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Die kubische TDLAS-Sauerstoffmesslösung ermöglicht eine präzise und zuverlässige FiO₂-Überwachung an Anästhesiearbeitsplätzen

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Wie der kubische TDLAS-Sauerstoffsensor die Anforderungen moderner Anästhesie-Arbeitsstationen an die Sauerstoffüberwachung erfüllt

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Hintergrund: Die Sauerstoffüberwachung ist für die Sicherheit moderner Anästhesiearbeitsplätze von grundlegender Bedeutung

Die Patientensicherheit während einer Vollnarkose hängt von der präzisen Zufuhr und der kontinuierlichen Überwachung der inspiratorischen Sauerstoffkonzentration ab. Sowohl eine unzureichende Sauerstoffzufuhr, die zu einer Hypoxie führen kann, als auch eine übermäßige Sauerstoffzufuhr, die zu einer Sauerstofftoxizität beitragen kann, haben direkte und schwerwiegende Folgen für narkotisierte Patienten, die nicht in der Lage sind, ihre Sauerstoffversorgung selbst zu regulieren oder Notfälle zu signalisieren.

In Anbetracht dieses Risikos haben führende klinische und behördliche Rahmenwerke strenge Anforderungen an die Sauerstoffüberwachung an Anästhesiearbeitsplätzen festgelegt. Die Standards der American Society of Anesthesiologists (ASA) legen in ihren „Standards for Basic Anesthetic Monitoring“, zuletzt geändert im Oktober 2025, fest, dass bei jeder Vollnarkose, die unter Verwendung eines Anästhesiegeräts durchgeführt wird, ein Sauerstoffanalysator zur Bestimmung der Sauerstoffkonzentration im Atemkreislauf eingesetzt werden muss und das Gerät mit einem funktionsfähigen Alarm für niedrige Sauerstoffkonzentrationen ausgestattet sein muss. Die Norm ISO 80601-2-13:2022, die die grundlegenden Sicherheits- und wesentlichen Leistungsanforderungen für Anästhesiearbeitsplätze definiert, identifiziert die Überwachung der Sauerstoffkonzentration als einen zentralen Messparameter, der für die sichere Funktion von Anästhesieabgabesystemen unerlässlich ist.

Diese Anforderungen spiegeln die grundlegende Rolle des Sauerstoffsensors als obligatorische Sicherheitskomponente innerhalb der Anästhesie-Arbeitsstation wider, da seine Messgenauigkeit direkt die Zuverlässigkeit der schützenden Alarmfunktionen während jedes Eingriffs bestimmt.

Herausforderung: Aufrechterhaltung der Messgenauigkeit von Sauerstoff in der anspruchsvollen Anästhesieumgebung

Anästhesie-Arbeitsstationen stellen eine besonders anspruchsvolle Betriebsumgebung für Sauerstoffsensoren dar. Der Atemkreislauf führt ein komplexes und kontinuierlich variierendes Gasgemisch, das neben Sauerstoff und Stickstoff routinemäßig Lachgas (N₂O) sowie flüchtige halogenierte Anästhetika wie Sevofluran, Desfluran und Isofluran enthält. Das Vorhandensein dieser gleichzeitig verabreichten Gase kann zusätzliche Herausforderungen für die Aufrechterhaltung der Genauigkeit der Sauerstoffmessung im Anästhesie-Atemkreislauf mit sich bringen.

Die Lebensdauer der Sensoren stellt eine weitere betriebliche Herausforderung dar. Herkömmliche elektrochemische Sauerstoffsensoren, die in der Anästhesieüberwachung eingesetzt werden, müssen in der Regel nach etwa 18 bis 24 Monaten Betrieb ausgetauscht werden, um die Zuverlässigkeit und Genauigkeit der Messungen zu gewährleisten. Darüber hinaus erhöht die begrenzte Lebensdauer von Sauerstoffsensoren den Wartungsaufwand und die langfristigen Betriebskosten in klinischen Umgebungen mit hoher Auslastung, wie beispielsweise Operationssälen.

Zusammengenommen unterstreichen diese Überlegungen, wie wichtig es ist, eine zuverlässige Sauerstoffüberwachung während des langfristigen klinischen Betriebs aufrechtzuerhalten.

