CN108209900A - 颅内压力传感器、检测设备及制备方法 - Google Patents

Abstract

本公开提供一种颅内压力传感器，包括：压力敏感电容，其电容值随颅内压力变化而变化，包括：压力敏感层，其形变量随颅内压力变化而改变；第一电极层和第二电极层，分别形成于所述压力敏感层的两侧，形成电容结构，其间距随所述压力敏感层的形变量改变而变化；以及柔性包裹层，包裹于所述压力敏感层、所述第一电极层和所述第二电极层外侧，贴附于颅骨和硬膜之间；以及固定电感，与所述压力敏感电容形成LC振荡电路，植入于颅骨内，用于将电容信号转换为谐振频率信号，并耦合至外部检测设备，获取颅内压力值。植入颅内的传感器电容部分采用柔性材料，对颅内组织损伤极小，可极大降低颅内出血等并发症风险；柔性材料易与脑膜贴合，测量更为精准。

Description

颅内压力传感器、检测设备及制备方法

技术领域

本发明涉及医疗设备技术领域，尤其涉及一种颅内压力传感器、检测设备及制备方法。

背景技术

颅内压是脑组织、脑脊液、血液等颅腔内容物对颅腔内壁的压力，在脑外伤和神经内科病人的临床诊断上都具有重要意义。正常颅内压范围介于70至180mm H₂O，临床上将颅内压持续5min以上超过180mm H₂O称为颅内压增高。颅内压增高可引起一系列的神经内科和神经外科的病理改变，初期主要表现为具有头痛恶心、呕吐、视乳头水肿等；严重的颅内压增高还可导致脑积水、脑肿瘤、脑膜炎等并发症，甚至在短时间内危机生命。因此，发展颅内压监测方法对于准确诊断病情和及时确定临床治疗方案都具有非常重要的意义。

现有颅内压力检测技术根据是否将传感器植入颅内，可分为植入式和非植入式两类。植入式颅内压力检测技术相较非植入式颅内压力检测技术，受环境干扰因素更小，可直接接触测量颅内压力值，在临床应用中更为广泛。目前，在临床上取得应用的植入式颅内压力检测技术均为有线式，即植入于颅内的传感器需要通过导管与外部检测设备连接，在持续监测过程中存在诸多不便，如颅内感染风险大，护理难度高等。针对这一问题，近年来多项研究中采用了无线无源技术，该技术无需导线将植入传感器与外部设备连接且不需要采用电池等任何形式的电源为传感器供电，能够有效降低感染风险，在颅内压力长期监测领域具有极大的应用潜力。

然而在实现本公开的过程中，申请人发现现有技术中植入式无线无源颅内压力检测技术所采用的植入式传感器均为硬质材料，包括硅、玻璃以及塑料等，将基于硬质材料的传感器植入颅内甚至脑组织内，具有颅内出血等风险，并且传感器尺寸较大，对植入传感器周围组织有推挤作用，从而使得所测压力存在一定程度的失真。

发明内容

(一)要解决的技术问题

基于上述问题，本公开提供一种颅内压力传感器、检测设备及制备方法，以缓解现有的植入式传感器，由于采用硬质材料，容易造成颅内出血，并且测量结果存在一定程度的失真的技术问题。

(二)技术方案

在本公开的一个示例性实施例中，提供一种颅内压力传感器，包括：压力敏感电容，其电容值随颅内压力变化而变化，包括：压力敏感层，其形变量随颅内压力变化而改变；第一电极层和第二电极层，分别形成于所述压力敏感层的两侧，形成电容结构，其间距随所述压力敏感层的形变量改变而变化；以及柔性包裹层，包裹于所述压力敏感层、所述第一电极层和所述第二电极层外侧，贴附于颅骨和硬膜之间；以及固定电感，与所述压力敏感电容形成LC振荡电路，植入于颅骨内，用于将电容信号转换为谐振频率信号，并耦合至外部检测设备，获取颅内压力值。

在本公开中，所述压力敏感层上形成有空腔，所述空腔内设置有锥形凸起阵列，所述第一电极层或所述第二电极层扣合于所述空腔内，并抵设在所述锥形凸起阵列上。

在本公开中，所述第一电极层包括：第一子电极层；第二子电极层，与所述第一子电极层相邻设置且形状相同；所述第一子电极层和所述第二电极层以及所述第二子电极层和所述第二电极层构成双电容串联结构。

在本公开中，所述第一子电极层和所述第二子电极层上均设置有导线连接点；所述柔性包裹层上对应所述导线连接点处设置有导线孔。

在本公开中，所述固定电感为磁芯绕线电感，电感值介于10至50mH之间，直径小于8mm，高度低于8mm；和/或所述柔性包裹层的厚度介于10至20μm之间。

在本公开中，所述压力敏感层包含PDMS，所述第一电极层和所述第二电极层包含金属金，所述柔性包裹层包含Parylene。

在本公开的另一个示例性实施例中，还提供一种颅内压力检测设备，包括：本公开提供的颅内压力传感器；以及外部检测设备，与所述固定电感磁耦合，用于将谐振频率信号转换为颅内压力值。

