Drucksensor gibt grünes Licht bei richtiger Inhalation

Dosierinhalator

Drucksensor gibt grünes Licht bei richtiger Inhalation

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Ein präziser Drucksensor mit großem Dynamikbereich überwacht die korrekte Anwendung von Asthma-Inhalatoren. Erhält der Patient nicht die benötigte Wirkstoffmenge oder setzt er das Gerät falsch ein, meldet sich das Gerät per Warnsignal.

Lee Johnson
First Sensor, Shepshed, Leicestershire, UK

Die Behandlung von Asthma mit Hilfe eines entzündungshemmenden Aerosols, das über einen Dosierinhalator verabreicht wird, ist nur hochwirksam, wenn es richtig angewandt wird. Das Start-up Smart Air, Hersteller von Gesundheitsgeräten mit Sitz in Nordirland, hat mit dem Airbrio-Atemwegsmanagement eine Technologie entwickelt, um die Daten eines Asthmatikers während der Inhalation aufzuzeichnen und einen Wert für die Erfüllung der Anwendung (Compliance-Score) liefern zu können. Dies ermöglicht dem Benutzer, seine Inhalationstechnik zu trainieren und zu verbessern. Die neue Technologie basiert auf einem präzisen und robusten Differenzdrucksensor der First Sensor AG.

Laut Gebrauchsanweisung des Druckgas-Dosierinhalators erfordert die korrekte Technik eine langsame, stetige und tiefe Einatmung des Aerosols über einen bestimmten Zeitraum, um die Einlasskammer des Inhalators vollständig zu entleeren und die gesamte Dosis in die Lunge zu leiten. Es ist klar, dass ein Arzt oder eine Krankenschwester den Patienten nicht jedes Mal bei der Inhalation betreuen können. Die Verwendung eines Dosierinhalators durch die Patienten erfolgt normalerweise unbeaufsichtigt. Wenn also ein Patient die Inhalationstechnik falsch anwendet, gibt es bisher keine Methode den Benutzer auf Fehler hinzuweisen. Dies bedeutet, dass weder der Patient noch sein Arzt merken, wenn möglicherweise nur ein kleiner Teil der verschriebenen Dosis des Asthmamedikaments eingenommen wird. Diese Risiken erschweren eindeutig die Beurteilung des Arztes, ob das Medikament für den Patienten wirksam und geeignet beziehungsweise die Menge der verschriebenen Dosis ausreichend ist.

Die Innovation des Smart Air-Systems ist die Kombination von hochentwickelter Sensor- und Elektroniktechnologie mit einer einfachen Benutzeroberfläche. Airbrio kann mit Standard-Inhalatoren und marktführenden Dosierhilfen verwendet werden und zeichnet präzise Daten über die Inhalationen des Patienten auf.

Ampel-System soll die Nutzung des Inhalators verbessern

Diese Daten werden dann in ein einfaches Ampel-System für den Benutzer umgewandelt: Bei korrekter Inhalation werden grüne Lichter auf der Airbrio-Einheit direkt vor den Augen des Benutzers angezeigt. Die Lampen wechseln zu Orange oder Rot, wenn die Inhalationsrate unter den optimalen Wert fällt. Wenn die korrekte Gesamtmenge des Asthmamittels verabreicht wurde, erscheint ein Stopp-Signal. Eine drahtlose Bluetooth-Verbindung zu einer Smartphone-App ermöglicht es dem Patienten und seinem Arzt, die tatsächliche Nutzung des Inhalators im Vergleich zur vorgeschriebenen Frequenz sowie die Werte für die Erfüllung jeder einzelnen Anwendung zu verfolgen.

Der Schlüssel zum Betrieb des Airbrio ist dabei die genaue Erfassung der Luftströmung durch die Ansaugkammer in den Atemtrakt des Patienten. Die Abgabe des Medikaments selbst wird durch den Inhalator gesteuert, nicht durch die Airbrio-Technologie. Um dies zu erreichen, entschied sich Smart Air für den Einsatz eines Differenzdrucksensors von First Sensor: Durch Messung des Druckabfalls in der Einlasskammer im Verhältnis zur Atmosphäre über die Dauer der Inhalation kann das System das eingeatmete Luftvolumen und die Geschwindigkeit des Luftstroms berechnen und die Daten in Echtzeit-Hinweise für den Patienten und den Compliance-Score umwandeln.

Der von Smart Air eingesetzte Differenzdrucksensor der LDE-Serie des Berliner Sensor-Spezialisten basiert auf der thermischen Massendurchflussmessung von Gas durch einen sehr kleinen, im Sensor-Chip integrierten Strömungskanal. Diese neue Sensortechnologie ermöglicht die hochempfindliche Messung niedrigster Drücke. SMT- und DIP-Miniaturgehäuse erlauben die platzsparende Leiterplattenmontage des Sensors. Sie sind ab Werk vollständig kalibriert und verfügen über eine interne Temperaturkompensation. Der Airbrio-Sensor verwendet eine analoge Ausgangspannung. Ein digitaler Ausgang über eine serielle Schnittstelle ist ebenfalls verfügbar.

Die Attraktivität der LDE-Serie für die Airbrio-Anwendung liegt zum einen in der Benutzerfreundlichkeit: Der Sensor wird mit zwei Druckanschlüssen geliefert, die einfach über Schläuche angeschlossen werden können. Der andere wichtige Grund ist die sehr hohe Messempfindlichkeit über einen großen Dynamikbereich, wodurch sich der Airbrio für Kinder als auch für Erwachsene eignet. Dies senkt die Entwicklungskosten für zwei unterschiedliche Sensormodelle.

Ein einzelner Sensor ist jedoch schwieriger zu implementieren: Airbrio muss in der Lage sein, Daten für den relativ großen Druckabfall in der Ansaugkammer aufzunehmen, der entsteht, wenn ein Erwachsener tief einatmet, und den viel kleineren Druck, der durch eine schwächere Inhalationen eines Kindes erzeugt wird.

Sensor arbeit mit
sehr hoher Genauigkeit

Für die über die Zeit aufgezeichneten Druckwerte, die der Prozessor in einen Wert für die eingeatmete Luftmenge umwandelt, ist eine Gesamtgenauigkeit von mindestens ±5 % gefordert. Dies ist der Wert für das Gesamtsystem. Der Sensor allein benötigt also eine höhere Genauigkeit um Reserven für Fehler und Abweichungen an anderen Stellen im System zu haben. Der Analogausgang des von Smart Air ausgewählten Sensormoduls LDES250B erreicht eine Genauigkeit von ±0,75 % über den gesamten Messbereich von 0 Pa bis ±250 Pa. Die Auswirkung von Temperaturänderungen auf das Ausgangssignal ist über einen Bereich von 5 °C bis 55 °C auf maximal ±1,75 % begrenzt.

Das Smart-Air-Entwicklungsteam in Nordirland wurde von einem in Großbritannien ansässigen Anwendungstechnik- und Kundendienstteam von First-Sensor unterstützt. Wie alle Produkte des Sensor-Experten entspricht die LDE-Serie den hohen Qualitätsstandards. Zudem ist das Unternehmen nach EN ISO 13485 zertifiziert und erfüllt damit die Anforderungen an Medizinprodukte. Das Airbrio-System ist jetzt in Produktion, und seine einfache, übersichtliche Ampel-Funktion und die dazugehörige Smartphone-App ermöglichen es dem Benutzer in Kürze, die Verwendung seines Inhalators in Echtzeit zu verwalten und Daten für eine regelmäßige Überprüfung durch seinen Arzt online aufzuzeichnen.

www.first-sensor.com

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