Sensirion Einweg-Durchflusssensor für die Medizintechnik

Vielfältige Einsatzbereiche für den Einweg-Durchflusssensor LD20 von Sensirion
Vielfältige Einsatzbereiche für den Einweg-Durchflusssensor LD20 von Sensirion

Neuer Ansatz zur Messung und Regelung kleinster Durchflussraten in der Medizintechnik: Sensirions Einweg-Durchflusssensor LD20 ermöglicht die bidirektionale Messung von Flussraten von 0-1000 ml/h und erkennt gleichzeitig in Echtzeit Fehler wie Okklusion, unkontrollierten Durchfluss oder Leckagen.

Ambulante Infusionspumpen erfreuen sich wachsender Beliebtheit in der Therapie und der häuslichen Pflege, weil sie über einen Zeitraum von mehreren Tagen für eine kontinuierliche Abgabe hochkonzentrierter Medikamente sorgen. Dabei reichen die geforderten Durchflussraten in der Regel von einem Milliliter bis hin zu wenigen hundert Millilitern pro Stunde (ml/h).

Zu den am häufigsten genutzten Vertretern ambulanter Infusionspumpen zählen Elastomerpumpen. Sie bestehen typischerweise aus einem Druckreservoir, das kontinuierlich Druck auf das Medikament ausübt, einem IV-Infusionsset mit einem Durchflussbegrenzer (z.B. eine dünne Kapillare als Druckabfallelement), der die erforderliche Durchflussrate einstellt, sowie einem Venenkatheter oder Injektionsport. Diese Pumpen funktionieren häufig rein mechanisch und kommen als Einweggeräte in der Chemotherapie oder der Schmerztherapie zum Einsatz. Sie weisen in der Regel ein charakteristisches konkaves Druckprofil auf, das heißt, die erzeugte Durchflussrate ist am Ende und am Anfang der Therapie leicht höher als in der Mitte. 

Die tatsächlich durch Elastomerpumpen injizierten Durchflussraten werden hauptsächlich durch den Differenzialdruck zwischen Ein- und Ausgang des Durchflussbegrenzers und durch dessen Widerstand beeinflusst. Während der Eingangsdruck durch das Druckprofil des Pumpenreservoirs bestimmt wird, hängt der Ausgangsdruck von der Art der Injektionsstelle, vom individuellen Venengegendruck des Patienten sowie vom Höhenunterschied zwischen Reservoir und Injektionsstelle ab. Der Widerstand des Durchflussbegrenzers wird durch die Viskosität des Medikaments beeinflusst, die wiederum von der molekularen Zusammensetzung und der Temperatur der Lösung abhängt. Damit auch bei sich ändernder Umgebungstemperatur die Temperatur der Lösung möglichst stabil bleibt, empfehlen Hersteller von Elastomerpumpen meist, den Durchflussbegrenzer über den gesamten Therapieverlauf mit einem Pflaster auf der Haut des Patienten zu befestigen. 

Die derzeit etablierten Systeme weisen also eine Reihe von Schwächen auf. Die gemäß internationalen Normen erforderliche Genauigkeit der Durchflussrate liegt unter spezifischen Bedingungen bei ±15 %. Für den Patienten ist es während seiner üblichen alltäglichen Abläufe jedoch schwierig, die empfohlenen Handlungsanweisungen so einzuhalten, dass die spezifizierte Pumpenleistung gewährleistet ist. Daher weichen die tatsächlichen Durchflussraten häufig erheblich von den beabsichtigten Werten ab. Während höhere Durchflussraten zu einer erhöhten Toxizität der Therapie führen, reduzieren niedrigere Durchflussraten die Wirksamkeit der Behandlung. Zudem sind vor allem bei niedrigen Durchflussraten ohne die Nutzung eines Einweg-Durchflusssensors Verstopfungen des sehr dünnen Durchflussbegrenzers oder der Injektionsstelle nicht schnell und zuverlässig genug erkennbar. Oft dauert es Stunden, bis eine Okklusion durch den Patienten oder das Pflegepersonal erkannt wird. Derzeit können diese unerwünschten Effekte weder für ein direktes Feedback noch zu Zwecken der telemetrischen Betreuung überwacht werden. Auch eine Aufzeichnung zur späteren Analyse durch das Klinikpersonal ist aktuell nicht möglich. 

Die Lösung: Integrierte Einweg-Durchflusssensoren

Aus diesem Grund entwickeln viele Hersteller ambulanter Infusionspumpen intelligente Versionen ihrer bestehenden Produkte. Eine mögliche Lösung ist die nahtlose Integration eines Einweg-Durchflusssensors im Infusionsset – zum Beispiel des LD20-Sensors von Sensirion. Damit lassen sich nicht nur die verabreichten Durchflussraten präzise überwachen, sondern auch die üblichen Fehlermodi schnell und zuverlässig erkennen. Der LD20 kombiniert Sensirions CMOSens-Technologie zur Messung von Flüssigkeitsdurchflüssen mit einem kostenoptimierten Einweg-Design für Hochvolumen-Anwendungen in der Medizintechnik, den Biowissenschaften und der Lebensmittelindustrie. Der Sensor ermöglicht die bidirektionale Messung von Flussraten von 0 - 1000 ml/h und erkennt gleichzeitig typische Fehlermodi wie Okklusion, unkontrollierten Durchfluss oder Luftblasen zuverlässig und mit laut Hersteller bisher unerreichter Geschwindigkeit und Sensitivität.

Mit Hilfe eines Einweg-Durchflusssensors können wichtige Messdaten und Vitalparameter automatisch erfasst und beispielsweise im elektronischen Patientendatenmanagementsystem (PDMS) gespeichert werden. Zudem wird die zeitnahe Erkennung unerwünschter Effekte möglich, und die Daten sind für eine spätere Analyse einfach verfügbar.