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Hintergrund
der Erfindung
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Gebiet der
Erfindung
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Die
Erfindung betrifft einen neuartigen Sensor zum Messen physiologischer
Variablen in einem menschlichen oder einem tierischen Körper. Insbesondere
betrifft sie einen drahtlosen Sensor mit einer Membran, die Elemente
aufweist, welche auf eine Resonanz hin reagieren.
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Beschreibung
des Standes der Technik
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Intravaskuläre Messungen
des Druckes, Flusses und der Temperatur mit Hilfe von an Führungsdrähten befestigten
Sensoren, wie sie in dem US-Patent Nr. 5,226,423, Tenerz, reissued
als Re. 35,648, offenbart sind, sind für die Gesundheitsindustrie
von besonderem Interesse und dienen als greifbare Beispiele von
Ausführungsformen
von Systemlösungen,
Vorrichtungsdesigns, Komponenten und Materialen, die bei der Verwirklichung
der Erfindung verwendet werden. Ein passives Sensorsystem, bei dem
Ultraschallenergie zum Einsatz kommt, ist in dem US-Patent Nr. 5,619,997
offenbart.
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Implantierbare
Vorrichtungen für
physiologische Messungen und für
Therapiezwecke sind über Jahrzehnte
hin verwendet worden, z.B. in Kombination mit Herzschrittmachern.
Diese Vorrichtungen besitzen ihre eigene Stromversorgung, sind relativ
voluminös
und erfordern einen chirurgischen Eingriff, bei dem sie in den Körper des
Patienten implantiert werden.
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Für kurzzeitige
diagnostische Verfahren, z.B. intravaskuläre Messungen des Druckes, des
Flusses und der Temperatur, werden gegenwärtig mikromechanische Sensorelemente
verwendet, am häufigsten
Siliziumvorrichtungen, die auf bekannten piezoresistiven, kapazitiven
oder glasfaseroptischen Prinzipien beruhen. Diese Vorrichtungen
liefern Information und Leistung entlang eines Führungsdrahtes über dünne optische
Fasern oder isolierte elektrische Leitungen. Der Führungsdraht
ist extrem klein, vorzugsweise mit einem Gesamtdurchmesser von nicht
mehr als 0,4 mm. Das Unterbringen von mehreren Drähten in
einem Führungsdraht
mit einer derart geringen Fläche
ist technologisch sehr schwierig und sehr kostenintensiv. Andere
Schwierigkeiten ergeben sich, einschließlich der Aufrechterhaltung
der strukturellen Integrität
und der mechanischen Eigenschaften des Führungsdrahtes, während gleichzeitig
innerhalb des Führungsdrahtes
die Leistung und die Informationsübertragungsmittel eingeschlossen
werden. Überdies gibt
es Schwachstellen in bezug auf die Sensorleistung (z.B. die Nullpunktstabilität) und die
mechanische Zuverlässigkeit
an den Verbindungspunkten zwischen dem Sensor und den Informations-
und Leistungsübertragungsdrähten.
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Ein
drahtloses System zum Aufnehmen des Augendruckes ist in den folgenden
Artikeln offenbart: „Passive
Silicon Transensor Intended for Biomedical, Remote pressure Monitoring" von Bäcklund,
Y. et al in Sensors and Actuators, A21–A23 (1990) 58–61, Elsevier
Sequoia; „A
System for Wirless Intra-ocular Pressure Measurements Using Silicon
Micromachined sensor" von
Rosengren, L. et al in J. Of Micromech. Microeng. 2 (1992) 202–204, IOP
Publishing Ltd.; und "A
system for Passive Pressure Implantable Pressure Sensors" von Rosengren, L.
et al in Sensors and Actuators A, 1994, Elsevier Sequoia.
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Das
in diesen Artikeln offenbarte drahtlose System weist eine elektromagnetische
Sensorvorrichtung vom Typ eines L-C Schaltkreises auf, die die Fähigkeit
besitzt, auf eine Anregung auf ein extern angelegtes elektromagnetisches
Feld hin in Resonanz zu geraten und die ihre Resonanzfrequenz auf eine
Druckänderung
hin ändert.
Der Sensor wird in das Auge implantiert/eingeführt und die Anregungsenergie
wird aufgebracht. Die Verschiebung der Resonanzfrequenz aufgrund
der auf die Vorrichtung ausgeübten
Druckänderung
wird aufgenommen.
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Die
voranstehend geschilderten Schwierigkeiten sollten nicht als abschließend aufgefasst
werden, sondern eher als einige von vielen betrachtet werden, die
die Nützlichkeit
der bekannten Vorrichtungen eher einschränken. Andere bemerkenswerte Probleme
mögen bestehen;
jedoch sollten die voranstehend Geschilderten ausreichend sein,
um zu demonstrieren, dass solche ältere Verfahren und Vorrichtungen
Gegenstand von wertvollen Verbesserungen sein können.
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Zusammenfassung
der Erfindung
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Es
ist deshalb entsprechend eine allgemeine Aufgabe der Erfindung,
ein Gerät
vorzusehen, das die zuvor beschriebenen Schwierigkeiten beseitigt oder
minimiert.
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Es
ist eine spezielle Aufgabe der Erfindung, eine Vorrichtung zum Messen
physiologischer Variablen vorzusehen, die Information drahtlos übertragen
kann.
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Es
ist eine weitere Aufgabe der Erfindung, eine Vorrichtung mit hoher
mechanischer Zuverlässigkeit
zum Messen physiologischer Variablen vorzusehen.
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Es
ist eine weitere Aufgabe, eine relativ kleine Vorrichtung zum Messen
physiologischer Variablen vorzusehen.
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Es
ist eine weitere Aufgabe, eine Vorrichtung zum Messen physiologischer
Variablen vorzusehen, die praktisch keine Schwachstellen besitzt.
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Es
ist eine weitere Aufgabe der Erfindung, eine Vorrichtung vorzusehen,
die kostengünstig
hergestellt werden kann.
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Es
ist eine weitere Aufgabe der Erfindung, ein System zum Messen physiologischer
Variablen in einem menschlichen oder einem tierischen Körper vorzusehen.
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Zum
Zwecke dieser Anmeldung schließt
ein „Resonanzsensor" eine beliebige Vorrichtung
ein, die die Fähigkeit
besitzt, bei einer bestimmten Frequenz durch Energie/Leistungsanregung
von einer externen Quelle in Resonanz zu geraten, d.h. ohne physikalischen
Kontakt zwischen der Quelle und der Vorrichtung, und die zusätzlich die
Fähigkeit
besitzt, ihre Resonanzfrequenz auf bestimmte Weise als Folge einer Änderung
einer physikalischen Variablen, wie z.B. Druck, Temperatur oder
Fluidfluss, derer die Vorrichtung ausgesetzt ist, zu ändern. Alternativ
kann der Gütefaktor
der in Resonanz geratenen Vorrichtung durch die Änderung verändert werden, was zu Detektionszwecken
verwendet werden kann.
