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TWI653031B - 無線壓力檢測儀 - Google Patents

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TWI653031B
TWI653031B TW105109684A TW105109684A TWI653031B TW I653031 B TWI653031 B TW I653031B TW 105109684 A TW105109684 A TW 105109684A TW 105109684 A TW105109684 A TW 105109684A TW I653031 B TWI653031 B TW I653031B
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蔣明富
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鉅旺生技股份有限公司
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Abstract

本發明揭示了一種無線壓力檢測儀，包含一殼體模組、一無線通訊模組、一運算電路模組、以及一感測模組。其中該感測模組包含一感測導管，該感測導管上設有一感壓元件，該感壓元件量測該感測導管或與該感壓元件連接之一鼓膜因壓力產生之形變量，再經由一軟板走線傳送給該運算電路模組。

Description

無線壓力檢測儀
一種無線壓力檢測儀，尤指一種可監測顱內壓(Intracranial pressure,ICP)的無線壓力檢測儀。
一般而言，顱內壓(Intracranial pressure,ICP)係因顱骨封閉所產生之壓力，當顱內出血或是增生腫瘤等情況發生時，因擠壓到顱內的空間，而導致顱內壓升高。
在顱內壓升高的情況下，可能會壓迫到顱內許多重要的大腦部位，諸如腦幹或小腦等。因此，對於具有腦部病變、顱骨骨折、腫瘤或出血狀況的病人，因此有效的監測顱內壓屬於一門重要的課題。
而在加護病房或神經外科的手術中，對於顱內壓的監測更屬重要。係因許多導致顱內壓升高的原因涉及物理性的創傷，大量內出血的結果會使得顱內壓急遽飆升。因此，站在第一線的醫護人員往往在這類手術中，最要緊的事是隨時觀看顱內壓力的變化，透過該變化進而判斷當危急情況發生時，得以執行引流等相關的減壓措施，防止病患腦部血流停滯、缺氧或是壓迫到顱內重要部位等情事發生。
此外，醫師執刀時的順暢度亦會影響到手術順利的程度。而傳統的顱內壓監測儀多半使用有線的方式與主機或螢幕連接，但採用有線 的方式，在手術過程器具移動及人員移動時，容易造成不必要的危險，是當前手術進行中伴隨使用的監測行為中，需要克服的一大問題。
為解決先前技術所提及的問題，本發明提供了一種無線壓力檢測儀，包含一殼體模組、一無線通訊模組、一運算電路模組以及一感測模組。
其中，該無線通訊模組設於該殼體模組內，該運算電路模組與該無線通訊模組連接，該感測模組則與該運算電路模組連接。該感測模組包含一感測導管，該感測導管上設有一感壓元件，該感壓元件量測該感測導管或與該感壓元件連接之一鼓膜因壓力產生之形變量，再經由一軟板走線傳送給該運算電路模組。
10‧‧‧無線壓力檢測儀
100‧‧‧無線通訊模組
200‧‧‧運算電路模組
201‧‧‧微控制器
201a‧‧‧可程式化增益放大器
201b‧‧‧類比數位轉換器
201c‧‧‧類比數位轉換緩衝器
201d‧‧‧數位訊號處理器
201e‧‧‧能源管理震盪器
201f‧‧‧數位暫存器
201g‧‧‧電復位器
201h‧‧‧積體電路匯流排/序列周邊介面
202‧‧‧電源供應器
203‧‧‧類比前端電路
204‧‧‧無線射頻收發器
300‧‧‧感測模組
301‧‧‧感測電路
302‧‧‧溫度感測器
303‧‧‧感測調節器
304‧‧‧感測導管
305‧‧‧感壓元件
