DE102012201390A1 - Sensor arrangement for vacuum therapy system for healing wound of patient, has sensor elements which provide measurement signal comprising information regarding composition and amount of component of transported secretions of wound - Google Patents
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Abstract
Description
Ausführungsbeispiele der vorliegenden Erfindung beziehen sich auf eine möglichst effiziente Überwachung von Wundheilungsprozessen von Patienten und insbesondere auf eine Sensoranordnung für ein Vakuumtherapiesystem, auf ein Vakuumtherapiesystem mit Sensorfunktionalität und auf ein daran gekoppeltes Verfahren zur Analyse einer flüssigen oder gasförmigen (fluidischen) Absonderung einer Wunde eines Patienten.Embodiments of the present invention relate to the most efficient monitoring of wound healing processes of patients, and more particularly to a sensor arrangement for a vacuum therapy system, to a vacuum therapy system with sensor functionality and to a coupled method for analyzing a fluid or gaseous (fluidic) secretion of a wound of a patient.
Auf dem Gebiet der Medizintechnik stellt die Überwachung von Wundheilungsprozessen von Patienten, die aufgrund eines medizinischen Eingriffes (einer Operation), eines Unfalls oder einer Erkrankung eine „offene” Wunde aufweisen, eine wichtige therapiebegleitende Maßnahme dar, um möglichst schnell bei einer Störung der Wundheilung, z. B. in Folge einer Infektion der Wunde, eingreifen und gezielt entsprechende Gegenmaßnahmen bzw. Behandlungen frühzeitig einleiten zu können.In the field of medical technology, the monitoring of wound healing processes of patients who have an "open" wound as a result of a medical intervention (operation), an accident or a disease is an important therapy-accompanying measure in order to achieve wound healing as quickly as possible, z. As a result of infection of the wound, intervene and targeted to initiate appropriate countermeasures or treatments early.
Zur Unterstützung des Wundheilungsprozesses wird beispielsweise die sogenannte „Vakuumtherapie”, die auch als Vakuumversiegelung bezeichnet wird (vacuum assisted closure therapy – „VAC” oder negative pressure wound therapy „NWPT”) zur Wundheilung eingesetzt. Die Vakuumtherapie zur Wundheilung eines Patienten basiert dabei auf dem Anlegen eines leichten Unterdrucks auf eine offene Wunde, um deren Heilung zu begünstigen.To assist the wound healing process, for example, the so-called "vacuum therapy", which is also referred to as vacuum sealing (vacuum assisted closure therapy - "VAC" or negative pressure wound therapy "NWPT") used for wound healing. The vacuum therapy for wound healing of a patient is based on the application of a slight negative pressure on an open wound in order to promote their healing.
Ein solches System besteht im Allgemeinen aus einem Material zum Wundverschluss (Okklusion) und einer Vorrichtung zum Anlegen des Unterdrucks und zum Abtransport der Wundflüssigkeit (Exsudat bzw. Transsudat). Letztere Vorrichtung besteht aus einem Schlauchsystem, das über eine Vakuumpumpe einen negativen Druck auf die Wunde ausübt und die Wundflüssigkeit in einen Behälter abpumpt. Zur Anwendung dieser Therapie wird ein spezielles Verbandsmaterial bzw. ein Schaum an die Konturen der Wunde angepasst und mit einer transparenten Folie versiegelt. Der Absaugschlauch wird über eine Öffnung in der Folie am Verbandsmaterial angeschlossen. Somit kann an der Wunde einen Unterdruck angelegt werden. Auf diese Weise wird aus der offenen Wunde eine künstliche geschlossene Wunde erzeugt und gleichzeitig überflüssiges Wundsekret abgepumpt.Such a system generally consists of a material for wound closure (occlusion) and a device for applying the negative pressure and for removing the wound fluid (exudate or transudate). The latter device consists of a tube system, which exerts a negative pressure on the wound via a vacuum pump and pumps the wound fluid into a container. To apply this therapy, a special dressing material or a foam is adapted to the contours of the wound and sealed with a transparent film. The suction tube is connected to the dressing material via an opening in the foil. Thus, a negative pressure can be applied to the wound. In this way, an open, closed wound is created and at the same time excess wound secretions are pumped out.
Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht darin, ein verbessertes Konzept zur Überwachung eines Wundheilungsprozesses eines Patienten zu schaffen, die es einem behandelnden oder medizinischem Personal oder auch dem Patienten selbst erlaubt, den Heilungsprozess einer Wunde möglichst einfach zu überwachen, um möglichst zeitnah und gezielt auf eine etwaige Veränderung des Heilungsprozesses reagieren zu können.The object of the present invention is to provide an improved concept for monitoring a wound healing process of a patient, which allows a treating or medical staff or the patient himself to monitor the healing process of a wound as simply as possible in order to timely and targeted to a to be able to react to any change in the healing process.
Diese Aufgabe wird durch eine Sensoranordnung für ein Vakuumtherapiesystem gemäß Anspruch 1, ein Vakuumtherapiesystem mit Sensorfunktionalität gemäß Anspruch 14 und ein Verfahren zur Analyse einer flüssigen oder gasförmigen Absonderung von einer Wunde eines Patienten gemäß Anspruch 22 gelöst.This object is achieved by a sensor arrangement for a vacuum therapy system according to claim 1, a sensor-based vacuum therapy system according to claim 14 and a method for analyzing a liquid or gaseous secretion from a wound of a patient according to claim 22.
Erfindungsgemäße Weiterbildungen sind in den Unteransprüchen definiert.Inventive developments are defined in the subclaims.
