CN102370476B - 心血管血液流速传感器 - Google Patents
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Abstract
一种心血管血液流速传感器，包括心血管支架和流速传感器，该心血管支架为管状薄膜，流速传感器位于该心血管支架的管壁内表面，流速传感器包括表面涂有涂层的基底，在该基底上侧设有电极。本发明生产工艺简单，具有良好的生物相容性、较高的机械柔性、抗腐蚀性和卓越的自膨胀特性，有利于在体内长期稳定的工作，实现了心血管流速的实时测量，解决了临床上迫切需要解决的问题。
Description
技术领域
本发明涉及生物医学工程，具体涉及一种心血管血液流速传感器，特别是植入冠状动脉用以测量血液流速的传感器及其制造方法。
背景技术
植入式医疗器件是指埋置于人体内部的医疗器件，可用于测量及监控人体内的生理医学参数的长期变化，以实现疾病的诊疗，并实现在无拘束自然状态下人体的特定生理参数的实时记录。该种器件也可以替代某些业已丧失原有功能的人体器官，如肾脏（Kidney）、视网膜（Retina）等。由于其突出的作用，植入式医疗器件业已成为生物医疗期间研究中的一个重要的组成部分，同时也是21世纪生物医学电子发展的热门方向。
传感器是将外界参量，如物理、化学、机械等参量转化为电学量或光学量的一种装置，它是获取外部信息的重要工具。传感器在人类活动的各个领域都发挥着巨大作用，在生物医学中的应用更为广泛，可以说传感器是各种医疗设备的核心组件之一。随着科学技术的交叉发展、相互渗透，对传感器的质量、品种等都提出了新的要求。传感器在医学领域中的使用，有赖于设计和制造出各式各样的高性能传感器，是生物制造的重要方向。
可植入的生物传感器已成为生物传感器的一个重要门类。这类传感器可以在不介入病人正常生活、无需考虑病人生理状态的情况下提供代谢物指标的检测数据。例如，目前的血糖测量依赖于将手指针刺获取的血液应用于葡萄糖试纸，这一过程不仅痛苦而且无法准确反映整体的血糖水平，血糖的变化趋势以及与生活习惯相关的血糖差异，因而，植入式生物传感器成为一种非常理想的替代选择。植入式生物传感器的应用前景激发了广泛的对于检测多种代谢物的植入式传感器的开发研究。其他种类的植入器件还包括可减轻疼痛感的神经刺激器件，可探测脑部电信号的传感器，可监测脑部生物催化剂的传感器以及可在目标位置控制药物释放的植入式药物传送系统等等。
植入生物传感器系统的可靠性受到诸如生物淤积、排异反应以及传感器漂移和临时精度不足等因素的影响。植入式生物传感器在人体内复杂的环境条件下工作，为保证其工作的长期稳定性，在设计过程中，需考虑生物排异反应、微小化、灵敏度、选择性、以及材料的毒性和生物相容性等问题。
血液流速是心血管疾病的重要监测指标。心血管系统的异常往往通过血液流速获得反映，因而对于心血管流速的实时监控对于心血管系统疾病的预防及治疗具有重要意义。利用植入式生物传感器技术，通过将心血管流速传感器植入心血管内，可避免对于患者正常生活的干扰，并实现心血管流速的实时监测，具有十分重要的现实意义和研究价值。
经对现有技术文献的检索发现，目前国内外尚无关于植入式心血管流速传感器方面的设计方案。
发明内容
本发明的目的在于提供一种植入式心血管血液流速传感器，可以实现在心血管内自固定并对心血管的血液流速进行实时监控，可避免对患者生活的干扰，长期植入，安全可靠。
为实现本发明目的，本发明的技术解决方案如下：
一种心血管血液流速传感器，其特点在于其构成包括心血管支架和流速传感器，该心血管支架为管状薄膜，所述的流速传感器位于该心血管支架的管壁内表面，所述的流速传感器包括表面涂有涂层的基底，在该基底上侧设有电极。
