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Einweg-Sensoren für proximale Durchflussmessungen

| Redakteur: Peter Reinhardt

Proximale Durchflusssensoren sind in Beatmungsgeräten weit verbreitet. Seit Kurzem sind Durchflusssensoren als Einweg-Lösung verfügbar, die ein vollständig kalibriertes und temperaturkompensiertes Ausgangssignal bieten.

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Im Falle einer Notfallbeatmung soll sich das medizinische Personal voll auf die Patienten konzentrieren können, statt sich mit der Kalibrierung von Sensoren beschäftigen zu müssen.
Im Falle einer Notfallbeatmung soll sich das medizinische Personal voll auf die Patienten konzentrieren können, statt sich mit der Kalibrierung von Sensoren beschäftigen zu müssen.
(Bild: Zero Creatives/Cultura Images RF/F1online/bearbeitet_Sensirion)

Es sind bereits einige Sensorlösungen mit unterschiedlichen Messverfahren erhältlich, die mittels Autoklavieren sterilisiert werden können. Dabei muss der Reinigungs- und Sterilisationsprozess stets mit großer Sorgfalt erfolgen, um die Sensoren nicht zu beschädigen. Proximale Einweg-Durchflusssensoren können hier eine sichere und kostengünstige Alternative zu wiederverwendbaren Sensoren darstellen. Sensirion bietet jetzt die ersten MEMS-basierten Einweg-Proximal-Durchflusssensoren. Im Unterschied zu bestehenden Produkten sind diese vollständig kalibriert.

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Funktionsweise der proximalen und exspiratorischen Flussmessung

Neben der Druckmessung stellt die Flussmessung eine große Herausforderung bei Beatmungsgeräten dar. Das wird schon bei der vereinfachten Betrachtung von Überdruck-Beatmungsgeräten deutlich, bei denen Patienten entweder über eine Maske (nicht-invasiv) oder durch Intubation oder Tracheostomie (beide invasiv) mit dem Gerät verbunden sind. Bei Patienten, die nicht selbstständig atmen können, kann der Trigger für die nächste Inhalation über einen Timer eingestellt werden. Bei einem spontan atmenden Patienten allerdings muss dessen Atmung schnellstmöglich erkannt werden, um eine gute Synchronisierung zwischen dem Gerät und dem Patienten zu erreichen.

Dank ihrer exzellenten Stabilität besitzen Flusssensoren in der proximalen Auslegung eine sehr schnelle Reaktion und eine hohe Empfindlichkeit. Bei der exspiratorischen Platzierung des Durchflusssensors sind die Stabilität und die Empfindlichkeit gleich, aber die Signalerkennung ist verzögert, da die Strömung durch den exspiratorischen Schlauch später am Sensor ankommt.

Das Personal kann sich um die Patienten kümmern statt Sensoren zu kalibrieren

Die inspiratorische Phase kann über das Volumen, den Massenfluss, den Druck oder sogar die Zeit bestimmt werden. Dasselbe gilt für die Durchflussregelung zwischen dem Trigger und der Grenze der inspiratorischen Phase. Das Krankenhauspersonal kann zum Beispiel eine zeitgesteuerte Einatmung und eine zeitgesteuerte Grenze als Beatmungseinstellung wählen. In diesem Fall muss der Durchfluss zwischen diesen beiden Punkten geregelt werden. Die Überwachung von Druck-, Massenfluss- und Volumenwerten über die Zeit ermöglicht es, Veränderungen am Zustand des Patienten, wie zum Beispiel eine verringerte Lungenkapazität, zu beobachten.

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Einwegsensoren versus autoklavierbare Sensoren

Hersteller von Beatmungsgeräten brauchen daher beide Optionen, um die verschiedenen Märkte bedienen zu können. Hier hilft Sensirion weiter: Der wiederverwendbare SFM3300-AW kann mittels Autoklav bei 134°C sterilisiert oder mit einer in einer Cidex aktivierten Dialdehyd-Lösung gereinigt werden. Mit dem Modell SFM3300-D verfügt Sensirion auch über eine Einwegoption. Beide Sensoren arbeiten im gleichen Durchflussbereich und erfüllen dieselben Genauigkeitsanforderungen. Zudem besitzen beide Sensoren die gleichen pneumatischen und elektrischen Schnittstellen. Dadurch sind Hersteller in der Lage, ihren Kunden beide Lösungen ohne zusätzlichen Entwicklungsaufwand anzubieten.

Dank der neuen MEMS-basierten proximalen und expiratorischen Einwegsensoren entfällt zudem weniger Zeit auf die Kalibrierung. Das Personal kann sich stattdessen verstärkt um die Pflege der Patienten kümmern.

Derweil hängen die druckgesteuerten Grenzen stark vom Beatmungssystem selbst ab. Sie können sich beim Austauschen des Systems ändern oder wenn sich die Position der Röhren und Schläuche verändert. Zum Beispiel kann eine stärkere Krümmung im Schlauch eine Auswirkung haben. Bei einer proximalen Anordnung des Sensors haben jedoch solche Veränderungen sowie Lecks in größerem Abstand zum Patienten nur geringe Auswirkungen auf Messung und Integration des Flusssignals.

Platzierung der Durchflusssensoren: Proximale vexspiratorische Anordnung

Hier muss zwischen Einschlauch- und Doppelschlauchsystemen unterschieden werden. Bei beiden Varianten kann der Sensor zur Messung des inspiratorischen Flusses im Gerät platziert werden, wo der Sensor nicht mit feuchter oder kontaminierter Luft in Kontakt kommt. Bei Einschlauchsystemen kann der exspiratorische Fluss jedoch nur mit einem proximalen Durchflusssensor gemessen werden, da dieser nach Passieren des Mundstückes mithilfe eines Ventils nach außen abgeleitet wird. Andernfalls ist nur der inspiratorische Fluss bekannt und die Anzahl möglicher Beatmungsmodi begrenzt. In einem Doppelschlauchsystem kann sowohl eine proximale als auch eine exspiratorische Durchflusssensor-Lösung zum Einsatz kommen.

Die proximale Massenflussmessung hat jedoch aufgrund der Nähe zum Patienten Vorteile in Bezug auf die Auslöseempfindlichkeit. Andererseits gibt es durch die große Nähe zusätzliche Herausforderungen, wie die Kontamination mit Schleim, welche bei einer exspiratorischen Anordnung leichter kontrolliert werden kann. Die meisten Hersteller von Beatmungsgeräten verwenden für neonatale Patienten dennoch die proximale Anordnung – gegebenenfalls unter Verwendung spezieller Sensoren. Für erwachsene Patienten verwenden dagegen einige Hersteller die proximale und andere die exspiratorische Anordnung.

Sensirions Massenflussmesser können sowohl in der proximalen als auch in der exspiratorischen Anordnung eingesetzt werden. Die proximale Anordnung bietet die höchstmögliche Auslöseempfindlichkeit, während die exspiratorische Anordnung besser geeignet ist, um die Vielzahl an Zulaufbedingungen zu regeln und damit im Gegenzug die genaueren Durchflussmesswerte liefert.

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