Ein Ausführungsbeispiel gemäß der vorliegenden Erfindung schafft eine Sensoranordnung für ein Vakuumtherapiesystem, das zur Ausübung eines Unterdrucks auf eine Wunde und zum Abtransport einer flüssigen oder gasförmigen Absonderung von der Wunde ausgebildet ist, wobei die Sensoranordnung ein Sensorelement aufweist, das ausgebildet ist, um basierend auf einer physikalischen oder chemischen Wechselwirkung mit zumindest einem zu untersuchenden Bestandteil der abtransportierten Absonderung ein Messsignal bereitzustellen, das eine Information hinsichtlich Art, Zusammensetzung und/oder Menge des zu untersuchenden Bestandteils in der abtransportierten Absonderung aufweist. Erfindungsgemäß wird also die Vakuumtherapie mit einer Sensorik gekoppelt.An embodiment according to the present invention provides a sensor assembly for a vacuum therapy system adapted to apply a vacuum to a wound and to evacuate a liquid or gaseous discharge from the wound, the sensor assembly comprising a sensor element configured to be based on a vacuum physical or chemical interaction with at least one component of the transported away secretion to provide a measurement signal which has information regarding the nature, composition and / or amount of the component to be examined in the transported away secretion. According to the invention, therefore, the vacuum therapy is coupled with a sensor.
Ein weiteres Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung schafft ein Vakuumtherapiesystem mit Sensorfunktionalität umfassend ein Okklusionselement, das ausgebildet ist, um einen zumindest teilweise hermetischen Verschluss einer Wunde bereitzustellen, ein Schlauchsystem, das ausgebildet ist, um eine flüssige oder gasförmige Absonderung von der Wunde abzutransportieren, einer Pumpenanordnung, die ausgebildet ist, um einen negativen Druck über das Schlauchsystem und das Okklusionselement auf die Wunde auszuüben, und um den Abtransport der flüssigen oder gasförmigen Absonderung von der Wunde zu bewirken, und eine Sensoranordnung zum Bereitstellen der Sensorfunktionalität, wobei die Sensoranordnung ein Sensorelement aufweist, das ausgebildet ist, um basierend auf einer physikalischen oder chemischen Wechselwirkung mit zumindest einem zu untersuchenden Bestandteil der abtransportierten Absonderung ein Messsignal Smess bereitzustellen, das eine Information hinsichtlich Art, Zusammensetzung und/oder Menge des zu untersuchenden Bestandteils in der abtransportierten Absonderung aufweist.Another embodiment of the present invention provides a vacuum therapy system with sensor functionality comprising an occlusion member adapted to provide at least a partial hermetic closure of a wound, a tubing system configured to remove a liquid or gaseous secretion from the wound, a pump assembly, which is designed to exert a negative pressure on the wound via the tube system and the occlusion element, and to effect the removal of the liquid or gaseous secretion from the wound, and a sensor arrangement for providing the sensor functionality, the sensor arrangement having a sensor element is designed to provide a measurement signal S mess based on a physical or chemical interaction with at least one to-be-examined part of the transported away separation, the information with respect to kind, co Composition and / or amount of the substance to be examined in the transported away secretion has.
Ein weiteres Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung schafft ein Verfahren zur Analyse einer flüssigen oder gasförmigen Absonderung von einer Wunde eines Patienten, wobei ein Unterdruck auf die Wunde des Patienten mittels eines Vakuumtherapiesystems ausgeübt wird, um die zu untersuchende flüssige oder gasförmige Absonderung von der Wunde über ein Schlauchsystem abzutransportieren, und wobei eine physikalische oder chemische Wechselwirkung des zumindest einen zu untersuchenden Bestandteils der abtransportierten Absonderung mittels eines Sensorelements, das in dem Schlauchsystem des Vakuumtherapiesystems integriert ist, erfasst wird, um ein Messsignal bereitzustellen, das eine Information hinsichtlich Art, Zusammensetzung und/oder Menge des zu untersuchenden Bestandteils in der abtransportierten Absonderung aufweist.Another embodiment of the present invention provides a method for analyzing a liquid or gaseous secretion from a wound of a patient, wherein a negative pressure on the wound of the patient by means of a Vacuum therapy system is applied to transport the liquid or gaseous exudate to be examined from the wound via a tube system, and wherein a physical or chemical interaction of the at least one to-be-examined component of the evacuated secretion by means of a sensor element, which is integrated in the tube system of the vacuum therapy system detected is to provide a measurement signal having information regarding the type, composition and / or amount of the component to be examined in the transported away secretion.
Der Kerngedanke der vorliegenden Erfindung besteht darin, dass eine Patientenüberwachung hinsichtlich eines Wundheilungsprozesses sehr effizient und i. W. in Echtzeit durchgeführt werden kann, indem an einer Anordnung zur Durchführung einer Vakuumtherapie (an einer offenen Wunde eines Patienten) eine Sensorfunktionalität vorgesehen wird. Somit kann der zu untersuchende Bestandteil der abtransportierten Wundabsonderung unmittelbar mit dem Sensorelement in Kontakt gebracht und ausgewertet werden, um basierend auf einer physikalischen oder chemischen Wechselwirkung zwischen dem an dem Vakuumtherapiesystem angeordneten Sensorelement und der abtransportierten, flüssigen oder gasförmigen Absonderung von der Wunde des Patienten ein Messsignal bereitzustellen. Das Messsignal weist nun eine Information hinsichtlich der Art, Zusammensetzung und/oder Menge des zu untersuchenden Bestandteils in der abtransportierten Absonderung auf.The gist of the present invention is that patient monitoring of a wound healing process is very efficient and i. W. can be performed in real time by providing a sensor functionality on an apparatus for performing a vacuum therapy (on an open wound of a patient). Thus, the component of the evacuated wound secretion to be examined can be brought into direct contact with the sensor element and evaluated, based on a physical or chemical interaction between the arranged on the vacuum therapy system sensor element and the transported away, liquid or gaseous secretion from the wound of the patient, a measurement signal provide. The measurement signal now has information regarding the type, composition and / or amount of the constituent to be investigated in the transported-off secretion.
