielsweise die deterministische Prozessierung von großen Datenmengen sein.

Mit der integrierten Entwicklungsumgebung CODEO können solche eingebetteten Systeme, die höchste Ansprüche an Sicherheit, Determinismus bzw. Echtzeit und Konsolidierung stellen, innerhalb eines Tools erstellt werden. PikeOS und PikeOS for MPU benötigen keine große Toolchain, sondern finden auf der Eclipse-basierten IDE CODEO ein gemeinsames Dach.

Eine mögliche systematische Beispielarchitektur könnte folgende Applikationen umfassen: