JP2006204378A

JP2006204378A - カテーテル用圧力センサ

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Publication number: JP2006204378A
Application number: JP2005017463A
Authority: JP
Inventors: Seiji Motojima; 栖二元島; Kenji Kawabe; 憲次河邊; Nobumasa Tsutsui; 宣政筒井
Original assignee: Gifu University NUC; CMC Technology Development Co Ltd; Tokai Medical Products Inc
Current assignee: Gifu University NUC; CMC Technology Development Co Ltd; Tokai Medical Products Inc
Priority date: 2005-01-25
Filing date: 2005-01-25
Publication date: 2006-08-10
Anticipated expiration: 2025-01-25
Also published as: JP4627661B2

Abstract

【課題】カテーテルに加わる圧力を感度良く検出することができるカテーテル用圧力センサを提供する。
【解決手段】カテーテル用圧力センサ１０は、コイル状炭素繊維が弾性材料に分散されて構成され、分散状態のコイル状炭素繊維によって外圧が検出されるように構成されたている。コイル状炭素繊維は、長さが９０〜１５０μｍ、コイルの直径が０．１〜１０μｍであることが好ましい。圧力センサ１０は、ロッド状、リング状又はチューブ状に成形される。コイル状炭素繊維は、磁場等を印加することにより一定方向に配向されていることが望ましい。
【選択図】図１

Description

本発明は、微小なカテーテルの先端に取付けられ、例えば血管内に挿入されて検査、手術等を容易に行うために用いられるカテーテル用圧力センサに関するものである。

この種の検査や手術において用いられるカテーテルは細い血管中に挿入されるため、その外径が０．３〜３ｍｍ程度に形成されている。そして、カテーテルは血管内の所定位置まで挿入されて使用されるが、その挿入過程でカテーテルの先端が血管内壁に当たって血管内壁を傷付ける場合があり、また血管内での血液の圧力変化が大きくなる場合がある。このため、カテーテルの先端に装着されてカテーテルが血管内壁に当たったときにそれを検出し、血管内壁を傷付けることを回避したり、血管内での血液の圧力変化を検出し、異常を未然に知ることができるセンサが求められている。

ところで、ミクロンメートル（μｍ）オーダーのコイル状炭素繊維を樹脂材料中に配合し、コイル状炭素繊維のスプリング特性等を利用する複合材料が知られている（例えば、特許文献１を参照）。すなわち、樹脂中にコイル状炭素繊維を分散した成形体を焼成し、気孔を充填する緻密化処理を行うことにより得られる炭素複合材料である。しかし、この特許文献１には、そのような炭素複合材料をセンサとして利用する点については記載されていない。

一方、コイルを用いた触覚センサとして、次のような構成のものが知られている（例えば、特許文献２を参照）。すなわち、触覚センサは、コイルとコンデンサとが直列接続されているＬＣ直列共振回路を複数備えている。このＬＣ直列共振回路には外部発振器及びスペクトルアナライザが接続され、外部発振器により掃引電気信号等の入力信号がＬＣ直列共振回路に入力された後にスペクトルアナライザに出力されるようになっている。ＬＣ直列共振回路はコイルの固有の周波数に基づく共振周波数を有し、スペクトルアナライザに出力される信号はＬＣ直列共振回路の共振周波数に対応する周波数において信号強度が低下する。

そして、触覚センサに圧力が加わったときには圧力によりコイルのピッチ（巻線間隔）や面積が変化し、この変化に伴いコイルのインダクタンスが変化する。ここで、ＬＣ直列共振回路の共振周波数はコイルのインダクタンスの変化に伴い変動する。よって、スペクトルアナライザに出力された信号において、信号強度が低下する位置はＬＣ直列共振回路の共振周波数の変動に伴い変位するために、ＬＣ直列共振回路の共振周波数の変動を検出することができる。このため、触覚センサにより圧力を検出できるようになっている。
特開平３−１０４９２７号公報（第２頁及び第３頁）特開２００２−２３６０５９号公報（第２頁〜第５頁）

ところが、特許文献２に記載の触覚センサにおいて、コイルとコンデンサとが直列に接続されたＬＣ直列共振回路は、コイルのインダクタンスの変化のみによりその共振周波数が変動する。このため、例えば触覚センサに微弱な圧力が加わることによりコイルのインダクタンスがほとんど変化しないときには、ＬＣ直列共振回路の共振周波数はほとんど変動しない。よって、触覚センサは、コイルのインダクタンスがほとんど変化しない微弱な圧力を検出することができず、検出感度が低いという問題があった。

本発明は、このような従来技術に存在する問題点に着目してなされたものである。その目的とするところは、カテーテルに加わる圧力を感度良く検出することができるカテーテル用圧力センサを提供することにある。

上記の目的を達成するために、請求項１に記載の発明のカテーテル用圧力センサは、コイル状炭素繊維が弾性材料に分散されて構成され、分散状態のコイル状炭素繊維によって外圧が検出されるように構成された圧力センサであって、カテーテルに装着されて用いられるように構成されていることを特徴とするものである。

請求項２に記載の発明のカテーテル用圧力センサは、請求項１に記載の発明において、前記コイル状炭素繊維は、長さが９０〜１５０μｍ、コイルの直径が０．１〜１０μｍであることを特徴とするものである。

請求項３に記載の発明のカテーテル用圧力センサは、請求項１又は請求項２に記載の発明において、ロッド状、リング状又はチューブ状に成形されていることを特徴とするものである。

請求項４に記載の発明のカテーテル用圧力センサは、請求項１から請求項３のいずれか一項に記載の発明において、前記コイル状炭素繊維は、一定方向に配向されていることを特徴とするものである。

本発明によれば、次のような効果を発揮することができる。
請求項１に記載の発明のカテーテル用圧力センサでは、コイル状炭素繊維が弾性材料に分散されて構成され、分散状態のコイル状炭素繊維によって外圧が検出されるように構成されている。コイル状炭素繊維には伸縮性があり、その伸縮により電気特性であるインダクタンス（Ｌ）、静電容量（Ｃ）及び電気抵抗（Ｒ）が変化するため、それらの変化量に基づいて外圧を検出することができる。従って、カテーテルに装着された圧力センサは、カテーテルに加わる圧力を感度良く検出することができる。よって、カテーテル用圧力センサにより、例えば血管内での血液の圧力変化を検出し、異常を未然に防止したり、カテーテルが血管内壁に当たったときにそれを検出し、血管内壁を傷付けることを回避したりすることができる。

請求項２に記載の発明のカテーテル用圧力センサでは、コイル状炭素繊維は、長さが９０〜１５０μｍ、コイルの直径が０．１〜１０μｍに設定される。コイル状炭素繊維をこのようなサイズにすることにより、圧力センサがカテーテルに装着された場合に圧力の検出感度を一層向上させることができる。

請求項３に記載の発明のカテーテル用圧力センサでは、ロッド状、リング状又はチューブ状に成形されているため、請求項１又は請求項２に係る発明の効果に加え、カテーテルの先端に容易に装着することができる。

請求項４に記載の発明のカテーテル用圧力センサにおいては、コイル状炭素繊維が一定方向に配向されていることから、各コイル状炭素繊維による効果が相乗的に発現され、請求項１から請求項３のいずれかに係る発明の効果を向上させることができる。

以下、本発明の実施形態につき、図面を用いて詳細に説明する。
本実施形態のカテーテル用圧力センサ（以下、単に圧力センサともいう）は、コイル状炭素繊維が弾性材料に分散されて構成され、分散状態のコイル状炭素繊維によって外圧が検出されるように構成されている。カテーテルは医療用チューブであり、例えば血管（動脈、静脈）内に挿入され、血管造影剤の注入、血栓の除去等の外科系、消化器系、脳神経外科系、麻酔系等で用いられる。そして、例えば圧力センサがカテーテルに装着された状態で血管中に挿入されるとき、カテーテルの先端が血管内壁に当たったときの圧力変化を検出でき、或いは血管内の血液の圧力変化を検出できるようになっている。

図２（ａ）及び（ｂ）に示すように、カテーテルに相当するポリエチレン製のチューブ１１の先端内周部には円環状凹部１２が切欠き形成され、その円環状凹部１２にはチューブ状のカテーテル用圧力センサ１０が装着されている。圧力センサの内端部には一対の電極１３が１８０度対向する位置に設けられている。両電極１３にはそれぞれ接続線１４がチューブ１１内を通って延びている。

