SE525538C2 - Sensor- och styrtrådsanordning för intravaskulär mätning av fysiologiska variabler - Google Patents

Description

20 25 30 525 538 2 som den som visas i Re. 35,648, betyder detta att när styrtråden böjs påverkar höjningen av styrträden sensorelementet vilket därigenom buktas in eller sträcks (eller trycks ihop). Inbuktningen av sensorelementet överförs sedan till en deformation av den tryckkänsliga anordningen; och, enligt välkända princi- per, kommer utsignalen från Wheatstone-bryggan därigenom att påverkas av höjningen av styrtråden.

Enligt US 6, 1 12,598 och 6, 167,763, är en lösning på detta problem att montera sensorelementet på ett stöd så att den tryckkänsliga änden av sensorelementet inte står i kontakt med någon annan struktur än dess montering, Dessa två pa- tent uppvisar många utföringsformer med olika sätt att montera sensorelemen- tet sä att böjningskrafterna inte påverkar den Uyckkänsliga änden av sensor- elementet. Ett gemensamt särdrag för dessa utiöringsformer är att ett längsträckt, väsentligen rektangulärt sensorchip monterats i ett urtag på käm- träden på ett sådant sätt att den proximala änden av chipet är fastsatt vid käm- tráden, emedan den distala änden av sensorchipet sticker ut i urtaget så att ett spelrum ästadkommes under den distala delen av chipet där den tryckkänsliga känsliga anordningen (t. ex. ett membran) är anordnat.

I US-patentansökan med titeln "Sensor and Guide Wire Assembly", vilken in- lämnades den 2 juli 2003 av sökanden till föreliggande ansökan, presenteras en principiellt olik lösning. Här är det utformningen av sensorelementet självt - snarare än monteringsarrangemanget och utformningen av kâmtråden - som åstadkommer motståndet mot böjningsartefakter. Enligt ansökan omfattar sen- sorelementet en monteringsbas vilken åstadkommer den önskade stödmonte- ringen av sensorelementet.

Trots att sensor- och styrtrådsanordningen som visats med ett sensorchip ut- format och monterat enligt det som anges i US 6,1 12,598 och 6, l67,763 i prak- tiken har visat sig fungera väl kan utformningen av en sensorstyrträdsanord- ning förbättras, inte minst med avseende på tillverkningsaspekter. 10 15 20 25 30 525 558V Sammanfattning av uppfinningen Såsom nämnts ovan omfattar sensorelementet enligt den kända tekniken ett långstråckt, väsentligen rektangulärt chip med ett membran tillverkat av polyki- sel anordnat därpå. För att uppnå det önskade motståndet mot böjningsartefak- ter kan detta chip utformas och monteras på olika sätt, där det gemensamma särdraget är monteringen på ett utskjutande stöd som medger det önskade motståndetmot böjningsartefakter.

Ett syfte med föreliggande uppfinning är att åstadkomma en ny och förbättrad utformning av ett sensorchip så att, när sensorchipet är monterat på en sensor- och styrtrådsanordning, sensorstyru-ådsanordningen kommer att ha samma eller bättre egenskaper avseende motstånd mot böjningsartefakter. Företrädes- vis skall sensor- och styrtrådsanordningen på samma gång vara lättare och där- igenom billigare att tillverka.

Dessa syften åstadkommes med ett sensorchip och en sensor- och styrtrådsan- ordning enligt föreliggande uppfinning.

En sensor- och styrtrådsanordnirig omfattar ett sensorelement i formen av ett rektangulärt och ganska tunt sensorchip med en tryckkänslig anordning an- ordnad därpå.. Den tryckkånsliga anordningen kan vara i formen av ett mem- bran, vilket täcker en liten kavitet på. översidan av en första änddel av sensor- chipet och vilket har piezoresistiva element monterade därpå. Enligt uppfin- ningen âr ett urtag anordnat på undersidan av sensorchipet. Detta urtag, vilket utgör en gräns mellan den' första änddelen och en andra del av sensorchipet, ger sensorchipet en tunn del med mindre böjningsresistans än resten av chipet.

