DE112019003570T5

DE112019003570T5 - Sensorvorrichtung, Katheter und System, das mit der Sensorvorrichtung versehen ist

Info

Publication number: DE112019003570T5
Application number: DE112019003570.3T
Authority: DE
Inventors: Masayuki Usui
Original assignee: Semitec Corp
Current assignee: Semitec Corp
Priority date: 2018-07-13
Filing date: 2019-06-12
Publication date: 2021-03-25
Also published as: WO2020012857A1; US20210259555A1; CN112261900A; JP6738509B2; JPWO2020012857A1

Abstract

Es werden eine Sensorvorrichtung, die klein bemessen hergestellt werden kann, ein Katheter und ein System, das mit der Sensorvorrichtung versehen ist, geschaffen. Eine Sensorvorrichtung (1) ist mit einem rohrförmigen Element (23) auf Seiten des distalen Endes, einem Drucksensor (4) und einem Temperatursensor (5), die integriert und in einem Innenraum des Elements (23) auf Seiten des distalen Endes aufgenommen sind, und Leitungsdrähten (6), die mit dem Drucksensor (4) und dem Temperatursensor (5) verbunden und zur Seite des rückwärtigen Endes herausgeführt sind, versehen. Im Drucksensor (4) und im Temperatursensor (5) sind Sensorelemente (41), (51) auf Seiten einer Oberfläche der jeweiligen Substrate (42), (52) davon gebildet und sind derart angeordnet und integriert, dass die Seiten der anderen Oberfläche der Substrate (42), (52) einander zugewandt sind.

Description

Technisches Gebiet
Die vorliegende Offenbarung bezieht sich auf eine Sensorvorrichtung, einen Katheter und ein System, das mit der Sensorvorrichtung versehen ist.
Hintergrundgebiet
Bisher wurde z. B. im Gebiet der medizinischen Ausrüstung ein Temperatursensor verwendet, um eine tiefe Körpertemperatur zu messen, und ein Drucksensor wurde verwendet, um einen Druck in einer Bauchhöhle zu messen. Als ein spezifisches Beispiel werden in einem Fall, bei dem ein Harnröhrenkatheter bei einem Patienten angewendet wird, eine tiefe Körpertemperatur und ein Blaseninnendruck gemessen, um die biologische Umgebung zu überwachen.
Ein Harnröhrenkatheter wird im Allgemeinen zum Zweck des Einführens eines Katheters in die Blase eines Patienten von der Harnröhre aus und zum ununterbrochenen Abgeben von Urin verwendet. In diesem Fall korreliert ein Blaseninnendruck im Wesentlichen mit einem Bauchhöhleninnendruck, und somit ist es möglich, einen Bauchhöhleninnendruck durch Überwachen eines Blaseninnendrucks zu schätzen und pathologische Zustände wie etwa postoperative Komplikationen, die durch einen schnellen Anstieg des Bauchhöhleninnendrucks bewirkt werden, zu diagnostizieren. Ferner ist es möglich, Informationen wie etwa die Menge des ausgelassenen Urins, eine Atemfrequenz, einen Herzschlag und Schwankungen des Herzschlags durch Analysieren des Blaseninnendrucks zu erhalten.
Wenn eine tiefe Körpertemperatur und ein Blaseninnendruck gemessen werden, wird ein Verfahren des Durchführens einer Messung durch Vorbereiten getrennter Katheter für die tiefe Körpertemperatur (Temperatursensor) und den Blaseninnendruck (Drucksensor) verwendet. Jedoch ist dieses Verfahren für einen Patienten beschwerlich, und somit ist ein geeignetes Verfahren erforderlich, das weniger beschwerlich ist.
Andererseits kann das Anbringen sowohl eines Temperatursensors als auch eines Drucksensors an einem distalen Endabschnitt eines Harnröhrenkatheters in Betracht gezogen werden, um eine tiefe Körpertemperatur und einen Blaseninnendruck gleichzeitig zu messen. Jedoch wird gemäß dieser Konfiguration eine Außendurchmesserabmessung des Katheters vergrößert, und eine Belastung für einen Patienten wird erhöht, wobei sich ein Problem ergibt, derart, dass die praktische Anwendung schwierig ist.
Entgegenhaltungsliste
Patentliteratur

[Patentliteratur 1] Japanische Patentoffenlegungsschrift Nr. 2001-25461
[Patentliteratur 2] Veröffentlichte Japanische Übersetzung Nr. 2000-502275 der Internationalen PCT-Veröffentlichung
[Patentliteratur 3] Veröffentlichte Japanische Übersetzung Nr. 2009-523463 der Internationalen PCT-Veröffentlichung
[Patentliteratur 4] Veröffentlichte Japanische Übersetzung Nr. 2017-536857 der Internationalen PCT-Veröffentlichung

Zusammenfassung der Erfindung
Technisches Problem
Die Offenbarung ist im Hinblick auf die oben beschriebenen Umstände ersonnen worden, und eine Aufgabe davon ist, eine Sensorvorrichtung, die klein hergestellt werden kann, einen Katheter und ein System, das mit der Sensorvorrichtung versehen ist, zu schaffen.
Lösung des Problems
Eine Sensorvorrichtung der vorliegenden Ausführungsform enthält ein rohrförmiges Element auf Seiten des distalen Endes, einen Drucksensor und einen Temperatursensor, die integriert und in einem Innenraum des Elements auf Seiten des distalen Endes aufgenommen sind, und einen Leitungsdraht, der mit dem Drucksensor und dem Temperatursensor verbunden ist und zu einer Seite des rückwärtigen Endes herausgeführt ist. Außerdem sind der Drucksensor und der Temperatursensor jeweils derart konfiguriert, dass ein Sensorelement auf Seiten einer Oberfläche eines Substrats des Sensors gebildet ist, und der Drucksensor und der Temperatursensor sind derart angeordnet und integriert, dass die Seiten der anderen Oberfläche der jeweiligen Substrate einander zugewandt sind.
Gemäß einer derartigen Konfiguration ist es möglich, eine Sensorvorrichtung zu schaffen, die klein hergestellt werden kann. Die Integration enthält z. B. eine Anordnung gemäß einem einfachen Aneinanderstoßen der Seiten der anderen Oberfläche der jeweiligen Substrate und einen Fall gemäß der Haftung der Seiten der anderen Oberfläche. Mit anderen Worten, die Integration ist ein Zustand, in dem der Drucksensor und der Temperatursensor gruppiert sind. Die Integration wird nicht auf eine insbesondere eingeschränkte Weise analysiert.
