Füllstandssensoren

Vergessen Sie den Blutfilm

22. Juni 2022, 9:56 Uhr | EBE Elektro-Bau-Elemente; Redaktion: Ute Häußler
An Dialysegeräten ergeben sich viele Aufgaben für die Füllstandsmessung. Eine kontaktlose Überwachung der Füllstände ist aufgrund der Sterilität vorzuziehen
An Dialysegeräten ergeben sich viele Aufgaben für die Füllstandsmessung. Eine kontaktlose Überwachung der Füllstände ist aufgrund der Sterilität vorzuziehen.
© EBE Elektro-Bau-Elemente

Die Dialyse übernimmt die Funktion einer kranken Niere. Mehr als 80.000 Deutsche sind auf diese Kompensation angewiesen. Füllstandssensoren überwachen dabei das Blut und die für das reinigende Dyalisat benötigen Flüssigkeiten. Bei der kontaktlosen Messung sind einigen Dinge zu beachten.

Hämoperfusion, Hämofiltration, Hämodiafiltration oder Peritonealdialyse – es gibt diverse Verfahren zur Ausspülung von Schadstoffen und überflüssigem Wasser aus dem menschlichen Blut. Meistverwendet und daher gemeinhin als Dialyse bezeichnet wird die Hämodialyse.

Bei der Hämodialyse wird dem Patienten vor der ersten Dialyse operativ ein Shunt zwischen einer Arterie und einer Vene, meist an einem Arm, gelegt. Dort wird das Blut in den Dialysator geleitet, in dem es gereinigt wird, um anschließend wieder in den Körper zurückgepumpt zu werden. Der Patient muss dafür im Normalfall alle zwei Tage in die Dialysepraxis oder in ein Krankenhaus kommen, dort wird er vier bis acht Stunden dialysiert. Seit einigen Jahren kann die Dialyse auch zu Hause als Heim-Hämodialyse durchgeführt werden.

Im Dialysator werden mittels Ultrafiltration, Konvektion, Osmose und Diffusion schädliche Partikel aus dem Blut gefiltert. Dazu wird eine Dialysierflüssigkeit benötigt, die das Dialysegerät selbständig herstellt. Diese besteht aus destilliertem Wasser, einer basischen Komponente und einem sauren Konzentrat.

Messmethoden in der Dialyse

 Das Dialysegerät muss absolut zuverlässig arbeiten, um die Flüssigkeiten stets in einwandfreiem und hygienisch sauberem Zustand zuzuführen. Beides ist für den Patienten überlebenswichtig. Die oben genannten Komponenten müssen also ununterbrochen verfügbar sein und die entsprechenden Behälter dürfen während der Behandlung keinesfalls leerlaufen – eine zuverlässige Füllstandsmessung ist dafür unerlässlich. Grundsätzlich stehen zwei Messmethoden zur Verfügung.

In der Praxis wird der Füllstand in Dialysegeräten entweder mit kontinuierlichen Füllstandssensoren gemessen, welche angeben, wie viel Flüssigkeit sich noch im Tank befindet. Füllstandsschalter dagegen senden ein digitales Signal, wenn der Füllstand ein bestimmtes Level erreicht oder unterschreitet. Zur Messung des Füllstandes gibt es unterschiedliche Arten von Sensoren: Schwimmer oder Schwimmkammern, Sensoren zur Messung des hydrostatischen Druckes, Ultraschall- oder optische Sensoren sowie induktive oder kapazitive Sensoren zur Grenzstandsmessung.

Alle Sensoren haben verschiedene Vor- und Nachteile, aus hygienischen Gründen ist eine berührungslose Messung auf jeden Fall vorzuziehen. Für höchste Sicherheit und Sterilität ist ein Kontakt mit dem Medium zu vermeiden. Allerdings ist die Überprüfung des Füllstands bei stark anhaftenden Flüssigkeiten wie Blut mit berührungsloser Sensorik oftmals nicht zuverlässig möglich. Konventionelle berührungslose Füllstandssensoren stoßen beim Messen von filmbildenden Medien meist an ihre Grenzen. An diesem Dilemma setzen die kapazitiven Sensoren von Ebe an, die sowohl Dialysat sowie auch Blut kontaktlos messen. Die Grenzstandssensoren können sowohl als kontinuierlich messender Sensor wie auch als Füllstandsschalter zum Einsatz kommen.

Blut und Dialysat kapazitiv messen

Die Füllstandssensoren detektieren zuverlässig Flüssigkeitssäulen in nichtleitenden Behältern und durchschauen nicht nur Behälterwände, sondern ebenso Anhaftungen von Blut, Dialysewasser und anderen Zusätzen wie Heparin oder Bikarbonat. Die proprietär entwickelten Auswertealgorithmen können für unterschiedlichste Umwelt- und Einsatzbedingungen ausgelegt werden. Dabei nutzt die Technologie ein mehrkanaliges kapazitives Messverfahren, welches die Messelektroden in einem definierten Spektralbereich anregt. Bei klassischen kapazitiven Sensoren würden aufgrund anhaftender Filme an den Behälterwänden sonst leicht Fehlmessungen auftreten.