在本公开的再一个示例性实施例中，还提供一种制备方法，采用MEMS加工工艺，包括：步骤A：分别在两块玻璃基板上沉积Parylene，形成两块柔性包裹层；步骤B：在其中一块所述柔性包裹层上形成第一电极层，在另一块所述柔性包裹层上形成第二电极层；步骤C：将所述第一电极层和所述第二电极层相对设置，并在其中形成压力敏感层；步骤D：去除玻璃基板，刻蚀柔性包裹层，形成导线孔；步骤E：将固定电感与第一电极层通过导线孔电气连接，形成LC振荡电路，得到本公开提供的颅内压力传感器。

在本公开中，所述步骤C包括：步骤C1：在带有锥形凹陷阵列的倒模模具上旋涂PDMS，将步骤B形成的第二电极层倒扣在PDMS上，固化PDMS并去除倒模模具，得到锥形凸起阵列；步骤C2：在步骤B形成的第一电极层上旋涂PDMS，刻蚀PDMS至露出第一电极层，并形成与锥形凸起阵列匹配的空腔；步骤C3：将步骤C1和步骤C2形成的PDMS进行键合，形成压力敏感层。

在本公开中，所述步骤C1中，采用氢氧化钾腐蚀液腐蚀硅片基板，形成带有锥形凹陷阵列的倒模模具。

(三)有益效果

从上述技术方案可以看出，本公开提供的颅内压力传感器、检测设备及制备方法具有以下有益效果其中之一或其中一部分：

(1)植入颅内的传感器电容部分采用柔性材料，对颅内组织损伤极小，可极大降低颅内出血等并发症风险；柔性材料易与脑膜贴合，测量更为精准；

(2)压力敏感层采用具有锥形凸起阵列的空腔结构，可有效提升传感器压力灵敏度，同时在受压变形过程中可增大电容相对介电常数；

(3)压力敏感电容采用双电容串联结构，可降低与固定电感形成电气连接的引线难度；

(4)压力敏感电容采用具备柔性及生物兼容性的材料制成，进一步降低对使用者脑部的刺激；

(5)采用MEMS加工工艺制备柔性压力敏感电容，可使植入颅内的传感器电容部分体积小，厚度薄，对颅内组织推挤作用极小，且制备成本低，便于在临床中推广使用。

附图说明

图1为本公开提供的颅内压力传感器中压力敏感电容的爆炸示意图。

图2为本公开提供的颅内压力传感器中压力敏感层的结构示意图。

图3为本公开提供的颅内压力检测设备的工作状态示意图。

图4为本公开提供的制备方法的流程示意图。

【附图中本公开实施例主要元件符号说明】

10-压力敏感电容； 20-固定电感； 30-外部检测设备；

11-压力敏感层； 12第一电极层；

13-第二电极层； 14-柔性包裹层；

111-空腔； 112-锥形凸起阵列；

121-第一子电极层； 122-第二子电极层；

123-导线连接点； 141-导线孔；

1121-倒模模具。

具体实施方式

本公开中，通过柔性材料制作传感器电容，植入颅骨内后对颅内组织损伤极小，可极大降低颅内出血等并发症风险；柔性材料易与脑膜贴合，测量更为精准。

为使本公开的目的、技术方案和优点更加清楚明白，以下结合具体实施例，并参照附图，对本公开进一步详细说明。

图1为本公开提供的颅内压力传感器中压力敏感电容的爆炸示意图。

在本公开的一个示例性实施例中，如图1所示，提供一种颅内压力传感器，包括：压力敏感电容10，其电容值随颅内压力变化而变化，包括：压力敏感层11，其形变量随颅内压力变化而改变；第一电极层12和第二电极层13，分别形成于压力敏感层11的两侧，形成电容结构，其间距随压力敏感层11的形变量改变而变化；以及柔性包裹层14，包裹于压力敏感层11、第一电极层12和第二电极层13外侧，贴附于颅骨和硬膜之间；以及固定电感20，与压力敏感电容10形成LC振荡电路，植入于颅骨内，用于将电容信号转换为谐振频率信号，并耦合至外部检测设备30，获取颅内压力值。