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Eine
bevorzugte Ausführungsform
der Erfindung, die zumindest einige der voranstehenden Aufgaben
löst, umfasst
einen Führungsdraht
und ein Sensorelement, das an dem Führungsdraht angebracht ist,
wobei das Sensorelement keine Drähte zum Übertragen
oder Empfangen von Informationen besitzt. Ein bevorzugtes Verfahren
umfasst das Einführen
eines Führungsdrahtes
in einen Körper
eines Patienten; das Übertragen
von Wellen zu einem auf einem Führungsdraht
befestigten Sensor; das erneute Verteilen der Wellen, wobei das
erneute Verteilen eine Funktion der physiologischen Variable ist;
und das Empfangen der erneut verteilten Wellen.
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Zusätzliche
Aufgaben und Vorteile der Erfindung werden in der folgenden Beschreibung
erläutert,
und sind zum Teil durch die Beschreibung nahe gelegt oder erschließen sich
beim Umsetzen der Erfindung. Die Aufgaben und Vorteile der Erfindung können verwirklicht
und erhalten werden mit Hilfe der Instrumente und der Kombinationen,
auf die insbesonders in den beigefügten Ansprüchen hingewiesen wird.
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Kurze Beschreibung
der Zeichnungen
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Die
beigefügten
Zeichnungen, die hier enthalten sind und einen Teil der Beschreibung
bilden, stellen eine Anzahl von gegenwärtig bevorzugten Ausführungsformen
der Erfindung dar, und dienen zusammen mit der allgemeinen Beschreibung
der bevorzugten Ausführungsform
dazu, die Prinzipien der Erfindung zu erläutern.
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1 ist
eine schematische Übersicht über ein
System gemäß der vorliegenden
Erfindung;
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2a ist
eine schematische Ansicht eines Sensors und einer Führungsdrahteinheit
im allgemeinen;
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2b ist
ein Querschnitt entlang A-A in 2a;
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2c ist
ein Querschnitt entlang B-B in 2a;
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3a ist
eine Längsansicht
einer Ausführungsform
eines Sensors und einer Führungsdrahteinheit
gemäß der Erfindung;
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3b ist
eine Detailansicht einer Sensorbefestigungsstelle;
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4a ist
eine Längsansicht
einer weiteren Ausführungsform
eines Sensors und einer Führungsdrahteinheit
gemäß der Erfindung;
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4b ist
eine Detailansicht eines Teils eines Sensors und einer Führungsdrahteinheit
gemäß der Erfindung;
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5a ist
eine Längsansicht
einer noch weiteren Ausführungsform
eines Sensors und einer Führungsdrahteinheit
gemäß der Erfindung;
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5b ist
ein Querschnitt des am weitesten distal gelegenen Teils eines Sensors
und einer Führungsdrahteinheit
gemäß der Erfindung;
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6 ist
eine Längsansicht
einer noch weiteren Ausführungsform
eines Sensors und einer Führungsdrahteinheit
gemäß der Erfindung;
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7 ist
eine Längsansicht
einer noch weiteren Ausführungsform
eines Sensors und einer Führungsdrahteinheit
gemäß der Erfindung;
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8a–8e stellen
eine erste Ausführungsform
des Sensorelementes gemäß der Erfindung
dar;
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9 stellt
eine alternative Ausführungsform eines
Sensorelementes gemäß der Erfindung
dar;
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10a stellt eine weitere Ausführungsform eines Sensorelementes
gemäß der Erfindung
dar;
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10b zeigt ein Schwingungsmuster der Ausführungsform
der 10a;
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11a ist eine schematische Ansicht der mechanischen
Elemente einer akustisch gekoppelten Resonanzstruktur, und 11b ist eine schematische Ansicht einer elektromagnetisch
gekoppelten Resonanzstruktur;
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12a–12b zeigen ein Diagramm von einfallender und erneut
verteilter oder modulierter Leistung gemäß einer Ausführungsform
der Erfindung;
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13 ist
eine Seitenansicht einer Ausführungsform
des Sensors gemäß der Erfindung,
die zur permanenten oder vorrübergehenden
Implantation in einen menschlichen oder tierischen Körper ausgebildet
ist; und
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14 zeigt
eine Ausführungsform
des auf elektromagnetischer Resonanz basierenden Sensorelementes.
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Detaillierte
Beschreibung der bevorzugten Ausführungsformen
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Die
Erfindung ist in Anspruch 1 bestimmt.
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In 1 ist
ein System gemäß der vorliegenden
Erfindung, das allgemein mit dem Bezugszeichen 100 bezeichnet
ist, schematisch dargestellt.
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Es
weist einen Führungsdraht 102 auf,
der an seinem distalen Endabschnitt mit einem Resonanzsensor 104 versehen
ist. Der Resonanzsensor kann unterschiedlicher Art sein, was im
Anschluss erläutert
werden wird. Der Führungsdraht
und der Sensor wird, wie schematisch gezeigt ist, in den Körper eines
Patienten 106 eingeführt
oder implantiert. Ein Transducer 108 zum Emittieren einer
Anregungsenergie ist vorgesehen, wobei der Transducer vorzugsweise
sich in Körpernähe befindet,
und zwar in der Nähe
der Stelle, in der sich der Sensor 104 befindet, oder er
befindet sich selbst in Kontakt mit dem Körper und ist zum Sensorelement 104 derart
hingerichtet, dass eine emittierte Leistungswelle 109 (z.B.
eine elektromagnetische Welle oder Ultraschallwelle) auf das Sensorelement 104 auftrifft.
Die auf das Sensorelement einfallende Ultraschallleistung wird durch das
Sensorelement derart umverteilt oder moduliert, dass die Charakteristika
der Modulation der zu messenden Variable oder Variablen entspricht.
Die gestreute Ultraschallwelle 111 trägt so die Information über die
Messgröße und leitet
diese Information zurück
zum Transducer 108, der, wenn er im Aufnahmemodus betrieben
wird, ein Signal zurück
zu einer elektronischen Treib/Steuer- und Detektionseinheit 110 zur
Signalanalyse bringt, z.B. ein PC. Der Transducer 108 wird
typischerweise bei einer Frequenz von 0,1–10 MHz betrieben.
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Der
Transducer kann verschiedenartig sein, abhängig von der Art des verwendeten
Sensors 104. Falls der Sensor elektromagnetisch ist, d.h.
durch elektromagnetische Energie anregbar ist, kann der Transducer
derart sein, wie er in den Artikeln offenbart ist, die in der Erläuterung
des Standes der Technik erwähnt
wurden.
