Entwicklung von Medizinischen Algorithmen für die Kardiologie mit Hilfe Simulink und Modellbasiertes Design

Ähnliche Dokumente
Modellbasierte Softwareentwicklung eines Kamera basierten Scheinwerfer-Adaptions-Algorithmus. Gerd Mauthe

Dr. Klaus Lamberg, Michael Beine

1.4! Einführung. Systemmodellierung. Methoden und Werkzeuge

dspace (1/3) dspace: Gegründet 1988 in Paderborn Mitarbeiter: Über 650 Mitarbeiter weltweit, davon über 70 % Ingenieure Ständiges Mitarbeiterwachstum

Modellbasierte Entwicklung im Kontext von Medizingeräten

intence automotive electronics Ausführbare Spezifikation Der Weg zu besseren Anforderungen

Übungen zu. Kraftfahrzeugmechatronik II

Absicherung von Automotive Software Funktionen

Simulink: Softwareentwurf für eingebettete Systeme ROS-Arduino-Interface. von Christian Schildwächter

Entwicklungsprozesse und -werkzeuge

Modellbasierte Funktionsentwicklung für Komfortsteuergeräte

Modelltestmanagement Schulung

PC-basierte HIL-Simulation in der elektrischen Antriebstechnik

Zusicherungen und Laufzeit Überwachungen in der modellbasierten Software Entwicklung

Modellbasierte Simula0on und experimentelle Anwendung von mechatronischen Systemen in der Lehre mit MATLAB, Simulink und Raspberry Pi.

Rapid Prototyping mit CANape Version

Modellbasierte Entwicklung und Test der Regelung einer hydraulischen Belastungseinheit eines Windkraftprüfstandes mit MATLAB/Simulink und Speedgoat

Entwicklungsbegleitende Verifikation von AUTOSAR Steuergerätefunktionen auf Basis einer Test-RTE und SiL-Simulation

Entwicklungsbegleitender Test mechatronischer Systeme

Einführung in CAE-Systeme

Testen von SOA-Anwendungen mit dem BPEL Testframework

Hauptseminar Automotive Software Engineering Testen, Rapid Prototyping und x in the loop

Langzeit EKG & Blutdruckmessung

Generierung von Steuerungsprogrammcode für SPS und μc aus Petri-Netz-Modellen

Entwicklungsmethoden

ABSICHERUNG MODELLBASIERTER SICHERHEITSKRITISCHER AVIONIK SOFTWARE Dr. Elke Salecker

Einsatz automatischer Testdatengenerierung im modellbasierten Test

MATLAB EXPO 2016,

J. Reinier van Kampenhout Robert Hilbrich Hans-Joachim Goltz. Workshop Echtzeit Fraunhofer FIRST

Entwurf und Validierung paralleler Systeme

Lessons learned Software Engineering für die Gesundheitstechnologie

Virtuelle Inbetriebnahme von Maschinen und Fabriken

Radikaler Umbruch in der Fahrzeug- und Systemabsicherung. Steffen Kuhn

Model Based Design von Fahrzeugelektronik-Systemen auf Universalsteuergeräten der IAV

Test & Diagnose. Thomas Romanek. thomas.romanek@udo.edu. PG AutoLab Seminarwochenende Oktober AutoLab

IuK-Projekt am Institut für Mikroelektronik und Eingebettete Systeme. Prof. Dr.-Ing. Peter Schulz Sommersemester 2013

Modellbasierte Entwicklung/Simulation

IuK-Projekt. Angebote für Arbeiten ab dem Wintersemester 2013/2014

Embedded Hardware Getting Started

Verknüpfung von virtueller und realer Welt durch Open Core Engineering

MODELLING AND CONTROLLING THE STEERING FORCE FEEDBACK USING SIMULINK AND xpc TARGET

Best Practices Software Engineering für Smart Solutions in der Gesundheitstechnologie

Modellbasierter Test mit. Medizintechnik. Kompetenz. Prozess. rund um MBT. Umsetzung. Ihren. Ausblick. Entwicklungsprozess

Seamless Model-based Engineering of a Reactive System

Chancen für den Produktentwicklungsprozess Simulation auf Clustern und HPC-Systemen

Funktionale Sicherheit in Automotive und Luftfahrt (ISO26262 und DO 178BC) Otto Alber, Peter Wittmann