Ein entsprechend ausgebildetes Vakuumtherapiesystem weist nun in Form des Sensorelements und optional mit einer zugehörigen Auswerte- und Anzeigeeinrichtung eine Überwachung- bzw. Kontrollfunktionalität auf, um selektiv über die Untersuchung eines oder mehrerer Bestandteile der abtransportieren Absonderung von der Wunde nahezu in Echtzeit eine exakte Information über den Wundheilungsprozess zu erhalten.A suitably designed vacuum therapy system now has in the form of the sensor element and optionally with an associated evaluation and display on a monitoring or control functionality to selectively via the examination of one or more components of the evacuated discharge from the wound almost in real time accurate information about the To obtain wound healing process.
So führt eine positive Veränderung, d. h. ein Fortschritt, oder auch eine negative Veränderung, d. h. eine Verschlechterung, des Wundheilungsprozesses zu einer Veränderung der Art, Zusammensetzung und/oder Menge eines oder mehrerer unterschiedlicher Bestandteile der abtransportierten Absonderung der Wunde. Diese Bestandteile bzw. deren Veränderungen können nun die mittels der an dem Vakuumtherapiesystem integrierten Sensoranordnung unmittelbar (d. h. nahezu in Echtzeit) und sehr selektiv erfasst werden. Damit kann sehr gezielt und zeitnah mittels des von dem Sensorelement bereitgestellten Messsignals auf eine Veränderung des Wundheilungsprozesses reagiert werden, der durch die Art, Zusammensetzung und/oder Menge des zu untersuchenden Bestandteils in der abtransportierten Absonderung erfassbar ist. Das erfindungsgemäße Konzept ermöglicht nun, einen oder mehrere Bestandteile der abtransportierten Absonderung (des Exsudats bzw. Transsudats) oder der abtransportierten gasförmigen Stoffe direkt zu analysieren, so dass unmittelbar über den untersuchten Bestandteil, mit einer sehr hohen Selektivität und auch Zuverlässigkeit exakte Rückschlüsse auf den Heilungsverlauf der Wunde gezogen werden können. So kann beispielsweise aufgetretenen und erfassten Problemen, z. B. in Form von Infektionen, mit gezielten Gegenmaßnahmen in Form einer geeigneten Behandlung und/oder Medikation entgegen gewirkt werden. Entsprechend kann bei einem Behandlungsfortschritt automatisch die Medikation verringert werden, um die Belastung für einen Patienten möglichst gering zu halten. Dies ist insbesondere in der Intensivmedizin von Vorteil.So a positive change, i. H. an advance, or even a negative change, d. H. a deterioration of the wound healing process to a change in the nature, composition and / or amount of one or more different components of the secreted secretion of the wound. These components or their changes can now be detected directly (ie almost in real time) and very selectively by means of the sensor arrangement integrated in the vacuum therapy system. In this way, it is possible to react in a very targeted and timely manner by means of the measurement signal provided by the sensor element to a change in the wound healing process which can be detected by the nature, composition and / or amount of the constituent to be investigated in the secretion removed. The concept according to the invention now makes it possible to directly analyze one or more constituents of the transported-off secretion (of the exudate or transudate) or of the gaseous substances removed, so that exact conclusions about the course of healing can be obtained directly about the examined constituent, with a very high selectivity and also reliability the wound can be pulled. Thus, for example, occurred and recorded problems, eg. B. in the form of infections, counteracted with targeted countermeasures in the form of a suitable treatment and / or medication. Accordingly, the medication can be automatically reduced in a treatment progress to keep the burden on a patient as low as possible. This is particularly advantageous in intensive care.
Erfindungsgemäß werden also die abgesaugten, flüssigen und/oder gasförmigen Stoffe bzw. die darin vorhandenen, zu untersuchenden Bestandteile in einem System zur Vakuumtherapie unmittelbar zur Überwachung und Kontrolle des Heilungsverlaufs einer Wunde herangezogen. Dies wird erreicht, indem einzelne Sensoren, mehrere Sensoren, Sensorarrays oder auch beliebige Kombinationen derselben für die Bestimmung und Quantifizierung relevanter Analyten in eine Vakuumtherapieanordnung aufgenommen bzw. integriert werden, da dort die zu untersuchenden Bestandteile unmittelbar vorliegen. Das jeweilige Sensorelement für ein Vakuumtherapiesystem kann nun als Sensoreinzelelement oder Sensorarray aus unterschiedlichen Typen von Sensorelementen ausgewählt werden, um ein optisch und/oder elektrisch auswertbares Messsignal bereitzustellen. Alternativ kann das Sensorelement selbst als Anzeige des Messsignals als ein sogenanntes „Indikatorelement” z. B. mit einem Indikatorfarbstoff oder Indikatornanopartikel bzw. Indikatormikropartikel eingesetzt werden, um basierend auf der Art, Zusammensetzung und/oder der Menge des zu untersuchenden Bestandteils in der abtransportierten Absonderung eine wahrnehmbare oder erfassbare Änderung einer optischen Eigenschaft, d. h. z. B. eine Farb- und/oder Helligkeitsänderung, des Indikatorelements bereitzustellen.According to the invention, therefore, the extracted, liquid and / or gaseous substances or the constituents to be examined present in a system for vacuum therapy are used directly for monitoring and controlling the healing process of a wound. This is achieved by incorporating or integrating individual sensors, a plurality of sensors, sensor arrays or also any desired combinations thereof for the determination and quantification of relevant analytes in a vacuum therapy arrangement, since the constituents to be investigated are present there immediately. The respective sensor element for a vacuum therapy system can now be selected as sensor single element or sensor array from different types of sensor elements in order to provide an optically and / or electrically evaluable measurement signal. Alternatively, the sensor element itself as a display of the measurement signal as a so-called "indicator element" z. Example, with an indicator dye or indicator nanoparticles or indicator microparticles are used to a perceptible or detectable change of an optical property based on the type, composition and / or the amount of the component to be examined in the transported away secretion, d. H. z. B. a color and / or brightness change, the indicator element to provide.