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Alternativ
kann der Sensor ein auf mechanische Weise in Resonanz zu bringender
Sensor sein, und in diesem Fall kann der Transducer ein Ultraschalltransducer
sein. Ein Beispiel eines solchen Transducers ist eine piezoresitive
Platte, die aus einem keramischen Material hergestellt ist, z.B.
Bleititanat-Zirkonat. Indem Spannungspulse an ein solches Material
angelegt werden, ergeben sich hieraus mechanische Deformationen,
die wiederum zur Aussendung von Ultraschallleistung führen. Umgekehrt funktioniert
ein solches Element ebenso als ein Empfänger für Ultraschallwellen. Die Transducer
sind aus dem Stand der Technik bekannt und gehören per se nicht zur Erfindung.
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Bei
einer bevorzugten Ausführungsform
ist der Sensor auf einem Führungsdraht
befestigt. Dieses Mittel des Einführens eines Sensors in einen
Körper
ist per se bekannt und ist nicht Teil der Erfindung. Das Vorsehen
eines Resonanzsensors von der durch die Erfindung in Betracht gezogenen
Art ist allerdings neu und erfinderisch und ermöglicht die drahtlose Detektion
von physikalischen Variablen, vorzugsweise physiologischen Variablen.
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Die
vorliegende Erfindung nutzt die Transmissionseigenschaften von menschlichen
oder tierischen Gewebe aus, um Leistung und Information zu übermitteln.
In der Tat kann Leistung und Information durch hartes oder weiches
Gewebe auf unterschiedliche Weise effizient übertragen werden, einschließlich durch
akustische und elektromagnetische Wellen. Die Erfindung macht von
dieser Eigenschaft dahingehend wirkungsvoll Gebrauch, dass die einfallende
Leistung einer akustischen oder elektromagnetischen Welle derart
umverteilt oder moduliert wird, dass die durch ein Sensorelement
aufgenommene Information durch externe Mittel zugänglich gemacht werden
kann. Insbesondere wird die Umverteilung oder Modulation der Leistung
durch ein oder mehrere Resonanzelemente durchgeführt, die eine gewisse Kopplungsstärke gegenüber der
einfallenden Welle zeigen. Die Eigenschaft dieser Resonatoren ist
es, die Information aufzunehmen und zu übertragen, die im Zusammenhang
mit den an dem Sensorort zu messenden physiologischen Variablen,
d.h. dem Druck, dem Fluss oder der Temperatur, stehen. Durch Umverteilen
oder Modulieren der Eingangsleistung wird so Information über die
zu messenden Variablen an das umgebende Medium weitergeleitet und
ist so von außen
her zugänglich.
Bei einer bevorzugten Ausführungsform
umfasst der Führungsdraht einen
Draht ohne Verbindungsstellen entlang seiner Länge. Dies ist in bezug auf
die Zuverlässigkeit
eine bevorzugte Lösung. Überdies
umfasst der Führungsdraht
Abschnitte mit unterschiedlicher Biegeelastizität, besonders mit maximaler
Elastizität
in der Nähe des
distalen Endes, um eine Gewebeperforation zu verhindern.
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Die
vorliegende Erfindung besitzt deutliche Vorteile verglichen mit
zuvor bekannten Vorrichtungen. Zunächst beseitigt sie die Notwendigkeit
einer mechanischen Verbindung zwischen dem Sensor und dem externen
Zubehör.
Zweitens minimiert ihre Verwendung in permanent implantierten Vorrichtungen
das Risiko der Verunreinigung und Infektion.
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Drittens
besitzt sie einen vereinfachten Aufbau und verbesserte mechanische
Eigenschaften. Viertens verringert sie die Herstellungskosten der Sensorführungseinheit.
Fünftens
bietet sie eine Verbesserung der Zuverlässigkeit des gesamten Systems
dadurch, dass Schwachstellen eliminiert werden.
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Bezugnehmend
nun auf die 2a ist ein Führungsdraht 202 mit
einem distalen Ende 224 und einem proximalen Ende 225 zu
sehen. Der Führungsdraht
besitzt vorzugsweise eine Länge
von zwischen 60 und 350 cm und einen Außendurchmesser von zwischen
0,3 und 1,5 mm, so dass er in gewöhnlichen Kathetern untergebracht
werden kann. Der Führungsdraht 202 ist
vorzugsweise aus einem Draht aus einem nicht korrosiven und biokompatiblen Material
aufgebaut, wie z.B. rostfreier Stahl, Titan, Gedächtnisformmetall, beispielsweise
NTINOL®,
Platin, Wolfram oder dergleichen.
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Der
Führungsdraht 202 besitzt
ebenso vorzugsweise eine maximale Biegeelastizität an oder in der Nähe seines
distalen Endes 224, 226. Um die maximale Biegeelastizität an dem
distalen Ende 224, 226 des Führungsdrahtes 202 zu
erzeugen, ist das distale Ende 224, 226 vorzugsweise
derart aufgebaut, dass es einen geringeren Querschnittsbereich als
das proximale Ende 225 besitzt, wie in den 2b und 2c,
Querschnitte A-A bzw. B-B, zu sehen ist. Die geeignete Biege- und Torsionselastizität ist notwendig,
um eine ordnungsgemäße mechanische
Funktionsweise des Führungsdrahtes 202 sicherzustellen,
während
er in den Körper,
z.B. durch gegabelte Blutgefäße, eingeführt wird.
Vorzugsweise erstreckt sich der Abschnitt mit der höchsten Biegeelastizität ungefähr 20 bis
30 mm von der Spitze des Führungsdrahtes 202.
Die Dicke des Führungsdrahtes 202 nimmt
anschließend
graduell zu, wie in 1a zu sehen ist.
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Wie
in 2a gezeigt ist, kann eine Spule 206 um
das distale Ende 224, 226 des Führungsdrahtes 202 gewickelt
sein, um die Festigkeit des Führungsdrahtes
zu erhöhen,
ohne dass die Biegeelastizität
des Führungsdrahtes 202 im
wesentlichen verringert wird.
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Der
Führungsdraht 202 besitzt
einen Schlitz 220, der sich ungefähr 30 bis 50 mm von der Spitze des
Führungsdrahtes
befindet. Der Schlitz 220 besitzt vorzugsweise eine Länge von
ungefähr
1 bis 2 mm und eine Breite von ungefähr 50 bis 250 μm. Der Schlitz 220 enthält das Sensorelement 210.
Das Sensorelement 210 ist fest in dem Schlitz 220 befestigt, wie
im Querschnitt B-B zu sehen ist, z.B. mit oder ohne einem Haftmittel.
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3a ist
eine erste bevorzugte Ausführungsform
des Sensors und der Führungsdrahteinheit 300 gemäß der Erfindung.
