Intelligente, kleine und günstige Durchflusssensoren können die Medikamentenverabreichung von Grund auf verändern. Mit ihnen lassen sich sicherere und zuverlässige Lösungen für die Pflege im Spital und zu Hause schaffen, bis hin zu Wearables.
Infusionspumpen versorgen Patienten heute kontrolliert, genau und selbsttätig mit Medikamenten und werden im klinischen Umfeld zunehmend eingesetzt. Es gibt allerdings eine Reihe von unerwünschten Ereignissen im Zusammenhang mit Infusionspumpen: So gingen bei der FDA von 2003 bis 2009 mehr als 56 000 Berichte über Zwischenfälle ein, von denen 710 tödlich endeten. Deshalb investieren viele Häuser auch intensiv in Schulungen und Sicherheitssysteme.
Jedes vermeidbare unerwünschte Medikamentenereignis schlägt darüber hinaus Berichten zufolge mit 8750 US-Dollar zu Buche, so dass sich weniger Störfälle bei Infusionspumpen für die Krankenhäuser auch kostenmäßig auszahlen würden. Neben Softwarefehlern, Problemen bei der Bedienung oder mit der Batterie sind Störungen im Schlauchsystem eine häufige Fehlerquelle: undosierter Durchfluss (Free Flow), Verschluss (Occlusion), Blasen (Bubbles), offener Schlauch (Open Line) und Querflüsse in Mehrfachinfusionen (Cross Flow) können auftreten. Moderne Infusionspumpen überwachen solche Probleme mit Hilfe hochentwickelter technischer Approximationsverfahren. Dabei kommt es jedoch zu zahlreichen Fehlalarmen. Werden hingegen Durchflusssensoren eingesetzt, erkennen und melden diese die Störungen zuverlässig. Dann kann das Klinikpersonal seine Aufmerksamkeit auf die echten Ausfälle konzentrieren.
Solche Sensoren machen die Geräte sicherer – und können zum Teil zu ganz anderen Bauweisen von Infusionspumpen führen. Eine erfolgreiche Durchflusssensorlösung für medizinische Geräte muss allerdings drei grundlegende Bedingungen erfüllen: Sie muss leistungsfähig, klein und kosteneffizient sein. Mit der CMOSens-Technologie, wie sie in den Durchflusssensoren der Schweizer Sensirion AG, Staefa, eingesetzt wird, lässt sich das umsetzen.
Das Sensorelement ist hier ein integrierter Bestandteil eines Mikrochips, der alle Signalverarbeitungs-, Linearisierungs-, Kalibrierungs- und Kommunikationselemente auf einer Fläche von 7,4 mm2 vereint. Das entspricht etwa der Größe eines Stecknadelkopfes. Der Mikrochip wiederum ist von einem tellerförmigen Kunststoffgehäuse umschlossen. Der Sensor wird mit Hilfe eines Luer-Lock-Anschlusses mit dem Infusionsbesteck verbunden.
Um mit dem System messen zu können, müssen zwei Bedingungen erfüllt sein. Der Mikrochip muss in Kontakt zum Strömungsweg stehen, und es ist ein Elektroanschluss für Stromversorgung und Kommunikation erforderlich. Um das zu erreichen, kann der Mikrochip auch in das Infusionsbesteck eingegossen werden. Wenn die Pumpentür geschlossen ist, erfolgen Stromversorgung und Kommunikation drahtlos über Nahbereichskommunikation (NFC). Weitere Funktionen wie ein digitaler Code für das Infusionsbesteck, der die Medikamentenidentifikation ermöglicht, können die Sicherheit erhöhen.
Da die Kombination von Sensorelement und CMOS-Logik auf der Halbleitertechnik basiert, die auch zur Produktion von Computerchips genutzt wird, sinken die Herstellungskosten so weit, dass eine Anwendung in Einweg-Infusionsbesteck gerechtfertigt ist.
Dass sich die Mikrochips in das Infusionsbesteck und auch in Medizinprodukte einbauen lassen, ermöglicht verschiedene Anwendungen: Diese reichen von Infusionspumpen, bei denen der Sensor in das Schlauchsystem integriert ist, bis hin zu Medizinprodukten für die häusliche Pflege. So könnte der Sensor in einem Infusionsbesteck eingesetzt werden, das an ein am Arm des Patienten getragenes Gerät angeschlossen ist. Dieses verfügt über eine Stromversorgung, ein Display sowie LED- und/oder akustische Alarmsignale. Wenn es mit einem Ventil und der notwendigen Intelligenz ausgestattet wird, kann es Infusionspumpen bei druck- oder schwerkraftgetriebenen Infusionen ersetzen.
Der Sensorchip kann auch direkt in eine Butterfly-Nadel integriert werden 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. Derartige Geräte bestehen immer aus einem Teil, in dem die komplexe Elektronik untergebracht ist – das kann zum Beispiel eine Infusionspumpe oder ein am Körper tragbares Gerät sein–, sowie einer Einweg-Komponente, in der sich der Mikrochip befindet. Mit diesem Konzept wird sogar eine neue Generation medizinischer Geräte vorstellbar, die mehr Sicherheit, Zuverlässigkeit und/oder Mobilität gewährleisten.
Sicherheit und Zuverlässigkeit lassen sich aber ebenso steigern, wenn mit Hilfe von Einweg-Durchflusssensoren Infusionspumpen mit einfacheren Bauformen entstehen, Fehlerereignisse mit größerer Sicherheit erkannt und damit Fehlalarme reduziert werden.
Daniel Längle Sensirion, Staefa/Schweiz
So wird gemessen
Das Messprinzip der Durchflusssensoren von Sensirion basiert auf einem mikroskopischen Heizelement, das die Medikamentenlösung minimal erhitzt. Vor und hinter diesem Heizelement befindet sich je ein Temperatursensor. Zusammen überwachen diese das entstehende „thermische Feld“. Dessen Form hängt direkt vom Durchfluss im Schlauchsystem ab. Dank dieses Prinzips sind die Durchflusssensoren sehr leistungsfähig, insbesondere bei den für Medikamenteninfusionen notwendigen niedrigen Flussraten. Da der Sensor den Durchfluss von außerhalb des Infusionsbestecks misst, kommt es weder zu Verunreinigungen noch zu Behinderungen in den Schläuchen.
Die CMOSens-Technologie ermöglicht die Kombination des Sensorelementes mit analoger und digitaler Auswertungselektronik auf einem CMOS-Siliziumchip.
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