JPH06505904A - 集積リードフレームパルスオキシメトリセンサー - Google Patents

集積リードフレームパルスオキシメトリセンサー

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JPH06505904A JP4507877A JP50787792A JPH06505904A JP H06505904 A JPH06505904 A JP H06505904A JP 4507877 A JP4507877 A JP 4507877A JP 50787792 A JP50787792 A JP 50787792A JP H06505904 A JPH06505904 A JP H06505904A
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ゴールドバーガー, ダニエル, エス.
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スクエアー ワン テクノロジー
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Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるため要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 集積リードフレームパルスオキシメトリセンサー発明の背景 本発明はパルスオキシメトリセンサーに関するものであり、特に、集積パルスオ キシメトリセンサー用のリードフレームに関するものである。
医療において脈拍速度の計測と血液中の酸素飽和度の測定は通常に行われること である。パルスオキシメトリはヘモグロビンの光学的濃度(optical d ensity)を測定するために光のディスクリートな波長を利用するものであ る。パルスオキシメトリはまた動脈血液と静脈血液並びに組織(tissue) とを区別することもできる。
パルスオキシメータは患者の動脈酸素飽和度(%:5pOt)と脈拍速度(PR )とをモニターするために医療機関の集中医療室等で幅広く利用されている。パ ルスオキシメトリ機器は複数の波長を利用して潅流組織(perfused t issue)内の光の吸収度を記録する。その機器は5pysとPRを光吸収信 号の経過時間に伴う変形部分と非変形部分との比較によって算出する。オキシメ トリの歴史及び技術は本分野において広く知られており、C,D、ブリット(B l i t t)によって編集された「麻酔及び重病患者医療におけるモニター 技術(Monitoring in Anesthesia and Cr1t ical Care Medicine)Jの第16章において詳細に解説が施 されており、その記載内容を本明細書の一部として採用するものである。
パルスオキシメトリセンサーを使用する好ましい体の部位は指先であるが、他の 部位も普通に利用されている。本センサーは光源と、フォトディテクタと、組織 に対して各部材を物理的に適用するための手段と、光源を作動させてその光学的 信号をパルスオキシメトリ機器に返還する手段とを内蔵していなければならない 。本センサーはまた潅流組織に対する物理的取付手段をも有していなければなら ない。
現在数種のセンサーが存在するが、これらのセンサーにはいくっがの欠点がある 。たとえば、いくつかのセンサーは大き過ぎて、その使用中に動きに誘引される やっかいな人工的要素が発生する。また、押圧によって潅流組織に形状を適合さ せるセンサーが存在するが、その押圧力がセンサーを潅流組織に固定するには有 効であっても、時には静脈閉鎖を引き起こすことがある。
従って、本発明の主目的は、潅流組織に物理的に取付可能であり、しかも非常に 小容量の集積リードフレームパルスオキシメトリセンサーを提供することである 。
本発明の別目的は、静脈閉鎖を回避するため、圧力をかける必要がなく、潅流組 織に対して物理的に取付が可能な集積リードフレームパルスオキシメトリセンサ ーを提供することである。
本発明のさらに別目的は、従来型センサーよりも低い製造コストで製造可能な集 積リードフレームパルスオキシメトリセンサーを提供することである。
発明の概要 本発明の集積リードフレームパルスオキシメトリセンサーは薄い金属製リードフ レームを含んでおり、それには光を発生するための光発生ダイオードと、光を検 出するためのフォトダイオードチップが接続されている。この薄型金属製フレー ムは潅流組織に密着させて取り付けるために自由に変形することが可能である。