図１は圧力センサ１０の測定装置を示す概略説明図であり、その図に示すように、血管に相当するシリコーン樹脂製の筒体１５の端部にはエポキシ樹脂製の栓体１６で密封されるとともに、中間部には排出用の枝管１７が設けられている。栓体１６には貫通孔１８が形成され、その貫通孔１８を貫通するように前記圧力センサ１０が装着されたチューブ１１が挿入され、支持されている。そして、前記圧力センサ１０の接続線１４がＬＣＲ測定装置１９に接続され、圧力センサ１０からの信号を検出するようになっている。ＬＣＲ測定装置１９には交流電源が接続されるが、直流電源であってもよい。さらに、ＬＣＲ測定装置１９は図示しない表示装置としてのデジタルオシロスコープに接続され、電気特性としてインダクタンス（Ｌ）、静電容量（Ｃ、キャパシタンス）及び電気抵抗（Ｒ、レジスタンス）の波形を表示すことができるようになっている。

圧力センサ１０は、弾性材料にコイル状炭素繊維が配合されて構成されている。弾性材料としての樹脂は誘電体であって、静電容量（Ｃ）を有し、コンデンサとして作用する。弾性材料としては、シリコーン樹脂、ウレタン樹脂、エポキシ樹脂、スチレンと熱可塑性エラストマーとの共重合樹脂等が用いられる。具体的には、シリコーン樹脂として、信越化学（株）製の商品名、ＫＥ１０３〔ＪＩＳＫ６３０１に規定されるＪＩＳＡ硬度（以下、同様）１８〕、ＫＥ１０６（ＪＩＳＡ硬度５０）、ＫＥ１２０２（ＪＩＳＡ硬度６５）等が挙げられる。スチレンと熱可塑性エラストマーとの共重合樹脂として、（株）クラレの商品名、セプトン樹脂＃４０３３（ＪＩＳＡ硬度７６）、＃８１０４（ＪＩＳＡ硬度９８）等が挙げられる。液状エポキシ樹脂として大日本インキ化学工業（株）の商品名、EXA-5850-150等が挙げられる。ゲル状形態をなすゲル樹脂として、大場機工（株）の商品名、ゲル-OK-パッキング等が挙げられる。ウレタン樹脂として日本ポリウレタン（株）の商品名、コロネート４３８７等が挙げられる。

弾性材料（例えば、マトリックス樹脂）の硬さは圧力センサ１０の感度を向上させる上で重要であり、弾性材料として弾性力の優れたシリコーン樹脂等を用いた場合には、微小な圧力でも伸縮してその圧力を高感度で検出することができる。一方、硬いシリコーン樹脂、ウレタン樹脂、セプトン樹脂等を用いた場合には、大きな圧力でないと伸縮せず、圧力センサ１０の感度は低いが、幅広い圧力を検出することができ、機械的強度も向上する。

具体的には、弾性材料の硬さはＪＩＳＡ硬度で１０〜１００が好ましく、１５〜５０がより好ましい。ＪＩＳＡ硬度で１０未満の場合には、弾性材料が軟らかくなり過ぎて、ノイズの検出が大きくなって好ましくない。一方、ＪＩＳＡ硬度が１００を越える場合には、弾性材料が硬くなり過ぎて、圧力の伝播性が悪く、検出感度が低下する。

上記の弾性材料にはコイル状炭素繊維が分散されるが、そのコイル状炭素繊維としては一重巻きのコイル状炭素繊維、二重巻きのコイル状炭素繊維、超弾性コイル又はそれらの混合物等が用いられる。コイル状炭素繊維は伸縮性（弾力性）があり、その伸縮により電気特性であるインダクタンス（Ｌ）、静電容量（Ｃ）及び電気抵抗（Ｒ）が変化するため、それらの変化量に基づいて圧力を検出することができる。例えば、コイル状炭素繊維を伸ばすと上記Ｌ、Ｃ及びＲが増加し、収縮させるとＬ、Ｃ及びＲが減少する。具体的には、所定のコイル状炭素繊維を例えば４ｍｍ伸ばすと、Ｌは０．１ｍＨ増加し、Ｃは６００ｐＦ増加し、Ｒは４．５ｋΩ増加する。そして、コイル状炭素繊維を収縮させて元の長さに戻すと、Ｌ、Ｃ及びＲは元の値まで再現性良く戻る。

コイル状炭素繊維を弾性材料中に分散させたときには、外部から圧力が加わったとき、まず弾性材料が伸縮し、次いでコイル状炭素繊維が伸縮するため、弾性材料を介してコイル状炭素繊維に加わる圧力に基づいて前記Ｌ、Ｃ及びＲの値が変化する。

