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Sonotec Ultraschallsensorik Schluss mit luftig

| Redakteur: Peter Reinhardt

Wo Menschenleben auf dem Spiel stehen, müssen Geräte und Maschinen absolut störungsfrei funktionieren. Schließlich können falsche Mengen flüssiger Medikamente, die zu schnelle oder langsame Dosierung von Kontrastmitteln sowie Luftblasen in Infusionslösungen fatale Folgen haben. Ultraschallsensoren helfen, dies zu vermeiden.

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Dialysegeräte: In medizinischen Apparaturen für die Blutwäsche sorgen integrierte Ultraschallsensoren für gleichmäßigen und luftblasenfreien Flüssigkeitstransport.
Dialysegeräte: In medizinischen Apparaturen für die Blutwäsche sorgen integrierte Ultraschallsensoren für gleichmäßigen und luftblasenfreien Flüssigkeitstransport.
(Bild: Sonotec)

Müssen Patienten parenteral ernährt werden, erfolgt die Zufuhr der Nährstoffe üblicherweise in Form intravenös verabreichter, hochkonzentrierter Nährlösungen. Diese werden je nach Energiebedarf und Krankheitsbild der Patienten individuell aus Wasser, Elektrolyten, Kohlenhydraten, Aminosäuren und Fetten sowie Vitaminen und Spurenelementen zusammengestellt. Die einzelnen Komponenten werden aus Vorratsbehältern entnommen und in kleineren Behälter vermengt, um daraus in die Vene des Patienten gepumpt zu werden.

Da es sich hier um Infusionen handelt, ist die Luftfreiheit der Nährlösungen zwingend zu gewährleisten. Dafür sorgen jedem Vorratsbehälter nachgeschaltete Tropfkammern. In ihnen können sich eventuell vorhandene Luftblasen über der Flüssigkeit absondern und entweichen. Durch die Überwachung des Flüssigkeitsniveaus in der Tropfkammer werden die Pumpleistung und damit die Fließgeschwindigkeit der Infusionslösung geregelt. Übersteigt der Füllstand einen festgelegten Level, sinkt die Leistung. Bei Unterschreitung des kritischen Füllstands wird schneller gepumpt. Zur Überwachung wird in der Regel ein berührungslos arbeitender Ultraschallsensor eingesetzt, wie ihn beispielsweise Sonotec aus Halle mit dem Sonocheck ALD (Air Level Detector) anbietet. Die Tropfkammer wird dazu einfach in den Clamp-on-Sensor eingelegt. Dieser kann wahlweise frei zwischen Vorratsbehälter und Pumpe hängend installiert oder fest in ein Gerät eingebaut werden. Dies ist beispielsweise beim Einsatz in Dialysemaschinen der Fall.

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Die ALD-Sensoren sind eine Abwandlung der ABD-Baureihe. Doch im Gegensatz zu diesen detektieren sie nur das Flüssigkeitsniveau, keine Blasen. „Tatsächlich sind unsere ALD-Sensoren so getriggert, dass sie kleine schaumige Blasen nicht melden, sondern sich nur auf die Trennschicht zwischen Luft und Flüssigkeit konzentrieren – egal wie blasig diese sein mag“, erklärt Peter Ködderitzsch, zuständig für den Vertrieb Medizin- und Labortechnik bei Sonotec. Die Sensoren der ABD-Baureihe garantieren dagegen die absolute Luftblasenfreiheit von Infusionslösungen. Ebenfalls anders als bei den ABD-Sensoren, die vor allem nach Schlauchdurchmesser ausgewählt werden, benötigt jede Tropfkammer einen individuell auf den jeweils erforderlichen Füllstand justierten ALD-Sensor.