またこのリードフレームは非常に小さな容積(low mass)であり、動き によって誘引される人工的要素に対する影響(susceptibility  to motion 1nducedartifact)を軽減する。
本発明の前記及び他の特徴並びに目的は、本明細書の「詳細な説明」において詳 述されている。説明のために添付した図面に記載されている参照番号はそれぞれ 対応する部材を示すものである。
図面の簡単な説明 図1は本発明の集積リードフレームセンサーの一部と、それに使用される雌型コ ネクタの斜視図である。
図2は本発明の集積リードフレームセンサーの全体を表す斜視図である。
図3は本発明の集積リードフレームセンサーと再使用可能なケーブルコネクタの 全体を表す斜視図である。
図4は図1から図3にかけて示されている集積リードフレームセンサーに接続さ れるフォトダイオードの斜視図である。
図5は図1から図3にかけて示されている集積リードフレームセンサーに接続さ れる光発生ダイオードの一部切欠斜視図である。
図6はリードフレームに対してなされる処理以前のリードフレームのパネルの平 面図である。
図7(a)から図7(e)は本発明のリードフレームの各組立段階を表す斜視図 である。
図8(a)と図8(b)は蝶形センサーにおいて使用される本発明のリードフレ ームの平面を示す図である。
図9(a)と図9(b)はそれぞれ本発明の7本リードセンサーと6本リードセ ンサーの略図である。
図10(a)から図10(c)にかけては、接地シールドを利用している、図1 に示されているリードフレームの別例の斜視図である。
図11(a)と図11(b)は図1に示されているリードフレームに内蔵されて いるコネクタシステムの電気的接続を表す正面断面図である。
図12はケーブルがセンサーリードフレームのトレース(trace)に永久的 に取り付けられている、図3に示されている集積リードフレームセンサーの別例 の斜視図である。
図13(a)と図13(b)はビンとソケットコネクタシステムを利用している 、図1に示されている集積リードフレームの別例の斜視図である。
図14(a)と図14(b)はU型片持ちソケットコネクタシステムを利用して いる、図1に示されている集積リードフレームの別例の斜視図である。
図15(a)から図15(c)にかけては2つの異なるケーブル取付部と異なる 数のリードを提供する、図1から図3にかけて示されている集積リードフレーム の別例の斜視図である。
好適実施例の詳細な説明 図1に関して解説する。本発明のパルスオキシメトリセンサー用の集積リードフ レーム12は、電気的内部接続と、部品の機械的適用と、潅流組織に対する物理 的取付手段とを提供するものである。
1好適実施例において、リードフレーム12は0.1mmから0゜3mmの厚さ の鋼鉄製あるいは銅製のシート材からなり、7本のリード13はそのフレーム内 に押型成形処理あるいは化学的成形処理によって形成される。プラスチック製コ ネクタシェル14はリードフレーム12の1端部付近に配置され、インサートモ ールディング法(insert molding)によって形成される。図2に て示されるごとく、赤光及び赤外線光を発光するダイオード16及び18(LE D)並びにフォトダイオードチップ20はリードフレーム12に直接的に取り付 けられる。1好適実施例においては、その取付部は銀を含有したエポキシ樹脂で 作成され、電気的接続部は金製ボールあるいはウェッジボンディング(wedg e bonding)によって形成される。その後にLED及びフォトダイオー ドはトランスファーモールディング法(transfer molding)あ るいはキャスティング法(casting)によってプラスチックレンズ22内 に収納される。その後にこの組立体は薄くて透明なプラスチックフィルム(図示 せず)の容器内に封入され、電気的絶縁を提供する。この絶縁フィルムを感圧接 着剤でコーティングすることも可能であり、複数の透明ウィンド一部間に不透明 な部分を提供することもまた可能である。
図1及び図3にて示されるごとく、リードフレーム12によって形成された雄型 電気的コネクタ24とインサートモールディングされたコネクタシェル14は、 ケーブルピグテール28の端部にて雌型コネクタ26と嵌合する。1好適実施例 において、インサートモールディングされたコネクタシェル14は雌型コネクタ 26の突起部17と嵌合する溝部15を含み、密着接続を維持し、湿気の浸入を 排除する。
