Medizintechnik

Elektrischer Gasmischer hilft Frühchen beim Atmen

| Autor / Redakteur: Sascha Klebula / Karin Pfeiffer

Das neue Beatmungsgerät von Medin Medical Innovations hilft nicht nur Frühgeboren. Da der Gasmischer modular aufgebaut ist, kann er auch in anderen Beatmungslösungen eingesetzt werden, etwa in der Notfallversorgung.
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Das neue Beatmungsgerät von Medin Medical Innovations hilft nicht nur Frühgeboren. Da der Gasmischer modular aufgebaut ist, kann er auch in anderen Beatmungslösungen eingesetzt werden, etwa in der Notfallversorgung. (Bild: Bürkert)

CPAP heißt die Therapie, die Neugeborenen intensivmedizinisch ohne Beatmungsschlauch helfen kann, wenn sie zu früh auf die Welt gekommen sind. Nicht-invasive verfahren sind risikoärmer, erfordern aber hohen Regelgenauigkeit bei der Luftzufuhr. Ventile von Bürkert helfen, dies Anforderung zu unterstützen.

Nicht jedes Neugeborene hat einen einfachen Start ins Leben. In manchen Fällen muss die Atmung intensivmedizinisch unterstützt werden. Ist die Spontanatmung bei den kleinen Patienten prinzipiell vorhanden, gilt die sogenannte CPAP-Therapie als Mittel der Wahl. Die Abkürzung steht für Continuous Positive Airway Pressure, also einen ständigen positiven Atemwegsdruck, der ohne Tubus die Atemarbeit von Frühchen und Neugeborenen unterstützt, gleichzeitig für optimale Sauerstoffzufuhr sorgt und die erforderliche Muskulatur trainiert. Autark arbeitende Geräte, die unabhängig von einer zentralen Gasversorgung arbeiten und auch keinen Kompressor benötigen, finden immer mehr Einsatz in der Medizintechnik. Eine wichtige Rolle bei dieser Entwicklung spielt ein elektronischer Gasmischer, der dank hochpräziser Proportionalventile Sauerstoffkonzentration und Durchflussmenge dynamisch und sehr genau regelt.

Der Münchner Medizingerätehersteller Medin Medical Innovations GmbH entwickelt und vertreibt innovative CPAP-Systeme zur klinischen Anwendung für Neu- und Frühgeborene im Kreißsaal, während des Transportes im Krankenwagen sowie auf der Intensivstation. Dabei arbeiten die Münchner Spezialisten schon seit vielen Jahren eng mit Bürkert zusammen. Vom neuesten Ergebnis der erfolgreichen Zusammenarbeit sollen viele junge Patienten weltweit profitieren: Das MedinCNT kommt dank der integrierten Turbine ohne Kompressor aus. Es muss also nicht an eine zentrale Gasversorgung angeschlossen werden, sondern nur an eine Sauerstoffflasche. Damit arbeitet das kompakte Gerät autark, ist gut zu transportieren und eignet sich auch für den mobilen Einsatz.

Der Gasmischer: kompakte Funktionseinheit

Das Herzstück des neuen Beatmungsgeräts ist der elektronische Gasmischer. Das Know-how des Medizingeräteherstellers über die intensivmedizinische Unterstützung der Atmung von Frühgeborenen setzten die Ingenieure von Bürkert (Segment Micro) hierfür technisch in einen kompakten Steuer-Block mit zuverlässiger Systemtechnik um. „Die abgestimmte Einheit aus Ventilen, Sensoren und Elektronik in Kombination mit der entsprechenden Software regelt die Sauerstoffkonzentration sowie die gewünschte Durchflussmenge schnell und präzise“, erläutert Paul Schmitgen, Technischer Leiter und Marketingleiter bei der Medin Medical Innovations GmbH. „Bei Bedarf kann der Durchfluss zudem auch oszillierend oder mit zwei unterschiedlichen Druckniveaus geregelt werden.“

Für die Praxis bedeutet das: Der kleine Patient kann mit wechselnden Frequenzen zwischen 5 und 20 Hz beatmet werden, um beispielsweise die CO2-Auswaschung zu erhöhen. Mit einem höheren Druckniveau von typischerweise 2 mbar im Vergleich zum Basisdrucklevel lassen sich die Lungen kurzzeitig stärker blähen, was den Anreiz für die Eigenatmung verstärkt. „Dabei kann das Gerät auch automatisch ohne weiteres Zubehör auf Apnoephasen reagieren und dann zum Beispiel. zur Stimulation der Eigenatmung eine nichtinvasive Oszillationstherapie anbieten“, ergänzt Schmitgen.

