Beschleunigung der Interoperabilität mit SDC
Ein Simulations- und Test-Tool für SDC-Geräte und -Netzwerke nach IEEE 11073
Das Gesundheitswesen tritt in eine neue Ära ein, in der vernetzte medizinische Geräte nahtlos miteinander kommunizieren und zusammenarbeiten müssen. Im Mittelpunkt dieser Vision steht der IEEE 11073-Standard „Service-oriented Device Connectivity“ (SDC), der eine interoperable „Plug-and-Trust“-Gerätekommunikation in klinischen Umgebungen ermöglicht. Für Hersteller, Integratoren und Prüflabore bleibt jedoch eine Herausforderung bestehen: Wie lassen sich komplexe SDC-basierte Systeme effizient und zuverlässig validieren, ohne auf kostspielige, hardwareintensive Testaufbauten zurückgreifen zu müssen? Hier kann ein umfassendes Simulations- und Testtool den entscheidenden Unterschied ausmachen.
Die Herausforderung der Interoperabilität von SDC
Das Versprechen von SDC ist überzeugend: Geräte verschiedener Hersteller, die in klinischen Netzwerken nahtlos zusammenarbeiten und einen sicheren und zuverlässigen Datenfluss dorthin gewährleisten, wo er benötigt wird.
Typische Anwendungsfälle sind:
Nahtlose Geräte-zu-Geräte-Kommunikation in Operationssälen und Intensivstationen
Weitergabe von Warnmeldungen zwischen Geräten oder an zentrale Systeme („Silent ICU“)
Zusammenführung von Daten in einheitliche klinische Dashboards
Fernsteuerung von Geräten in infektiösen oder isolierten klinischen Umgebungen
Integration in klinische Entscheidungsunterstützungssysteme
Durch den Einsatz von SDC werden medizinische Systeme modularer, klinisch sicherer und zukunftsfähig für die Interoperabilität im vernetzten Gesundheitswesen. Die Verwirklichung der Interoperabilität ist jedoch nicht einfach:
Komplexität der Integration: Das Testen des SDC-Verhaltens auf verschiedenen Geräten erfordert einen erheblichen Aufwand beim Aufbau sowie umfangreiches Fachwissen.
Hardwareabhängigkeit: Viele Testabläufe hängen von physischen Prototypen ab, was die Entwicklungszyklen verlangsamt.
Eingeschränkte Skalierbarkeit: Die Validierung der Leistung über ein gesamtes Netzwerk hinweg ist oft erst nach der Bereitstellung praktikabel.
Für Hersteller und Testlabore bedeuten diese Herausforderungen höhere Kosten, eine längere Markteinführungszeit und ein erhöhtes Risiko bei der bei der Markteinführung neuer Geräte.
Eine intelligentere Methode zum Testen und Validieren
Die neue SDC-Integration für CANoe wurde entwickelt, um diese Hindernisse direkt anzugehen. Sie wurde entwickelt, um das Testen, Validieren und Simulieren von SDC-Geräten schneller, skalierbarer und kosteneffizienter zu machen. Sie erweitert die Funktionen von CANoe auf den Bereich der serviceorientierten Kommunikation bei Medizinprodukten.
Ganz gleich, ob Sie komplexe SDC-Netzwerke simulieren, Nachrichtenflüsse analysieren oder das Verhalten der Geräte unter Grenzbedingungen validieren – die Lösung bietet Ihnen volle Kontrolle und Transparenz. Zu den wichtigsten Funktionen gehören:
Teilnehmersimulation: Simulieren Sie sowohl Provider als auch Consumer präzise und bilden Sie dabei die Interaktion realer Geräte in einer klinischen Umgebung nach.
Traffic-Analyse: Überwachen und analysieren Sie den Netzwerkverkehr, um tiefgehende Einblicke in Leistung und Compliance zu gewinnen.
Scripting Interface: Automatisieren Sie Interaktionen mit simulierten Teilnehmern und ermöglichen Sie so reproduzierbare und anspruchsvolle Testszenarien.
Hybrides Testen: Nahtlose Verbindung zu realen Geräten und echten SDC-Netzwerken.
Skalierbarkeit: Vom einzelnen Gerät bis hin zu ganzen klinischen Netzwerken unterstützt das Tool jede Phase der Entwicklung.
Teil eines bewährten, vielseitigen Test-Ökosystems
Die SDC-Integration ist eine integrierte Erweiterung von CANoe, einer leistungsstarken und etablierten Entwicklungs- und Testplattform, die branchenübergreifend zur Validierung von Kommunikationsnetzwerken und eingebetteten Systemen verwendet wird.
Sie bietet umfassende Unterstützung für die serviceorientierte Kommunikation bei Medizinprodukten und ist nahtlos in ein breiteres Test-Ökosystem integriert, das Ethernet-basierte Protokolle wie EtherCAT, DDS und OPC UA, serielle Kommunikationsschnittstellen wie UART, SPI und I²C sowie digitale und analoge I/O-Einheiten umfasst.
