JP6198822B2 - 最小侵襲性の医療器具 - Google Patents

Description

本発明は、近位端及び遠位端をもつ最小侵襲性の医療器具であって、医療器具の遠位端に配置されるセンサ装置を有する医療器具に関する。センサ装置は、電気センサ信号の形でセンサデータを生成するように構成されるセンサ、特に超音波トランスデューサ又はカメラ医用イメージングセンサ、を有する。本発明は更に、このような最小侵襲性の医療器具を製造する方法に関する。本発明は更に、このようなセンサ装置及びこのようなセンサ装置を製造する方法に関する。

最小侵襲性の医療器具の先端にインテリジェントセンサの形の電子機能を組み込む傾向がある。これらのセンサは、医師が、身体を通して医療器具をガイドすることを支援することができ、又はより正確な診断を可能にすることができる。例えば、内視鏡の先端部における光学カメラ又は超音波トランスデューサのようなセンサの使用が良く知られている。しかしながら、このような電子機能は、例えばカテーテル又は（カテーテル）ガイドワイヤのようなより小さい医療器具においても企図される。

例えば、文献"Flex-to-Rigid (F2R): A Novel Ultra-Flexible Technology for Smart Invasive Medical Instruments", Benjamin Mimoun, Vincent Henneken, Ronald Dekker, published in "Stretchable Electronics and Conformal Biointerfaces (Mater. Res. Soc. Symp. Proc. Volume 1271E, Warrendale, PA, 2010), paper 1271-JJ05-09" (see also ectm.ewi.tudelft.nl/linkto/ectm_publications.php)は、特にスマートな又は最小侵襲性の医療器具において使用される、超可撓性の相互接続によって相互接続される部分的に可撓性の小型センサを製造する技術を開示しており、その内容は、参照によって本願明細書に盛り込まれるものとする。

小さいサイズのこのようなセンサ又はセンサ装置が企図される場合、概して、データ圧縮ハードウェアは、医療器具の遠位先端部に含められることができない。従って、センサデータの相対的に高いデータレートが、例えば超音波トランスデューサ又はカメラから生成される。高データレートのために、一般に、例えば同軸ケーブルのような、明確に定義された特性インピーダンスをもつ電気ワイヤが必要とされる。しかしながら、最も小さい同軸ケーブルでも、数百μｍの直径を有する。例えば、ただ１つの同軸ケーブルしか、最小侵襲性の医療器具に組み込まれることができないことがあり（例えばガイドワイヤは３００μｍの直径を有する）、これはデータレートを制限する。このように、高データレートは、これまでのところ、医療器具の遠位端から近位端まで延在する電気ワイヤの使用を必要としており、これは、多くの空間を必要とする。しかしながら、多くの空間を必要とするこのようなワイヤの使用は、医療器具をより大きくし、これは、特に最小侵襲性の医療器具においては望ましくない。従って、データレートと医療器具のサイズとの間のトレードオフが行われなければならない。

本発明の目的は、改良された最小侵襲性の医療器具、特に小型の医療器具を提供するとともに、最小侵襲性の医療器具の遠位端から近位端まで高データレートでのセンサデータの送信を可能にする最小侵襲性の医療器具、及びこれを製造する方法を提供することである。

本発明の第１の見地において、近位端及び遠位端を有する最小侵襲性の医療器具であって、医療器具の遠位端に配置されるセンサ装置を有し、センサ装置が、電気センサ信号の形でセンサデータを生成するように構成されるセンサを有する、医療器具が提示される。センサ装置は更に、電気センサ信号を光学信号に変換するように構成されるとともに電気センサ信号を入力する電気入力部及び光学信号を送信する光出力部を有するデータ変換装置を有する。センサ装置は更に、遠位端から近位端まで光学信号を送信するように構成される光ファイバを有し、光ファイバは、光学信号を受信するためにデータ変換装置の出力部に結合され、光ファイバは、器具の遠位端から近位端まで延在する。

本発明の他の見地において、近位端及び遠位端を有する最小侵襲性の医療器具を製造する方法であって、センサ装置を製造するステップを有し、該ステップは、電気センサ信号の形でセンサデータを生成するように構成されるセンサを提供するステップと、電気センサ信号を光学信号に変換するように構成されるとともに、電気センサ信号を入力する電気入力部及び光学信号を送信する光出力部を有するデータ変換装置を提供するステップと、遠位端から近位端まで光学信号を送信するように構成される光ファイバを提供するステップと、光学信号を受信するためにデータ変換装置の出力部に光ファイバを結合するステップと、を含む。方法は更に、光ファイバが器具の遠位端から近位端まで延在するようにして、センサ装置を医療器具の遠位端に配置するステップを有する。

本発明の他の見地において、このようなセンサ装置が提示される。本発明の他の見地において、このようなセンサ装置を製造する方法が提示される。

本発明の基本的な考えは、医療器具の遠位端から近位端まで高データレートのセンサデータを送信するために光ファイバを使用することである。これは、医療器具の遠位端又は先端からの高速光データリンクを提供する。小さいサイズの最小侵襲性の医療器具が予定される場合、データ圧縮ハードウェアは、遠位端に含められることができず、ゆえに、相対的に高いデータレートが遠位端で生成され、装置の近位端に光データリンクを通じて送信される。センサによって生成される電気センサ信号を、光ファイバによって送信されることができる光学信号に変えるために、データ変換装置が使用される。特に、光ファイバは、第１の端部及び第２の端部を有し、第１の端部が、データ変換装置の光出力部に結合され、第２の端部が、装置の近位端に配置され、例えば信号処理装置に接続する。このようにして、なお小型医療器具を提供しながら、高データレートでのセンサデータの送信を可能にする最小侵襲性の装置が提供される。更に、電気ワイヤの代わりに光ファイバを使用することにより、信号は、電気的に絶縁される。これは、医療装置を、より一層ＭＲＩ互換性のあるものにし、及び／又は（例えばグランドループ又はＲＦＩ（ラジオ周波妨害）を通じて）ノイズを低減する。

