FPGAs als Schnittstelle zur Medizintechnik

Bei vielen Medizingeräten für den Klinikeinsatz, darunter Patientenüberwachungsgeräte, Blutanalysatoren und Dialyse-Maschinen, handelt es sich um mikrocontrolleroder mikroprozessor-basierte elektromechanische Systeme mit Standard-Funktionsblöcken....

Bei vielen Medizingeräten für den Klinikeinsatz, darunter Patientenüberwachungsgeräte, Blutanalysatoren und Dialyse-Maschinen, handelt es sich um mikrocontrolleroder mikroprozessor-basierte elektromechanische Systeme mit Standard-Funktionsblöcken. Mixed-Signal-FPGAs können unterschiedliche Signale erfassen und verarbeiten. Tragbare Medizingeräte dürfen zusätzlich nur wenig Strom aufnehmen, um eine möglichst lange Batterielaufzeit zu erzielen. Dabei sollen sie kontinuierlich Patientendaten sammeln und weiterleiten.

Zu den Funktionsblöcken medizinischer Geräte gehören zum Beispiel Power- und Batterie-Management, Benutzer-Schnittstellen mit Tastatur, LC-Display und Audio-Steuerung, Flash-Speicher oder EEPROM zum Sammeln von Daten sowie Geräte-Schnittstellen. Die jeweiligen Geräte unterscheiden sich in den Anforderungen für die Sensor- und Signalaufbereitung sowie in der Mechanik. So benötigt zum Beispiel ein Blutanalysator eine Zentrifuge, während ein Dialyse-Gerät mit einem Dialysator (Filter) ausgestattet ist.

Einer Dialyse-Behandlung müssen sich chronisch Nierenkranke regelmäßig unterziehen. Normalerweise dauert eine typische Dialyse zwischen drei und fünf Stunden. Sie wird etwa drei Mal pro Woche durchgeführt. Bei der Dialyse wird das Blut aus dem Körper des Patienten über ein Blutschlauchsystem in den Dialysator gepumpt. Dort nimmt eine Spülflüssigkeit (Dialysat) die aus dem Blut gefilterten Giftstoffe sowie überschüssige Wassermengen auf und transportiert sie ab. Die Zufuhr der Spülflüssigkeit zum Dialysator erfolgt im Gegenstrom über einen separaten Kreislauf, den die Dialyse-Maschine ebenfalls steuert. Zum Abschluss der Behandlung wird das gereinigte Blut zurück in den Körper des Patienten gepumpt.