Vorteilhafte Wirkungen der Erfindung
Gemäß der Offenbarung ist es möglich, eine Sensorvorrichtung, die klein hergestellt werden kann, einen Katheter und ein System, das mit der Sensorvorrichtung versehen ist, zu schaffen.
Figurenliste

1 ist eine Stirnansicht, die eine Sensorvorrichtung gemäß einer Ausführungsform der Offenbarung veranschaulicht.
2 ist eine Draufsicht, die die Sensorvorrichtung veranschaulicht.
3 ist eine Querschnittsansicht, die eine Konfiguration in einem distalen Endabschnitt der Sensorvorrichtung veranschaulicht.
4 ist eine Draufsicht in den distalen Endabschnitt der Sensorvorrichtung.
5 ist eine Untersicht in den distalen Endabschnitt der Sensorvorrichtung.
6 ist eine Querschnittsansicht entlang einer Linie Y-Y in 3.
7 ist eine schematische Querschnittsansicht, die einen Drucksensor veranschaulicht.
8 ist eine schematische Querschnittsansicht, die einen Temperatursensor veranschaulicht.
9 ist ein Brückenschaltungsdiagramm (Halbbrückenschaltung), das einen Verbindungszustand des Drucksensors veranschaulicht.
10 ist ein Brückenschaltungsdiagramm (Vollbrückenschaltung), das einen Verbindungszustand des Drucksensors veranschaulicht.
11 ist eine Stirnansicht, die einen Zustand veranschaulicht, in dem die Sensorvorrichtung in einen Harnröhrenkatheter eingebettet ist.
12 ist eine Querschnittsansicht entlang einer Linie Y-Y in 11.
13 ist eine Stirnansicht, die ein System veranschaulicht, das die Sensorvorrichtung enthält.
14 ist eine Stirnansicht, die ein System veranschaulicht, das die Sensorvorrichtung enthält.

Beschreibung der Ausführungsformen
Im Folgenden wird eine Sensorvorrichtung gemäß einer Ausführungsform der Offenbarung unter Bezugnahme auf 1 bis 10 beschrieben. 1 ist eine Stirnansicht, die die Sensorvorrichtung veranschaulicht, und 2 ist eine Draufsicht, die die Sensorvorrichtung veranschaulicht. 3 ist eine Querschnittsansicht, die eine Konfiguration in einem distalen Endabschnitt der Sensorvorrichtung veranschaulicht, 4 ist eine Draufsicht in den distalen Endabschnitt der Sensorvorrichtung, und 5 ist eine Untersicht in den distalen Endabschnitt der Sensorvorrichtung. Außerdem ist 6 eine Querschnittsansicht entlang einer Linie Y-Y in 3, und 7 und 8 sind schematische Querschnittsansichten, die einen Drucksensor und einen Temperatursensor veranschaulichen. 9 und 10 sind Brückenschaltungsdiagramme, die einen Verbindungszustand des Drucksensors veranschaulichen. Indes ist in den Zeichnungen der Maßstab jedes Element auf geeignete Weise verändert, um zu bewirken, dass die Größe jedes Elements erkennbar ist.
Die Sensorvorrichtung der vorliegenden Ausführungsform enthält einen Drucksensor und einen Temperatursensor, die klein hergestellt sind, und ist konfiguriert, auf geeignete Weise in einen Katheter eingebettet zu sein. Der Drucksensor misst einen Druck in einer Bauchhöhle, und der Temperatursensor misst eine tiefe Körpertemperatur.
Wie in 1 bis 3 veranschaulicht ist, enthält eine Sensorvorrichtung 1 einen Hauptkörperabschnitt 2, der eine langgestreckte Form und Flexibilität aufweist, und einen Verbindungsanschlussabschnitt 3, mit dem der Hauptkörperabschnitt 2 verbunden ist. Der Hauptkörperabschnitt 2 enthält einen distalen Endabschnitt 21 und einen Leitungsabschnitt 22, und ein Drucksensor 4 und ein Temperatursensor 5, die später beschrieben werden, sind im distalen Endabschnitt 21 angeordnet. Der Leitungsabschnitt 22 ist eine Komponente, in der sich mehrere Leitungsdrähte 6 erstrecken, die mit dem Drucksensor 4 und dem Temperatursensor 5 verbunden sind. Der Leitungsdraht 6 ist derart konfiguriert, dass sein Kerndraht isoliert und abgedeckt ist, und ferner sind die mehreren Leitungsdrähte 6 mit einem Harzschlauch 61 isoliert und abgedeckt und sind zu einem Stück zusammengefasst. Das heißt, die mehreren Leitungsdrähte 6 sind im Innenraum des Harzschlauchs 61 aufgenommen. Das Material des Harzschlauchs 61 ist ein Polyimidharz.
Indes beträgt die Längenabmessung des Hauptkörperabschnitts 2 näherungsweise 1000 mm, und der distale Endabschnitt 21 und der Leitungsabschnitt 22 sind derart gebildet, dass sie einen Außendurchmesser φ aufweisen, der kleiner oder gleich 1,5 mm und vorzugsweise kleiner oder gleich 1 mm ist.
Der Verbindungsanschlussabschnitt 3 ist eine Komponente, mit der die Vorderenden der Leitungsdrähte 6 verbunden sind, und ist konfiguriert, eine elektronische Komponente wie etwa ein Schaltungssubstrat in einem Gehäuse, das aus einem Harz gebildet ist und im Wesentlichen die Form eines rechtwinkligen Parallelepipeds aufweist, aufzunehmen. Insbesondere ist der Verbindungsanschlussabschnitt 3 mit Detektionssteuerschaltungen und Verstärkungsschaltungen des Drucksensors 4 und des Temperatursensors 5 versehen. Außerdem ist auf einer Seite des Verbindungsanschlussabschnitts 3 ein USB-Anschluss 31 als ein Eingangs- und Ausgangsanschluss vorgesehen. Es ist möglich, auf der Grundlage von Ausgaben des Drucksensors 4 und des Temperatursensors 5 Detektionsinformationen zu überwachen, indem der USB-Anschluss 31 mit einer Steuervorrichtung wie etwa einer Überwachungseinrichtung verbunden wird.
