Wie Drucksensoren Asthmatikern helfen

Jun 16, 2023

19. April 2018

11:10

Die bekannte Behandlung von Asthma – ein entzündungshemmendes Medikament, das mit einem Dosierinhalator (MDI) verabreicht wird – ist bei richtiger Anwendung bekanntermaßen äußerst wirksam. Leider ist die Einhaltung der strengen Richtlinien für die Verwendung eines Asthmainhalators durch Patienten, wie Medizinern nur allzu gut bekannt ist, sehr unterschiedlich.

SmartAir, ein Hersteller von Gesundheitsgeräten mit Sitz in Nordirland, hat Airbrio entwickelt, das Daten im Zusammenhang mit der Verwendung eines Inhalators durch einen Asthmatiker aufzeichnet und einen „Compliance-Score“ bereitstellt, der es dem Benutzer ermöglicht, sich selbst beizubringen, seine Inhalationstechnik zu verbessern.

Das Herzstück der Airbrio-Atemmanagementtechnologie ist ein präziser, robuster Differenzdrucksensor von First Sensor. Dieses Anwendungsbeispiel beschreibt die Funktionsweise von Airbrio und die wichtigen Eigenschaften des Drucksensors, die SmartAir bei der erfolgreichen Implementierung der Technologie geholfen haben.

Inkonsistente und falsche Inhalation des Patienten

Die Gebrauchsanweisung für ein MDI beschreibt klar und deutlich den richtigen Prozess zur Verabreichung eines Standard-Asthmamedikaments. Die richtige Technik erfordert eine langsame, gleichmäßige und tiefe Inhalation über einen festgelegten Zeitraum, um die Einlasskammer des MDI vollständig zu entleeren und die gesamte Dosis in die Lunge zu befördern.

Natürlich kann ein Arzt oder eine Krankenschwester nicht immer an der Seite des Patienten sein, wenn eine Dosis erforderlich ist: Die Verwendung eines MDI durch den Patienten erfolgt normalerweise unbeaufsichtigt. Wenn also ein Patient die Inhalationstechnik nicht richtig erlernt, wenn er zum ersten Mal ein MDI erhält, oder schlechte Angewohnheiten bei der Anwendung eines MDI entwickelt oder eine oder mehrere der Anforderungen für eine ordnungsgemäße Inhalation vergisst, gibt es bisher keine Möglichkeit, den Benutzer darauf aufmerksam zu machen zu ihren Fehlern. Dies bedeutet, dass weder der Patient noch sein Arzt wissen, dass sie möglicherweise nur einen kleinen Bruchteil jeder Dosis eines Medikaments aus einem MDI erhalten.

Diese Risiken beeinträchtigen eindeutig die Beurteilung des Arztes darüber, ob das Medikament für den Patienten wirksam oder geeignet ist, oder über die Menge der verschriebenen Dosis.

Zu den häufigsten Fehlern bei der Verwendung eines MDI gehören:

Einfaches Warnlichtsystem

SmartAir kombiniert Sensor- und Elektroniktechnologie mit einer einfachen Benutzeroberfläche. Airbrio kann mit Standard-MDIs und marktführenden Abstandshaltern verwendet werden und zeichnet Daten über die Inhalationen des Patienten auf.

AIRBRIO kann mit Standard-MDIs verwendet werden

Anschließend wandelt es die aufgezeichneten Daten in eine „Ampel“-ähnliche Anleitung für den Benutzer um: Bei korrekter Inhalation werden auf dem Airbrio-Gerät grüne Lichter direkt in der Augenlinie des Benutzers angezeigt. Die Lichter wechseln zu Orange oder Rot, wenn die Inhalationsrate unter den optimalen Wert fällt. Die Lichter zeigen außerdem ein „Stopp“-Signal an, wenn der Medikamentenverabreichungsprozess korrekt abgeschlossen wurde.

Airbrio verfügt über eine drahtlose Bluetooth-Verbindung zu einer Smartphone-Anwendung, die es dem Patienten und seinem Arzt ermöglicht, bequem den tatsächlichen MDI-Konsum des Benutzers im Vergleich zur verordneten Häufigkeit im Laufe der Zeit sowie die Inhalationswerte für jeden MDI-Konsum zu verfolgen.

Genaue Differenzdruckmessung

Der Schlüssel zum Betrieb des Airbrio liegt in der genauen Erfassung des Luftstroms von außen durch die Einlasskammer in die Atemwege des Patienten.

