JPH05103763A - 圧力センサ - Google Patents
圧力センサInfo
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- JPH05103763A JPH05103763A JP4087661A JP8766192A JPH05103763A JP H05103763 A JPH05103763 A JP H05103763A JP 4087661 A JP4087661 A JP 4087661A JP 8766192 A JP8766192 A JP 8766192A JP H05103763 A JPH05103763 A JP H05103763A
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- JP
- Japan
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- pressure
- sensor
- energy
- quenching
- sample
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- Pending
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- A—HUMAN NECESSITIES
- A61—MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
- A61B—DIAGNOSIS; SURGERY; IDENTIFICATION
- A61B5/00—Measuring for diagnostic purposes; Identification of persons
- A61B5/02—Detecting, measuring or recording pulse, heart rate, blood pressure or blood flow; Combined pulse/heart-rate/blood pressure determination; Evaluating a cardiovascular condition not otherwise provided for, e.g. using combinations of techniques provided for in this group with electrocardiography or electroauscultation; Heart catheters for measuring blood pressure
- A61B5/021—Measuring pressure in heart or blood vessels
- A61B5/0215—Measuring pressure in heart or blood vessels by means inserted into the body
- A61B5/02154—Measuring pressure in heart or blood vessels by means inserted into the body by optical transmission
-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01L—MEASURING FORCE, STRESS, TORQUE, WORK, MECHANICAL POWER, MECHANICAL EFFICIENCY, OR FLUID PRESSURE
- G01L11/00—Measuring steady or quasi-steady pressure of a fluid or a fluent solid material by means not provided for in group G01L7/00 or G01L9/00
- G01L11/02—Measuring steady or quasi-steady pressure of a fluid or a fluent solid material by means not provided for in group G01L7/00 or G01L9/00 by optical means
-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01L—MEASURING FORCE, STRESS, TORQUE, WORK, MECHANICAL POWER, MECHANICAL EFFICIENCY, OR FLUID PRESSURE