１つの例において、センサは、医用イメージングセンサでありうる。医用イメージングセンサは、（例えば患者の身体又はその一部の）画像を表現するセンサデータを生成することができる。医療イメージングセンサは、大量のセンサデータを、ゆえに高データレートを生成することができ、これは、高データレート送信を必要とする。１つの例において、センサは、超音波を送信し及び／又は受信するように構成される超音波トランスデューサ、特に容量性マイクロマシン加工超音波トランスデューサ（ＣＭＵＴ）でありうる。他の例では、センサは、カメラでありうる。これらは、特に医療イメージングに有用なセンサである。しかしながら、概して、他のタイプの任意のセンサ、特に高データレートを生成するセンサが、使用されることができることが理解されるであろう。

本発明の好適な実施形態は従属請求項に規定される。請求項に記載の最小侵襲性の医療器具を製造する方法が、請求項に記載の医療器具及び従属請求項に規定されるものと同様の及び／又は同一の好適な実施形態を有することが理解されるべきである。更に、センサ装置、又はセンサ装置を製造する方法は、請求項に記載の医療器具又はこれを製造する方法と同様の及び／又は同一の好適な実施形態を有することが理解されるべきである。

一実施形態において、センサ装置は更に、第１の表面及び第２の表面を有する基板を有し、データ変換装置が、第１の表面に配置される。このようにして、データ変換装置の良好な支持体が提供される。対応する方法において、センサ装置の製造は更に、第１の表面及び第２の表面を有する基板を提供するステップと、第１の基板表面にデータ変換装置を配置するステップと、を含む。

他の実施形態又は変形例において、光ファイバは、第２の基板表面から第１の基板表面へ向けて延在する基板の孔に配置される。このようにして、光ファイバをデータ変換装置に結合させる簡単なやり方が提供される。特に、孔は、表面基板に垂直に配置されうる。このようにして、光ファイバは、表面基板に対し垂直に配置される。特に、孔は、光ファイバの第１の端部がデータ変換装置の出力部に結合されるように、配置されることができる。例えば、データ変換装置は、第１の基板表面へ向けて、特に光ファイバの第１の端部が位置する領域に、光学信号を送信するように配置されることができる。対応する方法において、センサ装置の製造は更に、例えばエッチングによって、基板に、第２の基板表面から第１の基板表面に向かって延在する孔を設けるステップと、光ファイバを孔に配置するステップと、を含む。他の実施形態又は変形例において、基板は、ベース層及びベース層上の少なくとも１つの絶縁層を有し、絶縁層が、少なくとも第１の基板表面を形成する。このようにして、絶縁層を使用することによって、ベース層が導電性又は半導電性である場合であっても、第１の基板表面上に電気接続又は電気接続部が作られることができる。特に、基板ベース層は、シリコンで作られることができ、及び／又は、絶縁層は、酸化シリコンで作られることができる。シリコンを使用するということは、製造が容易であり及び／又は安価である。対応する方法において、基板を提供するステップは、ベース層を提供するステップと、ベース層上に少なくとも１つの絶縁層を提供するステップと、を含み、絶縁層が、少なくとも第１の基板表面を形成する。例えば、絶縁層は、酸化処理によって提供されることができる。

これらの実施形態の変形又は変更において、孔は、第１の基板表面を形成する絶縁層のところで終端する。特に、孔は、ブラインド孔でありうる。このようにして、絶縁層は、光ファイバからデータ変換装置の出力を絶縁するが、光学信号がなお通過するに十分な薄さである。従って、絶縁層は、特に光学的に透明でありうる。更に、基板の孔内に光ファイバを配置する容易な製造方法は、このようにして提供されることができる。対応する方法において、孔を設けるステップは、第１の基板表面を形成する絶縁層のところで終えられ又は終わる。例えば、孔は、第２の基板表面からエッチングされ、基板のベース層を通り、絶縁層のところで終わる。

他の実施形態又は変形例において、光ファイバは、基板に固定的に接続される。このようにして、（複数の）光ファイバが、基板及びゆえにセンサ装置に永続的に取り付けられることができる。従って、光ファイバは、データ変換装置の出力部に永続的に結合されることができる。これは、より良好な光学結合を提供する。例えば、光ファイバと光出力部との間の着脱可能な接続部又はエアギャップと比べて小さいデバイスが、提供されることができる。特に、光学的に透明な接着剤が、光ファイバを基板に固定的に接続するために使用されることができる。例えば、基板と光ファイバとの間の孔の残りの空間は、光学的に透明な接着剤で充填たされることができる。対応する方法において、光出力部に光ファイバを結合することは、特に光学的に透明な接着剤を使用して、光ファイバを基板に固定的に接続することを含む。

他の実施形態又は変形例において、センサ装置は更に、器具の遠位端から近位端部まで延在する電気ワイヤを含む。このようにして、装置が、電力供給されることができ（例えば、電気ワイヤが、センサ装置への電力供給のために使用されることができる）、及び／又は付加の機能が提供されることができる。例えば、電気ワイヤは、低スピードのデータ伝送（例えば制御信号の伝送）のために使用されることができる。対応する方法において、センサ装置を製造することは、器具の遠位端から近位端まで延在する電気ワイヤを提供することを更に含む。