Durchgängigkeit und Traceability in der Entwicklung ISO konformer Systeme mit Model-Based Design

ÜBUNG. Einführung in das IT-Projektmanagement Dr. The Anh Vuong WS 2016/17. Thema... 2 Projekt Struktur... 3 AUFGABEN... 5

modellzentrierter Test

Comparing Software Factories and Software Product Lines

ODK 1500S Standard Applikationen Industrie Workshop PC-based Automation

Markus Heckner Lehrstuhl für Medieninformatik Institut für Information und Medien, Sprache und Kultur Fakultät für Sprach-, Literatur- und

EINE MODULARE TESTPLATTFORM FÜR DAS PROTOTYPING VON DRAHTLOSEN SYSTEMEN

Weiterentwicklung der EN (VDE ) 128) Umsetzung im Bahnbereich

FRAUNHOFER-INSTITUT FÜR PRODUKTIONSTECHNOLOGIE IPT PROJEKTGRUPPE ENTWURFSTECHNIK MECHATRONIK

HiL Simulation Rapid Control Prototyping

Agilität trifft Funktionale Sicherheit

Modellbasierte Software- Entwicklung eingebetteter Systeme

Model-based Development of Hybrid-specific ECU Software for a Hybrid Vehicle with Compressed- Natural-Gas Engine

Validierung von System- Architekturen

Sichere Kleinstsysteme mit Speicherschutz (nach IEC 61508)

Simulink - Modelle grafisch vergleichen

Testmanagement. Full-Service

Laufzeitoptimierte VHDL Bibliothek zur Verifikation und Simulation kryptographischer Prozessoren

Maßnahmen zur Qualitätssicherung beim Einsatz von automatischer Code-Generierung

Inhaltsverzeichnis 1 Einführung und Überblick 2 Grundlagen

Modellbasierte Softwareentwicklung

Matlab bis. zum Limit. Hier klicken, um Master-Titelformat zu bearbeiten. Hier klicken, um Master-Textformat zu bearbeiten. Zweite Ebene Dritte Ebene

Moderne USER INTERFACES. dank SAPUI5

Treffpunkt MATLAB Einführung 1. Agenda. Begrüßung. Wie bekomme ich MATLAB? MATLAB im Studium. Vorstellung des Treffpunkt MATLAB. Vortrag von MathWorks

Vehicle Models as a virtual Testbench for Control Systems including Networks

Validierungssuite. SICHERHEIT 2008, Saarbrücken, 2. April 2008.

Realisierung eines Getriebe- HiL mit VeLoDyn, NI PXI RT- System und NI VeriStand

Prozesse Last oder Lust?

Kapitel 3 Software Quality III

Vector Software. Test Automation mit VectorCAST während der gesamten Softwareentwicklung W H I T E P A P E R

Customer-specific software for autonomous driving and driver assistance (ADAS)

transportation SYMTES Testen mit System

Vortrag zum Hauptseminar Hardware/Software Co-Design

Testautomatisierung: Ein akademisches Thema?

Sensorsimulation in Hardware in the Loop-Anwendungen

Beobachtergestützte Regelung einer Gasheizung in der Minimal-Invasiven-Medizin (kurz MIM) Felix Menzel,

Fächerkatalog Informatik (B. Sc.) - Vertiefungsrichtung Computer Engineering

Wann lohnt sich GUI- Testautomatisierung?

LEON Lastschrift und E-Rechnung

Einfach generieren. Susanne Klar, Michael Klar. Generative Programmierung verständlich und praxisnah ISBN Inhaltsverzeichnis

Echtzeit-Multitasking

Release Automation für Siebel

den sicherheitskritischen Bereich Christoph Schmiedinger Frankfurter Entwicklertag

Swiss ehealth Summit. Die richtige Information an den richtigen Ort Applikationsdesign mit dem User

Automotive Software Engineering

Testkonzept eines UAV Missionsplaners

Automatische Testfälle. automatisch generieren. Dr. Martin Beißer sepp.med gmbh

HW/SW CODESIGN. Echtzeitverhalten. Mehmet Ozgan November 2015

INFORMATIONSSYSTEM HEALTHCARE 4.0 PRAXISKLINIKEN KLINIKEN MVZ

Symposium des HerzZentrum Saar

Vom funktionalen Entwurf mit physikalischer Modellierung bis zum vollständigen Test mechatronischer Systeme in der virtuellen und realen Umgebung

