FPGAs als Schnittstelle zur Medizintechnik
Fortsetzung des Artikels von Teil 3
Heimmedizin auf dem Vormarsch
Neben den Klinikgeräten gibt es aber auch zunehmend moderne Medizingeräte, die immer häufiger von den Patienten selbst in eigener Verantwortung genutzt werden. Sie müssen präzise arbeiten und auf einfache Weise bedienbar sein. Tragbare Medizingeräte dürfen außerdem nur wenig Leistung aufnehmen, um eine möglichst lange Batterielaufzeit zu erzielen.
Damit zum Beispiel Patienten mit Diabetes stets die richtige Insulingabe bestimmen können, müssen sie mehrmals täglich ihren Blutzuckerspiegel genau bestimmen. Diese Aufgabe übernimmt meist ein modernes, tragbares Medizingerät. Während sich Zuckerkranke das Insulin bisher mittels Spritze mehrmals am Tag subkutan injizieren mussten, können sie heute auf Insulinpumpen zurückgreifen, die direkt am Körper getragen werden. Diese medizinischen Geräte leiten ohne Einwirkung des Patienten Insulin über einen Katheter in den Körper und leisten somit einen wichtigen Beitrag zur Verbesserung der Lebensqualität.
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Der Bedarf an tragbaren, batteriegespeisten Medizingeräten wie zum Beispiel Blutzuckermessgeräten ist groß und wächst ständig. Deshalb benötigen die Gerätehersteller integrierte Lösungen, mit denen sie die hohe Nachfrage von Patienten möglichst schnell erfüllen können. FPGAs gehören vor allem wegen ihrer konfigurierbaren Eigenschaften zu den bevorzugten Bausteinen für medizinische Anwendungen. Denn beim Einsatz von FPGAs können Hersteller von Medizingeräten auf sich ändernde Marktsituationen und Anforderungen schnell reagieren, ohne Änderungen am Design ihrer Produkte durchführen zu müssen.
Bild 3 zeigt die Blockschaltung einer Insulinpumpe. Bei den blauen Bereichen handelt es sich um Funktionen, die sich in FPGAs integrieren lassen. Zu diesem Zweck können kleinere, wiederprogrammierbare Low-Power-FPGAs oder FPGAs mit höheren Komplexitäten verwendet werden. Die Ultra-Low-Power-FPGA-Familien „IGLOO“ werden mit Kapazitäten von 10 000 bis 3 Mio. System-Gattern sowie mit Gehäuseabmessungen bis hinunter zu 3 mm × 3 mm angeboten. Aufgrund ihrer Flexibilität lassen sich mit FPGAs zum Beispiel je nach Insulinpumpentyp die spezifischen Schnittstellen zur Pumpe sowie zum Display auf einfache Weise ändern. Die Kernfunktionalität des Geräts bleibt dabei erhalten. Es ist davon auszugehen, dass tragbare Medizingeräte künftig in der Lage sein werden, kontinuierlich Daten über den Gesundheitszustand von Patienten zu sammeln und diese an einen PC oder an medizinisches Personal weiterzuleiten. Für Entwicklungen wie diese sind FPGAs aufgrund ihrer Flexibilität sowie ihrer vielfältigen Integrationsmöglichkeiten geradezu prädestiniert.
Für Medizingeräte wählen die Entwickler zum Beispiel LCD-Panels, die hinsichtlich Abmessungen, Auflösung, Zuverlässigkeit, Stromverbrauch und Lebenszyklus ganz bestimmte Kriterien erfüllen. Da jedoch ständig neue Displays mit verbesserten Funktionen und neuen Leistungsmerkmalen auf den Markt kommen, müssen die Entwickler mit dieser technologischen Entwicklung kontinuierlich Schritt halten und die Display-Controller ihrer Geräte häufig überarbeiten. Redesigns sind jedoch teuer und können die Entwicklungszeit bzw. die Zeit bis zur Markteinführung beachtlich verlängern.
Entwickler brauchen deshalb Lösungen, mit denen sie bei minimalen Kosten und geringem Aufwand stets die neueste Display-Technologie einsetzen können. Wiederprogrammierbare FPGA-Lösungen adressieren mit ihrer hohen Flexibilität die oben genannten Herausforderungen. Bild 4 zeigt die Blockschaltung eines einfachen LCD-Controllers, der mit einem FPGA aufgebaut wurde.
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