Um dies zu erreichen, hat sich Smartair für den Einsatz eines Differenzluftdrucksensors entschieden: Durch die zeitliche Messung des Luftdruckabfalls in der Ansaugkammer relativ zur Atmosphäre während der Inhalation kann das System das eingeatmete Luftvolumen und die Geschwindigkeit des Luftstroms berechnen . Von SmartAir entwickelte Algorithmen wandeln die aufgezeichneten Daten in Echtzeit-Leitlichter und den Online-Compliance-Score um.

Um die Druckerfassungsfunktion bereitzustellen, entschied sich SmartAir für ein integriertes Differentialsensormodul der LDE-Serie von First Sensor. Module der LDE-Serie werden entweder als DIP-Durchsteckgehäuse oder als oberflächenmontierte Einheit zur Montage auf der Platine des Benutzers geliefert. Sie sind im Werk vollständig kalibriert und verfügen über eine integrierte Temperaturkompensation.

Das Airbrio-Design verwendet eine Version mit einem analogen Ausgang (variierende Spannung), es ist jedoch auch ein digitaler Ausgang über eine serielle Peripherieschnittstelle verfügbar.

Der Reiz der LDE-Serie im Airbrio-Design lag zunächst in der einfachen Handhabung: Das Modul wird mit zwei Anschlüssen geliefert, die für den Anschluss an die Schläuche des Host-Geräts vorbereitet sind, und erfordert keine zusätzlichen externen elektronischen Komponenten.

Die hohe Leistungsfähigkeit des Sensors war ein weiterer wichtiger Grund für die Wahl durch SmartAir: Er vereint hohe Empfindlichkeit mit Genauigkeit über einen großen Dynamikbereich.

Diese Eigenschaften waren erforderlich, da das Design von SmartAir für den Airbrio für die Verwendung durch Patienten jeden Alters geeignet sein muss: Dadurch können die Kosten für die Entwicklung zweier separater Modelle, eines für Erwachsene und eines für Kinder, vermieden werden.

Das einzelne Design ist jedoch schwieriger zu implementieren: Airbrio muss in der Lage sein, Daten für den relativ großen Druckabfall in der Ansaugkammer aufzuzeichnen, der entsteht, wenn ein ausgewachsener Erwachsener tief einatmet, und für den viel kleineren Druckabfall, der durch die leichteren Inhalationen eines Erwachsenen entsteht kleines Kind.

Und die aufgezeichneten Druckschwankungen über die Zeit, die der Airbrio-Prozessor in einen Wert für das eingeatmete Luftvolumen umrechnet, müssen eine garantierte Gesamtgenauigkeit von mindestens ±5 % einhalten. Dabei handelt es sich um einen Wert auf Systemebene. Daher musste allein das Genauigkeitsbudget für den Sensor ausreichend Spielraum für Fehler und Rauschen an anderer Stelle im System bieten.

Der Analogausgang des von SmartAir gewählten Sensormoduls LDES250B behält über seinen gesamten Messbereich von 0 Pa bis ±250 Pa eine Genauigkeit von besser als ±0,75 % bei (siehe Abbildung 2). Der Einfluss von Temperaturänderungen auf die Genauigkeit ist im Bereich von 5 °C bis 55 °C auf maximal ±1,75 % begrenzt.

Airbrio hilft nun dabei, die Inhalationstechnik der Benutzer zu verbessern

Airbrio ist jetzt in Produktion und seine „Ampel“-Benutzeroberfläche und die zugehörige Smartphone-App ermöglichen es Benutzern, die Verwendung ihres MDI in Echtzeit zu verwalten und über einen längeren Zeitraum eine Online-Aufzeichnung zur regelmäßigen Überprüfung mit ihrem Arzt zu führen.

Dr. Jim Harkin, Mitbegründer und Chief Technology Officer von SmartAir, sagte: „SmartAir ist ein Start-up-Unternehmen und unser Erfolg hängt davon ab, dass wir mit einem hochwertigen, bahnbrechenden Produkt schnell auf den Markt kommen.“ Das First Sensor-Modul hat uns dabei geholfen, dieses Ziel zu erreichen: Es war nicht nur sehr einfach, sowohl elektrisch als auch mechanisch in den Airbrio zu integrieren, sondern seine hervorragende Genauigkeit gab uns auch ein großes Geräuschbudget, innerhalb dessen wir für den Rest des Systemdesigns arbeiten konnten große Flexibilität bei der Auswahl und Verwendung der anderen Komponenten im System.“

19. April 2018

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