传感器器件、导管以及包括传感器器件的系统的制作方法

[0001]
本发明涉及一种传感器器件、导管以及包括传感器器件的系统。


背景技术：

[0002]
以往，例如在医疗设备的领域中，为了测定深部体温而使用温度传感器，为了测定体腔内的压力而使用压力传感器。作为具体例，当将尿道导管应用于患者时测定深部体温及膀胱内压，并监视生物环境。
[0003]
尿道导管一般以将导管从患者的尿道朝膀胱内插入，使尿持续地排出为目的来使用。在此情况下，膀胱内压与腹腔内压大致相关，因此可通过监视膀胱内压来推断腹腔内压，可诊断由腹腔内压的急剧的上升所产生的术后并发症等病状。进而，可通过对膀胱内压进行分析来获得尿排出量、呼吸速度、心搏、心搏变动等信息。
[0004]
当测定深部体温及膀胱内压时，有准备不同的导管来测定深部体温(温度传感器)与膀胱内压(压力传感器)的方法。但是，所述方法对于患者而言负担大，需要负担小的适当的方法。
[0005]
另一方面，可考虑在尿道导管的前端部分别安装温度传感器及压力传感器两者，同时测定深部体温及膀胱内压。但是，根据所述结构，导管的外径尺寸变大，对于患者的负担增大，因此产生实用上的采用困难的课题。
[0006]
现有技术文献
[0007]
专利文献
[0008]
专利文献1：日本专利特开2001-25461号公报
[0009]
专利文献2：日本专利特表2000-502275号公报
[0010]
专利文献3：日本专利特表2009-523463号公报
[0011]
专利文献4：日本专利特表2017-536857号公报


技术实现要素：

[0012]
发明所要解决的问题
[0013]
本发明是鉴于所述课题而形成的发明，其目的在于提供一种可小型化的传感器器件、导管以及包括传感器器件的系统。
[0014]
解决问题的技术手段
[0015]
本实施方式的传感器器件包括：管状的前端侧构件；压力传感器及温度传感器，被收容在所述前端侧构件的内空间中，并经一体化；以及引出线，与所述压力传感器及温度传感器连接，被朝后端侧导出。另外，所述压力传感器及温度传感器分别在基板的一面侧形成有传感器元件，以各自的基板的另一面侧相向的方式配置，并经一体化。
[0016]
根据所述结构，可提供能够小型化的传感器器件。一体化例如包含：利用各自的基板的另一面侧的仅对接的配置、或利用另一面侧的粘接的情况。换言之，意味着压力传感器及温度传感器已集合化的状态。并不特别限定性地进行解释。
[0017]
发明的效果
[0018]
根据本发明，可提供能够小型化的传感器器件、导管以及包括传感器器件的系统。
附图说明
[0019]
[图1]是表示本发明的实施方式的传感器器件的正面图。
[0020]
[图2]是表示所述传感器器件的俯视图。
[0021]
[图3]是用于说明所述传感器器件的前端部的结构的剖面图。
[0022]
[图4]是所述传感器器件的前端部的俯视图。
[0023]
[图5]是所述传感器器件的前端部的仰视图。
[0024]
[图6]是图3中，沿着y-y线的剖面图。
[0025]
[图7]是表示压力传感器的示意性的剖面图。
[0026]
[图8]是表示温度传感器的示意性的剖面图。
[0027]
[图9]是表示压力传感器的连接状态的桥式电路图(半桥式电路)。
[0028]
[图10]是表示压力传感器的连接状态的桥式电路图(全桥式电路)。
[0029]
[图11]是表示已将传感器器件装入尿道导管的状态的正面图。
[0030]
[图12]是图11中，沿着y-y线的剖面图。
[0031]
[图13]是表示包括传感器器件的系统的正面图。
[0032]
[图14]是表示包括传感器器件的系统的正面图。
具体实施方式
[0033]
