JPS5921495B2 - 細管型圧力計 - Google Patents

細管型圧力計

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JPS5921495B2
JPS5921495B2 JP52150885A JP15088577A JPS5921495B2 JP S5921495 B2 JPS5921495 B2 JP S5921495B2 JP 52150885 A JP52150885 A JP 52150885A JP 15088577 A JP15088577 A JP 15088577A JP S5921495 B2 JPS5921495 B2 JP S5921495B2
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pressure
pressure element
diaphragm
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hole
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正和 水野
伊勢美 五十嵐
大 稲垣
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Toyota Central R&D Labs Inc
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    • A61M2025/0002—Catheters; Hollow probes for pressure measurement with a pressure sensor at the distal end

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は、血管内に挿入し、生体各部の圧力を検出する
細管型圧力計に関するものである。
医学の進歩に伴い、診断の手法に種々の精密計測が用い
られるようになってきた。
この中で、循環器系統の診断および研究においては、血
管内の圧力分布あるいは心蔵内の圧力等を正確に知る必
要があり、そのためには血管や心蔵内の圧力を正確に測
定する手段が必要となる。
この血管や心蔵内の圧力を測定するために、生体外から
生体内に測定器具を挿入することな（測定できることが
理想であるが、現在の医学や科学では技術的に不可能で
あシ、必然的に測定器具を生体内、それも血管内に直接
挿入して血圧測定をしなければならない。
現在性なわれている測定装置としては、カテーテルによ
る生体外測定装置がある。
この装置はカテーテルを測定部位へ挿入し、カテーテル
内に満たされた液体（例えば生理食塩水）を圧力媒体と
し、この媒体によって生体外に接続された圧力変圧器に
測定部位の圧力を伝達し、電気的に検出する方法である
。
しかし、この方法は、カテーテルや圧力変圧器のダイヤ
フラムのコンプライアンスおよびカテーテル内の液柱の
運動および液体の粘性などの影響による大きな誤差要因
があシ、これらの要因によって測定波形に著しいひずみ
を生じ、更にカテーテルの液柱内に気泡が混入したシす
ると、測定波形のひずみは更に著しくなり、極めて信頼
性に欠けるデータしか得られないという欠点がある。
この欠点を解消するために、生体外に接続した圧力変換
器をカテーテルの先端に設置しようとする試みがなされ
てきた。
この測定装置は半導体を使用したもので、第１図に示し
たように、２個の半導体ひずみゲージ１，１′の間に金
属片２をはさんでサンドインチ構造にした感知レバ一方
式によるものであシ、ひずみゲージ１，１′と金属片２
はそれぞれ電気絶縁をかねたセメント３で強固に接合さ
れており、圧力によるダイヤフラム４の変位によってひ
ずみゲージ１と１′には相反する抵抗変化が生じ、リー