Als nächstes wird eine Konfiguration des distalen Endabschnitts 21 im Hauptkörperabschnitt 2, in dem der Drucksensor 4 und der Temperatursensor 5 angeordnet sind, unter Bezugnahme auf 3 bis 8 beschrieben. Im distalen Endabschnitt 21 sind ein rohrförmiges Element 23 auf Seiten des distalen Endes, der Drucksensor 4 und der Temperatursensor 5, die im Innenraum des rohrförmigen Elements 23 auf Seiten des distalen Endes angeordnet sind, und die mehreren Leitungsdrähte 6, die mit dem Drucksensor 4 und dem Temperatursensor 5 verbunden und zu einer Seite des rückwärtigen Endes herausgeführt sind, angeordnet.
Das Element 23 auf Seiten des distalen Endes ist aus einem Edelstahlmaterial in einer Rohrform ausgebildet und enthält einen Öffnungsabschnitt 23a in der Umgebung seines distalen Endes. Der Öffnungsabschnitt 23a ist derart ausgebildet, dass er einen Abschnitt eines rohrförmigen Außenumfangs einkerbt. Das Element 23 auf Seiten des distalen Endes ist derart ausgebildet, dass es eine Längenabmessung, die kleiner oder gleich näherungsweise 4 mm ist, und einen Außendurchmesser φ, der kleiner oder gleich 1,5 mm und vorzugsweise kleiner oder gleich 1 mm ist, aufweist. Daher ist das Element auf Seiten des distalen Endes derart gebildet, dass es einen Innendurchmesser φ kleiner als mindestens 1,5 mm und vorzugsweise kleiner als 1 mm aufweist.
Der Drucksensor 4 und der Temperatursensor 5 sind in einem derartigen engen Innenraum des Elements 23 auf Seiten des distalen Endes angeordnet. Der Drucksensor 4 ist ein Halbleiterdrucksensor und enthält ein Sensorelement 41, das eine Funktion eines Dehnungsmessers aufweist, dessen elektrischer Widerstandswert sich aufgrund seiner Verlagerung ändert, wenn Druck aufgebracht wird. Das Sensorelement 41 ist ein Piezo-Widerstandselement, und das Piezo-Widerstandselement ist auf Seiten einer Oberfläche eines Substrats 42 gebildet, das aus einem Siliziummaterial gebildet ist.
Der Temperatursensor 5 ist ein Dünnschichtthermistor und enthält ein Sensorelement 51, dessen elektrischer Widerstand sich aufgrund einer Temperaturänderung ändert. Das Sensorelement 51 ist eine Dünnschicht eines Thermistors, der aus einem Oxid-Halbleiter mit einem negativen Temperaturkoeffizienten gebildet ist, und die Dünnschicht des Thermistors ist auf Seiten einer Oberfläche eines Substrats 52 gebildet, das aus einem Keramikmaterial gebildet ist.
Außerdem ist auf dem Substrat 42 des Drucksensors 4 und dem Substrat 52 des Temperatursensors 5 eine Elektrodenschicht gebildet, und die Leitungsdrähte 6 sind durch Löten oder Schweißen mit der Elektrodenschicht verbunden. Wenn sich die Leitungsdrähte 6 durch Schwei-ßen mit der Elektrodenschicht in Kontakt befinden, kann verglichen mit einem Fall, bei dem sich die Leitungsdrähte durch Löten mit der Elektrodenschicht in Kontakt befinden, ein zusätzliches Material wie etwa ein Lötmittel weggelassen werden, und somit ist es möglich zu bewirken, dass ein Kontaktierungsabschnitt dünn ist.
Die oben beschriebenen Drucksensor 4 und Temperatursensor 5 sind derart angeordnet und integriert, dass die Seiten der anderen Oberfläche des Substrats 42 und des Substrats 52 einander zugewandt sind. Dadurch wird eine Konfiguration einer Sensorgruppe, die den Drucksensor 4 und den Temperatursensor 5 enthält, miniaturisiert. Hier enthält die Integration z. B. eine Anordnung gemäß einem einfachen Aneinanderstoßen der Seiten der anderen Oberfläche des Substrats 42 und des Substrats 52 und einen Fall gemäß einer Haftung der Seiten der anderen Oberfläche des Substrats 42 und des Substrats 52. Mit anderen Worten, die Integration ist ein Zustand, in dem der Drucksensor 4 und der Temperatursensor 5 gruppiert sind.
Insbesondere sind die integrierten Drucksensor 4 und Temperatursensor 5 aus einem Polyimidharz gebildet und derart angeordnet, dass sie durch ein schlauchförmiges Abdeckelement 7 in das Element 23 auf Seiten des distalen Endes eingeführt und eingepasst werden. Außerdem ist das Abdeckelement 7 mit einem Isoliermaterial 71 gefüllt, und ein Kontaktierungsabschnitt zwischen dem Drucksensor 4, dem Temperatursensor 5 und den Leitungsdrähten 6 und die Umgebung des Kontaktierungsabschnitts sind isoliert und abgedeckt. Ein Epoxidharz wird vorzugweise für das Isoliermaterial 71 verwendet, das in das Abdeckelement 7 eingefüllt ist, jedoch ist das Isoliermaterial nicht auf das Epoxidharz eingeschränkt, solange seine Funktion erfüllt wird.
Im Einzelnen weichen die Bildungsposition des Sensorelements 41 im Drucksensor 4 und die Bildungsposition des Sensorelements 51 im Temperatursensor 5 voneinander ab. Das Substrat 42 des Drucksensors 4 steht zur Seite des distalen Endes vom Substrat 52 des Temperatursensors 5 vor, und ein Bereich an der Bildungsposition des Sensorelements 41 im Drucksensor 4 ist nicht mit dem Isoliermaterial 71 abgedeckt. Andererseits ist eine Isoliereigenschaft des Bereichs an der Bildungsposition des Sensorelements 41 im Drucksensor 4 sichergestellt, indem er durch Siliziumbeschichtung mit einem Isoliermaterial 72 aus einem Silikongummifilm abgedeckt ist. Indes ist das Sensorelement 41 derart angeordnet, dass es dem Öffnungsabschnitt 23a des Elements 23 auf Seiten des distalen Endes zugewandt ist. Außerdem ist der Harzschlauch 61, in dem die mehreren Leitungsdrähte 6 zusammengefasst sind, in den Innenumfang auf Seiten des rückwärtigen Endes des Elements 23 auf Seiten des distalen Endes eingeführt und eingepasst, derart, dass er unter Verwendung eines Haftmittels 62 daran befestigt ist. Als das Haftmittel 62 wird z. B. ein Epoxidharz verwendet.
