Sensoren in Geräten zur Behandlung von Schlafapnoe und für Schlafstudien

Im Bereich der Medizin werden immer mehr mit dem Internet der Dinge vernetzte Geräte für zahlreiche verschiedene Anwendungen entwickelt, unter anderem für Diagnose- und Behandlungsgeräte sowie für

Überwachungsanwendungen. IoMT-Geräte können kontinuierlich Informationen in Echtzeit an einen zentralen

Punkt übermitteln. Dies ermöglicht Ärzten und Medizintechnikern, umfassende

diagnostische und klinische Informationen über ihre Patienten auf sichere Weise zu erfassen. Die automatisierte oder von einem medizinischen Fachmann durchgeführte Analyse

dieser Informationen kann dabei helfen, medizinische Anforderungen zu bestimmen, oder Patienten mit bekannten Konditionen in ihrem Zuhause zu überwachen, wodurch die Kosten für die Überwachung drastisch sinken. So können diese Patienten mehr Zeit in ihrer gewohnten, komfortableren Umgebung verbringen. Gleichzeitig steht damit mehr Platz für andere Patienten in Krankenhäusern oder anderen medizinischen Einrichtungen zur Verfügung.

Die Gesundheitsüberwachung aus der Ferne ist umso wichtiger, wenn Menschen nicht willens oder nicht in der Lage sind, ihre eigenen Gesundheitsdaten zur Verfügung zu stellen – z. B. wenn sie schlafen. Ein aktueller Bericht hat ergeben, dass die Schlafüberwachung und Schlaftherapie das am schnellsten wachsende Segment des IoMT-Gesundheitsmarktes ist, und sich die Zahl der Schlaftherapie-Patienten in den letzten Jahren mehr als verdoppelt hat.

Diese Geräte können eine effektive und erschwingliche Option darstellen, um die Schlafmuster von Personen zu überwachen.
Sie ermöglichen die Überwachung der Schlafzyklen einer Person und das Nachverfolgen ungewöhnlicher Ereignisse. Anhand dieser Daten kann Schlafapnoe sowie eine Reihe weiterer gesundheitlicher Probleme
diagnostiziert werden. Fachkräfte im Gesundheitswesen
können diese Informationen nutzen, um fundierte Entscheidungen bezüglich der Behandlung eines Patienten zu treffen. Schlaftherapie-Geräte
können verwendet werden, um eine Reihe von Schlafstörungen zu kontrollieren und zu behandeln. Es gibt
IoMT-Geräte, die das Schnarchen mindern, wenn nicht sogar heilen können. Fortschritte in der Sensortechnik
und in der Konnektivität haben eine Reihe neuer Entwicklungen bei der Diagnose
und Behandlung von häufigen Schlafstörungen ermöglicht.

In der Vergangenheit erforderten Schlafstudien einen Besuch in einem Krankenhaus oder Schlafzentrum, wo ein Patient eine oder mehrere Nächte lang überwacht wurde, um eine Reihe von Daten zu erfassen, einschließlich:

• Herz- und Atemfrequenz
• Blutoxygenierung
• Gesamtschlafmenge
• Tiefschlafmenge
• Schnarchen
• Atemaussetzer 

Allerdings traten im Zusammenhang mit diesen klinischen Schlafstudien verschiedene Probleme auf, einschließlich hoher Kosten, mangelnde Bereitschaft vieler Personen, sich in die Klinik zu begeben sowie auch die Gesamtgültigkeit der in einem klinischen Umfeld erhobenen Daten im Vergleich zum Schlaf des Patienten in seiner gewohnten Umgebung. In den letzten Jahren werden immer mehr Schlafstudien bei Patienten zu Hause durchgeführt und nicht mehr in der Klinik.Dadurch konnten zwar einige Probleme gelöst werden, aber die Datenerfassung gestaltet sich schwieriger.

Schlafstudiensysteme für zu Hause wurden entwickelt, um die kontinuierliche Überwachung der Herzfrequenz, Atemfrequenz, des Blutsauerstoffspiegels und von Atemaussetzern mit hoch entwickelten Systemen durchzuführen, die auch die Schlafposition sowie die Raumtemperatur und -feuchtigkeit usw. überwachen können. Diese Systeme streamen die Daten entweder kontinuierlich in die Cloud, wo sie gespeichert werden können, oder sie speichern alle Daten intern im System. Die gesammelten Daten können dann automatisch und/oder von einer medizinischen Fachkraft analysiert werden, um die Art und den Schweregrad der Schlafstörung zu bestimmen.