Reibungsfreie Proportionalventile für hohe Regelgenauigkeit

Die technischen Herausforderungen, die es bei der Entwicklung des neuen Beatmungsgeräts zu meistern galt, waren Bürkert zufolge beachtlich. Ein zentrales Thema war beispielsweise die präzise Erfassung und Regelung der erforderlichen Gasvolumina, -konzentrationen und -drücke. Diese muss das Gerät genau auf die Bedürfnisse der Babys abstimmen. Hierfür leisten die 2/2-Wege-Proportionalventile von Bürkert ihren Beitrag. Die jüngste Generation der stetig regelbaren Ventile erwies sich für diese Anwendung als prädestiniert, da sie reibungsfrei und mit kurzen Ansprechzeiten sowie hoher Dynamik arbeiten.

Bei der neuen Konstruktion läuft der Ventilkern luftgelagert über zwei Federn spielfrei im Kernführungsrohr. Das sorgt für sehr kurze Ansprechzeiten und eine hohe Wiederholgenauigkeit, denn bereits bei minimalen Differenzen des Eingangssignals verändert sich die Position des Kern-Ankers. So wird der sogenannte Stick-Slip-Effekt vollständig verhindert, also das ruckhafte Gleiten gegeneinander bewegter Festkörper. Er ist bei konventionellen Ventilen immer vorhanden, da die üblicherweise eingesetzten Gleitbuchsen oder Gleitringe Reibung zwischen dem Ventilkern und dem Kernführungsrohr verursachen.

Die Anforderungen an die Regelgenauigkeit bei der Atemunterstützung der Frühchen sind dadurch für die reibungsfreien Proportionalventile kein Problem. Die Ventile arbeiten mit einer Wiederholgenauigkeit von < ± 0,25 %. Das sei um ein Vielfaches genauer als medizinisch erforderlich, heißt es bei Bürkert, denn im Gasmischer muss der Sauerstoffgehalt bei einer Fördermenge bis 20 l Luft pro Minute mit maximal ± 2 % Abweichung geregelt werden. Damit ist auf jeden Fall sichergestellt, dass die kleinen Patienten immer therapeutisch richtig versorgt werden und ihre Lungen die bestmögliche Unterstützung für einen guten Lebensstart bekommen.

Mit der erfolgreichen Markteinführung des neuen Beatmungsgeräts ist die Entwicklung aber noch keineswegs abgeschlossen. Der Gasmischer ist modular aufgebaut und kann auch in anderen Beatmungslösungen verwendet werden. Ein Beispiel dafür ist die Zusammenarbeit zwischen der Firma Resuscitec und Medin mit dem Ziel, die Gasmisch-Einheit auch in der Notfallversorgung einzusetzen.

Ein weiteres Zukunftsthema für Medizingerätehersteller ist die Interoperabilität verschiedener medizinischer Geräte im Hinblick auf Patientenmanagementsysteme. Was das für die Hersteller bedeutet, erläutert Maik Lösel, Segment Manager Gas bei Bürkert: „Die Vernetzung stellt sehr hohe Anforderungen an die hard- und softwareseitige Fertigungstiefe der Hersteller. Auch hier werden wir unser Know-how einbringen, das wir im Zusammenhang mit der Industrie 4.0 in der Gerätekommunikation sammeln und bereits vielfach umsetzen konnten. Wichtig ist hier beispielsweise die DIN EN 80001, die ,Medizinische Netzwerke‘ definiert.“

[pf]

* *Sascha Klebula, Field Segment Manager Micro bei Bürkert Fluid Control Systems

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