När sensorelementet har monterats på en sensor- och styrtrådsanordning, med åtminstone den andra delen av sensorchipet fastsatt vid en kämträd, kommer denna tunna del att fungera som ett gånärn eller en ledförbindelse när kärn- tråden böjts. Med hjälp av_ detta gånärrl kommer den tryckkänsliga delen av sensorelementet inte att utsättas för böjningsdeforrnationer av kärntråden, vil- 10 15 20 25 30 525 538 4 ket förhindrar att sådana deformationer överförs till den tryckkånsliga anord- _ ningen.

Ett annat syfte med föreliggande uppfinning är att åstadkomma en metod för tillverkning av ett sensorchip enligt föreliggande uppfmning. Företrâdesvis år sensorchípet tillverkat från ett enda kiselstycke som etsas till önskad form inne- fattande ovannämnda fördjupning.

Kort beskrivning av ritningarna Fig. 1 illustrerar den generella utformningen av en sensor- och styruàdsanord- ning enligt den kända tekniken.

Fig. 2 illustrerar en del av en sensor- och styrtrådsanordning omfattande ett sensorchip enligt föreliggande uppfinning.

Fig. 3 illustrerar schemaüskt reaktionen av sensorchipet enligt föreliggande uppfinning vid böjning av en kämtråd på vilken sensorchipet år monterat.

Detaljerad beskrivning av uppfinningen För att bättre förstå det sammanhang där ett sensorchip enligtföreliggande uppfinning kommer att. användas illustreras en sensor- och styrtrådsanordnirig 1 av konventionellt slag i figur 1. Sensorguiden l omfattar en ihålig tub 2, en kårntràd 3, en första spirallindning 4, en andra spirallindning 5, en mantel eller höljc 6, en kupolformad spets 7, ett sensorelement eller chip 8 och en eller flera elektriska ledningar 9. Den proximala änden av den första spirallindningen 4 år fastsatt vid den distala änden av den ihåliga tuben 2, emedan den distala änden av den första spirallindningen 4 är fastsatt vid den proximala änden av manteln 6. Den proximala änden av den andra spirallindningen 5 år ansluten till den distala änden av manteln 6, och den kupolformade spetsen 7 är fastsatt vid den distala änden av den andra spirallindningen 5. Kämtråden 3 är åtminstone del- vis anordnad inuti den ihåliga tuben 2 så att den distala delen av kämtràden 3 10 15 20 25 30 525 558 5 sticker ut från den ihåligaltuben 2 och in i den andra spirallindningen 5. Sen- sorelementet 8 är monterat på kärnträden 3 vid positionen för manteln 6 och är via de elektriska ledningarna 9 kopplad till en elektronikenhet (inte visad i figu- ren).v Sensorelementet 8 omfattar en tryckkänslig anordning i form av ett mem- bran 10 (inte synligt i figuren) vilket genom en öppning 1 l i manteln 6 ståri kontakt med ett medium, såsom blod, som omger den distala delen av sensor- guiden 1. Även om det inte framgår av figuren omfattar sensorelementet 8 dessutom en elektrisk krets, där ett arrangemang av Wheatstone-brygge-typ är kopplat till ett eller flera piezoresistiva element anordnade på membranet 10. Såsom är väl känt inom teknikområdet kommer ett visst tryck på membranet 10 från det omgivande mediet att därigenom motsvara en viss sträckning av membranet 10 och därigenom en viss resistans för de piezoresistiva elementen monterade där- på och, i-sin tur, en viss utsignal från sensorelementet 8. Det skall därför vara uppenbart att det är högst önskvärt att denna utsignal från sensorelementet 8 inte förändras på grund av faktorer som inte år relaterade till en verklig föränd- ring av de fysikaliska egenskapema av det omgivande mediet. Såsom nämndes ovan är en sådan faktor så kallade böjningsartefaktor, vars ursprung är att en böjning av sensorguiden 1 överförs till en deformation av membranet 10. Hår skall ovarmämnda diskussion om piezoresistiva element kopplade i ett arran- gemang av Wheatstone-brygge-typ endast ses som ett illustrativt exempel; i korthet är det grundläggande problemet att en tryckkänslig anordning, såsom ett membran, kan påverkas av en böjning av en sensorguide.