以下，参照图1至图10对本发明的实施方式的传感器器件进行说明。图1是表示传感器器件的正面图，图2是表示传感器器件的俯视图。图3是用于说明传感器器件的前端部的结构的剖面图，图4是传感器器件的前端部的俯视图，图5是传感器器件的前端部的仰视图。另外，图6是图3中，沿着y-y线的剖面图，图7及图8是表示压力传感器及温度传感器的示意性的剖面图。图9及图10是表示压力传感器的连接状态的桥式电路图。另外，在各图中，为了使各构件变成可识别的大小，而适宜变更各构件的比例尺。
[0034]
本实施方式的传感器器件包括经小型化的压力传感器及温度传感器，以适宜地装入导管的方式构成。压力传感器是测定体腔内的压力的传感器，温度传感器是测定深部体温的传感器。
[0035]
如图1至图3所示，传感器器件1包括：长条状且具有柔韧性的本体部2、及连接所述本体部2的连接端子部3。本体部2包含前端部21及引出部22，在前端部21配置有后述的压力传感器4及温度传感器5。引出部22是与压力传感器4及温度传感器5连接的多根引出线6延伸的部位。所述引出线6是芯线经绝缘包覆的引出线，进而，多个引出线6由树脂管61绝缘包覆而汇集成一根。即，多个引出线6被收容在树脂管61的内空间中。树脂管61的材质为聚酰胺树脂。
[0036]
另外，本体部2的长度尺寸为1000mm左右，前端部21及引出部22的外径φ形成为1.5mm以下，优选形成为1mm以下。
[0037]
连接端子部3是连接引出线6的导出端部的部分，在树脂制且大致长方体形状的外壳中收容电路基板等电子零件来构成。具体而言，在连接端子部3设置有压力传感器4及温
度传感器5的检测控制电路或放大电路。另外，在连接端子部3的一侧设置有作为输入/输出端子的通用串行总线(universal serial bus，usb)端子31。通过将所述usb端子31与监视器等控制装置连接，可监视压力传感器4及温度传感器5输出的检测信息。
[0038]
继而，参照图3至图8，对配置有压力传感器4及温度传感器5的本体部2中的前端部21的结构进行说明。在前端部21配设有：管状的前端侧构件23、配置在所述管状的前端侧构件23的内空间的压力传感器4及温度传感器5、与压力传感器4及温度传感器5连接并被朝后端侧导出的多个引出线6。
[0039]
前端侧构件23由不锈钢材料制作，形成为管状，在前端附近具有开口部23a。开口部23a以将管状的外周的一部分切开的方式形成。前端侧构件23的长度尺寸约为4mm，外径φ形成为1.5mm以下，优选形成为1mm以下。因此，内径φ形成为至少未满1.5mm，优选形成为未满1mm。
[0040]
在此种前端侧构件23的狭窄的内空间配置压力传感器4及温度传感器5。压力传感器4是半导体压力传感器，具有传感器元件41，所述传感器元件41具有若被施加压力，则电阻值因其位移而变化的应变计的功能。传感器元件41是压阻元件，所述压阻元件形成在包含硅材料的基板42的一面侧。
[0041]
温度传感器5是薄膜热敏电阻，具有电阻值因温度的变化而变化的传感器元件51。传感器元件51是包含具有负的温度系数的氧化物半导体的热敏电阻的薄膜，所述热敏电阻的薄膜形成在包含陶瓷材料的基板52的一面侧。
[0042]
另外，在压力传感器4的基板42及温度传感器5的基板52形成有电极层，引出线6通过焊接或熔接而与所述电极层连接。在通过熔接来将引出线6与电极层接合的情况下，与利用焊接的情况相比，可省略焊料等附加材料，因此可使接合部的壁厚变薄。
[0043]
如以上那样的压力传感器4及温度传感器5以各自的基板42及基板52的另一面侧彼此相向的方式配置，并经一体化。由此，使具有压力传感器4及温度传感器5的传感器群的结构小型化。此处，一体化例如包含：利用基板42及基板52的另一面侧的仅对接的配置、或利用基板42及基板52的另一面侧的粘接的情况。换言之，意味着压力传感器4及温度传感器5已集合化的状态。
[0044]
