JP2007516746A - 移植可能な圧力センサ - Google Patents

Abstract

移植可能な圧力センサおよびその作成方法と利用方法を提供する。本圧力センサの実施例は、低ドリフトセンサであるということを特徴とする。本センサは、様々な用途に使用できる。本発明が提供する移植可能な圧力センサ構造は、基板と、コンプライアント部材であって、第一および第二の対向する露出表面を有するように該基板上に設置されたコンプライアント部材と、該コンプライアント部材の表面と関連した、少なくとも１つのストレントランスデューサとを備え、該圧力センサ構造は低ドリフト圧力センサ構造である。

Description

（関連出願の参照）
本出願は、米国特許法第１１９条（ｅ）に従って、米国仮特許出願第６０／５２９，３２５号（２００３年１２月１１日出願）、米国仮特許出願第６０／６１５，１１７号（２００４年９月３０日出願）、米国仮特許出願第６０／６０６，７１６号（２００４年１０月６日出願）、および米国仮特許出願第６０／６２４，４２７号（２００４年１１月１日出願）の出願日に優先権を主張し、これらの開示を、参考として援用する。

人体における圧力および圧力変化を観察することは、医学的または外科的診断または治療の重要な構成要素となることが多い。例えば、心臓の室における血圧等、身体の様々な室における圧力変化は、多くの状態の診断および／または処置に使用できる。心腔内に設置された１つ以上の圧力センサにより、例えば、うっ血性心不全に苦しんでいる患者などにおける心臓の血液を送り出す機能的能力を、医師が観察することができる。心臓における血圧の観察は、レート反応型または圧力反応型ペースメーカ等、自動的にペースメーカを作動または調整するのにも利用される。場合によっては、１つ以上のセンサを、長い間、腔圧を感知し、ペースメーカのタイミング等を調整するために移植することができる。その技術において、レート反応型ペースメーカおよび心内圧を測定する手法の両方が、知られている。

他の体圧や圧力変化も医療また外科診断および処置に利用することができる。消化管、膀胱の注排尿、排尿圧など、身体の室または管内において、様々な弁もしくは括約筋にわたる圧力変化を、医療または外科分野における利用のために、感知、測定できる。

理想的な医療用サンサは、非常に感度に優れ、安定し（つまり、長い間でのドリフトが非常に限られている）、さらに比較的小型であることにある。いくつかの医療用圧力感知器は、例えば、患者内の望ましい箇所に利便的に埋め込んだり、カテーテル上での搬送に十分小型である必要がある。

小型の圧力感知機器の開発のため、微小加工されたセンサ技術は進歩した。微小加工されたセンサは、典型的に、トランスデューサなど、センサ素子上に誘引されたひずみを検知することにより、圧力、加速度等の環境変動を測定する。例えば、圧電抵抗センサにおいてなされるように、センサは、引っ張られた素子の抵抗を測定することにより、または、共鳴センサにおいてなされるように、その素子の振動数における変化を測定することにより、ひずみを電気的信号に変換する。特に、圧力センサは、圧力変化に反応して膨張するダイヤフラムにおけるひずみを検知する、一方、加速度計は、慣性負荷下におけるプルーフマスの変位により生じるひずみを計測する。

圧電抵抗センサは、市場の微細加工圧力センサの大部分を占める。一般に、この種のセンサには、円形状または長方形状に２つの圧電抵抗器が設置され、９０度の角度を形成する。図１および１Ｂには、例えば、半径方向に配置された圧電抵抗器１６と円周方向に配置された圧電抵抗器１４がある円形状のダイヤフラム１２を有する微細加工された従来技術の圧力センサ１０を示す。２つの抵抗器１４、１６が、センサ１０の出力１７のある一点において接続されている。連続して接続されている抵抗器１４、１６の他二端は、電圧１３もしくはアース１５に接続される。このようなダイヤフラムの膜間圧力が上昇すると、一方の抵抗器の抵抗が増大し、他方が減少する。チップの効果は、反対に影響される、しかし、曲げ、伸ばし、捩りの力など、力が全体的にチップに加わると、一方の抵抗も増大し、他方が減少する。このようなチップにおける力に対する感度は、チップの寸法に反比例し、チップが小さければ小さいほど、チップに及ぼされる力に対し感度が増す。このようなチップは、ダイヤフラムにおいて本質的に一箇所で力を感知することから「シングルポイントセンサ」と呼ばれる。

シングルポイントセンサの改善の中で、現在利用可能なセンサのいくつかは、図１Ａに示すように、ダイヤフラムの周辺に沿って別々の場所に配置された２つの抵抗器を含む。この圧力センサ１０ａでは、半径方向に配置された圧電抵抗器１６ａおよび円周方向に配置された圧電抵抗器１４ａが、ダイヤフラム１２ａの周辺に沿って約９０度離れたところに距離をおかれてある。このように、圧電抵抗器１４ａ、１６ａが、ある程度お互いに打ち消しあうので、センサ１０ａは、伸ばしや曲げに対して感度が低くなっている。しかし、捩りは、圧電抵抗器１４ａおよび１６ａによりダイヤフラム１２ａに対する圧力として感知されるため、このようなセンサ１０ａは、図１に示すセンサ１０と同じ程度に捩る力に対し敏感である。

長い期間使用すると、現在利用可能な圧力センサはドリフトを経験する。ドリフトとは、いつくもの周囲の要因の結果起きるベースライン値に対する変形変化である。ドリフトは、通常圧力センサにおいて時間の経過とともに起きる。出力という意味での様々なベースラインセンサデータドリフトの質は、生理学的パラメータにおける変化を正確に反映する取得データと干渉する。ドリフトは、誤ったプラスおよび誤ったマイナスの値を出すことにより、正確なデータをあいまいにする。例を挙げると、ベースラインデータ値のドリフトが、本来ならば病状を示す信号における生理学的パラメータをゆがめたり、もしくは、完全にあいまいにする時に、誤ったマイナスの結果となりうる。これは、ドリフトにより、「０」のベースラインレベルがマイナスの範囲になるときに起きる。反対に、センサのドリフトが、プラスの範囲の時は、生物的パラメータにおける変化と誤解される可能性があり、誤った病状を示す危険性がある。不幸なことに、ドリフトは、典型的に予測不可能であり、これらデータのゆがみに対する補正計算から単に排除することができない。

非常に安定した出力は、移植可能な圧力センサに不可欠である。この質は、センサからのデータ値が、計測するために設計された実際の圧力の反映であることを確認するために必要である。多くの圧力センサのドリフト特性は、再較正の機会が限られていたり、非実用的でない埋め込まれたセンサで問題となる。埋め込まれたセンサの再較正能力には限りがあるため、現在利用可能な圧力センサが、ベースラインデータ出力において継続して安定（つまり、ドラフトがない）できないことから、長期間の移植可能な使用には適していないとされた。

その技術において、研究者や臨床医による長期間の移植適用に利用可能である、微小加工センサの多くの長所を活かせるドリフトに強い微小加工された圧力センサが、利用可能であったならば、重要な進歩となるであろう。

（関連文献）
圧力変調レート反応型心臓ペーシングの方法は、特許文献１に記載されている。心臓内圧の観察手法は、特許文献２〜１０に記載されている。
米国特許第６，５８０，９４６号明細書 米国特許第５，８１０，７３５号明細書 米国特許第５，６２６，６２３号明細書 米国特許第５，５３５，７５２号明細書 米国特許第５，３６８，０４０号明細書 米国特許第５，２８２，８３９号明細書 米国特許第５，２２６，４１３号明細書 米国特許第５，１５８，０７８号明細書 米国特許第５，１４５，１７０号明細書 米国特許第４，００３，３７９号明細書

移植可能な圧力センサとその作成方法と利用方法を提供する。本圧力センサの実施形態は、低ドリフトセンサということを特徴とする。本センサは、様々な用途に使用できる。

本発明の実施形態は：基板；コンプライアント部材が、第一および第二の対向する露出面を有するように基板上に設置されたコンプライアント部材；コンプライアント部材の表面と関係している少なくとも１つのストレントランスデューサ、とを含む生理学的圧力センサ構造を提供する。これらの実施形態において、圧力センサ構造は、低ドリフトセンサ構造である。

ある実施形態においては、開口部と開口部をスパンするコンプライアント部材とが基板に含まれる。ある実施形態においては、コンプライアント部材の表面上に設置された、少なくとも第一および第二のストレントランスデューサがその構造に含まれる。ある実施形態においては、第一および第二のストレントランスデューサは圧電抵抗器である。ある実施形態においては、圧電抵抗器は、例えば、白金（例、純白金、白金合金等）からなる高測定材料から製作される。ある実施形態においては、コンプライアント部材は、単結晶シリコンからなる。

ある実施形態において、コンプライアント部材にわたる差圧から生じるコンプライアント部材の偏向に対し、その出力が反対に反応し、しかし、前記基板の変形には同様に反応するように、第一および第二のストレントランスデューサが、コンプライアント部材の表面に位置している。ある実施形態において、第一および第二のストレントランスデューサは、コンプライアント部材と同じ表面上に位置している。ある実施形態において、第一および第二のストレントランスデューサは、線対称反対側の同表面上に、対称的に位置している。ある実施形態において、その構造は、コンプライアント部材表面のボスをさらに含む。ある実施形態においては、第一および第二のストレントランスデューサは、線対称片側のコンプライアント部材の表面上に、互いに隣接し位置している。

ある実施形態において、第一および第二のストレントランスデューサは、コンプライアント部材の対向する表面上に位置している。ある実施形態において、第一および第二のストレントランスデューサは、互いに直接対向している。

ある実施形態において、コンプライアント部材は、構造の中立面に対し、少なくとも近接して位置している。

ある実施形態において、少なくとも１つのストレントランスデューサが、スペーサにより前記コンプライアント部材の表面から離されている。これらのある実施形態においては、前記センサは、約１乃至約１，０００μｍの範囲の間隔で、スペーサにより、前記コンプライアント部材から離されている。

又、本センサ構造を含むシステムを提供し、そのシステムは、動作可能にセンサ構造のトランスデューサ素子と接続されている少なくとも１つの導電性部材の存在、例、ワイヤーにより特徴づけられる。ある実施形態において、そのシステムは、動作可能に前記導電性部材と接続されている複数個の生理学的圧力センサを含む。ある実施形態において、そのシステムは、さらに前記導電性部材と接続されているエネルギー源をさらに含む。ある実施形態において、そのシステムは、前記トランスデューサからの出力信号に反応し、容積（ｖｏｌｕｍｅ）内の圧力変化を特定するためのプロセス素子をさらに含む。ある実施形態において、そのシステムは、患者に埋め込まれるように構成されている。ある実施形態において、そのシステムは、患者への移植の際に、センサが心臓壁上に位置するように構成されている。

又、本発明の圧力センサ構造を製作するための方法を提供する。ある実施形態において、その方法には以下が含まれる
第一の基板の表面上にコンプライアント材料の層を設置する
前記基板と反対の前記コンプライアント材料の第一の表面上に、少なくとも１つのストレンセンサを製造する
前記コンプライアント部材の少なくとも一部が露出することを特徴とし、第二の基板層を前記コンプライアント部材の前記第一の表面上に、前記ストレンセンサ層が前記コンプライアント部材層と第二の基板層との間に間置するように製造する
前記第一の表面の反対の前記コンプライアント部材の第二の表面が露出するように、前記基板内に通路を作る。

ある実施形態において、その方法は、前記コンプライアント層の前記第一の表面上にボス部材を製造することをさらに含む。ある実施形態において、第一および第二の基板は、コンプライアント部材が前記構造の中立面に対し少なくとも近接に位置するように構成される。ある実施形態において、その方法は、低ドリフトの生理学的圧力センサを製造する方法である。ある実施形態において、その方法は、導電性部材にその構造を接続することをさらに含む。

又、容積内の圧力変化を検知するための方法を提供する。本方法は、本発明による圧力センサ構造を容積に接触させ；圧力センサからの出力信号を取得し；容積内の圧力変化を検知するための出力信号の使用、を含む。

低ドリフトの移植可能な圧力センサおよびシステム含同、およびその製造方法と利用方法を提供する。本センサは、少なくとも基板、第一および第二の露出面を有するようにコンプライアントが基板上に設置されたコンプライアント部材、コンプライアント部材の表面と関係している少なくとも１つのストレントランスデューサを有することで特徴づけられる。本機器は、低ドリフトを特徴とする。本機器および方法は、様々な用途に使用される。

本発明をさらに説明する前に、本発明は、特定の説明された実施形態に限られるものではなく、当然の事ながら多様であることは理解されうるところである。また、本発明の範囲は、添付した請求項目によってのみ限定されるため、ここで使用される用語は、特定の実施形態のみの説明を目的とし、限定することを意図していないことも理解されうるところである。

数値の範囲が提供されているところでは、その範囲の上限および下限と他の記載された、またはその記載された範囲内に介在する数値間で、各介在値は、文脈により、そうではないと明らかな場合以外は、その下限の単位の十番目まで、本発明では含まれる。これらの小範囲の上限および下限は、小範囲に独立して含められ、また、本発明にも含まれるが、記載された範囲内の特に除外された限界の披験体となる。記載された範囲は、一方または両方の限界を含むところでは、一方またはこれら両方を除外する限界を含む範囲も、本発明に含まれる。

再引用の方法は、また事象の再引用される順序も、論理的に可能な再引用された事象のいずれかの順序、および事象の再引用された順序でされる。

定義されていない限り、ここで所要されている全ての技術、科学的用語は、本発明が属するところの技術における通常のスキルの持ち主に普通に理解されるのと同様の意味を持つ。ここで説明されるのと類似、あるいは、同様のいずれの方法と材料も、本発明の実践または試験において、使用可能かもしれないが、好ましい方法および材料をここで説明する。

全てのここで言及され、引用された公開文献および／または材料を公開、説明するために参照したすべてのここにおける公開文献は、この中に含まれている。

ここおよび請求項目で使用されているように、文脈により、そうでないと明らかな場合以外は、単数形「ａ」「ａｎ」「ｔｈｅ」には、複数の意味も含まれる。また、他の選択要素を除外するために、請求要素の案が作成されていることも、さらに言及しておく必要がある。このように、この記述は、請求項目の再引用との関係で「ｓｏｌｅｌｙ（唯一）」「ｏｎｌｙ（のみ）」のような独占的な用語の使用のために、または、「否定的」限定的使用のために、先行する基本として使用されるように意図されている。

ここで議論される公開文献は、本発明の出願日に先立ち、唯一その開示のために提供されている。先行する発明を理由に、本発明には、このような公開文献に先行する資格がないとの認識をしめすものは、ここでは一切ない。さらに、提供された公開日は、実際の公開日と異なる可能性があるため、独立して確認する必要がある。

上記に要約されたように、本発明は、移植可能な圧力センサと、その準備、使用方法とを提供する。本発明のさらなる説明の中で、その用途における代表的な方法の評価に続き、はじめに本センサとその準備とがさらに詳細まで説明されている。また、本発明の装備およびシステムの評価も提供されている。

（移植可能な圧力センサ）
上記に要約されたように、本発明は、移植可能な圧力センサを提供する。移植可能な圧力センサは、身体内および身体上に設置することができ、長期間にわたり、劣化があったとしても顕著な劣化をすることなく機能する。このように、一度移植されると、本センサは、機能面で、少なくとも２日以上、例えば、少なくとも１週間、少なくとも４週間、少なくとも６ヶ月、少なくとも約１年以上、例、少なくとも５年間以上、劣化することがない。。

ある実施形態において、低ドリフトのため、本センサは機能的に劣化することがない。このように、本発明の多くの実施形態の特徴は、センサ構造が低ドリフトを示すことから、つまり、それらは低ドリフト圧力センサである。このような実施形態のセンサは、比較的に感度が高く安定している（例、低ドリフト）。一実施形態において、例えば、容積内の、一年で約１．０ｍｍＨｇ以下のドリフトの圧力変化（つまり、周囲）をセンサ機器により測定することができる。本出願の目的のために、「容積」とは、いかなる空間、室、空洞、基板、組織、場所等を意味する。ある場合は、容積は、心腔のように人体の室からなるが、これは、単なる容積の一例にすぎず、発明は、この例により限定されるものではない。例えは、様々な実施形態において、容積は、人体でなく、空間、空洞等であり、本発明のセンサは、非医療の広い様々な場面で使用できる。したがって、下記の議論では、一般に、人間の心腔内の圧力変化の感知に焦点が当てられてはいるが、発明は、このような用途に限られるものではない。

ある実施形態において、本圧力センサは、約５乃至３５年のように、約５乃至３０年を含む、約１乃至４０年という長い期間を経てもほとんど、または、まったくドリフトを示さない。図１乃至１Ｂに示される従来技術の構造と比較して、これらの実施形態において達成されたドリフトの減少は、約１０乃至４００％、もっとも好ましくは４０乃至３５０％、またもっとも好ましくは５０乃至３００％である。

センサ構造の所定のドリフト率は、機器が典型的な使用環境、もしくはその模擬の中で使用された時の、センサの出力ＶＳ時間を観察することにより決定される。このような試験において、ドリフトは、定値など安定値で圧力を維持し、出力変化を確認するために時間をかけてセンサの圧力を観察することにより、評価することができ、そしてその機器のドリフトを決定するのに使用される。

ドリフト試験は、自然な環境で起きるよりもドリフト過程を加速する形で行うことができ、例、センサの全寿命経過を待つ必要がなく、利用できるデータを提供するために行われる。圧力センサのドリフトを結果として招く外的、試練的要因を加速するために、様々な方法がある。最も簡易な方法は、センサの披験体温度を上昇させ、ドリフトを加速させる。従来技術において通常は、意図されたセンサの使用温度を超える温度では、摂氏１０度毎の温度上昇に対し、観察されるドリフトは、２倍増加する。例えば、意図された運用環境よりも５０度高い温度でドリフトを観察すると、３２倍ものドリフトにおける加速が観察される。結果として、この加速されたドリフト環境においては、機器は、毎日の観察で、通常の運用温度で、３２日間かけて経験するのと同程度のドリフトを経験する。このように、行われるドリフト分析には、上昇温度ドリフト分析を含むことができる。