306‧‧‧軟板走線
3061‧‧‧通氣孔
307‧‧‧感壓元件
3071‧‧‧孔洞
308‧‧‧傳導膠膜
309‧‧‧鼓膜
400‧‧‧殼體模組
401‧‧‧轉接件
402‧‧‧外殼
403‧‧‧隔板
404‧‧‧外蓋
500‧‧‧連接件模組
501‧‧‧第一走線
502‧‧‧第一支撐件
503‧‧‧第二支撐件
504‧‧‧第二走線
505‧‧‧支撐板
FB‧‧‧覆凸塊
IC‧‧‧顱內
SKN‧‧‧皮膚
SKL‧‧‧顱骨
θ‧‧‧夾角
圖1係本發明一實施例之電路結構圖。
圖2係本發明另一實施例之電路結構圖。
圖3(a)係本發明一實施例外觀示意圖。
圖3(b)係本發明一實施例機構分解示意圖。
圖3(c)係本發明一實施例感測模組內部構造縱切面示意圖。
圖3(d)係本發明一實施例感測模組內部構造橫切面示意圖。
圖4(a)係本發明另一實施例外觀示意圖。
圖4(b)係本發明另一實施例機構分解示意圖。
圖4(c)係本發明另一實施例感測模組內部構造縱切面示意圖。
圖4(d)係本發明另一實施例感測模組感測區示意圖。
圖5係本發明實施例實際使用示意圖。
為能瞭解本發明的技術特徵及實用功效，並可依照說明書的內容來實施，茲進一步以如圖式所示的較佳實施例，詳細說明如後：請先參照圖1，圖1係本發明一實施例之電路架構圖。如圖1所示，本實施例無線壓力檢測儀10包含殼體模組400(圖1未示，可先參照圖3(b)或圖4(b))、無線通訊模組100、運算電路模組200以及感測模組300。
其中，無線通訊模組100設於殼體模組400內，本實施例之無線通訊模組100為線圈，更進一步來說是無線射頻線圈；而運算電路模組200與該無線通訊模組100連接，感測模組300則與運算電路模組200連接。
更進一步來說，運算電路模組200包含微控制器201、電源供應器202、類比前端電路203、無線射頻收發器204。其中，無線射頻收發器204與微控制器201連接，電源供應器202則分別與微控制器201及無線射頻收發器204連接，而類比前端電路203可包含可程式化增益放大器201a(圖1未示，可參照圖2)，協助將來自感測模組300的類比訊號轉換為數位訊號，且類比前端電路203分別與微控制器201及感測模組300連接。
本實施例中，電源供應器202主要提供整個運算電路模組200及感測模組300電力，其中一種實施方式是在無線壓力檢測儀10之殼體模組400中容置微型鋰電池等可充電電池提供電源，另一種實施方式則是透過無線射頻讀取器在與所述無線射頻收發器204接觸收發時，透過感應的方式直接透過電源供應器202提供整個運算電路模組200及感測模組300電力，本發 明不以此為限。
此外，在某些實施樣態中，類比前端電路203亦可與微控制器201整併，如直接採用具有類比數位訊號轉換器(Analog-to-digital converter,ADC)功能之微控制器201，該類實施方式請參照圖2之相關說明。
請參照圖2，圖2係本發明另一實施例之電路結構圖。圖2所示之實施例中，主要著重於如圖1所示之微控制器201及感測模組300之間的實施方式；即圖2實施例和圖1實施例的差別在於，圖2所載之實施例不具有類比前端電路203，而是將類比前端電路203的功能整併於微控制器201中。因此在圖2的實施例中，微控制器201直接與感測模組300連接。
圖2實施例所述之微控制器201可進一步包含可程式化增益放大器201a(Programmable Gain Amplifier,PGA)、類比數位轉換器201b(Analog-to-digital converter,ADC)、類比數位轉換緩衝器201c、數位訊號處理器201d(Digital Signal Processor,DSP)、能源管理震盪器201e(Power Management Oscillator,PMO)、數位暫存器201f(Digital Register)、電復位器201g(Power-On Reset,POR)以及積體電路匯流排/序列周邊介面201h(I2C/SPI interface)。上述元件之連接關係及其資料或電力傳輸方向係依照圖2中箭頭方向所示。