Sie weist einen Draht 302 aus einem nicht korrosiven und
biokompatiblen Material auf, wie z.B. rostfreier Stahl, Titan, NITENOL®,
Platin oder Wolfram, und zwar mit einer maximalen Biegeelastizität in der
Nähe des
distalen Endes 304. Wie anhand der Figur zu sehen ist,
ist die Dicke des Drahtes 302 über den größten Teil seiner Länge vom
proximalen zum distalen Ende hin gleichmäßig, aber ungefähr 30 bis
35 cm vom distalen Ende besitzt er einen verringerten Durchmesser,
um so seine Elastizität
zu erhöhen.
Vorzugsweise wird die Verringerung des Durchmessers dadurch erhalten,
dass der größte Teil
der Verringerung über
einen eher kurzen Abstand vorgesehen wird, z.B. 1 bis 5 cm, wie
bei 312 in der Figur angedeutet ist, und anschließend der
Durchmesser entlang der nächsten 30
cm oder so, wie bei 314 angezeigt ist, weiter graduell
bzw. stufenweise verringert wird.
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Dieser
Abschnitt des Führungsdrahtes
mit dem verringerten Durchmesser ist von einer Spule 306 umschlossen,
die bei einer bevorzugten Ausführungsform
dazu verwendet wird, den gleichen Außendurchmesser über die
gesamte Länge
des Führungsdrahtes
beizubehalten, während
eine hohe Biegeelastizität
erhalten bleibt. Diese Spule dient ebenso als eine Art „Walzenlager" innerhalb eines
Gefäßes, nämlich dahingehend,
dass die Spule an den Innenwänden
eines Gefäßes zu liegen
kommt, während
der Kerndraht drehbar ist. Die Spule 306 wird durch Löten oder
Kleben, oder möglicherweise
durch Aufwickeln auf den Führungsdraht
angebracht. Alternativ ist in Betracht gezogen worden, eine Hülse oder einen
Schlauch aus einem Polymermaterial zu verwenden, der einen Kerndraht
umschließt,
welcher aus einem Gedächtnisformmetall
hergestellt ist.
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Nach
dem 30 cm langen Abschnitt mit verringertem Durchmesser und dabei
erhöhter
Elastizität ist
ein dickerer Abschnitt 316 vorgesehen. Die Dicke nimmt
nicht abrupt zu, sondern es ist ein konisch zulaufender Abschnitt 317 vorgesehen.
Dieser dickere Abschnitt bildet die Befestigungsstelle 318 für einen Resonanzsensor 310.
Bei dieser Ausführungsform besitzt
der Befestigungsabschnitt 316 einen Durchmesser, der geringfügig kleiner
als der des Drahtes 302 an dem proximalen Teil ist, um
so zu gewährleisten,
dass die Spule 306 den Befestigungsabschnitt 316 teilweise über seine
Länge umschließen kann. Der
Befestigungsabschnitt 316 ist mit einem Schlitz 320 versehen,
in dem sich der Sensor 302 befindet und durch Kleben, Verbinden
oder Löten
oder andere geeignete Mittel, die diejenigen Erfordernisse zur Lösung der
Aufgabe der Erfindung erfüllen,
angebracht ist. Der Schlitz wird vorzugsweise durch Funkenerosion
hergestellt. Die Spule 306 bedeckt, wie zuvor angedeutet
wurde, lediglich einen Teil des Befestigungsabschnittes 316 und
hinterlässt
eine Öffnung 322,
durch die der Sensor 302 für das umgebende Medium, z.B.
Blut oder Körperfluide
zugänglich
ist, und der dabei auf Änderungen
der Umgebung reagiert.
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Das
distale Ende 324 des Befestigungsabschnittes 316 besitzt
wiederum einen verringerten Durchmesser, so dass die äußerste Spitze
des Drahtes lediglich 10 bis 20% des nominalen Durchmessers des
Drahtes beträgt.
Die äußerste Spitze
ist in einer Endkappe 326 verankert. Der Teil, der sich
von der Stelle erstreckt, bei der der Durchmesser des Befestigungsabschnittes 316 beginnt
geringer zu werden, ist von einer Spule 328 ähnlich der
Spule 326 umschlossen.
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In 3b ist
eine alternative Ausführungsform
der Befestigungsstelle für
den Sensor 310 gezeigt. Hier weist der Schlitz 320 eine
weitere Aussparung 326 auf, so dass eine Art „Ablage" 328 gebildet wird,
auf der der Sensor 310 befestigt ist, wobei der Sensor
von der Ablage 328 über
den ausgesparten Teil 326 freitragend ist. Diese Alternative
ist ebenso auf die Ausführungsform
des Sensors und der Führungsdrahteinheit,
die in 4 gezeigt und im Anschluss
beschrieben werden, anwendbar.
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In 4a ist
eine alternative Ausführungsform
offenbart, die in den Hauptelementen derjenigen der 3a entspricht.
Auf diese Weise ist ein Draht 402 vorgesehen, der eine
erhöhte
Biegeelastizität
in der Nähe
des distalen Endes 404 besitzt, was durch eine Durchmesserverringerung
bei 412 und anschließend
graduell über
einen Abstand erzielt wird. Es ist ebenso ein Sensorbefestigungsabschnitt 416 mit
einer Aussparung 420 vorgesehen, in der sich ein Sensor 410 befindet.
An der distalen Verlängerung
ist diese Ausführungsform
praktisch identisch zu derjenigen der 3a.
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Es
gibt jedoch einen wichtigen Unterschied dahingehend, dass der Befestigungsabschnitt 416 dicker
als der in der Ausführungsform
der 3a ist. Der Durchmesser des Befestigungsabschnittes 416 entspricht
im wesentlichen dem nominalen Durchmesser des Drahtes 402.
Deshalb ist keine Spule 406 vorgesehen, um so den Befestigungsabschnitt zu
bedecken, ist aber lediglich durch Kleben, Löten oder Aufwickeln an dem
konisch zulaufenden Abschnitt 417 angebracht.
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Bei
dieser Ausführungsform
kann die Aussparung 420 tiefer sein, und falls sie hinreichend schmal
ist, so bietet sie einen angemessenen Schutz für den Sensor, ohne dass eine
Schutzabdeckung von Nöten
wäre.
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Bei
dieser Ausführungsform
kann das Anbringen der Spule 406 erschwert sein, wie in 4a gezeigt
ist. In 4b ist deshalb ein alternatives
Design gezeigt, bei der der Kerndraht einen kleineren Durchmesser
und der dickere Abschnitt 416 so einen größeren Durchmesser
besitzt. Die Spule wird über den
Kerndraht gezogen und anschließend
wird der Draht in einen proximalen Schlauch 430 eingeführt. Wie
gezeigt kann sich der Draht 402 lediglich über einen
geringen Abstand in den Schlauch 430 erstrecken. Er kann
sich jedoch genauso gut bis zum proximalen Ende des Führungsdrahtes
erstrecken. Diese Ausführungsform
des proximalen Abschnittes ist ebenso auf andere Ausführungsformen
der hierin offenbarten Einheit anwendbar.