Die Bildungsposition des Sensorelements 41 im Drucksensor 4 und die Bildungsposition des Sensorelements 51 im Temperatursensor 5 weichen auf diese Weise voneinander ab, um eine Wahrscheinlichkeit, dass wechselseitige Detektionseigenschaften beeinflusst werden, zu vermeiden. Außerdem werden verschiedene Materialien als das Isoliermaterial 72, das den Bereich an der Bildungsposition des Sensorelements 41 im Drucksensor 4 abdeckt, und das Isoliermaterial 71, das den Bereich an der Bildungsposition des Sensorelements 51 im Temperatursensor 5 abdeckt, verwendet. Dies ist so, weil es notwendig ist, die Isoliereigenschaften sowohl des Drucksensors 4 als auch des Temperatursensors 5 sicherzustellen und im Fall des Drucksensors 4 das Isoliermaterial 72 zu verwenden, das Flexibilität aufweist, um Druck zu detektieren.
Ferner sind der Drucksensor 4 und der Temperatursensor 5 im Abdeckelement 7 vorgesehen. Dementsprechend kann das Abdeckelement 7 in einem Fall, bei dem der Drucksensor 4 und der Temperatursensor 5 in das Element 23 auf Seiten des distalen Endes eingeführt und eingepasst sind, unter Verwendung des Innenumfangs des Elements 23 auf Seiten des distalen Endes als eine Führung eingeführt werden, und somit kann eine Wirkung der Erleichterung eines Montageprozesses erwartet werden.
Als nächstes werden schematische Konfigurationen des Drucksensors 4 und des Temperatursensors 5 unter Bezugnahme auf 7 und 8 beschrieben. Wie in 7 veranschaulicht ist, wird der Drucksensor 4 hergestellt, indem ein Siliziumhalbleitermaterial durch eine Technik eines mikroelektromechanischen Systems (MEMS-Technik) verarbeitet wird. Ein Hohlraumabschnitt 43 wird auf dem Siliziumsubtrat 42 gebildet, und ein Piezo-Widerstandselement wird als das Sensorelement 41 in einer Siliziumschicht 44 auf dem Hohlraumabschnitt 43 gebildet. Das Piezo-Widerstandselement wird gebildet, indem ein Ionenimplantationsverfahren angewendet wird, das eine Halbleiterprozesstechnik zum Implantieren von Dotierstoffionen in die Siliziumschicht 44 und Implantieren von Bor in die Siliziumschicht 44 ist.
Außerdem ist ein Paar von (zwei) Piezo-Widerstandselementen als das Sensorelement 41 in der Siliziumschicht 44 gebildet. Dies dient dazu, eine hohe Empfindlichkeit zu erzielen, indem zum Zeitpunkt des Verbindens des Drucksensors 4 eine Brückenschaltung konfiguriert wird, wie später beschrieben wird. Ferner ist an jedem von drei Orten auf Seiten des rückwärtigen Endes des Siliziumsubstrats 42 eine Elektrodenschicht 45 gebildet (siehe außerdem 4), und die Elektrodenschichten 45 sind unter Verwendung einer internen Verdrahtungsstruktur, die in der Zeichnung nicht gezeigt ist, mit dem Piezo-Widerstandselement elektrisch verbunden. Außerdem sind die Leitungsdrähte 6 durch Schweißen oder ein sogenanntes Impulswärmeverfahren an die Elektrodenschichten 45 gelötet und damit kontaktiert. Die Dickenabmessung des Substrats 42 des Drucksensors 4 ist kleiner oder gleich 100 µm, und eine Gesamtdickenabmessung einschließlich der Elektrodenschichten 45 ist kleiner oder gleich 150 µm.
Im Drucksensor 4 ändert sich ein elektrischer Widerstandswert des Piezo-Widerstandselements aufgrund seiner Verlagerung, wenn auf das Piezo-Widerstandselement Druck aufgebracht wird, wenn es als eine Membran des Hohlraumabschnitts 43 arbeitet, und der Drucksensor 4 verarbeitet die Änderung mit einer elektronischen Schaltung, um den Druck zu detektieren.
Wie in 8 veranschaulicht ist, ist der Temperatursensor 5 ein auf einer Oberfläche anzubringender Typ und enthält das Substrat 52, eine Elektrodenschicht 53, einen wärmeempfindlichen Film, der als das Sensorelement 51 dient, und einen Schutzfilm 54. Der Temperatursensor 5 ist ein Dünnschichtthermistor, und eine Gesamtdickenabmessung davon ist kleiner oder gleich 100 µm.
Das Substrat 52 ist unter Verwendung eines Keramikmaterials wie etwa von isolierendem Zirkon, Siliziumnitrid, Aluminiumoxid oder einer Mischung, die mindestens eines davon enthält, gebildet. Das Substrat 52 ist derart ausgebildet, dass es dünn ist und eine Dickenabmessung kleiner oder gleich 100 µm und vorzugsweise im Bereich von 10 µm bis 80 µm aufweist. Außerdem ist eine Biegefestigkeit des Substrats 52 größer oder gleich 690 MPa, und ein durchschnittlicher Teilchendurchmesser des Keramikmaterials nach dem Brennen liegt im Bereich von 0,1 µm bis 2 µm. Indem der Bereich eines durchschnittlichen Teilchendurchmessers auf diese Weise eingestellt wird, ist es möglich, eine Biegefestigkeit größer oder gleich 690 MPa sicherzustellen und ein Brechen während der Herstellung des ausgedünnten Substrats 52 zu unterbinden. Weil das Substrat 52 eine kleine Dickenabmessung aufweist, ist es außerdem möglich, eine Wärmekapazität zu verringern.