通过颅内压力的变化，挤压压力敏感层11，使压力敏感层11产生形变，从而使第一电极层12和第二电极层13的间距发生变化，进而形成随颅内压力变化而变化的电容值，通过固定电感20将变化的电容信号转化为随颅内压力变化的谐振频率信号，再通过电磁耦合传递至外部检测设备30，即可获得颅内压力值，通过柔性材料制成的柔性包裹层14包裹在压力敏感电容结构的最外部，在降低颅内组织损伤的同时，还可极大降低颅内出血等并发症风险；并且柔性材料易与脑膜贴合，测量更为精准。

图2为本公开提供的颅内压力传感器中压力敏感层的结构示意图。

在本公开中，如图2所示，压力敏感层11上形成有空腔111，空腔111内设置有锥形凸起阵列112，第一电极层12或第二电极层13扣合于空腔111内，并抵设在锥形凸起阵列112上，采用此种设置，能够有效提升同样压力下，压力敏感层11的形变程度，进而提升颅内压力传感器的压力灵敏度，并且在受压变形过程中可增大压力敏感电容10的相对介电常数。

在本公开中，第一电极层12包括：第一子电极层121；第二子电极层122，与第一子电极层121相邻设置且形状相同；第一子电极层121和第二电极层13以及第二子电极层122和第二电极层13构成双电容串联结构，采用此种设置，能够将导线连接点仅设置在第一子电极层121和第二电极层13上，即导线只从第一电极层12的一侧引出，无需从压力敏感电容10的两侧分别引线，降低与固定电感20形成电气连接的引线难度。

在本公开中，如图1所示，第一子电极层121和第二子电极层122上均设置有导线连接点123。

在本公开中，如图1所示，柔性包裹层14上对应导线连接点123处设置有导线孔141。

在本公开中，固定电感20为磁芯绕线电感，电感值介于10至50mH之间，直径小于8mm，高度低于8mm，采用尺寸很小的磁芯绕线电感，在满足耦合强度的情况下，更易于植入使用者颅骨内。

在本公开中，柔性包裹层14的厚度介于10至20μm之间。

在本公开中，压力敏感层11包含PDMS(Polydimethylsiloxane-聚二甲基硅氧烷)，第一电极层12和第二电极层13包含金属金，柔性包裹层14包含Parylene(聚对二甲苯)，采用具备柔性及生物兼容性的材料制作颅内压力传感器，在植入使用者脑部后，能够进一步降低对脑部的刺激。

图3为本公开提供的颅内压力检测设备的工作状态示意图。

在本公开的另一个示例性实施例中，如图3所示，还提供一种颅内压力检测设备，包括：本公开提供的颅内压力传感器；以及外部检测设备30，与固定电感20磁耦合，用于将谐振频率信号转换为颅内压力值。

图4为本公开提供的制备方法的流程示意图。

在本公开的再一个示例性实施例中，如图4所示，还提供一种制备方法，采用MEMS加工工艺，包括：步骤A：分别在两块玻璃基板上沉积Parylene，形成两块柔性包裹层14；步骤B：在其中一块柔性包裹层14上形成第一电极层12，在另一块柔性包裹层14上形成第二电极层13；步骤C：将第一电极层12和第二电极层13相对设置，并在其中形成压力敏感层11；步骤D：去除玻璃基板，刻蚀柔性包裹层，形成导线孔141；步骤E：将固定电感20与第一电极层12通过导线孔141电气连接，形成LC振荡电路，得到本公开提供的颅内压力传感器。

在本公开中，步骤C包括：步骤C1：在带有锥形凹陷阵列的倒模模具上旋涂PDMS，将步骤B形成的第二电极层13倒扣在PDMS上，固化PDMS并去除倒模模具，得到锥形凸起阵列；步骤C2：在步骤B形成的第一电极层12上旋涂PDMS，刻蚀PDMS至露出第一电极层12，并形成与锥形凸起阵列112匹配的空腔111；步骤C3：将步骤C1和步骤C2形成的PDMS进行键合，形成压力敏感层11。

在本公开中，步骤C1中，采用氢氧化钾腐蚀液腐蚀硅片基板，形成带有锥形凹陷阵列的倒模模具。

在本公开中，步骤C1中，将步骤B形成的第二电极层倒扣在PDMS上后，置于真空环境，用于去除PDMS内的气泡。

至此，已经结合附图对本公开实施例进行了详细描述。需要说明的是，在附图或说明书正文中，未绘示或描述的实现方式，均为所属技术领域中普通技术人员所知的形式，并未进行详细说明。此外，上述对各元件和方法的定义并不仅限于实施例中提到的各种具体结构、形状或方式，本领域普通技术人员可对其进行简单地更改或替换。

依据以上描述，本领域技术人员应当对本公开提供的颅内压力传感器、检测设备及制备方法有了清楚的认识。

综上所述，本公开提供的颅内压力传感器、检测设备及制备方法通过柔性材料制作传感器电容，植入颅骨内后对颅内组织损伤极小，可极大降低颅内出血等并发症风险；柔性材料易与脑膜贴合，测量更为精准。