Ein bedeutender Vorteil der hier beschriebenen Sensoren und Arrays in Geräten zur Vakuumtherapie liegt in der Einfachheit und der Vielseitigkeit dieser Systeme. Vor allem mit optischen Sensorsystemen können wichtige Parameter der Wundheilung online und nichtinvasiv erfasst und quantifiziert werden. Die Verwendung solcher Systeme erlaubt es sowohl Ärzten und medizinischem Personal, als auch den Patienten den Verlauf der Wundheilung sehr effektiv und unkompliziert zu überwachen.A significant advantage of the sensors and arrays described herein in vacuum therapy devices is the simplicity and versatility of these systems. Especially with optical sensor systems important parameters of wound healing can be recorded and quantified online and non-invasively. The use of such systems allows both physicians and medical staff, as well as the patient to monitor the course of wound healing very effectively and easily.
Die Verwendung von elektronischen und elektrochemischen Sensoren und Sensor-Arrays erlaubt eine einfache und direkte Ausgabe der Messergebnisse auf digitalen Anzeigen (z. B. LCD-Bildschirmen) und Computern. Die gemessene Konzentration des entsprechenden Analyten kann direkt abgelesen werden oder es können beliebige optische, akustische und/oder haptische (Warn-)Signale ausgegeben werden. Mit einem Sensor-Array kann insbesondere auch eine Mustererkennung hinsichtlich der zu untersuchenden Bestandteile durchgeführt werden. Außerdem können die zu untersuchenden Bestandteile sehr einfach über eine Schnittstelle extern für eine Weiterverarbeitung bereitgestellt werden. The use of electronic and electrochemical sensors and sensor arrays allows easy and direct output of measurement results on digital displays (eg LCD screens) and computers. The measured concentration of the corresponding analyte can be read directly or any optical, acoustic and / or haptic (warning) signals can be output. In particular, pattern recognition with respect to the components to be examined can also be carried out with a sensor array. In addition, the components to be examined can be provided very easily via an interface externally for further processing.
Die Implementierung von optischen Sensorsystemen besticht durch die Einfachheit und die deutliche Signalwirkung. Das Überschreiten von Grenzwerten bzw. die Anwesenheit bestimmter unerwünschter Parameter und Analyten kann direkt über einen (deutlich wahrnehmbaren) Farbumschlag (z. B. von grün nach rot) angezeigt werden. Durch die Art des Indikatorsystems kann der Bereich des Farbumschlags eingestellt werden. Auf diese Weise ist es möglich, Teststreifen und Sensoren für viele verschiedene Messbereiche herzustellen. Durch die Wahl des Matrixpolymers und dessen Schichtdicke kann der Messbereich feinjustiert und somit den Anforderungen der Anwendung angepasst werden. Darüber hinaus kann über die Porosität bzw. Diffusionseigenschaften des Polymers Selektivität induziert werden, so dass Querempfindlichkeiten minimiert werden können. Des Weiteren können durch Einbetten bzw. Anbinden der Indikatoren in bzw. auf geeignete Polymerpartikel in nm- oder μm-Größe mehrere Indikatorfarbstoffe in eine Sensorschicht oder einen Teststreifen eingebracht werden. Auf diese Weise können mehrere Analyten in einem Teststreifen bzw. Sensor parallel erkannt werden.The implementation of optical sensor systems impresses with its simplicity and clear signal effect. Exceeding limit values or the presence of certain undesired parameters and analytes can be displayed directly via a (clearly perceptible) color change (eg from green to red). Due to the nature of the indicator system, the range of the color change can be adjusted. In this way it is possible to produce test strips and sensors for many different measuring ranges. By choosing the matrix polymer and its layer thickness, the measuring range can be finely adjusted and thus adapted to the requirements of the application. In addition, selectivity can be induced via the porosity or diffusion properties of the polymer so that cross sensitivities can be minimized. Furthermore, by embedding or binding the indicators into or onto suitable polymer particles in nm or μm size, a plurality of indicator dyes can be introduced into a sensor layer or a test strip. In this way, multiple analytes can be detected in parallel in a test strip or sensor.
Ein großer Vorteil von Mikro- und Nanopartikeln ist ihre deutlich verbesserte Prozessierbarkeit gegenüber anderen Formulierungen, was sich in ihrer guten Verarbeitbarkeit in Rolle-zu-Rolle-Verfahren, Ink-Jet-Drucken und Extrudieren zeigt. Dies ist ein großer Fortschritt im Hinblick auf eine günstige großtechnische Fertigung der Sensoren und Teststreifen.A major advantage of micro- and nanoparticles is their significantly improved processability over other formulations, as evidenced by their good processibility in roll-to-roll processes, ink-jet printing and extrusion. This is a big step forward in terms of low cost manufacturing of the sensors and test strips.
Bevorzugte Ausführungsbeispiele der vorliegenden Erfindung werden nachfolgend unter Bezugnahme auf die beiliegenden Zeichnungen näher erläutert. Es zeigen:Preferred embodiments of the present invention will be explained below with reference to the accompanying drawings. Show it:
Bevor nachfolgend die vorliegenden Erfindung im Detail anhand der Zeichnungen näher erläutert wird, wird darauf hingewiesen, dass identische, funktionsgleiche oder gleichwirkende Elemente in den Figuren mit gleichen Bezugszeichen versehen sind, so dass die in unterschiedlichen Ausführungsbeispielen dargestellte Beschreibung dieser Elemente untereinander austauschbar ist bzw. aufeinander angewendet werden kann.Before the present invention is explained in more detail in detail with reference to the drawings, it is pointed out that identical, functionally identical or equivalent elements in the figures are provided with the same reference numerals, so that the description of these elements shown in different embodiments is interchangeable can be applied.