前記一重巻きのコイル状炭素繊維としては、１本のコイルの直径が０．０１〜５０μｍ、コイルのピッチが０．０１〜１０μｍ及びコイルの長さが０．０１〜１ｍｍであるものが好ましい。製造の容易性等の観点から、コイルの直径は０．１〜１０μｍであることが好ましく、ピッチは０．１〜１０μｍであることが好ましい。このコイル状炭素繊維は、一定の太さを有するコイルが一定のピッチ（間隔）をおいて一重巻きで螺旋状に延びるように形成されている。このため、一重巻きのコイル状炭素繊維は、弾力性に優れ、あらゆる方向からの圧力に対して容易に変形し、従ってあらゆる方向からの圧力を高感度で検出することができる。

一方、二重巻きのコイル状炭素繊維の場合には、２本のコイルが交互に密接した状態で螺旋状に延び、従って全体としてほぼ円筒状をなし、中心には空洞が形成されている。二重巻きのコイル状炭素繊維としては、直径が０．０１〜５０μｍ、ピッチがほぼ０及び長さが０．０１〜１ｍｍであるものが好ましい。二重巻きのコイル状炭素繊維は一重巻きのコイル状炭素繊維に比べて弾力性が乏しく、圧力を受けたときに変位しにくいという性質がある。

また、超弾性コイルはコイルの直径が大きく、線径が小さいものをいい、弾力性がより大きいコイルのことをいう。具体的には、超弾性コイルは、コイルの直径が５〜５０μｍ、コイルのピッチが０．１〜１０μｍ及びコイルの長さが０．３〜５ｍｍであるものが好ましい。なお、コイル状炭素繊維の巻き方向は、コイルの軸線を中心として時計方向（右巻き）又は反時計方向（左巻き）のいずれであってもよい。

上記のような各種のコイル状炭素繊維は、カテーテル用の圧力センサとして用いる場合には、その長さがより好ましくは９０〜１５０μｍであり、コイルの直径がより好ましくは０．１〜１０μｍである。その場合、圧力センサ１０がカテーテルに装着された場合に圧力の検出感度を一層向上させることができる。また、コイル状炭素繊維の線径は通常５０〜５００ｎｍである。

コイル状炭素繊維の含有量は、弾性材料中に０．１〜３０質量％であることが好ましく、１〜１５質量％であることがより好ましく、２〜５質量％であることがより好ましい。この含有量が０．１質量％未満の場合には、弾性材料中におけるコイル状炭素繊維の割合が少なく、コイル状炭素繊維に基づく圧力センサ１０の感度が低下する。一方、含有量が３０質量％を越える場合には、弾性材料中におけるコイル状炭素繊維の割合が多くなり過ぎて硬くなり、圧力センサ１０の感度が低下するととともに、成形性等も悪くなる傾向を示す。

コイル状炭素繊維を配向させる場合には、コイル状炭素繊維を弾性材料中に添加、均一分散させた後、磁場〔例えば１〜１０テスラ（Ｔ）〕を、１〜１０時間程度照射することにより行われる。その場合、圧力センサ１０がロッド状に成形されているときには、コイル状炭素繊維をロッドの延びる方向に配向させることが好ましい。一方、圧力センサ１０がリング状又はチューブ状に成形されているときには、コイル状炭素繊維をその半径方向に配向させることが好ましい。このように構成すれば、圧力を受ける方向にコイル状炭素繊維が延び、圧力の検出を効果的に行うことができる。コイル状炭素繊維の分散及び配向状態は、顕微鏡により深さ方向の状態（画像処理像）から判断することができる。

前記弾性材料中には、コイル状炭素繊維以外に気相成長繊維（ＶＧＣＦ）、カーボンナノファイバー、炭素粉末、金属粉末、誘電体粉末、圧電体粉末等を配合することもできる。また、コイル状炭素繊維の表面には、導電性を高めるために、金、銅等の金属薄膜を形成することにより、圧力センサ１０の感度及び安定性を向上させることができる。

前記弾性材料にコイル状炭素繊維を分散させる方法としては、次のような方法が採用される。
１）弾性材料にコイル状炭素繊維を添加し、撹拌して均一に分散させた後、脱泡し、鋳型に流し込み、その後プレス成形する方法。この方法は、弾性材料としてシリコーン樹脂を用いる場合等に採用される。