Lösung: Cubic Gasboard-2512 TDLAS-Laser-Sauerstoffsensor zur Integration in Anästhesie-Arbeitsstationen

Um die Anforderungen an Präzision, Zuverlässigkeit und Langlebigkeit der Sauerstoffüberwachung in Anästhesie-Arbeitsstationen zu erfüllen, hat Cubic, ein führender Hersteller von Gassensoren und Gasanalysatoren, den Gasboard-2512 entwickelt, einen kompakten Sauerstoffsensor auf Basis der TDLAS-Technologie (Tunable Diode Laser Absorption Spectroscopy).

• Hohe Gasselektivität für präzise Messungen in gemischten Anästhesiegasumgebungen
Anästhesie-Atemkreisläufe enthalten ein komplexes Gasgemisch, das neben Sauerstoff und Stickstoff routinemäßig Lachgas (N₂O) sowie flüchtige halogenierte Anästhetika wie Sevofluran, Desfluran und Isofluran umfasst. Die Aufrechterhaltung einer stabilen und genauen Sauerstoffmessleistung unter diesen Mischgasbedingungen ist daher eine wichtige Anforderung an Überwachungssysteme für Anästhesie-Arbeitsplätze.

Das Gasboard-2512 nutzt die TDLAS-Technologie, um die Sauerstoffkonzentration durch Laserabsorption bei einer Wellenlänge zu messen, die einer spezifischen Absorptionslinie des Sauerstoffmoleküls entspricht. Das hochselektive optische Messprinzip ermöglicht es dem Gasboard-2512, die Sauerstoffkonzentration in komplexen Gasgemischen ohne gegenseitige Beeinflussung durch Hintergrundgase genau zu bestimmen. Mit einer Auflösung von 0,01 % VOL und einer Messgenauigkeit von ± 1 % FS + 2 % des Messwerts ist das Gerät darauf ausgelegt, eine genaue Überwachung der Sauerstoffkonzentration in Anästhesie-Arbeitsstationen zu unterstützen.

• Schnelle Ansprechzeit für die Sauerstoffüberwachung in Echtzeit
Wenn die Sauerstoffkonzentration im Atemkreislauf außerhalb des vorgesehenen Bereichs liegt, ist eine schnelle Erkennung durch den Sensor entscheidend für die rechtzeitige Auslösung des Sauerstoffmangelalarms der Arbeitsstation. Mit einer Ansprechzeit von weniger als 200 ms (bei 250 ml/min) stellt das Gasboard-2512 sicher, dass abnormale Veränderungen der Sauerstoffkonzentration umgehend erkannt werden, was eine rechtzeitige Alarmauslösung unterstützt und es dem medizinischen Fachpersonal ermöglicht, rechtzeitig zu reagieren.

• Verlängerte Lebensdauer und kalibrierungsfreier Betrieb für langfristig reduzierten Wartungsaufwand
Herkömmliche elektrochemische Sauerstoffsensoren, die in der Anästhesieüberwachung zum Einsatz kommen, müssen in der Regel nach etwa 18 bis 24 Monaten Betriebszeit ausgetauscht werden, um die Messzuverlässigkeit aufrechtzuerhalten. In klinischen Umgebungen mit hoher Auslastung, wie beispielsweise Operationssälen, erhöht die begrenzte Lebensdauer den Wartungsaufwand und die langfristigen Betriebskosten.

Das Gasboard-2512 nutzt ein verschleißfreies optisches TDLAS-Messprinzip, das für eine stabile, langfristige Sauerstoffüberwachung ausgelegt ist. Im Gegensatz zu elektrochemischen Sensorelementen, die als Verbrauchsmaterialien gelten, vermeidet der laserbasierte Messmechanismus den bei herkömmlichen elektrochemischen Sensoren im Langzeitbetrieb auftretenden allmählichen Leistungsabfall. Mit einer Lebensdauer von mehr als 10 Jahren reduziert das Gasboard-2512 die Austauschhäufigkeit in Anästhesie-Arbeitsstationen erheblich.

