Einweg-Sensoren für proximale Durchflussmessungen

Neben der Druckmessung stellt die Flussmessung eine der wichtigsten Herausforderungen bei Beatmungsgeräten dar. Zur Vereinfachung beschränkt sich die folgende Ausführung auf Überdruck-Beatmungsgeräte, bei denen der Patient entweder über eine Maske (nicht-invasiv) oder durch Intubation oder Tracheostomie (beide invasiv) mit dem Gerät verbunden ist. Moderne Beatmungsgeräte bieten eine breite Auswahl an Anwendungsmodi – zum Beispiel druckgeregelt, durchflussgeregelt und viele weitere. Bei Patienten, die nicht selbstständig atmen können, kann der Trigger für die nächste Inhalation über einen Timer eingestellt werden. Bei einem spontan atmenden Patienten ist das allerdings komplizierter. Im letzteren Fall muss die Atmung des Patienten schnellstmöglich erkannt werden, um eine gute Synchronisierung zwischen dem Gerät und dem Patienten zu erreichen. Zu diesem Zweck werden wir nachfolgend die Position des Sensors betrachten und später auf die Auswirkung der Sensorposition und der Triggerempfindlichkeit eingehen.

Das Ende der Exspirationsphase muss neben den Triggern zum Einleiten des nächsten Atemzyklus zusätzlich über eine Messgrösse bestimmt werden – das Volumen, den Massenfluss, die Zeit oder den Druck. Diese wird als Grenzgrösse bezeichnet. Ausserdem muss die Durchflussregelung zwischen dem Trigger und der Grenze über eine dieser Messgrössen festgelegt werden.

Die Trigger für patientengetriggerte Beatmung können entweder auf das Druck- oder das Massenfluss-Signal eingestellt werden. Wenn Drucksignale als Trigger verwendet werden, ist es schwer, die gewünschte Empfindlichkeit zu erreichen. Das liegt hauptsächlich daran, dass Drucksensoren einen Drift über die Zeit aufweisen. Um eine zuverlässige Triggerempfindlichkeit ohne falsche Trigger sicherzustellen, ist daher eine häufige Nullpunktabgleich erforderlich.

Dank ihrer exzellenten Stabilität besitzen Flusssensoren in der proximalen Auslegung eine sehr schnelle Reaktion und eine hohe Empfindlichkeit. Bei der exspiratorischen Platzierung des Durchflusssensors sind die Stabilität und die Empfindlichkeit gleich, aber die Signalerkennung ist verzögert, die Strömung durch den exspiratorischen Schlauch kommt später am Sensor an. Die exspiratorische Massenflussmessung bietet gegenüber der proximalen Anordnung auch andere Vorteile, zum Beispiel die Verringerung des Risikos einer Kontamination mit Schleim. Auf der anderen Seite wird die proximale Messung durch tieferliegende Lecks weniger stark beeinträchtigt.

Wie zuvor erwähnt, kann die inspiratorische Phase über das Volumen, den Massenfluss, den Druck oder sogar die Zeit bestimmt werden. Dasselbe gilt für die Durchflussregelung zwischen dem Trigger und der Grenze der inspiratorischen Phase. Das Krankenhauspersonal kann zum Beispiel eine zeitgesteuerte Einatmung und eine zeitgesteuerte Grenze als Beatmungseinstellung wählen. In diesem Fall muss der Durchfluss zwischen diesen beiden Punkten geregelt werden. Eine andere Einstellung verwendet möglicherweise andere Parameter für den Trigger, die Grenze und die Regelung. Die Kombination der Parameter kann aus medizinischen Gründen gewählt werden, oder einfach nur entsprechend der Präferenz der Person, die das Beatmungsgerät aufbaut. Die Überwachung von Druck-, Massenfluss- und Volumenwerten über der Zeit ermöglicht es, Veränderungen im Zustand des Patienten zu beobachten, wie zum Beispiel eine verringerte Lungenkapazität.

Druckgesteuerte Grenzen hängen stark von der Übereinstimmung des Beatmungssystems ab, welche sich beim Austauschen des Systems ändern kann oder wenn sich die Position der Röhren und Schläuche verändert. Zum Beispiel kann eine stärkere Krümmung im Schlauch eine Auswirkung haben.

Die Übereinstimmung des Beatmungssystems hat nur geringe Auswirkungen auf die Messung und Integration des Flusssignals, wenn der Sensor in der proximalen Anordnung platziert wird. Dasselbe gilt allerdings nicht für die exspiratorische Massenflussmessung. In diesen Fällen sind die Druck- und Massenflusssignale hilfreich, um den Einfluss der Übereinstimmung hervorzuheben. Proximale Massenflussmessungen sind durch Lecks in grösserem Abstand zum Patienten – zum Beispiel durch Verbinden von Luftbefeuchtern und Inhalatoren – weniger stark beeinträchtigt.

Auch wenn wir zweifellos einen Trend zu intelligenteren und adaptiveren Beatmungsmodi erkennen können, so basieren die zugrunde liegenden Verfahren weiterhin auf den vorangehend beschriebenen Druck-, Massenfluss-, Volumen- und zeitbasierten Werten.