- G01L9/00—Measuring steady of quasi-steady pressure of fluid or fluent solid material by electric or magnetic pressure-sensitive elements; Transmitting or indicating the displacement of mechanical pressure-sensitive elements, used to measure the steady or quasi-steady pressure of a fluid or fluent solid material, by electric or magnetic means
- G01L9/0001—Transmitting or indicating the displacement of elastically deformable gauges by electric, electro-mechanical, magnetic or electro-magnetic means
- G01L9/0007—Transmitting or indicating the displacement of elastically deformable gauges by electric, electro-mechanical, magnetic or electro-magnetic means using photoelectric means
-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01L—MEASURING FORCE, STRESS, TORQUE, WORK, MECHANICAL POWER, MECHANICAL EFFICIENCY, OR FLUID PRESSURE
- G01L9/00—Measuring steady of quasi-steady pressure of fluid or fluent solid material by electric or magnetic pressure-sensitive elements; Transmitting or indicating the displacement of mechanical pressure-sensitive elements, used to measure the steady or quasi-steady pressure of a fluid or fluent solid material, by electric or magnetic means
- G01L9/0041—Transmitting or indicating the displacement of flexible diaphragms
- G01L9/0076—Transmitting or indicating the displacement of flexible diaphragms using photoelectric means
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- Investigating, Analyzing Materials By Fluorescence Or Luminescence (AREA)
- Measuring Pulse, Heart Rate, Blood Pressure Or Blood Flow (AREA)
Abstract
(57)【要約】
【目的】患者の体内へ電気信号を供給しない簡単で安価
な使い捨て可能な生体内圧力センサ。 【構成】本発明は例えば静脈血圧の測定に用いられ、カ
テーテル・チップをセンサが配置される媒体に印圧され
た圧力を測定するため、蛍光衝突消光またはフォーレス
ター・エネルギ伝達消光を利用して形成する。蛍光衝突
消光の場合、該チップが備える消光剤の濃度の変化を測
定し、周囲環境と水力学的に平衡である。フォーレスタ
ー・エネルギ伝達消光の場合、消光剤と蛍光団の距離の
変化を測定し、センサが配置される周囲環境によって圧
力が変化する。
な使い捨て可能な生体内圧力センサ。 【構成】本発明は例えば静脈血圧の測定に用いられ、カ
テーテル・チップをセンサが配置される媒体に印圧され
た圧力を測定するため、蛍光衝突消光またはフォーレス
ター・エネルギ伝達消光を利用して形成する。蛍光衝突
消光の場合、該チップが備える消光剤の濃度の変化を測
定し、周囲環境と水力学的に平衡である。フォーレスタ
ー・エネルギ伝達消光の場合、消光剤と蛍光団の距離の
変化を測定し、センサが配置される周囲環境によって圧
力が変化する。
Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明はカテーテル・チップの圧
力センサに関し、例えば、患者のある特定の内部位置で
の血圧測定に有用なセンサに関するものである。
力センサに関し、例えば、患者のある特定の内部位置で