För att förbättra de potentiellt negativa effekterna av böjningsartefakter åstad- kommer föreliggande uppfinning en ny utfonnning av ett sensorchip som skall användas i en sensor- och' styrtrådsanordning. Figur 2 visar en del av sensor- och styrtrådsanordning 2 1 omfattande en kärntråd 22 och ett sensorelement eller chip 23 enligt föreliggande uppfinning. Sensorchipet 23 omfattar väsentli- gen två delar, en monteringsdel24, som är fastsatt vid en kärntråd 22 och en tryckkänslig del 25 på vars övre sida en tryckkänslig anordning i formen av ett membran 26 är anordnat. En fördjupning 27, vilken är anordnad på undersidan 10 15 20 25 30 525" 558 6 av sensorchipet 23, separerar delvis monteringsdelen 24 från den tryckkänsliga delen 25. Sensorelementet 23 är anordnat inuti en mantel eller hölje 28 och är via en elektrisk ledning i kontakt med en elektronikenhet (inte visad i figuren).

Monteringsdelen 24 kan vara fastsatt vid kåmtråden 22 med hjälp av limning.

Av skål som kommer att diskuteras nedan skall termen "monteringsdel" emel- lertid inte tolkas exklusivt; faktum är att även den tryckkänsliga delen av ett sensorchip kan vara fastsatt vid en kämtråd.

Figur 3 âr en schematisk illustration av ett sensorchip 33 enligt uppfinningen.

Sensorchipet 33 omfattar en monteringsdel 34, vilken är fastsatt vid en käm- träd 32 med hjälp av en adhesiv 38 och en irryckkänslig del 35 på. den övre si- dan där en tryckkänslig anordning i formen av ett membran 36 år anordnad. En fördjupning 37, vilken är anordnad på den undre sidan av sensorchipet 33, ut- gör en gräns mellan monteringsdelen 34 och den tryckkänsliga delen 35. Vid positionen för fördjupningen 37, återstår en tunn del, så att sensorchipet 33 har ett tunnare tvärsnitt vid denna del än vid andra positioner av sensorchipet 33.

Böjningsresistansen vid denna tunna del är mindre än böjningsresistansen för de andra delarna av sensorchipet 33. Vid införandet av en sensor- och styr- trådsanordning i små och slingrande kärl kommer styrtråden att böjas ofta och i figui s visas kämuåiisii 32 i si: sådant baji finsiånii. i den föfsiimsiis biiasii visad i figur 3 ska det därför vara tydligt att när kämtràden 32 böjs kommer i den tunna delen att fungera som ett gångjärn mellan monteringsdelen 34 och den tryckkänsliga delen 35. På grund av denna ledliknande funktion på sensor- chipet 33 tvingas inte den tryckkänsliga delen att anpassas till böjningsdefor- mationema av kärntråden 32, dvs. den tryckkänsliga delen 35 behöver inte följa kurvformen för kârntråden 32. Deformafioner orsakade genom böjning av käm- tråden 32 kommer därmed inte att överföras till deformationer av den tryck- känsliga delen 35 respektive membranet 36. ' Enligt uppfinningen skall den tryckkänsliga anordningen, såsom ett membran, företrädesvis vara placerad ganska nära en ände av ettsensorchip, och det längsgående avståndet mellan den tryckkänsliga anordningen och en fördjup- ning skall vara litet, så att den tryckkänsliga delen blir ganska kort. Med andra 10 15 20 25 30 525 55 CO 7 ord, genom att anordna en fördjupning kommer den effektiva längden av den tryckkânsliga delen i praktiken att reduceras, vilket i sig gör sensorchipet mind- re känsligt för böjriingsartefakter (för att förstå detta påstående kan man före- ställa sig om långden av sensorchipet skulle vara infinitesimalt litet skulle ' sensorchipet, när det var fastsatt vid en kärnüåd av en mjuk, adhesiv, inte kunna anpassa sig till några deformationer av kämtråden, och skulle därigenom vara i praktiken okänsligt mot böjningsartefakter.) Det senaste särdraget är giltigt också när den tryckkänsliga delen är fastsatt vid en kärntråd. Det är därför tänkbart att den tryckkänsliga delen såväl som monteringsdelen av ett sensorchip kan vara fastsatt vid en kärntråd.