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In 5a ist
eine weitere Ausführungsform des
Sensors und der Führungsdrahteinheit 500 gezeigt.
Sie weist ebenso einen Draht 502 mit einem distalen Abschnitt
mit höherer
Elastizität
auf. Diese wird durch einen ersten, relativ kurzen (1–5 cm),
konisch zulaufenden Abschnitt 512 sichergestellt, der in einen
dünneren
Abschnitt 514 mündet
und graduell über
einen Abstand von ungefähr
35 cm dünner
wird und letztendlich in einer Endkappe 526 verankert wird.
Anstelle des Vorsehens eines dickeren Befestigungsabschnittes, wie
in den Ausführungsformen
der 3 und 4,
wird ein Sensor 510 einfach auf den dünnen Abschnitt 514 des
Drahtes 502 befestigt, aber an der gleichen Längsposition.
Der Sensor 510 wird durch einen Schutzschlauch 530 geschützt, der eine
Aussparung 532 besitzt, durch den das Medium, welches auf
den Sensor 510 einwirkt, Zugang hat.
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Ebenso
ist bei dieser Ausführungsform
eine Spule 506 vorgesehen, die den konisch zulaufenden Teil 512 und
den dünneren
Abschnitt 515 bedeckt, um so eine maximale Festigkeit vorzusehen,
während
eine hohe Biegeelastizität
beibehalten wird. Die Spule ist an dem Schlauch 530 an
seinen Enden durch Löten,
Kleben oder Aufwickeln oder ein anderes geeignetes Verfahren angebracht.
Auf diese Weise bedeckt die Spule 506 nicht den Schlauch 530, sondern
ist eher mit diesem verbunden. Eine Spule 528 ist ebenso
an der distalen Seite des Schlauches vorgesehen.
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In 5b ist
eine alternative Verankerungsmöglichkeit
des Drahtes in der distalen Endkappe 526 gezeigt. Sie weist
einen hakenförmigen
Aufbau 503 auf, der an der Spitze 527 des Drahtes 502 angelötet ist.
Dieses alternative Verankerungsprinzip ist ebenso auf sämtliche
hierin offenbarten Ausführungsformen
anwendbar.
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6 stellt
eine weitere Ausführungsform dar,
die hinsichtlich des Designs ähnlich
der Ausführungsform
der 5 ist, außer dass der Sensor 610 nicht
von einem Schlauch geschützt
wird. Stattdessen ist eine Spule 606 über den gesamten dünneren Abschnitt 614 des
Drahtes vorgesehen. Der Sensor 610 ist auf dem dünnen Bereich 614 des
Drahtes befestigt, und die Zugänglichkeit
zu dem umgebenden Medium wird dadurch erzielt, dass die Wicklungen der
Spule zueinander beabstandet sind.
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In 7 ist
eine Ausführungsform
eines Sensors und einer Führungsdrahteinheit
gezeigt, bei der der Sensor 710 auf einem dünneren Bereich 714 des
Drahtes 702 befestigt ist, und die gesamte Einheit in einem
Polymer eingebettet ist, die so die Außenoberfläche des Führungsdrahtes bildet.
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Wie
angedeutet sollte es offensichtlich sein, dass verschiedene Variationen
der Komponenten oder Funktionen der dargestellten Ausführungsformen
zwischen sämtlichen
Einheiten, wie sie in den 3 bis 7 dargestellt
sind, austauschbar sind.
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Das
Bearbeiten von Drähten
und Schläuchen
zu erwünschten
Formen und Strukturen wird vorzugsweise durch Funkenerosion erzielt,
obwohl Ätzen
oder möglicherweise
photolithographische Verfahren ebenso verwendet werden können.
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Es
ist offensichtlich, dass eine beliebige Art von Resonanzsensor gemäß der voranstehend
gegebenen Definition zum Einsatz kommen kann, solange wie die erwünschte Funktionalität erhalten bleibt.
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Ein
solcher Sensor aus dem Stand der Technik, der in dem System gemäß der vorliegenden
Erfindung zum Einsatz kommen kann, ist in der US-5,808,210 und der
US-5,747,705 (W. R. Herb et al) offenbart.
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Im
Anschluss werden detaillierte Beschreibungen einiger Beispiele anderer
möglicher
Sensoren, die in dem System und dem Verfahren der Erfindung verwendet
werden können,
unter Bezugnahme auf die 8a bis
e gegeben.
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Eine
bevorzugte Ausführungsform
eines Sensorelementes 800 gemäß der Erfindung ist in den 8a bis 8e gezeigt.
Das Sensorelement 800 der 8a bis 8e reagiert
auf Druck. 8a entspricht einer perspektivischen
Ansicht des Sensorelementes 800. Die 8b und 8c zeigen
einen Querschnitt des Sensorelementes 800 einschließlich eines
Querschnittes eines Trägerelementes 836,
und zwar ohne bzw. mit Druck, der auf das Element ausgeübt wird.
Die 8d und 8e zeigen
einen weiteren Querschnitt des Sensorelementes 800 einschließlich eines
Querschnittes eines weiteren Trägerelementes 838,
und zwar ohne bzw. mit Druck, der auf das Element ausgeübt wird.
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Das
Sensorelement 800 weist vorzugsweise einen Siliziumchip
auf. Das Sensorelement 800 sollte für den speziellen Zweck des
Modulierens oder Umverteilens der einfallenden Leistung einer akustischen
oder elektromagnetischen Welle ausgestaltet und hergestellt sein. Überdies
sollte das Sensorelement 800 Zugang und Bestimmung einer
von mehreren Variablen, z.B. Temperatur, Druck oder Fluss, unter
Verwendung einer Vorrichtung außerhalb
des Körpers,
d.h. außerhalb
des menschlichen oder tierischen Gewebes ermöglichen. Ein vorteilhafter
einfacher akustischer Modulator weist einen mechanischen Resonator
auf, der ein elastisches Federelement kombiniert mit einem Masseelement
verwendet. Das Federelement weist vorzugsweise eine dünne Siliziummembran 816 auf,
die einen Hohlraum 820 bestimmt.
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Die
obere Oberfläche
des Siliziumchips besitzt eine dünne
Membran 816 und zwei Trägerelemente 836, 838.
Die Trägerelemente 836, 838 sind über Aufhängungen 840a bis
d an zwei Punkten für jedes
Trägerelement 836, 838 an
der Membran angebracht. Das Siliziumsubstrat und die Membran umschließen einen
Hohlraum 820, um einen Referenzdruck für das Druckerfassungselement
bzw. Drucksensorelement 800 zu bestimmen. Der Hohlraum 820 ist
evakuiert und hermetisch abgedichtet, wodurch dem Sensorelement 800 ermöglicht wird,
einen absoluten Druck zu messen.