Ein Paar Elektrodenschichten 53 ist als Abschnitte, mit denen ein wärmeempfindlicher Film elektrisch verbunden ist, auf dem Substrat 52 gebildet. Jede des Paares der Elektrodenschichten 53 wird gebildet, indem durch eine Dünnschichtbildungstechnik wie etwa ein Sputter-Verfahren eine Metalldünnschicht mit einer Dickenabmessung kleiner oder gleich 1 µm gebildet wird, und Edelmetalle wie etwa Gold (Au), Silber (Ag), Kupfer (Cu), Platin (Pt) und Palladium (Pd) und Legierungen davon wie z. B. eine Ag-Pd-Legierung werden als das Metallmaterial angewendet.
Indes sind das Paar Elektrodenschichten 53 Abschnitte, mit denen die Leitungsdrähte 6 durch Schweißen kontaktiert werden, und eine Legierung, die Gold (Au: ein Schmelzpunkt von 1064 °C), Silber (Ag: 961°C), Kupfer (Cu: 1085 °C) oder mindestens eines davon als eine Hauptkomponente enthält, wird vorzugsweise als ein Metall mit niedrigem Schmelzpunkt verwendet. Außerdem kann die Elektrodenschicht über dem oder innerhalb des wärmeempfindlichen Films gebildet sein, obwohl die Elektrodenschicht 53 in der vorliegenden Ausführungsform unter dem wärmeempfindlichen Film gebildet ist.
Der wärmeempfindliche Film ist eine wärmeempfindliche Dünnschicht und eine Dünnschicht eines Thermistors. Der wärmeempfindliche Film wird durch eine Dünnschichtbildungstechnik wie etwa ein Sputter-Verfahren auf der Elektrodenschicht 53 gebildet, derart, dass er mit der Elektrodenschicht 53 elektrisch verbunden ist.
Der Schutzfilm 54 bedeckt einen Bereich, in dem der wärmeempfindliche Film gebildet ist, und bedeckt die Elektrodenschicht 53, wobei er derart gebildet ist, dass zumindest ein Abschnitt der Elektrodenschicht 53 freiliegt. Der Schutzfilm 54 kann durch Bilden eines Films aus Siliziumdioxid, Siliziumnitrid oder dergleichen durch eine Dünnschichtbildungstechnik wie etwa ein Sputter-Verfahren gebildet werden, oder kann durch Bilden von Bleiglas, Borsilikatglas, Bleiborsilikatglas oder dergleichen durch ein Druckverfahren gebildet werden.
Indes ist der Leitungsdraht 6 aus einem Metall mit niedrigem Schmelzpunkt, das heißt, einem Metall mit einem Schmelzpunkt kleiner oder gleich 1300 °C, gebildet, und eine Kupferlegierung, die Kupfer enthält, wie etwa Phosphorbronze, Konstantan oder Manganin wird als eine Hauptkomponente verwendet.
Wenn die Elektrodenschicht 53 des Temperatursensors 5 und die Leitungsdrähte 6 z. B. durch Laserschweißen miteinander kontaktiert werden, ist ein Schmelzpunkt des Leitungsdrahtes 6 kleiner oder gleich 1300 °C, und somit wird der Schmelzpunkt selbst dann, wenn der Leitungsdraht durch Erwärmen unter Verwendung eines Laserstrahls oder dergleichen geschmolzen wird, nicht auf eine Temperatur größer oder gleich 1300 °C eingestellt. Daher überschreitet der Schmelzpunkt einen Schmelzpunkt im Bereich von 1600 °C bis 2100 °C des Keramiksubstrats 52 nicht, und somit ist es möglich, die Leitungsdrähte 6 zu kontaktieren, indem die Beschädigung der Elektrodenschicht 53 des Temperatursensors 5 und des Substrats 52 unmittelbar unter der Elektrodenschicht 53 unterbunden wird. Ferner wird in diesem Fall kein zusätzliches Material wie etwa ein Kontakthöcker verwendet. Dementsprechend werden die Leitungsdrähte nicht in einem Zustand kontaktiert, in dem ein zusätzliches Material wesentlich zu einem Verbindungsabschnitt (Kontaktierungsabschnitt) hinzugefügt wird, und eine Wärmekapazität wird nicht erhöht, derart, dass es möglich ist, die Geschwindigkeit des thermischen Ansprechvermögens zu erhöhen.
Bisher wurden auf Eisen basierende Metalle wie etwa Edelstahl, Kovar und eine Nickellegierung für den oben beschriebenen Leitungsdraht verwendet. Auf Eisen basierende Metalle weisen hohe Schmelzpunkte auf. Zum Beispiel sind sowohl Edelstahl als auch Kovar auf Eisen basierende Legierungen, und somit können ihre Temperaturen auf näherungsweise 1538 °C ansteigen, was ein Schmelzpunkt von Eisen ist. Wenn ein Leitungsdraht aus einem derartigen Metall mit hohem Schmelzpunkt zum Laserschweißen mit einem Laserstrahl bestrahlt wird, werden der Leitungsdraht und seine Umgebung auf eine hohe Temperatur erwärmt, wobei sich ein Problem ergibt, derart, dass es wahrscheinlich ist, dass ein Isoliersubstrat (z. B. ein Aluminiumoxidsubstrat) beschädigt wird. Gemäß der Konfiguration der vorliegenden Ausführungsform kann ein derartiges Problem gelöst werden.
Im Temperatursensor 5 ändert sich ein elektrischer Widerstandswert aufgrund einer Temperaturänderung, und der Temperatursensor verarbeitet die Änderung mit einer elektronischen Schaltung, um die Temperatur zu detektieren.
Andererseits müssen eine tragbare Ausrüstung, die biologische Informationen überwacht, und eine Ausrüstung, die in einem Katheter verwendet wird, die eine medizinische Ausrüstung ist, und dergleichen für ein Material, das in einem Fall verwendet werden soll, bei dem ein hohes Risiko besteht, dass die Ausrüstung im Inneren eines lebendigen Körpers freiliegt, aus einem Material gebildet sein, für das Biokompatibilität berücksichtigt wird. In der vorliegenden Ausführungsform wird ein Edelstahlmaterial für das Element 23 auf Seiten des distalen Endes verwendet, das Substrat 42, das aus einem Siliziummaterial gebildet ist, wird für den Drucksensor 4 verwendet, das Substrat 42, das aus einem Keramikmaterial gebildet ist, wird für den Temperatursensor 5 verwendet, ein Polyimidharzmaterial wird für das Abdeckelement 7 verwendet, ein Epoxidharz wird für das Isoliermaterial 71 im Abdeckelement 7 verwendet, ein Polyimidharz wird für den Harzschlauch 61 verwendet, und ein Silikongummimaterial wird für die Beschichtung des Drucksensors 4 verwendet. Es wird bestätigt, dass diese Materialien Biokompatibilität aufweisen und somit die Sicherheit sichergestellt werden kann.