ドリフトの特定の原因が判明できると、その特定原因により、ドリフトの加速試験を、センサ反応の評価のためにテーラリングすることができる。例えば、ドリフトの根本原因が、センサーを成す異なる素材の熱膨張係数における不合致であるならば、温度を変化させることにより、ドリフトを加速させることができる。このことは、ドリフトが、センサとセンサが入るパッケージとの間の材料の違いによる場合にもあてはまる。特に、合わない熱膨張係数によるドリフトは、摂氏−５度９５度間で温度を循環させることにより評価できる、例、約５、１０、または５０以上のサイクル。出力を観察しながら完了したとき、この評価プロセスは、熱膨張の不合致から、センサの安定性およびドリフトに対する免疫の指標となる。

ドリフトの根本的な原因は、機械的な応力にある。機械的な応力とは、センサーが置かれているパッケージを曲げたりすることが要因となる。ドリフトの加速試験を評価するために、器具が設計されており、センサーの公知の機械的変形に適応される。そして、その出力が、加速されたドリフト率の評価のために観察される。例えば、このように、３点の曲げ試験器具を有用に使用することができる。同様に、ドリフトの根本的な原因が化学的性格の場合、センサを通常の運用環境よりも厳しい化学的環境に露出することにより、ドリフトを加速させることができる。例えば、ドリフトの主原因がサリンによる腐食で起きている場合、センサを濃縮サリン溶液に置き、出力を観察することができる。多数の要因が主にドリフトに影響している場合は、上に記述されたようないくつかの試験方法を組み合わせるのも、場合によっては有用である。又、追加的試練要因を追加することも一要因の影響をさらに加速させるのに利用できる。例えば、サリンの環境に置くことにより、センサを試練することができ、そしてまた、温度を上昇させることにより、追加的な試練要因を、試験することができる。このアプローチは、サリンにより生じるセンサの腐食を加速し、材料の疲労をも加速する。

どのドリフト試験を行うにも、ある実施形態において上に記述されたようにドリフト試験が行われるところでは、本発明によるセンサは低ドリフトであるためドリフトを示すが、示しても、約１ｍｍＨｇ／週乃至約１ｍｍＨｇ／１０年のように，約１ｍｍＨｇ／月乃至約１ｍｍＨｇ／７年を含む、約１ｍｍＨｇ／日乃至約１ｍｍＨｇ／２０年，である、例、約１ｍｍＨｇ／年乃至約１ｍｍＨｇ／５年。このセンサの低ドリフト特性は、観察されたドリフトが７ｍｍＨｇ／時間の現在の従来技術のセンサで見受けられたドリフトと非常に対照的である。

ある実施形態では、移植可能なセンサは、生理学的と特徴づけられる。ここで使用される用語「生理学的」とは、哺乳類、例えば、人間等生息している生物のからだの中もしくは上に置かれるようにセンサが構成（例、形状、寸法等）されていることを指す。代表的な実施形態では、本発明のセンサ構造は、人体（および／またはカテーテルとつながっている）に移植するのに十分小型である。ある実施形態では、チップ端に沿った長さが約５００μｍ以下で、全厚みが１００μｍ以下の長方形のチップとして構成されている。

本発明のセンサは、一般的に、実質的な平面基板とその基板表面に設けられ、つまり、位置し、または配置されたコンプライアント部材を含む。コンプライアント部材は、一般的に、コンプライアント部材の対向する平面の表面が露出するように、つまり、上にコンプライアント部材が設けられる基板表面に接触することなく、基板上に設けられている。このように、少なくとも、コンプライアント部材の頂部および底部の平面の表面は、コンプライアント部材が基板上に設けられているにもかかわらず、基板と接触しない。付け加えると、本センサ構造は、典型的に、コンプライアント部材の少なくとも一表面、典型的にコンプライアント部材の露出面、関係している少なくとも１つのストレントランスデューサを含む。「関係している」とは、トランスデューサが、直接もしくはスペーサ要素を通して、コンプライアント部材の表面上に設けられていることを意味する。さらに下記に詳しく述べられているように、コンプライアント部材上に存在するトランスデューサの数は、一から多数と様々である。本センサの異なる実施形態の追加的特徴は、下記にさらに述べる。

いくつかの実施形態では、その機器は、約５００乃至１０００ｍｍＨＧの尺度において、約＋／−１ｍｍＨＧの感度で容積内の圧力変化を計測する。

ある実施形態では、本センサ構造は、下記の特徴の、２つ以上、３つ以上、４つ以上、また下記の全特徴を含む、１つ以上の特徴を、単一センサ構造においてこのような特徴が適合される限り、持ち合わせている。ある実施形態において、センサ構造の特徴は、センサトランスデューサの構成が、低ドリフト特性のために提供される。ある実施形態において、センサ構造の特徴は、構造の異なる構成要素のために使用される材料が低ドリフト特性を提供するために特に選択されている。ある実施形態において、センサ構造の特徴は、低ドリフト特性を提供するように、構造のコンプライアント部材が、少なくともその構造の中立面に近接に位置している。ある実施形態において、センサ構造の特徴は、例、ノイズ率にたいして、信号を向上するために、スペーサ要素により関係しているコンプライアント部材の表面からセンサ素子（つまり、トランスデューサ）が離されている。上記の各特徴を下記に詳細に述べる。

（低ドリフトセンサ・構成要素構成）
上記に要約したように、ある実施形態において、本センサ構造は、センサ構造に低ドリフト特性を付与する構成要素構成を有する。これらの実施形態では、センサ構造は、典型的に、ここではチップまたは支持構造と呼ばれる基板を含む。基板は、一般に、強固な構造で、代表的な実施形態では、その構造には、上記に記述された大きさのセンサ構造のために提供される寸法がある。多くの実施形態では、基板は、不完全（くぼみ構造など）もしくは完全（孔構造など）な通路を含む。

基板上には、コンプライアント部材が設けられており、用語「コンプライアント部材」は、薄膜やダイヤフラムと言い換えられる。コンプライアント部材は、柔軟構造をしており、コンプライアント部材にわたり加わる差圧に反応して変形する。このように、コンプライアント部材は、弾性材料である。ある実施形態では、コンプライアント部材は、約０．５乃至約１０ミクロミリのように、約１乃至約５ミクロミリを含む、約０．１乃至約１００ミクロミリの範囲の厚みをもつ。ある実施形態では、コンプライアント部材は、コンプライアント部材にわたり差圧ができる構造をつくるように、基板の通路をスパンする。

コンプライアント部材の少なくとも片方の表面と関係しているのは、少なくとも１つのストレントランスデューサで、用語「ストレントランスデューサ」は、コンプライアント部材の変形により生じる機械的エネルギーを、例、コンプライアント部材にわたり加えられる差圧に反応して、電気エネルギーに変換できる機器を意味する。用語「ストレントランスデューサ」は、センサ素子という用語と言い換えられ、圧電抵抗器、振動するものを含むその技術で知られているストレントランスデューサのいずれかであり得る。

そのトランスデューサは、ダイヤフラム上のいくつもの適切な箇所に設置することができ、適切な数、形状、および／または大きさのトランスデューサが利用できる。

ある実施形態では、センサ構造は、少なくとも第一および第二のストレントランスデューサを含む。これら代表的な実施形態の特色は、第一および第二のストレントランスデューサ、例、圧電抵抗器は、圧力変化計測のために、基板に加わる力、モーメント、トルクからの干渉を限られたものとするために、基板に加わる力、モーメント、トルクに同様に反応し、また、容積内の圧力変化に同様かつ反対に反応するように、機器内に設置されている。例えば、力、モーメント、トルクには、一般的に、曲げ、捩り、および／または伸ばしが含まれる。

これらの代表的実施形態では、容積内の圧力変化により生じたダイヤフラムの偏向に対して、センサ構造上のトランスデューサは、基板に加わった力、モーメント、およびトルクに対するのとは異なる反応をする。これらの「アーチファクト」と呼ばれる力、モーメント、およびトルクは、特に時間の経過とともにセンサ機器の精度を下げる。センサ構造の性能に影響するアーチファクトの力の例には、捩り、伸ばし、曲げ、圧縮、引っ張り等が含まれる。例えば圧電抵抗器のような、本発明の「マルチポイント」トランスデューサは、従来のシングルポイントのセンサとは対照的に、基板に加わる力、トルク、モーメントに対し、同様かつ反対に反応する一方、容積内の圧力変化に対して、比較的同様に反応するように構成されている。「同様に」とは、少なくとも比較的に、もしくは、おおよそ同じくという意味である。圧電抵抗器が直列に配置されている場合、この反応は、力、モーメント、およびトルクが打ち消しあう間、圧電センサの組により累積して感知される容積内の圧力変化を生じる。センサチップに加わる機械的力およびモーメントに対するセンサの感度を下げることにより、長期間のドリフトが激減する。

このように、これら実施形態のトランスデューサは、出力が、コンプライアント部材にわたる差圧から生じるコンプライアント部材の偏向に対し反対に反応し、しかし、基板の変形に対して同様に反応をするように、コンプライアント部材の表面と関係している。

本発明のこの実施形態の一面で、センサ構造に含まれるのは：基板；少なくとも１つのコンプライアント部材、つまり、基板上に設けられ、容積に対して露出された第一の表面および包囲された空間に対して露出した第二の反対の表面を持つダイヤフラム、もしくは、薄膜；第一の表面上に配置された第一のストレントランスデューサ、例、圧電抵抗器；また、少なくとも第二のストレントランスデューサ、例、圧電抵抗器、第一の圧電抵抗器と直接対向して第二の表面に配置され、第一の圧電抵抗器と直列に接続されている圧電抵抗器、を含む。

さらなる説明のためにのみ、本発明は、ストレントランスデューサが圧電抵抗器である実施形態で説明される。しかしながら、上に記載したものを含み、他のタイプのストレントランスデューサでもありうることで、ここにおける発明を、圧電抵抗トランスデューサの実施形態ということでさらに説明することにより、このような代替的トランスデューサを発明の範囲から除外するものではない。

ある実施形態では、第一および第二の圧電抵抗器は、コンプライアント部材、例、ダイヤフラムまたは薄膜の中心付近に配置される。いくつかの実施形態では、ダイヤフラムにはより厚い領域、例、ボスまたは類似した構造という形で、第一および第二の表面上の少なくとも片方の中心においてさらに含まれる。この領域は、応力焦点部材となる。これらの実施形態では、第一および第二の圧電抵抗器は、より厚い領域に隣接して配置される。任意に、そのより厚い領域は、第一、第二の両表面上の厚みの増した円形状の領域からなる。

センサ機器のいくつかの実施形態は、コンプライアント部材の端部付近に位置する第三の圧電抵抗器、例、ダイヤフラムの第一の表面上のダイヤフラム、と第二の表面上のダイヤフラム端部付近に位置し第三の圧電抵抗器と直接対向して第三の圧電抵抵抗器と直列に接続されている少なくとも第四の圧電抵抗器、とをさらに含む。第三および第四の圧電抵抗器は、圧力変化計測のために、基板に加わる力、モーメント、トルクからの干渉を限られたものとするために、基板に加わる力、モーメント、トルクに同様に反応し、また、容積内の圧力変化には同様かつ反対に反応する。いくつかの実施形態においては、これらの第一、第二、第三、および第四の抵抗器は、ホイートストンブリッジからなる。センサ機器には、さらに任意で、ダイヤフラムに沿って配置された複数個の追加的圧電抵抗器が含まれ、ダイヤフラム端部付近に配置された各圧電抵抗器がダイヤフラムのより厚い領域に隣接して配置された圧電抵抗器と合致するようにする。場合により、追加的圧電抵抗器は、ダイヤフラム端部の全円周上、また、ダイヤフラムの少なくとも一表面上のより厚い領域の全円周上に配置される。

発明のもう一面は、センサ構造には：基板；基板上に設置された、第一の表面が容積に露出し、第二の反対の表面が包囲された空間に露出している少なくとも１つのダイヤフラム；第一の表面上にダイヤフラムの端部付近に配置された第一の圧電抵抗器；および、第一の表面上に第一の圧電抵抗器と半径方向に直列に並び接続されているダイヤフラム中心付近に配置された少なくとも第二の圧電抵抗器。また、第一および第二の圧電抵抗器は、圧力変化計測のために、基板に加わる力、モーメント、トルクからの干渉を限られたものとするために、基板に加わる力、モーメント、トルクに同様に反応し、また、容積内の圧変化に同様かつ反対に反応する。

いくつかの実施形態には、第一の圧電抵抗器と直接対向してダイヤフラムの第二の表面上にダイヤフラム端部付近に位置する第三の圧電抵抗器と、第二の圧電抵抗器と直接対向して、第三の圧電抵抗器と直列に接続され、第二の表面上のダイヤフラム中心付近に位置する少なくとも第四の圧電抵抗器がさらに含まれる。第三および第四の圧電抵抗器は、圧力変化計測のために、基板に加わる力、モーメント、トルクからの干渉を限られたものとするために、基板に加わる力、モーメント、トルクに同様に反応し、また、容積内の圧力変化に同様かつ反対に反応する。発明の本観点によるセンサは、上に記述された特徴のいずれかを持ち合わせる。

一実施形態において、第一の複数個の圧電抵抗器は、第一の表面上のダイヤフラム端部の少なくとも一部周辺に円周方向に配置されており、第二の複数個の圧電抵抗器は、第一の複数個のより、その中心寄りのダイヤフラムの第一の表面の少なくとも一部周辺に円周方向に配置されている。この実施形態において、第一の複数個の各圧電抵抗器は、第二の複数個からの１つの圧電抵抗器と電気的に直列に接続されている。

ある実施形態において、第一の伸長された圧電抵抗器は、第一の表面上にダイヤフラム端部の少なくとも一部周辺に円周方向に配置されており、第二の伸長された圧電抵抗器は、第一の表面上にダイヤフラムの少なくとも一部周辺に円周方向に配置されており、第一の圧電抵抗器より中心寄りに、第一の圧電抵抗器と直列に接続されている。これらの、また、他の実施形態は、第一および第二のダイヤフラムの表面上に配置された圧電抵抗器をさらに含むこともでき、このさらなる圧電抵抗器は、任意で、第一および第二の圧電抵抗器と並列に接続される。

これら実施形態の代表的な構成を、図面上でさらに説明する。図２Ａ乃至図２Ｃは、本発明の様々な実施形態による移植可能な医療用圧力センサの模式的側面図である。この適用における全ての図と同じく、これらの図は、大きさに忠実に描かれたものとは限らず、説明の目的としてのみ提供されている。図２Ａに関しては、センサ機器２０は、基板２９、基板２９上に設置されたダイヤフラム２２、ダイヤフラム２２の第一の表面２３上に設置された第一の圧電抵抗器２４および第一の圧電抵抗器２４の真下のダイヤフラム２２の第二の表面２５上に設置された第二の圧電抵抗器２６を含む。第一の表面２３は、容積Ａに露出しており、一方、第二の表面２５は、包囲された空間２１に露出されている。図２Ａの大きな白抜きの矢印は、基板２９に加えられる伸ばし、および曲げの力を示す。第一の圧電抵抗器２４および第二の圧電抵抗器２６の位置は、圧力変化計測のために、基板に加わる力、モーメント、トルクからの干渉を限られたものとするために、このような曲げ、伸ばし、また、他の基板に加わる力、モーメント、トルクに同様に反応し、また、容積内の圧変化に同様かつ反対に反応する。

図２Ｂを参照すると、センサ機器３０のもう１つの実施形態は：基板３９、基板上３９に設置されたダイヤフラム３２、ダイヤフラム３２の端部付近に位置する第一の圧電抵抗器３６、およびダイヤフラム３２中心付近に位置する第二の圧電抵抗器３４、を含む。このような圧電抵抗器は、第二の表面３３上で包囲された空間３１に露出し（図に示す）、または、ダイヤフラム３２の第一の表面３７上で容積Ａに露出している。いくつかの実施形態では、また、中心の「ボス」またはより厚い領域３５が含まれる。より厚い領域３５は、第一の表面３７（図２Ｂのように）、第二の表面４３、もしくは両方（図２Ｃのように）から延長される。一般的に、より厚い領域３５は、圧力変化計測のため、基板に加わる力、モーメント、トルクからの干渉を限られたものとするために、基板に加わる力、モーメント、トルクに同様に反応し、容積内の圧変化に同様かつ反対に反応する、第一および第二の圧電抵抗器の能力を向上させる。

図２Ｃを参照すると、もうひとつのセンサ機器４０の実施形態は、基板４９、ダイヤフラム４２、およびダイヤフラム４２に配置された４つの圧電抵抗器を含む：第一の圧電抵抗器４４ａは、ダイヤフラム４２中心付近の第一の基板４７に配置され；第二の圧電抵抗器４４ｂは、ダイヤフラム４２中心付近の第二の表面４３に；第三の圧電抵抗器４６ａは、ダイヤフラム４２の端部付近の第一の表面４７に；および第四の圧電抵抗器４６ｂは、ダイヤフラム４６ｂの端部付近の第二の表面４３に配置されている。このような実施形態では、４つの圧電抵抗器４４ａ，４４ｂ，４６ａ，４６ｂにより、完全なホイートストンブリッジが構成される。

