G_Great
P_Performance

E_Engineering

G_Great
Genaues Beatmen, möglichst nah an den kleinen Patienten
P_Performance
Hohe Dichtigkeit, Schnelligkeit und Genauigkeit, auch bei wechselnden Bedingungen.
E_Engineering
Komplexe Kombination für patientennahe Flow-Sensorik mit NICOLAY

Flow-Sensor Stecker-Kabel-Kombinationen für proximale Beatmung von Neu- und Frühgeborenen

Damit links oder rechts nicht zur Schicksalsfrage wird.

Sensible Starthilfe ins Leben dank Great Performance Engineering: Inspiratorisch, exspiratorisch und proximal – die Flow-Sensor Stecker-Kabel-Kombinationen decken alle Anforderungen eines Beatmungsgerätes ab. Dank Kabelaustritt links wie rechts lässt sich das Kabel optimal führen. So überzeugt die Lösung mit Schnelligkeit und Genauigkeit. Ein zusätzliches Heizelement im Flow-Sensor reduziert die Kondensation beim Einsatz zusammen mit Befeuchtungsgeräten. Das ist einzigartig im Markt. Und bringt eine neue Qualität in die Beatmung von Früh- und Neugeborenen. 

DIE AUFGABE

Moderne Beatmungsgeräte, die über entsprechende Sensoren, Steckverbinder und Kabelschnittstellen verfügen, messen Atemgasflüsse möglichst nah am Patienten, also proximal. Klassischerweise sitzt die Sensorik für diese Messungen innerhalb des Messgerätes und damit weit vom Patienten entfernt. Das verursacht Ungenauigkeiten, weil zwischen Gerät bzw. Sensor und den kleinen Patienten diverse Schläuche, Befeuchtungsgeräte, Filter und Adapterstücke zum Einsatz kommen. Durch die proximale Position ist eine Beatmung mit möglichst genauen Tidalvolumen und die fast vollständige Eliminierung der erwähnten Einflüsse der Beatmungskreislaufzusammensetzung möglich.

Entsprechend übernahm NICOLAY die Entwicklung einer Flow-Sensor-Lösung mit diversen Varianten als Adaption zu den Sensirion Flow-Sensoren. Dabei waren die verschiedenen Varianten und Kabelausgänge zu berücksichtigen. Die Entwicklungsaufgabe umfasste weiterhin eine Leiterplatte mit geeigneter Hardware zur Kommunikation mit den Sensirion Sensoren und Auswertung der Signale, welche dann via serieller Schnittstelle übertragen werden. Hinzu kamen die Erstellung der notwendigen Unterlagen, wie z. B. ein Kommunikationsprotokoll zur Implementierung sowie einer Software.

DIE HERAUSFORDERUNGEN

Variantengestaltung Kabelausgang
Der Kabelausgang in der Kappe sollte sowohl nach links als auch nach rechts abgehen, um im Anwendungsfall, je nach Einsatz der Sensoren, das Kabel weg vom Patienten zu führen. Da der Sensor häufig proximal eingesetzt wird, befindet er sich sehr nah am Patienten und dann darf das Kabel nicht im Weg sein.

Toleranzabstimmung
Es galt, eine geeignete Federkontaktleiste mit genügend Federweg auszuwählen, um bei Adaption auf den Sensirion Stecker eine sichere Kontaktierung zu erzielen. Dabei waren alle Toleranzen in der gesamten Kette beim Aufbau der Einzelteile zu betrachten – von der Leiterplatte des Sensirion Sensors und deren Verbau über die Montageteile bis hin zur Weichumspritzung. Auch die Toleranzen von Deckel und Gehäuse müssen zusammenpassen, um ein Auslaufen des Vergusses ohne zusätzliche Abdichtprozesse zu verhindern.

Einbringung Verguss
Die Leiterplatte im Flow-Sensor-Stecker muss gegen Einflüsse wie Vibration geschützt werden; Deckel und Gehäuse benötigen eine robuste Verbindung.