の血圧測定に有用なセンサに関するものである。
【０００２】
【従来技術とその問題点】患者の血圧は、患者の容態に
ついての重要な状態を示すものとして周知のものであ
る。これをより詳細にいえば、例えば、とう骨動脈（ｒ
ａｄｉａｌ ａｒｔｅｒｙ）内等の患者の体内の特定の
内部位置における血圧は、患者の容態に関するより詳細
な状態を示すものである。
ついての重要な状態を示すものとして周知のものであ
る。これをより詳細にいえば、例えば、とう骨動脈（ｒ
ａｄｉａｌ ａｒｔｅｒｙ）内等の患者の体内の特定の
内部位置における血圧は、患者の容態に関するより詳細
な状態を示すものである。
【０００３】１９８７年７月の「Ｓｅｎｓｏｒｓ」の１
１〜１７ページに、ある種の従来の血圧測定装置が述べ
られている。この従来の血圧測定装置には、使い捨てド
ームを介して与えられる、ダイアフラムに対向して動作
する液体カラム上の圧力に応答して起動される電気的な
ひずみゲージが含まれている。この構成はやや複雑なも
のであるが、ほとんどの臨床アプリケーションのための
十分な精度を有している。しかしながら、装置が適切に
製造されなかった場合、その精度に対して悪影響を及ぼ
し、臨床医学研究アプリケーションの使用が不適当とな
る。比較的複雑であることに加えて、このタイプの従来
技術は高価なものである。
１〜１７ページに、ある種の従来の血圧測定装置が述べ
られている。この従来の血圧測定装置には、使い捨てド
ームを介して与えられる、ダイアフラムに対向して動作
する液体カラム上の圧力に応答して起動される電気的な
ひずみゲージが含まれている。この構成はやや複雑なも
のであるが、ほとんどの臨床アプリケーションのための
十分な精度を有している。しかしながら、装置が適切に
製造されなかった場合、その精度に対して悪影響を及ぼ
し、臨床医学研究アプリケーションの使用が不適当とな
る。比較的複雑であることに加えて、このタイプの従来
技術は高価なものである。
【０００４】別のタイプの従来技術のセンサは、エッチ
ングされたダイアフラムおよびひずみゲージを含む半導
体圧力センサである。センサ全体が患者の体内に挿入さ
れ、これにより被測定点で圧力の感知を可能とする。不
都合なことに、この従来技術のタイプのセンサは高価か
つ破損しやすく、また、センサとの通信を可能にするた
めに電気的な信号を患者の体内に伝送することが要求さ
れている。これは、繊維性攣縮の危険性のために、冠状
動脈内での血圧を測定する場合、特に望ましくない。
ングされたダイアフラムおよびひずみゲージを含む半導
体圧力センサである。センサ全体が患者の体内に挿入さ
れ、これにより被測定点で圧力の感知を可能とする。不
都合なことに、この従来技術のタイプのセンサは高価か
つ破損しやすく、また、センサとの通信を可能にするた
めに電気的な信号を患者の体内に伝送することが要求さ
れている。これは、繊維性攣縮の危険性のために、冠状
動脈内での血圧を測定する場合、特に望ましくない。
【０００５】更に別の従来技術である圧力センサで用い
られる光学ファイバでは、患者の所望の位置に挿入され
るカテーテルのチップに配置された膜に対して光が伝達
される。光学ファイバによって伝達された入射光は、被
測定圧力によって、膜の変位の関数として膜から反射さ
れる。そして、この反射光は患者の外部で検出され、測
定された血圧が電子的に決定される。これらのセンサ
は、反射光の絶対強度が測定される。従って、それらは
光源の強度の変動および曲げ損失（ｍｉｃｒｏｂｅｎｄ
ｉｎｇ ｌｏｓｓｅｓ）に起因する誤差に影響を受け
る。また、それらは機械的構成の変化および振動、挿入
の損傷、熱膨張等によるダイアフラムの光学的特性によ
る誤差を生じさせる。
られる光学ファイバでは、患者の所望の位置に挿入され
るカテーテルのチップに配置された膜に対して光が伝達
される。光学ファイバによって伝達された入射光は、被
測定圧力によって、膜の変位の関数として膜から反射さ
れる。そして、この反射光は患者の外部で検出され、測
定された血圧が電子的に決定される。これらのセンサ
は、反射光の絶対強度が測定される。従って、それらは
光源の強度の変動および曲げ損失（ｍｉｃｒｏｂｅｎｄ
ｉｎｇ ｌｏｓｓｅｓ）に起因する誤差に影響を受け
る。また、それらは機械的構成の変化および振動、挿入
の損傷、熱膨張等によるダイアフラムの光学的特性によ
る誤差を生じさせる。
【０００６】別のタイプの従来技術における光学ファイ
バの圧力トランスジューサとして、１９８３年５月の
「Ｏｐｔｉｃｓ Ｌｅｔｔｅｒｓ」のｖｏｌ．８，Ｎ
ｏ．５，２８６−２８８ページに記載されている。この
タイプの従来の光学ファイバの圧力トランスジューサ
は、ダイアフラムの変位よりも血圧によるダイアフラム
の曲率の変化が電子的に検出される。このセンサはファ
イバの束が用いられている。その結果、センサの直径は
極めて大きい。特に、血液が同一のカテーテルを通して