図２Ｄを参照すると、一実施形態において、センサ機器のダイヤフラム５７は、第一の複数個の圧電抵抗器５６、第二の複数個の圧電抵抗器５４、中心のより厚い領域５５、出力５２、アース５１および電圧５３、を含む。第一の複数個５６は、ダイヤフラム５７端部周辺に円周方向にのびるように配置され、ダイヤフラム５７周辺全体、または、ほぼ全体に配置されている（点線で表示）。第二の複数個５４は、同様に、ダイヤフラム５７周辺に円周方向に伸びているが、より厚い領域５５に隣接して中心寄りに配置されている。この実施形態においては、各圧電抵抗器の第一の複数個５６は、第二の複数個５４の圧電抵抗器と直列に接続されている。いくつかの実施形態では、第三および第四の複数個の圧電抵抗器が、表示されている表面と反対のダイヤフラム５７の表面に配置されており、第一および第二の複数個は、第三および第四の複数個と並列に接続される。

代替的な実施形態において、図２Ｅを参照すると、センサ機器のダイヤフラム６７には、ダイヤフラム端部付近に配置された第一の伸長された圧電抵抗器６６と、より厚い領域６５に隣接し、ダイヤフラム中心寄りに配置された第二の伸長された圧電抵抗器６４が含まれる。ダイヤフラム６７には、出力６２、アース６１、および電圧６３がさらに含まれる。また、追加的な伸長された圧電抵抗器は、ダイヤフラム６７の反対側に配置され、第一および第二の圧電抵抗器６４、６６と並列に接続されることもある。図２Ａ乃至２Ｅに示された例から、圧電抵抗器のいずれの個数および構成は、本発明の範囲から離脱することなく、センサ機器の所定の実施形態において使用されることは明らかである。

本発明のセンサ構造は、いずれかの適切なダイヤフラム数、および各ダイヤフラムに配置されたいずれかの圧電抵抗器数を持ち合わせている。例えば、いくつかの実施形態では、圧電抵抗器は、ダイヤフラムの外周、内周、もしくは、両方に沿って配置される。そのような円周方向の圧電抵抗器は、第一の表面、第二の表面あるいは両方上にあってもよい。典型的に、ダイヤフラムに配置された各圧電抵抗器は、他の圧電抵抗器と対応し、同表面上に半径方向に位置しているか、あるいは、ダイヤフラムの反対の表面上で、その圧電抵抗器と直接対向して配置される。センサ機器上のダイヤフラムには、さらに適切な形状、大きさ、厚み等がある。円形状のダイヤフラムが示されているが、例えば、他のいずれかの大きさのも使用できる。

上記に記述したように、ある実施形態（図２Ｂおよび２Ｃ，例）は、ダイヤフラム中心により厚い領域を含む。このような領域には、図２Ｂに示されるように、ダイヤフラムの第一の表面上の増加した厚み、第二の表面上の増加した厚み、もしくは図２Ｃに示されるように、両方の増加した厚みが含まれる。このような厚い領域、あるいは、ボスは、外寸を広げることなくダイヤフラムの剛性を増長する。いくつかの実施形態においては、図２Ｂおよび２Ｃに示されるように、このような厚みの増した領域付近に、１つ以上の圧電抵抗器を設置することができる。

圧力センサ２０，３０，４０は、いずれかの適切な大きさ、形状、構成を有し、いずれかの適切な材料からなる。いくつかの実施形態においては、例えば、移植可能な圧力センサ機器の寸法は、端部で約１００−５００μｍ、１００μｍ以下の厚みである。基板は、シリコンおよび／または微細加工できる他の材料からなる。いくつかの実施形態においては、圧電抵抗器は、白金からできているが、以下にさらに詳細に記述されているように、ポリシリコンあるいは単結晶シリコン等の他の材料も使用される。上記に示されたように、センサは、高い感度および安定性を有するように加工される。一実施形態において、例えば、センサの感度は、５００乃至１０００ｍｍＨＧ尺度の絶対値で、約＋／−１ｍｍＨＧであり、ドリフトは、約１ｍｍＨｇ／５年である。他の感度および特異性も、発明の範囲以内で模索される。

図３は、発明のもう１つの代表的実施形態による機器の平面図を提供する。圧力センサチップ１０９は、裏側１１１に開口部を有する。圧電抵抗器１１３は、蛇状で、薄膜部１１５を覆い、薄膜ボス部１１７の中央に位置している。この実施形態では、圧電抵抗器１１３は、単一ペアとして提供されている。

図４は、図３に示された２つの圧電抵抗器を越える有利な発明の設計を示す。図４には、４つの圧電抵抗器１１９、１２１、１２３、および１２５が示されている。これらの圧電抵抗器は、ボスに最も近い、つまり１１９および１２３は、圧縮あるいは伸張のどちらかのひずみを一方向に経験する。対照的に、薄膜の端部に最も近い圧電抵抗器、圧電抵抗器１２１および１２５は、反対のひずみを経験する。

図５は、４つの圧電抵抗素子の異なる配置設計の代替的実施形態を提供する。図５において、圧電抵抗器１２７および１２９は、薄膜の外近くにあり、一方圧電抵抗器１３１および１３３は、薄膜中心寄りにある。この実施形態では、図３および図４に示された発明の設計と同じ機能を果たす。しかし、図５に示す実施形態では、製作公差はあまり影響しない。

図６は、圧電抵抗器が電気的に接続されている本発明の代表的実施形態を提供する。この図では、圧電抵抗器１３５および１３７がボスに最も近い圧電抵抗器であり、一方、圧電抵抗器１３９および１４１は、センサ薄膜の端部に最も近い。供給電圧が電気端末１４３および１４５にかかり、一方、出力電圧は、端末１４７と１４９の間で測定される。圧力がセンサ薄膜に加わると、薄膜は変形する。これにより、圧電抵抗器１３５および１３７内で、引き伸ばしが発生し、抵抗が増す。圧電抵抗器１３９および１４１における圧縮は、抵抗における減少を生じる。

この実施形態で例示されているホイートストンブリッジ配置では、抵抗における減少により、端末１４９での電圧よりも、端末１４７での電圧が上がる。これら二端末間の電圧を計測することにより、電圧の上昇が、電気信号の形で観測される。この信号は、直接観察することもできるが、もしくは、デジタルデータを単に取得するための標準的な処理技術により、処理することもできる。

図７は、図６に示す実施形態の変形を提供する。圧力センサ薄膜１５１は、基板上１５３で支持されている。ボス層１５５は、薄膜１５１中央のボス１５３内にパターン形成され、追加的に、薄膜１５１の端部周辺に縁部１５７を形成する。本発明のこの実施形態は、空洞１５９の、前側における特徴、つまりボス層１５５および圧電抵抗器１６１、に対する並びがそれほど重要でないことから、製作に有利である。薄膜の大きさは、縁部１５７によって効果的に定まるので、潜在的ずれは、圧力反応に影響しない。

このアプローチでの追加的変形が図８Ａおよび８Ｂに示されている。この実施形態では、薄膜１６３は、ウェハー１６５により支持される。この変形の特徴は、圧電抵抗器１６７がボス層１６９上に置かれている。図８Ｂは、この構造の平面図を提供する。圧電抵抗器１６７は、ボス層１６９上に位置している。この場合、ボス層１６９は、薄膜端部１７１、圧力改善ボス１７３、および圧電抵抗器１７５の形跡をも、収容し明確にするために、パターン形成されている。

ボス層１６９上に圧電抵抗器１６７を置くことにより、応力増幅効果が達成されるが、さらに下記に詳しく述べるように、ここでボス層は、スペーサとしての役割を果たす。この効果は、ここで上記および参考文献として含め、さらなるその詳細を下記に記述する米国特許番号６０／６１５，１１７、２００４年９月３０日出願、に述べられているように、ひずみ測定素子、つまり、圧電抵抗器１６７が、薄膜の中立面から離れたところに配置されているため、達成される。

上記図中の様々な概念が、図９Ａ、９Ｂ，９Ｃにおける単一機器に組み合わされて示されている。これらの図では、圧電抵抗器１７７は、ボス層下に位置している。追加的な圧電抵抗器１７８は、ボス層の頂部に提供されている。図９Ａは、この実施形態の平面図を提供する、一方、図９Ｂ，９Ｃは、断面図を提供する。ボス層は、薄膜１７９の端部、圧力焦点ボス１８１、および頂部の圧力抵抗器１７８のための道筋、を明確にするためにパターン形成されている。底部層の圧力抵抗器１７７は、ボス層下に沈着され、パターン形成されている。

図１０は、図９Ａ乃至９Ｃに示すように、素子間の電気的接続図を提供する。圧電抵抗器１８３および１８５は、底部層の圧電抵抗器で、一方、圧電抵抗器１８７および１８９は、頂部層の圧電抵抗器である。端末間１９１と１９３に電圧がかかると、その圧力に比例する出力が端末１９５と１９７の間で観察される。

図１０における特定の配置の利点は、図１１に示される。この図は、チップ１９９の全体が曲がる曲げ応力を経験している圧力センサチップ１９９の模式図である。この図から、この曲げ応力により、圧力抵抗器２０１および２０３の伸びが生じる。しかしながら、図１２に示されている電気的構成により、４つ全ての圧電抵抗器２０５，２０６，２０７、および２０８が、同じ曲げ応力を経験する。このように、圧電抵抗器２０５、２０６、２０７、および２０８は、抵抗を高め、端末２０９と２１０間の電圧に、純粋な変化はない。この図により、この特定の実装がいかにチップ１９９に加わる応力に対する反応に鈍いかがわかる。

（低ドリフト構成要素材料）
上記に示したように、ある実施形態では、センサ構造の様々な構成要素は、特定の材料およびその材料の組み合わせからできており、これにより、センサ構造の低ドリフト特性が付与される。

ある実施形態において、センサ薄膜は、理想的には、純粋に弾性のある非常に安定した材料から成る。このように、典型的に従来のセンサで時間の経過とともに生じた変化、クリープ、もしくはひずみにおける変化は、センサ薄膜において実質的に限定され、取り除かれることが理想である。大きな設計の進歩は、典型的に圧電抵抗器である、圧力感知素子が非常に安定し、その耐性変化が時間が経過しても限定的もしくは変わることがないことを確実なものとすることにある。

発明の圧力センサ機器の一実施形態が図１３に示され、その断面図が提供されている。センサ薄膜１０１は、支持基板１０３により支持され、センサ薄膜１０１は、応力焦点ボス１０５、および圧力感知素子１０７を含む。圧力感知素子１０７は、典型的に抵抗器であり、特に圧電抵抗器である。圧力感知素子１０７の抵抗は、加わる応力の機能である。センサ薄膜１０１に圧力が加わると、薄膜は偏向する。センサ薄膜１０１の偏向により、センサ薄膜１０１内、結果として関係している圧力感知素子１０７内に応力が生じる。圧力感知素子１０７上の応力は、圧力感知素子１０７における電気的抵抗変化を引き起こし、結果として、加えられた応力レベルに関連した計測可能な電気信号となる。

上記教えに関連して、本発明の代表的実施形態において、支持基板１０３およびセンサ薄膜１０１の両方が単結晶シリコンから成る。圧力感知素材１０７は、安定した計測材料、特にきわめて安定した、例、純白金またはその合金等の白金材料；ニッケルクロムまたはその混合物；等から成る。代替的に、圧力感知素子１０７は、多結晶シリコンまたは類似材料から作ることができる。

ある実施形態では、圧力センサ素子、例、圧電抵抗器を成す白金は、その表面に配置された不動態化層を有する。不動態化層の厚みは、約５０乃至１００ｎｍの範囲で、いずれかの都合のよい材料、例、窒化ケイ素から成る。

応力焦点ボス１０５は、数種類の材料から効果的に製造することができる。しかしながら、応力焦点ボス１０５に利用される材料は、低応力で、センサ薄膜１０１に使用される材料と類似した熱膨張係数を有するものが好ましい。応力焦点ボス１０５の材料は、窒化ケイ素、多結晶シリコン、あるいはアモルファスシリコンから選択するのが理想的である。これらの材料は、さらに下記に詳しく議論する、いつくかのいずれかの標準的半導体の適用方法により沈着される。

（中立面実施形態）
ある実施形態において、本機器のコンプライアント部材、したがってその表面と関係しているセンサ素子は、少なくとも圧力センサ構造もしくはチップの中立面に近接して／中立面に／中立面近くに位置している。すなわち、本発明の実施形態は、圧力センサ構造内の薄膜が、コンプライアント部材が存在する構造の中立面の中に／隣接して／通して／近くに位置しているセンサ設計を提供する。一度、そのように設計されると、例えばチップのような全体の圧力センサ構造が、曲げ応力を経験した場合、コンプライアント部材は、その応力によって変形されることはない。発明の設計の結果は、圧力センサ内のセンサ素子が、背景応力に反応せず、もしくは、非常に小さな反応しか示さない。本発明の独創的な説明に対する一部の固執が、背景応力値を実質的に制限するレベルで、背景応力に対する反応を軽減したとしても、特定の発明の設計により、中立面内に直接ない配置であっても、しかし、ある程度その平面に接しているか、または、横断していることが求められるならば、その変形は本質的に改善される。本発明の設計、およびその製作方法は、このように以前にない安定性をセンサに提供する。

中立面の検討は、以前は、充腹梁および飛行機の翼など、巨大な、一般的に一体の物体のエンジニアリング設計に有効的に適用された。しかしながら、これら特定の実施形態の発明は、予期せず革新的に、中立面の基本的方針を、微小加工圧力センサチップの特異な環境に提供する。これは微小加工された圧力センサは、非常な小さな挑戦、および複雑な形状、構造、また混成材料を有していることから、以前のエンジニアリング設計に、中立面ガイドラインを適用することから大きくかけ離れる。

さらなる安定性を供給するために、圧力センサチップの本体内にコンプライアント部材および関係するセンサ素子を特別に配置する発明のアプローチは、現在の製造手法から大きくかけ離れる。例えば、感知素子がより大きな感知構造の外側表面上にある感知機器を製造するのは、現在標準的に行われている。この標準的な制作方法は、簡易な構造を提供し、一方、感知素子を中立面から最も極端な位置に配置する。以前の小型センサの設計はこのように、外部の力に対する最も誇張された脆弱性である。このことから、センサ設計における本発明結果の教えは、現在の技術において、特色のあるものである。

本発明におけるような、小型の不定形の機器への適用が予期しないものである一方、他の適用における中立面の基本的理解は、よく確立されている。中立面は、時に、「中立軸」面と表記される。梁等、物体の中立面に関する記述や評価は、技術的によく知られている。ＭｃＭａｈｏｎ＆Ｇｒａｈａｍ、「Ｔｈｅ Ｂｉｃｙｃｌｅ＆ｔｈｅ Ｗａｌｋｍａｎ」Ｍｅｒｉｏｎ（１９９２）参照。また、ｈｔｔｐ：／／ｄａｒｋｗｉｎｇ．ｕｏｒｅｇｏｎ．ｅｄｕ／〜ｓｔｒｕｃｔ／ｃｏｕｒｅｓｅｗａｒｅ／４６１／４６１＿ｌｅｃｔｕｒｅｓ／４６１＿ｌｅｃｔｕｒｅ３８／４６１＿ｌｅｃｔｕｒｅ３８．ｈｔｍｌも参照。このように、構造の中立面の概念は、その技術における熟練者によく知られている。中立面概念は、さらに米国暫定的特許出願シリアル番号６０／６１５、１１７、２００４年９月３０日出願、に詳しく記載されている；その開示は、この中で参考として含まれる。

簡単に、曲げ応力の披験体となる機械的構造は、その中に、純粋な曲げを経験する理論的平面を有している。この本文の他のセクションでは、曲げ応力に反応する圧縮または伸長を示す。例えば、典型的に、中立面上の材料は、曲げ応力が上向きに及ぶと、伸長を経験する。反対に、中立面下の材料は、典型的に圧縮を経験する。しかしながら、本体の中立面における材料は、理論的に圧縮や伸張のない状態になる。実際の実践の中では、二次的力の実際の多次元性質により、「中立面」のある箇所である程度の応力が存在することもある。しかしながら、このような応力は、その物体の他の箇所と比較して多くが減少する。

古典的には、単なる同質の固体では、中立面は、普通の熟練技師により、均一の厚みの単一材料の正方形のチップでよく知られている方法で、算出することができる。この場合、中立面は、その物体の形状の中心にある。さらに複雑な形状においては、中立面は、場合によっては、標準的な公式により算出できる。

本適用は、用語「中立面」を本適用の中で、センサ素子に最も適切な形状箇所を示すのに使用するが、本文脈でのその用語は、従来の技術で提供されていたよりも、比較的に広い意味を持つ。例えば、複雑な混合形状に適用されると、「中立面」は、事実、その物体を通して伸びる固体面でない可能性もある。本文脈中、「中立面」は、卵形、凸形、凹形、限定的な内長方形でもありうるし、あるいは、特定の固体に計算される他の形であるかもしれない。センサ素子の配置に適切であれば、非連続、または、その箇所内に空隙があることもある。

さらに用語「中立面」に関して、本発明の目的のために、この箇所は、実際、三次元であるかもしれない。また、同質材料を含める複雑な形のモデル化を通し、「中立面」は、球状、円錐形、ピラミッド形、また、非連続でもあり得る、あるいは、センサ素子の位置に適切な箇所内に空隙を含むこともある。

曲げ荷重の披験体となる構造に有限要素解析を行うことにより、いつくもの任意のセンサ構造の中立面を特定できる。計算の複雑性から、この工程は、コンピュータのシミュレーションを通して効果的に達成する。そこで、その行為者は、縦方向の応力が実質的に減少した、もしくは、理想的にはゼロの平面の場所を観察することができる。

