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Gasflusssensorik in Beatmungsgeräten

| Autor/ Redakteur: Autor | Dr. Daniel Träutlein / Peter Reinhardt

Moderne Beatmungstechnik kommt nicht ohne Sensoren zur Messung von Gasflüssen und Drücken aus. Je nach Verwendungszweck müssen unterschiedliche Messprinzipien verwendet werden, für die aus einer Vielfalt verschiedener Sensoren die richtigen auszuwählen sind.

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Je nach Patient und Umgebung variieren bei der medizinischen Beatmung die Anforderungen an die Gerätesensorik.
Je nach Patient und Umgebung variieren bei der medizinischen Beatmung die Anforderungen an die Gerätesensorik.
( Bild: Sensirion )

Seit die „Eiserne Lunge“ vor rund 80 Jahren zum ersten Mal für die Beatmung von Patienten eingesetzt wurde, hat sich die Beatmungstechnik rasant weiterentwickelt. Flusssensorik und Gasflusssensoren spielen heute ebenso eine bedeutende Rolle wie Drucksensoren. Neben Luft werden auch andere Gase zur Beatmung verwendet, allen voran Sauerstoff. Die Menge und Mischung der verschiedenen Gase wird mittels Sensorik präzise gesteuert und überwacht. Je nach Einsatz des Beatmungsgerätes variieren folglich die Anforderungen an die Sensorik stark.

Je nach Beatmungsort variieren die Anforderungen

In der medizinischen Beatmung können Geräte grundsätzlich nach drei verschiedenen Einsatzgebieten unterschieden werden: Notfallmedizin, Intensivmedizin und Heimeinsatz. Bei Geräten für die Notfallmedizin stehen Größe und Gewicht an erster Stelle, da sie schnell zum Patienten transportiert werden müssen. Beatmungsgeräte für die Intensivmedizin sind nicht nur größer, sondern bieten auch deutlich mehr Funktionen. Hier steht die Leistungsfähigkeit der Geräte im Vordergrund. Anders beim Heimeinsatz, wo Beatmungsgeräte vor allem einfach zu handhaben sein müssen, um die Beatmung sicherzustellen.

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Diese unterschiedlichen Anwendungen stellen auch unterschiedliche Anforderungen an die Flusssensorik. Bei Geräten für die Notfallmedizin soll der Druckabfall – also der Widerstand, den ein Sensor der Gasströmung entgegenbringt – möglichst klein sein. Denn geringerer Druckabfall bedeutet längere Einsatzzeit. Oder anders gesagt, erlaubt geringer Druckabfall die Verwendung kleinerer Akkumulator, was sich positiv auf Größe und Gewicht der Geräte auswirkt.

Der Wunsch, Geräte im Intensivbereich möglichst breit einsetzen zu können, stellt besondere Anforderungen an die Flusssensorik. Ein möglichst weiter dynamischer Bereich und eine hohe Auflösung der Sensoren ermöglichen die sichere Beatmung unterschiedlich großer Patienten vom Kleinkind bis zum Erwachsenen. Dafür sollen die verwendeten Flusssensoren im besten Fall Flussmengen bis 250 l/min messen, zugleich aber auch Mengen von weniger als einem Liter noch mit hoher Genauigkeit detektieren. Neben diesem weiten dynamischen Messbereich ist insbesondere die Messgenauigkeit bei kleinen Gasflüssen von entscheidender Bedeutung. Da in der Intensivmedizin unterschiedliche Beatmungsmodi verwendet werden, ist auch eine schnelle Reaktionszeit der Sensoren notwendig.

Die Sensorik muss langzeitstabil und robust sein

Allen Einsatzbereichen ist gemein, dass die Sensorik möglichst langzeitstabil und robust sein muss, um den Aufwand für Rekalibrationen und Wartung geringzuhalten. Weitere Anforderungen an die Sensorik ergeben sich aus den unterschiedlichen Funktionen, zu deren Steuerung beziehungsweise Überwachung die Sensoren eingesetzt werden. Es wird zwischen inspiratorischen, exspiratorischen und patientennahen Sensoren (Spirometrie) unterschieden. Auf der Einatmungsseite (inspiratorisch) werden die Sensoren im Gerät verbaut. Sie sind weit vom Patienten entfernt, und der Gasfluss führt immer vom Sensor zum Patienten und nie in die andere Richtung. Das Gas ist trocken und sauber. Auf der exspiratorischen Seite hingegen wird die Ausatmungsluft gemessen. Die Luft ist feucht und kommt vom Patienten.

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