具体而言，经一体化的压力传感器4及温度传感器5经由聚酰亚胺树脂制且管状的盖构件7，而插嵌在前端侧构件23内来配置。另外，在盖构件7内填充有绝缘性的材料71，包含压力传感器4及温度传感器5以及引出线6的接合部在内，其周围被绝缘包覆。填充在盖构件7内的绝缘性的材料71可适宜地使用环氧树脂，但只要充分满足功能，则并不限定于环氧树脂。
[0045]
更详细而言，压力传感器4中的传感器元件41的形成位置、与温度传感器5中的传感器元件51的形成位置错开设置。压力传感器4的基板42朝比温度传感器5的基板52更前端侧突出，压力传感器4中的传感器元件41的形成位置的区域成为未被绝缘性的材料71包覆的结构。另一方面，压力传感器4中的传感器元件41的形成位置的区域通过硅酮涂层而由硅酮橡胶膜的绝缘性的材料72包覆，由此确保绝缘性。另外，传感器元件41以与前端侧构件23的开口部23a相向的方式配置。另外，收容有多个引出线6的树脂管61插嵌在前端侧构件23的后端侧的内周，并通过粘接材料62来固着。作为粘接材料62，例如可使用环氧树脂。
[0046]
压力传感器4中的传感器元件41的形成位置、与温度传感器5中的传感器元件51的
形成位置如所述那样错开是为了避免对相互的检测特性造成影响的可能性。另外，包覆压力传感器4中的传感器元件41的形成位置的区域的绝缘性的材料72、与包覆温度传感器5中的传感器元件51的形成位置的区域的绝缘性的材料71使用不同的材料。其原因在于：压力传感器4及温度传感器5均确保绝缘性，另一方面，在压力传感器4的情况下，为了探测压力而必须使用具有柔韧性的绝缘性的材料72。
[0047]
进而，压力传感器4及温度传感器5设置在盖构件7内，因此在将压力传感器4及温度传感器5插嵌在前端侧构件23内的情况下，可将前端侧构件23的内周作为引导件来插入盖构件7，因此可期待组装工序变得容易的效果。
[0048]
继而，参照图7及图8，对压力传感器4及温度传感器5的示意性的结构进行说明。如图7所示，压力传感器4通过利用微机电系统(micro electro mechanical system，mems)技术对硅半导体材料进行加工来制作。在硅基板42形成有空洞部43，在所述空洞部43上的硅层44形成有作为传感器元件41的压阻元件。在形成所述压阻元件时，应用作为将杂质的离子注入硅层44的半导体工艺技术的离子注入法，将硼打入硅层44来形成。
[0049]
另外，在硅层44形成有一对(两个)作为传感器元件41的压阻元件。这是为了如后述那样，在压力传感器4的连接中构成桥式电路来谋求高灵敏度化。进而，在硅基板42的后端侧，在三处形成有电极层45(一并参照图4)，这些电极层45通过未图示的内部配线图案而与压阻元件电性连接。另外，通过熔接或所谓的脉冲加热法而将引出线6焊接在电极层45来接合。压力传感器4的基板42的厚度尺寸为100μm以下，包含电极层45的总厚度尺寸形成为150μm以下。
[0050]
压力传感器4是若通过利用空洞部43的作为隔膜的动作，而对压阻元件施加压力，则压阻元件的电阻值因其位移而变化的传感器，利用电子电路对所述变化进行处理，并检测压力。
[0051]
如图8所示，温度传感器5是表面安装型的传感器，包括基板52、电极层53、作为传感器元件51的热敏膜、以及保护膜54。温度传感器5是薄膜热敏电阻，总厚度尺寸为100μm以下。
[0052]
基板52使用绝缘性的氧化锆、氮化硅、氧化铝或它们的至少一种的混合物等陶瓷材料来形成。所述基板52的厚度尺寸薄型化至100μm以下，优选薄型化至10μm～80μm来形成。另外，基板52的弯曲强度为690mpa以上，陶瓷材料的煅烧后的平均粒径成为0.1μm～2μm。通过如此设定平均粒径的范围，可确保690mpa以上的弯曲强度，可抑制经薄型化的基板52的制作时的破损。另外，由于基板52的厚度尺寸薄，因此可减少热容量。