引かれることが必要とされること、または、ある所定の
他のセンサも圧力センサの側に配置されることがしばし
ばあることから、動脈内感知に使用できない。とう骨動
脈の寸法が小さすぎて、このように大きいセンサを備え
る設備には適合されない。
バの圧力トランスジューサとして、１９８３年５月の
「Ｏｐｔｉｃｓ Ｌｅｔｔｅｒｓ」のｖｏｌ．８，Ｎ
ｏ．５，２８６−２８８ページに記載されている。この
タイプの従来の光学ファイバの圧力トランスジューサ
は、ダイアフラムの変位よりも血圧によるダイアフラム
の曲率の変化が電子的に検出される。このセンサはファ
イバの束が用いられている。その結果、センサの直径は
極めて大きい。特に、血液が同一のカテーテルを通して
引かれることが必要とされること、または、ある所定の
他のセンサも圧力センサの側に配置されることがしばし
ばあることから、動脈内感知に使用できない。とう骨動
脈の寸法が小さすぎて、このように大きいセンサを備え
る設備には適合されない。
【０００７】米国特許第４，２７０，０５０号には、圧
力に比例して変化するバンド・ギャップを有するガリウ
ム・ヒ素化合物等の半導体からなる圧力感知光学的変調
器を用いる圧力測定する構成が説明されている。この技
術は立証されていない。更に、その結果としての寸法は
動脈内感知には大きすぎる。
力に比例して変化するバンド・ギャップを有するガリウ
ム・ヒ素化合物等の半導体からなる圧力感知光学的変調
器を用いる圧力測定する構成が説明されている。この技
術は立証されていない。更に、その結果としての寸法は
動脈内感知には大きすぎる。
【０００８】距離等について厳しい公差が必要とされる
ため、上記の全てのセンサを製造することは極めて困難
なことである。
ため、上記の全てのセンサを製造することは極めて困難
なことである。
【０００９】
【発明の目的】本発明の目的は上述の問題点を解消し、
患者の体内における電気的信号の誘導を必要としない、
簡単で安価な使い捨て可能生体内圧力センサを提供する
ことにある。
患者の体内における電気的信号の誘導を必要としない、
簡単で安価な使い捨て可能生体内圧力センサを提供する
ことにある。
【００１０】
【発明の概要】本発明では、静脈血圧等を測定するとき
に用いるために適切な、光学ファイバ圧力センサが示さ
れている。本発明によれば、センサが配置される媒体に
よって印加される圧力を測定するために、蛍光の衝突消
光またはフォースター（Ｆｏｅｒｓｔｅｒ）エネルギ伝
達（ｔｒａｎｓｔｅｒ）消光現象を利用してカテーテル
・チップが形成される。本発明に係る衝突消光型センサ
を用いる場合、消光剤（ｑｕｅｎｃｈｅｒ）の濃度変化
を測定する。ここで、消光剤は、センサ・チップ内に包
囲され、このセンサ・チップは周囲環境と流体力学的に
平衡である。本発明の係るフォースター消光型のセンサ
を用いる場合、消光剤と蛍光団（ｆｌｕｏｒｏｐｈｏｒ
ｅ）との間の距離の変化を測定する。そして、センサ
は、センサが配置されている周囲の環境に起因する圧力
変化の影響を受ける。
に用いるために適切な、光学ファイバ圧力センサが示さ
れている。本発明によれば、センサが配置される媒体に
よって印加される圧力を測定するために、蛍光の衝突消
光またはフォースター（Ｆｏｅｒｓｔｅｒ）エネルギ伝
達（ｔｒａｎｓｔｅｒ）消光現象を利用してカテーテル
・チップが形成される。本発明に係る衝突消光型センサ
を用いる場合、消光剤（ｑｕｅｎｃｈｅｒ）の濃度変化
を測定する。ここで、消光剤は、センサ・チップ内に包
囲され、このセンサ・チップは周囲環境と流体力学的に
平衡である。本発明の係るフォースター消光型のセンサ
を用いる場合、消光剤と蛍光団（ｆｌｕｏｒｏｐｈｏｒ
ｅ）との間の距離の変化を測定する。そして、センサ
は、センサが配置されている周囲の環境に起因する圧力
変化の影響を受ける。
【００１１】
【発明の実施例】図１は、蛍光発色団の衝突消光に依存
する本発明に係る圧力センサの一実施例を示す。周知の
ように、ある所定の分子が存在するときの蛍光発色団
は、短い励起状態の持続時間を有し、従って、蛍光の強
度は減少する。この消光は発色団と消光剤との間の衝突
の確率に依存している。図１では、入射光エネルギを生
成し、結果得られた光学的エネルギを検出するため、光
ファイバ１０１を含むセンサ１００が示されている。該
光ファイバ１０１の端部１０３は電子光学回路（図示せ
ず）と接続する。光学ファイバ１０１は患者の体内に挿
入され、カテーテル・チップにおける可撓性のダイアフ
ラム１０４が圧力の測定される所望の点に位置してい
る。硬質のスリーブ１０２，光学ファイバ１０１および
可撓性の気密膜１０４に包囲される空洞１０５が形成さ
れている。一実施例においては、硬質のスリーブ１０２
はステンレス鋼管によって構成される。
する本発明に係る圧力センサの一実施例を示す。周知の
ように、ある所定の分子が存在するときの蛍光発色団