Företrädesvis skall en mjuk adhesiv. såsom silikon, användas.

Som ett exempel kan den totala längden av ett sensorchip enligt uppfinningen vara ungefär 1 mm, bredden kan vara ungefär 150 pm och tjockleken för chipet kan vara ungefär 150 pm. Ett lämpligt djup på en fördjupning anordnad någon- stans i mitten av chipet kan vara ungefär 50 um.

Dessutom, även om det inte visas i figurerna, kan sensorchipet beskrivet ovan omfatta piezoresistiva element kopplade i en Wheatstone-brygga, där en del av bryggan är kopplad till ett membran och den andra delen av bryggan är kopplad till ytan av chipet utanför membranet. Med ett sådant arrangemang är sensor- chipet en pieeoresistiv tryckomvandlare genom att ett visst tryck i ett medium som omfattar sensorchipet motsvarar en viss deformation av membranet och, i sin tur en viss resistans i Wheatstone-bryggan. Utsignalema från tryckomvand- laren kommer därigenom att avspegla trycket i mediet som omger sensom.

Enligt uppfinningen har en ny utformning av sensorchipet åstadkommits. Sen- sorchipet är anpassat att monteras på en kärntråd, vilken utgör en del av sen- sor- och styrtrådsanordrringen. Uppfinningen avser därigenom också en ny och förbättrad utformning av en sensor- och styrtrådsanordning, vilken har förbätt- rade sensorchipegenskaper speciellt avseende motstånd mot böjningsartefakter.

Företrädesvis är sensorchipet tillverkat av en enda kiselbit som etsas till önskad form, innefattande ovannämnda fördjupning. Med den nya utformningen av l0 15 20 525 5138 8 sensorchipet kan utformningen av kârntràden förenklas, t. ex. behöver inte kârntråden förses med monteringsstrukturer som fördjupningar, vilken i sin tur minskar de totala produktionskosmaderna för sensorstyrtrådsanordningen som helhet. Trots att föreliggande uppfinning har beskrivits med hänvisning till spe- cifika utföringsformer som också. visas i de bifogade ritningarna kommer det att vara uppenbart för fackmannen inom området att många varianter och modifie- ringar kan göras inom ramen för uppfinningen såsom den beskrivs i beskriv- ningen och definieras med hänvisning till kraven nedan. T. ex. kan kännetecken beskrivna ovan i denna ansökan kombineras med kännetecken angivna i US- patent Re. 35 / 648, 6,1 12,598 och 6, 167,763 såväl som i vår ovarmâmnda US- patentansökan. Det skall i synnerhet noteras att de förbättrade kânnetecknen av en sensorguide försedd med ett sensorchip enligt uppfinningen inte är bero- ende på utformningen av andra delar av sensorguiden. Därför kan en sensor- och styrtrådsanordning innefatta eller inte innefatta delar såsom mantlar eller höljen, spirallíndningar eller spetsar med speciella former. Dessutom kan styr- tråden, pà vilken sensorchipet år monterat, sträcka sig längs väsentligen hela längden av sensorguiden, eller styr-tråden kan vara anordnad endast vid den distala delen av sensor-guiden. Det kan också tänka sig att man har mer ån en fördjupning anordnad, och att fördjupningen eller fördjupningarna kan vara anordnade på samma sida på. sensorchipet som den tryckkânsliga anordningen.

Claims (17)

10 15 20 25 30 525 558 9 PATENTKRAV

1. Sensorchip (23; 33) för en sensor- och styrtrådsanordning (2 1) för _in- travaskulår mätning av åtminstone en fysiologisk variabel i en levande kropp, där sensorchipet (23; 33) år anpassat att monteras på en kârntråd (22; 32) och har en första ânddel (25; 35) med en första sida som år försedd med en tryck- känslig anordning (26; 36) k å n n e t e c k n a t av att sensorchipet (23; 33) om- fattar en fördjupning (27; 37), som år anordnad mellan den första ånddelen (25; 35) och en andra del (24, 34) av sensorchipet (23; 33).

