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Intelligente Inhalatoren erinnern, schulen und informieren

| Redakteur: Kathrin Schäfer

Intelligente Inhalatoren messen das Inhalationsprofil von Patienten und überwachen die Medikamentenabgabe. Um zu demonstrieren, wie sich präzise Inhalationsflussmessungen realisieren lassen, hat Sensirion einen funktionsfähigen Clip-On mit integriertem Flusssensor entwickelt.

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Im 3D-Druck hergestellter Inhalator-Clip-On mit dem Durchflusssensor SDP3x von Sensirion. Die Seitenansicht zeigt den Clip-On in grün auf der Rückseite des Metered Dose Inhalers (MDI).
Im 3D-Druck hergestellter Inhalator-Clip-On mit dem Durchflusssensor SDP3x von Sensirion. Die Seitenansicht zeigt den Clip-On in grün auf der Rückseite des Metered Dose Inhalers (MDI).
( Bild: Sensirion )
  • Intelligente Inhalatoren weisen auf Fehler hin, messen die Lungenfunktion und quantifizieren die Wirksamkeit der Medikation
  • Clip-On mit integriertem Flusssensor: SDP3x-Durchflusssensor von Sensirion, ein Bluetooth Modul sowie eine Batterie

Bei Atemwegserkrankungen wie Asthma gehört die Medikamentenverabreichung mittels Inhalatoren zu den am häufigsten gewählten Therapieformen. Bei jeder Inhalation gibt der Inhalator eine kontrollierte Menge des Arzneimittels frei. Dieses erreicht bei korrekter Verwendung des Inhalators die gesamte Lunge des Patienten. In der Praxis und durch zahlreiche Studien belegt zeigt sich, dass der fehlerhafte Gebrauch eher die Regel als die Ausnahme ist.

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Intelligente Inhalatoren, die während der Verwendung den Inhalationsfluss messen und auswerten, weisen auf Fehler hin, messen die Lungenfunktion und quantifizieren die Wirksamkeit der Medikation. Sie steigern außerdem die Adhärenz durch wertvolle Rückmeldungen an den Patienten. Zukünftig könnten Flussmessungen darüber hinaus zur Wirkstofffreisetzung genutzt werden – voll automatisiert und optimal an die individuellen Bedürfnisse des Patienten angepasst. Wie lässt sich dies realisieren?

Inhalatoren durchlaufen wie alle zugelassenen Medizinprodukte behördliche Freigabeverfahren. Diese sind zeit- und kostenintensiv. Einfacher wäre es deshalb, bereits zertifizierte Inhalatoren mit entsprechender Elektronik und Konnektivität auszustatten, als Produkte von Grund auf neu zu entwickeln. Unternehmen wie Propeller Health oder Adherium haben diesen Weg eingeschlagen. Sie haben intelligente Module entwickelt, die auf bereits vorhandene Inhalatoren aufgesteckt werden können. Diese sogenannten Clip-Ons werten neben Datum und Uhrzeit der Inhalatoranwendung auch Signale von integrierten Beschleunigungs- oder Kraftsensoren aus.

Die präzise Messung des Durchflusses durch den Inhalator stellte in der Vergangenheit jedoch ein ungelöstes Problem dar. Es gab schlichtweg keine Sensoren, die robust, sensitiv und klein genug für eine solche Anwendung waren. Um die behördliche Zulassung des Inhalators nicht zu verlieren, ist es zudem zwingend nötig, dass der Flusssensor außerhalb des Inhalators in einem Clip-On angebracht wird, um den Einatemwiderstand und damit letztlich den Strömungspfad durch den Inhalator unverändert zu lassen. Nur so kann sichergestellt werden, dass die in klinischen Studien nachgewiesene Funktionalität des zugelassenen Inhalators nicht kompromittiert wird.

Sensortechnik macht einfache Hilfsmittel zu individuellen Begleitern

Um zu demonstrieren, wie sich präzise Inhalationsflussmessungen trotz all dieser Herausforderungen realisieren lassen, hat Sensirion einen funktionsfähigen Clip-On mit integriertem Flusssensor entwickelt. Die auf engem Raum verbaute Elektronik umfasst den SDP3x-Durchflusssensor von Sensirion, ein Bluetooth-Modul sowie eine Batterie. Der Clip-On wurde vollumfänglich an das Inhalatorgehäuse angepasst. Die Durchflussmessung beruht rein auf dem Venturi- bzw. Bernoulli-Prinzip an der Einströmungsöffnung. Somit musste der Inhalator selbst in keiner Weise verändert oder angepasst werden. Der auf die Geometrie des Inhalators hin kalibrierte Luftstrom zeigt eine ausgezeichnete Übereinstimmung mit Referenzmessungen. Alle in diesem Artikel erwähnten Flussprofile wurden auf diese Art gemessen.

Sensirions MEMS-basierter Durchflusschip im SDP3x ermöglicht extreme Sensitivität bei kleinen Flüssen. Nur deshalb ist es überhaupt möglich, außerhalb des Inhalatorgehäuses ein stabiles Flusssignal abzugreifen. Die zugrundeliegende Technologie bedient sich des mikrothermischen Durchflussprinzips und kann somit als Weiterentwicklung und Miniaturisierung der klassischen Hitzdrahtanemometer verstanden werden. Die von Sensirion patentierte CMO-Sens-Durchflusschip-Technologie wird bereits seit Jahrzehnten in vielen medizinischen Geräten wie beispielsweise Beatmungsgeräten eingesetzt.

Intelligente Inhalatoren mit integrierter Durchflussmessung eröffnen neue Möglichkeiten in der Behandlung von Asthma und COPD. Sie können zum einen frühzeitig bei unzulänglicher Inhalationstechnik warnen und somit vor verminderter Wirksamkeit schützen. In diesem Sinne werden Patienten aktiv geschult und immer wieder an die korrekte Verwendung erinnert. Zum anderen können intelligente Inhalatoren mit integrierten Durchflussmessungen den Gesundheitszustand des Patienten über die Dauer der Behandlung messen und regelmäßig Rückmeldung erteilen. Dies wird zweifellos dazu führen, Behandlungserfolge zu steigern und Gesundheitskosten nachhaltig zu senken.

Folglich wird die robuste und präzise Durchflussmessung – in ihrer heute bereits verfügbaren Form – eine wichtige Funktion im Hinblick auf ein besseres Krankheitsmanagement bei Asthma übernehmen. Die hohe Anzahl an Patienten, die ihren Inhalator derzeit falsch verwenden, ist ein starker Treiber für Innovationen auf diesem Gebiet. Immer mehr Unternehmen setzen auf digitale Technologien in ihren Produkten, um den Krankheitsverlauf effektiver zu kontrollieren und die Wirksamkeit der Medikation zu steigern. Der Trend in Richtung personalisierte Behandlung und Unterstützung der Patienten ist auch bei den Inhalatoren immer stärker im Kommen, und intelligente Inhalatoren mit Durchflusssensoren sind im Stande, hier anzusetzen. Sie erinnern, schulen, informieren und sind damit auf dem Weg, vom einfachen medizinischen Hilfsmittel zum persönlichen Begleiter der Genesung zu werden.

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