医療用機器の場合、単一平面以外でも二次的応力が発生することが頻繁にある。これにより、従来技術の応力算出方法が、かなり複雑なものとなり、これら多次元的力が、正確に説明不可能なところまで達する。しかしながら、本発明の教えを利用し、これら多方向の複雑な力を二次的応力に対し比較的落ち着いている三次元域に分割することができる。本発明は、計算を解決するのに実践的でない方々のために、上記のように、現在あるコンピュータモデルプログラムの使用を提供する。

本発明により提供される圧力センサ機器における機械応力力学を完全に理解することにより、設計アプローチは、普通の熟練行為者にとって、その機器の安定性を最大限にすることが明らかになる。例えば、機器のある部分は、製作目的から構造を向上させるように中立面をずらし、または、多数のセンサのある大きな機器で、他の構成要素との有利な位置合わせを提供するために、バルク材料から作成できる。いくつかの場合においては、小型のモジュールの内部が均一の中立面構成を維持するために、いまだにセンサを柔軟材料で下の支持構造に装着することが有効であることもある。他の場合は、好みに応じ、平面を移動するために、センサを大きなバルク材料にしっかりと装着することが有利であることもある。この最適化は、場合によっては、センサ本体内で中心から外れている中立面の識別につながる。

医療機器の場合、特に有利な発明設計は、本発明の教えにより注意深く調和され、本格的なハウジングの必要性なしに圧力感知を正確に提供できる感知モジュールである。この革新的進歩は、複合センサにとって大きな潜在性を提供する。このような複合機器の潜在性は、特に心臓分野で、医療機器における長い間思われていた必要性を代表する。

任意の形状の「中立面」の特定は、上記の古典的な例よりもかなり、より複雑な計算となる。しかしながら、発明の概念を利用し、行為者は、中立面の特定を現在利用可能なモデルソフトで行うことができる。下記の例では、典型的に、微小加工された構造は、その構造中に内目を有する可能性のある長方形の固体形をしている。古典的な中立面特定のアプローチと同様に挑戦的なのは、これら機器は、典型的に多様な材料から成り立っている。

本発明の教えから導かれて、中立面は、ＡＮＡＹＡ， Ｉｎｃ．あるいはＣｏｓｍｏｓ、Ｓｔｒｕｃｔｕｒａｌ Ｒｅｓｅａｒｃｈ、およびＡｎａｌｙｓｉｓ Ｃｏｒｐｏｒａｔｉｏｎのような有限要素ソフトウェアパッケージを使用した有限要素シミュレーションから特定することもできる。

下記は、有限要素モデルソフトを利用し、中立面を見出すために、行為者によって使用されるアプローチの１つである
１）圧力センサチップの固体モデルの構築
２）チップのある部分を拘束する境界条件を適用、また、力、圧力、トルクなどの負荷をチップの第二の部分への適用
３）モデルの篩い分け
４）モデルの分割
５）最小平面内応力を有する位置を特定するために、チップ内で結果としてひずみが生じるプロットの検証。

典型的に、モデルは、特定の設計パラメータを各運転ごとに変化させながら、多数回運転される。このように、中立面位置上での設計パラメータの影響を特定できる。

本発明で、心臓、眼、および神経への適用等大きさに限界のある狭いところでも、圧力センサの実際的な設計および製作ができる。発明の設計は、心臓や骨を感知する適用等で、圧力変形の試練が高められた試験環境において、特に適用可能である。

本発明により、大きさ約０．１乃至５．０ｍｍのように、大きさ約０．３乃至１．５ｍｍを含む、大きさ約０．０１乃至１０．０ｍｍの圧力感知機器の製作ができる。追加的に、さらに本発明により、深さ約０．１乃至２．０ｍｍのように、深さ約０．２乃至１．０ｍｍを含む、深さ約０．０１乃至４ｍｍといったかなり薄い圧力感知機器の製作もできる。

代表的な実施形態では、本発明により指示されたように製作される圧力感知機器において、感知する薄膜を収納する中央の円筒形の箇所があり、空隙あるいは柔軟シリコン材のような周囲の支持材料と異なる材料を含む。この中央箇所は、センサ機器の全体体積の約０．５％乃至５％のように、約１％乃至３％を含む、約０．１％乃至１０％である。

図１４Ａは、センサチップ３０１、センサダイヤフラム３０３、およびセンサダイヤフラム３０３上に備えられた感圧素子３０５を示す従来技術の微小加工された圧力センサの断面図を提供する。この従来技術の例における圧力センサ素子３０５は、上記のように典型的に、圧電抵抗器である。しかしながら、抵抗器は、また他の圧力および／またはひずみ測定素子、もしくはトランスデューサでもありうる。この類のこのような代替的ひずみ測定素子の一例は、加わる引張りとともにその振動周波数が変化する振動部材である。図１４Ｂは、図１４Ａに示された従来技術の圧力感知機器の平面図を提供する。感知に積極的にかかわりを持つセンサダイヤフラムのエリア３０７は、この図では、完全に円形状である。この図解で提供されている所は、説明を目的に円形状で提供されているが、実際は、楕円形、四角、長方形、または、他の形状であることは理解されたい。

図１５Ａは、センサダイヤフラム３０３から離れて曲げ応力を経験している図１４ＡおよびＢにおける従来技術の機器の断面図を提供する。この場合、センサチップ３０１が、現在、曲げられているところである。この図からもわかるように、センサチップ３０１が，このように可橈応力を経験している時、センサ素子３０５は、引き伸ばされる。図１５Ｂ上面図で示されるように、その効果は、そのエリア３０７を円形から卵型に変形する。この力は伸長性により、素子を変形するようにセンサ素子３０５にはたらく。

逆に、図１６Ａは、図１５ＡおよびＢに見られるのとは、反対の曲げ応力が、センサダイヤフラム３０３から離れて、センサチップに加わっている。図１６Ｂの上面図に見られるように、チップの表面上の圧縮力は、エリア３０７を卵型に変形するが、この場合、そのエリア３０７とは反対方向の軸で、図１５Ｂに示される。その結果は、センサ素子３０５は、圧縮変形の披験体である。これらの図は、応力の影響をより明らかに示すために、実際の機器と比較して、誇張された寸法で提供されており、図式的性格である。

図１５ＡおよびＢに示されるように、センサダイヤフラム３０３から離れた曲げ応力、また、図１６ＡおよびＢに示されるように、センサダイヤフラム３０３から離れた曲げ応力の両方の場合において、圧力センサ３０１からのセンサ出力は、スパン応力により変化し、機器が本来評価する圧力情報をゆがめたり、または、あいまいにする背景値が入り込む。この信号のゆがみは、センサチップ３０１の曲げによりセンサ素子３０５の長さの変化による。

図１７ＡおよびＢは、機器の中立面、もしくはその近辺に設置されたセンサ素子を持つセンサ機器である本発明の一実施形態の図を提供する。図１７Ａは、同機器の断面図、図１７Ｂは、平面図である。発明のこの実施形態においては、第一のセンサチップ３０９が提供され、その上表面上には、センサ薄膜３１１を有す。センサ薄膜３１１上にいくつかのセンサ素子３１３が提供されている。

前の図に示された従来技術の例との違いは、図１７ＡおよびＢに示される発明の実施形態は、追加的に、物理的なセンサチップ３０９の延長を、第二のセンサチップ３１５という形で提供する。この場合、また、従来技術のセンサとの違いは、合成チップの中立面内もしくはその付近にセンサ薄膜３１１がくるように、第一のセンサチップ３０９および第二のセンサチップ３１５の厚みが選択される。設計の別の素子において、収容材料の違いがあるならば、異なる物理的寸法で類似した有利な設計を達成することができる。エリア３１７は、感知に積極的にかかわるセンサダイヤフラムの部分で、この図において本質的には、円形である。

図１８ＡおよびＢは、センサダイヤフラム３１１から離れる方向に曲げ応力を経験している図１７ＡおよびＢに提供された機器を示す。この図から明らかなように、センサチップ３０９の底部表面３１９は、圧縮を経験しており、一方センサチップ３０９の頂部表面３２１は、伸張を経験している。しかし、センサ薄膜３１１が中立軸にあるため、これら外的な力の結果として、伸張あるいは圧縮を経験していない。したがって、センサ素子３１３は、長さ的には変化しない。なぜならば、上記の従来技術の例と異なり、センサ素子３１３の長さには変化がなく、ひずみ応力によるセンサ出力における変化もない。エリア３１７は、上記の従来技術とは対照的に、円形をとどめている。

図１９ＡおよびＢは、図１７ＡおよびＢに示した発明機器の平面および断面図であり、図１８ＡおよびＢとは反対の力の応力がチップにかかっている。センサ素子３１３における影響は、同じ基本が適用される、つまり、変形をうけない。エリア３１７は、同じく円形を維持する。

図２０ＡおよびＢは、それぞれ、発明のセンサ設計の追加的な実施形態の断面図と平面図である。この場合、底部のセンサチップ３２３は、頂部のセンサチップ３２５と合致している。頂部のセンサチップ３２５は、頂部のセンサチップ３２５にエッチングされた空洞３２９を備える。底部のセンサチップ３２３は、センサチップ３２３を通してエッチングされた貫通孔３２７を備える。

この場合、圧力センサは、貫通孔３２７にかかる圧力における違いを、貫通孔３２７と空洞３２９間内における圧力の相違を計測する。空洞３２９は、任意に周囲空気または周囲圧での気体で充填することができる。この実施形態におけるこれらの変化において、センサは、計測圧力センサとして分類される。任意に、空洞３２９は、真空で充填することもできる。その場合、圧力センサは、絶対圧力センサとして分類される。

図２１ＡおよびＢは、本発明の第三の実施形態の断面および平面図を提供する。この場合、底部の圧力センサチップ３３１は、底部の貫通孔３３３を備える。上の圧力センサチップ３３５は、上の貫通孔３３７を備える。この実施形態では、発明の圧力センサは、底部の貫通孔３３３と上の貫通孔３３７間の圧力における差に反応し、異なる圧力源と接続される。この構成においては、この発明の実施形態は、差圧センサとして分類される。

（増幅されたコンプライアント力実施形態）
ある実施形態において、本センサ構造は、ここでは、レバーとも呼ばれるスペーサやビーム要素により、コンプライアント部材の表面から離された、コンプライアント部材と関係しその上に設置されるトランスデューサ素子を有する。これらの実施形態によると圧力センサ設計においてビーム要素の利用を通してコンプライアント力を最適化することにより、はじめて、独自にきめ細かな感度レベルを達成しつつ、今までにない小型寸法で着実な性質の圧力センサ機器が提供される。

これらの実施形態のセンサは、所定の圧力の、圧力センサの信号出力において、今までにない増加を提供する。このように、これらの実施形態は、大きさが制限される中、圧力における極めて小さな変化で高い精度の圧力値を提供することができる感知機器を提供する。ビーム要素が存在しない類似の機器で達成された感度と比較すると、これらの実施形態の機器で達成された力の増幅は、微小加工された圧力センサの感度容量を、約５０乃至５００倍のように、約１５０乃至２５０倍を含む、約１乃至１，０００倍増加する（図２５参照）。他の標準的な感度設計の改作と比べると、これらの感度は、さらに高いレベルにさえ到達されうる。

本発明の機器および設計方法は、センサ設計のエンジニエアに、明らかなセンサ薄膜におけるひずみを拡大もしくは増幅できるツールを提供する。このツールにより、圧力の差による所定の薄膜の偏向の劇的な増幅を許容する。ビーム要素を用いる発明のアプローチでは、ひずみ測定素子は、変形することなく、より大きなひずみを経験する。結果として、センサにより発信される電気センサ信号は、対応して増加する。

これらの実施形態のセンサは、圧力におけるさらに小さな差の検出を提供する。本実施形態では、約０．１乃至１０，０００ｍｍＨｇのように、約１乃至１０００ｍｍＨｇを含む、約０．０１乃至１００，０００ｍｍＨｇの範囲の圧力検出を許容する。

所定のプレート曲げでは、その屈曲の中心位置を計算することが可能である。また、曲げられるプレートの屈曲の半径を計算することも可能である。機械的なテキストおよび標準的な光学解析から、行為者は、薄膜内のいかなる場所におけるひずみの位置を割り出すことができる。このひずみは、典型的に、その地点の薄膜の中立面からの距離を屈曲の半径で割ったのに等しい。

本発明のビームの寸法は、約５乃至５００μｍのように、約１０乃至１００μｍを含む、約１乃至１，０００μｍの範囲である。

さらに、本発明において、多数の発明のビームをセンサ薄膜において使用することができる、例、約３乃至５０のビームのように、約４乃至５のビームを含む、約１乃至１００のビーム。

最適な結果を達成するために、これら実施形態のセンサは、実用可能な限りアークと同程度の小型化を達成できるよう、その構造を最適化できるようにすでに設計されている。センサ薄膜にボスを適用し屈曲半径に対し薄膜の寸法を小さく変更することにより、大きなひずみが結果として生じることを考慮すべきである。

図２２は、偏向を経験している薄膜片もしくはプレートの断面図を提供する。このダイアグラム的表示は、圧力差を経験している圧力感知薄膜の一部分であり、曲げが生じている。上記の議論から、本発明の実践における行為者により用いられる公式は、下記のように図２２の従来機器に活用することができる。最大のひずみは、ｚが最大のときになる。しかしながら、ひずみ素子は、プレートに接続されていなくてはならないため、最大の可能なｚは、そのプレートの一表面あるいは他の表面で起きる。

図２２において、示された例の薄膜の頂部表面から見られるように、その厚みを２で割った値に等しい。底部表面においては、ｚは、その厚みを２で割ったマイナスの値に等しい。これにより、センサ素子が、所定の曲げの半径に対して経験できる最大のひずみに制限が設けられることになる。

図２３では、示されたように、薄膜からひずみ測定素子を移動した発明の設計の影響を示す。圧力感知ダイヤフラムのセクション１２０１は、この図で、半径１２０２の中心の周囲に曲げられている。オフセット素子（スペーサまたはビームともここでは呼ばれる）１２０３が、薄膜の表面からひずみ測定素子１２０４を移動するために、提供されている。

この表示から、ｚプライム、ひずみ測定素子１２０４の中立軸１２０５からの距離は、厚みを２で割ったよりも大きいことが伺える。実際、本発明で実践されたように、ｚプライムは、任意の値のいずれかであり得る。行為者には、理解されるところであるが、ｚプライムは、場合によっては、製造手法のように、ある実践的な動機によって制限されることもある。

図２４は、本発明の代替的な実施形態の一例を提供する。この図では、オフセット素子１３０３が、薄膜１３０１のどちら側にも配置される。この場合、オフセットは、薄膜の下にあるため、ｚプライムは、マイナスの値をもつ。しかしながら、この効果は、この場合に示される工学原則に影響しない。

本発明の特定の実施形態では、従来技術の典型的な厚み寸法である１．５μｍの圧力感知薄膜を採用すると、最大のｚ値は、その半分、あるいは０．７５μｍとなる。これらスタンドオフ素子に１．５μｍ追加し、製造した場合、そのｚプライムは、１．５＋０．７５あるいは２．２５μｍとなる。この工学的な改作は、すでに周知の製造手法を使用し、簡単、容易に達成できる。

上記の発明の工学的進歩の利用により、これら実施形態の発明機器は、図２２に示されるように、従来の圧力センサ設計の感度を効果的に三倍上げた。これは、単に本発明の裏づけを提供する。しかしながら、本発明手法を使用し、１０倍以上の増幅値が、容易に達成される。このように、図１乃至１Ｂで見たように、従来技術の機器に比べ、本発明により、感度が約１０乃至８０倍といったように、約２０乃至４０倍を含む、約１乃至１００倍増加する。

実践的考慮により、このより簡単な発明手法の実施形態を利用した、増幅要因は、約１０の増幅までと制限される。しかしながら、図２５で示されるように、さらに発明概念を、平面内増幅を利用するさらに進展、洗練された実施形態において延長することにより、さらに大きなひずみの増幅率が可能である。この場合、１００もしくは数百倍もの増加が、本発明のアプローチを利用して可能である。

図２５ａは、圧力センサ薄膜１５０２を備えた圧力センサチップ１５０１の平面図を提供する。増幅構造１５０３および１５０４は、センサチップ表面上に置かれる。図２５Ｂおよび２５Ｃは、Ａ、Ａプライム、Ｂ、およびＢプライムの異なる箇所でのこの機器を通した断面図を提供する。図２５Ａ、２５Ｂ，および２５Ｃに見られるように、力増幅構造は、ある場所でチップの表面と接触するが、他の場所では、接触しない、つまり、これらの場所において、その表面上で、独立している。

発明の力増幅構造の一例が追加的な詳細として図２６に提供されている。パッド１６０１は、圧力センサ薄膜の一部分に取り付けられている箇所にあり、パッド１６０２は、圧力センサ薄膜の第二の部分に装着している箇所にある。本発明の方法を利用するにあたり、加えられた圧力により、薄膜が偏向する時、大きな移動を経験する箇所であり、これらの箇所が選ばれる。

ビーム１６０３の例を利用すると、積極的な圧力が加わり、ローケーション１６０１が、ロケーション１６０２から離れるとすると、ビーム１６０３は、パッド１６０１寄りに引寄せられる。この動きにより、片端がパッド１６０２に固定されているビーム１６０４の回転が生じる。しかしながら、中間点は、ビーム１６０３に装着されている。その回転により、固定されたパッド１６０６に装着されているビーム１６０５に伸張が生じる。固定されたパッド１６０６は、チップの動かないある部分に取り付けられている。このチップの静止部分は、例えば、薄膜の周囲であることもある。

ビーム１６０４は、セグメント１６０７を備える。セグメント１６０７の長さとセグメント１６０８の長さを比較し、これらの長さが同じでない場合、パッド１６０１もしくは１６０２の比例する動きの増幅において、拡大または減少する結果となる。例えば、セグメント１６０７が１０μｍの長さで、セグメント１６０８が、１００μｍの長さとすると、ビーム１６０４の端部は、パッド１６０１およびパッド１６０２間の移動の１０倍動くことになる。この発明の設計は、動きの振幅において、１０倍の増大を提供する。この改善は、所定の圧力量に対し、ビーム１６０５のひずみにおいて１０倍の増大、センサの電気的出力において１０倍の増大ということになる。