２）弾性材料のペレットに可塑剤を添加した後、加熱溶融し、それにコイル状炭素繊維を添加し、撹拌して均一に分散させた後、鋳型に流し込み、加圧した後、冷却、固化する方法。この方法は、弾性材料としてセプトン樹脂を用いる場合等に採用される。

３）弾性材料を加熱溶融し、それにコイル状炭素繊維を添加し、撹拌して均一に分散させた後、鋳型に流し込み、加圧した後、冷却、固化する方法。この方法は、弾性材料としてゲル樹脂を用いる場合等に採用される。

前記弾性材料にコイル状炭素繊維が配合されて形成された圧力センサ１０においては、外部から圧力を受けると、弾性材料が伸縮して静電容量（Ｃ）が変化するとともに、コイル状炭素繊維が伸縮してインダクタンス（Ｌ）、静電容量（Ｃ）及び電気抵抗（Ｒ）が変化する。そして、両者が共振的に共鳴し、圧力センサ１０全体の電気特性が著しく変化して外部からの圧力を検出することができる。

圧力センサ１０の形状については、チューブ状以外に、図２（ｃ）及び（ｄ）に示すように、圧力センサ１０をリング状に形成するとともに、チューブ１１の先端面に環状凹所２０を設け、その環状凹所２０にリング状をなす圧力センサ１０を係合させて固着することもできる。また、図２（ｅ）及び（ｆ）に示すように、圧力センサ１０をロッド状（丸棒状）に形成するとともに、チューブ１１の先端内周面に設けられた円環状凹部１２に係合させて固着することもできる。

圧力センサ１０がチューブ状又はリング状である場合には、その外径は０．０５〜３ｍｍ、内径は０．０１〜２ｍｍ、肉厚は０．０２〜０．５ｍｍであることが好ましい。ロッド状である場合には、外径は０．０５〜３ｍｍであることが好ましい。圧力センサ１０の加工性及び周面にセンサ機能を持たせる点から、圧力センサ１０の外径は、好ましくは０．２〜２ｍｍ、より好ましくは０．３〜０．６ｍｍである。

圧力センサ１０の成形法としては、ロッド状の圧力センサ１０の場合には主として射出成形法、チューブ状又はリング状の場合には鋳込み成形法が採用される。例えば、弾性材料としてシリコーン樹脂を用いる場合には、主剤及び硬化剤の混合液を遠心混合脱泡機を用いて完全混合し、これに所定量のコイル状炭素繊維を添加、再度混合、分散、脱泡させる。その後、適当時間放置して反応を促進させ、液が適当な粘度となったときに所定の成形を行う。

さて、コイル状炭素繊維をシリコーン樹脂等の弾性材料に配合して分散させた原料を調製し、鋳型に各電極１３を配置した状態で前記原料を注入し、例えばチューブ状に成形することにより圧力センサ１０が得られる。得られた圧力センサ１０を、図１に示すようにカテーテルとしてのチューブ１１の端部に設けられた円環状凹部に装着する。そのチューブ１１を血管としての筒体１５内に配置する。

その状態で、圧力センサ１０に圧力（液圧）が加わったとき、まず弾性材料が圧力を吸収するとともに、内部に分散されているコイル状炭素繊維が弾性材料を介して変位する。この場合、圧力センサ１０の弾性材料は静電容量（Ｃ）成分として作用し、コイル状炭素繊維はＬＣＲ共振回路として作用し、従って機械力学的変動が電気的変動に変換される。このため、ＬＣＲ共振回路の電圧等が変動し、その変動がＬＣＲ測定装置で測定され、デジタルオシロスコープに表示される。よって、圧力センサ１０は、微小な圧力を十分に検出することができる。

以上の実施形態によって発揮される効果について、以下にまとめて記載する。
・カテーテル用圧力センサ１０では、コイル状炭素繊維が弾性材料に分散されて構成され、分散状態のコイル状炭素繊維によって外圧が検出されるように構成されている。コイル状炭素繊維には伸縮性があり、その伸縮により電気特性であるインダクタンス（Ｌ）、静電容量（Ｃ）及び電気抵抗（Ｒ）が変化するため、それらの変化量に基づいて外圧を検出することができる。従って、カテーテルに装着された圧力センサ１０は、カテーテルに加わる圧力を感度良く検出することができる。従って、カテーテルが血管内に挿入された場合、血液による圧力変化を検出するときやカテーテルの先端が血管内壁に当たったときの圧力変化を検出するときの感度を向上させることができる。