ド線５を通してこの圧力を電気信号として検出すること
ができる。
この従来方式は、２つの半導体ひずみゲージ１゜１′ヲ
用いた感知レバ一方式で圧力検出を行なっているために
、２つのひずみゲージ１と１′の中間に金属片２をはさ
み、セメント３を用いてこれラヲ強固に接合しなければ
ならないが、ひずみゲージ１．１悄体が非常に小さいの
で、このような作業は非常に困難である。
また、カテーテルの側壁に設置されたダイヤフラム４と
ひずみゲージ等からなる感知レバーの一端とを接続する
ためには、正確な相互の位置合わせを必要とし、さらに
製作作業を困難にしている。
この欠点を解消するために、第２図に示したように、シ
リコンダイヤフラム６０表面上に拡散手法を用いて、前
述のひずみゲージに相当する部分を一体的ニ形成し、こ
のシリコンダイヤフラム６の周辺をエポキシ樹脂７で石
英管８に強固に固着した測定装置が知られている。
この装置は圧力が加ワると、シリコンダイヤフラム６に
ひずみを生じ、ダイヤフラム上に形成された拡散ひずみ
ゲージの抵抗呟がそのひずみに応じて変化するので、こ
の抵抗匝変化はリード線９を通して電気信号に変換され
、圧力測定が行なわれるものである。
このように構成された従来方式では、石英管８はシリコ
ンダイヤフラム６と線膨張係数が近いところからシリコ
ンダイヤフラム６の支持体として熱応力を緩和するため
に用いられている。
しかしシリコンダイヤフラム６の周辺をエポキシ樹脂７
によって強固に固着しなければならず、そのためにこの
ように注意を払って製作しても、熱応力によるひずみが
エポキシ樹脂７による接合部からシリコンダイヤフラム
６に伝達され、この熱応力により発生するアンバランス
電圧は、例えばシリコンダイヤフラム単体の場合に０．
０５ ｍＶ／Ｖ・℃であったものが、石英管８との接合
後では８倍の０．４ｍＶ／Ｖ・℃に増加し、圧力変換器
としての性能を太き（低下させる欠点があった。
本発明は、上記従来例の欠点を解消するために、シリコ
ンダイヤスラムを支持体に接合せず、・熱ひずみの影響
を受けない細管型圧力計を提供するものである。
本発明の構成は、先端が封止され、この先端から所定の
距離をおいた側面に受圧穴を設けた可撓性を有する細管
と、この細管内に設けられ、前記受圧穴に向き合う位置
に大気を導入する通孔を設けた基台と、この基台に固定
され、前記通孔と前記受圧穴との間に矩形状の受感ダイ
ヤフラムを設けた圧力素子と、前記受圧穴と前記受感ダ
イヤプラムとの間に設けられ、絶縁性で、かつ弾力性を
有する保護膜とから構成されている。
−以下、図面により実施例を詳細に説明する。
第３図〜第７図は、本発明の一実施例を示したもので、
中空のカテーテル１０の先端は支持材１１の端部１１ａ
ｖ−よって封止され、この先端から所定の距離をおいた
側面に受圧穴１２が設けられ、との受圧穴１２と向き合
った位置に、シリコン素子１４を設置する絶縁基板１３
が設けられている。
このシリコン圧力素子１４は、第８図、第９図に示した
ように、化学的エツチングによって矩形状にエツチング
された受感ダイヤフラム１５を有している。
このシリコン圧力素子１４は長さ３ｍｍ、幅ｌ朋、厚さ
０．２朋であシ、また受感ダイヤフラム１５は長さ１ｍ
ｍ、幅０．５龍、厚さｌＯｍ程度であり、この受感ダイ
ヤフラム１５の上には拡散手法により４個のひずみゲー
ジ１６ａ〜１６ｄが形成され、そのうち２個のひずみゲ
ージ１６ｂ、１６ｃは中央部分に設置され、他の２個の
ひずみゲージ１６ａｐ１６ｄ＆′ｉ周辺部分に設置され
ている。
これらのひずみゲージ１６ａ〜１６ｄの両端には、拡散
手法を用いた低抵抗のリード部分１７ａ〜１７ｆが接続
されるが、これらのリード部分とゲージは拡散過程にお
いて同時に一体的に形成される。
このリード部分１７ａ〜１７ｆは拡散リードと呼ばれ、
拡散リードの端部にＡ？電極１８ａ〜１８ｆが蒸着によ
って設けられる。
このＡｔ電極１８ａ〜１８．ｆを除いた圧力素子１４の
