Welche Vorteile ein Einweg-Durchflusssensor in der Medizintechnik bietet

| Autor / Redakteur: Susanne Jungmann * / Hendrik Härter

Mit einem Einweg-Durchflusssensor mit Durchflussraten von unter einem Milliliter in der Stunde sind für den Patienten lebensnotwendig.
Mit einem Einweg-Durchflusssensor mit Durchflussraten von unter einem Milliliter in der Stunde sind für den Patienten lebensnotwendig. (Bild: Sensirion)

Niedrige Durchflussraten von weniger als einem Milliliter in der Stunde kann ein Einweg-Durchflusssensor bieten. Unser Beitrag zeigt, welche Vorteile der Sensor in der Medizintechnik bietet.

Bei medizinischen Verfahren und Therapien gilt es häufig: Es müssen kleinste Durchflussraten, meist unter einem Milliliter pro Stunde, gemessen und geregelt werden. In den meisten Fällen hängen die Ergebnisse der Therapie und damit das Wohlbefinden, wenn nicht sogar das Überleben des Patienten, von einer zuverlässigen und kontinuierlichen Medikamentengabe selbst bei äußerst niedrigen Durchflussraten ab. Es wurden zwar verschiedene Maßnahmen evaluiert und eingeführt, um solche Therapien zu verbessern und zuverlässiger zu gestalten, doch bleibt immer noch Raum, eingesetzt Techniken zu verbessern. Ein enorm vielversprechender Ansatz ist es, einen Einweg-Durchflusssensor zu verwenden, mit dem die niedrigsten Durchflussraten gemessen und häufige Fehlermodi schnell und zuverlässig erkannt werden können.

Ambulante Infusionspumpen sind in der ambulanten Therapie und der häuslichen Pflege beliebt, da sie über einen Zeitraum von mehreren Tagen für eine kontinuierliche Abgabe hochkonzentrierter Medikamente sorgen. Durch den Einsatz tragbarer ambulanter Infusionspumpen konnten die Dauer von Krankenhausaufenthalten und die damit einhergehenden Kosten deutlich reduziert werden.

Die Elastomerpumpe als Beispiel einer Infusionspumpe

Zudem wurde dich Lebensqualität des Patienten verbessert, da dieser sich in seiner vertrauten Umgebung aufhalten kann. Die geforderten Durchflussraten reichen in der Regel von einem Milliliter bis hin zu wenigen hundert Millilitern pro Stunde (ml/h). So konnte nachgewiesen werden, dass im Falle einer Chemotherapie die kontinuierliche Medikamentengabe im Vergleich zu herkömmlichen Injektionen im Tagesrhythmus einen positiven pharmakodynamischen Effekt auf die Wirksamkeit und die Toxizität der Therapie hat.

Eine sogenannte Elastomerpumpe ist einer der am häufigsten genutzten Vertreter ambulanter Infusionspumpen. Typischerweise besteht diese aus einem Druckreservoir, das kontinuierlich Druck auf das Medikament ausübt, einem IV-Infusionsset mit einem Durchflussbegrenzer (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, der Schmerztherapie oder der Chelat-Therapie 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 zwei Parameter beeinflusst: durch den Differenzialdruck zwischen Ein- und Ausgang des Durchflussbegrenzers sowie zweitens durch den Widerstand. Während der Eingangsdruck durch das Druckprofil des Pumpenreservoirs bestimmt wird, hängt der Ausgangsdruck von mehreren Faktoren ab: von der Art der Injektionsstelle, vom individuellen Venengegendruck des Patienten sowie vom Höhenunterschied zwischen Reservoir und Injektionsstelle. 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 meistens, den Durchflussbegrenzer über den gesamten Therapieverlauf mit einem Pflaster auf der Haut des Patienten zu befestigen.

Von Genauigkeit und Durchflussrate

Die derzeit etablierten Systeme weisen eine Reihe bekannter 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. Aus diesem Grund 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. Somit verhindern Abweichungen in beide Richtungen ein optimales Therapieergebnis. Wenn zudem Medikamente aufgrund niedrigerer Durchflussraten nicht verabreicht werden, verbleiben sie als Reste im Reservoir und müssen auf spezielle Weise entsorgt werden.

Insbesondere bei niedrigen Durchflussraten sind ohne eines Einweg-Durchflusssensors Verstopfungen des sehr dünnen Durchflussbegrenzers oder der Injektionsstelle nicht ausreichend schnell und zuverlässig zu erkennen. In den meisten Fällen dauert es Stunden, bis eine Okklusion durch den Patienten oder das Pflegepersonal erkannt wird. Auch das verhindert ein optimales Therapieergebnis. Derzeit können die hier beschriebenen unerwünschten Effekte weder für ein direktes Feedback noch zu Zwecken der telemetrischen Betreuung überwacht werden. Auch eine Aufzeichnung dieser zur späteren Analyse durch das Klinikpersonal ist aktuell nicht möglich.

Aus diesem Grund entwickeln viele Hersteller ambulanter Infusionspumpen ganz unterschiedliche Versionen bestehender Produkte. Eine mögliche Lösung ist die nahtlose Integration eines Einweg-Durchflusssensors im Infusionsset: Hier bietet Sensirion den Sensor LD20.