・また、コイル状炭素繊維は、長さが９０〜１５０μｍ、コイルの直径が０．１〜１０μｍに設定される。コイル状炭素繊維をこのようなサイズにすることにより弾性材料中で効果的に機能を発揮させることができることから、圧力センサ１０がカテーテルに装着された場合に圧力の検出感度を一層向上させることができる。

・さらに、カテーテル用圧力センサ１０はチューブ状に成形され、前記円環状凹部１２に装着されるため、カテーテルの先端に容易に装着することができる。
・加えて、コイル状炭素繊維を一定方向に配向させることにより、各コイル状炭素繊維による効果が相乗的に発現され、圧力の検出感度をさらに高めることができる。

以下、実施例を挙げて、前記実施形態をさらに具体的に説明する。各実施例において、圧力センサ１０の特性を次の方法により評価した。
すなわち、例えば外径１．０ｍｍ、長さ４ｍｍのロッド状をなす圧力センサ１０の場合、図１及び図２（ａ）に示すように、１８０度対向する位置に平行に延びる２本の銅製の電極１３（直径０．０５ｍｍ、電極間距離０．５ｍｍ）を埋め込んだ。この圧力センサ１０を、カテーテルに相当するポリエチレン製のチューブ１１(内径１．０ｍｍ、外径１．５ｍｍ)の先端に装着した。リング状の場合には１８０度対向する位置に、先端に微小球を持つ電極１３を成形時にインサート成形法により埋め込んだ。

上記チューブ１１を、血管に相当する内径６ｍｍのシリコーン樹脂製の筒体１５内にセットした。筒体１５を透析用血液循環ポンプ（ＪＭＳ、マルチフローメーター、ＭＦ−１）に接続し、筒体１５内に一定圧力の純水を流した。センサ特性として、応力(水圧)を加えた際の電気特性（Ｌ:インダクタンス、Ｃ:キャパシタンス、Ｒ：レジスタンス）の変化量を測定した。測定にはアジレントテクノロジー社の精密インピーダンスアナライザー、E-4991Aを用いた。
（実施例１）
コイル状炭素繊維として、規則性二重コイル（コイル長さ：９０〜１５０μｍ、コイルの直径：５μｍ、コイルの線径：２００ｎｍ）を用い、シリコーン樹脂（信越化学（株）製、ＫＥ−１０３、ＪＩＳＡ硬度が１６）中に２質量％添加した。これをロッド成形機により、外径１．０ｍｍ(肉厚：０．２５ｍｍ)、長さ４ｍｍの微小なロッド状の圧力センサ１０を作製した。その圧力センサ１０内の１８０度対向する位置で平行に延びる２本の銅製の電極１３（直径０．０５ｍｍ、電極間距離０．５ｍｍ）を埋め込んだ。この圧力センサ１０を、ポリエチレン製のチューブ１１（内径１．０ｍｍ、外径１．５ｍｍ）の先端に装着した。

上記チューブ１１を内径６ｍｍの筒体１５内に図１のようにセットした。筒体１５を透析用血液循環ポンプ（ＪＭＳ、マルチフローメーター、ＭＦ−１）に接続させ、筒体１５内に一定圧力の純水を流した。センサ特性として、応力(水圧)を加えた際の電気特性(Ｌ:インダクタンス、Ｃ:キャパシタンス、Ｒ：レジスタンス)の変化量を測定した。すなわち、種々の水圧の純水を流したときのＬＣＲパラメータ変化量を求めた。測定は５回行った。得られたＬパラメータ変化例を図３（ａ）〜（ｅ）に示す。図３（ａ）に示すように、水圧が５０ｍｍＨｇのときには約２ｍＨ変化し、図３（ｂ）に示すように、７０ｍｍＨｇでは約４ｍＨ、図３（ｃ）に示すように、１００ｍｍＨｇでは約６ｍＨ、図３（ｄ）に示すように、１２０ｍｍＨｇでは約８ｍＨ、図３（ｅ）に示すように、１５０ｍｍＨｇで約１０ｍＨ変化した。Ｃ成分及びＲ成分も同様に圧力の増加とともにほぼ比例して変化した。