Schlafüberwachungssysteme bestehen in der Regel aus einer Reihe von Sensoren, die physiologische Parameter wie Herz- und Atemfrequenz sowie Umgebungsbedingungen wie Temperatur und Luftfeuchtigkeit überwachen können. Auch können Sensoren zur Bestimmung weiterer Schlaf- oder atmungsbezogener Variablen wie Körperbewegungen, Blutsauerstoffspiegel und Luftflussmessung ebenfalls miteinbezogen werden. Das Sensoren-Produktangebot kann Folgendes umfassen:

• Schlafsensor mit Piezo-Folie und Schlafüberwachungsfunktion zur Überwachung von Atemfrequenz, Herzfrequenz, physischer Aktivität, tiefem und leichtem Schlaf und mehr
• Fotooptische SpO² -Sensoren zur nicht-invasiven Messung der Blutoxygenierung
• Niederdruck-Luftstromsensoren zur Messung von Drücken beim Ein- und Ausatmen
• Feuchtigkeits- und Temperatursensoren zur Messung der Einatmungs- und Ausatmungstemperatur und Feuchtigkeit

Nach der Diagnose der Schlafstörung kann ein Behandlungsplan aufgestellt werden, der eine Reihe von Geräten, Ernährungsrichtlinien, sportlichen Aktivitäten und häufig auch die Überwachung von Schlafmustern und anderen physiologischen Daten umfassen kann.

Die häufigste Schlafstörung ist Schlafapnoe, eine ernste Erkrankung, bei der die Atmung eines Patienten immer wieder für einige Momente aussetzt. Patienten mit Schlafapnoe schnarchen hin und wieder laut und fühlen sich oft müde, obwohl sie die ganze Nacht geschlafen haben.

Es gibt drei Haupttypen von Schlafapnoe:

• Obstruktive Schlafapnoe: Dies ist die häufigste Form, die auftritt, wenn die Rachenmuskulatur erschlafft.
• Zentrale Schlafapnoe: tritt auf, wenn das Gehirn nicht die richtigen Signale an die Muskeln sendet, um die Atmung zu steuern.
• Komplexes Schlafapnoe-Syndrom: tritt auf, wenn Patienten sowohl obstruktive Schlafapnoe als auch zentrale Apnoe haben.

Schlafapnoe-Geräte werden aufgrund ihrer Benutzerfreundlichkeit und der zunehmenden Bekanntheit der Krankheit immer beliebter. Das Weichgewebe rund um Hals, Zunge und Gaumen kann bei einigen Menschen im Tiefschlaf kollabieren. Dadurch werden die Atemwege teilweise blockiert, was zum Schnarchen führt. Das Schnarchen kann durch das Offenhalten der Luftröhre minimiert werden. Dafür wird eine kleine Menge an positivem Luftdruck zugeführt. Dafür sind Schlafapnoe-Geräte konzipiert.

Es gibt drei Haupttypen von PAP-Geräten (Positive Air Pressure, positiver Luftdruck), die für die Behandlung der Krankheit eingesetzt werden: CPAP-, AutoCPAP- und BiLevel-Geräte. Alle diese Geräte steuern den Luftstrom zum Patienten, jedes davon jedoch auf unterschiedliche Weise, wobei Komplexität und Kosten variieren.

  CPAP steht für Continuous Positive Airway Pressure (Kontinuierlicher positiver Atemwegsdruck).Diese Geräte bieten einen konstanten und kontinuierlichen Luftstrom, den der Patient ein- und ausatmen muss. Dies ist das einfachste PAP-Gerät und wird in den meisten Fällen als erstes verschrieben. In vielen Fällen schreibt der Versicherungsschutz zunächst die Behandlung mit dem CPAP vor, da es weniger kostet und den meisten Patienten gut damit gedient ist. Eine der größten Herausforderungen bei der Anpassung an das CPAP ist das Gefühl des kontinuierlichen Luftdruckflusses beim Ausatmen, das sich für die Patienten erdrückend anfühlen kann. Die meisten Hersteller bieten eine Lösung für dieses Problem, indem der Druck durch das Gerät beim Ausatmen erfasst und/oder reduziert wird.

AutoCPAP – Automatic continuous positive airway pressure (Automatischer kontinuierlicher positiver Atemwegsdruck) (oder APAP). Im Gegensatz zum CPAP, das einen kontinuierlichen Druck liefert, wird das APAP innerhalb eines Hoch- und Niederdruckbereichs für unterschiedliche Inhalationsanforderungen eingestellt. Der Bereich ist in der Regel vorgegeben und diese Geräte verfügen über eine empfindliche Algorithmus-Technologie, die es der ihnen ermöglicht, zu erkennen, wie viel Inhalationsdruck bei jedem Atemzug benötigt wird. Die Theorie, einen Bereich bereitzustellen, basiert darauf, dass der Druckbedarf während einer bestimmten Nacht oder Schlafstunde variieren kann. Faktoren, die den Inhalationsdruck beeinflussen könnten, sind Schlafposition, Erkältung oder Allergien, Alkoholkonsum und Medikamente.

BiLevel ist ein PAP-Gerät, das 2 unterschiedliche Drücke liefert, einen für die Einatmung und einen zweiten für die Ausatmung. Da es sich hier um das komplexeste Gerät handelt, ist es auch das teuerste, und wird in der Regel nur bei Patienten mit speziellen Bedürfnissen eingesetzt. Da BiLevel ähnlich wie ein Beatmungsgerät funktioniert, wird es häufig auch bei Patienten mit anderen Erkrankungen wie ALS, Parkinson etc. verwendet, die Unterstützung beim Atmen benötigen. Oft bekommen es Patienten verschrieben, die an zentraler Schlafapnoe leiden, obwohl viele von ihnen gut mit CPAP oder APAP zurecht kommen.

