Sensor fühlt dem Druck auf den Zahn

Drucksensor

Sensor für automatisierte Dosierprozesse

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Der Relativdrucksensor Flowplus 16 ist speziell auf die Bedürfnisse von halb- und vollautomatisierten Dosierprozessen ausgelegt. Eine interessante Aufgabe findet er beispielsweise in der intraligamentären Anästhesie.

Tobias Maier
Viscotec, Töging

In der Zahnmedizin ist die intraligamentäre Anästhesie eine effektive Betäubungsart, um dem Patienten Schmerzen zu ersparen. Intraligamentär bezeichnet in diesem Zusammenhang die Art und Weise der Ausbreitung und Wirkung einer Anästhesiemaßnahme in der Zahnmedizin. Diese Betäubungsart kommt dann zur Anwendung, wenn andere Anästhesiemethoden keine ausreichende Wirkung zeigen. Hierbei wird das Anästhetikum mit Hilfe einer sehr dünnen Nadel direkt zwischen Knochenfach (Alveole) und Zahn eingespritzt.

Bei einem aktuellen Forschungsprojekt werden herkömmliche Einwegspritzen mit verschiedenen, gängigen, mechanischen sowie computergestützten, druckverstärkenden Applikationssystemen verglichen, um die entstehenden Drücke zu detektieren. Der Fokus der Druckmessaufgabe des Relativdrucksensor Flowplus 16 der Viscotec Pumpen- und Dosiertechnik GmbH, Töging, liegt hierbei bei der Erfassung des auftretenden Maximaldruckes, welcher mit diesen Systemen erzeugt werden kann, sowie dem Druck, der bei der Injektion im Gewebe auftritt. Die Auswirkungen der bisher unbekannt auftretenden physikalischen Kräfte auf das Zellgewebe, das den Zahn umgibt, sind aktuell noch unzureichend erforscht und Gegenstand dieser Forschungsfrage.

Die verschiedenen Injektionssysteme werden mit der genormten Luer-Lock-Verbindung schnell und intuitiv an den Drucksensor angeschlossen. Dank seiner kompakten Bauweise geschieht die Integration äußerst platzsparend. Die Spannungsversorgung des Sensors von 24 V erfolgt bei vorliegendem Versuchsaufbau mit einem Labornetzgerät. Zur Aufzeichnung der Messwerte wird der Drucksensor mit einem Oszilloskopvorsatz verbunden, welcher über USB mit einem Computer und der zugehörigen Software betrieben wird.

Die hohe Abtastrate des Sensors von 3 kHz ermöglicht es, bereits minimale Druckschwankungen hochauflösend und schnell zu erfassen und als temperaturkompensiertes, lineares Ausgangssignal im Bereich von 0,1 bis 10 V auszugeben. Dies erlaubt eine unkomplizierte und schnelle Interpretation der erfassten Messdaten am Oszilloskop und vereinfacht die Auswertung für den Anwender.

Auch für chemisch aggressive Medien geeignet

Als weitere Auswertemöglichkeit des Sensors bietet sich das grafische Auswertegerät Flowscreen an. Es visualisiert die erfassten Druckwerte mittels Farbdisplay und stellt die Möglichkeit eines Datenexports via RS232-Schnittstelle zur Verfügung. Beide Komponenten sind aufeinander abgestimmt, sodass eine unkomplizierte, benutzerfreundliche Bedienung gewährleistet wird.

Zur Bestimmung des auftretenden Maximaldruckes wird die freie Seite des Durchflusssensors mit einem Combi-Stopper verschlossen. Zur Bestimmung des Injektionsdruckes im Gewebe wird eine 27G-Kanüle verwendet. Als zu applizierendes Medium wird ein herkömmliches Lokalanästhetikum eingesetzt.

Der totraumfreie Fluidkanal des Drucksensors mit integrierter Druckmittlermembran aus Perfluorelastomer (FFKM) ist aufgrund seiner Eigenschaften genauso gut für die Verwendung mit chemisch aggressiven Medien geeignet. Die Bestimmung des Maximaldruckes erfolgt unabhängig voneinander durch zwei verschiedene Behandler. Dabei werden die zu untersuchenden Spritzensysteme subjektiv maximal betätigt und die auftretende Spannung wird gemessen (10 V=16 bar). Diese Messwerte werden am Computer erfasst und gespeichert. Zur Kontrolle der Daten erfolgt eine zusätzliche Messung mittels Digital-Oszilloskop.

Anästhetikum: zur richtigen Zeit an den richtigen Ort

Für die Simulation einer Injektion ins Gewebe kommen Unterkiefer vom Schwein zum Einsatz. Hierbei werden die Einmalspritzensysteme mit dem Drucksensor und einer Kanüle verbunden. Anschließend wird eine routinemäßige intraligamentäre Injektion durchgeführt – jedoch mit maximaler Kraft. Ähnlich dem Einsatzbereich bei halb- und vollautomatisierten Dosierprozessen muss auch die Applikation eines Lokalanästhetikums im Interesse des Patienten zum richtigen Zeitpunkt am richtigen Ort mit der richtigen Menge erfolgen.

Der Druck ist dabei die entscheidende Messgröße, um die relevanten Informationen aus dem Prozess zu erhalten. Dessen Erfassung ist dementsprechend von essentieller Bedeutung. Zusätzlich erschweren die kleinen Baugruppen eine Integration von handelsüblichen Drucküberwachungen in die bestehenden Systeme und Versuchsaufbauten.

Der kompakte Druckmesssensor bietet allerdings – wie der aktuelle Anwendungsfall aufzeigt – eine Lösung für unkonventionelle Problemstellungen in unterschiedlichsten „Dosierbereichen“. Mit Hilfe des Flowplus 16 kann schnell und einfach nachgewiesen werden, welche Drücke bei druckverstärkenden Spritzensystemen auftreten. Dabei zeigt sich, dass die erfassten Werte signifikant von Lehrbuchangaben abweichen. Die so gewonnenen Erkenntnisse sind Gegenstand weiterer Untersuchungen bei Viscotec. Doch schon jetzt steht fest: Ein kleiner Sensor hilft, ein Problem zu lösen, welches früher oder später jeden von uns betrifft.

www.viscotec.de

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