JP4627661B2 - カテーテル用圧力センサ - Google Patents
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Description
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。
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。
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。
・ 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。
・ 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。
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。
(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、JIS A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。
(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。
(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。
・ 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。
・ 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。
・ 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。
Claims (4)
- 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、前記弾性材料は外圧によって静電容量(C)の変化を示し、コイル状炭素繊維は外圧によってインダクタンス(L)、静電容量(C)及び電気抵抗(R)の変化を示し、それらの変化量に基づいて外圧を検出するように構成されるとともに、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。
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