他の実施形態又は変形例において、電気ワイヤは、基板の、第１の基板表面から第２の基板表面まで延在するスルーホールを通じて配置される。このようにして、電気ワイヤ及び光ファイバの基板（例えばシリコンチップ）に対する同時接続が提供されることができる。これは、特に製造するのが容易である。対応する方法において、センサ装置を製造することは、第１の基板表面から第２の基板表面まで延在するスルーホールを基板に設けるステップと、スルーホールを通じて電気ワイヤを配置するステップと、を含む。例えば、スルーホールは、基板を通してエッチングされることができる。

別の実施形態又は変形例において、電気ワイヤは、基板に固定的に接続される。このようにして、電気ワイヤは、基板及びゆえにセンサ装置に永続的に取り付けられることができる。例えば、ハンダ接続が、電気ワイヤを固定的に基板に接続するために使用されることができる。特に、光ファイバ及び電気ワイヤの両方が、基板に固定的に接続されることができる。対応する方法において、センサ装置を製造することは、電気ワイヤを基板に固定的に接続することを更に含む。

他の実施形態又は変形例において、センサは、医療器具の長さ方向において、データ変換装置が配置される基板より上に又は下に位置付けられる第２の基板に配置される。こうして、センサ及びデータ変換装置は、それぞれ異なる又は別個の基板上に配置される。このようにして、小型医療器具が提供されることができる。対応する方法において、センサ装置を製造することは更に、センサが配置される第２の基板を提供するステップと、医療器具の長さ方向において、データ変換装置が配置される基板より上又は下に第２の基板を位置付けるステップとを含む。

他の実施形態又は変形例において、センサ装置は、電気センサ信号を前処理するように構成される前処理電子回路を有し、前処理電子回路は、電気センサ信号を受け取る入力部と、前処理された電気センサ信号をデータ変換装置に送信する出力部と、を有する。このようにして、前処理は、医療器具の遠位端又は先端部で行われることができる。例えば、前処理は、データ変換装置による変換及び／又は光ファイバを通じた送信のために電気信号を適合させることができる。しかしながら、前処理電子回路は、概して、高いデータ圧縮を提供することはできない。前処理電子回路は、概して、多くの空間を必要としない。こうして、前処理電子回路は、医療器具の遠位端において、センサ装置に容易に組み込まれることができる。このようにして、センサからの生センサデータ又は信号は、近位端に送信される必要がなく、センサデータは、前処理されることができる。例えば、前処理電子回路は、（例えば電気センサ信号が光ファイバを通じて送信されることができるように）電気センサ信号を増幅し及び／又は多重化するように構成されることができる。特に、前処理電子回路は、センサを制御するために使用される電子回路、例えば特定用途向け集積回路（ＡＳＩＣ）でありえ、又はそのような回路に組み込まれることができ、又はその一部でありうる。対応する方法において、センサ装置を製造することは、このような前処理電子回路を提供するステップを更に含む。

別の実施形態又は変形例において、前処理電子回路は、医療器具の長さ方向において、データ変換装置が配置される基板より上又は下に位置付けられる第３の基板に配置される。こうして、前処理電子回路及びデータ変換装置は、それぞれ異なる又は別個の基板上に配置される。このようにして、小型の医療器具が提供される。対応する方法において、センサ装置を製造することは、前処理電子回路が配置される第３の基板を提供するステップと、医療器具の長さ方向において、データ変換装置が配置される基板より上又は下に第３の基板を位置付けるステップと、を含む。

他の実施形態又は変形例において、器具は、細長いガイドワイヤコアを有するガイドワイヤである。ガイドワイヤは、特に有用な最小侵襲性の医療器具である。

この実施形態の変形例において、光ファイバは、ガイドワイヤコアを形成する。このようにして、医療装置はより安価であり、及び／又は医療器具のサイズが更に低減されることができる。光ファイバは、近位端にセンサデータを送信するために使用されるだけでなく、ガイドワイヤの機械的コア又は支持体としても使用される。

他の実施形態又は変形例において、データ変換装置は、垂直共振器面発光レーザ（ＶＣＳＥＬ）、発光ダイオード（ＬＥＤ）又はダイナミックミラー装置（ＤＭＤ）である。このようにして、安価な及び／又は小さい装置が提供されることができる。ＶＣＳＥＬは、特に、第１の基板表面に向けて光信号を送信するのに有用である。

他の実施形態又は変形例において、データ変換装置は、光学信号を電気信号に変換するようにも構成される。このようにして、データ変換装置は、信号を両方向に変換することができる。この場合、光ファイバは、遠位端への及び遠位端からの両方において高速光データリンクを提供する。これは、双方向通信を可能にする。例えば、データ変換装置は、フォトダイオード（例えばＶＣＳＥＬの下にあり又はそれを囲む）を有するＶＣＳＥＬでありうる。例えば、電気信号は、センサを駆動し及び／又は制御するために使用されることができる。

本発明のこれら及び他の見地は、以下記述される実施形態から明らかであり、それらを参照して以下に記述される。

一実施形態による最小侵襲性の医療器具の概略図。 一実施形態による医療器具のセンサ装置の一部の概略断面図。 別の実施形態による医療器具のセンサ装置の一部の概略断面図。 図３のセンサ装置を製造する方法を示す図。 図３のセンサ装置を製造する方法を示す図。 図３のセンサ装置を製造する方法を示す図。 図３のセンサ装置を製造する方法を示す図。 一実施形態による医療器具の概略断面図。 図５の医療器具の遠位端の斜視図。 図５のセンサ装置の、その製造終了時の概略断面図。 別の実施形態による医療器具の概略断面図。 他の実施形態による医療器具の一部の概略断面図。