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Das
Sensorelement 800 ist vorzugsweise 0,15 × 0,15 × 0,10 mm
groß und
besteht vorteilhafterweise größtenteils
aus einem Siliziumchip, der aus einem vollständigen Waver durch Batchbearbeitung hergestellt
ist. Der Chip wird unter Verwendung von Verfahren hergestellt, die
allgemein als Mikrobearbeitung von Siliziumoberflächen bekannt
sind, einschließlich
der Lithographie, der Materialabscheidung, Ätzen oder dergleichen.
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Die
Membran 816 besitzt vorzugsweise eine Dicke von 1 bis 2 μm und seitliche
Abmessungen von 100 × 100 μm. Die Trägerelemente 836, 838 sind
vorzugsweise dünne,
schmale Polysiliziumstrukturen, die einer Dehnung ausgesetzt wurden, welche
bei der Abscheidung gesteuert werden kann. Die Trägerelemente 836, 838 sind
vorzugsweise 0,5 bis 1 μm dick,
1 bis 3 μm
breit und 30 bis 50 μm
lang.
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Wie
in den 8c und 8e zu
sehen ist, nimmt die Dehnung der Trägerelemente 836, 838 bei Ausübung eines
Druckes ab bzw. zu aufgrund der Positionen der Aufhängungen 840a bis 840d und
der charakteristischen Biegebewegung der Membran 816. Die
charakteristische Biegebewegung der Membran 816 resultiert
aus dem Druckunterschied, ΔP, über der
Membran 816.
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Die
Trägerelemente 836, 838 bestimmen mechanische,
in Resonanz kommende Elemente bzw. mechanische Resonanzelemente.
Die Resonanzfrequenz eines jeden Trägerelements 836, 838 wird
durch seine Dehnung bestimmt, quasi analog zur Saite einer Geige.
Wie in 8c zu sehen ist, nimmt die Zugspannung
auf das Trägerelement 836 beim
Ausüben
eines Druckes ab, was zu einer verringerten Resonanzfrequenz führt. Eine
gegenteilige Beziehung ergibt sich für das Trägerelement 838. Der
Gütefaktor
der Resonanzfrequenzen kann sehr hoch sein, da die Schwingungen
in Vakuum auftreten.
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Falls
die Membran 816 periodischen Druckschwankungen einer einfallenden
Ultraschallwelle ausgesetzt wird, wie voranstehend beschrieben wurde,
schwingt die Membran 20 bei der gleichen Frequenz. Falls
diese Frequenz sehr nahe an der Resonanzfrequenz des Trägerelementes 836 oder 838 liegt,
werden anhaltende Oszillationen hoher Amplitude im Träger 836 oder 838 induziert.
Falls die einfallende Ultraschallleistung abrupt aufhört, gehen
die Oszillationen weiter und fallen mit einer Rate ab, die durch
den Gütefaktor
des Trägerresonators
bestimmt ist. Der Trägerresonator
ist ebenso mit der Membran 816 gekoppelt, die mit dem umgebenden
Gewebe verbunden ist, und so werden die Trägeroszillationen im gewissen
Maße als
Ultraschallleistung ausgestrahlt. Folglich ist es möglich, die
Trägeroszillationen an
einer Stelle zu detektieren, die entfernt von dem Sensorelement 800 ist.
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Entsprechend
können
die Trägerelemente 836, 838 als
vorläufige
Speicherelemente akustischer Leistung angesehen werden. Werden sie
bei einer Frequenz in der Nähe
der freien Oszillationsfrequenz oder der Resonanzfrequenz angeregt,
wird Energie gespeichert. Die Speicherkapazität wird durch den Gütefaktor
bestimmt, und das gleiche gilt für
die Dissipationsrate, nachdem die externe Ultraschallquelle unterbrochen
worden ist. In dem Sensorelement der 8 ist
die Druckinformation als Frequenz kodiert, da die Resonanzfrequenz
der Trägerelemente 836, 838 eine
Funktion des Druckes ist. Der Gütefaktor
Q kann, eher als die Frequenz, ebenso als der Informationsträger verwendet
werden.
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Bei
einer weiteren Ausführungsform
besitzen die Trägerelemente 836, 838 unterschiedliche
Resonanzfrequenzen. Unterschiedliche Transducer mit unterschiedlichen
Betriebsfrequenzen können
deshalb dazu verwendet werden, die Trägerelemente 836, 838 anzuregen.
Ein Vorteil dieser Anordnung ist ein sich daraus ergebender höherer Ausgabesignalpegel
und Empfindlichkeit aufgrund von zwei durchgeführten Messungen anstellt von
nur einer einzelnen Messung. Ein weiterer Vorteil ist derjenige,
dass ein gemeinsamer unerwünschter
Faktor die gleiche verringerte Wirkung auf die Leistungsfähigkeit
des Systems besitzt. Ein solcher nachteiliger Faktor, in einigen
Beispielen, ist die Temperatur. Die Temperatur kann einen negativen
Einfluss auf das System haben, z.B. wenn die Vorrichtung bei Zimmertemperatur
kalibriert wurde, die Messungen aber bei Körpertemperatur vorgenommen
werden. Entsprechend ist es notwendig, die Temperaturverschiebung
der Drucksensorelemente 800 zu kompensieren. Die Kompensation
ist einfach, wenn das Sensorelement 800 zwei Trägerelemente 836, 838 besitzt,
die entgegengesetzte Empfindlichkeiten besitzen.
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Eine
weitere Ausführungsform
des Sensorelementes 800 umfasst ein Trägerelement, das eine relativ
konstante Dehnung besitzt, selbst wenn die Membran 816 verformt
ist. Ein Trägerelement
entsprechend dieser Anordnung ist gegenüber Druck unempfindlich. Die
Resonanzfrequenz eines solchen Trägerelementes ist eine Funktion
der Temperatur, die von einem endlichen Unterschied des Temperaturkoeffizienten
der Expansion zwischen den Materialien herrührt, die für den Aufbau der Membran und der
Trägerelemente
verwendet werden. Z.B. kann die Membran aus einkristallinem Silizium
und der Träger aus
polykristallinem Silizium hergestellt sein, was ein Differential
des Temperaturkoeffizienten der Expansion erzeugt. Es ist deshalb
möglich,
das Sensorelement 800 dazu zu verwenden, um den Druck oder
die Temperatur oder beides zu messen, indem das Sensorelement 800 auf
geeignete Weise ausgestaltet wird. Es ist ebenso möglich, den
gleichen Sensor 800 dazu zu verwenden, den Fluss basierend
auf den Prinzipien des Wärmeausgleichs
zu messen.
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Eine
weitere Ausführungsform
des Sensorelementes 800 ist in 9 gezeigt.