所述的流速传感器应用了热膜测速仪的原理并在恒温模式（Constant Temperature Mode）下进行测量，热膜测速是一种通过测量置于被测流体内部的热元件的热损失对流速（Flow Velocity）进行非直接测量的方法。热膜测速最突出的特点为：较大的频率范围，传感器测量元件的相对小的几何尺寸及该方法的非侵入性。
所述的流速传感器的基底和表面涂层采用的是相同的聚合物薄膜材料，利用MEMS技术，通过在硅晶圆表面进行旋转涂布、薄膜沉积/光刻以及剥离工艺获得，所述的表面涂层覆盖于电极上，以实现电气绝缘和较好的生物相容性；所述的电极是惰性金属材料通过在所述的聚合物基底表面通过电子束蒸发沉积获得。
所述的聚合物薄膜材料是聚酰亚胺、苯并环丁烯、聚二甲基硅氧烷或聚对二甲苯的聚合物材料。
所述的心血管支架采用聚氨酯和聚己酸内酯混合物材料，混合的重量比例为70/30（w/w）。
所述的流速传感器通过附着层粘附于所述的心血管支架的管壁内表面。
所述的心血管支架在心血管内经历由临时形状到固定形状的变化，所述的临时形状为外径2-3mm，长度15-32mm的管状薄膜，薄膜部分重叠；所述的固定形状为外径3-4mm，长度15-32mm的管状薄膜，薄膜无重叠。心血管支架是用形状记忆聚合物材料在高温下通过模具固定形状并冷却获得的管状薄膜结构。
流速传感器附着在所述的心血管支架上，通过将流速传感器同植入心血管内的支架进行集成，由支架实现传感器的血管内固定。
所述的用于固定心血管流速传感器的心血管支架在心血管内经历由临时形状到固定形状的变化，临时形状为外径2-3mm，长度15-32mm的管状薄膜，薄膜部分重叠，该形状在稍高于形状回复温度下用模具固定，然后快速冷却获得；固定形状为外径增大，长度不变的管状薄膜，薄膜无重叠，该形状通过在更高于形状回复温度下用模具固定，然后快速冷却获得。
所述的用于固定流速传感器的心血管支架的较低形状回复温度约为37℃。
所述的血管流速传感器的支架薄膜通过压缩成型获得。
所述的血管流速传感器通过附着层粘附于心血管支架内表面。
与现有技术相比，本发明的有益效果是：
（1） 采用形状记忆聚合物作为心血管支架的材料，保证了心血管支架具有良好的柔性及生物相容性，利于其在心血管内的形状回复，起到固定传感器的作用。
（2） 流速传感器采用高分子聚合物薄膜作为基底材料，以有效降低免疫排异反应并提高流速传感器的柔性。
（3） 心血管血液流速传感器植入后，通过支架在心血管内固定，实现心血管流速的实时测量，解决了临床上迫切需要解决的问题。
（4） 本发明生产工艺简单，具有良好的生物相容性、较高的机械柔性、抗腐蚀性和卓越的自膨胀特性，有利于在体内长期稳定的工作。
附图说明
图1 本发明中流速传感器的结构示意图。
图2 本发明心血管血液流速传感器的结构示意图，其中心血管支架处于临时形状。
图3 本发明心血管血液流速传感器的结构示意图，其中心血管支架处于固定形状。
图中：流速传感器-1、基底-11、表面涂层-12、电极-13、心血管支架-2。
具体实施方式
下面结合附图和实施例对本发明作详细说明：本实施例在以本发明技术方案为前提下进行实施，给出了具体的实施方法，但本发明的保护范围不限于下述的实施例。
请参阅图1、2、3，图1 本发明中流速传感器的结构示意图。图2 本发明心血管血液流速传感器的结构示意图，其中心血管支架处于临时形状。图3本发明心血管血液流速传感器的结构示意图，其中心血管支架处于固定形状。
