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Proximale Flusssensoren: Sensorik in modernen Beatmungsgeräten

Wichtig bei Beatmungsgeräten ist die genaue Messung der Atemgas­flussrate und des Atemgas-volumens, die in den Patienten hinein- und herausfließen. Flusssensoren werden dafür an verschiedenen Orten eingesetzt. Die damit einhergehenden Herausforderungen müssen Hersteller bewältigen.

Proximale Flusssensoren kommen unter anderem in der Anästhesieüberwachung zur Anwendung. Bildquelle: © Sensirion

Proximale Flusssensoren kommen unter anderem in der Anästhesieüberwachung zur Anwendung.

Kontinuierliche Atemluftflussmessungen während der Anästhesieüberwachung, intensivmedizinischen Behandlung und in anderen klinischen oder ambulanten Umgebungen stellen wichtige Informationen für die Einschätzung der kardiorespiratorischen und Atemkreislauffunktion zur Verfügung und sind aus der modernen Medizin nicht mehr wegzudenken. 90 Jahre nach dem ersten Einsatz der Eisernen Lunge haben maschinelle Beatmungsverfahren, die mittels Luftpumpen den Patienten mit Atemgas versorgen, Einzug gehalten. Bei diesen Überdruckbeatmungsverfahren wird mithilfe von positivem Druck Luft in die Patientenlunge geführt.

Immer mehr intelligente Funktionen ermöglichen, dass sich die Beatmungs­geräte automatisch den Veränderungen der Lungenmechanik beziehungsweise der Patientenatmung anpassen. Druck- oder volumenorientierte Beatmung sind somit patientenorientierter als früher. Da aufgrund der geräteseitigen Intelligenz immer weniger Beatmungsverfahren nötig sind, hat sich gleichzeitig die Beatmung vereinfacht. Wurde beispielsweise früher die Spontanatmung bei invasiv beatmeten Patienten zur Erleichterung der mechanischen Beatmung durch Sedierung und Muskelrelaxation unterdrückt, kennt man heutzutage die Vorteile der Spontanatmung und versucht diese über einen möglichst langen Zeitraum aufrechtzuerhalten. 

Sensirion Bildquelle: © Sensirion

Bild 1. Schematischer Aufbau eines Beatmungsgerätes mit den typischen verschiedenen Sensorpositionen und einem Befeuchtungsgerät.

Vorteile von Befeuchtungsgeräten

Nichtinvasive Beatmung beschreibt Beatmungstherapien, die zum Beispiel mittels Masken oder Nasenbrille ausgeführt werden. Oft sprechen Ärzte und Pfleger deshalb in diesem Zusammenhang von Maskenbeatmung oder NIV (Non-Invasive Ventilation ) beziehungsweise NPPV (Non-Invasive Positive Pressure Ventilation). Bei der invasiven Beatmung wird ein endotrachealer Tubus oder eine tracheale Kanüle in die Luftröhre des Patienten geführt, um die Lunge mit Atemluft zu versorgen. Beide Beatmungsarten – nichtinvasiv und invasiv – haben ihre Berechtigung und werden oft komplementär eingesetzt. Die nichtinvasive Beatmung kommt vor der Intubation oder nach der Extubation im klinischen Umfeld zum Einsatz. Eine weitere klassische Anwendung der NIV-Therapie ist die häusliche Pflege, bei der sie Patienten Beatmungsunterstützung bietet. Dabei unterscheidet man zwischen hoch entwickelten Beatmungsgeräten für die Intensivpflege mit einer nichtinvasiven Beatmungsoption und weniger komplexen nichtinvasiven Beatmungsgeräten für den subakuten Bereich und in der häuslichen Pflege.

Ein nicht zu unterschätzender Faktor, der weit über den bloßen Patientenkomfort hinausgeht, ist die Befeuchtung der in­halierten Luft. Obwohl die nichtinvasive Beatmung die oberen Atemwege nicht umgeht und die Befeuchtung der inhalierten Luft teilweise noch auf natürliche Weise stattfindet, wird oft ein Befeuchtungssystem verwendet, insbesondere bei Patienten, die durch den Mund atmen. Gut befeuchtete und angewärmte Luft trägt wesentlich zum Erfolg der Beatmungstherapie bei, da sie sowohl die Sekretableitung als auch die Toleranz der nichtinvasiven Beatmungstherapie verbessert [1].

Proximale Flusssensoren von Sensirion

Die Sensirion AG mit Sitz im Schweizerischen Stäfa ist einer der führenden Hersteller digitaler Mikrosensoren und Systeme. Die Produktpalette des Unternehmens umfasst Gas- und Flüssigkeitssensoren sowie Differenzdruck- und Umweltsensoren zur Messung von Temperatur und Feuchtigkeit, volatilen organischen Verbindungen (VOC), CO2 und Feinstaub (PM2.5). Das Netzwerk mit Niederlassungen in den USA, Europa, China, Taiwan, Japan und Korea unterstützt Kunden sowohl mit Serienprodukten als auch mit maßgeschneiderten Sensorsystemen für verschiedenste Anwendungen. Die Sensoren finden sich häufig in Medizin-, Industrie- und Automobilanwendungen sowie in Analyseinstrumenten, in der Konsumgüterbranche und in Heizungs-, Lüftungs- und Klimageräten. Zu den Alleinstellungsmerkmalen gehört die patentierten CMOSens-Technologie, welche eine intelligente Systemintegration von Sensorelement, Logik, Kalibrierungsdaten und einer digitalen Schnittstelle auf einem einzigen Chip ermöglicht.

Zu Sensirions proximalen Sensoren für Flussmessungen in der Beatmung und Anästhesie gehören sowohl Sensoren für Anwendungen in der Erwachsenenbeatmung wie auch in der Neonatologie und der Pädiatrie. Die proximalen Flusssensoren bieten sehr kurze Signalverarbeitungszeiten, hohe Messgenauigkeit und Robustheit. Die digitalen und temperaturkompensierten Flusssensoren messen bidirektional und sind vollständig kalibriert für die Gase Air, N2, O2. Durch das spezielle Design des Flusskanals ergibt sich ein sehr kleines Totraumvolumen. Weiter verfügen die Sensoren über Standard-Medizinkonen für die pneumatische Verbindung an das Patientenschlauchsystem und über eine mechanische Schnittstelle, die einen benutzerfreundlichen elektrischen Anschluss erlaubt. Die proximalen Flusssensoren sind als Einweg- und als Mehrweg-Lösung erhältlich. Die wiederverwendbare Version ist autoklavierbar und waschbar.

 

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Bild 2. Schematischer Aufbau eines herausfordernden neonatologischen Beatmungsfalls mit sehr feuchter Luft und kleinstem Tidalvolumen von nur 5 ml.