{{{sourceTextContent.title}}}

Die kubische TDLAS-Sauerstoffmesslösung ermöglicht eine zuverlässige Langzeitüberwachung des Sauerstoffgehalts in Belüftungssystemen

{{{sourceTextContent.subTitle}}}

Wie der kubische Laser-Sauerstoffsensor eine präzise und stabile O₂-Überwachung in dynamischen Atemumgebungen ermöglicht

{{{sourceTextContent.description}}}

Herausforderungen bei der Sauerstoffmessung in modernen Beatmungssystemen

Die genaue Steuerung der Sauerstoffzufuhr gilt als wesentliche Leistungsanforderung an moderne Beatmungssysteme, bei denen der inspiratorische Sauerstoffanteil (FiO₂) über einen breiten Betriebsbereich hinweg präzise geregelt und kontinuierlich überwacht werden muss. Fehler bei der Sauerstoffzufuhr – sei es eine Unter- oder Überversorgung – können zu klinischen Risiken wie Hypoxämie oder übermäßiger Sauerstoffbelastung führen, was zu oxidativem Stress und damit verbundenen Lungenschäden beitragen kann. Unter realen Betriebsbedingungen ist die Sauerstoffkonzentration jedoch nicht statisch, sondern wird kontinuierlich durch Durchflussschwankungen, Gasvermischung und Regelungsanpassungen beeinflusst.

Unter diesen dynamischen Bedingungen wird die Sauerstoffmessung zu einer zeitkritischen und stabilitätskritischen Aufgabe. Schnelle Schwankungen des Durchflusses und der Gaszusammensetzung erfordern Sensoren, die schnell reagieren und dabei eine gleichbleibende Genauigkeit gewährleisten, ohne durch Vibrationen, Umgebungsänderungen oder Störungen durch andere Gase und Feuchtigkeit beeinträchtigt zu werden.

Dies stellt höhere Anforderungen an die Sauerstoffmessung innerhalb des Systems, insbesondere bei Anwendungen, die eine zuverlässige Echtzeitüberwachung erfordern.

Die fortschrittliche TDLAS-Sauerstoffmesslösung von Cubic für medizinische Anwendungen

Herkömmliche Ansätze zur Sauerstoffmessung, darunter die paramagnetische Sauerstoffanalyse, werden in Beatmungssystemen bereits weit verbreitet eingesetzt; in zunehmend dynamischen Betriebsumgebungen werden jedoch alternative Messtechnologien erforscht, um den höheren Anforderungen an Reaktionsgeschwindigkeit, Präzision und Stabilität gerecht zu werden.

Als Antwort auf die steigenden Anforderungen an Präzision und Zuverlässigkeit bei High-End-Beatmungssystemen hat Cubic, ein führender Hersteller von Gassensoren und Gasanalysatoren, den Gasboard-2512 entwickelt – einen kompakten, laserbasierten Sauerstoffsensor, der speziell für medizinische Anwendungen konzipiert wurde und hochpräzise sowie stabile Sauerstoffmessungen in dynamischen Atemumgebungen liefert.

• Optisches Messprinzip mit hoher Selektivität
Basierend auf der TDLAS-Technologie (Tunable Diode Laser Absorption Spectroscopy) misst der Gasboard-2512 die Sauerstoffkonzentration durch Erfassung der Absorption einer Laserwellenlänge, die spezifisch von Sauerstoffmolekülen absorbiert wird. Dies ermöglicht eine genaue Sauerstoffmessung in komplexen Atemgasgemischen bei hoher Unempfindlichkeit gegenüber Störungen durch andere Gase und Feuchtigkeit.

• Schnelle Ansprechzeit für Echtzeitüberwachung
Bei der mechanischen Beatmung ändern sich die Atemgasbedingungen mit jedem Atemzyklus kontinuierlich, weshalb eine Atemzug-für-Atemzug-Sauerstoffüberwachung für das Echtzeit-Patientenmanagement und das System-Feedback unerlässlich ist.

Mit einer Ansprechzeit von 200 ms (bei 250 ml/min) ist das Gasboard-2512 in der Lage, Änderungen der Sauerstoffkonzentration Atemzug für Atemzug zu verfolgen und ermöglicht so eine genaue FiO₂-Überwachung in Echtzeit unter dynamischen Atembedingungen.