上面全体ＶＣ８ｉ０２膜１５′ が形成されて、外部
とゲージ１６ａ、１６ｄ、拡散リード１７ａ〜１７ｆと
の間の電気絶縁を行なう。
またＡｔ電極１８ａ〜１８ｆにはそれぞれ直径が約５０
μｍのＡｕ線１９ａ〜１９ｆが超音波ボンディングによ
り接続され、外部に電気信号を取シ出すようにする。
電気信号を取シ出すためには、第１０図に示したように
、４個のゲージ１６ａ〜１６ｄでフルブリッジ回路を構
成する。
このとき、拡散リード１７ａ〜１７ｆの抵抗［直がフル
ブリッジ回路に付随的に混入して（るが、拡散リード１
７ａ〜１７ｆは単にリードとしての役割のみを持つべき
であり、その抵抗匝はゲージ１６ａ〜１６ｆＶｃ比べて
十分低いことが感度を低下させないために必要となる。
フルブリッジの入力電圧はＡｔ電極１８ｂ、１８ｄと１
８ｃ、１８ｅに印加され、出力電圧は１８ａ、 １８ｆ
から取９出される。
圧力が受感ダイヤフラム１５に加わると、中央部分のゲ
ージ１６ｂ、１６ｃの抵抗匝は減少し、反対に周辺部の
ゲージ１６ａ、１６ｄは増加し、その変化量は圧力に比
例しているので、このフルブリッジを用いて効果的に圧
力に比例した電気信号を検出することができる。
また支持材１１はステンレス製で、第３図、第６図、第
７図に示す形状を有している。
全体の形状はカラーチル１０の内径１．１７１１！？１
１に合わせて直径１．１５ｘｍ、長さ６．２朋の円柱形
とし、その一部に絶縁基板１３が設置される平らな素子
設置部１１ｂ、’に設け、受感ダイヤフラム１５が向き
合った絶縁基板１３および支持材１１の素子設備部１１
ｂに基準圧力を導入するための直径０．５ ｍｍの導入
穴１１ｃが設けられる。
絶縁基板１３はガラス繊維とエポキシ系接着剤からなる
絶縁体で、支持材１１を絶縁体にする場合には、この絶
縁基板１３は必要がない。
また導入穴１１ｃに連結して基準圧力導入のための導入
溝１１ｄが設けられ、この導入溝１１ｄは本実施例では
圧力素子１４の零点を安定に保つためカテーテル１０の
内部を通して大気に連結され、受感ダイヤフラム１５の
下面に大気圧を導入している。
したがって圧力測定は大気圧を基準に行なわれる。
しかし大気圧を基準とせず、密封された基準圧室の圧力
を基準とするような場合には、導入穴１１ｃ、導入溝ｌ
ｉｄは必要がない。
また支持材１１の一端には直径０．５ｍｍのリード穴１
１．ｆを素子設置部１１ｂに向けて貫通させ、それにリ
ード線２０を通してエポキシ系接着剤１１ｆで固着する
。
シリコン圧力素子１４は素子設置部１１ｂの上の絶縁基
板１３上に設置されるが、本発明の特徴はこのシリコン
圧力素子１４の支持構造にある。
即ち、このシリコン圧力素子１４は絶縁基板１３に、従
来のように接着剤等によって強固に固定するものではな
（、単に設置されるにすぎない。
但し、リード線２０をＡｕ線１９ａ〜１９ｆに接続配線
する作業において、このシリコン圧力素子１４に位置ず
れが生じないように、極めて柔軟性のあるシリコンゴム
２１をシリコン圧力素子１４０周辺または下面に用いて
これを固定することにより配線作業の能率を上げている
。
′＝１りこのシリコン圧力素子１４の位置固定には、シ
リコンゴムに限らず、柔軟性のあるものであれば何でも
用いることができる。
これらの位置固定用の材料は、単に圧力素子１４の位置
に固定させる役割を持つだけであシ、この圧力素子１４
の位置固定を必要としない場合には、当然のことながら
用いる必要はない。
このようにシリコン圧力素子１４を設置した後、第４図
、第５図に示したように、カテーテル１０の側面の受圧
穴１２の内側に設置されたシリコン圧力素子１４の上面
および周辺にシリコンゴムの保護膜２２を充填して圧力
シールを行なう。
この保護膜２２は圧力シールだけでな（、電気絶縁の向
上と機械的安全性の向上のために用いられる。
即ち、圧力素子１４は本来Ｓ ｉ ０２膜１５′によっ
て電気絶縁されているが、このＳｉＯ２膜１５′にピン
ホールが存在し、それがしばしば電気リークの原因にな