其中電復位器201g設於微控制器201中，其位置並不加以限定，僅依照半導體製程上之差異設置。可程式化增益放大器201a可與感測模組300連接，而類比數位轉換器201b與可程式化增益放大器201a連接，類比數位轉換緩衝器201c則與該類比數位轉換器連接。
數位訊號處理器201d與類比數位轉換器201b連接，能源管理 震盪器201e則與數位訊號處理器201d及電源供應器202連接(詳見圖1)，最後數位暫存器201f亦與數位訊號處理器201d連接。經轉換為數位訊號後之資料，則透過與數位訊號處理器201d連接之積體電路匯流排/序列周邊介面201h傳輸，所述積體電路匯流排/序列周邊介面201h分別與無線射頻收發器204(可參照圖1)及數位訊號處理器201d連接。
其中，可程式化增益放大器201a可接受來自感測模組300之訊息，更進一步來說，由於感測模組300多半發出的訊息係用於偵測外界之物理訊號，如將溫度或壓力等數值轉換成電壓，屬於類比訊號。因此需透過可程式化增益放大器201a將有系統的將各種類比訊號放大後，再傳給類比數位轉換器201b轉換為數位訊號。
圖2之實施例中，感測模組300包含感測電路301、溫度感測器302、感測調節器303。其中感測電路301與溫度感測器302個別與可程式化增益放大器201a連接，而感測調節器303則與感測電路301連接。在此實施例中，感測電路301可以是任何一種感測器之迴路，舉以本發明之概念即為壓力感測電路，而感測調節器303可有效調節感測電路301的感測靈敏度等參數，本發明不以此為限。
此外，本實施例亦多提供了溫度感測器302，除了監測壓力的同時能一併偵測溫度，諸如受試者之體溫等等，本發明亦不以此為限。
接著請同時參照圖3(a)及圖3(b)，圖3(a)係本發明一實施例外觀示意圖；圖3(b)係本發明一實施例機構分解示意圖。如圖3(a)所示，本實施例無線壓力檢測儀10之外觀可見得由殼體模組400中之轉接件401、外殼402、外蓋404以及感測模組300之感測導管304所共構組成。
而圖3(b)所示為將無線壓力檢測儀10拆開後各零件組成之狀態，其中無線壓力檢測儀10主要包含殼體模組400、無線通訊模組100、運算電路模組200以及感測模組300。其中，感測模組300包含所述之感測導管304，感測導管上(或其中)設有感壓元件305。本實施例中，感壓元件305可量測感測導管因壓力產生之形變量，再經由軟板走線306(圖3(b)未示，可先參照圖3(c))傳送給運算電路模組200。
本實施例中，殼體模組400包含轉接件401、外殼402、隔板403以及外蓋404。本實施例之機構連接樣態為轉接件401與感測導管304連接，其連接方式可以是旋接等方式，而外殼402則與轉接件401連接。在其他實施樣態中，感測導管304、轉接件401及外殼402亦可為一體成形之構造，本發明不以此為限。
而隔板403則設於外殼402內，且隔板403可將無線通訊模組100與運算電路模組200隔開。本實施例中，無線通訊模組100為線圈，更進一步來說是無線射頻線圈，然實際上僅是要任何具有數位資料無線傳輸功能的裝置或元件皆可做為無線通訊模組100，本發明不加以限制。
此外，本實施例之運算電路模組200主要是由中間開有圓孔之圓形印刷電路板組成，其上之電子電路元件實施樣態可參照前述圖1及圖2之相關說明以及可能之實施樣態，此處不多加贅述。
最後，外蓋404與外殼402連接，可有效將前述無線通訊模組100及運算電路模組200包覆於無線壓力檢測儀10之內。此外，為有效支撐殼體模組400中之元件及結構，本實施例之殼體模組400更包含連接件模組500。
所述連接件模組500包含第一走線501、第一支撐件502、第 二支撐件503、第二走線504以及支撐板505。其中第一走線501與運算電路模組200連接，第一支撐件502與隔板403連接，第二支撐件503與第一支撐件502連接，而第二走線504則穿過第二支撐件503與第一走線501連接。支撐板505與第二走線504連接，且支撐板505與無線通訊模組200連接。