Einsatz von Simulationen in der Softwareentwicklung

Steuergeräteprogrammierung

MDRE die nächste Generation des Requirements Engineerings

Transkript:

Entwicklung von Medizinischen Algorithmen für die Kardiologie mit Hilfe Simulink und Modellbasiertes Design Dr.-Ing. Antoun Khawaja CEO KhawajaHealth Antoun.Khawaja@KhawajaHealth.com Antoun.Khawaja@Corpuls.com 27.06.2017, MATLAB EXPO 2017 München Deutschland

Agenda Einführung Ziel der Arbeit Hintergrund Kardiologie Klassische und Modellbasierte Entwicklung Die gesamte Entwicklungsplattform Warum Modellbasiertes Design (MBD)? Sieben gute Gründe Zusammenfassung & Take-Home Message 2

Einführung Herz-Kreislauf Erkrankungen ist eine der häufigsten Todesursache Das Elektrokardiogramm (EKG) ist die zentrale Untersuchungsmethode für die Diagnostik und die Überwachung von Patienten mit Herz-Kreislauf-Erkrankungen, Herzrhythmusstörungen, oder chronischer Herzinsuffizienz. Kardiologische Medizingeräte haben oft komplexe Diagnose-Algorithmen, die für bestimmte Hardware maßgeschneidert und nach klassischen Entwicklungsmethoden, manuell und sehr aufwendig, erstellt und getestet sind. 3

Ziel der Arbeit Entwicklung eines Systems für die Aufnahme, Auswertung und automatische Diagnose verschiedener Arten von EKGs für unterschiedliche kardiologische Untersuchungen und Einsätze. Das EKG Analyse System EKG Verstärker Prozessor/DSP ADC EKG Algorithmen Analog Front-End Digital Back-End 4

Entstehung eines EKGs (Elektrokardiogramm) Source: Bioelctromagnetism, J. Malmivuo, R. Plonsey 5

Konventionelles 12-Kanal-EKG Standardableitungen Sechs Ableitungen an den Extremitäten nach Einthoven und Goldberger Sechs Brustwandableitungen nach Wilson Source: Bioelctromagnetism, J. Malmivuo, R. Plonsey 6

EKG Anwendungs- und Analysearten Ruhe-EKG Langzeit-EKG Monitoring Belastungs-EKG Fetales EKG Telemetrie EKG Homecare EKG Notfall EKG Source: google.de 7

Klassische Entwicklungsmethode Source: Mathworks Inc. 8

Modellbasiertes Design (MBD) Methode Model-Based Design is transforming the way engineers and scientists work by moving design tasks from the lab and field to the desktop. Source: Mathworks Inc. 9

Die gesamte Entwicklungsplattform EKG Simulator / Patient EKG Verstärker Prozessor/DSP Simulink ADC Entwicklungsumge bung(en) Signal Quelle Analog Front-End Digital Back-End PC 10

Warum Modellbasiertes Design (MBD)? 7 gute Gründe aus eigener Erfahrung : 1. Komplexität meistern Durch Nutzung von Simulink Variant Subsystems Durch Nutzung von Simulink Object-Oriented Design und System Objects Klare Software Architektur und Spezifikation durch Simulink Modelle und Subsysteme Anwendung höherer Programmiersprachen durch Simulink MATLAB Function Block Anwendung von Legacy Codes durch Simulink S-Function Block 11

Warum Modellbasiertes Design (MBD)? 7 gute Gründe aus eigenen Erfahrung : 2. Rapid Prototying Unterstützung für third-party hardware und Targets durch MathWork Hardware Support Verkürzung der Software-Entwicklungszyklen über 60 %: Design Iterationen in Manntagen statt Mannmonate durchführen Automatische Codegenerierung für MATLAB/Simulink Modellen (Generisch und Target-spezifisch) Mehr Focus auf Innovationen EKG Simulator ADS1298 ECG FE PDK ausgewählter Prozessor Simulink Entwicklungsumge bung(en) Hardware Rapid Prototyping MathWork Hardware Support PC https://de.mathworks.com/hardware-support/home.html 12