Ein PAP-Basisgerät besteht in der Regel aus einem Lüfter oder Motor für die Bereitstellung von Luftdruck, einer Maske für die Zuführung der Luft und eine Steuerungsanzeige. Bei komplexeren Systemen kommen noch weitere Funktionen und Steuerungen hinzu. Der Patient trägt eine Maske, die anhand von Druck Luft durch die Nasengänge leitet, damit diese nicht kollabieren, was die Aussetzung der Atmung verursacht. In der Regel kommt eine Reihe von Sensoren zum Einsatz, um den Luftdruck zu überwachen und zu steuern sowie um die Umgebung und weitere Funktionen des Geräts zu kontrollieren. Wir stellen zahlreiche Sensoren her, die in Schlafapnoe-Geräten verwendet werden können. Sie sind dafür ausgelegt, Luftstrom, Luftdruck, Temperatur und Luftfeuchtigkeit zu überwachen und zu steuern, und Rückmeldungen für Motoren, Ventilatoren und Gebläse zu geben.

Wenn Niederdruckluft kontinuierlich in die Atemmaske eines Schlafapnoe-Geräts geleitet wird, um die Luftröhre offen zu halten, kann die Zugabe von warmer, feuchter Luft das Wohlbefinden des Patienten deutlich verbessern. Einige der neueren Schlafapnoe-Geräte sind mit dieser Option ausgestattet. Die Feuchtigkeit im Luftstrom muss überwacht und kontrolliert werden, und TE bietet spezifische Sensoren zur Messung und Regulierung von Feuchtigkeit, Temperatur und anderen Parametern.

Ebenso wie bei der Elektronik im Allgemeinen geht auch bei Sensoren die Entwicklung in Richtung kleinere Abmessungen, erhöhte Genauigkeit,

komplett digitale Ausgänge und niedriger Stromverbrauch. Dieser niedrige Strombedarf ermöglicht es, die Geräte

in einer breiteren Palette von Anwendungen einzusetzen, einschließlich batteriebetriebener Systeme. Dank der kleineren Abmessungen

können die Sensoren näher an der Atemmaske platziert werden und die Messungen

sowie die Steuerung können direkt an der wichtigen Stelle angebracht werden.

TE hat den digitale Kombinationssensor der HTU31 für die Oberflächenmontage eingeführt. Der Sensor bietet Ausgangssignale für Feuchtigkeit und Temperatur und befindet sich in einem 2,5 x 2,5 x 0,9 mm-Gehäuse. Diese individuell kalibrierten, hoch präzisen Sensoren sind für die Nachverfolgbarkeit serialisiert und bieten eine typische Genauigkeit von ±2 % für die relative Feuchte und ±0,2 °C für die Temperatur. Sie verfügen über ein kompaktes 6-poliges Gehäuse in DFN-Ausführung, bieten eine schnelle Reaktionszeit und haben einen typischen Stromverbrauch von nur 3,78 μW. Die Sensoren sind sowohl im digitalen I₂C-Format mit konfigurierbarer Adresse als auch als analoge Ausführung erhältlich.

Darüber hinaus bietet TE bietet auch Niederdrucksensoren an, mit denen der Leitungsdruck überwacht und reguliert werden kann, der die Luftröhre offen hält. Differenzwert-Ausführungen dieser Sensoren können zur Überwachung/Regulierung des Luftstroms verwendet werden. Diese Drucksensoren werden in einem 16-poligen SOIC-Gehäuse angeboten, das für die Oberflächenmontage geeignet ist. TE bietet auch eine breite Palette an eigenständigen Temperaturerfassungstechnologien an, die zur Überwachung und Steuerung der Temperatur der Druckluft in PAP-Anwendungen oder zur Überwachung der Raumlufttemperatur im Rahmen von Schlafüberwachungsanwendungen eingesetzt werden können. Zu den Technologien gehören:

• NTC-Thermistoren
• Platin-RTDs
• Mikro-Thermoelemente
• Thermosäulen
• digitale Temperatursensoren

Das Gehäuseangebot geht vom neuen volldigitalen TSYS03 in einem ultrakompakten XDFN6-Gehäuse, das nur 1,5 m² x 0,38 mm misst, mit einer Genauigkeit von ±0,5 °C von 0 °C bis 60 °C, bis hin zu einer Vielzahl verpackter Baugruppen mit verschiedenen Temperaturbereichen, Genauigkeiten und Größen.

Schließlich stellt TE auch eine Reihe von anisotropen magnetoresistiven (AMR) Positionssensoren für die Leiterplatten- und Oberflächenmontage her, die häufig in Motor- und Lüftersteuerungen eingesetzt werden, um die Drehung oder lineare Verschiebung zu überwachen. Ihre geringe Größe, hohe Genauigkeit und hohe Zuverlässigkeit ermöglichen es, diese Sensoren in viele kompakte, leistungsstarke medizinische Produkte für den Heimbedarf, einschließlich PAP-Geräte, zu integrieren.