Lebensrettende Medikamente verabreichen

Mit einem Durchflusssensor für medizinische Anwendungen lassen sich wichtige Messdaten und Vitalparameter automatisch erfassen und beispielsweise im elektronischen Patientendatenmanagementsystem (PDMS) speichern.
Mit einem Durchflusssensor für medizinische Anwendungen lassen sich wichtige Messdaten und Vitalparameter automatisch erfassen und beispielsweise im elektronischen Patientendatenmanagementsystem (PDMS) speichern. (Bild: Sensirion)

In der Pädiatrie und der Neonatologie erhalten die winzigen und verletzlichen Patienten sehr viel spezielle Pflege und Aufmerksamkeit – nicht nur vom Pflegepersonal, den Ärzten und Eltern, sondern auch von der Medizinbranche. Aufgrund des geringen Körpergewichts der Patienten sind in diesem Kontext Durchflussraten von 1 ml/h oder auch weniger die Regel. Somit wirken sich die bekannten und inhärenten Probleme der aktuellen Infusionstechnologie (Startverzögerungen, Durchflussstörungen und Abhängigkeit vom hydrostatischen Druck) sogar noch schädlicher auf das Therapieergebnis aus.

Die Verabreichung lebensrettender Medikamente mit kurzen Halbwertszeiten, wie Adrenalin, darf auf keinen Fall durch die eingesetzte Infusionstherapie verzögert oder ausgesetzt werden. Dennoch geschieht das häufig. Grund dafür ist die Compliance der Schläuche und Spritzenkolben, die Bewegung und vertikale Verlagerung von Spritzenpumpen beim Transport des Patienten oder die Befüllung der Pumpe mit einer neuen Spritze.

Die Summe aller injizierten oder sonst wie eingenommenen Flüssigkeiten, sei es in Form von Medikamenten oder als Nahrung sowie der ausgeschiedenen Flüssigkeitsvolumina, ist nicht nur für das Wohlbefinden des Kindes wichtig, sondern auch nach oben begrenzt. Daher muss der Flüssigkeitshaushalt des Kindes oder Neugeborenen täglich überwacht und neu berechnet werden.

Einweg-Durchflusssensoren, in Infusionssets integriert, ermöglichen es medizinischen Geräten nicht nur die verabreichten Durchflussraten präzise zu überwachen, sondern auch die bereits genannten üblichen Fehlermodi schnell und zuverlässig zu erkennen.

Ein Einweg-Durchflusssensor erkennt Nierenversagen

Für die kontinuierliche Messung des Urinflusses bei schwer kranken Patienten müssen Durchflussraten von einem Milliliter bis 100 Milliliter pro Stunde gemessen werden. Akutes Nierenversagen (ANV) ist eine weit verbreitete Komplikation bei schwer kranken Patienten auf der Intensivstation und tritt mit einer Häufigkeit von 20 bis 30% auf. Die frühe Erkennung und korrekte Diagnose von akutem Nierenversagen wird derzeit in der medizinischen Forschung und Entwicklung umfassend behandelt. Mit Eintreten eines ANV steigt die Patientenmortalität und das Risiko einer chronischen Nierenerkrankung erheblich.

Akutes Nierenversagen lässt sich aufgrund von Laborwerten wie der Änderung der Serumkreatinin-Konzentration oder dem Ausstoß von Abfallprodukten aus dem Stickstoffmetabolismus der Nieren diagnostizieren. Forschungsergebnisse zeigten allerdings, dass die Menge produzierten Urins eines katheterisierten Patienten empfindlicher auf Veränderungen der Nierenfunktion reagiert als biochemische Marker. Eine Veränderung des produzierten Urinvolumens ist damit früher aussagekräftig als Veränderungen der biochemischen Zusammensetzung des Urins.

Ärzte steigern die Sensitivität und die Genauigkeit der ANV-Diagnose mithilfe der standardisierten RIFLE-Klassifikation (Risiko, Schädigung, Versagen [der Nieren], Verlust [der Nierenfunktion], terminales Nierenversagen). Diese Klassifikation besagt, dass ein Absinken der Urinausscheidung unter 0,5 ml pro Kilogramm Körpergewicht pro Stunde über mehr als sechs Stunden in Folge ein erstes Anzeichen eines erhöhten Risikos für Nierenversagen ist.

Das größte Problem bei der Bestimmung des vom Patienten ausgeschiedenen Urinvolumens besteht heute darin, dass dieses in regelmässigen Abständen von Hand vom Pflegepersonal der Intensivstation gemessen und notiert werden muss. Eine Trendanalyse kann also nur aufgrund dieser manuell erfassten Werte ermittelt werden. Die Möglichkeit einer automatischen und kontinuierlichen Messung und damit einer Aufzeichnung der Urinausscheidungen ermöglicht eine schnellere Diagnose. Nur so können Ärzte ein Nierenversagen zuverlässig erkennen oder bestenfalls sogar verhindern. Der Einweg-Durchflusssensor LD20 kann auch dieses Problem lösen.

Messdaten und Vitalparameter automatisch erfassen

Mit einem Einweg-Durchflusssensor lassen sich wichtige Messdaten und Vitalparameter automatisch erfassen und beispielsweise im elektronischen Patientendatenmanagementsystem (PDMS) speichern. Damit werden zeitraubende, ungenaue und aufwendig von Hand geschriebene Patientenakten überflüssig. Zudem wird die zeitnahe Erkennung unerwünschter Effekte möglich und die Daten sind für eine spätere Analyse einfach verfügbar. Vor allem jedoch hat das Pflegepersonal so mehr Zeit für andere Aufgaben, die seine Aufmerksamkeit erfordern.

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* Susanne Jungmann ist Product Manager Liquid Flow Sensors bei Sensirion in Stäfa/Schweiz.

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