由图可见，本发明的心血管血液流速传感器，包括心血管支架2和流速传感器1，该心血管支架2为管状薄膜，所述的流速传感器1位于该心血管支架2的管壁内表面，所述的流速传感器1包括表面涂有涂层12的基底11，在该基底11上侧设有电极13。本实施例中：
（1）心血管支架2是用形状记忆聚合物材料在高温下通过模具固定形状并冷却获得的管状薄膜结构；
（2）流速传感器1的基底11和表面涂层12采用的是相同的聚合物薄膜材料，利用MEMS技术，通过在硅晶圆表面进行旋转涂布、薄膜沉积/光刻以及剥离工艺获得的，表面涂层12覆盖于电极上，以实现电气绝缘和较好的生物相容性；电极13是惰性金属材料通过在所述的聚合物基底表面通过电子束蒸发沉积获得的；
（3）流速传感器1附着在心血管支架2上，通过将柔性流速传感器同植入心血管内的支架进行集成，由支架实现传感器的血管内固定。
所述的心血管流速传感器的心血管支架2在心血管内经历由临时形状到固定形状的变化，其特征在于临时形状为外径2.5mm，长度18mm的管状薄膜，薄膜部分重叠，如图2所示，该形状在稍高于形状回复温度下用模具固定，然后快速冷却获得；固定形状为外径4mm，长度18mm的管状薄膜，薄膜无重叠，如图3所示，该形状通过在更高于形状回复温度下用模具固定，然后快速冷却获得。
所述的心血管流速传感器的流速传感器1包括基底、电极、表面涂层，如图1所示。基底采用聚合物薄膜材料，厚度25μm；电极采用金，厚度100nm；表面涂层采用与基底相同的材料，厚度5μm；流速传感器的尺寸为2mm×2mm×30μm。
所述的心血管流速传感器的心血管支架2采用聚氨酯/聚己酸内酯混合物材料，混合的质量浓度比例为70/30（w/w）。
所述的心血管支架2的较低形状回复温度约为37℃。
所述的血管流速传感器的支架薄膜通过压缩成型获得。
所述的血管流速传感器通过附着层粘附于心血管支架内表面。
本实施例生产工艺简单，具有良好的生物相容性、较高的机械柔性、抗腐蚀性和卓越的自膨胀特性，有利于该传感器在体内长期稳定的工作。
Claims (5)
1.一种心血管血液流速传感器，其特征在于其构成包括心血管支架（2）和流速传感器（1），该心血管支架（2）为管状薄膜，所述的流速传感器（1）位于该心血管支架（2）的管壁内表面，所述的流速传感器（1）包括表面涂有涂层（12）的基底（11），在该基底（11）上侧设有电极（13）；
所述的流速传感器的基底（11）和表面涂层（12）采用的是相同的聚合物薄膜材料，利用MEMS技术，通过在硅晶圆表面进行旋转涂布、薄膜沉积/光刻以及剥离工艺获得的，表面涂层（12）覆盖于电极上，所述的电极（13）是惰性金属材料通过在所述的聚合物基底表面通过电子束蒸发沉积获得的。
2.根据权利要求1所述的心血管血液流速传感器，其特征在于所述的聚合物薄膜材料是聚酰亚胺、苯并环丁烯、聚二甲基硅氧烷或聚对二甲苯的聚合物材料。
3.根据权利要求1所述的心血管血液流速传感器，其特征在于所述的心血管支架（2）采用聚氨酯和聚己酸内酯混合物材料，其重量比例为70/30(w/w)。
4.根据权利要求1至3任一项所述的心血管血液流速传感器，其特征在于所述的流速传感器（1）通过附着层粘附于所述的心血管支架（2）的管壁内表面。
5.根据权利要求4所述的心血管血液流速传感器，其特征在于所述的心血管支架（2）在心血管内经历由临时形状到固定形状的变化，所述的临时形状为外径2-3mm，长度15-32mm的管状薄膜，薄膜部分重叠；所述的固定形状为外径3-4mm，长度15-32mm的管状薄膜，薄膜无重叠。
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