ることがある。
不実施ＰＩま生体内の圧力測定をすることが必要な条件
であるため、電気リークは重大な問題であシ、この圧力
素子１４全体をシリコンゴムの保護膜２２で覆うことが
必要である。
また機械的安全性という面でも、生体内において受感ダ
イヤフラム１５が破損した場合を考えたとき、その破片
が血管内に入り込み、生体を傷つけることのないように
生体を保護するために、保護膜２２は必要である。
以上のように、この保護膜２２は種々の役割を果たして
いるものであるが、本質的な役割は圧力シールにあゃ、
生体に挿入しないものであれば。
電気リークや機械的安全性の心配はないため圧力素子２
２の上面および周辺に設ける必要はなく、支持材１１と
圧力素子１４の接触部の周辺部のみで十分その機能を果
たすことができる。
また、このｌ［２２の材質としては、シリコンゴムのよ
うな柔軟な性質を持つゴム弾性体が適当であり、エポキ
シ樹脂等のように硬い材料は固定が強固に行なわれるた
め、支持材との間に生ずるひずみを逃げることができな
いので、適当ではない。
この実施例の具体的構造を示すと、カテーテル１０は外
径２ｍｒｎ、内径１．１７ｍｍの織シダクロン製で、先
端よシ２朋の位置から４１１ＬｒｌＬの位置に長さ２ｍ
ｍの楕円形の受圧穴１２が設けられ、との受圧穴１２の
真下に受感ダイヤフラム１５が位置するようにシリコン
圧力素子１４を設ける。
また支持材１１とカテーテル１０はエポキシ系接着剤で
接合され、その際、支持材１１の一端１１ａは圧力シー
ルの蓋となる。
この支持材１１の他端に取り付けられたリード線２０は
カテーテル１０の中空部を通って外部のコネクタ（図示
せず）に接続される。
以上説明した本実施例の構造では、従来のこの種の小型
圧力変換器にはみられなかったい（つかの期待される効
果がある。
即ち、第１に、支持材１１で発生する熱による伸縮は圧
力素子１４の周囲のシリコンゴム２１で吸収されてこの
圧力素子１４に伝達されず、その結果、圧力素子１４自
体の特性を組み込み後もほぼ忠実に再現する。
この実施例をあげると、圧力素子自体の温度係数は０、
００７ ｍＶ／Ｖ・℃であるが、組み込み後の温度係数
は、０．００２ｍＶ／Ｖ・０Ｃであり一１前述の第２図
の従来例の圧力変換器の温度係数 ０．４ｍＶ／Ｖ・℃よりも格段にすぐれた匝が得られる
。
第２は製作の簡易さである。即ち、圧力素子１４の接合
を必要とせず、単に位置固定を行なうだけで良いために
、従来例のように圧力素子とハウジング材を接合によっ
て強固に固定し、ダイヤフラムを物理的に強固に固定す
るような接合工程を必要としなくなったととである。
第３は、熱ひずみの影響を受けないので、従来のハウジ
ング材に相当する支持材１１の材質を全（自由に選択で
きるようになシ、圧力変換器の自由度が増したことであ
る。
従って、この材質としては、線膨張係数の小さい石英か
ら線膨張係数のかなり大きな金属やさらに線膨張係数の
大きなプラスチックなども支持材として自由に選ぶこと
が可能になる。
以上のように、本発明によれば、高性能の小型圧力変換
器を容易に製作することができるが、その用途はカテー
テルの先端に組み込まれるばかりでなく、第１１図〜第
１３図に示したような変形例にも適用できる。
第１１図〜第１３図は、本発明の他の実施例を示したも
ので、これは注射針型圧力変換器と呼ばれる医学用途の
小型圧力変換器であり、注射針２３を生体内の測定部位
へ挿入した後、圧力変換素子１４等を具備した内筒針２
４をこの注射針２３内へ挿入し、この内筒針２４の先端
部で圧力検出を行なうものである。
この内筒針２４は支持材１１を若干変形した支持材１１
′の中央の平らな素子設置部１１′ｂ上にシリコン等の
極めて柔軟な材料２１で圧力素子１４を位置ずれてない
ように支持し、またこの圧力素子１４と素子設置部１１
′ｂ の境界の圧力シールを行なうために、保護膜２２
を圧力素子１４と素子設置部１１′ｂの上に付着させる
。