雌型コネクタ26はまたシリコンゴムコネクタブーツ25とコンダクタケーブル 27とを含む。
1好適実施例において、本発明のパルスオキシメトリセンサーが接続される装置 はパルスオキシメータモニターである。適切なモニターの例は、アメリカ合衆国 カリフォルニア用へイヮードのネルコアインコーポレーテド社(Nelcor  Incorporated)製造による商品番号N−100あるいはN−200 であり、あるいは、コロラド州ルイズビルのオーメダ社(Ohmeda、、BO Cグループインク社の1部門)製造による商品番号3740である。
1好適実施例において、リードフレームは0.005インチ厚の銅合金C194 に、0.00005インチ厚のニッケルメッキカバーと、ワイヤポンディングパ ッド上のみの0.000075インチ厚の選択的にメッキされた金メッキとを施 して形成される。このリードフレームにはまた金、銀、あるいはパラジウムでメ ッキを施すことも可能である。
適切な鼻先発光ダイオード16はアメリカ合衆国カルフォルニア用サンメトロの 昭和電工によって品番ARH−35として販売されているものである。このLE Dは波長655ナノメータにて9カンデラの典型的な光出力を有している。適切 な赤外線光発光ダイオード10はカルフォルニア州サンメトロの昭和電工によっ て品番IR−35,!:して販売されているものであり、これは波長940ナノ メータにて0゜9ミリワツトの典型的な光出力を有している。
適切なシリコンフォトダイオード20はカルフォルニア州カマリロのシリコンデ ィテクタコーポレーシタンから入手可能な品番15〇−3842のフォトダイオ ードである。このフォトダイオードは0. 5アンペア/ワツトと波長900六 ノメータの典型的なレスポンスを有している。このフォトダイオードは縦横それ ぞれ0.56インチと0゜56インチの活性面積を有している。
リードフレーム12は光源16と18の電気的接続と機械的適用の手段と、検光 器20とを提供しており、追加的基板要素の必要性を排除している。金属リード フレームは発光あるいは光検出を最良化するようにメッキあるいは研磨して形成 することが可能である。精密レンズは光活性要素を封入するようにモールドされ るが、リードフレームはまたその光活性要素を保持する手段をも提供する。その ような精密レンズのデザインは本分野においては周知なものであり、ヒユーレッ トバラカード社オプトエレクトロニクス部門の応用技術員によって作成された「 オプトエレクトロニクス/ファイバー−オプティックスの応用マニュアル(Op toelectronics/Fiber−Optics Applicati ons Manual)Jにその解説が施されており、このマニュアルはマクグ ローヒル出版会社によって出版されているものであり、この記載内容を本明細書 の一部として援用するものである。1好適実施例において、この精密レンズは、 カルフォルニア州ガーデナのエーブルスティックラバラトリーズ(AbIest ick Laboratories)によって製造される登録商標rAbleb ondJ商品番号342−3の、透明で、電気的に絶縁体であるエポキシ樹脂か らモールドされるものであり、この製品はレンズに潅流組織内外へカプリングさ れる光量を増加させることができるものである。このレンズに着色処理を施して 、外部の光をさらに遮断することも可能である。
リードフレーム12は指先に密着するように曲げられると可塑的に変形し、指先 に適用された後にはその形状を正確に保持する。リードフレームの材料と厚さを この現象を最良化するように選択することが可能である。センサーを感圧接着剤 あるいはテープによってさらに強力に保持し、跳ね上がりを防止することも可能 である。本発明の集積リードフレームの小容積と薄型構造は、動きに誘引される 人工要素に対する影響を減少させ、リードフレームを種々なデザインのセンサー に対して使用することを可能にしている。