Warum Modellbasiertes Design (MBD)? 7 gute Gründe aus eigenen Erfahrung : 3. Hohe Effizienzsteigerung Simulation, Optimierung und Testen von Algorithmen vor der Implementierung Entwicklungskosten reduzieren durch frühzeitige Fehlererkennung Aufwände für die gesamte Entwicklung, Änderungsmangement, Wartung und Dokumentationen erheblich reduzieren 13

Warum Modellbasiertes Design (MBD)? 7 gute Gründe aus eigenen Erfahrung : 4. Rückverfolgbarkeit Rückverfolgbarkeit des gesamten Produktlebenslaufs Rückverfolgbarkeit zwischen dem Modell und den übergeordneten Anforderungen Requirements Management Interface zur Rückverfolgung von Modellobjekten und generiertem Code zu den Anforderungsdokumenten 14

Warum Modellbasiertes Design (MBD)? 7 gute Gründe aus eigenen Erfahrung : 5. Entwicklungsbegleitende V&V Mehr Sicherheit und Funktionale Sicherheit bei Risiken trotz wachsende Komplexität durch kontinuierliche Tests Iterative Modell Verifikation mit Hilfe Simulink Model Advisor Iterative Optimierung der Codegenerierung mit Hilfe Simulink Code Generation Advisor 15

Warum Modellbasiertes Design (MBD)? 7 gute Gründe aus eigenen Erfahrung : 5. Entwicklungsbegleitende V&V Software in the Loop (SIL) Code aus dem Modell generieren und auf dem PC Ausführung Das Verhalten gegen das Simulink Modell verifizieren Processor in the Loop (PIL) Code aus dem Modell generieren und auf dem Zielplattform (Prozessor) Ausführung Das Verhalten gegen SIL verifizieren: anderes Verhalten als bei SIL möglich Zielplattform und zugehörige Toolchains notwendig Hardware in the Loop (HIL) Code aus dem Modell generieren und auf dem kompletten System Ausführung Das Verhalten gegen PIL verifizieren: anderes Verhalten als bei PIL möglich wegen Analoge Hardware Teile Komplette Zielhardware, Patienten Simulator und zugehörige Toolchains notwendig HIL EKG Simulator PIL Ausgewählter Prozessor SIL Modell auf PC Analoge front-end 16

Warum Modellbasiertes Design (MBD)? 7 gute Gründe aus eigenen Erfahrung : 5. Entwicklungsbegleitende V&V Testen von Modellen und Subsystemen durch Testharnesse Testen durch Testharnesse ist jederzeit wiederholbar Nicht geprüfte Elemente in Modell werden mit Hilfe Simulink Model coverage und Code coverage lokalisiert 17

Warum Modellbasiertes Design (MBD)? 7 gute Gründe aus eigenen Erfahrung : 6. Unterstützung Festkomma-Arithmetik Festkomma-Datentypen in MATLAB, Simulink und Stateflow Automatisierte Umwandlung für das Modell von Gleitkomma zu Festkomma Optimale Vorbereitung auf die Automatisierte Umwandlung durch Simulink Fixed-Point Advisor Unterstützung Codegenerierung 18

Warum Modellbasiertes Design (MBD)? 7 gute Gründe aus eigenen Erfahrung : 7. Hohe Qualität Hohe Qualität trotzt wachsende Anforderungen an funktionale Sicherheit Von-TÜV-SÜD-genehmigte Referenz-Workflow für die IEC 62304 (Norm für Medizinische Software-Lebenszyklus) Automatische Berichte Generierung und dadurch weniger Dokumentationsaufwand und mehr Zeit für Innovationen Erstellung Entwicklungs- und Zulassungsbezogene Berichte jederzeit möglich 19

Zusammenfassung & Take-Home Message Komplexität meistern Rapid Prototying Hohe Effizienzsteigerung Rückverfolgbarkeit * Entwicklungsbegleitende V & V * Unterstützung Festkomma Arithmetik * Hohe Qualität * Klassische Entwicklungsmethode MBD mit Simulink * Mit sehr hohe Aufwand verbunden Klassische Entwicklungsmethode ist GOLD Standard? 20

Entwicklung von Medizinischen Algorithmen für die Kardiologie mit Hilfe Simulink und Modellbasiertes Design Danke für die Aufmerksamkeit Fragen? Dr.-Ing. Antoun Khawaja CEO KhawajaHealth 27.06.2017, MATLAB EXPO 2017 München Deutschland