2. Sensorchip (23; 33) enligt krav 1, k â n n e t e e k n a d av att för- djupningen (27 ; 37) är anordnad på sidan som år motstående den sidan av sen- sorchipet (23; 33) där den Iryckkånsliga anordningen (26; 36) år anordnad.

3. Sensorchip (23; _33) enligt krav 1 eller krav 2, k ä. n n e t e c k n a t av att den tryckkånsliga anordningen (26; 36) år anordnad nära den första änden av sensorchipet (23; 33).

4. Sensorchip (23; 33) enligt något av kraven 1 - 3, k å n n e t e c k n a t av att fördjupningen (27; 37) i långsled år anordnad nära den tryckkånsliga an- ordningen (26; 36). '

5. Sensorchip (23; 33) enligt något av ln-aven 1 - 4, k â n n e t e c k n a t av att djupet av fördjupningen (27 ; 37) år ungefär en tredjedel av tjockleken på sensorchipet (23; 33).

6. Sensorchip enligt något av kraven 1 - 5, k å n n e t e c k n a t av att i många fördjupningar år anordnade.

7. Sensorchip (23; 33) enligt något av kraven 1 - 6, k ä n n e t e c k n a t av att sensorchipet (23; 33) âr en piezoresisfiv tryckomvandlare. 10 15 20 25 30 525 538 10

8. Sensor- och styrtrådsanordning (21) för intravaslmlår mätning av åt- minstone en fysiologisk variabel i en levande kropp, omfattande en kåmtràd (22; 32) och ett sensorelement (23; 33) med en första ânddel (25; 35), som har en första sida som år försedd med en tryckkånslig anordning (26; 36), k å n n e- t e c k n a d av att sensorelementet (23; 33) omfattar en fördjupning (27; 37), som är anordnad mellan den första ånddelen (25; 35) och en andra del (24; 34) av sensorelementet (23; 33).

9. Sensor- och styrtrådsanordning (21) enligt krav 8, k å n n e t e c k- n a d av att fördjupningen (27; 37) år anordnad på sidan som år motstáende den sidan av sensorelementet (23; 33) där den tryckkânsliga anordningen (26;36) år anordnade.

10. Sensor- och styrtrådsanordning (21) enligt krav 8 eller krav 9, k å n- n e t e c k n a t av att den tryckkânsliga anordningen (26; 36) år anordnad nåra den första änden av sensorelementet (23; 33).

11. ll. Sensor- och styrtrådsanordning (21) enligt något av kraven 8 -10, k ä n n e t e c k n a d av att fördjupningen (27 ; 37) i långsled år anordnad nära den tryckkânsliga anordningen (26; 36).

12. Sensor- och styrtrådsanordning (2 1) enligt något av kraven 8 -l l", k å n n e t e c k n a d av att djupet på fördjupningen (27; 37) år ungefär en tred- jedel av tjockleken på. sensorelementet (23; 33).

13. Sensor- och styrtrådsanordning enligt något av kraven 8 - 12, k å n n e t e c k n a d av att många fördjupningar år anordnade.

14. Sensor- och styrtràdsanordning enligt något av kraven 8 -13, k å n n e t e c k n a d av att den andra delen (24; 34) av sensorelementet (23; 33) år fastsatt vid kåmtràden (22; 32). 10 525 5238 ll

15. Sensor- och styrtràdsanordning enligt ln-av 14, k ä. n n e t e c k n a d av att den första delen (25; 35) av sensorelementet (23; 33) år fastsatt vid käm- tråden (22; 33). '

16. Sensor- och styrtrådsanordning (21) enligt något av kraven 8 till 15, k å n n e t e c k n a d av att sensorelementet (23; 33) är en piezoresistiv tryck- omvandlare.

17. Metod för tillverkning av ett kiselsensorchip (23; 33) för en sensorstyr- trådsanordning (21) för intravaskulår mätning av åtminstone en fysiologisk va- riabel i en levande kropp, k ä n n e t e c k n a d av att sensorchipet (23; 33) âr försedd med en fördjupning (27 ; 37) vilken år åstadkommen med etsning.