図４に４種類のコイルの長さのコイル状炭素繊維を用いた際の、圧力に対するＬ成分の変化量を示す。その図４に示すように、コイルの長さが９０〜１５０μｍの場合に圧力変化に対してＬ成分が最も敏感で、その変化量も最も大きいことが分かる。最低検出圧力は、２ｍｍＨｇであった。
（実施例２）
圧力センサ１０として、ロッド状ではなく、リング状（内径０．５ｍｍ、外径１．０ｍｍ、高さ(太さ)０．２５ｍｍ）とした以外は、実施例１と同様に実施した。ＬＣＲパラメータの変化量は、実施例１のロッド状の場合より多少大きく、例えば水圧が５０ｍｍＨｇのときには５ｍＨ増加した。最低検出圧力は０．２ｍｍＨｇであった。圧力とＬ成分変化量との関係（２回の測定結果）を図５に示す。
（実施例３）
外径を２ｍｍ、肉厚を０．５ｍｍとした以外は、実施例１と同様に実施した。ＬＣＲパラメータの変化量は、実施例１の場合とほぼ同じで、例えば水圧が５０ｍｍＨｇのときにはＬ成分は１．５ｍＨ増加した。最低検出圧力は２ｍｍＨｇであった。
（実施例４）
圧力センサ１０の形状をチューブ状とし、その内径を１ｍｍ、外径を２ｍｍ、肉厚を０．５ｍｍとした以外は、実施例１と同様に実施した。ＬＣＲパラメータの変化量は、実施例１の場合とほぼ同じで、例えば水圧が５０ｍｍＨｇのときにはＬ成分は１．５ｍＨ増加した。最低検出圧力は２ｍｍＨｇであった。
（実施例５）
原料のコイル状炭素繊維として、コイル長さが５０〜９０μｍのものを用いた以外は、実施例１と同様に実施した。水圧５０ｍｍＨｇのときのＬ成分の変化量は１ｍＨ、１５０ｍｍＨｇでは３ｍＨであり、最低検出圧力は１ｍｍＨｇであった。
（実施例６）
実施例１において、コイル状炭素繊維の他に、気相成長炭素繊維（ＶＧＣＦ）を１質量％添加した。ＬＣＲパラメータは、ＶＧＣＦを添加しない場合と比べて、ほとんど変化しなかった。
（実施例７）
コイル状炭素繊維の添加量を８質量％とした以外は、実施例１と同様に実施した。Ｌ成分の変化量は水圧が５０ｍｍＨｇのときには５ｍＨ増加した。最低検出圧力は、０．５ｍｍＨｇであった。
（実施例８）
実施例３において、シリコーン樹脂中にコイル状炭素繊維を添加、均一分散させた原液をアルミニウム製鋳型中に注入後、３テスラの強磁場を３時間照射しながら固化させた。半分以上のコイル状炭素繊維は、ロッド状の圧力センサ１０の長さ方向に配向していた。その結果、水圧が５０ｍｍＨｇのときにはＬ成分は２０ｍＨ増加し、水圧の増加とともにほぼ直線的に増加し、実施例３の場合に比べてＬ成分の変化量は格段に大きくなった。また、最低検出圧力は、０．１ｍｍＨｇであり、検出感度も向上した。
（実施例９）
実施例８において、１０テスラの強磁場を８時間照射した以外は実施例８と同一とした。ほとんどのコイル状炭素繊維はロッド状の圧力センサ１０の長さ方向に配向していた。その結果、水圧が５０ｍｍＨｇのときにはＬ成分は５０ｍＨ増加し、水圧の増加とともにほぼ直線的に増加し、実施例８の場合に比べてＬ成分の変化量は一層大きくなった。また、最低検出圧力は、０．０２ｍｍＨｇであり、検出感度も一層向上した。