1好適実施例において、キャリブレーションレジスタ34はリードフレーム12 に搭載され、リードフレームを内蔵するセンサーは多様なパルスオキシメトリ機 器と共に使用が可能となる。レジスタ34はコード化されている所定の抵抗値を 有しており、パルスオキシメトリ機器にLED16と18の波長のエクスチンク シラン(extinction)係数を算出させることができる。パルスオキシ メトリ機器は製造現場でプログラムされ、一連のセンサーにて遭遇するであろう いかなるLEDのエクスチンクシ四ン係数をも算出する。エクスチンクシラン係 数から、脈拍速度と動脈酸素飽和度は計算され、パルスオキシメトリ機器によっ て表示される。適切なキヤリプレーシランレジスタシステムはアメリカ合衆国特 許第4,700,708号に記述されており、本明細書にてその記載内容を援用 する。
パルスオキシメータと共に使用される前述の集積リードフレームセンサーは、従 来式の半導体パッケージ技術によって製造することが可能である。従って、この 集積リードフレームセンサーは低製造コストにて、高度に自動化された設備によ って製造が可能なものである。その製造コストは仲介的基板と内部接続とを排除 することによりさらに低減させることができる。
図6に示すリードフレーム12は、複数のリードフレームを有するパネルとして 一般的に製造され、その後に分離されるものである。その複数のリードフレーム を単一ユニットとして、あるいは、多数の要素を含んだパネル状にて供給するこ とが可能である。このようなパネルが供給されると、その後の工程はいくつかの 部品に対して同時に作業を遂行することが可能となり、結果として最終製品であ るセンサーの価格を下げることができる。さらに、外部フレーム36は効率向上 に寄与する自動的な部品の取扱を可能にするいくつかの特徴を含むことができる 。また、コネクタハウジング26が適切にモールドされる際に、インターロック する幾何図形配列を作成するために複数の保持要素を含ませることもできる。
図7(a)からZ7 Ce)にかけて図示しているリードフレームの製造ステッ プを解説することにする。リードフレーム12が複数のリードフレームのパネル の一部として製造されるとき、個々のリードフレームはそのパネルから切り出さ れねばならず、純粋なリードフレーム要素12のみが残ることとなる。その結果 、外部フレーム要素36はリードフレーム12から切り出される必要がある。次 に、図7(b)において示すように、プラスチックコネクタシェル14はコネク タのハウジング部12上にモールドされ、その後にLED16と18並びにフォ トダイオード20は図7(c)に示すようにリードフレーム12にワイヤにて接 続される。図7(d)において、透明な封入部を提供するプラスチックレンズは LED16と18並びにフォトダイオード20の上に配置される。最後に、タイ バー(t 1e bar)38がリードフレーム要素から取り除かれる。
リードフレーム12が組み立てられた後、それは手、足、指、爪先、耳等の人体 の一部に使用するための多様な形状を有することが可能な特定タイプのセンサー に搭載される。図8(a)と図8(b)において、雌型センサーが示されており 、これは指先あるいは爪先の周囲に使用するようにデザインされているものであ る。この実施例においては、不透明なテープ46が雌型に切られている。別な不 透明テープ48は2個のレンズ22が通過できるような2つの開口部50を有し ており、リードフレーム12の上面に配置される。その後に透明テープ層52は 不透明テープ48から突き出ている各レンズ22の上部に配置される。
図1から図8にかけて示されているセンサーは、7本のリードを含むが、他の実 施例では6本のみのリードを含むものが存在する。図9(a)においては、7本 リードの場合の略図が示されており、そのうち2本のリードはキャリプレーシラ ンレジスタ34に接続されており、他の2本はフォトダイオード20に接続され ており、残りの3本は2個のLED16と18に接続されている。図9(b)に 示す6本り−ドの場合は、そのうちの2本のリードもキヤリプレーシランコード 要素34に接続されており、別の2本はフォトダイオード20に接続されている 。図9(b)の実施例の相違点は、2本のリードのみが2つのLEDに接続され ていることである。特定タイプのリードの選択は、センサーに使用されるオキシ メトリ機器の種類によるものである。
図10(a)から図10(c)において、リードフレーム12は図10(a)に 示されるごとくの接地平面シールド54でシールドすることが可能である。この シールドは平面のシールド材料56でなる層をプラスチックフィルム絶縁体5B で覆うことで作成される。その後にこのシールドは縦方向に半分に折られ、プラ スチックフィルム絶縁体58は、図10(b)に示されるごとくに平面シールド 材料56の層によって完全に覆われる。このシールドは図10(c)にてシール ド上に1個のレンズを搭載した状態で示されている。