Die SDC-Integration profitiert von den leistungsstarken Funktionen von CANoe, wie beispielsweise anpassbarer Testautomatisierung, grafischen Panels, ausführlicher Protokollierung sowie der Unterstützung sowohl für Software-in-the-Loop-Tests als auch für Hardware-in-the-Loop-Tests. Dank offener Schnittstellen und Erweiterbarkeit ermöglicht CANoe die Integration in bestehende Toolchains, CI-Umgebungen und Laborumgebungen.
Für Medizintechnik-Unternehmen bedeutet dies, dass Sie auf einer einzigen, skalierbaren Plattform aufbauen können – von der frühen Entwicklungsphase bis hin zur Integration und Verifizierung – mit vollständig integrierter SDC-Funktionalität.
Von der Simulation bis zur Validierung unter realen Bedingungen: Zwei gängige Szenarien
Doch wie sieht das in der Praxis aus? Lassen Sie uns zwei reale Entwicklungs-Szenarien betrachten, in denen sich CANoe als besonders wertvoll erweist.
I. Integration älterer medizinischer Geräte in ein SDC-Netzwerk
Krankenhäuser setzen häufig auf bewährte Geräte, die ursprünglich nicht auf Interoperabilität ausgelegt waren. Damit diese Geräte neben SDC-fähigen Geräten wie Patientenmonitoren in Netzwerken eingebunden werden können, ist eine Kommunikationsbrücke erforderlich.
In diesem Beispiel verbindet ein SDC-MQTT-Gateway ein älteres Beatmungsgerät, das Daten über MQTT bereitstellt, mit einem SDC-Netzwerk. Dies ermöglicht den Datenaustausch und ein koordiniertes Verhalten mit anderen SDC-fähigen Geräten, ohne dass die ursprüngliche Software oder Hardware des Beatmungsgeräts verändert werden muss.
1. Vollständige Umgebungssimulation für isolierte Tests
Mit CANoe in Verbindung mit SDC kann die gesamte Systemumgebung simuliert werden – einschließlich des bestehenden medizinischen Geräts und des Netzwerks der umgebenden SDC-Geräte. Das schließt virtuelle Modelle des bestehenden Beatmungsgeräts (das über MQTT kommuniziert) sowie SDC-kompatible Geräte ein.
Diese Simulationsumgebung ermöglicht die isolierte Entwicklung und das Testen des Gateways, ohne dass physische Hardware erforderlich ist. Die Gateway-Logik und die Datenkonvertierung können in einer deterministischen und reproduzierbaren Umgebung validiert werden, was schnelle Entwicklungsiterationen, ein gründliches Debugging und flexible Tests komplexer Szenarien ermöglicht.
Der Einstieg in die Software-in-the-Loop-Entwicklung (SIL) ermöglicht die frühzeitige Erkennung potenzieller Probleme und kann die für die Ziel-Gateway-Hardware erforderliche Integrationszeit verkürzen.
2. Hardware-in-the-Loop (HIL): Stimulation mit realen Geräten und Analyse der Rückmeldungen
Nachdem das Gateway die isolierten Tests bestanden hat, kann das reale Beatmungsgerät in den Testaufbau integriert werden. CANoe wird so konfiguriert, dass es Sensoreingaben an das Beatmungsgerät simuliert (z. B. SpO₂-Daten über UART) und die daraus resultierende Kommunikation überwacht, während diese über das Gateway in das SDC-Netzwerk gelangt.
Dieser Aufbau ermöglicht eine vollständige End-to-End-Validierung der Integration und bestätigt die korrekte Datenkonvertierung sowie die zuverlässige Datenübertragung zwischen dem physischen Beatmungsgerät und SDC-konformen Systemen. Er überprüft die bidirektionale Kommunikation und stellt sicher, dass Nachrichten protokollübergreifend korrekt zugeordnet werden.
Durch die Simulation klinischer Szenarien unter realistischen Bedingungen unterstützt CANoe Entwickler dabei, Timing-Probleme, Dateninkonsistenzen und Verhaltensweisen in Grenzfällen bereits in einer frühen Phase des Entwicklungszyklus zu erkennen.
II. Entwicklung von Geräten mit nativer SDC-Integration
Für Innovatoren, die neue Geräte mit integrierter SDC-Unterstützung entwickeln, besteht die Herausforderung darin, eine nahtlose Interoperabilität sicherzustellen, noch bevor der erste Prototyp überhaupt gebaut wird.
Die Entwicklung eines vernetzten Medizinprodukts, wie beispielsweise einer SDC-fähigen Infusionspumpe, erfordert eine strenge Validierung – vom Funktionsverhalten bis hin zur Interoperabilität unter realen Bedingungen. Ohne die richtigen Tools warten Entwickler oft bis zu einem späten Projektstadium, um das Verhalten des Geräts in realen Netzwerken zu testen.
Mit CANoe können Entwickler in einem strukturierten Arbeitsablauf von der vollständigen Simulation zur Hardware-Integration übergehen, wodurch die Entwicklung beschleunigt, die Integration optimiert und Risiken während des gesamten Validierungsprozesses reduziert werden. Dieses Beispiel beschreibt einen dreistufigen Ansatz zur Entwicklung und zum Test der Infusionspumpe.