例として、この特定構造は、ミラー構造を備えて提供される。このように、パッド１６０６は、そのミラーイメージとしてパッド１６０９を有する。この発明の設計は、製造するのに便利なアプローチである。また、対称性を提供するため、よい機械的実践の基準にも見合う。この発明の実施形態のさらに有利なところは、例えば、ひずみ測定素子１６０５が、圧電抵抗器だった場合、パッド１６０６およびパッド１６０９間の抵抗を計測できる。抵抗における変化を観察することにより、これら素子におけるひずみの計測、したがって圧力の計測が提供される。

上記は、力を増幅するために、発明のレバーの原理を利用した一例を提供している。レバーにも多くのバリエーションがあることは、普通の熟練技術者も認めるところであろう。同様に、微小加工された構造のために、レバーの最適な形状を特定するコンピュータ方法により今までなかった洗練されたレベルでの、レバーの作り方が提供されている。従来技術では、加速度計や、パンタグラフと同じような微小加工されたものの類に、このようなアプローチが適用されていた。後の例で、その動機とするところは、大きな移動を適用し、きわめて正確な動きを出すことにある。さもなくば、単に非常に小さな移動の力発生器を機器に利用し、増幅する必要がある。

（追加的特徴）
いくつかの実施形態において、センサ構造からの感知データを送信するために、センサ構造はさらに基板の二層の間に配置され、少なくとも２つのトランスデューサ、例、圧電抵抗器、と接続されている少なくとも一本の導電性のワイヤーを含む。例えば、導電性のワイヤーは、金、白金等からなる。基板層は、ポリアミド、シリコン等のいずれかの適切な材料もしくは材料の組み合わせからなる。ある実施形態では、少なくとも一本のワイヤーが、導電性の液体あるいはゲルを通し、複合カテーテルと動作可能に接続されている。このような複合カテーテルは、同時係属出願の米国特許出願番号１０／７６４，４２９、１０／７６４，１２７、１０／７６４，１２５、および１０／７３４，４９０に記述されており、これらの開示は、ここにおいて、参照に含まれる。

センサ構造は、少なくとも１つの抵抗器で感知されたアナログ信号をデジタル信号に変換するアナログーデジタル変換器から構成される特定用途向回路（ＡＳＩＣ）をさらに備える。代替的に、センサには、抵抗器により感知されたアナログ信号を周波数に変換する電圧制御発振器から構成される少なくとも１つのＡＳＩＣが含まれる。他の実施形態であるが、センサには、抵抗器により感知されたアナログ信号を電圧制御負荷サイクルに変換する電圧制御負荷サイクル発振器からなる少なくとも１つのＡＳＩＣがさらに含まれる。これらいずれの実施形態において、ＡＳＩＣは、二線回路、三線回路、もしくは、さらにワイヤ数の多い／少ない回路からさらになる。

尺度１／１０ｍｍの圧力センサにおける応力および不具合の最大原因の１つは、ワイヤー接合により生じる応力の段階的な緩和である。したがって、本発明のいくつかの実施形態では、センサからワイヤー接合を取り除いている、例、集積的に、可撓リード線を製造する平坦な処理を利用。このように、電気的信号は、基板の２枚の可撓ポリアミドもしくはシリコン層間に埋め込まれた薄い金線を通し、チップに出入りする。代表的な実施形態では、これらの信号は、関係しているカテーテル内に埋め込まれたワイヤーに送られ、または、導電性の液体あるいはゲルの薄い層を経由する。本処理の工程は、様々な電力、アース、信号線における抵抗を導く。

ある実施形態では、図２７に示すように５線システムがこの違いを解消するために採用されている。図２７は、発明の圧力センサ金型に沿って集積された、簡単な集積電気機器を表示している。この構成は、さらに着実に圧力センサ情報がワイヤーに送り戻される容量を提供する。

集積回路上では、上記のホイートストンブリッジが、電流源である。この電流源は、抵抗器のブリッジに安定量の電流を提供する多くのよく知られている設計である可能性もある。この構成では、ホイートストンブリッジの頂部で、アースに関連する電圧を発生させ、Ｖ_{Ｂｒｉｄｇｅ}として表示される。特に、ホイートストンブリッジの頂部の出力は、アースに関連する増幅器に入り、Ｖ_{Ｂｒｉｄｇｅ}と呼ばれる電圧を発生させる。いくつかの場合は、電位が出力の場合もある。他の場合には、増幅器により計られる、Ｖ_{Ｂｒｉｄｇｅ}。Ｖ_{Ｂｒｉｄｇｅ}は、アナログからデジタルの変換器Ａ／Ｄに入り、そのフルスケールの入力となる。アナログからデジタルへの変換器は、レシオメトリック変換器で、入力信号は、フルスケール信号に配分される。

ブリッジに対する中間点は、増幅器に入る。その出力は、Ｖ_{Ｐｒｅｓｓｕｒｅ}と表示されている。そしてアナログの信号バージョンからデジタル変換器に入る。場合によっては、Ｖ_{Ｂｒｉｄｇｅ}増幅器とＶ_{Ｐｒｅｓｓｕｒｅ}増幅器は、すべてＡＤ変換器に集積される。これらの実施形態では、４ラインが、変換器に直接入る。そのうちの１ラインは、ブリッジの底部のアースである。２番目のラインは、ホイートストンブリッジの頂部で、フルスケールの電位である。２入力は、信号、もしくは信号の増幅されたバージョンである。差分信号が入ると、２入力入ってくる。それがＡからＤのレシオメトリックである。この構成の目的は、「ｃａｎ」に送り戻される高抵抗信号を提供することにある。

図２８に示す６線のシステムは、同様に、フルブリッジに使用することができる。図２８は、上記構成の改作版を提供する。この構成は、他の適用の中でも、カテーテル上に圧力センサがある場合の使用に特に適したシステムを提供する。６線のワイヤーがカテーテルを下り、カルビン接続がホイートストンブリッジを通して電流を駆動するのに使用される実施形態において、分離したラインが、ホイートストンブリッジの頂部および底部の電位を観察するのに使用される。

これらの６線ワイヤーにおいて、電位は、これら接続しているワイヤーの抵抗における変化から独立している。電子機器が、その回路に集積されているならば、上記のアプローチにより、不具合も減らすことができる。

上記の全てのシステムは、交流もしくは直流電流源のどちらかを利用することができる。交流システムを取り入れる電子機器の改作は可能であり、交流ＶＳ直流システムでサンプリングを行うのに、よく知られている技術である。交流システムは、増幅処理中に増える直流のずれを取り除く。

一実施形態において、アナログの圧力信号は、可変抵抗インターフェースを通して伝送される前に、周波数もしくは負荷サイクルもしくはデジタル数字に変換される。図２９に示される回路は、アナログの圧力信号をシングルのデジタル数字に変換し、そして２，３本のワイヤー接続を介してカテーテルに接続されているコンピュータと通信するような実施形態に使用することができる。図２９は、ウェハーの伸び、または、チップ温度における変化を補正するシステムを示す。この補正は、同一の電流源により駆動されるホイートストンブリッジに並立している第二の抵抗器を有することにより達成される。それは、ウェハーの応力を現すＳパラメータを作成するＡからＤのシステムに入り、ゲージおよびホイートストンブリッジのゲインを変化させる。このＳパラメータは、単に圧力出力を有する上記システムのはじめのバージョンの追加である。

代替的に、図３０のような回路は、捩り、曲げ、および／または伸ばす力のような基板に加わる力による感圧抵抗器に対する共通モードの変化を計測することにより、追加的情報を提供するために用いることができる。温度変化による不具合をさらに矯正するために、センサに、温度センサをもさらに追加することができる。図３０では、一供給源に全てが接続されている抵抗器および２つのホイートストンブリッジといかに共存しているかが示されている。外側の大文字Ｒの大きなホイートストンブリッジは、システム全体のひずみもしくは温度を計測するためのものである。そして、圧力センサホイートストンブリッジが、圧力の測定に使用される。Ｓ出力は、そして、本来圧力指標であるＰ出力を補正するために用いられる。

ある実施形態においては、これらの回路は、全て圧力センサと同じ金型に集積されている。代替的に、圧力センサ金型に動作可能に接続され、例、溶接されている金型に統合することもできる。

図３０Ａを参照し、多数の圧電抵抗器は、あらかじめ決められた間隔の間、もしくは、専用周波数を利用して、データを送信する。一実施形態では、例えば、図３０Ａに示すような、可変負荷サイクルで発振器に差圧信号を変換する、電圧制御の負荷サイクル発振器を含む回路を含む。このような回路の出力は、連続したパルスを発生する：「オン」状態と「オフ」状態への比率は、絶対圧力に比例している。この連続したパルスは、そして、圧力制御の発振器の搬送周波数のエンベロープとなる。数個のセンサの各々は、異なる搬送周波数を送信することができる。外部のモニタは、カテーテルの出力線に対して並列に接続された、多くの電子工学フィルタを有しており、各フィルタは、搬送周波数の１つに合わせられている。各フィルタの出力は、例えば、連続した方形波からなり、その負荷サイクル（オン時とオフ時の比率）は、そのセンサによって計測された圧力に比例している。このように、図３０Ａは、圧力をさらに確実な信号に変換する回路の異なるタイプを示している。ここで、圧力センサ抵抗器は、左側の４つの抵抗器で、圧力とともに上下する。これら４つの抵抗器の２出力は、アナログスイッチに入り、同じサンプル電子機器のセットに交互に上下し入る。サンプル電子機器の状態にもよるが、各出力は、Ｃｉｎｔの統合するコンデンサに入る。Ｃｉｎｔの電位が閾値に達すると、論理回路により、積分器がリセットされ、上下に駆動する他の電位で再スタートする。その結果は、高ＶＳ低電圧の率が出てくる負荷サイクル発振器は、変化する圧力に比例する。これにより、圧力信号が、可変負荷サイクル発振器に変換される。

図３０ＢおよびＣは、複合システムに統合された本圧力センサのブロック図を提供する。

圧力を現すアナログ電圧を確実な信号に変換するのに、様々な信号変換手法を適用することができる。例えば、アナログ電圧は、アナログからデジタルの変換器を使用し、数字に変換することができ、または、アナログ電圧は、電圧制御の発振器を使用し、周波数に変換することができるが、両方とも、特定用途向け集積回路（ＡＳＩＣ）の構成要素として、もしくはセル配置として、市場で取得可能である。他のあまり知られていないアプローチには、可変圧力信号を安定した発振器の可変負荷サイクルに変換する、電圧制御負荷サイクル発振器が含まれる。図２９および３０の回路は、ＡＳＩＣとして組み込むことができ、また、チップスケールもしくはウェハースケール接合手法のどちらかを使い、センサに統合することができる。

センサ機器のいくつかの実施形態には、基板と接続された材料層が含まれ、層は、ダイヤフラムと容積の間に位置する。例えば、材料層は、シリコン層からも構成され得る。いくつかの実施形態では、ダイヤフラムと材料層は、スペーサにより離されている。

（製作方法）
ここで説明するセンサ構造は、いずれかの都合のよいプロトコルを用いて製作することができる。ある実施形態では、使用される製作プロトコルは、ＭＥＭＳ製作プロトコルで用いられように、微細加工、または、微小加工プロトコルである。その技術で知られるように、微小電気機械システム（ＭＥＭＳ）は、微細加工技術を通し、共通のシリコン基板上での、機械的要素、センサ、アクチュエータ、電子機器の統合である。電子機器が、集積回路（ＩＣ）処理シーケンス（例、ＣＭＯＳ、Ｂｉｐｏｌａｒ、またはＢＩＣＭＯＳプロセス）を利用して製作される一方、微小加工構成要素は、準拠した機械的また電子機械的機器を作るためにシリコンウェハーの箇所を選択的にエッチングで取り除いたり、あるいは、新たな構造的層を追加したりする「微小加工」処理を利用する。上記で説明した様々なセンサ構造製造のための代表的なプロトコルを議論する。

図３１Ａ乃至Ｕは、発明の圧力センサのための代表的製作方法の流れ図の表示を提供する。図３１Ａでは、ウェハー６８の上および下の両表面は、二酸化ケイ素層６９および７０で覆われている。図３１Ｂに示されるように、次の製作工程は、二酸化ケイ素層６９上に、犠牲層７１の沈着を提供する。犠牲層７１は、典型的に銅またはアルミニウムからなる。他の実施形態では、犠牲層７１は、普通の熟練技術者によく知られている様々な他の材料から選択することもできる。

犠牲層７１は、任意で、エッチアップされた層７２で覆われる。エッチアップされた層７２は、クロム、または、チタン等の典型的な、エッチアップ用層材料から作ることができる。代用的な例では、エッチアップされた層７２は、チタン ツングステンから成る。

結果としてできる構造は、第二の犠牲層７３で覆われる。第二の犠牲層７３は、エッチアップ層７２と同じ、または、異なる材料から作られる。第二の犠牲層７３は、そして、第二のエッチアップ層７４で覆われる。これら層の組み合わせ、つまり、第二の犠牲層７３および第二のエッチアップ層７４で形成されたサンドイッチ構造は、リソグラフィあるいはウェットエッチングのような標準的なリソグラフィ的手法を利用して、２つのメサ７５にパターン形成される。

図３１Ｃに示すように、第一の犠牲層７１およびエッチアップ層７２は、フォトリソグラフィ的にパターン形成されている。図３１Ｄに示すように、開発する圧力センサの表面構造は、様々な犠牲層および他の構造を含み、構造層７６で覆われている。構造層７６は、二酸化ケイ素、窒化ケイ素、または、酸窒化ケイ素で構成することができる。構造層７６を作る材料は、典型的にプラズマ化学気相成長法により沈着される。代替的に、構造層７６の材料を沈着するための類似した利用可能な標準的な半導体技術がある。

図３１Ｅに示すように、構造層７６は、平坦化された層である。この平坦化は、好ましくは、化学機械的研磨により達成できる。構造層７６の平坦化は、エッチングされた上層７７をメサ７５表面で露出している。

図３１Ｆに示すように、圧電抵抗器層７８が構造層７６の上表面で沈着およびパターン形成されている。ある実施形態では、圧電抵抗器層７８は、白金あるいは多結晶シリコンかである。圧電抵抗器層７８に白金を選択した場合、材料は、リフトオフ手法でパターン形成される。圧電抵抗器層７８に多結晶性シリコン白金を選択した場合、材料は、ドライエッチングまたはウェットエッチングのいずれかでフォトリソグラフィ的に沈着され、そしてパターン形成される。

図３１Ｇに示すように、圧電抵抗器層７８は、第二の構造層７９で覆われる。第二の構造層７９は、窒化ケイ素、酸化ケイ素、もしくは酸窒化ケイ素のようないくつもの異なる材料の１つから選ぶことができる。図３１Ｈに進むと、白金のような第二の圧電抵抗器層８０が、第二の構造層７９の表面上に沈着され、パターン形成されている。図３１Ｉでは、第三の構造層８１が、第二の構造層７９と第二の圧電抵抗層８０の表面上に沈着され、パターン形成される。第三の構造層８１は、窒化ケイ素、二酸化ケイ素、または酸窒化ケイ素から選ぶことができるが、ほかの適切な材料から構成することも可能である。

図３１Ｊに示すように、上の二酸化ケイ素層８２が第二の構造層７９、第二の圧電抵抗器層８０および第三構造層８１の露出された表面部分全体上に沈着している。図３１Ｋに示すように、孔８３は、頂部の二酸化ケイ素層８４および下に横たわる二層の二酸化ケイ素層もしくは窒化ケイ素構造層８５および８６を通って、犠牲層８７を露出するために作られている。

図３１Ｌに示すように、犠牲材料が取り除かれ、空洞８８が残されている。犠牲材料は、硫酸、硝酸、または電気化学エッチング等のウェット化学エッチングを利用し、いずれかの適切な手段により取り除くことができる。図３１Ｍに示すように、孔８９は、プラグ９０で、ふさがれている。プラグ９０は、金のような金属であることが好ましい。プラグ９０を製造する金属は、沈着され、そしてエッチングされる。このアプローチは結果として、ウェハーのプラグ部においてのみ金属材料が残留することになる。

図３１Ｎに示すように、プラグ９０の製作と同時に、金、または、他の適切な金属が接合パッド９１にパターン形成される。図３１Ｏに見られるように、ポリアミドのような可撓性材料の底部層９２が、沈着およびリソグラフィパターン形成される。図３１Ｐは、接合パッド９１の露出された表面、底部層９２、および金層９３で覆われたプラグ部９０を示す。金層９３は、金型のセンサ部分から接合パッド９１の形跡を作るために沈着され、フォトリソグラフィ的にパターン形成される。

図３１Ｑに示すように、結果的構造は、ポリアミドのような追加的層９４で覆われる。図３１Ｒに示すように、エッチングされたマスク９５が沈着され、フォトリソグラフィ的にパターン形成される。典型的に、エッチングされたマスク９５の材料は、アルミニウムで、フォトレジストでないほうが好ましい。

図３１Ｓに示すように、ウェハーの前側に、同じまたは異なるエッチアップした材料９６が沈着されている。図３１Ｔは、ウェハーの裏側の開口部９８を示す。図３１Ｕは、次の製作段階の結果を示し、様々なエッチアップされた材料およびアルミニウムやフォトレジスタが、ウェハーの両側からはがされている。このように、構造が明らになり、最終的な発明の圧力感知機器が得られる。