この場合、圧力素子部１４の上にまで保護膜２２を設ｉ
たのは 前述のように機械的および電気的安全性を高め
て生体を保護するためであり、生体以外の圧力測定用に
用いる場合には、圧力素子１４上にまで保護膜２２を設
ける必要はなく、圧力素子１４と素子設置部１１′ｂ
との境界部分に重点的に付着させればよい。
以上のように構成した本実施例の圧力変換器を用いれば
、生体皮膚下の圧力検出を容易に行なうことができるの
みならず、生体以外の対象で、測定個所の極めて狭い部
分にも適用することができる。
以上説明したように、本発明によれば、圧力素子を支持
材に位置決めするだけで、強固に固定しないため、支持
材に発生する熱による伸縮は圧力素子ニ伝達されず、そ
の結果、熱ひずみによシひすみゲージに発生するアンバ
ランス電圧は解消すれ、組み込み後も圧力素子自身の特
性を忠実に再現し、製造も簡単になる利点があり、従っ
て本発明は非常に有用性のある細管型圧力計を提供する
ことができる。
【図面の簡単な説明】
第１図、第２図は、従来例の断面図であり、第３図は、
本発明の実施例の断面図であシ、第４図図は、第３図の
斜視図であシ、第５図は第４図の保護膜を取り除いた状
態を示した図であり、第６図は、第５図の内部構造を示
した図であり、第７図は、第６図の一部断面図であり、
第８図、第９図は、圧力素子の外観を示した図および側
断面図であシ、第１０図は、第８図の結線図であり、第
１１図〜第１３図は、本発明の他の実施例の構成図であ
る。 ：１０・・・・・・カテーテル、１１・・・・・・支持
Ｌ １２・・・・・・受圧穴、１３・・・・・・絶縁基
板、１４・・・・・・圧力素子、１５・・・・・・受感
ダイヤフラム、１６ａ〜１６ ｄ−−ひずみゲージ、１
７ａ〜１７ｆ・・・・・・リード部、１８ ａ”１８
ｆ ””Ａｔ電極、１９ａ〜１９ｆ＝”°Ａｕ線、２０
・・・・・・リード線、２１・・・、・、シリコンゴム
、２２・・・・・・保護膜、２３・・・・・・注射針、
２４・・・・・・内筒針。

Claims (1)

    【特許請求の範囲】
  1. １ 先端が封止され、この先端から所定の距離をおいた
    側面に受圧穴を設けた可撓性を有する細管と、この細管
    内に設けられ、前記受圧穴に向き合う位置に大気を導入
    する通孔を設けた基台と、この基台に固定され、前記通
    孔と前記受圧穴との間に矩形状の受感ダイヤフラムを設
    けた圧力素子と、前記受圧穴と前記受感ダイヤフラムと
    の間に設けられ、絶縁性で、かつ弾力性を有する保護膜
    とからなる細管型圧力計。
JP52150885A 1977-12-15 1977-12-15 細管型圧力計 Expired JPS5921495B2 (ja)

Priority Applications (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP52150885A JPS5921495B2 (ja) 1977-12-15 1977-12-15 細管型圧力計
US05/967,815 US4274423A (en) 1977-12-15 1978-12-08 Catheter tip pressure transducer

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP52150885A JPS5921495B2 (ja) 1977-12-15 1977-12-15 細管型圧力計

Publications (2)

Publication Number Publication Date
JPS5483488A JPS5483488A (en) 1979-07-03
JPS5921495B2 true JPS5921495B2 (ja) 1984-05-21

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