Im Folgenden wird nun anhand von
Wie in
Ein Endbereich des Schlauchabschnittes
An der Wunde wird also ein intermittierendes, kontinuierliches, konstantes oder permanentes Vakuum (bzw. ein gewisser Unterdruck) angelegt, um auf diese Weise aus der offenen Wunde eine künstlich geschlossene Wunde zu erzeugen und gleichzeitig überflüssiges Wundsekret oder gasförmige Absonderungen abzupumpen bzw. abzutransportieren. An dem Abtransportweg der flüssigen oder gasförmigen Absonderung von der Wunde ist nun erfindungsgemäß eine Sensoranordnung
Erfindungsgemäß können solche Sensorelemente
Das Sensorelement
Darüber hinaus können noch weitere Sensorelemente für die Sensoranordnung
Im folgenden werden beispielhaft einige der Messprinzipien von erfindungsgemäß einsetzbaren Sensorelementen beschrieben. Die nachfolgende Aufzählung ist aber nur als beispielhaft und nicht als abschließend anzusehen.In the following, some of the measuring principles of sensor elements which can be used according to the invention are described by way of example. The following list is only to be regarded as exemplary and not as conclusive.
Bei der Erzeugung eines optischen und/oder elektrisch auslesbaren bzw. auswertbaren Messsignals basierend auf einer physikalischen oder chemischen Wechselwirkung zwischen dem Sensorelement und zumindest einem zu untersuchenden Bestandteil der abtransportierten Absonderung können beispielsweise physikalische Messmethoden, wie z. B. unter Ausnutzung molekularer Eigenschaften zur Detektion von Molekülmasse, Diffusionsverhalten, Molekülstruktur, Molekülstabilität und Molekülbeweglichkeit ausgeführt werden, oder auch chemische Messmethoden, die unter Ausnutzung chemischer Eigenschaften, wie Reaktivität, Polarisierbarkeit, intrinsischer optischer Eigenschaften (z. B. opt. Drehwert), Oxidierbarkeit und Reduzierbarkeit ausgeführt werden, eingesetzt werden.In the generation of an optical and / or electrically readable or evaluable measurement signal based on a physical or chemical interaction between the sensor element and at least one component to be examined of the transported away secretion, for example, physical measuring methods, such. B. by exploiting molecular properties for the detection of molecular mass, diffusion behavior, molecular structure, molecular stability and molecular mobility are performed, or chemical measurement methods that exploit chemical Properties such as reactivity, polarizability, intrinsic optical properties (eg, optical rotation), oxidizability, and reducibility are carried out.
So beeinflusst bei einem resistiven Sensorelement (Chemo-Resistor) der zu messende gasförmige oder flüssige Analyt direkt die Leitfähigkeit einer analytempfindlichen Sensorschicht. Diese Widerstandsänderung dient als Messgröße. Als Beispiele sind ein anorganischer Metalloxid-Halbleiter (MOX), organisches Phthalocyanin, Kohlenstoffnanoröhren oder ein leitfähiges Polymermaterial zu nennen. Bei einem konduktiven Sensorelement wird eine Messung der elektrischen Leitfähigkeit in Abhängigkeit des zu untersuchenden Bestandteils der abtransportierten Absonderung durchgeführt. Bei einer Zweitdrahtausführung eines Sensorelements befinden sich an dem Sensorelement zwei Messelektroden. Sind diese in Kontakt mit einem leitfähigen Fluid, d. h. dem zu untersuchenden Bestandteil der abtransportierten Absonderung, dann fließt zwischen den beiden Messelektroden ein Messstrom, welcher ausgewertet und beispielsweise als ein Schaltsignal ausgegeben werden kann.Thus, in the case of a resistive sensor element (chemo-resistor), the gaseous or liquid analyte to be measured directly influences the conductivity of an analyte-sensitive sensor layer. This resistance change serves as a measured variable. Examples include an inorganic metal oxide semiconductor (MOX), organic phthalocyanine, carbon nanotubes or a conductive polymer material. In the case of a conductive sensor element, a measurement of the electrical conductivity is carried out as a function of the constituent of the transported-off secretion. In a second-wire embodiment of a sensor element, there are two measuring electrodes on the sensor element. When in contact with a conductive fluid, i. H. the component of the transported away secretion, then flows between the two measuring electrodes, a measuring current, which can be evaluated and output, for example, as a switching signal.
Bei einem kapazitiven Sensorelement ist die Messgröße die Kapazität eines Kondensators, die beeinflusst wird durch ein Gas- oder Flüssigkeits-empfindliches Dielektrikum. Als Beispiel ist ein Polymersensor zur Feuchtemessung zu nennen. Bei einem potentiometrischen Sensorelement wird von dem Sensorelement selbst eine Spannung erzeugt, die direkt messbar ist. Als Beispiele sind eine Festkörper-Ionenleiter (Lambdasonde) oder ein Chemo-Transistor (Polymer-Feldeffekttransistor) zu nennen.In the case of a capacitive sensor element, the measured variable is the capacitance of a capacitor, which is influenced by a gas- or liquid-sensitive dielectric. An example of this is a polymer sensor for measuring moisture. In a potentiometric sensor element, a voltage is generated by the sensor element itself, which is directly measurable. Examples include a solid-state ion conductor (lambda probe) or a chemo-transistor (polymer field effect transistor).