Zudem erfordern herkömmliche elektrochemische Sauerstoffsensoren, die in der Anästhesieüberwachung eingesetzt werden, eine tägliche Kalibrierung, um die Messgenauigkeit aufrechtzuerhalten. Häufige Kalibrierungsvorgänge erhöhen den Arbeitsaufwand für das klinische und medizinische Personal, insbesondere in stark ausgelasteten Operationssälen. Das Gasboard-2512 erfordert keine routinemäßigen Kalibrierungsverfahren. Die inhärente Stabilität des TDLAS-Messprinzips gewährleistet, dass der Sensorausgang konstant bleibt, wodurch planmäßige Kalibrierungsmaßnahmen im klinischen Betrieb entfallen und der damit verbundene Wartungsaufwand für das Bedienpersonal reduziert wird.

• Kompaktes Design für die Integration in moderne Anästhesie-Workstation-Plattformen
Neben den Messcharakteristika der Sensoren ist auch die Systemintegration ein wichtiger Aspekt bei der Entwicklung von Anästhesie-Workstations durch OEM-Hersteller. Moderne Anästhesie-Workstations integrieren zahlreiche Überwachungs- und Gasversorgungsfunktionen auf begrenztem Einbauraum, was höhere Anforderungen an die Größe und Integrationsflexibilität der einzelnen Komponenten stellt – ein Aspekt, der sich direkt auf die Machbarkeit des Systemlayouts und die Komplexität der Integration für OEM-Hersteller auswirkt, die Anästhesie-Workstation-Plattformen entwickeln.

Mit Abmessungen von 45 × 31 × 30,5 mm wurde das Gasboard-2512 entwickelt, um den Layout-Einschränkungen moderner Anästhesie-Workstation-Designs gerecht zu werden, ohne dabei Kompromisse bei der Messleistung einzugehen. Das Gasboard-2512 unterstützt die digitale UART-Kommunikation für den direkten Anschluss an das Hauptsteuerungssystem der Arbeitsstation, wodurch die Komplexität der Schnittstelle reduziert und eine effiziente Integration in die OEM-Entwicklung von Anästhesie-Arbeitsstationen ermöglicht wird.

Das Gasboard-2512 ist als zuverlässige Komponente zur langfristigen Sauerstoffmessung für die OEM-Integration in Anästhesie-Workstations konzipiert und gewährleistet eine genaue und stabile Sauerstoffüberwachung über den gesamten Betriebszyklus des Geräts hinweg.

Warum Cubic

Cubic verfügt über mehr als zwei Jahrzehnte Erfahrung in der gezielten Entwicklung von Gassensorik mit einem Technologieportfolio, das NDIR-, TDLAS- und Ultraschall-Messplattformen umfasst. Das Gasboard-2512 baut auf dieser firmeneigenen Sensorik-Grundlage auf, wobei seine Messgenauigkeit und Betriebssicherheit durch jahrelange Erfahrung im Einsatz in medizinischen und gesundheitsbezogenen Anwendungen untermauert werden.

Kernsensoren und Schlüsselkomponenten werden unter kontrollierten Bedingungen im eigenen Haus gefertigt, wobei die optische Montage, Kalibrierung und elektronische Integration nach strengen Qualitätsstandards erfolgen, um Produktkonsistenz und vollständige Rückverfolgbarkeit während des gesamten Produktionsprozesses zu gewährleisten.

Für Hersteller von Anästhesie-Arbeitsplätzen, die die Sauerstoffmessung in ihre Plattformen integrieren möchten, bietet Cubic OEM- und ODM-Partnerschaftsmodelle an, die durch umfassende Entwicklungsfähigkeiten unterstützt werden. Hardware-Design- und Software-Teams stehen bereit, um das Gasboard-2512 an kundenspezifische Schnittstellenanforderungen, Installationsbeschränkungen und Systemkommunikationsprotokolle anzupassen, während die Koordination der Lieferkette eine stabile, skalierbare Verfügbarkeit der Komponenten über alle Produktionszyklen hinweg gewährleistet. Vom ersten Design-In-Support bis hin zur Serienproduktion arbeitet das Ingenieurteam von Cubic direkt mit den Partnern zusammen, um sicherzustellen, dass die Integrationsanforderungen und die gesetzlichen Rückverfolgbarkeitsstandards in jeder Phase des Entwicklungsprozesses erfüllt werden.