図１は、一実施形態による最小侵襲性の医療器具１００の概略図を示す。最小侵襲性の医療器具１００（又は最小侵襲性の医療装置とも呼ばれる）は、近位端１００ｂ及び遠位端１００ａ（又は遠位先端部とも呼ばれる）を有する。医療侵襲介入において、遠位端１００ａは、介入が行われる患者の身体の解剖学的部位に配置される。最小侵襲性の医療器具１００は、医療器具の遠位端１００ａに配置されるセンサ装置１０を含む。センサ装置１０は、電気センサ信号の形でセンサデータを生成するように構成されるセンサ２０を含む。センサ２０は、電気センサ信号を送信するセンサ出力部２１を有する。センサ装置は、電気センサ信号を光学信号に変換するように構成されるデータ変換装置４０を更に有する。データ変換装置４０は、センサ２０から、特にセンサ出力部２１から、電気センサ信号を受け取る電気入力部４１を有する。センサ出力部２１は、電気接続２５を通じてデータ変換装置４０の電気入力部４１に接続される。データ変換装置４０は、光学信号を送信する光出力部４２を更に有する。センサ装置１０は、遠位端１００ａから近位端１００ｂへ光学信号を送信するように構成される光ファイバ５０、特に光ガラスファイバ、を更に有する。例えば、光ファイバ５０の長さは、遠位端１００ａから近位端１００ｂに達するに十分長い。光ファイバ１００は、第１の端部５０ａ及び第２の端部５０ｂを有する。光ファイバ５０は、光学信号を受け取るために、データ変換装置４０の光出力部４２に結合される。より具体的には、光ファイバ５０の第１の端部５０ａが、データ変換装置４０の出力部４２に結合される。光ファイバ５０は、医療器具１００の遠位端１００ａから近位端１００ｂまで延在する。光ファイバ５０の第２の端部５０ｂは、医療器具１００の近位端１００ｂに配置される。こうして、光ファイバは、医療器具１００の遠位端１００ａから近位端１００ｂまでセンサ２０の高データレートのセンサデータを送信するために使用される。これは、医療器具１００の遠位端１００ａから及び／又は遠位端１００ａへの高速光学データリンクを提供する。１つの光ファイバ５０のみが図面に示されているが、任意の数又は複数の光ファイバは、使用されることができる。

図１に示される実施形態において、光ファイバ５０の第２の端部５０ｂは、例えば医用イメージングのためにセンサデータ又は電気センサ信号を読み出し及び／又は処理するように構成される信号処理装置１２０に接続される。例えば、信号処理装置１２０は、（光ファイバ５０から受け取られる）光学信号を電気信号に戻すように変換するように構成されることができる。更に、信号処理装置１２０は、（例えばアプリケーションによって必要とされる場合）デジタルドメインで電気信号を処理するように構成されることができる。

このような最小侵襲性の医療器具１００を製造する対応する方法は、最初に、このようなセンサ装置１０を製造するステップを含む。センサ装置１０を製造するステップは、センサ２０を提供し、データ変換装置４０を提供し、光ファイバ５０を提供し、データ変換装置４０の出力部４２に光ファイバ５０を結合することを含む。医療器具１００を製造する方法は、センサ装置１０を医療器具１００の遠位端に配置するステップを更に含む。光ファイバ５０は、器具１００の遠位端１００ａから近位端１００ｂまで延在する。

この記述において、図に示されるセンサ２０は、超音波を送信し及び／又は受信するように構成される超音波トランスデューサであり、特に容量性マイクロマシン加工超音波トランスデューサ（ＣＭＵＴ）である。これは、特に医用イメージングのために、最小侵襲性の装置にとって特に有用なセンサである。超音波トランスデューサは、多量のセンサデータ（ゆえに高データレート）を生成し、これは、高データレート伝送を必要とする。特に、超音波トランスデューサ２０は、互いに隣り合わせで配置される複数の超音波トランスデューサセル２２、特にＣＭＵＴセルを含む。しかしながら、センサは、画像（例えば患者の身体又はその一部）を表すセンサデータを生成する任意の他の種類の医用イメージングセンサでありうることが理解されるであろう。例えば、センサは、カメラ（例えばＣＣＤチップ又はＣＭＯＳ画像センサチップ）である。医用イメージングセンサは、多量のセンサデータを、ゆえに高データレートを生成し、これは、高データレート伝送を必要とする。しかしながら、概して他のタイプの任意のセンサ、特に高データレートを生成するセンサが、使用されることができることが理解されるであろう。概して、センサは、圧力センサのような低データレートを生成するセンサでありうる。しかしながら、ここに記述される高速光学データリンクは、超音波トランスデューサ又はカメラのような、特に高データレートを生成するセンサに有用である。

図２は、一実施形態による医療器具１００、特に図１に関して説明された医療器具のセンサ装置１０の一部の概略断面図を示す。センサ装置１０は、特に図１に関して説明されたように、センサ（図２には不図示）、データ変換装置４０及び光ファイバ５０を有する。センサ装置１０は、第１の表面３０ａ及び第２の表面３０ｂを有する基板３０（例えばシリコンチップ）を更に含む。データ変換装置４０は、第１の基板表面３０ａに配置され又は取り付けられる。図２に示されるこの実施形態において、光ファイバ５０は、基板３０の孔３４に配置されている。孔３４は、第２の基板表面３０ｂから第１の基板表面３０ａへ向けて延在する。孔３４は、基板表面３０ａ、３０ｂに対して垂直に配置される。従って、孔３４に配置される光ファイバ５０もまた、基板表面３０ａ、３０ｂに対して垂直に配置される。孔３４は、光ファイバ５０の第１の端部５０ａがデータ変換装置４０の出力部４２に結合されるように配置される。言い換えると、データ変換装置４０は、第１の基板表面３０ａへ向けて、光ファイバ５０の第１の端部５０ａが位置する領域に、光学信号を送信するように配置される。光ファイバ５０の中心が、光出力部から送信される光学信号又は光のすべてを受信するように、第１の端部５０ａ又は孔３４が、光出力部４２に中心を合わせるように配される。光ファイバの第２の端部５０ｂは、医療器具の近位端１００ｂに配置される。これを示すために、光ファイバは、図２において切断面で示されている。