Bei einem amperometrischen Sensorelement wird von dem Sensorelement selbst ein messbarer Strom geliefert. Als Beispiele sind eine elektrochemische Zelle (Clark-Elektrode, Brennstoffzelle), ein Flammenionisationsdetektor oder ein Photoionisationsdetektor zu nennen. Bei einem voltammetrischen Sensorelement wird durch das Sensorelement eine elektrische Ladung gemessen. Bei einem cyklovoltammetrischen Sensorelement wird ein analytisches Verfahren beispielsweise unter Verwendung einer Dreieckspannungsmethode verwendet, um einen Überblick über verschiedene Elektrodenprozesse zu gewinnen. Bei einem polarographischen Sensorelement wird ein elektrochemisches Verfahren zur qualitativen und quantitativen Analyse von chemischen Elementen und Verbindungen genutzt, d. h. vor allem von Ionen und Molekülen in einer Lösung. Während bei der Voltammetrie mit stationären Elektroden gearbeitet wird, werden bei der Polarographie beispielsweise Quecksilbertropfenelektroden eingesetzt.In an amperometric sensor element, a measurable current is supplied by the sensor element itself. Examples include an electrochemical cell (Clark electrode, fuel cell), a flame ionization detector or a photoionization detector. In a voltammetric sensor element, an electrical charge is measured by the sensor element. In a cyclic voltammetric sensor element, an analytical method using, for example, a triangular voltage method is used to obtain an overview of various electrode processes. In a polarographic sensor element, an electrochemical process is used for the qualitative and quantitative analysis of chemical elements and compounds, i. H. especially of ions and molecules in a solution. While working with voltammetry with stationary electrodes, for example, mercury drop electrodes are used in polarography.
Bei einem thermischen Sensorelement wird eine Temperaturerhöhung aufgrund einer chemischen Reaktion an der Sensoroberfläche gemessen oder direkt die Wärmeleitfähigkeit des zu untersuchenden Analyten als Messgröße verwendet. Bei einem thermochemischen Sensorelement finden auf der Sensoroberfläche chemische Reaktionen statt, bei denen Energie in Form von Wärme abgegeben wird. Diese Temperatur wird gemessen. Als Beispiel ist ein Wärmetönungssensor (z. B. Pellistor) zu nennen. Bei einem thermisch-physikalischen Sensorelement wird eine direkte Messung der Wärmeleitfähigkeit des zu untersuchenden Analyts ausgeführt. Als Beispiel ist ein Wärmeleitfähigkeitssensor zu nennen.In the case of a thermal sensor element, a temperature increase due to a chemical reaction at the sensor surface is measured or the thermal conductivity of the analyte to be investigated is used directly as a measured variable. In a thermochemical sensor element, chemical reactions take place on the sensor surface in which energy is released in the form of heat. This temperature is measured. An example of this is a catalytic converter (eg pellistor). In a thermal-physical sensor element, a direct measurement of the thermal conductivity of the analyte to be examined is carried out. An example is a thermal conductivity sensor.
Bei einem gravimetrischen Sensorelement wird eine Massenänderung gemessen. Moleküle des zu untersuchenden Analyts lagern sich beispielsweise an der Oberfläche eines Schwingquarzes ab und verändern dadurch dessen Resonanzfrequenz. Solche Sensorelemente arbeiten beispielsweise nach dem Prinzip eines piezoelektrischen Sensors. Als Beispiele sind Quarzkristall-Mikrowaagen oder SAW-Sensorelemente zu nennen.In a gravimetric sensor element, a mass change is measured. Molecules of the analyte to be examined are deposited, for example, on the surface of a quartz crystal and thereby change its resonant frequency. Such sensor elements work, for example, on the principle of a piezoelectric sensor. Examples are quartz crystal microbalances or SAW sensor elements.
Bei optischen Sensorelementen werden physikalische Prinzipien ausgenutzt, in denen die optischen Eigenschaften eines mit dem zu untersuchenden Analyts gefüllten Probenraums charakterisiert wird. Als Beispiele sind der Brechungsindex, opt. Aktivität (Drehwert), Reflexion, Turbidimetrie, Nephelometrie, IR-Spektroskopie, die Absorptionseigenschaften (Wellenlängen, Intensität, Zirkulardichroismus, oder Lumineszenzeigenschaften (Wellenlängen, Intensität, Abklingzeit, Anisotropie) zu nennen.In the case of optical sensor elements, physical principles are exploited in which the optical properties of a sample space filled with the analyte to be investigated are characterized. As examples are the refractive index, opt. Activity (rotation), reflection, turbidimetry, nephelometry, IR spectroscopy, the absorption properties (wavelengths, intensity, circular dichroism, or luminescence properties (wavelengths, intensity, cooldown, anisotropy) to name.
Bei biochemischen Sensorelementen wird die Umsetzung von bestimmten Stoffen oder Stoffgruppen ausgenutzt. Bei einem coulometrischen Sensorelement wird eine Vorgehensweise genutzt, um die quantitative Stoffmenge einer oxidierbaren oder reduzierbaren Verbindung zu ermitteln.In biochemical sensor elements, the implementation of certain substances or groups of substances is exploited. In a coulometric sensor element, a procedure is used to determine the quantitative amount of substance of an oxidizable or reducible compound.
Bei einem Sensorelement mit ionensensitiven Elektroden ist das an den ionensensitiven Elektroden gemessene Potential abhängig von der Konzentration bzw. Aktivität einer bestimmten Ionenart. Eine solche Elektrode besteht im Prinzip aus einer Elektrode, die nicht an der elektrochemischen Reaktion teilnimmt, z. B. eine Graphitelektrode, und einer damit verbundenen Elektrodenphase, die im einfachsten Fall aus einem schwer löslichen Salz mit der Ionenart besteht, die mit dem entsprechenden Ion in der Lösung im Gleichgewicht steht.In a sensor element with ion-sensitive electrodes, the potential measured at the ion-sensitive electrodes is dependent on the concentration or activity of a particular type of ion. Such an electrode consists in principle of an electrode which does not participate in the electrochemical reaction, z. As a graphite electrode, and an associated electrode phase, which consists in the simplest case of a sparingly soluble salt with the ionic species, which is in equilibrium with the corresponding ion in the solution.