Das Sensorelement 900 besitzt eine Membran 916 und
ein Trägerelement 942,
das an der Membran 916 durch Aufhängungen 944a, 944b angebracht
ist. Das Trägerelement 942 der 9 funktioniert
auf andere Weise verglichen mit den Trägerelementen 836, 838 der 8, bei denen die Resonanzfrequenz eine
Funktion der Dehnung der Trägerelemente 836, 838 ist. Das
Trägerelement 942 der 9 besitzt
andererseits einen rechtwinkligen Querschnitt mit einem Verhältnis von
Breite zu Dicke von vorzugsweise 5 oder mehr. Das Trägerelement 942 ist
im allgemeinen zu einer „S"-Form gebildet, d.h.
einer mehr oder weniger gekrümmten
Linie zwischen den Aufhängungen
folgend, und dabei wird das Trägerelement 942 einer Torsionsdehnung
ausgesetzt, wenn die Membran einem äußeren Druck ausgesetzt wird.
Diese Eigenschaft wiederum führt
zu einer Druckabhängigkeit der
resonanten Torsionsschwingungen. Ein Vorteil des Sensorelementes 800 der 0 gegenüber dem Sensorelement 800 der 8 ist derjenige, dass keine interne Dehnung
erforderlich ist, um als druckabhängiger Resonator betrieben
zu werden. Sonst funktioniert das Trägerelement 942 auf
die gleiche Weise wie die Trägerelemente 836, 838.
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Weitere
Sensorstrukturen und deren Herstellung, die zum Zwecke dieser Erfindung
verwendbar sind, sind in der US-Patentanmeldung
mit der Nummer 09/219,794 offenbart, die auf den gleichen Rechtsnachfolger
der vorliegenden Anmeldung übertragen
wurde und am gleichen Tag angemeldet wurde.
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Eine
weitere Ausführungsform
der Erfindung ist in 10a gezeigt. Die 10b zeigt eine bestimmte Schwingungsmode 1048 eines
Versteifungselementes 1046. In 10a besitzt
das Drucksensorelement 1000 eine Membran 1016 wie
in den Ausführungsformen
der 8 und 9. Die Membran 1016 enthält ein Versteifungselement 1046,
das vorzugsweise aus einem Bereich mit erhöhter Membrandicke besteht.
Bei einer bevorzugten Ausführungsform
besitzt das Element 1046 eine Trapezform, um eine besondere
Schwingungsmode 1048 der Membran zu verstärken, wie
in 10b gezeigt ist, und um diese besondere
Resonanzfrequenz empfindlich gegenüber Druckschwankungen zu machen,
was wiederum analog zu den voranstehenden Abhängigkeiten in bezug auf die 8 und 9 ist. Die
Schwingungsmode 1048 entspricht einer Resonanzfrequenz
zweiter Ordnung, die ebenso durch Ultraschallwellen angeregt werden
kann, welche auf die Membran 1016 auftreffen. Ein Vorteil
der Ausführungsform
der 10a ist derjenige, dass keine
getrennten Trägerelemente
erforderlich sind, um einen druckabhängigen Resonator zu erzeugen.
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11 zeigt zwei schematische Zeichnungen
oder Schaltkreisdiagramme von Resonatorstrukturen. Ein mechanisches
Resonatornetzwerk ist in 11a gezeigt
und weist zwei gekoppelte Resonatoren auf, die zwei Massefederpaare
besitzt, welche durch die Massen M1, M2 und die Federkonstanten k1,
k2 charakterisiert sind. Bezugnehmend auf die 9 entspricht
einer der Resonatoren dem Trägerelement 942 und
der andere Resonator entspricht der Blende 916. Das Trägerelement 942 ist
durch seine Torsionsfederkonstante und sein Trägheitsmoment gegenüber einer
Torsionsbewegung gekennzeichnet. Die Membran 916 ist durch
ihre Masse und ihre Biegefestigkeit charakterisiert. Entsprechend den
Grundlagen von Schwingungssystemen zweiter Ordnung besitzt ein mechanischer
Resonator der Masse M und der Federkonstante k eine Resonanzfrequenz
fom, die bestimmt ist durch fom =
1/2p·(k/M)1/2 (1).
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Zwei
schwach gekoppelte Resonatoren, die bei unterschiedlichen Frequenzen
arbeiten, können als
gegenseitig unabhängige
Elemente behandelt werden, was einen möglichen Betriebsmodus für das Sensorelement 900 der 9 entspricht.
Es ist bevorzugt, die Masse und Steifigkeit der Membran 916 derart
einzustellen, dass ihre Resonanzfrequenz deutlich höher als
die Resonanzfrequenz des Trägers 942 ist.
Auf diese Weise ist die gegenseitige Abhängigkeit der Resonanzen minimal.
Die Membran 916 arbeitet in ihrem flachen Frequenzbereich
und die resonanten Oszillatoren hängen nur von dem druckempfindlichen
Trägerelement 942 ab.
In einigen Fällen
ist es jedoch vorteilhaft, die entgegengesetzte Bedingung zu verwenden,
z.B. um die Leistungsübertragung
zu und von dem Resonator zu optimieren. Z.B., falls die gemessene
Variable als der Gütefaktor Q
von einem der Resonatoren kodiert ist, ist es vorteilhaft, zwei
stark gekoppelte Resonatoren zu verwenden, die bei gleichen oder
nahezu gleichen Frequenzen arbeiten. Für Temperaturmessungen ist es vorteilhaft,
den Gütefaktor
Q als den informationstragenden Parameter zu verwenden, da der Gütefaktor Q
sehr oft stark von der Temperatur abhängig ist.
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Eine
Ausführungsform
des Sensorelementes 900, bei dem elektromagnetische Resonatoren
verwendet werden, ist in der 11b gezeigt.
Die elektromagnetischen Resonatoren bestehen aus einem L-C Netzwerk
mit zwei Kondensatoren C1, C2 und zwei Induktoren L1, L2. Diese
Anordnung ist vollständig
analog zu einer mechanischen Resonatorstruktur. Die entsprechende
Resonanzfrequenz foe für einen L-C Resonator ist foe =
1/2p·(1/LC)1/2 (2).
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Die
Kapazität
C eines parallelen Plattenkondensators ist C = Aee0/d (3),wobei A
die Fläche
der Platte, ee0 die Permittivität und d
der Plattenabstand ist. Falls eine der Kondensatorplatten eine Membran
von der in den 3 und 4 gezeigten
Art ist, dann verursacht ihre druckinduzierte Verbiegung eine Änderung
der Kapazität,
was wiederum eine Änderung
der Resonanzfrequenz foe erzeugt. Entsprechend
reagiert ein Drucksensorelement mit einem oder zwei L-C elektromagnetischen Resonatoren
auf Druck analog zu dem zuvor genannten mechanischen Resonator.