図1から図10にて示される実施例において、センサーは雌型コネクタ26の突 起部17と係合するもどり爪あるいは溝15を含む平坦で柔軟なケーブルコネク タシステムと共に示されている。図11(a)と図11(b)とに示されている ごとく、モールドされた雌型コネクタハウジング26の内部で、金属製スプリン グコンタクト60は、モールドされたコネクタシェル14を通過するリードフレ ームコンダクタ62と係合するようにデザインされた位置に配置される。図11 (a)に示されるごとく、スプリングコンタクト60は2つの要素14と26が 接続されたときにリードフレームコンダクタ62と接触するようにデザインされ ている。
もどり爪あるいは満15と突起部17を利用するコネクタシステムを使用する代 わりに、図12に示される代用実施例は、センサー要素に永久的に取り付けられ ているケーブル64を使用する。すなわち、各ワイヤはセンサーリードフレーム 12の1端部にて個々のリードフレームトレース66に接続されることとなる。
図13(a)と図13(b)においてはさらに別な代用実施例が示されており、 これはビン及びソケットコネクタシステムを利用しているものである。この実施 例においては、雌型ソケット68は各リードフレームトレース66に取り付けら れている。この雌型ソケット66はケーブルコネクタ72から延び出ている嵌合 ピン70を受容する。
図14(a)と図14(b)に示されている本発明のさらに別な実施例において は、U型片持ちソケットコネクタが利用されている。この実施例においては、各 リードフレームトレース74の端部はU型ソケット76の形状に形状化されてお り、ケーブルコネクタ80から延び出ている嵌合ピン78を受容する。
図15(a)から図15(c)にかけて示される実施例においては、リードフレ ーム86はリードフレーム86の各端部にコネクタシェル84を含んでおり、ど ちら側でもオキシメトリ機器に接続されるようにデザインされている。内部接続 用ケーブルは図15(C)の形状体の1端部に永久的に取付可能であり、1端部 のコネクタあるいは他端部のケーブルは使用されなければ取り外すことが可能で ある。このリードフレームは異なるオキシメトリ機器とも使用できるように採用 することが可能である。使用するオキシメトリ機器が選択されてしまえば、最終 的な形状は余分なリードを切り捨てることで簡単に選択できる。
前述の発明はいくつかの実施例を利用して記述されてはいるが、様々な変更及び 改良は当業者であれば当然に思い浮かぶことであろう。
しかしながら、そのような変形及び改良はすべて本明細書の「請求の範囲」に属 するものである。
補正書の写しく翻訳文)提出書(特許法第184条の8)

Claims (1)

  1. 【特許請求の範囲】 1。パルスオキシメトリ機器と共に使用するパルスオキシメトリプローブであっ て、以下の要素を有していることを特徴とするパルスオキシメトリプローブ: 複数の導電性リードを有したリードフレームであって、該リードフレームは0. 1mmから0.3mmの厚さである;異なる波長の少なくとも2個の光源であっ て、該各光源は前記複数の導電性リードの少なくとも1本と接続されている;前 記光源によって発光される光を検出する検光器であって、該検光器は前記複数の 導電性リードの少なくとも1本と接続されている。 2。前記光源は発光ダイオードであることを特徴とする請求項1記載のパルスオ キシメトリプローブ。 3。前記検光器はシリコンフォトダイオードであることを特徴とする請求項1記 載のパルスオキシメトリプローブ。 4。前記リードフレームは銅製あるいは銅合金製であることを特徴とする請求項 1記載のパルスオキシメトリプローブ。 5。前記リードフレームは金メッキされていることを特徴とする請求項1記載の パルスオキシメトリプローブ。 6。前記リードフレームは銀メッキされていることを特徴とする請求項1記載の パルスオキシメトリプローブ。 7。前記リードフレームはパラジウムメッキされていることを特徴とする請求項 1記載のパルスオキシメトリプローブ。 8。前記リードフレームは前記光源あるいは検光器を保持するための皿型リフレ クタをさらに有していることを特徴とする請求項1記載のパルスオキシメトリプ ローブ。 9。前記光源及び/または前記検光器は機械的結合を提供するために透明エポキ シ樹脂内に封入されていることを特徴とする請求項1記載のパルスオキシメトリ プローブ。 