図２に示されるこの実施形態において、基板は、（例えばシリコンで作られる）ベース層３１、及びベース層３１上の第１の絶縁層３２（例えば酸化シリコンのような酸化物）を有し、第１の絶縁層３２が、第１の基板表面３０ａを形成する。絶縁層３２は、電気的に絶縁している。この第１の絶縁層３２を使用することによって、ベース層３１が導電性又は半導電性であっても、データ変換装置４０への電気接続を提供する電気接続部４６が、第１の基板３０ａ上に配置されることができる。例えば、ベース層３０は、シリコンで作られることができる。この場合、絶縁層は、シリコンを酸化することによって形成されうる酸化シリコンで作られることができる。任意に、基板３０は、ベース層３１上に第２の絶縁層３３を有することができ、第２の絶縁層３３は、図２に示されるように第２の基板表面３０ｂを形成する。

図２に示されるこの実施形態において、孔３４は、第１の基板表面３０ａを形成する第１の絶縁層３２のところで終端する。従って、孔３４は、ブラインド孔である。第１の絶縁層３２は、光学的に透明である。例えば、酸化シリコンは、光学的に透明である。第１の絶縁層３２は、光ファイバ５０からデータ変換装置４０の光学出力部４２を絶縁するが、光学信号が絶縁層３２を通過するに十分薄い。光ファイバ５０は、基板３０に固定的に接続される。言い換えると、光ファイバ５０は、基板３０に永続的に取り付けられる。こうして、光ファイバ５０は、データ変換装置４０の出力部４２に永続的に結合される。特に、光学的に透明な接着剤５２が、光ファイバ５０を基板３０に固定的に接続するために使用される。図２から分かるように、孔３４の残りの空間、特に基板３０（又はその絶縁層３２）と光ファイバ５０との間の空間は、光学的に透明な接着剤５２で充填される。これは、光学結合を改善する。更に、図２から分かるように、光学的に透明なアンダーフィル材４８が、データ変換装置４０と第１の基板表面３０ａとの間に、特にデータ変換装置４０の光出力部４２と第１の基板表面３０ａ（又は光ファイバ５０の第１の端部５０ａ）との間に、配置される。これは光学結合をより一層改善する。

この記述において、図に示されるデータ変換装置４０は、垂直共振器面発光レーザ（ＶＣＳＥＬ）である。ＶＣＳＥＬ４０は、電気センサ信号を入力する電気入力部を有する。図２において、特にセンサ２０からデータ変換装置４０への電気接続を提供するための電気接続部４６は、ソルダーバンプ４７によってＶＣＳＥＬ ４０又はその入力部に接続される。ＶＣＳＥＬ４０は、レーザ光を生成する活性領域４４を含む。特に、活性領域４４は、第１のミラー（又はブラッグ反射体）と、第２のミラー（又はブラッグ反射体）と、第１及び第２のミラーの間に配置されるレーザキャビティ（又は量子井戸）とを含む。ＶＣＳＥＬ４０は、光出力部４２を更に含む。光出力部４２は、第１の基板表面３０ａに対向する。光出力部４２は、生成されたレーザ光を受け取り、光学信号としてそれを送信する又は放出する。ＶＣＳＥＬ４０は、第１の基板表面３０ａへ向けて光学信号を送信するのに特に有用である。しかしながら、概して、電気センサ信号を光学信号に変換するように構成される任意の他のタイプのデータ変換装置が使用されることができることが理解される。例えば、データ変換装置は、発光ダイオード（ＬＥＤ）又はダイナミックミラー装置（ＤＭＤ）でありうる。

データ変換装置４０は、（光ファイバ５０を通じて送信された）光学信号を、（例えばセンサを駆動する及び／又は制御するための）電気信号に変換するようにも構成されることができる。このようにして、データ変換装置４０は、信号を両方向に変換することができる。従って、光ファイバ５０は、遠位端１００ａからの及び遠位端１００ａへの両方において高速光学データリンクを提供する。これは双方向通信を可能にする。前述したようにデータ変換装置がＶＣＳＥＬである場合、例えば、フォトダイオードは、ＶＣＳＥＬ又はその活性領域の下に又はそれを囲んで配置される。

図３は、別の実施形態による医療器具１００のセンサ装置１０の一部の概略断面図を示す。図３の実施形態は図２の実施形態に基づくので、図２の実施形態についてなされたのと同じ説明が、図３の実施形態にも当てはまる。図３に示される実施形態において、センサ装置１０は、付加的に、医療器具１００の遠位端１００ａから近位端１００ｂまで延在する電気ワイヤ６０を有する。電気ワイヤ６０は、第１の端部６０ａ及び第２の端部６０ｂを含む。第１の端部６０ａは、センサ装置１０に、ゆえに医療器具の遠位端１００ａに、配置される。第２の端部６０ｂは、医療器具の近位端１００ｂに配置される。これを示すために、電気ワイヤが、図３に切断面で示されている。図３の実施形態において、互いに隣り合って配置される２つの電気ワイヤ６０が示される。しかしながら、任意の他の（適切な）数の電気ワイヤが使用されることができる。例えば、電気ワイヤ６０は、センサ装置への電力供給のために又は（例えば制御信号の）低速データ伝送のために使用されることができる。