は、短い励起状態の持続時間を有し、従って、蛍光の強
度は減少する。この消光は発色団と消光剤との間の衝突
の確率に依存している。図１では、入射光エネルギを生
成し、結果得られた光学的エネルギを検出するため、光
ファイバ１０１を含むセンサ１００が示されている。該
光ファイバ１０１の端部１０３は電子光学回路（図示せ
ず）と接続する。光学ファイバ１０１は患者の体内に挿
入され、カテーテル・チップにおける可撓性のダイアフ
ラム１０４が圧力の測定される所望の点に位置してい
る。硬質のスリーブ１０２，光学ファイバ１０１および
可撓性の気密膜１０４に包囲される空洞１０５が形成さ
れている。一実施例においては、硬質のスリーブ１０２
はステンレス鋼管によって構成される。
【００１２】衝突消光型のセンサ１００は、領域１０５
にある消光剤の濃度変化を測定し、可撓性のダイアフラ
ム１０４のため、その周囲の環境と流体力学的に平衡と
なる。一実施例においては、領域１０５内に含まれた蛍
光団は、トリス（４，７−ジフェニル−１，１０フェナ
ントロリン）ルテニウムＩＩジクロライド（〔Ｒｕ（ｐ
ｈ2 ｐｈｅｎ）3 〕Ｃｌ2 等の無機染料で構成され、例
えばポリマー・マトリクス１０６における光学ファイバ
１０１の未端部上に塗布されたＲｕ（ＤＩＰ）3 2+ と呼
ばれる。図４にＲｕ（ＤＩＰ）3 2+ 等の酸素感知染料の
励起および放出スペクトルを示す。このような実施例に
おいては領域１０５に含まれた消光剤は、例えば、窒素
および酸素の混合気体から構成される。図５に４５０ｎ
ｍの励起エネルギに対して、Ｒｕ（ＤＩＰ）3 2+の蛍光
強度が酸素濃度とともにどのように変化するかを示した
ものである。酸素および窒素気体成分は予め決められた
濃度で確立され、気密領域１０５内に含まれている。窒
素に対する酸素の比はセンサの感度が最大になるように
選択することが好ましい。この感度はセンサが用いられ
る圧力測定の範囲に依存する。
にある消光剤の濃度変化を測定し、可撓性のダイアフラ
ム１０４のため、その周囲の環境と流体力学的に平衡と
なる。一実施例においては、領域１０５内に含まれた蛍
光団は、トリス（４，７−ジフェニル−１，１０フェナ
ントロリン）ルテニウムＩＩジクロライド（〔Ｒｕ（ｐ
ｈ2 ｐｈｅｎ）3 〕Ｃｌ2 等の無機染料で構成され、例
えばポリマー・マトリクス１０６における光学ファイバ
１０１の未端部上に塗布されたＲｕ（ＤＩＰ）3 2+ と呼
ばれる。図４にＲｕ（ＤＩＰ）3 2+ 等の酸素感知染料の
励起および放出スペクトルを示す。このような実施例に
おいては領域１０５に含まれた消光剤は、例えば、窒素
および酸素の混合気体から構成される。図５に４５０ｎ
ｍの励起エネルギに対して、Ｒｕ（ＤＩＰ）3 2+の蛍光
強度が酸素濃度とともにどのように変化するかを示した
ものである。酸素および窒素気体成分は予め決められた
濃度で確立され、気密領域１０５内に含まれている。窒
素に対する酸素の比はセンサの感度が最大になるように
選択することが好ましい。この感度はセンサが用いられ
る圧力測定の範囲に依存する。
【００１３】外部圧力の変化により可撓性のダイアフラ
ム１０４が動かされて、この外部圧力の変化を領域１０
５へ結合させる。これは、センサ・チップ領域１０５に
おける酸素及び窒素の消光ガスの分圧に変化が生じる。
そして、蛍光団と窒素／酸素消光ガスの衝突の確率に影
響を及ぼす。次に、これは所与の励起エネルギ量に対す
る蛍光強度に影響がおよぼされる。蛍光量を測定するこ
とにより、照射された（ｉｌｌｕｍｉｎａｔｅｄ）蛍光
団の衝突消光程度を示し、センサ・チップ１０５が配置
される周囲環境の圧力を直接的に示すものである。図６
では、波長のピーク励起における蛍光強度の逆数関数と
して測定される酸素の分圧力を示すものである。
ム１０４が動かされて、この外部圧力の変化を領域１０
５へ結合させる。これは、センサ・チップ領域１０５に
おける酸素及び窒素の消光ガスの分圧に変化が生じる。
そして、蛍光団と窒素／酸素消光ガスの衝突の確率に影
響を及ぼす。次に、これは所与の励起エネルギ量に対す
る蛍光強度に影響がおよぼされる。蛍光量を測定するこ
とにより、照射された（ｉｌｌｕｍｉｎａｔｅｄ）蛍光
団の衝突消光程度を示し、センサ・チップ１０５が配置
される周囲環境の圧力を直接的に示すものである。図６
では、波長のピーク励起における蛍光強度の逆数関数と
して測定される酸素の分圧力を示すものである。
【００１４】動作時においては、周囲光学信号が外部回
路（図示せず）から光学ファイバ１０１を介してセンサ
・チップ１０５に送信される。この周囲光学信号によ
り、蛍光団から蛍光を生じさせる。蛍光の量は、上述さ
れたように、消光の量と関連付けられた分圧に関係す
る。そして、その蛍光の放出は、そのレベルの検出のた
めに、光学ファイバ１０１を介して外部回路（図示せ
ず）に戻るように連結される。そして、センサ・チップ