[0053]
电极层53是在基板52上形成有一对，与热敏膜电性连接的部分。一对电极层53是利用溅镀法等薄膜形成技术将金属薄膜成膜为厚度尺寸1μm以下来形成的电极层，其金属材料应用金(au)、银(ag)、铜(cu)、铂(pt)、钯(pd)等贵金属或它们的合金，例如ag-pd合金等。
[0054]
另外，一对电极层53是通过熔接而与引出线6接合的部分，作为低熔点金属，优选使用金(au：熔点为1064℃)、银(ag：961℃)、铜(cu：1085℃)或包含它们的至少一种作为主成分的合金。另外，在本实施方式中，电极层53形成在热敏膜的膜下，但也可以形成在热敏膜的膜上或膜中。
[0055]
热敏膜是热敏薄膜，且为热敏电阻的薄膜。热敏膜利用溅镀法等薄膜形成技术而
在电极层53上成膜，并与电极层53电性连接。
[0056]
保护膜54覆盖形成有热敏膜的区域，并且以电极层53的至少一部分露出的方式形成并覆盖电极层53。保护膜54可利用溅镀法等薄膜形成技术来使二氧化硅、氮化硅等成膜而形成，或利用印刷法来形成铅玻璃、硼硅酸玻璃及硼硅酸铅玻璃等。
[0057]
另外，所述引出线6由低熔点金属，即熔点为1300℃以下的金属形成，例如使用磷青铜、康铜、锰铜等在主成分中含有铜的铜合金。
[0058]
在例如通过激光熔接来将温度传感器5的电极层53与引出线6接合的情况下，由于引出线6的熔点为1300℃以下，因此即便因激光光等的加热而熔融，也不会成为熔点1300℃以上的温度。因此，不会超过陶瓷的基板52的熔点1600℃～2100℃，因此可抑制温度传感器5的电极层53或电极层53的正下方的基板52的损伤，并接合引出线6。另外，在此情况下，不使用凸块等附加材料，因此不会在附加材料已被实质性地附加至连接(接合)部位的状态下接合，热容量也不会增加，可使热响应性高速。
[0059]
以往，如上所述的引出线使用不锈钢、科伐合金、镍合金等铁系的金属。所述铁系的金属的熔点高，例如不锈钢、科伐合金均为铁系的合金，因此有时温度上升至铁的熔点1538℃左右为止。若对此种高熔点金属的引出线照射激光熔接用的激光光，则产生引出线及其周围被加热成高温，绝缘性基板(例如氧化铝基板)容易受到损伤的问题。根据所述本实施方式的结构，可解决此种问题。
[0060]
温度传感器5是电阻值因温度的变化而变化的传感器，利用电子电路对所述变化进行处理，并检测温度。
[0061]
另一方面，在用于监视生物信息的可穿戴设备及作为医疗设备的导管等的设备中，当这些设备在生物内露出的危险性高时，关于所使用的材料，要求包含考虑了生物适合性的材料。在本实施方式中，前端侧构件23使用不锈钢材料，压力传感器4使用硅材料的基板42，温度传感器5使用陶瓷材料的基板42，盖构件7使用聚酰亚胺树脂材料，盖构件7内的绝缘性的材料71使用环氧树脂，树脂管61使用聚酰胺树脂，以及压力传感器4的涂层使用硅酮橡胶材料。已确认这些材料具有生物适合性，可确保安全性。
[0062]
继而，参照图9及图10对压力传感器的连接状态进行说明。如图9所示，压力传感器4与电源v
+
连接，被桥式连接而构成桥式电路。具体而言，是半桥式电路，压力传感器4的传感器元件41a及基准电阻器46a的串联电路、与传感器元件41b及基准电阻器46b的串联电路相对于电源v
+
并联连接。另外，在各串联电路的中间连接有输出端子，所述输出端子与放大器amp连接，可将差动输出作为输出电压vout来检测。因此，也可以检测微小的压力变化的信号。
[0063]
在此种连接状态下，压力传感器4的传感器元件41a及传感器元件41b配置在前端侧构件23，基准电阻器46a、基准电阻器46b及放大器amp被收容在连接端子部3内。
[0064]