電気ワイヤ６０は、基板３０のスルーホール６３を通じて配置され、スルーホール６３は、第１の基板表面３０ａから第２の基板表面３０ｂまで、又はその逆に延在する。光ファイバ５０用の孔３４及び電気ワイヤ６０用のスルーホール６３を提供することによって、基板３０に対する光ファイバ５０及び電気ワイヤ６０の同時接続が、例えば１つの処理ステップの中で容易に提供されることができる。電気ワイヤ６０は、導電性コア６１及びコア６１を囲む絶縁体６２を含む。絶縁体６２は、導電性コア６１を電気的に絶縁する。図３から分かるように、電気ワイヤ６０又はコア６１は、基板３０に固定的に接続される。言い換えると、電気ワイヤ６０は、基板３０に永続的に取り付けられる。第１の端部６０ｂにおいて、電気ワイヤ６０は、絶縁フリーな部分を有する。例えば、図３から分かるように、ハンダ接合部６４は、第１の端部６０ａの電気ワイヤ６０又はコア６１を固定的に基板３０に接続するために使用されることができる。図３から分かるように、その第１の端部６０ａにおける電気ワイヤ６０のコア６１は、ハンダ接合部６４によって、第１の基板表面３０ａ上の電気接続６５に接続される。要するに、図３の実施形態において、光ファイバ５０及び電気ワイヤ６０は、基板に固定して接続される。光ファイバ５０は、光学的に透明な接着剤５２によって、固定的に接続され、電気ワイヤ６０は、ハンダ接合部又は接続部によって固定的に接続される。

せンサ装置１０を製造する方法は、図４ａ乃至図４ｄに関して更に詳しく説明される。図４ａ乃至図４ｄの各々は、図３のセンサ装置１０を製造する方法の異なるステップを示す。センサ装置１０の製造は、第１の表面３１及び第２の表面３０ｂを有する基板３０（例えばシリコンチップ）を提供することから始める。例えば、図４ａに示すように、ベース層３１（例えばシリコンで作られる）が提供されることができ、例えば酸化シリコンのような酸化物で作られる絶縁層３２が、（例えば熱酸化によって）ベース層３１に設けられることができる。絶縁層３２は、第１の基板表面３０ａを形成する。センサ２０が、第１の基板表面３０ａ上に、より具体的には絶縁層３２（図４ａには不図示）上に提供されることができる。その後、図４ｂを参照して、孔３４が、（例えばエッチングによって）基板３０に設けられ、孔３４は、第２の基板表面３０ｂから第１の基板表面３０ａへ向けて延在する。図４ｂから分かるように、孔３４を設けるステップは、絶縁層３２で終わる。この場合、孔３４は、第２の基板表面３０ｂから基板ベース層３１を通ってエッチングされ、絶縁層３２で終了する。図４ｂに示されるように、更に、スルーホール６３が基板３０に設けられ、スルーホール６３は、第２の基板表面３０ｂから第１の基板表面３０ａまで延在する。この場合、スルーホール６３は、第２の基板表面３０ｂから基板３０を貫いてエッチングされる。特に、孔３４を設ける（例えばエッチング）ステップ及びスルーホール６３を設ける（例えばエッチング）ステップは、１つの処理ステップにおいて実施される。任意には、図４ｂに示されるように、孔３４及びスルーホール６３を設ける（例えばエッチングの）とき、サポート層４９（例えばポリイミドで作られる）が使用されることができる。

次に、図４ｃを参照して、データ変換装置４０が提供される。データ変換装置４０は、第１の基板表面３０ａ上に配置される。この場合、第１の基板表面３０ａ上に配置される電気接続部４６に対して電気接続が設けられる。図４ｄから分かるように、光ファイバ５０が提供される。光ファイバ５０（又はその第１の端部５０ａ）が、データ変換装置４０の光出力部４２に結合される。これは、孔３４に光ファイバ５０を配置することによって行われる。次に、光ファイバ５０を基板３０に固定的に接続するために、光学的に透明な接着剤５２が、孔３４の残りの空間に充填される。最後に、電気ワイヤ６０（図３を参照）が提供される。電気ワイヤ６０が、スルーホール６３を通して配置される。電気ワイヤ６０を基板３０に固定的に接続するために、ハンダ接合部６４が、使用されることができる。上述のステップは、任意の他の適切な順序で実施されることもできることが理解されるであろう。

図５は、一実施形態による医療器具１００の概略断面図を示し、図５ａは、図５の医療器具１００の遠位端１００ａの斜視図を示す。図３を参照して記述されたセンサ装置１０の一部が、本実施形態において使用される。従って、以前の実施形態における説明は、図５の実施形態に当てはまる。図５に示される実施形態において、センサ装置１０は、電気センサ信号を前処理するように構成される前処理電子回路７０を更に有する。従って、前処理は、医療器具１００の遠位端１００ａにおいて行われる。例えば、前処理電子回路７０は、電気センサ信号を増幅し及び／又は多重化するように構成されることができる。このようにして、センサ２０からの生センサデータ又は信号が、近位端１００ｂに送信される必要はなく、センサデータが前処理されることができる（例えば調整される）。前処理電子回路は、特に、センサ２０を制御するために使用される電子回路でありえ、又はかかる電子回路であり、又はその中に組み込まれ、又はその一部でありうる。例えば、前処理電子回路は、特定用途向け集積回路（ＡＳＩＣ）でありうる。前処理電子回路７０は、センサ２０から電気センサ信号を受け取るための入力部７１を含む。特に、前処理電子回路は、センサから電気センサ信号を受け取るための複数の入力ポートを含む。電気接続部２５ａが、センサ２０又はセンサ出力２１と、電子回路７０又はその入力部７１との間に提供される。前処理電子回路７０は更に、データ変換装置４０に前処理された電気センサ信号を送信するための出力部７２を更に有する。電気接続部２５ｂが、電子回路７０又はその出力部７２と、データ変換装置４０又はその入力４１との間に提供される。図５の実施形態において（図５ａ参照）、電気接続部２５ａ、２５ｂは、可撓性の電気接続である。前処理電子回路７０は、図１乃至図４を参照して記述された実施形態のいずれかと関連して使用されることもできることが理解されるであろう。