Kombisensor mit automatischer Luftspalt-kompensation zur berührungslosen Füllstandmessung an nichtleitenden Tanks
Kombisensor mit automatischer Luftspalt-kompensation zur berührungslosen Füllstandmessung an nichtleitenden Tanks.
© EBE Elektro-Bau-Elemente

Für die »angeregten« Sensoren spielt es dagegen keine Rolle, wie zäh ein Medium ist oder wie stark es anhaftet und leitet. Die durch die Beläge entstehenden parasitären Effekte werden mit den Algorithmen vollständig kompensiert, der Füllstand wird jederzeit zuverlässig gemessen. Dieses Vorgehen beugt Fehlalarmen und Fehlmessungen in der Handhabung vor und verhindert unnötige Wege bei der Überprüfung eines Alarms. Der Patient kann sich auf einen kontinuierlichen Behandlungsablauf ohne unnötige Unterbrechungen verlassen.

Die Füllstandsmessung am extrakorporalen Blutkreislauf wird an diversen Stellen benötigt. Innerhalb des Schlauchsystems ist an den Tropfkammern eine ständige Überwachung des Füllstands von Blut oder Blutzugaben vonnöten. Am Gerät selbst muss unter anderem die Füllstandshöhe der Kanister mit Dialysewasser und die Kartusche mit Bikarbonat überwacht werden. Übersteigen schwankende Spaltmaße zwischen Tank und Rahmen zwei Millimeter oder mehr ist die Füllstandsmessung für handelsübliche kapazitive Sensoren jedoch häufig ein Problem. In diesem Fall eignen sich besonders kapazitive Füllstandssensoren, die zusätzlich über einen induktiven Sensor verfügen. So werden Messfehler durch falsch eingesetzte Behälter ausgeschlossen.

Kombisensoren gegen Spaltmaßschwankungen

Durch den zusätzlich eingesetzten Näherungssensor wird der tatsächliche Abstand zwischen Sensoroberfläche und Tankoberfläche gemessen. Ein kleines Stück Aluminium ist als Gegenstück für den induktiven Sensor dabei völlig ausreichend. So werden die Parameter für den kapazitiven Sensor, abhängig vom individuell vorhandenen Luftspalt, in Echtzeit nachgeführt. Die für den Näherungssensor notwendige Spulenstruktur ist auf der Leiterplatte des kapazitiven Sensors integriert. Eine elektronische Auswertung und Berechnung übernimmt der integrierte Mikrocontroller mit.

Alle Sensoren sitzen kontaktlos außerhalb der Behälter hinter einer Schutzwand direkt im Gerät oder in einem dichten und einfach zu reinigenden Gehäuse, wo sie nichts berühren oder beschädigen kann. Damit kann das Dialysegerät einfach gereinigt und desinfiziert werden, ohne störende Fugen und Kanten der verbauten Sensorik. Die Form und Fläche der Füllstandssensoren können an die Gegebenheiten und Anforderungen des individuellen Medizingerätes und der Tanks angepasst werden. Dabei lassen sich auch besonders kleine Grundflächen oder außergewöhnliche Geometrien umsetzen, welche beispielsweise insbesondere bei portablen Geräten gefordert sind. Schnittstellen und Ausgabeparameter sind ebenfalls kundenindividuell umsetzbar. Die hauseigene Fertigung der Ebe Füllstandssensorik ist nach Medizinprodukte-Norm DIN EN ISO 13485 zertifiziert.

Über EBE Elektro-Bau-Elemente

Das Unternehmen EBE Elektro-Bau-Elemente (Markenname: EBE sensors + motion) mit Hauptsitz in Leinfelden-Echterdingen bei Stuttgart entwickelt und fertigt OEM-Produkte der Sensortechnik, Komponenten für Mensch-Maschine-Schnittstellen sowie Aktorik und Mechatronik. Schwerpunkte sind kapazitive und induktive Sensoren auf Basis der im eigenen Haus entwickelten Technologien und mechatronische Lösungen für Industrie, Haushaltsgeräte, Medizin und Mobilität.

Das Sensorprogramm umfasst unter anderem Füllstandssensoren, Drucksensoren, Positionssensoren und kapazitive Taster. EBE entwickelt und fertigt zudem kundenspezifische Elektromagnete sowie robuste Drehschalter, Taster und Encoder und passt diese jeweils den Bedürfnissen der Kunden an. Das Unternehmen versteht sich als Kompetenzzentrum für die Entwicklung und Fertigung von Sensorsystemen und Antriebstechnik.

 


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