Als nächstes wird ein Verbindungszustand des Drucksensors unter Bezugnahme auf 9 und 10 beschrieben. Wie in 9 veranschaulicht ist, ist der Drucksensor 4 mit einer Stromversorgung V+ als Brücke geschaltet, wodurch eine Brückenschaltung konfiguriert wird. Insbesondere ist die Brückenschaltung eine Halbbrückenschaltung, und eine Reihenschaltung eines Sensorelements 41a und eines Referenzwiderstands 46a des Drucksensors 4 und eine Reihenschaltung eines Sensorelements 41b und eines Referenzwiderstands 46b sind zur Stromversorgung V+ parallel geschaltet. Außerdem ist ein Ausgangsanschluss in der Mitte jeder der Reihenschaltungen verbunden, und der Ausgangsanschluss ist mit einem Verstärker Amp verbunden, derart dass ein Differentialausgang als eine Ausgangsspannung Vout detektiert werden kann. Daher ist es außerdem möglich, ein Signal einer winzig kleinen Druckänderung zu detektieren.
In einem derartigen Verbindungszustand sind das Sensorelement 41a und das Sensorelement 41b des Drucksensors 4 im Element 23 auf Seiten des distalen Endes angeordnet, und die Referenzwiderstände 46a und 46b und der Verstärker Amp sind im Verbindungsanschlussabschnitt 3 aufgenommen.
10 veranschaulicht einen Fall, bei dem eine Brückenschaltung als eine Vollbrückenschaltung konfiguriert ist. Vier Sensorelemente des Drucksensors 4 sind vorgesehen, und eine Reihenschaltung der Sensorelemente 41a und 41b und eine Reihenschaltung der Sensorelemente 41c und 41d sind zu einer Stromversorgung V+ parallel geschaltet. Somit ist es möglich, eine Detektion mit höherer Empfindlichkeit durchzuführen.
In einem derartigen Verbindungszustand sind die Sensorelemente 41a, 41b, 41c und 41d des Drucksensors 4 im Element 23 auf Seiten des distalen Endes angeordnet, und der Verstärker Amp ist im Verbindungsanschlussabschnitt 3 aufgenommen.
Indes wird außerdem bevorzugt, dass für die Verbindung des Temperatursensors 5 eine Brückenschaltung konfiguriert ist. In diesem Fall sind z. B., obwohl in der Zeichnung nicht gezeigt, eine Reihenschaltung des Sensorelements 51 zur Detektion und eines Widerstands zur Detektion und eine Reihenschaltung eines Sensorelements zum Ausgleich und eines Widerstands zum Ausgleich zu einer Stromversorgung V+ parallel geschaltet. Außerdem ist ein Ausgangsanschluss in der Mitte jeder der Reihenschaltungen verbunden, und der Ausgangsanschluss ist mit einem Verstärker Amp verbunden, derart, dass ein Differentialausgang als eine Ausgangsspannung Vout detektiert wird. Mit einer derartigen Konfiguration ist es außerdem möglich, ein Signal einer winzig kleinen Temperaturänderung zu detektieren.
Als nächstes werden ein Katheter, in den die oben beschriebene Sensorvorrichtung 1 eingebettet ist, und ein System, das die Sensorvorrichtung 1 enthält, unter Bezugnahme auf 11 bis 13 beschrieben. 11 ist eine Stirnansicht, die einen Zustand veranschaulicht, in dem eine Sensorvorrichtung in einen Harnröhrenkatheter eingebettet ist, 12 ist eine Querschnittsansicht entlang einer Linie Y-Y in 11, und 13 und 14 veranschaulichen ein System, das die Sensorvorrichtung enthält.
Der Katheter der vorliegenden Ausführungsform ist ein Harnröhrenkatheter. Der Harnröhrenkatheter wird zum Zweck des ununterbrochenen Auslassens von Urin verwendet, indem er von der Harnröhre in die Blase eines Patienten eingeführt wird, und der Harnröhrenkatheter ist mit einem Ballon versehen und wird verwendet, indem sein distaler Endabschnitt in der Blase angeordnet wird.
Wie in 11 und 12 veranschaulicht ist, enthält ein Harnröhrenkatheter 10 einen Grundabschnitt 11 und einem Schaft 12, der sich auf ununterbrochene Weise vom Grundabschnitt 11 erstreckt. Der Katheter 10 ist z. B. ein 4-Wege-Typ und weist eine Gesamtlänge im Bereich von näherungsweise 250 mm bis 430 mm auf. Der Grundabschnitt 11 ist mit einem Ballontrichter 111, einem Waschwassertrichter 112, einem Uriniertrichter 113 und einem Sensortrichter 114 versehen.
Vier Lumen sind im Schaft 12 gebildet, die jeweils den Trichtern 111, 112, 113 und 114 entsprechen, und der Schaft 12 weist eine geeignete Steifigkeit und Flexibilität auf. Ferner sind im distalen Endabschnitt 13 des Schafts 12 der Drucksensor 4 und der Temperatursensor 5 der Sensorvorrichtung 1 angeordnet, und ein Urinierloch 131 und ein Waschwasser-Ausströmloch 132 sind gebildet. Ferner ist ein Ballon 15 in der Nähe des rückwärtigen Endes des distalen Endabschnitts 13 des Schafts 12 vorgesehen.
Eine Spritze wird mit dem Ballontrichter 111 verbunden, und Luft oder sterilisiertes Wasser werden in den Ballontrichter eingespritzt, um den Ballon 15 zu entfalten. Die Spritze wird nach Bedarf mit dem Waschwassertrichter 112 verbunden, derart, dass Waschwasser in die Blase zugeführt wird, um das Innere der Blase zu waschen. Ein Urinsammelbeutel ist mit dem Uriniertrichter 113 verbunden, derart, dass Urin in der Blase aus dem Körper ausgelassen und in dem Urinsammelbeutel gelagert wird. Die Leitungsdrähte 6 des Drucksensors 4 und des Temperatursensors 5, die am distalen Endabschnitt 13 des Schafts 12 angeordnet sind, sind aus dem Sensortrichter 114 herausgeführt.