更に、図５の実施形態において、センサ２０（この場合、超音波トランスデューサセル２２）は、医療器具１００の長さ方向Ｌ（この場合、近位端１００ｂから遠位端１００ａに向かう方向に規定される）において、データ変換装置４０が配置される第１の基板３０より上に位置付けられる第２の基板８０に配置される。従って、センサ２０及びデータ変換装置４０は、２つの別個の基板３０、８０に配置される。更に、前処理電子回路７０は、長さ方向Ｌにおいて、データ変換装置４０が配置される第１の基板３０より上に位置付けられる第３の基板９０に配置される。従って、ここでも、前処理電子回路７０及びデータ変換装置４０は、２つの別個の基板３０、９０に配置される。言い換えると、データ変換装置４０、センサ２０及び前処理電子回路７０の各々は、それぞれ別個の基板に配置される。図５の実施形態において、第３の基板９０は、第２の基板８０の下であって、第１の基板３０と第２の基板８０との間に位置付けられる。センサ２０を有する第２の基板８０は、最適なやり方でセンスし又はセンサデータを生成するために、器具１００の最も遠位部分に配置される。

更に、図５の実施形態において、医療器具１００は、細長いガイドワイヤコア１１０（例えばステンレス鋼で作られる）を有するガイドワイヤである。図５ａから分かるように、第１の基板３０、第２の基板８０及び第３の基板９０の各々は、ガイドワイヤコア１１０を囲むディスクである。ガイドワイヤは、ガイドワイヤを囲む（例えば、基板３０、８０、９０を囲む）伸縮自在のシースを更に含むことができる。しかしながら、概して、任意の他の適切な最小侵襲性の医療器具が使用されることができることが理解されるであろう。

図５ｂは、その製造終了時の図５のセンサ装置１０の概略断面図を示す。対応する製造方法は、データ変換装置４０が配置される第１の基板３０を提供するステップと、センサ２０が配置される第２の基板８０を提供するステップと、前処理電子回路７０が配置される第３の基板９０を提供するステップと、を含む。図５ｂの実施形態において、第１の基板３０、第２の基板８０及び第３の基板９０は、単一の連続する基板から形成される。基板３０、８０、９０は、１つの連続する基板内に別個の孔８５、９５をエッチングすることによって、互いに分離される。このようにして、基板３０、８０、９０を有するセンサ装置１０が、容易に製造されることができる。

センサ装置１０が図５ｂに示されるように製造された後、第２の基板８０及び第３の基板９０は、長さ方向Ｌにおいて、第１の基板３０より上に（図５又は図５ａを参照）に各々位置付けられる。可撓性の電気接続部２５ａ、２５ｂが、それぞれ異なる基板３０、８０、９０上のセンサ２０、電子回路７０、及びデータ変換装置４０の間の電気接続を各々提供する。

図６は、別の実施形態による医療器具１００の概略断面図を示す。図６の実施形態は、光ファイバ５０がガイドワイヤコア１１０を形成するという点で図５の実施形態とは異なる。図５のガイドワイヤコア１１０は、光ファイバ５０によって置き換えられている。こうして、光ファイバ５０は、近位端にセンサ２０（図６において表示されない）のセンサデータを送信するためだけでなく、ガイドワイヤの機械的コア１１０又は支持体としても使用される。例えば、図６の実施形態において、センサ２０は、１又は複数の基板の周囲に、特にガイドワイヤの外周の周りに沿って曲げられて、配置されることができる。

更に、図６の実施形態は、電子回路７０を有する第３の基板９０が、長さ方向Ｌにおいて、データ変換装置４０を有する第１の基板３０の下に位置付けられる点で、図５の実施形態と異なる。光ファイバ５０を有する第１の基板３０が、医療器具１００の最も遠位部分に機械的サポートを提供するために、器具１００の最も遠位部分に配置される。

更に、図６の実施形態は、電気ワイヤ６０が付加の基板９２に配置される点で、図５の実施形態と異なる。従って、データ変換装置４０及び電気ワイヤ６０は、２つの別個の基板に配置される。付加の基板９２は、長さ方向Ｌにおいて、第１の基板３０の下であって且つ第３の基板９０の下に位置付けられる。しかしながら、電気ワイヤ６０は任意の他の適切なやり方で配置されることもできることが理解されるであろう。例えば、図７は、他の実施形態による医療器具の一部の概略断面図を示す。図７のこの実施形態において、電気ワイヤ６０は、データ変換装置４０と同じ基板３０に配置される。