発明の低ドリフト圧力センサ製造の簡略されたプロセスを図３２Ａに示す。はじめの製作は、シリコン層２１３、二酸化ケイ素層２１５、および第二のシリコン層２１７から成る絶縁ウェハー２１１上のシリコンで始まる。酸化ウェハー上のシリコンは、市場で取得可能であるが、もしくは、代替的に、熟練技術者によく知られている多数の手法により製造することもできる。この構成要素の製作は、典型的に、シリコンフュージョン接合で２つのシリコンフェハーを接合することにより達成され、シリコン層２１７の望ましい厚みを得るために片方のウェハーの研磨、洗練を引き続き行う。そして、この始めのウェハーは、二酸化シリコン層２１９により覆われる。この製造段階は、フォトレジストでのスピンコーティングが次に行われ、形象２２１に示すように、チップが、標準的なリソグラフィ的手法を用いて、露出され、望ましい抵抗器パターンとは反対に、パターン形成される。

そして、図３２Ｂに見られるように、ウェハーは、典型的に白金である圧電抵抗材料２２３で覆われ、白金は、二酸化シリコン２２５とさらにフォトレジスト２２７の両方を覆う。白金は、スパッタリング、蒸着、または、電気メッキ、もしくは、標準的な半導体蒸着の多数ある手法により沈着される。

図３２Ｃに示すように、白金の沈着につづき、余分な白金を、フォトレジストを溶かす溶媒にウェハーを浸すことにより、取り除く。このように、フォトレジストを覆う白金を浮かし取り、残りの白金２２９を望まれるところに抵抗器のパターン形状に残す。

図３２Ｄに示すように、この特定の製作プロセスにおける次の段階は、ボス層の沈着である。ボス層は、他にも材料の選択肢がある中で、窒化ケイ素、二酸化ケイ素、もしくはアモルファスシリコン、または、多結晶シリコンから成る。ボス層は、典型的に、プラズマ化学気相成長法、つまりＰＥＣＶＤにより沈着される。他の代替的な沈着処理としては、スパッタリング、蒸着、または、多くの標準的な半導体蒸着手法がある。その層は、図３２Ｅに提示されるようにパターン形成される。図３２Ｄを参照すると、窒素層２３１が提供されている。

図３２Ｅでは、窒素層２３３は、ボス２３５および薄膜２３５の端部を明確にするためにパターン形成されている。この造りは、フォトリソグラフィでパターン形成され、つづいて標準的な半導体製作手法を利用し、化学的エッチング、または、プラズマエッチングが行われる。好ましくは、その製作は、典型的に６フッ化硫黄プラズマにおける、プラズマエッチングでパターン形成される。随意的に、この段階では、追加的プラズマ層をボス層２３５の頂部に沈着させることができ、上記のようにリソグラフィでパターン形成されるが、簡略化のためにこの図では省略している。

図３２Ｆに示すように、孔は、フォトレジスト２３７が適用されるウェハー２３９の裏側にパターン形成される。開口部２４１が、好ましくはプラズマエッチング、また、最も好ましくは深堀反応性イオンエッチングで、ウェハーを通しエッチングされる。

図３２Ｇに示すように、埋められた二酸化ケイ素２４３は、開口部２４７に露出している薄膜２４５のところから取り除かれている。二酸化シリコン２４３は、フッ化水素酸に浸したりするウェット化学エッチング、もしくは、プラズマエッチングで取り除かれ、製作を完了する。

図３３は、センサ素子が置かれる製造センサ構造が少なくともその構造の中立面に近接される発明の製造方法の一実施形態の簡略化した模式的な表示を提供する。図３３では、一表面上で、シリコンウェハー３４１が薄膜材料３４３を備えて提供される。代替的に、薄膜材料３４３は、絶縁層上におけるシリコン、もしくは、高濃度のシリコン層から成る。典型的な製作工程は、薄膜材料上にセンサ素子層３４５を沈着することにある。一実施形態においては、センサ素子層３４５は、白金のような金属の圧電抵抗器である。代替的な実施形態において、センサ素子層３４５は、拡散されたシリコンの圧電抵抗器で、センサ素子３４７内にパターン形成される。同時に、第二のチップ、ウェハー３４９は、フォトリソグラフィ的に明確にされ、エッチングされた空洞３５１を有する。そして、２つの結果として得られるウェハーは、中間構造３５３内で接合される。薄膜へのアクセスポート３５５は、中間構造３５３内にエッチングされる。

図３４ＡからＨは、本発明機器上に作成する簡略化した製作順序の流れ図を提供する。図３４Ａは、ウェハー１４０１および薄膜１４０３を備えるはじめの基板を示す。エッチストップ層１４０２は任意である。典型的な機器において、ウェハー１４０１は、シリコンとなる。エッチアップ層１４０２は、典型的に二酸化ケイ素であり、さらに薄膜層１４０３も、典型的にシリコンでる。

図３４Ｂにおいて、オフセット層１４０４は、ウェハー１４０１頂部に沈着している。図３４Ｃでは、オフセット層１４０４は、オフセット層１４０４内に開口部または形象１４０５を作るためにパターン形成されている。図３４Ｄにおいては、ひずみ感知材料１４０６がオフセット層１４０４頂部に沈着している。ひずみ感知材料１４０６は、白金などの圧電抵抗金属であることもある。代替的に、ひずみ感知材料１４０６は、シリコン層内に拡散した抵抗器でもあり得る。図３４Ｅは、感知薄膜を明確にするために、チップ１４０７の裏を通し、孔がエッチングされている。図３４Ｆ、３４Ｇ，および３４Ｈは、図３４Ａ、３４Ｂ、および３４Ｃそれぞれに描写された構造の平面図を提供する。

図３５Ａ乃至３５Ｆは、発明の面内レバー構造を作るための本発明の製作方法の一実施形態を表した流れ図である。図３５Ａでは、ウェハー７０１で製作が始まる。ウェハー７０１は、利便的には、シリコンウェハーである。ウェハー７０１上に沈着しているのは、エッチストップ７０２である。二酸化シリコンがエッチストップ７０２になることもある。エッチストップ７０２の表面は、薄膜層７０３である。これら層の頂部に犠牲層７０４がある。図３５Ｂでは、犠牲層７０４が、連続した形象７０５を形成するためにパターン形成されている。

犠牲層７０４内の形象７０５は、本機器の機械的構造が接触しない下に横たわる薄膜がある場所を表す。犠牲層７０４内の孔７０６は、レバー層７０７が薄膜に装着される場所に配置されている。図３５Ｃでは、レバー層７０７が沈着している。レバー層７０７は、多結晶シリコンから製作することができる。

図３５Ｄでは、中間チップが構造７０８内にパターン形成されている。構造７０８は、前出の図で説明した様々な、レバーアームとアンカーパッドを表す。図３５Ｅでは、犠牲層７０４は、エッチングで除かれている。例えば、二酸化ケイ素が、犠牲層７０４として使用された場合、フッ化水素酸によりエッチングで除かれる。いかに犠牲層７０４をエッチングしようとも、独立したレバー構造７０８が造られる。

図３５Ｆは、本発明の制作方法のこの実施形態における最終工程を現す。チップ孔７０９の裏側は、薄膜部を明確にするために、エッチングされている。

（システム）
さらに本センサを含むシステムも提供する。システムには、本センサ構造および特定の圧力感知適用に利用される追加的な構成要素も含む。例えば、ある実施形態では、センサシステムには、センサ構造のトランスデューサの反応を、観察している容積における圧力変化の測定に変換するプロセッサが含まれる。いくつかの実施形態では、導電性の液体もしくはゲルを通して、少なくとも一本の導電性のワイヤに接続されている複合カテーテルが含まれる。少なくとも１つの追加的センサをも、計測圧力の測定を提供するために、センサ構造から離れたところに置くことができる。

特に、発明の低ドリフト圧力センサの、半永久的かつ永久的実施形態のための有利な設計は、つまり、移植可能な実施形態は、１つの共通接続を利用し、各個別の接続に一本のワイヤが配線されるアプローチである。これは、バス型構成である。この革新的低ドリフト圧力センサの設計において、その機会は、心臓カテーテルのように埋め込まれた機器の長さに沿って、長い一連の埋め込まれた圧力センサを提供することである。

暫定的な構成と対称的に、バス構成は、電気接続の片側のための低ドリフトセンサ構成要素のすべてをつかさどる単線もしくは導体を提供する。このバス構成により、例えば、心臓のタイミング機器を、半永久的もしくは永久的な受け入れ可能な形にて、極めて重要となり得る小さなデニール規模が可能となる。このバス構成は、また、低ドリフト圧力センサ構成要素のために小さな寸法の強みを利用する。この構成は、さらに、公開されたＰＣＴ出願番号ＷＯ２００４／０５２１８２と米国特許出願番号１０／７３４，４９０にさらに述べられているが、ここでの開示は、レアファレンスに含まれている。

本発明の低ドリフト圧力感知機器システムの永久的埋め込み実施形態において、比較的高い耐用寿命を持つ導体が選ばれる。不具合が起きるまでに４００億サイクル耐えられる容量が、長期間の埋め込み心臓機器における、典型的な必要条件である。このような必要条件を満たす機器の製作には、いつくかの設計アプローチが、特に適している。

永久的な埋め込み心臓タイミング機器において、発明の低ドリフト圧力センサを、本発明者の数名により開発された衛星技術に組み込むことができる。これらの適用は、本発明者の数名により開発された複合システムを提供し、それと共に使用すると、本発明の低ドリフト圧力センサが非常に有用に利用される。

本発明者の数名による従来の業績の中には、心臓の再同期化のための、動的心臓パラメータを確実にする圧力センサの使用が説明されている。このシステムは、現在ペンディングの特許申請、「Ｍｅｔｈｏｄ ａｎｄ Ａｐｐａｒａｔｕｓ ｆｏｒ Ｅｎｈａｎｃｉｎｇ Ｃａｒｄｉａｃ Ｐａｃｉｎｇ」と題された米国特許出願番号１０／７６４，４２９、「Ｍｅｔｈｏｄｓ ａｎｄ Ｓｙｓｔｅｍｓ ｆｏｒ Ｍｅａｓｕｒｉｎｇ Ｃａｒｄｉａｃ Ｐａｒａｍｅｔｅｒｓ」と題された米国出願番号１０／７６４，１２７、「Ｍｅｔｈｏｄ ａｎｄ Ｓｙｓｔｅｍ ｆｏｒ Ｒｅｍｏｔｅ Ｈｅｍｏｄｙｎａｍｉｃ Ｍｏｎｉｔｏｒｉｎｇ」と題された米国特許出願番号１０／７６４，１２５全分野０１／２３／２００４，および「Ｍｅｔｈｏｄ ａｎｄ Ｓｙｓｔｅｍ ｆｏｒ Ｍｏｎｉｔｏｒｉｎｇ ａｎｄ Ｔｒｅａｔｉｎｇ Ｈｅｍｏｄｙｎａｍｉｃ Ｐａｒａｍｅｔｅｒｓ」と題された米国特許出願番号１０／７３４，４９０分野１２／１１／２００３の箇所に説明されている。これらの出願は、完全に、ここにおける本出願にレファレンスとして含まれている。

本発明者の数名は、上記の包括的システムに効果的に本発明と相乗的に使用可能な、ドップラー、ひずみ計、加速度計、および他の壁運動や他の心臓パラメータ感知の開発を行った。これらのいつくかは、具体的には、仮出願である；Ｏｎｅ Ｗｉｒｅ Ｍｅｄｉｃａｌ Ｍｏｎｉｔｏｒｉｎｇ ａｎｄ Ｔｒｅａｔｉｎｇ Ｄｅｖｉｃｅｓ、米国特許出願番号６０／６０７２８０ 出願日０９／０２／２００４、およびＩｍｐｌａｎｔａｂｌｅ Ｄｏｐｐｌｅｒ Ｔｏｍｏｇｒａｐｈｙ Ｓｙｓｔｅｍ米国特許出願番号６０／６１７６１８ 出願日１０／０８／２００４に実施されている。これらの適用は、完全に、ここにおけるレファレンスとして含まれている。

さらに、本システムには、下記の様々な代表的適用のように、望まれる適用を提供するために、システムを運用するために構成される処理要素が含まれる。

（方法）
また、本センサを含む本センサ構造およびシステムを利用する方法を提供する。一般的に、容積内の圧力変化の検出、つまり感知、の方法を提供する。本方法の実践に際し、本発明のセンサ構造は、観察の披験体となる容積と接触する。センサおよび容積との接触は、いずれかの都合のよいアプローチを利用し達成され、その特定のアプローチは、容積の位置により変わる。容積が心腔など、患者の内部に位置しているある実施形態では、センサを容積と接触する適切な場所に埋め込むことにより、接触が達成される。

圧力変化を検知または観察するべき期間にわたり、センサと容積の接触が維持される。センサが容積と接触している間、適切な電圧が、ストレントランスデューサ素子の入力にかかる。そして結果として得られる出力が観察され、結果として得られる出力信号が、その技術で知られているように、容積の圧力変化を検知するのに使用される。本センサは、低ドリフトセンサなため、移植されたセンサは、埋め込み後、再較正することなく、長期間容積内の圧力変化を正確に観察するのに利用できる。例、少なくとも約１週間のように、少なくとも約１日の間、少なくとも約６ヶ月のように、少なくとも約１ケ月を含む、少なくとも約１年、少なくとも約５年等。

本方法および機器は、異なる数々の状況にて使用できる。一実施形態では、例えば、センサ機器は、中の圧力を測定、観察するために、身体の室に埋め込むことができる。例えば、単数個のセンサ（または、複数個のセンサ）を、一箇所以上の心臓壁に、１つ以上の心腔内の圧力変化を観察するために、埋め込むことができる。センサ機器のダイヤフラムにおける偏向は、圧力測定に変換することもでき、例えば、処置決定のガイドの補助に、医師が使用することができる。このようなデータは、患者に埋め込まれた圧力反応型のペースメーカを自動的に調整するのに使用される。本機器および方法が使用される適用は、さらに「Ｍｅｔｈｏｄ ａｎｄ Ａｐｐａｒａｔｕｓ ｆｏｒ Ｅｎｈａｎｃｉｎｇ Ｃａｒｄｉａｃ Ｐａｃｉｎｇ」と題された米国特許出願番号１０／７６４，４２９、「Ｍｅｔｈｏｄｓ ａｎｄ Ｓｙｓｔｅｍｓ ｆｏｒ Ｍｅａｓｕｒｉｎｇ Ｃａｒｄｉａｃ Ｐａｒａｍｅｔｅｒｓ」と題された米国特許出願番号１０／７６４，１２７、「Ｍｅｔｈｏｄ ａｎｄ Ｓｙｓｔｅｍ ｆｏｒ Ｒｅｍｏｔｅ Ｈｅｍｏｄｙｎａｍｉｃ Ｍｏｎｉｔｏｒｉｎｇ」と題された米国特許出願番号１０／７６４，１２５、および「Ｍｅｔｈｏｄ ａｎｄ Ｓｙｓｔｅｍ ｆｏｒ Ｍｏｎｉｔｏｒｉｎｇ ａｎｄ Ｔｒｅａｔｉｎｇ Ｈｅｍｏｄｙｎａｍｉｃ Ｐａｒａｍｅｔｅｒ」と題された米国特許出願番号１０／７３４，４９０にさらに記述されている。この開示は、ここでリファレンスに含まれている。

上記に示したように、本発明は、他の類の適用の内、心臓再同期診療、不整脈管理、虚血検出、冠動脈疾患管理、心不全管理等医療処置の最適化のために、低ドリフトで永久的な埋め込み圧力センサを利用する方法、装置、およびシステムを提供する。これら代表的な適用は、いま、さらに詳しく下記に説明する。

発明の永久的な内圧センサ容量の特別の臨床的に有利な点は、遠隔で、リアルタイムな内圧データを提供する。例えば、発明の機器を手段とすると、圧力センサデータは、患者の様態を観察するのに、医師のオフィスへ直接提供され、患者が移動する必要なく、効果的に医師が薬物療法を変えることができる。本発明のこの適用は、遠隔地の患者にとって、特に有利である。

追加的に、本発明の移植可能な圧力センサ機器を利用して、医師は、通常の活動の中で、患者を観察できる。発明の移植可能な圧力センサのこの能力は、心不全の患者が肉体活動を増やし、健康促進を再開するよう促進する。場合によっては、患者は、はじめて、生活の質を高め、全体的な医療改善を提供する活動的運動を増やすプログラムに、はじめて参加できるようになる。

発明の移植可能な圧力センサは、うっ血性心不全心臓専門医など、スペシャリストが移植可能な圧力センサ値から決定される心臓出力等のリアルタイムの生理学的データに対応し、患者の投薬、食事療法、およびエクササイズ療法などを取り上げるのに、効果的に使用できる。

圧力センサを利用する心内誘導および他の構造を含められる、本発明の完全に移植可能なシステム実施形態は、さらに、本発明の他の実施形態において、医療的改善を最適化するのに、さらに改作することができる。

人体内における発明の永久的移植可能なセンサの代表的な適用は、血行動態に特に焦点がおかれた、１つ以上の４つの心腔内の埋め込みである。このような場所では、心筋動作の全体的な指標が圧力センサから得られる。このような全体的な指標は、すべての様々な流れ、および別の心筋壁片の収縮への影響を本質的に統合する。これらの指標は、さらに組み合わせにおける様々な心臓弁の動作指標を提供する。この全体的な評価は、心疾患の評価および処置において非常に貴重なツールである。

本移植可能な圧力センサ機器からのデータのレシオメトリック解析は、患者の心臓の虚血負荷、心拍量等医療的に重要なパラメータおよび他の貴重な生理学的情報を派生するのに使用できる。レシオメトリック解析は、１つ以上の室における圧力信号と、他の信号、または、実際他のさらに局所的な信号との比較である。レシオメトリック解析は、心臓壁、局所ひずみおよび他の要因の別の場面においてすでに説明されている。本解析は、本発明に適用されたように、熟練技術者により、よく理解されるところである。