所述連接件模組500可依據使用者需求選用，主要需具備電力傳輸及通訊之功能。以本實施例而言，第一走線501及第二走線504主要為金屬走線，可有效連接運算電路模組200以及無線通訊模組100；而第一支撐件502、第二支撐件503及支撐板505為機構上之支撐功能，用以支撐及絕緣運算電路模組200、第一走線501、第二走線504及無線通訊模組100，協助所有內部模組間之溝通及電力傳輸。
接著請同時參照圖3(c)及圖3(d)，圖3(c)係本發明一實施例感測模組內部構造縱切面示意圖；圖3(d)係本發明一實施例感測模組內部構造橫切面示意圖。如圖3(c)所示，本實施例中之感測導管304為鈦合金圓管，更進一步說，所述鈦合金圓管為封閉圓管，其直徑為2毫米，壁厚0.25毫米，內部空腔半徑為0.75毫米，本實施例採用此數值係為使感測導管304可產生些微形變而設置。此外，未使感測導管304可與欲感測部位之壓力做出區隔，該感測導管304須為封閉狀態，且將其內部之大氣壓力控制在常壓的情況下。
本實施例中，感壓元件305可為半導體應變片(Semiconductor strain gauge)，貼附或鑲嵌於感測導管304上，其實施方式可如圖3(d)之夾角θ所示。本實施例中，夾角θ兩側之虛線箭頭為管內之半徑，且夾角θ的度數為40°，可有效偵測感測導管304之徑向與環向的形變，並將形變之資料 透過全橋電路轉換為電壓。此外，本實施例中，軟板走線306可透過覆凸塊(Flip bump)(圖3(c)中符號覆凸塊FB虛線方框處)的方式與貼於感測導管304上的感壓元件305連接，藉以傳送感壓元件305所產生的電壓訊號給予運算電路模組200。
所述感壓元件305或感測導管304的長度、形狀或材質可由使用者依據欲偵測壓力的部位或組織自行調整，本實施例僅舉以最佳實施方式，實際上本發明並不以此為限。使用者亦可以依照需要在感測導管304的外層甚至是整個殼體模組400的外層鍍上一層抗菌金屬鍍膜，防止與組織接觸之部分發生感染等情事。
接著請同時參照圖4(a)~圖4(d)，圖4(a)係本發明另一實施例外觀示意圖；圖4(b)係本發明另一實施例機構分解示意圖；圖4(c)係本發明另一實施例感測模組內部構造縱切面示意圖；圖4(d)係本發明另一實施例感測模組感測區示意圖。
如圖4(a)及圖4(b)所示，該實施例中之結構大體上與圖3(a)及圖3(b)所示之結構及相關說明相同，差異主要在於感壓元件307的設置方式及其感壓原理。
如圖4(c)及4(d)所示，感壓元件307係設置於感測導管304之內部底面，該感壓元件307量測與之連接的鼓膜309因壓力產生之形變量，再經由軟板走線306傳送給運算電路模組200。感壓元件307可經矽穿孔(Through Silicon Via,TSV)後以三維積體電路(3D IC)封裝的方式與軟板走線306連接，因此圖4(d)所示的結構中包含孔洞3071的形成。
而與圖3(a)~3(d)所載實施例相同，本實施例感測導管304內 亦須將大氣壓力保持於常壓，特別是與鼓膜309接觸之部份，因此軟板走線306上設有通氣孔3061，協助鼓膜309之內面保持常壓狀態。此外，由於如鼓膜309直接面對外界壓力，恐有破損之虞，因此在部份實施方式中，鼓膜309外更設有傳導膠膜308。
傳導膠膜308所扮演之角色在於防止鼓膜309破損以及確實的將外界造成的壓力傳遞到鼓膜309上，因此傳導膠膜308本身須以不容易形變之材質為主，本發明不以此為限。當然，在其他實施方式中，感壓元件307亦可設置為同時感應鼓膜309及部份感測導管304管壁的形變量輔助決策，本發明不以此為限。
除上述兩種實施例外，在某些實施例中，感測導管304亦可採用伸縮管的機構方式，手動或配合微型馬達以螺旋升降的方式調整其感測深度，因此，為確保感測導管304內為常壓狀態，殼體模組400上任意與感測導管304相通之零件更可設有一壓力調整閥，將感測導管304的內部空間控制在常壓的狀態下。