１０５に存在する圧力と相関する。
路（図示せず）から光学ファイバ１０１を介してセンサ
・チップ１０５に送信される。この周囲光学信号によ
り、蛍光団から蛍光を生じさせる。蛍光の量は、上述さ
れたように、消光の量と関連付けられた分圧に関係す
る。そして、その蛍光の放出は、そのレベルの検出のた
めに、光学ファイバ１０１を介して外部回路（図示せ
ず）に戻るように連結される。そして、センサ・チップ
１０５に存在する圧力と相関する。
【００１５】図２ａに本発明の他の実施例を示す。ここ
では、圧力センサ２００はフォーレスター消光を用いる
ものである。センサ２００は、光学的エネルギの外部源
（図示せず）および外部検出回路（図示せず）と連結す
る末端部２０３を有するファイバ２０１を含む。センサ
２００のチップ２０２はフォースター消光を用い、発色
団と消光剤間の平均距離に依存している。フォースター
エネルギ伝達は、消光剤（アクセプタ）の吸収帯域と重
なり合った放出帯域を有する蛍光団（ドナー）の間で生
じるものである。この効果はドナーとアクセプタ間の双
極子相互作用に基づき、また、それらの分離の６乗で変
動する。これについては、例えば、１９７８年の「Ａｎ
ｎ．Ｒｅｖ．Ｂｉｏｃｈｅｍ．」の４７，８１９−４６
に記載されている。エネルギの伝達そして蛍光団の消光
は、蛍光団と消光剤間の分離に対して極めて感度が高
い。本発明では、外部圧力がセンサ・チップと結合する
ように構成された圧力センサで、これにより、ドナーと
アクセプタ間の距離に影響がおよぼされる。
では、圧力センサ２００はフォーレスター消光を用いる
ものである。センサ２００は、光学的エネルギの外部源
（図示せず）および外部検出回路（図示せず）と連結す
る末端部２０３を有するファイバ２０１を含む。センサ
２００のチップ２０２はフォースター消光を用い、発色
団と消光剤間の平均距離に依存している。フォースター
エネルギ伝達は、消光剤（アクセプタ）の吸収帯域と重
なり合った放出帯域を有する蛍光団（ドナー）の間で生
じるものである。この効果はドナーとアクセプタ間の双
極子相互作用に基づき、また、それらの分離の６乗で変
動する。これについては、例えば、１９７８年の「Ａｎ
ｎ．Ｒｅｖ．Ｂｉｏｃｈｅｍ．」の４７，８１９−４６
に記載されている。エネルギの伝達そして蛍光団の消光
は、蛍光団と消光剤間の分離に対して極めて感度が高
い。本発明では、外部圧力がセンサ・チップと結合する
ように構成された圧力センサで、これにより、ドナーと
アクセプタ間の距離に影響がおよぼされる。
【００１６】本発明の一実施例において、フルオレセイ
ン等の無料染料蛍光団をローダミン６Ｇ等の消光剤と用
い、フルオレセインの放出スペクトルはローダミン６Ｇ
と重り合う。一実施例においては、蛍光団および消光剤
は、光ファイバ２０１の末端部に配置された圧縮性マト
リクスで固定され、可撓性の気密エンベロープ２０２内
に包含される。圧縮性のマトリクスは図２ｂに示されて
おり、ドナー２１０およびアクセプタ２１１は圧縮性マ
トリクスの特定な位置に配置されている。このようなマ
トリクスは、図２ｂに示される可撓性のあるポリマー鎖
から構成されている。マトリクスが圧縮または伸長する
と、鎖は折りたたまれまたは伸びる。よって、鎖に沿っ
たドナーとアクセプタ間の距離が減少または増加する。
外部圧力の変化はフォーム状マトリクスの量を変化さ
せ、また、蛍光団（ドナー２１０）と消光剤（アクセプ
タ２１１）との分子間分離に対応して変化が生じる。よ
って、消光剤の度合により、センサ・チップ２０２に印
加される外部圧力の度合が定まる。
ン等の無料染料蛍光団をローダミン６Ｇ等の消光剤と用
い、フルオレセインの放出スペクトルはローダミン６Ｇ
と重り合う。一実施例においては、蛍光団および消光剤
は、光ファイバ２０１の末端部に配置された圧縮性マト
リクスで固定され、可撓性の気密エンベロープ２０２内
に包含される。圧縮性のマトリクスは図２ｂに示されて
おり、ドナー２１０およびアクセプタ２１１は圧縮性マ
トリクスの特定な位置に配置されている。このようなマ
トリクスは、図２ｂに示される可撓性のあるポリマー鎖
から構成されている。マトリクスが圧縮または伸長する
と、鎖は折りたたまれまたは伸びる。よって、鎖に沿っ
たドナーとアクセプタ間の距離が減少または増加する。
外部圧力の変化はフォーム状マトリクスの量を変化さ
せ、また、蛍光団（ドナー２１０）と消光剤（アクセプ
タ２１１）との分子間分離に対応して変化が生じる。よ
って、消光剤の度合により、センサ・チップ２０２に印
加される外部圧力の度合が定まる。
【００１７】図３に示されるシステムは、図１の衝突消
光型センサまたは図２のフォーレスター消光型のセンサ
のどちらにも適用できるように構成されたものである。
図３において、光源３０１からの励起光学エネルギが光
ファイバ３０２を通って波長分離マルチプレクサ３０３
に与えられる。この励起光学エネルギは、光ファイバ３