图10表示将桥式电路构成为全桥式电路的情况。设置四个压力传感器4的传感器元件，将传感器元件41a、传感器元件41b的串联电路与传感器元件41c、传感器元件41d的串联电路相对于电源v
+
并联连接。因此，可进行灵敏度更高的检测。
[0065]
在此种连接状态下，压力传感器4的传感器元件41a、传感器元件41b、传感器元件41c及传感器元件41d配置在前端侧构件23，放大器amp被收容在连接端子部3内。
[0066]
另外，关于温度传感器5的连接，理想的是也构成桥式电路。在此情况下，虽然省略
图示，但例如将探测用传感器元件51及探测用电阻器的串联电路、与补偿用传感器元件及补偿用电阻器的串联电路相对于电源v
+
并联连接。另外，在各串联电路的中间连接输出端子，将所述输出端子与放大器amp连接，将差动输出作为输出电压vout来检测。通过此种结构，也可以检测微小的温度变化的信号。
[0067]
继而，参照图11至图13，对装入有所述传感器器件1的导管及包括传感器器件1的系统进行说明。图11是表示已将传感器器件装入尿道导管的状态的正面图，图12是图11中，沿着y-y线的剖面图，图13及图14表示包括传感器器件的系统。
[0068]
本实施方式的导管是尿道导管。所述尿道导管以从患者的尿道朝膀胱内插入，使尿持续地排出为目的来使用，包括气囊，将导管的前端部留在膀胱内来使用。
[0069]
如图11及图12所示，尿道导管10包括：基部11、及从所述基部11连续并延伸的轴12。导管10例如为四通式，全长为250mm～430mm左右。在基部11设置有气囊漏斗111、清洗水漏斗112、排尿用漏斗113及传感器漏斗114。
[0070]
在轴12，对应于所述各漏斗111、112、113及114而形成有四个管腔(lumen)，轴12具有适度的刚性与柔韧性。另外，在轴12的前端部13，配设传感器器件1的压力传感器4及温度传感器5，并且形成有排尿用孔131及清洗水流出用孔132。进而，在轴12的前端部13的后端附近设置有气囊15。
[0071]
在气囊漏斗111连接注射器，注入空气或杀菌水来使气囊15膨胀。在清洗水漏斗112，视需要连接注射器，将清洗水供给至膀胱内来进行膀胱内的清洗。在排尿用漏斗113连接集尿袋，将膀胱内的尿朝体外排出，并在集尿袋进行蓄尿。从传感器漏斗114导出配置在轴12的前端部13的压力传感器4及温度传感器5的引出线6。
[0072]
所述四个管腔之中，第一管腔121是成为从气囊漏斗111输送的空气穿过的流路的管腔，与气囊15连接，气囊15通过经由第一管腔121所输送的空气而膨胀。第二管腔122是成为从清洗水漏斗112输送的清洗水穿过的流路的管腔，与清洗水流出用孔132连接，经由第二管腔122所输送的清洗水从清洗水流出用孔132流出。第三管腔123是与排尿用孔131连接，成为从患者的膀胱流出的尿穿过的流路的管腔。
[0073]
第四管腔124是使压力传感器4及温度传感器5的引出线6插通的部分，压力传感器4及温度传感器配置在轴12的前端部13，引出线6穿过第四管腔124，连接端子部3被朝外部导出。如此，将传感器器件1装入导管10。
[0074]
另外，轴12的外径尺寸为12fr～24fr左右，构成轴12的材料例如可使用聚氨基甲酸酯、聚烯烃、聚酰胺、聚醚聚酰胺、硅酮橡胶等合成树脂。
[0075]
图13表示包括传感器器件的系统。系统100包括装入有传感器器件1的导管10、及控制装置101。控制装置101是适合于ysi-400规格的监视器，装载有微型计算机，所述微型计算机包括显示部，并包含具有运算部及控制部的中央处理器(central processing unit，cpu)、作为存储部件的只读存储器(read only memory，rom)及随机存取存储器(random access memory，ram)、输入/输出控制部件，可连接传感器器件1中的连接端子部3的usb端子31。因此，通过将传感器器件1与所述控制装置101连接，可显示包含膀胱内压及体温的生物信息。