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Bei
der elektromagnetischen Ausführungsform,
die in 11b gezeigt ist, sind die beiden
L-C Resonatoren gegenseitig gekoppelt, was analog zu den Resonatoren
M1k1 und M2k2 der 6a ist. Des weiteren
ist eine gewisse Kopplung an das Umgebungsmedium notwendig, um so
sicherzustellen, dass die einfallenden elektromagnetischen Wellen Oszillationen
in dem L-C Resonator induzieren, die die Information über die
zu messende physiologische Variable tragen. Ebenso ist eine gewisse
Kopplung notwendig, um eine Detektion der freien, andauernden Oszillationen
des Resonators über
externe Mittel zu ermöglichen,
nachdem die einfallende elektromagnetische Welle aufgehört hat.
In 11b koppelt eine Antenne 1150 das L-C
Netzwerk mit dem Umgebungsmedium.
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Sowohl
in den mechanischen als auch in den elektromagnetischen Anordnungen
muss mindestens einer der Resonatoren einen hohen Gütefaktor Q
besitzen. Andererseits wäre
es nicht möglich,
die freien Oszillationen wegen der Interferenz der gestreuten und
reflektierten Wellen der ersten Einfallswelle zu detektieren. In
der Praxis beträgt
der Gütefaktor
Q größer als
10. In Systemen mit hohem Leistungsvermögen beträgt der Gütefaktor vorzugsweise ungefähr 100.
Höhere
Q Faktoren können
einfacher in mechanischen Resonatoren, die in Vakuum betrieben werden,
als in elektromagnetischen verwirklicht werden. Akustische und mechanische
Implementierungen des Systems sind deshalb bei Anwendungen bevorzugt,
die Systeme mit hohem Leistungsvermögen erfordern.
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Typische
Wellenformen für
die Anregung und die Detektion sind in den 12a bzw. 12b gezeigt. Die Anregungswellenform besteht aus
einer Gruppe sinusförmiger
Wellen. Bei einem akustischen/mechanischen System beträgt die bevorzugte Anregungsfrequenz
1 MHz, und die Gruppe besteht aus 10 bis 1000 Perioden, abhängig von
dem Gütefaktor
Q des Resonators. Eine große
Anzahl von Perioden ist eher erwünscht,
wenn der Gütefaktor
Q hoch ist, da eine größere Oszillationsamplitude
induziert wird. Die 12b stellt einen solchen Aufbau der
Oszillationen dar. Falls die externe Leistungsquelle, die die Anregung
bewirkt, abgeschaltet wird, wird Leistung von dem Resonator emittiert
und fällt mit
einer Rate ab, die ebenso durch den Gütefaktor Q bestimmt ist. Die
Frequenz der freien Oszillationen f0 ist
gleich der Resonanzfrequenz des Resonators. Diese Oszillationen
sind von außerhalb
detektierbar, da die Leistung teilweise als Folge der Kopplung zwischen
dem Resonator und dem Umgebungsmedium abgestrahlt wird.
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Im
Anschluss an die Gruppe der sinusförmigen Wellen gemäß der 12 schließt sich eine Ruheperiode an,
bis die nächste
Gruppe folgt. Die Ruheperioden sind vorzugsweise länger als
die Gruppendauer.
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Eine
weitere Ausführungsform
des Sensors und der Führungsdrahteinheit
ist in 13 gezeigt. Diese Ausführungsform
wird in Situationen bevorzugt, in denen das Sensorelement 1300 permanent oder
vorrübergehend
in den Körper
des Patienten implantiert wird. Das Sensorelement 1300 kann
in dem Patienten langfristig eingesetzt werden, z.B. um den intrakranialen,
den intrauterinen oder den intraurinaren Druck zu überwachen.
Für längerfristige
Anwendungen wird das Sensorelement 1300 permanent an ein
rohrförmiges
Element 1352 angebracht, das vorrübergehend den Führungsdraht 1310 umschließt. Die
Ausführungsform
umfasst ebenso einen Katheter 1354 mit einem relativ großen Innendurchmesser, um
sowohl einen dünneren
Katheter 1356 und das rohrförmige Element 1352 zu
umschließen,
der das Sensorelement 1300, den Führungsdraht 1310 und die
fixierenden Federelemente 1358 umfasst. Die fixierenden
Federelemente 1358 sind permanent an dem rohrförmigen Element 1352 angebracht.
Der dünnere
Katheter 1356 umschließt
ebenso den Führungsdraht 1310,
aber sein Innendurchmesser reicht vorzugsweise nicht aus, das rohrförmige Element 1352 zu
umschließen.
Falls der Führungsdraht 1310 entnommen
wird (nach links in 13), wird das rohrförmige Elemente,
das den Sensor 1300 enthält, gelöst und an Ort und Stelle zurückgelassen.
Die fixierenden Elemente 1358, die vorzugsweise Federdrähte aufweisen,
halten das rohrförmige
Element 1352 in einer fixierten radialen Position gegen
beispielsweise die Wände
einer Fluidkammer des Körpers,
z.B. eines intrakranialen Hohlraumes, des Uterus oder der Harnblase.
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In 14 ist
eine Ausführungsform
eines Sensors gezeigt, der eine elektromagnetische Resonanz zeigt.
Er weist ein Siliziumsubstrat 1402 auf, auf dem eine isolierende
erste Schicht 1404 aus Siliziumdioxid vorgesehen ist. Auf
deren Oberseite befindet sich eine zweite Schicht 1406 aus
z.B. Silizium, die durch direktes Bondieren aufgetragen werden kann. In
der zweiten Schicht ist ein Hohlraum 1410 gebildet worden,
so dass eine dünne
Membran 1408 gebildet wird, die den Hohlraum bedeckt, welcher
evakuiert ist. Diese Membran 1408 und das Substrat 1402 bilden
Elemente eines parallelen Plattenkondensators. Falls die Membran
einem Druck ausgesetzt wird, wird sie ausgelenkt, was so eine Änderung
der Kapazität des
Kondensators bewirkt. Um den L-C Schaltkreis zu vervollständigen,
wird ein Induktor 1412 quer über die Platten verbunden,
d.h. dem Substrat 1402 und der Membran 1408.
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Zusätzliche
Vorteile und Modifikationen erschliessen sich dem Fachmann. Deshalb
ist die Erfindung in ihrem weiteren Sinne nicht auf die spezifischen
Details und die repräsentativen
Vorrichtungen, die hierin gezeigt und beschrieben wurden, beschränkt. Entsprechend
können
verschiedene Modifikationen vorgenommen werden, ohne den Bereich des
allgemeinen erfinderischen Konzeptes zu verlassen, wie er durch
die beigefügten
Ansprüche
und ihre Äquivalente
bestimmt ist.