０４とサンサ３０５を結合させる。この励起光学エネル
ギによってセンサ３０５内で蛍光を生じさせ、蛍光は
（図１に関して上述されたように）衝突消光機構、また
は（図２の実施例に関して上述されたように）フォーレ
スター型の消光機構によって部分的に消光される。セン
サ３０５からの蛍光エネルギは、光ファイバ３０４を通
って波長分離マルチプレクサ３０３に結合される。波長
分離マルチプレクサ３０３は、これを蛍光光学信号に戻
すように指向させ、その波長は光源３０１から検出器３
０７に供給される励起光学エネルギの波長と異なるもの
である。次に、この帰還光学的エネルギは検出器３０７
で電子的な信号に変換され、蛍光エネルギの強度に関す
る決定がなされるが、これがセンサ３０５によって検出
された圧力を指示するものである。
光型センサまたは図２のフォーレスター消光型のセンサ
のどちらにも適用できるように構成されたものである。
図３において、光源３０１からの励起光学エネルギが光
ファイバ３０２を通って波長分離マルチプレクサ３０３
に与えられる。この励起光学エネルギは、光ファイバ３
０４とサンサ３０５を結合させる。この励起光学エネル
ギによってセンサ３０５内で蛍光を生じさせ、蛍光は
（図１に関して上述されたように）衝突消光機構、また
は（図２の実施例に関して上述されたように）フォーレ
スター型の消光機構によって部分的に消光される。セン
サ３０５からの蛍光エネルギは、光ファイバ３０４を通
って波長分離マルチプレクサ３０３に結合される。波長
分離マルチプレクサ３０３は、これを蛍光光学信号に戻
すように指向させ、その波長は光源３０１から検出器３
０７に供給される励起光学エネルギの波長と異なるもの
である。次に、この帰還光学的エネルギは検出器３０７
で電子的な信号に変換され、蛍光エネルギの強度に関す
る決定がなされるが、これがセンサ３０５によって検出
された圧力を指示するものである。
【００１８】本発明によれば、センサ３０５によって検
出された圧力を測定するために、周波数領域または時間
領域のアプローチが用いられる。ここでは、パルス変調
または正弦波変調のいずれかによる励起光を用いること
が含まれる。そして、その消光の度合は、蛍光団の放出
の減衰時間または位相シフトの関数となる。図７は、蛍
光エネルギの周波数領域での測定から導出され、蛍光の
減衰曲線から導出される周期に相当する。周波数領域ま
たは時間領域のアプローチを用いることにより、基準信
号に対する必要事項が著しく簡略化され、または完全に
排除される。光源３０１によって供給される光学信号の
強度における変動、光学ファイバの曲がり損失、コネク
タは蛍光の減衰時間または位相シフトの影響を受けるこ
とはない。
出された圧力を測定するために、周波数領域または時間
領域のアプローチが用いられる。ここでは、パルス変調
または正弦波変調のいずれかによる励起光を用いること
が含まれる。そして、その消光の度合は、蛍光団の放出
の減衰時間または位相シフトの関数となる。図７は、蛍
光エネルギの周波数領域での測定から導出され、蛍光の
減衰曲線から導出される周期に相当する。周波数領域ま
たは時間領域のアプローチを用いることにより、基準信
号に対する必要事項が著しく簡略化され、または完全に
排除される。光源３０１によって供給される光学信号の
強度における変動、光学ファイバの曲がり損失、コネク
タは蛍光の減衰時間または位相シフトの影響を受けるこ
とはない。
【００１９】本発明の別の利点は、励起エネルギとサン
セ・チップからの帰還エネルギは蛍光現象によって異な
る波長を有し、これにより単一のファイバ・システムに
対して指向性のある結合が簡略化される。このために、
従来の光ファイバによる圧力センサ・システムでみられ
る、励起信号と同じ波長を有する帰還信号を検出するこ
との困難性が排除される。
セ・チップからの帰還エネルギは蛍光現象によって異な
る波長を有し、これにより単一のファイバ・システムに
対して指向性のある結合が簡略化される。このために、
従来の光ファイバによる圧力センサ・システムでみられ
る、励起信号と同じ波長を有する帰還信号を検出するこ
との困難性が排除される。
【００２０】更に、従来の光ファイバによる圧力センサ
とは異なり、その圧力の決定はダイアフラムの偏向また
は変位等の機械的現象よりも量子力学的な現象に基づい
ている。これで導かれることは、本発明によって生成さ
れるセンサ・チップは従来のものよりも遥かに小形にで
きることである。更に、本発明に用いられる量子力学的
な現象がセンサ・チップにおいて配置される材料に固有
のものであることから、センサによって検出される圧力
を表す光学信号は、ダイアフラムの動きやダイアフラム
の湾曲の変化を検出する従来のセンサのようにセンサ・
チップの形状に依存するものではない。よって、本発明
に係るセンサにおいては、従来では必要であった高精度