人の心臓血管系内に永久的に埋め込まれた圧力センサの他の適用は、冠動脈疾患の進行の測定を提供する。この適用は、複数のセンサを、例、冠動脈、の分布に沿って埋め込むことにより達成できる。発明のセンサの適切な配置はまた、発明の微小圧力センサを、冠状動脈の近位および遠位内末端に組み入れることにより、達成できる。発明の機器が提供する圧力勾配は、潜在的にフローデータ、および２つの圧力センサ間のフローに対する抵抗をも派生させるのに使用される。時間の経過にともなうこの抵抗変化は、例、再狭窄、あるいは、動脈硬化である冠動脈疾患の進行の指標として使用できる。

発明の移植可能なセンサを利用した人口心臓弁の解析は、冠動脈疾患評価と関係する。人口心臓弁の解析は、圧力センサを近位および遠位に心腔内に配置し達成できる。これは、心臓内部上、もしくは、自然あるいは人口の心臓弁により分けられている各心腔内に配置される。後者の場合、センサは、人口心臓弁自体に組み込まれる。前者の場合、センサは、あまり侵襲的でない手段を通して、もしくは、血管形成のような修復手術の場で移植される。発明の移植可能な圧力センサは、弁に渡り、圧力勾配のリアルタイムな指標を提供するように配置される。このデータは、前記弁の漏れ度もしくは狭窄を判断するのに使用できる。このようなセンサはまた、弁の漏れ度もしくは狭窄の時間の経過による進行具合の情報も提供する。

他のセンサと組合わされた際は、本移植可能なセンサから追加的情報も派生される。すでに説明したような追加的センサは、室内に配置され、発生圧力の程度を評価する。例を挙げると、左心室をその室として選ぶことができる。左心室内の空洞内圧力を比較すると、増帽弁にわたる勾配および心臓の１つ以上の区分にわたり、壁のひずみは、いかに心臓が動作しているかその非常に包括的な見方を提供する。左心室の動作および収縮性、同期的ＶＳ非同期的および増帽弁逆流の影響を、例、量的に評価することができる。

今日の管理方法の難点は、多様性解析がしばしば問題となることである。臨床上、多くの場合、弁移植、つまり、外科的弁移植に関する決定は、理想的というよりは、あまり客観性を持たずに、臨床医により下される。本発明は、このように、臨床的に利用可能な多様性解析情報を作成し、よりよい情報にもとづく判断を提供する。

発明の永久的移植可能な圧力センサの他の適用は、本質的に完全に移植可能なＳｗａｎ Ｇａｎｚ、または、肺動脈カテーテルにおける。この移植では、よく理解されている肺動脈カテーテルが利用される。肺動脈カテーテルは、典型的に、頸静脈あるいは鎖骨下静脈の位置から、右心房、右心室、心室流出路を通過し、肺循環に入る。このようなカテーテルに、発明の移植可能な圧力センサが収容されていると、右房および右心室両方の圧力が、臨床医に提供される。

肺動脈圧も、本発明の移植可能な圧力センサを使用して評価できる。これは、風船に空気を入れ膨らませることにより、カテーテルがはさまれた時に達成できる。このアプローチは、本質的に静的な流体のコラムを通して左心室に提供する。典型的に、肺毛細血管楔入圧は、左心室圧とよく関係している。心臓の右側から値が取得できる。さらに、指示染料もしくは冷たい流体を注射することにより、また、適切なセンサ、肺カテーテル、例、Ｓｗａｎ Ｇａｎｚカテーテルの遠位のチップにおいて、信号を統合することにより、臨床医は、心拍量を比較的信頼のおけるベースをもとに判断できる。

発明の微小圧力センサとともに、永久的に移植可能な、もしくは、暫定的に移植可能な肺動脈カテーテルを、組み立てることができる。この機器を利用すると、ステントのような構造において、肺動脈内に圧力センサを残すことができる。代替的に、圧力センサは、心臓を通ってカテーテル構造に沿うような形で配置されるが、皮下コイル内で終結する。この構成は、外界とのデータ通信を提供する。

遠隔の場所に情報を伝送できる発明の機器は、患者内に移植されると、うっ血性心不全の患者に新たなレベルの自由と安全を与える。例えば、このような機器を利用し、患者は、普通のベッドに移動し、点滴の際、ＩＣＵから出ることができる。以前は、このような点滴に必要とされる、心臓動作の極めて詳細な血行動態観察を提供するのに、侵襲的アプローチが必要とされた。

現在、このような状況では、一次的な移植可能なＳｗａｎ Ｇａｎｚカテーテルは、典型的に、数日後に取り除かれ、その時点で患者は、帰宅する。しかしながら、永久的に移植可能な形に完全に本システムを移植することにより、患者は、集中治療室にいる必要がある様々な装置に、拘束されることがない。

さらに、永久的に埋め込まれた機器は、患者の循環中枢に感染物が入る直接の経路を絶つ。これにより、感染の顕著でないことはない感染や他の感染を減らす、これは、典型的に、修復された心臓機能および低下した心拍量を持つ患者においては、重要なことである。これら、また、その他の理由により、このような患者は、より感染に弱い。

本発明の他への適用は、圧力センサを使用し、トリプルＡステント移植に利用される。この場合、腹部大動脈動脈瘤が血管内移植により修復される。典型的には、血管内移植は、大たい骨から、最小限侵襲的なアプローチで始められる。本移植可能な圧力センサは、移植片シーリングを有する組織の検知に有利である。早期の漏れ検知を提供するために、動脈瘤内のステント移植の外側の圧力センサにより、必要な情報が得られる。

この場合、発明の移植可能な圧力センサの有利な点は、きまりの事後ＣＴスキャンをなくしたり、もしくは、その回数を減らす。現在、このようなスキャンは、血管内ステント移植片を埋め込んだ後に、動脈瘤の進行のフォローに必要とされている。臨床的に、典型的には、このような場合における問題は、時間の経過にともない、ステント片が移動し、封じがなくなることにある。

発明の移植可能な圧力センサにより提供される他の新たな適用は、上記のステント移植と類似したアプローチを利用する。この場合、微小ステント片が、神経血管動脈瘤内に提供される。このような動脈瘤は、例えば、Ｇｕｇｌｉｅｌｍｉ Ｄｅｔａｃｈａｂｌｅ Ｃｏｉｌ（ＧＤＣ）のようなカテーテルを経由する微小侵襲的もしくは最小限に侵襲的なアプローチを通じて、封鎖するものである。この調整により、臨床医は、その手順の圧力プロフィール、または、その手順に続く期間の観察が引き続きできる。

他の適用では、脈圧を判断する目的で、発明の永久的圧力センサは、抹消動脈もしくは中心動脈に移植される。脈圧は、適切な較正を患者の心拍量と関連付けるために利用される。この発明機器の実施形態は、心臓の再同期診療における非同期心臓の再同期化、もしくは、薬理学的手段によりうっ血性心疾患患者の管理を改善するために用いられる。

心臓再同期治療は、うっ血性心不全に苦しむ患者にとって、非常に重要な新たな医療的診療である。うっ血性心不全では、機械的ポンプが体の生理学的ニーズを供給するのに対し、心臓が十分うまく機能できないことから、症状が出てくる。うっ血性心不全は、深刻な悪化に中断され、心臓機能が次第に衰えて、最終的には、死に至る特徴がある。米国の５百万人以上もの患者がこの疾患で苦しんでいると推測されている。

再同期化ペーシングの目標は、心室中隔と左心室自由壁がほぼ同時に収縮するように促すことにある。再同期化治療は、心臓による最低の全エネルギー消費で、最高の心拍量をもっとも効果的に出す収縮時間配列の提供を模索する。本発明以前は、本質的に自動もしくはリアルタイムの機械判読可能ベースの最適なＣＲＴ設定を決定する有用な臨床的に利用可能な手段がなかった。

最適なタイミングは、ｄＰ ｄｔ、左心室内の圧力波形の一番初めの派生のように、血行動態パラメータを参考に計算される。ｄＰ ｄｔパラメータは、左心室収縮を示すよく文書化された代わりのものである。このように、同期性は、ｄＰ ｄｔ、心室の中心に向かう収縮期の最大相対速度に関連する圧力曲線の一番初めの派生のように、様々なパラメータ間で評価される。また、中心に向かう観察披験体の壁セグメントを純粋なベースで、そのずれの実際の最大位置も提供される。本発明の移植可能な圧力センサにより、特定の再同期化電極配置、または、ペーシングのタイミング、および、瞬時のリアルタイム血行動態パラメータの有効性のリアルタイム分析ができる。

ＣＲＴ治療のために臨床的に確立されたデータ点は、圧力−圧力ループである。一般的な場合では、健全な心臓は、両方の心室が同時に収縮すると考えられる。その場合は、ピーク圧力は、両心室で同時に達成される。この試験は、潜在的な同期性の測定として利用されてきた。

非同期の心臓において、圧力のピークは、典型的に異なる時に発生し、筋肉が異なる時に収縮していることを示唆する。この収縮における違いは、本発明の移植可能な圧力センサ機器で、現在は、直接に測定できる。ＲＶおよび／またはＬＶ圧力との比較により、心臓収縮同期性評価の他の現行の方法に全体的なデータが追加される。

本発明の移植可能な圧力センサの追加的な臨床心臓学の用途は、虚血検出のような適用も含む。心虚血の生化学的または電気的マーカーによりおのずと現れる以前に、壁運動は、はじめに虚血領域で影響をうけ、こわばりの増加および収縮の減少が現れ、絶対であろうが相対であろうが、結果として、心腔間における圧力プロフィールの変化になるのはよく理解されている。このような変化は、内部の心臓圧に影響を及ぼすので、現在開発された移植可能な圧力センサシステムにより、すでに検出され得るようになっている。

本発明は、虚血のリスクを持つ患者の圧力値のベースラインを確立することができる。この値は、特定な患者における、通常／はじめの心臓圧を提供する。そして臨床医は、圧力基準を設定し、それを超える変動には、警告が発せられる。

発明の移植可能な圧力センサは、不整脈検出器として使用することができる。現在、移植可能な除細動器システムは、はじめは、電気的手段により、その差別がなされることに頼っているため、さまざまな良性また悪性の不整脈間の差別化の挑戦がなされている。本発明の移植可能な圧力センサを使用し、変化した心臓内部の圧力のリアルタイムな力学的感知は、不整脈検出に非常な有効性を示す。

本発明の移植可能な圧力センサ機器を利用し、いずれの心腔からの収縮のタイミングおよびずれが評価される。このように、最大収縮は、最低限の努力で、最大の血行動態出力を出す観点から最も効果的な時期に最大の収縮がおきるように刺激することができる。

他の派生した血行動態パラメータは、熟練者により認知される。本発明の追加的実施形態において、心臓の他の箇所に沿って使用された追加的センサは、心室あるいは複数の心室の機能の完全な特徴を提供するデータを提供する。このリアルタイム情報のよいところは、永久的な移植可能を基本とし、臨床医にとって継続的に利用可能であることである。この進行している圧力センサのデータは、ペーシングシステムのコントローラに直接に提供することもできる。これにより、最も臨床的に有益と証明されるペーシングタイミングの自動化された最適化が可能となる。

（キット）
上記に要約されたように、本方法の実践のためのキットとシステムも提供する。キットとシステムには、少なくとも、本センサおよび／またはシステム含同が上記のように含まれる。キットおよびシステムには、また、本センサとともに使用される数々の任意の構成要素が含まれ、含まれしかし限られていないのは、移植機器類、データ解析要素、適切な媒体に記録されたプロセスアルゴリズム等である。

本キットのある実施形態では、キットは、典型的に、本機器使用のための指示書、あるいは、それを取得する要素（例、その指示書を提供するウェブページにユーザを誘導するウェブサイトのＵＲＬ）を含み、これらの指示書は、典型的に基板に印字されており、その基板とは、梱包添付、梱包、試薬容器等のうちの１つあるいは、それ以上のことをいう。本キットの中には、都合に合わせて、または、望むように、同じまたは異なる容器に１つ以上の構成要素が存在する。

上記の議論および結果から、本発明は埋め込み適用に利用されるのが特に適切な改善された圧力センサ機器を提供する。本センサの利点は、低ドリフトおよび／または高感度を含む。このように、本発明は、この技術に顕著な貢献を示す。

本発明が、その中で、特定の実施形態を参照に説明されているが、その技術の熟練者にとって、発明の純粋な精神および範囲から離脱することなく、様々な変更を行ったり、同等のものと代替したりされることは、理解され得るところである。追加的に、特定の状況、材料、構成物、プロセス、処理工程、工程を本発明の目的、精神、および範囲に採用するために、多くの改作が可能である。これら全ての改作は、ここに添付された請求の範囲内に意図される。

図１は、従来技術の圧力センサの上面図である。 図１Ａは、代替の従来技術の圧力センサの上面図である。 図１Ｂは、従来技術の圧力センサの側面図である。 図２Ａ〜２Ｃは、本発明の様々な実施形態による改善された圧電抵抗センサの様々な実施形態の側面図である。図２Ｄ、図２Ｅは、本発明の一実施形態によるセンサ構造のダイヤフラムの上面図である。 図３は、本発明のもう１つの実施形態による機器の平面図を提供する。 図４は、４つの圧電抵抗器を持つ圧力センサ機器の実施形態の図を提供する。 図５は、４つの圧電抵抗素子の異なる配置設計の代替的実施形態を提供する。 図６は、電気的に接続された圧電抵抗器を持つ本発明の代表的実施形態の回路図を提供する。 図７は、図６に示された実施形態の変形を提供する。 図８Ａ、図８Ｂは、圧電抵抗器がボス層頂部に置かれている図を提供する。 図９Ａ、Ｂ、Ｃは、圧電抵抗器がボス層の下および頂部の両方に置かれている図を提供する。 図１０は、本発明の実施形態の回路図を提供する。 図１１は、本発明の実施形態の断面図を提供する。 図１２は、本発明の実施形態の回路図を提供する。 図１３は、発明の圧力センサ機器の一実施形態の断面図を提供する。 図１４ＡおよびＢは、従来技術の圧力センサの断面図と平面図を提供する。 図１５ＡおよびＢは、曲げ応力を経験している従来技術の圧力センサの断面図と平面図を提供する。 図１６ＡおよびＢは、反対の曲げ応力を経験している従来技術の圧力センサの断面図と平面図を提供する。 図１７ＡおよびＢは、センサ素子が、機器の中立面またはその近くに配置されている発明のセンサ機器の断面図と平面図を提供する。 図１８ＡおよびＢはセンサダイヤフラムから離れる方向に曲げ応力を経験している図１７ＡおよびＢにおける機器の断面図と平面図を提供する。 図１９ＡおよびＢは、図１８ＡおよびＢにおけるのとは反対のチップへの大きさの応力を伴う図１７ＡおよびＢに示される発明機器の平面図と断面図を提供する。 図２０ＡおよびＢは、本発明のさらにもう１つの代表的な実施形態の断面図と平面図を提供する。 図２１ＡおよびＢは、本発明のさらにもう１つの代表的な実施形態の断面図と平面図を提供する。 図２２は、従来技術の圧力感知機器の断面図を提供する。 図２３は、本発明の実施形態の断面図を提供する。 図２４は、本発明の代替的実施形態の断面図を提供する。 図２５は、発明の面内と機械的増幅の図を提供する。 図２６は、本発明の一実施形態のダイアグラム的図を提供する。 図２７は、本発明の様々な実施形態において使用されうる基本感圧感知回路の回路図である。 図２８は、本発明の様々な実施形態において使用されうる６線回路の回路図である。 図２９は、本発明の様々な実施形態において使用されうる補正感圧感知回路の回路図である。 図３０は、本発明の様々な実施形態において使用されうる補正感圧感知回路の代替的実施形態の回路図である。 図３０Ａは、本発明の様々な実施形態において使用されうるＶＣＤＣＯ回路の回路図である。 図３０Ｂは、本発明のもう１つの代替的実施形態の回路図を提供する。 図３０Ｃは、本発明のもう１つの代替的実施形態の回路図を提供する。 図３０Ｄは、代替的回路の構成要素を示す図を提供する。 図３１Ａ乃至３１Ｕは、発明の一実施形態による医療用圧力センサの微細加工方法を示す図である。 図３２Ａ乃至３２Ｇは、発明のもう１つの実施形態による圧力センサを微細加工する方法を示す図である。 図３３は、センサ構造の中立面に少なくとも近接して位置するセンサ素子を持つセンサ構造を製作する方法の流れ図を提供する。 図３４Ａ乃至３４Ｈは、発明の一実施形態による圧力センサを微細加工するための方法を示す図である。 図３５Ａ乃至Ｆは、発明の一実施形態による圧力センサを微細加工するための方法を示す図である。

Claims (109)