Leitungsauswahl
Für die Entwicklung einer Leitung waren die Anforderungen der seriellen Schnittstellen RS232 und RS485 sowie die Möglichkeit der Durchschleifung der sechs Kontakte ohne Leiterplatte zu berücksichtigen, um eine direkte I²C-Bus Kommunikation herzustellen. Auch die notwendigen Querschnitte für die Kommunikations- und Versorgungsleitungen mussten beachtet werden.

Entwicklung Leiterplatte und Software
Zur Verarbeitung der Signale des Sensirion Sensors und deren Konvertierung mussten Design, Layout und Funktion der Leiterplatte auf kleinstem Raum untergebracht werden. Für die Programmierung des Mikrocontrollers waren die Vorgaben von Sensirion und die EMV-Anforderungen zu berücksichtigen. Die Software wurde zur Darstellung der Daten am PC benötigt. Hinzu kamen eine Simulationsvariante für Kunden, um den Gasfluss darzustellen und eine Variante als Entwicklungsumgebung für optionale Anpassungen via bootloader sowie zur Auswertung der Daten und Befehle.

Die Umsetzung

Zweiseitig statt einseitig: NICOLAY konzipierte einen modularen Werkzeugaufbau für den Deckel, der es erlaubt, den Kabelaustritt sowohl links als auch rechts herzustellen. Dafür wurden die Werkzeuge inklusive der Abstimmung der Schieber für eine Sichtoberfläche und inneren Anschlag für die Tüllenmontage umgesetzt. Neben der Durchführung von Toleranzrechnungen entstand zusammen mit dem Hersteller der Federkontaktleiste eine anwendungsspezifische Variante mit ausreichend Federweg. Gehäuse und Deckel wurden eng miteinander abgestimmt und abgeglichen, um ein Auslaufen des Vergusses zu verhindern. Es wurde eine Lösung erarbeitet, womit der Verguss ohne zusätzlichen Trichter in das Produkt eingeführt werden kann und die Leiterplatte umgibt – dies hat eine Schutzfunktion und hält zusätzlich den Deckel und das Gehäuse gegen unerwünschtes Öffnen zusammen. Eine 6-adrige Leitung deckt die ausgewählten AWG-Zahlen sowie alle Varianten mit Twisted- Pair ab und verfügt über sehr gute mechanische Eigenschaften. Weiterhin erfolgte die Programmerstellung und Festlegung der Befehle inkl. Erstellung eines Kommunikationsprotokolls und anschließender Funktionsprüfung. Um Funktion und Programmierung zu testen, wurde die Leiterplatte als beta-Version entwickelt, dabei gelang das Layout unter Berücksichtigung des geringen Platzbedarfs. Schließlich wurde Software für die Entwicklungsumgebung und für den Kunden erstellt.

Der Mehrwert

Ob inspiratorisch, exspiratorisch und proximal – verschiedene Varianten der Sensorlösung decken alle Anforderungen eines Beatmungsgerätes ab. Die Lösung lässt sich modular zusammenstellen und ist dadurch mit unterschiedlichen Kommunikationsprotokollen kompatibel. Eine Dichtigkeit nach Schutzart IP54 und ein digitales, vollständig kalibriertes und temperaturkompensiertes Ausgangssignal sind weitere Stärken des Flow-Sensors. Er ist autoklavier- und waschbar sowie in Einweglösungen verfügbar. Im Einsatz überzeugt er mit Schnelligkeit und hoher Genauigkeit auch bei wechselnden Umgebungsbedingungen. Einzigartiger Vorteil dieses Systems ist die Reduzierung der Kondensation durch ein zusätzliches Heizelement im Flow-Sensor. Denn beim Einsatz in Kombination mit Befeuchtungsgeräten zeigen alle bisher am Markt verfügbaren Sensoren hier ihre Schwächen. Dank modularem Konzept kann der Kunde seine individuelle Version wählen – von Kleinmengen als Evaluations-Kit bis hin zu größeren Serien. Nicht zu vergessen ein unternehmerischer Vorteil: Für den Kunden fallen keine Werkzeug- und Entwicklungskosten an.

Unsere Cases