此外，在另一些實施方式中更可以在感測導管304中植入溫度感測器，係因考量到微型管狀物會因溫度變化產生熱脹冷縮的形變，因此非物理壓力產生的管壁形變必須同時考慮進去，才能測得實際因外界物理壓力產生的形變量為何，而非因熱脹冷縮產生的形變。
最後請參照圖5，圖5係本發明實施例實際使用示意圖。如圖5所示，本實施例之無線壓力檢測儀10可用以偵測顱內壓，因此感測模組300須穿過皮膚SKN、顱骨SKL到達顱內IC的欲偵測部位。此外，在部份實施方式中，殼體模組400可設計為具有螺紋等表面結構，以嚙咬、卡扣或螺旋旋 合等方式使殼體模組400與顱骨SKL的開口結合，防止脫落。
惟以上所述者，僅為本發明之較佳實施例而已，當不能以此限定本發明實施之範圍，即依本發明申請專利範圍及說明內容所作之簡單的等效變化與修飾，皆仍屬本發明涵蓋之範圍內。

Claims (12)

  1. 一種無線壓力檢測儀，包含：一殼體模組；一無線通訊模組，設於該殼體模組內；一運算電路模組，與該無線通訊模組連接；以及一感測模組，與該運算電路模組連接；該感測模組包含一感測導管，該感測導管為封閉圓管，且該感測導管上設有一感壓元件，該感壓元件量測與其連接之一鼓膜因壓力產生之形變量，再經由一軟板走線傳送給該運算電路模組；其中，該軟板走線設於該感測導管內且覆蓋於該感壓元件上，該軟板走線上設有一通氣孔，使該鼓膜之內面與該感測導管內部連通，進而保持常壓狀態。
  2. 如請求項1所述之無線壓力檢測儀，其中該殼體模組包含：一轉接件，與該感測導管連接；一外殼，與該轉接件連接；一隔板，設於該外殼內，該隔板將該無線通訊模組與該運算電路模組隔開；以及一外蓋，與該外殼連接。
  3. 如請求項2所述之無線壓力檢測儀，其中該殼體模組更包含一連接件模組，該連接件模組包含： 一第一走線，與該運算電路模組連接；一第一支撐件，與該隔板連接；一第二支撐件，與該第一支撐件連接；以及一第二走線，穿過該第二支撐件與該第一走線連接；一支撐板，與該第二走線連接，且該支撐板與該無線通訊模組連接。
  4. 如請求項1所述之無線壓力檢測儀，其中該無線通訊模組為一線圈。
  5. 如請求項1所述之無線壓力檢測儀，其中該感壓元件更與一感測調節器連接。
  6. 如請求項1所述之無線壓力檢測儀，其中該運算電路模組包含：一微控制器；一無線射頻收發器，與該微控制器連接；一電源供應器，分別與該微控制器及該無線射頻收發器連接；以及一類比前端電路，該類比前端電路分別與該微控制器及該感測模組連接。
  7. 如請求項1所述之無線壓力檢測儀，其中該運算電路模組包含：一微控制器，與該感測模組連接；一無線射頻收發器，與該微控制器連接；以及一電源供應器，分別與該微控制器及該無線射頻收發器連接。
  8. 如請求項7所述之無線壓力檢測儀，其中該微控制器包含：一電復位器，設於該微控制器中；一可程式化增益放大器，與該感測模組連接；一類比數位轉換器(Analog-to-digital converter,ADC)，與該可程式化增益放大器連 接；一類比數位轉換緩衝器，與該類比數位轉換器連接；一數位訊號處理器，與該類比數位轉換器連接；一能源管理震盪器，與該電源供應器及該數位訊號處理器連接；一數位暫存器，與該數位訊號處理器連接；以及一積體電路匯流排/序列周邊介面(I2C/SPI interface)，分別與該無線射頻收發器及該數位訊號處理器連接。
  9. 如請求項1所述之無線壓力檢測儀，其中該感測導管為鈦合金圓管。
  10. 如請求項1所述之無線壓力檢測儀，其中該感壓元件與該軟板走線透過覆凸塊(Flip bump)連接。
  11. 如請求項1所述之無線壓力檢測儀，其中該感壓元件以一矽穿孔法(Through Silicon Via,TSV)與該軟板走線連接，並形成一連接樣態，該連接樣態為一三維積體電路(3D IC)封裝。
  12. 如請求項1所述之無線壓力檢測儀，其中該鼓膜外更設有一傳導膠膜。
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