Von den vier Lumen dient ein erstes Lumen 121 als ein Strömungsweg, durch den Luft strömt, die aus dem Ballontrichter 111 geschickt wird, und das erste Lumen ist mit dem Ballon 15 verbunden, derart, dass der Ballon 15 mit der Luft, die durch das erste Lumen 121 geschickt wird, entfaltet wird. Ein zweites Lumen 122 dient als ein Strömungsweg, durch den Waschwasser strömt, das aus dem Waschwassertrichter 112 geschickt wird, und das zweite Lumen ist mit dem Waschwasser-Ausströmloch 132 verbunden, derart, dass Waschwasser, das durch das zweite Lumen 122 geschickt wird, aus dem Waschwasser-Ausströmloch 132 ausströmt. Ein drittes Lumen 123 ist mit dem Urinierloch 131 verbunden, um als ein Strömungsweg zu dienen, durch den Urin strömt, der aus der Blase des Patienten strömt.
Ein viertes Lumen 124 ist ein Abschnitt, in den die Leitungsdrähte 6 des Drucksensors 4 und des Temperatursensors 5 eingeführt sind, wobei der Drucksensor 4 und der Temperatursensor 5 am distalen Endabschnitt 13 des Schafts 12 angeordnet sind und die Leitungsdrähte 6 durch das vierte Lumen 124 verlaufen, derart, dass der Verbindungsanschlussabschnitt 3 zur Außenseite herausgeführt wird. Auf diese Weise ist die Sensorvorrichtung 1 in den Katheter 10 eingebettet.
Indes liegt die Außendurchmesserabmessung des Schafts 12 im Bereich von näherungsweise 12 bis 24 Charriere, und ein synthetisches Harz wie etwa Polyurethan, Polyolefin, Polyamid, Polyether-Polyamid oder Silikongummi können als das Material verwendet werden, das den Schaft 12 bildet.
13 veranschaulicht ein System, das eine Sensorvorrichtung enthält. Das System 100 enthält den Katheter 10, in den die Sensorvorrichtung 1 eingebettet ist, und eine Steuervorrichtung 101. Die Steuervorrichtung 101, die eine Überwachungseinrichtung ist, die die Norm YSI-400 erfüllt, enthält einen Anzeigenabschnitt und ist mit einer CPU, die eine Recheneinheit und eine Steuereinheit enthält, einem ROM und einem RAM, die Speichermittel sind, und einem Mikrocomputer, der daran angebrachte Eingabe- und Ausgabesteuermittel enthält, konfiguriert, und ein USB-Anschluss 31 des Verbindungsanschlussabschnitts 3 in der Sensorvorrichtung 1 kann damit verbunden werden. Somit ist es möglich, biologische Informationen anzuzeigen, die einen Blaseninnendruck und eine Körpertemperatur enthalten, indem die Sensorvorrichtung 1 mit der Steuervorrichtung 101 verbunden wird.
14 veranschaulicht eine Konfiguration, in der eine Sensorvorrichtung und eine Steuervorrichtung, mit der die Sensorvorrichtung verbunden ist, durch eine Drahtlosverbindung miteinander verbunden sind. Eine Steuervorrichtung 101a ist mit einer drahtlosen Übertragungs- und Empfangseinheit versehen, und ein Verbindungsanschlussabschnitt 3a ist mit einem Drahtlosmodul und einer eingebauten Batterie versehen. Somit ist es möglich, auf drahtlose Weise biologische Informationen vom Verbindungsanschlussabschnitt 3a zur Steuervorrichtung 101a zu übertragen und die biologischen Informationen auf der Steuervorrichtung 101a anzuzeigen.
Aus diesem Grund sind die Sensorvorrichtung 1 und die Steuervorrichtung 101a auf drahtlose Weise miteinander verbunden, und somit werden Leitungsverbindungen und dergleichen während einer Operation nicht blockiert, was zu einem Vorteil führt, derart, dass die Handhabung erleichtert wird.
Als nächstes wird ein Fall beschrieben, bei dem ein Patient mit dem Harnröhrenkatheter 10 behandelt wird. Ein Urinsammelbeutel ist mit dem Uriniertrichter 113 verbunden, und der Katheter 10 wird aus dem Harnröhrenkanal des Patienten eingeführt. Nachdem bestätigt worden ist, dass der Ballon 15 das Innere der Blase erreicht hat und Urin zum Katheter 10 geströmt ist, wird eine Spritze mit dem Ballontrichter 111 verbunden, und Luft oder sterilisiertes Wasser werden in den Ballon 15 eingespritzt, um den Ballon 15 zu entfalten. Der Katheter 10 wird herausgezogen, bis der Ballon 15 mit dem Blasenhals in Kontakt gelangt, und der distale Endabschnitt 13 des Katheters 10 ist in der Blase angeordnet. Anschließend wird der USB-Anschluss 31 des Verbindungsanschlussabschnitts 3 mit der Steuervorrichtung 101 verbunden. Auf diese Weise wird auf ununterbrochene Weise Urin aus dem Körper ausgelassen und im Urinsammelbeutel gelagert.
Insbesondere strömt Urin in der Blase aus dem Urinierloch 131 zum dritten Lumen 123 und erreicht den Urinsammelbeutel. Da außerdem der Drucksensor 4 und der Temperatursensor 5, die am distalen Endabschnitt 13 des Schafts 12 der Sensorvorrichtung 1 angeordnet sind, in der Blase angeordnet sind, wird durch den Drucksensor 4 ein Blaseninnendruck gemessen, durch den Temperatursensor 5 wird eine tiefe Körpertemperatur gemessen, und die Detektionssignale davon werden an die Steuervorrichtung 101 übertragen. In diesem Fall wird die Detektion des Drucks in der Blase durch den Drucksensor 4 durch den Urin, der aus dem Urinierloch 131 strömt, mit hoher Genauigkeit durchgeführt, weil der Öffnungsabschnitt 23a des Elements 23 auf Seiten des distalen Endes dem Drucksensor 4 zugewandt ist. Auf diese Weise werden ein Blaseninnendruck und eine tiefe Körpertemperatur in der Steuervorrichtung 101 angezeigt, und somit ist es möglich, biologische Informationen zu überwachen.