Bei chemisch sensitiven, wie z. B. ionenselektiven oder ionensensitiven Leiterbauelementen, wie z. B. einem ionensensitiven Feldeffekttransistor (ISFET) wird beispielsweise ein spezieller Feldeffekttransistor eingesetzt, der beispielsweise den pH-Wert einer Lösung durch die elektrische Leitfähigkeit des Transistors messen kann. Das Messprinzip basiert genau wie beim Feldeffekttransistor auf einer Veränderung des Feldeffektes (d. h. der Ausbildung einer Raumladungszone), welche zwischen Source und Drain des Feldeffekttransistors gebildet ist. Anstelle des elektrischen Kontaktes am Gate wird eine ionensensitive Schicht aufgebracht, die direkt mit der zu messenden Flüssigkeit in Kontakt gebracht wird.For chemically sensitive, such. B. ion-selective or ion-sensitive conductor components, such. B. an ion-sensitive field effect transistor (ISFET), for example, a special Field effect transistor used, for example, can measure the pH of a solution by the electrical conductivity of the transistor. Just like the field effect transistor, the measuring principle is based on a change in the field effect (ie the formation of a space charge zone), which is formed between the source and drain of the field effect transistor. Instead of the electrical contact at the gate, an ion-sensitive layer is applied, which is brought directly into contact with the liquid to be measured.
Im Vorhergehenden wurde nur eine kleine Auswahl von Sensorelementen beispielhaft dargestellt, die erfindungsgemäß eingesetzt werden können, um ein optisch und/oder elektrisch auswertbares bzw. auslesbares Messsignal basierend auf einer physikalischen oder chemischen Wechselwirkung zwischen dem Sensorelement und dem zu untersuchenden Bestandteil der abtransportierten Absonderung bereitzustellen. Die obige Aufzählung ist nur als beispielhaft, nicht aber als abschließend anzusehen.In the foregoing, only a small selection of sensor elements has been exemplified, which can be used according to the invention to provide an optically and / or electrically evaluable or readable measurement signal based on a physical or chemical interaction between the sensor element and the component of the evacuated secretion to be examined. The list above is to be considered as illustrative only, not as conclusive.
Im Folgenden wird nun auf mögliche Implementierungen der Sensoranordnung
Dabei kann die Änderung der optischen Eigenschaft des Indikatorelements
So kann beispielsweise das Indikatorelement einen in ein Polymermaterial eingebetteten Indikatorfarbstoff oder Indikatorpartikel aufweisen, um die optische Eigenschaft, die von dem in Kontakt zu bringenden und zu überwachenden Bestandteil abhängt, zu erhalten. Beispielsweise kann die optische Eigenschaft von einem pH-Wert von Ionen, von Biomolekülen und/oder von Gasen in dem zu überwachenden Bestandteil abhängig sein. Ferner kann der Indikatorfarbstoff des Indikatorelements derart ausgestaltet sein, dass die optische Eigenschaft, die sich aufgrund des Kontakts bzw. der Wechselwirkung mit dem Analyt selektiv ändert, eine Absorptionswellenlänge, eine Absorptionsintensität, Zirkulardichroismus, eine Reflexionseigenschaft, eine Transmissionseigenschaft, Lichtbrechung, Lichtstreuung, Polarisation des Lichts, eine Emissionswellenlänge, eine Emissionsintensität, eine Emissionsabklingzeit (Fluoreszenz- oder Phosphoreszenzabklingzeit) ist. Ferner kann der Indikatorfarbstoff in Nano- oder Mikropartikel eingebettet sein oder mittels einer kovalenten Bindung an das Polymermaterial oder an Nano-/Mikropartikel, die in das Polymermaterial eingebracht sind, verbunden sein.For example, the indicator element may include an indicator dye or indicator particle embedded in a polymeric material to obtain the optical property that depends on the component to be contacted and monitored. For example, the optical property may be dependent on a pH of ions, biomolecules and / or gases in the component to be monitored. Further, the indicator dye of the indicator member may be configured such that the optical property that selectively changes due to the contact with the analyte, an absorption wavelength, an absorption intensity, a circular dichroism, a reflection property, a transmission property, refraction, light scattering, polarization of the Light, an emission wavelength, an emission intensity, an emission decay time (fluorescence or phosphorescence decay time). Further, the indicator dye may be embedded in nanoparticles or microparticles or joined by covalent bonding to the polymer material or to nano / microparticles incorporated into the polymer material.