还需要说明的是，实施例中提到的方向用语，例如“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”等，仅是参考附图的方向，并非用来限制本公开的保护范围。贯穿附图，相同的元素由相同或相近的附图标记来表示。在可能导致对本公开的理解造成混淆时，将省略常规结构或构造。

并且图中各部件的形状和尺寸不反映真实大小和比例，而仅示意本公开实施例的内容。另外，在权利要求中，不应将位于括号之间的任何参考符号构造成对权利要求的限制。

类似地，应当理解，为了精简本公开并帮助理解各个公开方面中的一个或多个，在上面对本公开的示例性实施例的描述中，本公开的各个特征有时被一起分组到单个实施例、图、或者对其的描述中。然而，并不应将该公开的方法解释成反映如下意图：即所要求保护的本公开要求比在每个权利要求中所明确记载的特征更多的特征。更确切地说，如下面的权利要求书所反映的那样，公开方面在于少于前面公开的单个实施例的所有特征。因此，遵循具体实施方式的权利要求书由此明确地并入该具体实施方式，其中每个权利要求本身都作为本公开的单独实施例。

以上所述的具体实施例，对本发明的目的、技术方案和有益效果进行了进一步详细说明，所应理解的是，以上所述仅为本发明的具体实施例而已，并不用于限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种颅内压力传感器，包括：

压力敏感电容，其电容值随颅内压力变化而变化，包括：

压力敏感层，其形变量随颅内压力变化而改变；

第一电极层和第二电极层，分别形成于所述压力敏感层的两侧，形成电容结构，其间距随所述压力敏感层的形变量改变而变化；以及

柔性包裹层，包裹于所述压力敏感层、所述第一电极层和所述第二电极层外侧，贴附于颅骨和硬膜之间；以及

固定电感，与所述压力敏感电容形成LC振荡电路，植入于颅骨内，用于将电容信号转换为谐振频率信号，并耦合至外部检测设备，获取颅内压力值。

2.根据权利要求1所述的颅内压力传感器，所述压力敏感层上形成有空腔，所述空腔内设置有锥形凸起阵列，所述第一电极层或所述第二电极层扣合于所述空腔内，并抵设在所述锥形凸起阵列上。

3.根据权利要求1所述的颅内压力传感器，所述第一电极层包括：

第一子电极层；

第二子电极层，与所述第一子电极层相邻设置且形状相同；

所述第一子电极层和所述第二电极层以及所述第二子电极层和所述第二电极层构成双电容串联结构。

4.根据权利要求3所述的颅内压力传感器，所述第一子电极层和所述第二子电极层上均设置有导线连接点；

所述柔性包裹层上对应所述导线连接点处设置有导线孔。

5.根据权利要求1所述的颅内压力传感器，所述固定电感为磁芯绕线电感，电感值介于10至50mH之间，直径小于8mm，高度低于8mm；和/或

所述柔性包裹层的厚度介于10至20μm之间。

6.根据权利要求1所述的颅内压力传感器，所述压力敏感层包含PDMS，所述第一电极层和所述第二电极层包含金属金，所述柔性包裹层包含Parylene。

7.一种颅内压力检测设备，包括：

如上述权利要求1至6中任一项所述的颅内压力传感器；以及

外部检测设备，与所述固定电感磁耦合，用于将谐振频率信号转换为颅内压力值。

8.一种制备方法，采用MEMS加工工艺，包括：

步骤A：分别在两块玻璃基板上沉积Parylene，形成两块柔性包裹层；

步骤B：在其中一块所述柔性包裹层上形成第一电极层，在另一块所述柔性包裹层上形成第二电极层；

步骤C：将所述第一电极层和所述第二电极层相对设置，并在其中形成压力敏感层；

步骤D：去除玻璃基板，刻蚀柔性包裹层，形成导线孔；

步骤E：将固定电感与第一电极层通过导线孔电气连接，形成LC振荡电路，得到如上述权利要求1至6中任一项所述的颅内压力传感器。

9.根据权利要求8所述的制备方法，所述步骤C包括：

步骤C1：在带有锥形凹陷阵列的倒模模具上旋涂PDMS，将步骤B形成的第二电极层倒扣在PDMS上，固化PDMS并去除倒模模具，得到锥形凸起阵列；

步骤C2：在步骤B形成的第一电极层上旋涂PDMS，刻蚀PDMS至露出第一电极层，并形成与锥形凸起阵列匹配的空腔；

步骤C3：将步骤C1和步骤C2形成的PDMS进行键合，形成压力敏感层。

10.根据权利要求9所述的制备方法，所述步骤C1中，采用氢氧化钾腐蚀液腐蚀硅片基板，形成带有锥形凹陷阵列的倒模模具。