So bauen Sie ein besseres PAP-Gerät

Daphne Allen | Jun 29, 2023

Therapiegeräte mit positivem Atemwegsdruck (PAP) werden häufig zur Behandlung vieler der etwa 30 Millionen Menschen eingesetzt, die in den Vereinigten Staaten an Schlafapnoe leiden. Am gebräuchlichsten sind CPAP-Geräte (Continuous Positive Airway Pressure). Viele PAP-Geräte werden typischerweise von Patienten zu Hause verwendet. Das bedeutet, dass die Systeme einfach und komfortabel zu bedienen sein sollten, um die Therapietreue des Patienten zu fördern.

Die Einhaltung war eine Herausforderung. Einer Datenauswertung der CPAP-Adhärenz über einen Zeitraum von 20 Jahren zufolge liegt die Adhärenz zwischen 30 und 60 %. Die Geräteleistung kann eine Rolle dabei spielen, die Therapietreue des Patienten zu fördern oder zu behindern. Eine Studie ergab, dass viele Faktoren „mit Beschwerden zusammenhängen, die verschiedene Ursachen haben“.

Der Luftstrom und der Druck des Geräts können zwei dieser Faktoren sein. Sensoren spielen eine entscheidende Rolle bei der Überwachung der Atmung des Patienten und der Synchronisierung des Maschinenluftstroms mit solchen Atemmustern. So erklärt Superior Sensor Technology beispielsweise im Whitepaper „Die Bedeutung von Drucksensoren bei der Behandlung von Schlafapnoe“: „Die effektivsten Luftstromsensoren verfügen über eine sehr schnelle Rückkopplungsschleife (um das System anzuweisen, den Lüfter schneller anzupassen, wenn a der Patient ein-/ausatmet), sind in der Lage, Geräusche von Lüftern und Motoren effektiv zu unterdrücken (um Fehlerraten zu reduzieren), können mehrere Drücke ohne Leistungseinbußen unterstützen und verfügen über eine hohe Auflösungsrate, um ein sehr starkes Signal zu gewährleisten -Rauschenverhältnis (SNR).

Design News stellte Tim Shotter, Mitbegründer und CTO von Superior Sensor Technology, ein paar Fragen zu diesen Sensoren und wie Hersteller bessere PAP-Systeme bauen können.

Schütze: PAP-Geräte umfassen verschiedene Arten von Sensoren zur Überwachung und/oder Regulierung verschiedener Funktionen, einschließlich Luftstrom, Luftdruck und Temperatur. Ohne Regulierung dieser Funktionen funktionieren die Maschinen nicht ordnungsgemäß und es kann zu Gefahren für den Benutzer kommen.

Zur Überwachung des Luftstroms und des Luftdrucks werden Drucksensoren eingesetzt. Beispielsweise überwachen Drucksensoren in einem BiPAP-Gerät (Bi-Level Positive Airway Pressure) die Atmung des Patienten. Diese Systeme erfordern zwei Drucksensoren: einen Relativdrucksensor zur Kontrolle des Patientendrucks und einen Differenzdrucksensor zur Durchflussmessung. Konkret überwachen Drucksensoren die Atmung des Patienten und senden ein Signal an die Maschine, um den angelegten Druck beim Ausatmen des Patienten zu reduzieren und beim Einatmen wieder zu erhöhen. Die Anpassung des ausgeübten Drucks beim Ein- und Ausatmen führt dazu, dass sich der Patient wesentlich wohler fühlt und beim Ausatmen nicht mehr gegen das BiPAP-Gerät „kämpft“.

Schütze: Die Recherche und Suche nach innovativen Lösungen von einem zuverlässigen Sensoranbieter kostet Zeit und kann eine Herausforderung sein. Ingenieure wünschen sich eine stabile Versorgung mit Sensoren mit sehr guter Langzeitstabilität und Zuverlässigkeit. Darüber hinaus möchten sie idealerweise Sensoren verwenden, die für PAP-Geräte optimiert sind und in der Lage sind, Geräusche und Störungen durch Lüfter, Motoren und externe Umgebungsfaktoren zu überwinden.

Um diese Herausforderungen zu meistern, sollten Ingenieure die Technologie in Veröffentlichungen wie Design News recherchieren und die Websites der Anbieter besuchen, um mehr darüber zu erfahren, wie ihre Sensoren für ihre spezifische Anwendung von Nutzen sein können, und Produktdatenblätter, Anwendungshinweise und CAD-Modelle herunterladen.

Schütze:Die Kombination von zwei Drucksensoren in einem Gerät bietet mehrere Vorteile, darunter die Vereinfachung des Leiterplattendesigns, die Beschleunigung der Herstellung, die Rationalisierung der Lieferkette, die Verbesserung der Systemzuverlässigkeit, die Ermöglichung einer kleineren Größe des PAP-Geräts und die Reduzierung der Gesamtkosten des PAP-Geräts.

Schütze: Drucksensoren sind darauf ausgelegt, kleine Druckänderungen zu messen. Externe Geräusche oder Störungen durch Lüfter und Motoren können zu Fehlern bei den Sensormesswerten führen. Insbesondere überlagert sich das Rauschen mit dem Druckmesswert und kann aufgrund der ungenauen Messungen zu Unbehagen beim Patienten führen.