1. 移植可能な圧力センサ構造であって、
   基板と、
   コンプライアント部材であって、第一および第二の対向する露出表面を有するように該基板上に設置されたコンプライアント部材と、
   該コンプライアント部材の表面と関連した、少なくとも１つのストレントランスデューサと
   を備え、該圧力センサ構造が低ドリフト圧力センサ構造である、移植可能な圧力センサ構造。
2. 前記構造が、集積回路をさらに備える、請求項１に記載の構造。
3. 前記基板が、開口部を備え、前記コンプライアント部材は、該開口部をスパンする、請求項１に記載の構造。
4. 前記構造が、前記コンプライアント部材の表面に設置された少なくとも第一および第二のストレントランスデューサを備える、請求項３に記載の構造。
5. 前記構造が、約１ｍｍＨｇ／年を越えないドリフトを示す、請求項１に記載の構造。
6. 前記構造が、約１年乃至約４０年の間ほとんど、もしくは全くドリフトを示さない、請求項１に記載の構造。
7. 前記構造が、５００μｍ以下の端に沿った長さと、１００μｍ以下の幅を有する、請求項１に記載の構造。
8. 前記構造が、約±１ｍｍＨｇの容積内の圧力変化を測定するのに十分な感度を有する、請求項１に記載の構造。
9. 前記第一および第二のストレントランスデューサが、圧電抵抗器である、請求項３に記載の構造。
10. 前記圧電抵抗器が、安定した計測材料から製作される、請求項９に記載の構造。
11. 前記安定した材料が、白金を含む、請求項１０に記載の構造。
12. 前記安定した計測材料が、純白金である、請求項１１に記載の構造。
13. 前記安定した計測材料が、白金合金である、請求項１１に記載の構造。
14. 前記圧電抵抗器が、不動態化層で覆われている、請求項１０に記載の構造。
15. 前記不動態化層が、約５０ｎｍ乃至約１００ｎｍの厚みを有する、請求項１４に記載の構造。
16. 前記不動態化層が、窒化ケイ素を含む、請求項１４に記載の構造。
17. 前記コンプライアント部材が、単結晶シリコンを含む、請求項９に記載の構造。
18. 出力が、前記コンプライアント部材にわたる差圧から生じる該コンプライアント部材のたわみと反対に反応するが、前記基板の変形に対しては同様に反応するように、前記第一および第二のストレントランスデューサが、該コンプライアント部材と同表面上もしくは対向する表面上に位置している、請求項４に記載の構造。
19. 前記第一および第二のストレントランスデューサが、前記コンプライアント部材の同表面上に位置している、請求項１８に記載の構造。
20. 前記第一および第二のストレントランスデューサが、線対称の反対側に、前記同表面上に対称的に位置している、請求項１９に記載の構造。
21. 前記第一および第二のストレントランスデューサが、線対称の片側に、前記コンプラアント部材の表面上に互いに隣接して位置している、請求項２０に記載の構造。
22. 前記第一および第二のストレントランスデューサが、前記コンプライアント部材の対向する表面上に位置している、請求項１８に記載の構造。
23. 前記構造が、前記コンプライアント部材の対向する表面上に第三および第四のストレントランスデューサをさらに備える、請求項２２に記載の構造。
24. 前記ストレントランスデューサが圧電抵抗器である、請求項２３に記載の構造。
25. 前記第一および第二のストレントランスデューサが、直接互いに対向している、請求項２２に記載の構造。
26. 前記構造が、前記コンプライアント部材の少なくとも一表面上のボス部材をさらに備える、請求項１８に記載の構造。
27. 前記構造が、前記コンプライアント部材の対向する表面上の第一および第二のボス部材をさらに備える、請求項１８に記載の構造。
28. 前記構造が、前記コンプライアント部材の対向する表面上の第三および第四のストレントランスデューサをさらに備える、請求項２３に記載の構造。
29. 前記構造が、前記コンプライアント部材の対向する表面上の第一および第二のボス部材をさらに備える、請求項２８に記載の構造。
30. 前記コンプライアント部材が、前記構造の中立面に少なくとも近接して位置している、請求項１に記載の構造。
31. 前記構造が、前記コンプライアント部材の上面上に位置する上縁部材を備える、請求項３０に記載の構造。
32. 前記第二の露出表面が、前記基板において、包囲されている容積の境界を定める、請求項３０に記載の構造。
33. 前記第二の露出表面が、前記基板において、開放されている容積の境界を定める、請求項３０に記載の構造。
34. 前記少なくとも１つのストレントランスデューサが、前記コンプライアント部材の前記表面からスペーサにより離されている、請求項１に記載の構造。
35. 前記スペーサが、前記コンプライアント部材から前記センサを約１乃至約１，０００μｍの間隔で離す、請求項３４に記載の構造。
36. 前記構造が、スペーサにより前記表面から離されている２つ以上のトランスデューサを備える、請求項３４に記載の構造。
37. 圧力センサ構造であって、
    基板と、
    該基板上に設けられ、第一の表面と第二の表面を有するコンプライアント部材と、
    該コンプライアント部材と関連した第一のストレントランスデューサと、
    該コンプライアント部材と関連した第二のストレントランスデューサと
    を備え、
    出力が、該コンプライアント部材にわたる差圧から生じる該コンプライアント部材のたわみと反対に反応するが、該基板の変形に対しては同様に反応するように、該第一および第二のストレントランスデューサが、該コンプライアント部材と関連する、圧力センサ構造。
38. 前記構造が、集積回路をさらに備える、請求項３７に記載の構造。
39. 前記第一および第二のストレントランスデューサが、前記コンプライアント部材の同一表面上に位置している、請求項３７に記載の構造。
40. 前記第一および第二のストレントランスデューサが、線対称の反対側の前記コンプライアント部材上に対称的に位置している、請求項３９に記載の構造
41. 前記ストレントランスデューサが、線対称の片側に互いに隣接して位置している、請求項４０に記載の構造。
42. 前記第一および第二のストレントランスデューサが、前記コンプライアント部材の対向する表面上に位置している、請求項３７に記載の構造。
43. 前記第一および第二のストレントランスデューサが、互いに直接対向している、請求項４２に記載の構造。
44. 前記構造が、前記コンプライアント部材の少なくとも一表面上にボス部材をさらに備える、請求項３７に記載の構造。
45. 前記構造が、前記コンプライアント部材の対向する表面上に第一および第二のボス部材をさらに備える、請求項３７に記載の構造。
46. 前記構造が、前記コンプライアント部材の対向する表面上に第三および第四のストレントランスデューサをさらに備える、請求項４２に記載の構造。
47. 前記構造が、前記コンプライアント部材の対向する表面上の第一および第二のボス部材をさらに備える、請求項４６に記載の構造。
48. 前記第一および第二のストレントランスデューサが圧電抵抗器である、請求項３７に記載の構造。
49. 前記圧電抵抗器が、安定した計測材料から製作される、請求項４９に記載の構造。
50. 前記第一のストレントランスデューサが、前記コンプライアント部材の第一の表面上に配置され、直列の等しい公称抵抗値を持つ２つのセグメントを備える圧電抵抗器であり、
    前記第二のストレントランスデューサが、第一の圧電抵抗器の該２つのセグメントから前記表面上に半径方向外側に配置され、直列の等しい公称抵抗値を持つ２つのセグメントを備える第二の圧電抵抗器である、請求項４９に記載の構造。
51. 前記コンプライアント部材の前記表面上に前記第一の圧電抵抗器と対称に配置され、直列の等しい公称抵抗値を持つ２つのセグメントを備える第三の圧電抵抗器と、
    該第三の圧電抵抗器の該２つのセグメントから該コンプライアント部材の前記表面に半径方向外側に該第二の圧電抵抗器と対称に配置され、直列の等しい公称抵抗値を持つ２つのセグメントを備えた第四の圧電抵抗器と
    をさらに備える、請求項５０に記載の構造。
52. 前記コンプライアント部材が、前記構造の中立面に少なくとも近接して位置している、請求項３７に記載の構造。
53. 前記ストレントランスデューサの少なくとも１つが、スペーサにより前記コンプライアント部材の表面から離されている、請求項３７に記載の構造。
54. 圧力センサ構造であって、
    基板と、
    コンプライアント部材であって、第一および第二の対向している露出表面を有するように該基板上に設置され、該コンプライアント部材が、該構造の中立面に少なくとも近接に位置しているコンプライアント部材と、
    該コンプライアント部材の表面上に設置された少なくとも１つのストレントランスデューサと
    を備える、圧力センサ構造。
55. 前記基板が、前記中立面に対して直角に配置された通路を備え、前記コンプライアント部材が、該通路をスパンする、請求項５４に記載の構造。
56. 前記通路が、前記基板におけるくぼみであり、前記コンプライアント部材の前記第一の露出表面が、該くぼみと前記第一の露出表面により規定された、該基板内の包囲された空間の境界を定める、請求項５５に記載の構造。
57. 前記通路が、前記基板を通して伸びる、請求項５５に記載の構造。
58. 前記構造が、前記コンプライアント部材上に設置された少なくとも第一および第二のストレントランスデューサを備える、請求項５４に記載の構造。
59. 前記構造が、前記コンプライアント部材上に設置された第三および第四のストレントランスデューサをさらに備える、請求項５８に記載の構造。
60. 前記第一および第二のストレントランスデューサが圧電抵抗器である、請求項５８に記載の構造。
61. 前記圧電抵抗器が、安定した計測材料から製作される、請求項６０に記載の構造。
62. 前記構造が、集積回路をさらに備える、請求項５４に記載の構造。
63. 出力が、前記コンプライアント部材にわたる差圧から生じる該コンプライアント部材のたわみと反対に反応するが、前記基板の変形に対しては同様に反応するように、前記第一および第二のストレントランスデューサが、前記コンプライアント部材と関連する、請求項５８に記載の構造。
64. 前記少なくとも１つのストレントランスデューサが、スペーサにより、前記コンプライアント部材の前記表面から離されている、請求項５４に記載の構造。
65. 前記第一および第二のストレントランスデューサが、互いに直接対向している、請求項６３に記載の構造。
66. 前記構造が、前記コンプライアント部材の少なくとも一表面上のボス部材をさらに備える、請求項６３に記載の構造。
67. 前記構造が、前記コンプライアント部材の対向する表面上の第一および第二のボス部材をさらに備える、請求項６３に記載の構造。
68. 前記構造が、前記コンプライアント部材の対向する表面上の第三および第四のストレントランスデューサをさらに備える、請求項６５に記載の構造。
69. 前記構造が、前記コンプライアント部材の対向する表面上の第一および第二のボス部材をさらに備える、請求項６８に記載の構造。
70. 圧力センサ構造であって、
    基板と、
    コンプライアント部材であって、第一および第二の対向する露出表面を有するように、該基板上に設置されたコンプライアント部材と、
    少なくとも１つのストレントランスデューサであって、該少なくとも１つのストレントランスデューサが、スペーサにより、該コンプライアント部材の該表面から離されている、該コンプライアント部材の表面上に設置された少なくとも１つのストレントランスデューサと
    を備える、圧力センサ構造。
71. 前記スペーサが、前記コンプライアント部材から前記トランスデューサを約１乃至約１，０００μｍの間隔で離している、請求項７０に記載の構造。
72. 前記構造が、前記コンプライアント部材上に設置された少なくとも第一および第二のストレントランスデューサを備える、請求項７１に記載の構造。
73. 前記第一および第二のストレントランスデューサが、スペーサにより前記コンプライアント部材から離されている、請求項７２に記載の構造。
74. 前記第一および第二のストレントランスデューサが、圧電抵抗器である、請求項７２に記載の構造。
75. 前記圧電抵抗器が、安定した計測材料から製作される、請求項７４に記載の構造。
76. 前記構造が、集積回路をさらに備える、請求項７０に記載の構造。
77. 出力が、前記コンプライアント部材にわたる差圧から生じる該コンプライアント部材のたわみと反対に反応するが、前記基板の変形に対しては同様に反応するように、前記第一および第二のストレントランスデューサが、該コンプライアント部材と関連する、請求項７２に記載の構造。
78. 前記コンプライアント部材が、前記構造の中立面に対し、少なくとも近接して位置している、請求項７０に記載の構造。
79. システムであって、
    導電性部材と、
    該導電性部材に動作可能に接続された生理学的圧力センサと
    を備え、
    該生理学的圧力センサが、
    基板と、
    コンンプライアント部材であって、第一および第二の対向する露出表面を有するように該基板に設置されたコンプライアント部材と、
    該基板の表面上に設置された少なくとも１つのストレントランスデューサと
    を備え、該圧力センサ構造は、低ドリフト圧力センサ構造である、システム。
80. 前記システムが、前記導電性部材に動作可能に接続された複数の前記生理学的圧力センサを備える、請求項７９に記載のシステム。
81. 前記システムが、前記導電性部材に接続されたエネルギー源をさらに備える、請求項７９に記載のシステム。
82. 前記システムが、前記トランスデューサからの出力信号に応答して容積内の圧力変化を判断するための処理素子をさらに備える、請求項７９に記載のシステム。
83. 前記システムが、患者に移植されるように構成されている、請求項７９に記載のシステム。
84. 前記システムは、患者への移植の際に、前記センサが心臓壁上に位置するように構成されている、請求項８３に記載のシステム。
85. 圧力センサ構造を製作するための方法であって、該方法は、
    第一の基板の表面上にコンプライアント部材の層を配置するステップと、
    圧力センサ構造を作るために、該基板と反対の該コンプライアント材料の第一の表面上に少なくとも１つのストレントランスデューサを製造するステップと
    を包含し、該圧力センサ構造は、低ドリフト圧力センサである、方法。
86. 前記方法が、微細加工方法である、請求項８５に記載の方法。
87. 前記方法が、フォトリソグラフィ的方法を含む、請求項８６に記載の方法。
88. 前記方法が、前記コンプライアント層の前記第一の表面上にボス部材を製造するステップをさらに包含する、請求項８３に記載の方法。
89. 前記方法が、前記コンプライアント部材の前記第一の表面上に第二の基板層を、前記ストレントランスデューサ層が、該コンプライアント部材層と該第二の基板層との間に間置するように、製造するステップをさらに包含する、請求項８３に記載の方法。
90. 第一および第二の基板が、前記コンプライアント部材が、前記構造の中立面に対して少なくとも近接に位置するように構成されている、請求項８９に記載の方法。
91. 前記方法が、前記構造を導電性部材と接続するステップをさらに包含する、請求項８３に記載の方法。
92. 容積内の圧力変化を検知するための方法であって、
    該容積に請求項Ａ１による圧力センサ構造を接触させるステップと、
    該圧力センサから出力信号を取得するステップと、
    該容積内の圧力変化を検知するために、該出力信号を使用するステップと、を含む方法。
93. 前記容積が、披験体内に存在している、請求項９２に記載の方法。
94. 前記披験体が、人である、請求項９３に記載の方法。
95. 前記方法が、前記人の中に前記センサ構造を移植するステップを包含する、請求項９４に記載の方法。
96. 前記容積が、心臓血管の容積である、請求項９５に記載の方法。
97. 前記心臓血管の容積が、心腔である、請求項９６に記載の方法。
98. 前記心臓血管の容積が、動脈内にある、請求項９６に記載の方法。
99. 前記方法が、披験体内における状態を観察する方法である、請求項９２に記載の方法。
100. 前記方法が、前記状態を遠隔からモニタするステップを包含する、請求項９９に記載の方法。
101. 前記状態が、心臓血管の状態である、請求項９９に記載の方法。
102. 前記方法が、
     ａ）心不全の披験体を処置する方法、
     ｂ）披験体における心臓の再同期化を行う方法、
     ｃ）披験体における不整脈を管理する方法、
     ｄ）披験体における虚血を検知する方法、
     ｅ）冠動脈疾患の披験体の処置をする方法、
     ｆ）披験体における心臓弁機能をモニタする方法、および
     ｇ）披験体における移植片機能をモニタする方法
     の１つにおいて使用される、請求項９２に記載の方法。
103. 圧力センサシステムであって、
     ブリッジの中間点における差電圧に圧力を変換するためのホイートストンブリッジであって、該ホイートストンブリッジが、該圧力とともに増加する第一の出力信号、該圧力とともに減少する第二の出力信号、該ブリッジ頂部の励起電圧である第三の出力信号、該ブリッジ底部の励起電圧である第四の出力信号を発生する、ホイートストンブリッジと、
     該第一および第二の出力信号の差を増幅させ、第五の出力信号を発生させ、該第三および第四の出力信号の差を増幅させ、第六の出力信号を発生させるための増幅器回路と
     を備え、
     該の増幅された第五および第六の出力信号の比を測定し、デジタル出力信号を発生させる、アナログデジタル変換器と、
     該増幅器の少なくとも一出力、または、該アナログデジタル変換器に接続された、複合インターフェースと
     を、選択可能に備え、
     該ホイートストンブリッジにレファレンス信号を提供し、任意で、該アナログデジタル変換器にレファレンス信号を提供するためのソースと、
     を備える、圧力センサシステム。
104. 前記ホイートストンブリッジのレファレンス信号が、電流信号である、請求項１０３に記載の回路。
105. 前記ホイートストンブリッジのレファレンス信号が、電圧信号である、請求項１０４に記載の回路。
106. 圧力センサ回路であって、
     シリコンチップにおける圧力を計測するための第一のホイートストンブリッジであって、該第一のホイートストンブリッジが、該圧力を示す出力信号を出す第一のホイートストンブリッジと、
     該シリコンチップにおけるひずみを計測するための第二のホイートストンブリッジであって、該第二のホイートストンブリッジが、該ひずみを示す出力信号を出す第二のホイートストンブリッジと、
     該２箇所のホイートストンブリッジにわたる差動ブリッジレファレンス電圧を、該圧力出力信号および該ひずみ出力電圧信号を増幅させるための増幅回路に提供するブリッジレファレンス回路と、
     該増幅された圧力出力信号の該ブリッジレファレンス電圧に対する比率を計測し、該増幅されたひずみ出力信号の該ブリッジレファレンス電圧に対する比率を計測するためのアナログデジタル変換器と、
     該アナログデジタル変換器の少なくとも一出力に接続された複合インターフェースと
     を備える、圧力センサ回路。
107. 前記アナログデジタル変換器にレファレンス信号を提供するためのソースをさらに備える、請求項１０６に記載の回路。
108. 前記増幅器回路が、切替式増幅器回路である、請求項１０７に記載の回路。
109. 前記回路が、心腔内移植のために構成された移植可能な構造上に提供される、請求項１０３または１０５に記載の回路。

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