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Embedded Cloud: Wegbereiter für ein vernetztes Krankenhaus

Der Healthcare-Markt verändert sich, stark angetrieben vom IoT und dem damit verbundenen Fokus auf Vernetzung, Sicherheit, Skalierbarkeit und Nachhaltigkeit. Eine moderne medizinische Versorgung ermöglicht smarte Echtzeit-Anwendungen, die die Behandlungsqualität steigern und die Kosten reduzieren.

Kontron Bildquelle: © fotolia – mast3r

Im vernetzten Krankenhaus müssen Arzt, Pfleger, Patient und externe Parteien Zugriff auf die Daten haben.

Ein Krankenhaus ist ein komplexes System: Diverse administrative Aufgaben beziehungsweise Behandlungsprozesse sind Teamarbeit, in die der Patient selbst sowie Ärzte, medizinisches Personal, aber auch externe Parteien wie Apotheken, Krankenkassen und ambulante Ärzte mit eingebunden werden müssen. Um eine für alle Akteure sinnvolle Vernetzung herzustellen, müssen Daten gesammelt, verarbeitet und vorrätig gehalten werden, die das Krankenhaus gegebenenfalls schnell verlassen oder erreichen müssen. Zeitgleich müssen dabei die höchsten Sicherheitsanforderungen für diese sensiblen Patientendaten erfüllt werden. Damit Ärzte gut informierte, schnelle Entscheidungen treffen können, spielen geringe Latenzen sowie schnelle Analysen und Entscheidungen vor Ort eine wichtige Rolle. Mit der Embedded Cloud hat Kontron im Verbund mit S&T eine neue Cloud-Klasse begründet, die die Vernetzung von medizinischen Einrichtungen insbesondere von Krankenhäusern voranbringen wird. Im Unterschied zu den Konzepten der Private beziehungsweise Public Cloud zeichnet sich die Embedded Cloud dadurch aus, dass sie den hohen Anforderungen im Gesundheitswesen entgegenkommt.

Cloud Computing ist ein anhaltender IT-Trend, der sich bereits in der freien Wirtschaft wachsender Beliebtheit erfreut beziehungsweise bei vielen Konzernen schon durchgesetzt hat. Das Potenzial der Technologien für die Verwendung im Gesundheitswesen gilt als enorm, denn die Prozesse innerhalb eines Krankenhauses können dadurch stark vereinfacht werden. Zudem lassen sich medizinische Rohdaten vollständig erfassen, verarbeiten sowie analysieren und so für Forschung und Therapie nutzen. Allerdings bergen herkömmliche Cloud-Konzepte bei allen technologischen Vorteilen, die sie bieten, auch Risiken, die beispielsweise mit den hohen Sicherheitsansprüchen des Gesundheitswesens speziell im Hinblick auf sensible Patientendaten nur schwer vereinbar sind.

Patientendaten werden in der deutschen Gesetzgebung als »besondere Art personenbezogener Daten« eingestuft. Diese gelten als besonders schützenswert, da sie Auskunft über den Gesundheitszustand, aber auch die ethnische Herkunft oder sogar über die sexuelle Orientierung einzelner Personen geben können. Das baldige Inkrafttreten der Europäischen Datenschutzgrundverordnung verschärft die Umsetzung dieses Gesetzes. Ohne weitere Maßnahmen ist eine herkömmliche Public Cloud daher für Gesundheitsdaten ungeeignet. Eine zusätzliche Schwachstelle der Public Cloud ist, dass technische Anforderungen, die die operative Betriebstechnik eines Krankenhauses mit sich bringt, nicht gänzlich erfüllt werden können. Aufgrund von physikalischen Begrenzungen ist beispielsweise eine verlässliche Gerätesteuerung in Echtzeit nicht möglich, da die Datenverarbeitung – übertragen, auswerten, analysieren und zurückspielen – Sekunden anstelle von Millisekunden benötigt. Auch die Größe der Datenmengen an sich ist eine enorme Herausforderung. Mit dem Konzept der Embedded Cloud gleicht Kontron diese Nachteile aus und schafft durch Edge- und Fog-Computing-Komponenten den Übergang zur herkömmlichen Cloud (Bild 1).

Im Gegensatz zu den Konzepten der Public und Private Clouds orientiert sich die Embedded Cloud besonders an den Anforderungen des Medizin-4.0-Konzepts für das vernetzte Krankenhaus. Dazu gehören: geringe Latenzen, schnelle Analysen und Entscheidungen vor Ort sowie hohe Sicherheit. Dafür werden alle im medizinischen Versorgungsprozess beteiligten Systeme auf dem Krankenhausgelände zu einem privaten Verbund zusammengeschlossen, der sogenannten Embedded Cloud. Eine Embedded Cloud besteht aus folgenden Komponenten:

Edge Computer sind Endgeräte wie Ultraschall-, EKG-, Dialyse-, Be­atmungsgeräte, CT, MRT, OP-Roboter, an welche Sensoren und Aktoren angeschlossen sind und die Daten erfasst, verarbeitet und analysiert werden bzw. die Behandlung gesteuert wird. Bei CTs und MRTs werden in diesen Geräten die Bilder nachverarbeitet für sofortige Diagnosen.

Hochleistungsfähige Fog-Computer/Server wie Bildverarbeitungs-Workstations führen anhand der vorverarbeiteten Bilddaten weitere Renderings und 3D-Simulationen durch und speichern die Daten lokal (Bild 2). Hierzu sind zum Beispiel alle bildgebenden Geräte einer Abteilung oder Station mit diesen Rechnern verbunden. Über eine Verbindung mit den Servern in der Krankenhaus-IT werden die Daten dort langzeitgespeichert, anonymisiert und für weitere Auswertungen herangezogen. Mit einer typischen Rechenkapazität von vier bis acht CPU-Kernen und einer Speicherkapazität von mehreren Terabyte übernehmen diese leistungsstarken Plattformen vor Ort das Gerätemanagement bis hin zur Steuerung von mehreren Geräten im Verbund.

Kontron Bildquelle: © Kontron/S&T

Bild 1. Mit Kontron »from Edge to Fog to Cloud«.