Medizinische Geräte erfordern Sensoren, die für die erforderliche Aufgabe ausgelegt sind.

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Lernen Sie Ihre Optionen kennen

Sensoren verändern die Funktionsweise von medizinischen Geräten. Da die meisten dieser Geräte wiederverwendbare Sensoren enthalten, muss deren Design einen Schutz vor dem Kontakt mit Medikamenten und Körperflüssigkeiten gewährleisten. Dies beginnt mit der Auswahl des richtigen Sensors für die jeweilige Verwendungsart des Geräts.

Angesicht der wachsenden und alternden Bevölkerung wird immer mehr auf Selbstüberwachungssysteme für Patienten zurückgegriffen. Die Vorteile dieser Systeme liegen in den konsistenten und wiederholbaren Ergebnissen und in den niedrigen Kosten. Mit Sensoren ausgestattete Überwachungs-instrumente dieser Kategorie punkten außerdem durch ihre Vielseitigkeit, da sie sowohl zuhause als auch im Krankenhaus eingesetzt werden können. Die Auswahl eines Sensors kann einfach sein, wenn die Anwendung und die zu überwachenden Parameter wirklich verstanden werden. Die kompliziertesten Sensoren sind die implantierbaren, gefolgt von Sensoren für Katheter (durch Inzision), Sensoren, die in Körperhöhlen eingesetzt werden, Sensoren, die äußerlich eingesetzt werden, jedoch mit Körperflüssigkeiten in Kontakt kommen, sowie Sensoren für äußerliche Anwendungen.

Implantierbare Sensoren müssen klein und leicht sein, also in einem verträglichen Verhältnis zur Körpermasse stehen, sowie sehr wenig Energie verbrauchen. Noch wichtiger ist, dass sie sich nicht mit der Zeit zersetzen dürfen. Da es sich hier um medizinische Geräte der Klasse III handelt, erfordern sie automatisch eine FDA-Zulassung. Implantierbare Sensoren erfordern üblicherweise zwei bis vier Jahre Zeit für die Entwicklung und Implementierung, bevor sie in die Produktion gehen. Sie sind im Allgemeinen kostenaufwändiger und erfordern einen Spezialisten, der sie chirurgisch implantiert. Der Energiebedarf ist eine der größten Herausforderungen bei implantierbaren Sensoren. Sensoren, die ohne Stromversor-gung funktionieren, sind ideal, jedoch bisher noch sehr rar auf dem Markt. Piezoelektrische Polymersensoren eignen sich gut für die Vibrationserkennung, da sie klein, zuverlässig und haltbar sind und keine Energie benötigen. Solche Sensoren können in Schrittmachern eingesetzt werden, die die Aktivitäten des Patienten überwachen.

Temporär eingesetzte Sensoren funktionieren von ein paar Minuten bis zu ein paar Stunden und erfordern eine FDA-Zulassung.
Piezo-Foliensensor

Dieser Piezo-Sensor weist die Form einer kleinen Ausleger-schnittstelle auf, wobei an einem Ende ein Gewicht angebracht ist, das mit der Körperbewegung schwingt. Bei jeder Bewegung des Patienten generiert der Sensor ein Signal. Im Beispiel des Schrittmachers empfängt dieser dann das generierte Signal und führt den Herzschlag in der gewünschten Rate aus. Der Sensor kann dabei zwischen unterschiedlichen Aktivitäten wie Gehen, Rennen und anderen körperlichen Tätigkeiten unterscheiden. Wenn der Patient beispielsweise ruht, ist das Signal null, und der Schrittmacher führt den Herzschlag mit der minimalen Rate aus. Auf diese Weise verhält sich das Sensorsignal proportional zum Grad der Aktivität. Ein Piezo-Folienvibrationssensor in Miniaturausführung misst in der Länge – den ihn aufneh-menden Schrittmacher eingeschlossen – 15/100 Zoll. Implantierte Sensoren können auch durch externe Quellen gespeist werden. Beispielsweise kann ein Sensor im Körper mit einem Hochfrequenz-Energiestab aufgeladen werden, der in die Nähe des Sensors gehalten wird. Der Sensor zeichnet dann Patientenmessungen auf, überträgt die Daten über eine Hochfrequenzverbindung zurück an den Stab und wechselt dann wieder in den Ruhezustand. Ein weiteres Beispiel für die Verwendung eines implantierten Sensors auf diese Weise ist die Nachbehandlung eines Bauchaortenaneurysmas. Hier kann der implantierte Sensor die Druckentweichungen an der operierten Stelle überwachen.

Die Anforderungen für Sensoren, die durch eine Inzision eingeführt werden können – üblicherweise an der Spitze eines Katheters – sind weniger strikt als die für implan-tierbare Sensoren. Aber auch sie erfordern eine FDA-Zulassung. Je nach chirurgischer Behandlung müssen diese Sensoren von wenigen Minuten bis zu mehreren Stunden funktionieren und können über externe Quellen gespeist werden. Ein Paar aufeinander abgestimmter Thermistoren an der Spitze des Katheters können an verschiedene Orte des Herzes geführt werden, um den Blutfluss zu messen. Sie können entweder durch die Spirale erwärmt oder mit kalter Flüssigkeit gespült werden, um die Blutflussraten zu messen. Beim Spülen mit kalter Flüssigkeit wird der erste Sensor stärker als der zweite gekühlt, da der Blutfluss die Flüssigkeit erwärmt, die den zweiten Sensor erreicht. Da zwischen diesen beiden Temperatursensoren ein bekannter Abstand besteht, bei dem die Temperatur und das Volumen der Flüssigkeit kontrolliert werden, kann der Blutfluss anhand der Differenz der Widerstandswerte der beiden Sensoren berechnet werden. Diese Thermistoren erfordern keine externe Stromquelle.