Somit kann das als Indikatorelement ausgebildete Sensorelement
Darüber hinaus kann an dem Sensorelement bzw. Indikatorelement eine Analyt-selektive Abdeckungsstruktur bzw. Abdeckungsschicht vorgesehen sein, die nur für bestimmte zu untersuchende Bestandteile bzw. einen bestimmten zu untersuchenden Bestandteil der abtransportierten Absonderung durchlässig ist. Damit kann beispielsweise die sogenannte Querempfindlichkeit der Sensoranordnung
Zusammenfassend kann also festgestellt werden, dass die Anwesenheit der zu bestimmenden Substanz entweder durch einen Farbwechsel oder durch andere Änderungen in den optischen Eigenschaften (Helligkeit, Emissionswellenlänge, Fluoreszenz, Phosphoreszenz etc.) angezeigt werden kann. Hierzu können also Indikatorfarbstoffe bzw. Indikatorfarbstoff-Partikel-Systeme in eine Polymermatrix eingebracht und auf einem Trägermaterial immobilisiert werden. Das Trägermaterial kann auch der Schlauch des NWPT-Gerätes selbst sein. Des Weiteren ist es möglich, die Indikatoren oder die Partikel ohne zusätzliches Polymer in den Schlauch einzubetten, direkt auf dem Trägermaterial kovalent zu binden, den Schlauch
Die Selektivität und die Empfindlichkeit der Indikatoren erfolgt über die verwendeten Materialien, wie z. B. die Molekülstruktur der Indikatoren, die Eigenschaften der verwendeten Polymere und anderer Komponenten. Ein Beispiel zur Erfassung von Aminen ist die Trifluoracetylgruppe-Amin-Wechselwirkung. Rezeptoren, die eine sichtbare Änderung der Kontrollfläche für reaktive Sauerstoffspezies hervorrufen können zum Beispiel Redoxsysteme sein, wobei häufig Metall-Ligand-Komplexe verwendet werden und die Erkennungsreaktion dann am Metallzentrum stattfindet. Metall-Ligand-Komplexe werden ebenso für die fluoreszente Detektion von Sauerstoff verwendet. Fluorescein-sulfonatgruppen sind selektive Rezeptorgruppen für Wasserstoffperoxid, Maleimidfunktionen sind selektive Rezeptorgruppen für Thiole, Tricyanovinylgruppen sind selektive Rezeptorgruppen für primäre und sekundäre Amine, Pyrylium-Funktionen sind selektive Rezeptorgruppen für Aldehyde und Ketone, Aminogruppen sind selektive Rezeptorgruppen für Aldehyde und Ketone, Boronsäurefunktionen sind selektive Rezeptorgruppen für Diole, 1,2-Diaminobenzolgruppen sind selektive Rezeptorgruppen für Stickoxide, Aldehydfunktionen sind selektive Rezeptorgruppen für Aminosäuren.The selectivity and the sensitivity of the indicators is determined by the materials used, such. As the molecular structure of the indicators, the properties of the polymers used and other components. An example of detection of amines is the trifluoroacetyl group-amine interaction. For example, receptors that cause a visible change in the control surface for reactive oxygen species can be redox systems, often using metal-ligand complexes, and the recognition reaction then occurs at the metal center. Metal-ligand complexes are also used for the fluorescent detection of oxygen. Fluorescein sulfonate groups are selective receptor groups for hydrogen peroxide, maleimide functions are selective receptor groups for thiols, tricyanovinyl groups are selective receptor groups for primary and secondary amines, pyrylium functions are selective receptor groups for aldehydes and ketones, amino groups are selective receptor groups for aldehydes and ketones, boronic acid functions are selective receptor groups for diols, 1,2-diaminobenzene groups are selective receptor groups for nitrogen oxides, aldehyde functions are selective receptor groups for amino acids.
Die Sensormaterialien können sehr flexibel gestaltet werden und in jeder Form und Größe in den Schlauch
Im Folgenden wird nun anhand von dem in
Wie nun in
Es ist also auch möglich, Sensormaterialien in das Auffanggefäß
Die Darstellung, Handhabung und Implementierung der Sensoren
Im Folgenden wird nun anhand von
Bei dem in
Wie nun in
Dazu ist nun eine Anzeigevorrichtung
Optional können die Auswerteeinrichtung
Im Folgenden wird nun anhand dem in
Erfindungsgemäß werden also sensorische Einheiten und Vorrichtungen in Geräte zur Vakuumtherapie integriert, um die Kontrolle des Wundheilungsverlaufs direkt über die abtransportierte Wundabsonderung und deren Wechselwirkung mit der in das Vakuumtherapiegerät integrierten Sensorik zu bewerkstelligen. Die Sensoranordnung für ein Vakuumtherapiesystem, das Vakuumtherapiesystem mit Sensorfunktionalität und das Analyseverfahren gemäß Ausführungsbeispielen der vorliegenden Erfindung sind also äußerst vorteilhaft zur Überwachung der Wundheilung bei der Vakuumtherapie, zur Analyse des Blutes, des Exsudates bzw. Transsudats und der gasförmigen Absonderungen bei der Vakuumtherapie mit einhergehender Diagnose von eventuellen Krankheiten bzw. Infektionen und ferner allgemein zur Patientenüberwachung einsetzbar.According to the invention, sensory units and devices are integrated into devices for vacuum therapy in order to control the wound healing process directly via the transported-off wound secretion and its interaction with the sensor system integrated in the vacuum therapy device. The sensor arrangement for a vacuum therapy system, the sensor-based vacuum therapy system and the analysis method according to embodiments of the present invention are thus extremely advantageous for monitoring wound healing in vacuum therapy, blood analysis, exudate or transudate and gaseous secretions in vacuum therapy with concomitant diagnosis be used by any diseases or infections and also generally for patient monitoring.
Obwohl manche Aspekte im Zusammenhang mit einer Vorrichtung beschrieben wurden, versteht es sich, dass diese Aspekte auch eine Beschreibung des entsprechenden Verfahrens darstellen, sodass ein Block oder ein Bauelement einer Vorrichtung auch als ein entsprechender Verfahrensschritt oder als ein Merkmal eines Verfahrensschrittes zu verstehen ist. Analog dazu stellen Aspekte, die im Zusammenhang mit einem oder als ein Verfahrensschritt beschrieben wurden, auch eine Beschreibung eines entsprechenden Blocks oder Details oder Merkmals einer entsprechenden Vorrichtung dar.Although some aspects have been described in the context of a device, it will be understood that these aspects also constitute a description of the corresponding method, so that a block or a component of a device is also to be understood as a corresponding method step or as a feature of a method step. Similarly, aspects described in connection with or as a method step also represent a description of a corresponding block or detail or feature of a corresponding device.
Ein weiteres Ausführungsbeispiel umfasst eine Verarbeitungseinrichtung, beispielsweise einen Computer oder ein programmierbares Logikbauelement, die dahin gehend konfiguriert oder angepasst ist, eines der hierin beschriebenen Verfahren durchzuführen. Ein weiteres Ausführungsbeispiel umfasst einen Computer, auf dem das Computerprogramm zum Durchführen eines der hierin beschriebenen Verfahren installiert ist.Another embodiment includes a processing device, such as a computer or a programmable logic device, that is configured or adapted to perform one of the methods described herein. Another embodiment includes a computer on which the computer program is installed to perform one of the methods described herein.
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