Durchflusssensoren
Ungestörte Infusion
Fortsetzung des Artikels von Teil 1
CMOS-Sensor mit Heizung
CMOS-Sensor mit Heizung
Eine erfolgreiche Durchflusssensorlösung für medizinische Geräte muss drei grundlegende Bedingungen erfüllen: Sie muss leistungsfähig, klein und kosteneffizient sein. Die in den Durchflusssensoren von Sensirion zum Einsatz kommende »CMOSens«-Technik kann diese Bedingungen erfüllen.
Das Grundprinzip dieser Messlösung (Bild 1) basiert auf dem Einsatz eines kleinen Heizelements, das die Medikamentenlösung minimal erhitzt. Vor und hinter diesem befindet sich je ein Temperatursensor. Zusammen überwachen diese das entstehende »thermische Feld«, dessen Form sich direkt durch den Durchfluss im Schlauchsystem bestimmt. Da der Sensor den Durchfluss von außerhalb des Infusionsbestecks misst, kommt es weder zu Verunreinigungen noch zu Behinderungen in den Schläuchen.
Das Sensorelement ist ein integrierter Bestandteil eines Mikrochips, der alle Signalverarbeitungs-, Linearisierungs-, Kalibrierungs- und Kommunikationselemente auf einer Fläche von 7,4 mm² vereint. Der Einbau von Mikrochips in das Infusionsbesteck und auf makroskopischer Ebene in Medizinprodukte sowie in die Krankenhausinfrastruktur lässt sich auf vielfältige Weise umsetzen und ermöglicht verschiedene Anwendungen von Infusionspumpen mit in das Schlauchsystem integriertem Sensor bis hin zu Medizinprodukten für die häusliche Pflege.
Sensorintegration
Der Mikrochip ist von einem tellerförmigen Kunststoffgehäuse umschlossen, und der Sensor wird mithilfe eines Luer-Lock-Anschlusses mit dem Infusionsbesteck verbunden. Er ist somit direkt im Infusionsschlauch integriert. Auch Lösungen mit stärkerer Integration sind realisierbar. Für eine erfolgreiche Umsetzung sind zwei Kriterien maßgeblich: Der Mikrochip muss in Kontakt zum Strömungsweg stehen und es ist ein Elektroanschluss für die Stromversorgung sowie für die Kommunikation nötig. So kann der Mikrochip beispielsweise in das Infusionsbesteck eingegossen werden, das mit einer den heutigen Modellen ähnlichen Infusionspumpe verbunden ist. Wenn die Pumpentür geschlossen ist, erfolgen Stromversorgung und Kommunikation drahtlos über Nahbereichskommunikation (NFC). Weitere Funktionen wie ein digitaler Code für das Infusionsbesteck zur Medikamentenidentifikation könnten die Sicherheit zusätzlich erhöhen.
Im Beispiel einer nicht-stationären Medikamentenverabreichung kommt der Sensor in einem Infusionsbesteck zum Einsatz, das an ein am Arm des Patienten getragenes Gerät angeschlossen ist (Bild 2). Dieses Gerät verfügt über eine Stromversorgung, ein Display sowie optische (LED) und/oder akustische Alarmsignale. Wenn dieses mit einem Ventil und der notwendigen »Intelligenz« ausgestattet wird, kann es Infusionspumpen bei druck- oder schwerkraftgetriebenen Infusionen vollständig ersetzen. Der Sensorchip lässt sich auch direkt in eine Butterfly-Nadel integrieren und den Durchfluss sehr nah am Körper des Patienten messen. Für die Stromversorgung und die Kommunikation sind Lösungen wie Smart-Watches oder andere Wearables vorstellbar.
Einfluss auf heutige Infusionspumpen
Neben der erhöhten Sicherheit des Patienten gibt es auch wirtschaftliche Gründe für den Einsatz von Einweg-Durchflusssensoren. Weniger Störfälle bei Infusionspumpen zahlen sich für die Krankenhäuser auf der Kostenseite aus, da jedes vermeidbare unerwünschte »Medikamentenereignis« Berichten zufolge mit 8750 US-Dollar zu Buche schlägt. Deshalb investieren viele Krankenhäuser intensiv in Schulungen und Sicherheitssysteme. Durch den Einsatz von Einweg-Durchflusssensoren in Infusionspumpen sind einfachere Bauformen und eine signifikante Steigerung der Sicherheit und Zuverlässigkeit möglich. Die beschriebenen Fehlerereignisse können mit deutlich größerer Sicherheit erkannt werden, was das Auftreten von Fehlalarmen reduziert; dann widmet das Klinikpersonal echten Ausfällen mehr Aufmerksamkeit.
Neben den Verbesserungen an bestehenden Systemen bietet der Einsatz von Einwegsensoren bei Infusionen außerdem die Grundlage für komplett neue Konzepte. Mit einem Ventil und einem Sensor ausgestattete Wearables, die einen schwerkraft- oder druckgetriebenen Flüssigkeitsdurchfluss von einem Infusionsbeutel in einem geschlossenen System steuern, stellen eine mobile Lösung für Infusionstherapien dar.
Über den Autor:
Daniel Längle ist Application Expert Medical Liquid Flow Sensors bei Sensirion.
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