1. Vollständige Simulation: Frühzeitige Evaluierung von Anwendungsfällen
In der Anfangsphase wird die Infusionspumpe als vollständig virtuelles SDC-Gerät in CANoe implementiert. Simulierte Modelle bilden das Verhalten, die SDC-Serviceschnittstelle sowie die Kommunikationsmuster ab. Die umgebende SDC-Netzwerkumgebung, einschließlich anderer Peer-Geräte, wird ebenfalls in CANoe nachgebildet, um eine umfassende Evaluierung der Interaktionsabläufe und der Interoperabilität zu ermöglichen.
Dieser Aufbau ermöglicht eine frühzeitige und schnelle Prototypenentwicklung für verteilte SDC-Anwendungsfälle sowie die Validierung der Interaktion des Geräts in potenziellen klinischen Netzwerken.
2. Software-in-the-Loop (SIL): Evaluierung der tatsächlichen SDC-Software in einem simulierten System
Nach der erfolgreichen Validierung des ursprünglichen Designs in der Simulation wird der eigentliche Software-Stack für die Infusionspumpe bereitgestellt, der den SDC-Stack, die Anwendungslogik des Geräts und die Service-Handler umfasst. Diese Software läuft auf einem PC oder einer Entwicklungsplattform, wobei CANoe weiterhin das SDC-Netzwerk und die Interaktionen simuliert, die zuvor während der Vollsimulation eingerichtet wurden.
Bereits festgelegte Arbeitsabläufe und Testszenarien können bei verbundener aktueller Gerätesoftware wiederholt werden. Dieser Aufbau ermöglicht eine ausführliche Beobachtung der Geräteinteraktionen und der Kommunikation und unterstützt schnelle Iterationen an der Software des Systems Under Test.
In dieser Phase lässt sich CANoe zudem nahtlos in Continuous-Integration- und Continuous-Testing-Pipelines (CI/CT) integrieren, was automatisierte Regressionstests und eine kontinuierliche Verifizierung des SDC-Kommunikationsverhaltens im Zuge der Softwareweiterentwicklung ermöglicht. Dies gewährleistet eine gleichbleibende Qualität und schnellere Feedbackschleifen über den gesamten Lebenszyklus der Entwicklung hinweg.
3. Hardware-in-the-Loop (HIL): Umfassende Gerätevalidierung
In der abschließenden Phase wird die physische Infusionspumpen-Hardware verbunden. CANoe setzt die Simulation des SDC-Netzwerks und der Peer-Geräte fort und ermöglicht so die direkte Interaktion mit dem realen Gerät über dessen native Kommunikationsschnittstellen.
Alle Simulations- und Testabläufe, die in den frühen Simulations- und SIL-Phasen entwickelt wurden, bleiben auch bei der Integration des tatsächlichen Geräts anwendbar. Diese Kontinuität gewährleistet Konsistenz über alle Testphasen hinweg und optimiert den gesamten Integrationsprozess.
Vorteile, die den Wert steigern
CANoe mit SDC ist nicht nur ein Test-Framework, sondern ein Beschleuniger für die Einführung von SDC im gesamten Gesundheitswesen.
Kürzere Entwicklungszyklen: Validieren Sie Designs frühzeitig, ganz gleich, ob Sie Schnittstellen für Altsysteme entwickeln oder neue Geräte entwerfen.
Geringere Kosten: Ersetzen Sie umfangreiche Hardware-Aufbauten durch hochpräzise Simulationen.
Reibungsloser Übergang von SIL zu HIL: Beginnen Sie in virtuellen Umgebungen und validieren Sie anschließend nahtlos mit realer Hardware.
Skalierbare Validierung: Wechseln Sie mühelos von Tests an einzelnen Geräten zu Tests am gesamten klinischen Netzwerk.
Sicherheit hinsichtlich der Konformität: Stellen Sie bereits in einer frühen Entwicklungsphase sicher, dass die Geräte die Interoperabilitätsanforderungen erfüllen.
Optimierte Zertifizierung: Stellen Sie die Regulierungsbereitschaft mit nachvollziehbaren Testnachweisen sicher.
Die Zukunft einer interoperablen Gesundheitsversorgung gestalten – mit CANoe.SDC
Da klinische Umgebungen immer komplexer werden, steigt der Bedarf an sicherer, zuverlässiger und interoperabler Gerätekommunikation stetig an. Der IEEE 11073 SDC-Standard bildet die Grundlage, doch seine Umsetzung hängt von praktischen, effektiven Tools ab.
CANoe schließt mit seiner neuen SDC-Integration diese Lücke – und ermöglicht es Herstellern, Integratoren und Testlabors, intelligenter zu testen, schneller zu skalieren und wirklich interoperable Geräte mit Zuversicht auf den Markt zu bringen.
Sind Sie bereit, den nächsten Schritt bei den SDC-Interoperabilitätstests zu gehen?