In einem PAP-Gerät werden Drucksensoren verwendet, um den Luftstrom und den auf die Atemwege des Patienten ausgeübten Druck zu messen. Jegliche Geräusche oder Störungen, die die Genauigkeit des Sensors beeinträchtigen, können dazu führen, dass ein falscher Druck ausgeübt wird. Dies kann zu Atemwegskomplikationen wie Hypopnoe oder Apnoe führen.

Um Rauschen auszublenden, damit es das Signal nicht stört, müssen Sie zunächst die Eigenschaften des Gebläsegeräuschs verstehen. Um eine Vermischung mit dem interessierenden Band zu vermeiden, entwerfen Sie das System dann so, dass es die unerwünschten Signale unterdrückt. Dies kann durch die Konstruktion eines externen Filters oder durch die Nutzung der fortschrittlichen digitalen Filterfunktion von Superior Sensor Technology erreicht werden, die direkt in die Drucksensoren integriert ist. Im Vergleich zu einem externen Filter kann ein integrierter fortschrittlicher digitaler Filter schneller auf Geräuschereignisse reagieren, das Produktdesign vereinfachen und die Markteinführungszeit verkürzen.

Schütze: Die Sensorreaktionszeit ist die Zeit, die der Sensor benötigt, um Druck- oder Luftstromänderungen zu erkennen und darauf zu reagieren. Dies kann sowohl den Patientenkomfort als auch die Leistung des PAP-Geräts beeinträchtigen. Eine schnelle Reaktionszeit des Sensors ist wichtig, da er Veränderungen im Atemmuster des Patienten schnell erkennen und es dem System ermöglichen kann, den Luftstrom oder Druck entsprechend anzupassen. Diese schnelle Reaktionszeit verbessert den Patientenkomfort, insbesondere in Situationen, in denen sich die Atemmuster schnell ändern, beispielsweise bei Schlafstörungen oder Apnoe.

Eine schnellere Reaktionszeit des Sensors verbessert den Patientenkomfort und führt zu einer besseren Schlafqualität.

Dual-Sensor-Luftstromregler-Subsysteme für BiPAP-, APAP- und CPAP-Geräte.

Schütze: Digitale Maschinen stellen mehr Daten zur Verfügung, die erfasst und analysiert werden können. Diese Informationen können verwendet werden, um die Leistung des PAP-Geräts für jeden einzelnen Patienten zu optimieren und sogar Statistiken an den Hausarzt zu senden. Je mehr Funktionen in die Drucksensoren integriert werden, desto mehr Daten stehen zur Verfügung.

Gemäß der Definition von Medicare ist Compliance das Maß dafür, wie oft Sie Ihr CPAP-Gerät nutzen und ob es für Sie funktioniert. Letztendlich wird ein Patient, der sich wohlfühlt, häufiger ein PAP-Gerät verwenden. Modernste Sensortechnologie ist entscheidend für die Verbesserung der Compliance, indem sie den Patienten während der Therapie komfortabler macht.

Der zweite Vorteil modernster Sensortechnik ist die Wirtschaftlichkeit. Zu den Verbesserungen in der Sensortechnologie gehört die Integration weiterer Funktionalitäten, die heute über zusätzliche Komponenten bereitgestellt werden. Durch den Wegfall dieser Komponenten und die Vereinfachung des Herstellungsprozesses werden die Kosten der Maschinen gesenkt, wodurch die Wahrscheinlichkeit steigt, dass sie von den Versicherungsgesellschaften zugelassen werden und einer breiteren Patientengruppe zugänglich gemacht werden.

Schütze: Die Integration von Sensoren in andere Schlüsselkomponenten wird Technologiesprünge zur weiteren Verbesserung von PAP-Geräten ermöglichen. Beispielsweise wird die Entwicklung einer neuen Generation von Gebläsen mit integrierten Sensoren den Systemstrom senken, die Kosten senken und die Reaktionszeiten der Patienten verbessern. Dies wird auch zu einer besseren Portabilität der Maschinen führen und somit ihre Anwendungsfälle und Compliance erweitern.

Mithilfe tragbarer Sensoren können möglicherweise die Atemmuster, die Herzfrequenz und andere Vitalfunktionen des Patienten überwacht und Echtzeitdaten zur Anpassung der Behandlung bereitgestellt werden. Diese Sensoren können in die PAP-Maske integriert oder als separates Gerät getragen werden und bieten so eine nicht-intrusive Möglichkeit, den Zustand des Patienten zu überwachen.

Mithilfe von Bewegungssensoren können die Bewegungen des Patienten im Schlaf erfasst werden, was ein Hinweis auf Apnoe sein kann. Durch die Erkennung der Bewegungen kann das PAP-Gerät die Behandlungsparameter anpassen, um Apnoe-Ereignisse zu verhindern oder deren Schwere zu verringern.

Schließlich können Sensoren verwendet werden, um Daten drahtlos an Gesundheitsdienstleister zu übertragen und so eine Fernüberwachung des Patienten zu ermöglichen. Dies kann Ärzten dabei helfen, die Behandlung nach Bedarf anzupassen, die Patientenergebnisse zu verbessern und die Notwendigkeit persönlicher Besuche zu reduzieren.

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