[0076]
图14表示传感器器件与连接所述传感器器件的控制装置通过无线线路来连接的结构。在控制装置101a设置有无线收发部，在连接端子部3a设置有无线模块或内置电池。因
此，可通过无线而从连接端子部3a朝控制装置101a发送生物信息，可通过控制装置101a来显示所述生物信息。
[0077]
因此，通过利用无线来将传感器器件1与控制装置101a连接，而具有在手术时引出线等不会成为障碍，处理变得容易的优点。
[0078]
继而，对针对患者来处理尿道导管10的情况进行说明。先将集尿袋与排尿用漏斗113连接，从患者的尿道口插入导管10。在确认气囊15到达膀胱内，尿已流出至导管10后，将注射器与气囊漏斗111连接，将空气或杀菌水注入气囊15来使气囊15膨胀。在气囊15接触膀胱颈部之前拔出导管10，将导管10的前端部13留在膀胱内。然后，将连接端子部3的usb端子31与控制装置101连接。如此，使尿持续地朝体外排出并在集尿袋进行蓄尿。
[0079]
具体而言，膀胱内的尿从排尿用孔131起在第三管腔123中流动而到达集尿袋。另外，由于配置在传感器器件1的轴12的前端部13的压力传感器4及温度传感器5留在膀胱内，因此通过压力传感器4来测定膀胱内压，通过温度传感器5来测定深部体温，两者的检测信号被朝控制装置101发送。在此情况下，由于前端侧构件23的开口部23a与压力传感器4相向，因此可经由从排尿用孔131流入的尿而高精度地进行利用压力传感器4的膀胱内的压力检测。如此，在控制装置101中进行膀胱内压及深部体温的显示，可监视生物信息。
[0080]
进而，视需要将注射器与清洗水漏斗112连接，使清洗水从清洗水流出用孔132朝膀胱内流出来进行膀胱内的清洗。
[0081]
如上所述，根据本实施方式，可提供能够小型化的传感器器件1，可实现能够减轻对于患者的负担的导管。
[0082]
另外，本发明的传感器器件可适宜地用于导管，但并不限定于此。也可以应用于其他医疗设备。进而，不仅是医疗设备的领域，而且不妨碍对于包括压力传感器及温度传感器，并需要小型化的设备及装置的应用。
[0083]
本发明并不限定于所述实施方式的结构，可在不脱离发明的主旨的范围内进行各种变形。另外，所述实施方式是作为一例来提示的实施方式，并不意图限定发明的范围。这些新的实施方式能够以其他各种形态来实施，可进行各种省略、替换、变更。这些实施方式或其变形包含在发明的范围或主旨中，并且包含在权利要求中记载的发明与其均等的范围内。
[0084]
符号的说明
[0085]
1：传感器器件
[0086]
2：本体部
[0087]
3：连接端子部
[0088]
4：压力传感器
[0089]
5：温度传感器
[0090]
6：引出线
[0091]
7：盖构件
[0092]
10：尿道导管
[0093]
11：基部
[0094]
12：轴
[0095]
15：气囊
[0096]
21：前端部
[0097]
22：引出部
[0098]
23：前端侧构件
[0099]
23a：开口部
[0100]
41：传感器元件(压力传感器)
[0101]
42：基板(压力传感器)
[0102]
51：传感器元件(温度传感器)
[0103]
52：基板(温度传感器)
[0104]
61：树脂管
[0105]
71：绝缘性的材料
[0106]
72：绝缘性的材料
[0107]
100：系统
[0108]
101：控制装置
[0109]
111：气囊漏斗
[0110]
112：清洗水漏斗
[0111]
113：排尿用漏斗
[0112]
114：传感器漏斗
[0113]
131：排尿用孔
[0114]
132：清洗水流出用孔