の機械製造の必要性が排除される。
とは異なり、その圧力の決定はダイアフラムの偏向また
は変位等の機械的現象よりも量子力学的な現象に基づい
ている。これで導かれることは、本発明によって生成さ
れるセンサ・チップは従来のものよりも遥かに小形にで
きることである。更に、本発明に用いられる量子力学的
な現象がセンサ・チップにおいて配置される材料に固有
のものであることから、センサによって検出される圧力
を表す光学信号は、ダイアフラムの動きやダイアフラム
の湾曲の変化を検出する従来のセンサのようにセンサ・
チップの形状に依存するものではない。よって、本発明
に係るセンサにおいては、従来では必要であった高精度
の機械製造の必要性が排除される。
【００２１】本発明の更に別の利点は、動作点に関連す
る圧力がこの動作点からの圧力変化に対する感度と同様
に蛍光団および消光剤の適切な種類および濃度を選択す
るだけで適合可能にされるということである。
る圧力がこの動作点からの圧力変化に対する感度と同様
に蛍光団および消光剤の適切な種類および濃度を選択す
るだけで適合可能にされるということである。
【図１】本発明の一実施例である圧力センサの断面図。
【図２ａ】本発明の他の一実施例である圧力センサの断
面図。
面図。
【図２ｂ】図２ａに用いられるマトリクスを説明図。
【図３】本発明の一実施例が適用される装置の概略図。
【図４】本発明の一実施例に用いられる酸素感知染料の
励起および放出スペクトルを表す図。
励起および放出スペクトルを表す図。
【図５】本発明の一実施例に用いられる酸素感知染料の
蛍光強度特性を表す図。
蛍光強度特性を表す図。
【図６】本発明の一実施例に用いられる酸素感知染料の
酸素分圧と蛍光強度の逆数の関係を表す図。
酸素分圧と蛍光強度の逆数の関係を表す図。
【図７】本発明の一実施例に用いられる酸素感知染料の
蛍光減衰曲線を表す図。
蛍光減衰曲線を表す図。
１００、２００、３０５：圧力センサ １０１、２０１、３０２、３０４、３０６：光ファイバ １０４：ダイヤフラム ２０２：気密エンベローブ ３０１：光源 ３０３：波長分離マルチプレクサ ３０８：検出器
Claims (3)
- 【請求項１】圧力が測定される領域と水力学的に結合す
るサンプル領域と、 前記サンプル領域に励起エネルギを結合させる光ファイ
バと、 前記サンプル領域から蛍光エネルギと結合する光ファイ
バと、 前記サンプル領域に位置する発色団と、 前記発色団は前記励起エネルギに応答して前記蛍光エネ
ルギを供給し、 前記発色団を短い励起状態寿命をもたらす前記サンプル
領域内に位置する消光分子とからなる圧力センサ。 - 【請求項２】請求項第１項記載の圧力センサにおいて、 前記サンプル領域は少なくとも一部は気密可撓性膜で封
入され、前記被測定圧力の領域と結合することを特徴と
する圧力センサ。 - 【請求項３】次の（イ）から（ニ）からなるサンプル領
域内の圧力を決定する方法。 （イ）励起光学エネルギを前記サンプル領域に結合さ
せ、 （ロ）前記励起光学エネルギに応答して蛍光エネルギを
生成し、 （ハ）前記蛍光エネルギの生成の少なくとも一部を前記
サンプル領域内の圧力に応答して消光させ、 （ニ）前記蛍光エネルギを検出し、前記サンプル領域内
に印加された圧力を決定する。
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| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
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| US667701 | 1991-03-11 |
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|---|---|
| JPH05103763A true JPH05103763A (ja) | 1993-04-27 |
Family
ID=24679280
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| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP4087661A Pending JPH05103763A (ja) | 1991-03-11 | 1992-03-11 | 圧力センサ |
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| US (1) | US5142155A (ja) |
| EP (1) | EP0503812B1 (ja) |
| JP (1) | JPH05103763A (ja) |
| DE (1) | DE69207795T2 (ja) |
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