Hohe Abtastraten und kurze Reaktionszeiten

Beiden Sensoren gemeinsam ist jedoch ihre Funktionsweise: Sie schicken ein analoges Ultraschallsignal durch den zu überwachenden Schlauch an einen gegenüberliegenden Empfänger. Das Signal wird an der Grenzschicht zwischen Luft und Flüssigkeit reflektiert – im Fall der ABD-Sensoren an den Gasblasen im eingelegten Schlauch, im Fall der ALD-Sensoren an der Trennschicht direkt. Die Reflektion sorgt dafür, dass am Empfänger ein deutlich schwächeres oder auch gar kein Signal mehr ankommt. Ein Mikroprozessor wertet die Amplitude des am Empfänger eingehenden Ultraschallimpulses aus und sendet ein definiertes Signal an das angeschlossene Gerät. Je nach Anwendung reagieren Geräte auf die Signale und geben eine zuvor festgelegte Warnmeldung aus.

Die berührungslose Detektion und die kompakte Bauform der Sensoren bilden die Grundvoraussetzung für hygienische und kontaminationsfreie Anwendungen. Die flüssigkeitsdurchströmten Schläuche beziehungsweise Tropfkammern werden einfach in den Sensor gelegt und das Kabel an die Gerätesteuerung angeschlossen. Ein schneller, reibungsloser Wechsel ist garantiert, ein Koppelmedium nicht erforderlich. „Unsere Sonocheck-Sensoren arbeiten nach dem Prinzip der Trockenkopplung“, erläutert Ködderitzsch. „Schlauch oder Tropfkammer können so auch über Monate im Detektor bleiben, der dennoch absolut zuverlässige Messergebnisse liefert.“ Ein Koppelmedium wie Gel würde dagegen mit der Zeit austrocknen und zu Problemen führen.

Die Farbe des durch den Schlauch oder die Tropfkammer strömenden Mediums hat keinen Einfluss auf die Messung. Ebenso wenig die Arbeitstemperatur, solange sie im Bereich von 5 bis 60° C bleibt. Der Ultraschallsensor passt sich dynamisch variierenden akustischen Bedingungen problemlos an und gewährleistet so eine hohe Stabilität der Messwerte gegenüber schwankenden Umgebungsbedingungen. Der Messzyklus der nicht invasiven Sonocheck -Sensoren liegt bei 200 µs. Die Reaktionszeit beträgt typischerweise 1 ms. „Wie unsere Kunden bestätigen, erkennen ABD-Sensoren sogar Luftblasen mit einem Volumen unter 2 µl – also weit unter der von uns garantierten Mindestgröße von 1/3 des Schlauchinnendurchmessers“, erläutert Ködderitzsch.

Basissensoren individuell anpassen

Die ALD Tropfkammersensoren gibt es in zwei Versionen an: Der einkanalige Sensor ALD01 mit einer Messstelle misst präzise einen festgelegten Flüssigkeitsstand. Für die Erfassung von Niveaus, die zwischen einem Minimal- und einem Maximalwerten schwanken, entwickelten die Hallenser den zweikanaligen ALD02, der faktisch aus zwei miteinander gekoppelten Einzelsensoren besteht.

Der ABD-Luftblasensensor wird von Sonotec in drei applikationsspezifisch veränderbaren Grundformen angeboten: als ABD05, der speziell für medizinische Anwendungen entwickelt wurde, als ABD06 mit einer auf den industriellen Bedarf ausgelegten Steuerung und als besonders kompakter ABD07, der mit 25,4 mm Breite, 15,75 mm Höhe und 19,0 mm Tiefe nur halb so groß ist wie der ABD05, der Leistung der „Großen“ jedoch in nichts nachsteht. Mithilfe seiner einstellbaren Empfindlichkeit kann der Anwender präzise vorgeben, ab welcher Luft- beziehungsweise Gasblasengröße er reagieren soll. Alle Sonocheck-Sensoren verfügen über einen anwenderspezifisch programmierbaren Mikrocontroller mit erweiterbaren Funktionalitäten wie beispielsweise Fail-Safe und serielle Kommunikation.

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