ガイドワイヤがここに記述されているが、最小侵襲性の医療器具は、任意のタイプの最小侵襲性の医療器具でありうることが理解されるであろう。例えば、最小侵襲性の医療器具は、カテーテル、ガイドワイヤ、腹腔鏡器具又は内視鏡でありうる。最小侵襲性の医療器具は、例えば、１００００μｍ又はそれより小さい直径、特に８０００μｍ又はそれより小さい直径、特に３０００μｍ又はそれより小さい直径、特に１０００μｍ又はそれより小さい直径、特に５００μｍ又はそれより小さい直径、特に３００μｍ又はそれより小さい直径を有することができる。具体的な例としては、腹腔鏡器具は、例えば８ｍｍ〜３ｍｍの直径を有することができ、カテーテルは、３ｍｍ〜１ｍｍの直径を有することができ、及び／又はガイドワイヤは、０．５ｍｍ未満の直径を有することができる。例えば、最小侵襲性の医療器具は、スマート医療器具でありうる。スマート医療器具は、その遠位端においてセンサ及びセンサエレクトロニクス（例えばＡＳＩＣ）を含む。

本発明は、図面及び上述の記述において詳しく図示され記述されるが、このような図示及び記述は、制限的なものではなく、説明的又は例示的なものとして考えられるべきである。本発明は、開示される実施形態に制限されない。開示される実施形態に対する他の変更が、図面、開示及び添付の特許請求の範囲の検討から、請求項に記載の本発明を実施する際に当業者によって理解され達成されることができる。

請求項において、「含む、有する（comprising）」という語は、他の構成要素又はステップを除外せず、不定冠詞「a」又は「an」は、複数性を除外しない。単一の構成要素又は他のユニットが、請求項に列挙されるいくつかのアイテムの機能を果たすことができる。特定の手段が相互に異なる従属請求項に列挙されているという単なる事実は、これらの手段の組み合わせが有利に使用されることができないことを示さない。

請求項における参照符号は、本発明の範囲を制限するものとして解釈されるべきでない。

Claims (14)

1. 近位端及び遠位端を有する最小侵襲性の医療器具であって、前記医療器具の遠位端に配されるセンサ装置を有し、前記センサ装置が、
   電気センサ信号の形でセンサデータを生成するセンサと、
   前記電気センサ信号を光学信号に変換するデータ変換装置であって、前記電気センサ信号を受け取る電気入力部及び前記光学信号を送信する光出力部を有するデータ変換装置と、
   前記遠位端から前記近位端へ前記光学信号を送信する光ファイバであって、前記光学信号を受け取るために前記データ変換装置の出力部に結合され、前記医療器具の前記遠位端から前記近位端まで延在する光ファイバと、
   を有し、前記医療器具が、細長いガイドワイヤコアを有するガイドワイヤであり、前記光ファイバが前記ガイドワイヤコアを形成する、医療器具。
2. 前記センサ装置が、第１の基板表面及び第２の基板表面をもつ基板を有し、前記データ変換装置が前記第１の基板表面に配される、請求項１に記載の医療器具。
3. 前記光ファイバが、前記基板の孔に配され、前記孔は、前記第２の基板表面から前記第１の基板表面に向かって延在する、請求項２に記載の医療器具。
4. 前記基板は、シリコンで作られたベース層と、前記ベース層上の、酸化シリコンで作られた少なくとも１つの絶縁層と、を有し、前記絶縁層は、少なくとも前記第１の基板表面を形成する、請求項２に記載の医療器具。
5. 前記孔は、前記第１の基板表面を形成する絶縁層のところで終端する、請求項３又は４に記載の医療器具。
6. 前記光ファイバが前記基板に固定的に接続される、請求項２に記載の医療器具。
7. 前記センサ装置が、前記医療器具の前記遠位端から前記近位端まで延在する電気ワイヤを更に有する、請求項１又は２に記載の医療器具。
8. 前記電気ワイヤが、前記第１の基板表面から前記第２の基板表面まで延在する前記基板内のスルーホールを通じて配される、請求項２を引用する請求項７に記載の医療器具。
9. 前記センサが第２の基板に配置され、前記第２の基板は、前記医療器具の長さ方向において、前記データ変換装置が配される基板より上又は下に位置付けられる、請求項２に記載の医療器具。
10. 前記センサ装置が、前記電気センサ信号を前処理する前処理電子回路を有し、前記前処理電子回路が、前記電気センサ信号を受け取る入力部と、前処理された電気センサ信号を前記データ変換装置に送信する出力部と、を有する、請求項１又は２に記載の医療器具。
11. 前記前処理電子回路が第３の基板に配され、前記第３の基板は、前記医療器具の長さ方向において、前記データ変換装置が配される基板より上又は下に位置付けられる、請求項２を引用する請求項１０に記載の医療器具。
12. 前記データ変換装置が、垂直共振器面発光レーザ（ＶＣＳＥＬ）、発光ダイオード（ＬＥＤ）又はダイナミックミラー装置（ＤＭＤ）である、請求項１に記載の医療器具。
13. 前記データ変換装置が更に、光学信号を電気信号に変換するように構成される、請求項１に記載の医療器具。
14. 近位端及び遠位端を有する最小侵襲性の医療器具を製造する方法であって、センサ装置を製造するステップを含み、前記センサ装置を製造するステップが、
    電気センサ信号の形でセンサデータを生成するセンサを提供するステップと、
    電気センサ信号を光学信号に変換するデータ変換装置であって、電気センサ信号を受け取る電気入力部及び光学信号を送信する光出力を有するデータ変換装置を提供するステップと、
    前記遠位端から前記近位端まで光学信号を送信する光ファイバを提供するステップと、
    光学信号を受け取るために、前記光ファイバを前記データ変換装置の出力部に結合するステップと、
    を含み、前記方法が更に、
    前記光ファイバが前記医療器具の前記遠位端から前記近位端まで延在するように及び前記光ファイバが前記医療器具のガイドワイヤコアを形成するように、前記センサ装置を前記医療器具の前記遠位端に配するステップ
    を含む、方法。

Images