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Menschenleben retten durch Messung der Atemströme

Durch Erste-Hilfe-Maßnahmen können bei Unfällen viele Menschen gerettet werden. Dabei werden die ersten Rettungsversuche in den meisten Fällen durch Laien durchgeführt. Damit diese in der schwierigen Situation sicherer handeln können, hat die Karl Küfner GmbH und Co. KG aus Albstadt in Kooperation mit dem Institut für Mikro- und Informationstechnik der Hahn-Schickard-Gesellschaft für angewandte Forschung (HSG-IMIT) aus Villingen-Schwenningen einen Atemstromsensor für einen Erste-Hilfe-Assistenten entwickelt. Dieser soll Ersthelfer bei der Durchführung von Reanimationsmaßnahmen durch visuelle und akustische Zeichen anleiten.

Rund 500.000 Menschen in Europa erleiden jedes Jahr einen plötzlichen Herztod. Laut dem Europäischen Rat für Wiederbelebung könnte ein Großteil von ihnen durch verbesserte Erste-Hilfe-Maßnahmen gerettet werden. In einem Notfall müssen Patienten schnell mit Sauerstoff versorgt werden, um die lebenswichtigen Organe vor bleibenden Schäden zu bewahren. „Leider schrecken Laien aus Angst vor Fehlern aber oft vor einer Wiederbelebung zurück. Sie wissen häufig nicht genau, was zu tun ist, und erhalten in der brenzligen Situation auch keine Rückmeldung darüber, ob sie richtig handeln", schildert Rolf Bronner, Leiter Medizintechnik bei Küfner, die Situation.

Der Behandlungserfolg nach einem Herzstillstand hängt jedoch maßgeblich von der Qualität der Erstversorgung in den ersten Minuten nach dem Vorfall ab. Deshalb hat der Filterspezialist Küfner das HSG-IMIT mit der Realisierung eines Erste-Hilfe-Assistenten beauftragt, der es auch ungeschulten Benutzern ermöglichen soll, schnell und mit den richtigen Mitteln einzuschreiten, wenn Hilfe gebraucht wird. „Der rescue-iFil ist einfach zu bedienen und kann auch ohne Stromversorgung überall eingesetzt werden", beschreibt Rolf Bronner das Gerät.

Mehr Sicherheit durch Anleitung des Ersthelfers

Der rescue-iFil leitet den Ersthelfer bei der Herzdruckmassage an. © Karl Küfner GmbH & Co. KG

Das Herzstück des Apparats ist ein Atemstromsensor, der über einen Strömungstubus das Volumen der passiven Atemströmung, welches durch die Herzdruckmassage erzeugt wird, sowie die Strömungsgeschwindigkeit misst, speichert und auswertet. Dabei wird sowohl die Atmung des Verunglückten als auch die Beatmung durch den Ersthelfer kontrolliert, was es erlaubt, die Wiederbelebung so effektiv wie möglich durchzuführen und die Herzdruckmassage durch visuelle und akustische Zeichen anzuleiten. Die Messung der Strömungsgeschwindigkeit, des Atemwegsdrucks sowie der Temperatur der Atemluft des Verunglückten spielen dabei eine entscheidende Rolle. Der rescue-iFil ermittelt aus diesen Parametern die Atemkurve und leitet daraus ab, ob die Atemwege des Patienten blockiert sind oder nicht und mit welcher Intensität die Herzdruckmassage durchgeführt werden muss.

Diese erstmals eingesetzte patientennahe Überwachung der Atemströme mittels direkt am Patientenmund platzierten Sensoren stellt aufgrund der hohen Atemluftfeuchtigkeit und der damit verbundenen Flüssigkeitskondensation eine Herausforderung für Ingenieure und Mikrosystemtechniker dar. „Da die Atemluft wärmer und feuchter ist als die Umgebung, bilden sich Wassertröpfchen, die bei herkömmlichen Sensoren die Messung behindern", erläutert Dr. Sophie Billat, Leiterin der Forschungsgruppe Thermische Sensoren des HSG-IMIT. Gelöst wurde diese Aufgabe durch ein im Hauptstrom freistehendes thermisches Sensorsystem, das auch in Gegenwart von Betauung oder bei Abscheidung von Wassertröpfchen auf dem Sensor ein genaues Massestromsignal liefert.

Dieses mikroelektromechanische System (MEMS) enthält neben der thermischen Sensormembran zur Strömungsmessung eine weitere Membran, die zur dynamischen Temperaturmessung des Atemgases und zur Detektion von Feuchtigkeit verwendet werden kann. „Über zusätzliche Kondensatheizer kann der Sensor dann erwärmt werden, um Tropfen kurzfristig zu verdampfen oder den gesamten Sensor über den Taupunkt zu temperieren", erklärt Sophie Billat weiter.

Innovative Lösung für eine hygienische Anwendung

Wichtig für die Messung ist darüber hinaus, dass der mechanische Schutz des Sensors gewährleistet wird und den medizinischen Hygieneanforderungen entspricht. Aus diesem Grund wurde der rescue-iFil als System aus zwei Bestandteilen realisiert: ein preiswerter Tubus als Einwegkomponente, der nach jedem Gebrauch gewechselt werden kann und eine wiederverwendbare messtechnische Systemkomponente. „Der rescue-iFil besteht also aus zwei Teilen: dem Tubus, der als Einmalartikel in das Gerät eingesetzt wird und der Elektronikeinheit, die wiederverwendbar ist", erklärt Rolf Bronner.

Vorteile für Patienten, Ersthelfer und Ärzte

Der Atemstromsensor des rescue-iFil ermöglicht erstmalig eine patientennahe Messung der Atmung. © Karl Küfner GmbH & Co. KG

Mit dem rescue-iFil ist erstmals ein patientennah einsetzbarer Atemstromsensor zur synchronen Messung von Strömung, Temperatur und Druck entwickelt worden, der neue diagnostische Möglichkeiten eröffnet und die Erste Hilfe deutlich verbessern kann. Dadurch gelingt es, das Notfallmanagement am Unfallort effizienter zu gestalten, denn durch die genaue Anleitung während der Herzdruckmassage kann dem Patienten in den entscheidenden ersten Minuten nach einem Unfall besser geholfen werden. „Durch den Einsatz des rescue-iFil können sich die Überlebenschancen des Verunfallten wesentlich erhöhen", erläutert Rolf Bronner.

Ersthelfern wird mit dem Gerät ein einfaches Feedbacksystem während der Reanimation an die Hand gegeben und die Qualität der Erste-Hilfe-Maßnahmen wird gesteigert. Zusätzlich hilft der Erste-Hilfe-Assistent auch den Notärzten. Wenn diese am Unfallort eintreffen, können sie anhand des Messgeräts genau feststellen, in welchem Zustand sich der Patient befindet, die Historie der Reanimation nachvollziehen und so die richtigen nächsten Schritte für einen sicheren Transport ins nächste Krankenhaus einleiten. Das Gerät soll voraussichtlich 2016 auf den Markt kommen. Ein Prototyp ist bereits im Einsatz.

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