Katheter
Katheterablationssensoren

Diese Sensoren werden vorübergehend durch die Inzision eingeführt. Die Katheterspitze enthält eine Quelle für Hochfrequenzenergie sowie einen Kraftaufnehmer. Hochfrequenzenergie, wie sie auch bei implantierbaren Sensoren zum Senden von Daten verwendet wird, kommt häufig beim Ablationsprozess zum Einsatz, um totes Gewebe auszubrennen. Die Kraft, die durch die Katheterspitze auf das Zielgewebe einwirkt, darf auf keinen Fall den Maximalwert überschreiten, um eine Perforation des Zielgewebes zu verhindern. Die Sensortechnik von TE verspricht die Bereitstellung eines triaxialen Kraftmesssystems, mit dem die Kräfte beim Gewebekontakt in allen drei Dimensionen gleichzeitig gemessen werden können. 

MEMS-basierte Silikon-Einweg-Drucksensoren

Diese werden in Intrauterindrucksensoren verwendet, um den Druck und die Frequenz der Kontraktion während der Geburt zu messen. Diese Methode ist zuverlässiger als herkömmliche Gurte und wird in kritischen Fällen eingesetzt. In diese Sensoren können weitere Funktionen integriert werden, z. B. die Infusion und Extraktion von Fruchtwasser. Diese Sensoren werden durch die Gebärmutter eingeführt und verbleiben in der Fruchtblase. Der Sensor wird herausgenommen, wenn der Säugling kurz vor der Geburt steht.

Sensoren für Körperhöhlen

Zu diesen Sensoren zählen orale und rektale Sonden, die die Körpertemperatur messen. Diese kleinen und robusten Temperatursensoren sind mit einem weichen Überzug beschichtet, um die inneren Organschichten des Patienten vor Verletzungen durch Kontakt zu schützen.

Mikro-Thermoelement-Sensoren

Bei diesen Sensoren handelt es sich um flexible Thermoelemente zur Feinmessung, die für schnelle und präzise Temperaturmessungen ausgelegt sind. Das Thermoelement besteht aus zwei ungleichen Metallen, die an einem Ende miteinander verbunden sind. Die beiden Metallen erzeugen eine kleine einmalige Spannung, die von einem Thermoelement-Thermometer gemessen und ausgewertet werden kann. Die ungleichen Metalle sind einzeln isoliert, und mithilfe eines Mantels wird eine enge Bifilarkonfiguration aufrechterhalten (zertifiziert gemäß ANSI MC96.1-1982). Die Mikro-Thermoelemente von TE bestehen ausschließlich aus biokompatiblen Materialien, sodass sie für medizinische Anwendungen geeignet sind.

Es gibt verschiedene Einwegsensoren, bei denen der Sensor äußerlich am Körper positioniert wird und trotzdem mit Körperflüssigkeiten in Kontakt kommt.  Ein Beispiel dafür ist der Einweg-Blutdrucksensor (DPS). Diese Sensoren werden bei chirurgischen Eingriffen und auf der Intensivstation eingesetzt, um den Blutdruck des Patienten kontinuierlich zu überwachen. Sie stellen eine zuverlässige Methode zum Messen des Blut-drucks bei Operationen oder auf der Intensivstation dar. Danach wird das Informationsprofil des Patienten protokolliert, indem der Einweg-Blutdrucksensor an einen Monitor ange-schlossen wird. Diese Sensoren müssen alle 24 Stunden ausgetauscht werden, um eine Kontaminierung zu verhindern. Ein weiterer Sensor mit Kontakt zu Medikamenten und Körperflüssigkeiten ist der Sensor, der beim Aufpumpen von Angioplastie-Ballons eingesetzt wird. An der Spitze der Pumpe befindet sich ein Drucksensor, der mit der Salzlösung in Kontakt kommt, die als Medium zum Aufpumpen und Entleeren des Ballons verwendet wird. Bei dieser Anwendung überwacht der Drucksensor den angewendeten Druck, mit dem der Ballon aufgepumpt/entleert wird. Dabei muss er mehr als 200 psi standhalten. Bei zu viel Druck könnte der Ballon platzen und zu schwerwiegenden Komplikationen beim Patienten führen.

Hersteller medizinischer Ausrüstung und Sensorexperten entwickeln gemeinsam modernste Technologien.

Sensoren von TE für medizinische Anwendungen

  • Kraftaufnehmer für Infusionspumpen zur Erkennung von Okklusion (Gefäßverschluss)
  • Magnetoresistive Sensoren in Spritzenpumpen zur Erkennung von Flussrate, leerer Spritze und Okklusion
  • Seillängengeber für die ferngesteuerte Positionierung von chirurgischen Instrumenten sowie die Positionierung des Patientenbetts für Röntgen-/CT-Untersuchungen
  • Extrem kleine MEMS-basierte Beschleunigungsmesser zum Messen des Tremors bei Parkinson-Patienten
  • Piezoelektrische (sowie pyroelektrische) Sensoren für Schlafapnoe-Untersuchungen
  • Piezo-Foliensender/-empfänger zur Erkennung von Blasen in Infusionspumpen/Spritzenpumpen
  • MEMS- und Messzellen-basierte Sensoren zur Konservierung von Sauerstoff und Überwachung von Sauerstofftankständen
  • NTC-Temperatursensoren zur Messung der Haut-/Körpertemperatur
  • MEMS-basierte Drucksensoren für tragbare Blutdrucksensor-Kits