• Kalibrierungsfreier Betrieb und Langzeitstabilität
Die Wellenlänge der Laserdiode im Gasboard-2512 bleibt über die Zeit stabil, da sie durch die physikalischen Eigenschaften des Halbleitermaterials bestimmt wird. Die inhärente Wellenlängenstabilität gewährleistet, dass der Sensor über seine gesamte Lebensdauer hinweg eine gleichbleibende Sauerstoffmessleistung aufweist, ohne dass eine regelmäßige Neukalibrierung erforderlich ist. Im Gegensatz dazu unterliegen herkömmliche Sensortechnologien, die auf mechanischen oder thermisch empfindlichen Komponenten basieren, im Laufe der Zeit einer Leistungsdrift, was eine planmäßige Neukalibrierung zur Aufrechterhaltung der Messgenauigkeit erfordert und somit den Wartungsaufwand sowie die Ausfallzeiten des Geräts erhöht.

• Vibrationsbeständiges Design für mobile und klinische Anwendungen
Als optisches Festkörpergerät enthält das Gasboard-2512 keine beweglichen oder mechanisch aufgehängten Komponenten. Der Laserstrahl durchläuft das Probengas entlang eines festen Strahlengangs, und die Messung wird nicht durch physikalische Störungen oder Ausrichtungsabweichungen beeinflusst. Dadurch eignet sich das Gasboard-2512 für den Einsatz in Transportbeatmungsgeräten und anderen Anwendungen, bei denen keine mechanische Stabilität gewährleistet werden kann – Bedingungen, unter denen Sensortechnologien, die auf mechanisch aufgehängten Baugruppen beruhen, anfällig für Messschwankungen sind.

• Kompakte Bauform für einfache Integration in medizinische Geräte
Unter Berücksichtigung des Platzbedarfs moderner Beatmungsgeräte und Anästhesiegeräte wurde das Gasboard-2512 für die nahtlose Integration in medizinische Geräteplattformen entwickelt. Mit Abmessungen von 45 × 31 × 30,5 mm erfüllt der Sensor enge Platzanforderungen, ohne die Messleistung zu beeinträchtigen, und eignet sich somit sowohl für stationäre als auch für tragbare Beatmungsgeräte. Der digitale Ausgang über UART ermöglicht eine direkte Anbindung an die Hauptsteuerung des Systems ohne zusätzliche Signalaufbereitung.

Da Beatmungssysteme ständig weiterentwickelt werden, gewinnt die Leistung einzelner Sensorkomponenten zunehmend an Bedeutung für die Gesamtzuverlässigkeit des Systems und die Behandlungsergebnisse der Patienten. Mit einer Lebensdauer von mehr als 10 Jahren ist das Gasboard-2512 so konzipiert, dass es während des gesamten Betriebslebenszyklus der Geräte, in denen es zum Einsatz kommt, ein stabiler und zuverlässiger Bestandteil dieses Systems bleibt.

Warum Cubic?

Mit über zwei Jahrzehnten Erfahrung in der Gassensorik hat Cubic fundiertes Fachwissen in den Bereichen NDIR, TDLAS und Ultraschall-Messplattformen aufgebaut. Die selbst entwickelten Sensortechnologien bilden die Grundlage dafür, dass Produkte wie das Gasboard-2512 auf einer bewährten technischen Basis beruhen, deren Messleistung und langfristige Zuverlässigkeit durch umfangreiche Anwendungserfahrung im medizinischen und gesundheitlichen Umfeld validiert wurden.

Die hauseigene Fertigung von Kernsensoren und Schlüsselkomponenten bei Cubic, kombiniert mit einer strengen Qualitätskontrolle bei der optischen Montage, Kalibrierung und elektronischen Integration, gewährleistet Konsistenz und Rückverfolgbarkeit in jeder Produktionsphase.

Für Hersteller medizinischer Geräte, die eine präzise Sauerstoffmessung in Beatmungsgeräte integrieren möchten, bietet Cubic flexible OEM- und ODM-Partnerschaftsmodelle, die durch vertikal integrierte Kompetenzen gestützt werden. Die selbst entwickelte TDLAS-Technologie sowie die hauseigene optische Montage, Kalibrierung und elektronische Integration bilden eine kontrollierte Fertigungsgrundlage, während Teams für Hardware-Design und Softwareentwicklung die Anpassung an kundenspezifische Schnittstellen, Formfaktoren und Systemarchitekturen unterstützen. Von der Prototypenvalidierung bis zur Serienproduktion arbeitet das Ingenieurteam von Cubic eng mit den Partnern zusammen, um die bei der Entwicklung medizinischer Geräte erforderlichen Leistungs- und Rückverfolgbarkeitsstandards zu erfüllen und so eine schnellere Markteinführung zu ermöglichen, ohne die Messqualität zu beeinträchtigen.