Ferner wird das Innere der Blase gewaschen, indem nach Bedarf eine Spritze mit dem Waschwassertrichter 112 verbunden wird und bewirkt wird, dass Waschwasser aus dem Waschwasser-Ausströmloch 132 in die Blase strömt.
Wie oben beschrieben ist, ist es gemäß der vorliegenden Ausführungsform möglich, die Sensorvorrichtung 1 zu schaffen, die klein hergestellt werden kann, und einen Katheter zu realisieren, der eine Belastung für einen Patienten verringern kann.
Indes wird die Sensorvorrichtung der Offenbarung vorzugsweise für einen Katheter verwendet, ist jedoch nicht darauf eingeschränkt. Die Sensorvorrichtung kann ebenso auf andere medizinische Ausrüstung angewendet werden. Ferner ist zusätzlich zu dem Gebiet der medizinischen Ausrüstung die Anwendung der Sensorvorrichtung auf Ausrüstung und eine Vorrichtung, die einen Drucksensor und einen Temperatursensor enthalten und miniaturisiert werden müssen, nicht ausgeschlossen.
Die Offenbarung ist nicht auf die Konfiguration der oben beschriebenen Ausführungsform eingeschränkt, und diverse Abwandlungen können vorgenommen werden, ohne vom Umfang der Erfindung abzuweichen. Außerdem ist die oben beschriebene Ausführungsform als ein Beispiel dargestellt und ist nicht dafür vorgesehen, den Umfang der Erfindung einzuschränken. Die neuartige Ausführungsform kann in diversen anderen Formen ausgeführt sein und kann diverse Auslassungen, Ersetzungen und Abwandlungen enthalten. Die Ausführungsform und eine Abwandlung davon befinden sich innerhalb des Umfangs und des Hauptinhalts der Erfindung und befinden sich innerhalb des Umfangs der Erfindung, der im Umfang der Ansprüche und von deren Äquivalenten beschrieben ist.
Bezugszeichenliste

1: Sensorvorrichtung
2: Hauptkörperabschnitt
3: Verbindungsanschlussabschnitt
4: Drucksensor
5: Temperatursensor
6: Leitungsdraht
7: Abdeckelement
10: Harnröhrenkatheter
11: Grundabschnitt
12: Schaft
15: Ballon
21: distaler Endabschnitt
22: Leitungsabschnitt
23: Element auf Seiten des distalen Endes
23a: Öffnungsabschnitt
41: Sensorelement (Drucksensor)
42: Substrat (Drucksensor)
51: Sensorelement (Temperatursensor)
52: Substrat (Temperatursensor)
61: Harzschlauch
71: Isoliermaterial
72: Isoliermaterial
100: System
101: Steuervorrichtung
111: Ballontrichter
112: Waschwassertrichter
113: Uriniertrichter
114: Sensortrichter
131: Urinierloch
132: Waschwasser-Ausströmloch

Claims

Sensorvorrichtung, die Folgendes umfasst: ein rohrförmiges Element auf Seiten des distalen Endes; einen Drucksensor und einen Temperatursensor, die integriert und in einem Innenraum des Elements auf Seiten des distalen Endes aufgenommen sind; und einen Leitungsdraht, der mit dem Drucksensor und dem Temperatursensor verbunden ist und zu einer Seite des rückwärtigen Endes herausgeführt ist.
Sensorvorrichtung nach Anspruch 1, wobei der Drucksensor und der Temperatursensor jeweils mit einem Sensorelement konfiguriert sind, das auf Seiten einer Oberfläche eines Substrats des Sensors gebildet ist, und der Drucksensor und der Temperatursensor derart angeordnet und integriert sind, dass die Seiten der anderen Oberfläche der jeweiligen Substrate einander zugewandt sind.
Sensorvorrichtung nach Anspruch 2, wobei die Bildungsposition des Sensorelements im Drucksensor und die Bildungsposition des Sensorelements im Temperatursensor voneinander abweichen.
Sensorvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, wobei der Drucksensor mit einem Halbleitermaterial hergestellt ist und der Temperatursensor ein Dünnschichtthermistor ist.
Sensorvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, wobei ein Innendurchmesser des Elements des distalen Endes kleiner als 1 mm ist.
Sensorvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, wobei ein Vorderende des Leitungsdrahtes mit einem Verbindungsanschlussabschnitt verbunden ist, der einen Eingangs- und Ausgangsanschluss enthält.
Sensorvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 6, wobei der Drucksensor und der Temperatursensor durch ein schlauchförmiges Abdeckelement im Innenraum des Elements auf Seiten des distalen Endes aufgenommen sind.
Sensorvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 7, wobei die Anzahl der Leitungsdrähte zwei oder mehr ist und die mehreren Leitungsdrähte durch einen Harzschlauch zu einem Stück zusammengefasst sind und isoliert und abgedeckt sind.
Sensorvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 8, wobei der Drucksensor einen Druck in einer Bauchhöhle misst und der Temperatursensor eine tiefe Körpertemperatur misst.
Sensorvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 9, wobei ein Material, das Biokompatibilität aufweist, für das Element auf Seiten des distalen Endes, die Substrate, die jeweils im Drucksensor und im Temperatursensor enthalten sind, und ein Isoliermaterial, das den Drucksensor und den Temperatursensor abdeckt, verwendet wird.
Sensorvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 10, wobei der Drucksensor als Brücke geschaltet ist, derart, dass eine Brückenschaltung konfiguriert ist.
Sensorvorrichtung nach Anspruch 11, wobei ein Verstärker mit einem Ausgangsende der Brückenschaltung verbunden ist.
Katheter, der die eingebettete Sensorvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 12 umfasst.
System, das Folgendes umfasst: die Sensorvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 12; und eine Steuervorrichtung, mit der die Sensorvorrichtung verbunden ist.
System, das Folgendes umfasst: die Sensorvorrichtung nach Anspruch 14, wobei die Sensorvorrichtung und die Steuervorrichtung durch eine Drahtlosverbindung miteinander verbunden sind.