10。前記エポキシ樹脂はその光源及び/または検光器の性能を最良化するため に光学レンズの形状にされていることを特徴とする請求項9記載のパルスオキシ メトリプローブ。 11。前記リードフレームは外部の光からの追加的な遮断を提供するシールド層 をさらに有していることを特徴とする請求項1記載のパルスオキシメトリプロー ブ。 12。前記リードフレームは電磁波妨害からの追加的な遮断を提供するシールド 層をさらに有していることを特徴とする請求項1記載のパルスオキシメトリプロ ーブ。 13。前記リードフレームは灌流組織に適用されたときに可塑的に変形可能であ り、該リードフレームは使用者が望む形状を保持することを特徴とする請求項1 記載のパルスオキシメトリプローブ。 14。前記リードフレームの少なくとも1本のリードに接続されたキャリブレー ション要素をさらに有していることを特徴とする請求項1記載のパルスオキシメ トリプローブ。 15。前記キャリブレーション要素は厚いフィルムチップレジスタであることを 特徴とする請求項14記載のパルスオキシメトリプローブ。 16。前記リードフレームは内部接続ケーブルに永久的に接続されていることを 特徴とする請求項1記載のパルスオキシメトリプローブ。 17。前記リードフレームは再使用可能なコネクタ要素に接続可能であることを 特徴とする請求項1記載のパルスオキシメトリプローブ。 18。前記コネクタ要素は平坦で柔軟なケーブル(FFC)コネクタシステムの 雄型端部として形状化されていることを特徴とする請求項17記載のパルスオキ シメトリプローブ。 19。前記コネクタ要素はピン及びソケットコネクタシステムの雌型端部として 形状化されていることを特徴とする請求項17記載のパルスオキシメトリプロー ブ。 20。前記リードフレームのリードトレースはU型片持ちソケット要素を創出す るように形成されていることを特徴とする請求項19記載のパルスオキシメトリ プローブ。 21。硬質プラスチックは、複数のコンダクタ間に物理的空間と電気的絶縁を提 供するために前記コネクタ周辺でインサートモールドされることを特徴とする請 求項17記載のパルスオキシメトリプローブ。 22。モールドされた硬質ブラスチク挿入体は嵌合のために接続されたときにス ナップ型もどり爪の特徴をさらに具備していることを特徴とする請求項21記載 のパルスオキシメトリプローブ。 23。前記モールドされた硬質プラスチック挿入体は湿気用シールをさらに具備 していることを特徴とする請求項21記載のパルスオキシメトリプローブ。 24。前記検光器を封入している前記エポキシ樹脂は外部の光の遮断を提供する ために彩色されていることを特徴とする請求項9記載のパルスオキシメトリプロ ーブ。 25。前記リードフレームは再使用可能なコネクタと永久的に取り付けられた内 部接続ケーブルとを有しており、それらの一方は使用されないときに取り外しが 可能であることを特徴とする請求項1記載のパルスオキシメトリプローブ。 26。前記リードフレームは少なくとも2セットの光源と少なくとも2つの検光 器を有していることを特徴とする請求項1記載のパルスオキシメトリプローブ。 27。前記リードフレームは該リードフレームの各端部にコネクタ要素を有して おり、オキシメトリ機器はパルスオキシメトリセンサーのどちら側の端部におい ても接続可能であることを特徴とする請求項1記載のパルスオキシメトリプロー ブ。 28。請求項1記載のパルスオキシメトリプローブであって、以下の要素をさら に有していることを特徴とするパルスオキシメトリプローブ: 前記リードフレームがその上に配置される不透明材料の第1層;前記不透明材料 の第1層と接触している前記リードフレームの表面とは反対側であって、該リー ドフレームの表面上に配置された不透明材料の第2層; 前記光源と前記検光器とを覆うための少なくとも1枚の透明材料の層。 29。前記パルスオキシメトリプローブが接続されているケーブルに搭載された コネクタ内に収容されたバネ要素と電気的に接触させる手段をさらに有している ことを特徴とする請求項1記載のパルスオキシメトリプローブ。 30。少なくとも1本の前記導電性リードは、パルスオキシメトリプローブがそ の全部のリードの使用を必要としないオキシメトリ機器と共に使用される場合に は取り外しが可能であることを特徴とする請求項1記載のパルスオキシメトリプ ローブ。
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