このように、コイル状炭素繊維を配向させると検出感度が増加するのは、圧力のかかる先端方向にコイル状炭素繊維が配向している結果、コイル状炭素繊維がマトリックス樹脂の変形に追随して容易に変形し、電気信号を変化させるためと考えられる。
（実施例１０）
コイル状炭素繊維としてコイルの直径が１〜５μｍ、コイルのギャップが０．２〜１．０μｍ、コイルの長さが１５０〜３００μｍの一重コイルを用いた以外は、実施例１と同様に実施した。水圧５０ｍｍＨｇのときのＬ成分は２０ｍＨ増加した。Ｃ成分及びＲ成分も同様に圧力の増加とともに直線的に増加した。また、最低検出圧力は０．１ｍｍＨｇであった。
(実施例11)
弾性材料として、セプトン樹脂（（株）クラレ、商品名、ポリスチレン（３０質量％）とエラストマーとの共重合体）を用いた以外は、実施例１と同様に実施した。その結果、水圧５０ｍｍＨｇのときのＬ成分の変化量は０．３ｍＨであった。Ｃ成分及びＲ成分も同様に圧力の増加とともに増加した。また、最低検出圧力は５ｍｍＨｇであった。

なお、前記実施形態は、次のように変更して実施することも可能である。
・図２（ｃ）、（ｄ）に示すリング状の圧力センサ１０を、図２（ａ）、（ｂ）に示す円環状凹部１２に係合させて固定するように構成することもできる。

・弾性材料として、硬さの異なる複数の樹脂を組合せて使用し、硬さを調節することもできる。その場合、複合共振的な共鳴が調整され、圧力センサ１０の検出感度を所定値に設定することができる。

・コイル状炭素繊維として、長さ、コイルの直径、線径等の異なるものを配合することもできる。
・コイル状炭素繊維として一重巻きのコイル状炭素繊維と二重巻きのコイル状炭素繊維とを混合して使用することもできる。

・圧力センサ１０を外周部と内周部で層構造を形成するように構成することもできる。その場合、例えば外周部の層を形成する弾性材料の硬度がＪＩＳＡ硬度で１０以上３０未満であり、内周部の層を形成する弾性材料の硬度がＪＩＳＡ硬度で３０以上１００以下に設定することが好ましい。つまり、圧力センサ１０は圧力を受ける外層が軟らかく、内層がそれより硬くなるように構成され、機械的強度を維持しつつ、圧力を外層で十分に吸収し、内層に伝播することができ、２層の簡単な構成により、高い検出感度で圧力検出を行うことができる。

さらに、前記実施形態より把握できる技術的思想について以下に記載する。
・ロッド状に成形されている場合には、コイル状炭素繊維がロッドの延びる方向に配向されていることを特徴とする請求項４に記載のカテーテル用圧力センサ。このように構成した場合、圧力センサの感度を向上させることができる。

・リング状又はチューブ状に成形されている場合には、コイル状炭素繊維がその半径方向に配向されていることを特徴とする請求項１又は請求項２に記載のカテーテル用圧力センサ。このように構成した場合、圧力センサの感度を向上させることができる。

圧力センサの電気的特性を測定する装置の要部を破断して示す概略説明図。（ａ）はチューブ型の圧力センサをチューブの端部に装着した状態を示す側面図、（ｂ）は同じ圧力センサをチューブの端部に装着した状態を示す断面図、（ｃ）はリング型の圧力センサをチューブの端部に装着した状態を示す側面図、（ｄ）は同じ圧力センサをチューブの端部に装着した状態を示す断面図、（ｅ）はロッド型の圧力センサをチューブの端部に装着した状態を示す側面図、（ｆ）は同じ圧力センサをチューブの端部に装着した状態を示す断面図。（ａ）〜（ｅ）は実施例１におけるインダクタンスの変化量と時間との関係を示すグラフ。実施例１におけるインダクタンスの変化量と圧力との関係を示すグラフ。実施例２におけるインダクタンスの変化量と圧力との関係を示すグラフ。

符号の説明

１０…カテーテル用圧力センサ、１１…カテーテルとしてのチューブ。

Claims

コイル状炭素繊維が弾性材料に分散されて構成され、分散状態のコイル状炭素繊維によって外圧が検出されるように構成された圧力センサであって、カテーテルに装着されて用いられるように構成されていることを特徴とするカテーテル用圧力センサ。
前記コイル状炭素繊維は、長さが９０〜１５０μｍ、コイルの直径が０．１〜１０μｍであることを特徴とする請求項１に記載のカテーテル用圧力センサ。
ロッド状、リング状又はチューブ状に成形されていることを特徴とする請求項１又は請求項２に記載のカテーテル用圧力センサ。
前記コイル状炭素繊維は、一定方向に配向されていることを特徴とする請求項１から請求項３のいずれか一項に記載のカテーテル用圧力センサ。