CN110720936A - 植入式压力传感器及体内压力的测量方法 - Google Patents

Abstract

本发明属于医疗器械技术领域，具体涉及一种植入式压力传感器及体内压力的测量方法。本发明的植入式压力传感器包括：支撑衬底及上盖板，所述支撑衬底上设置有MEMS感应元件；所述上盖板罩设于所述支撑衬底上，所述上盖板内设置有用于容纳所述MEMS感应元件的微腔体，所述微腔体内填充有液体，所述上盖板和所述支撑衬底采用具有生物相容性的材料制作。本发明的植入式压力传感器中，所述上盖板和所述支撑衬底采用具有生物相容性的材料制作，达到生物相容性和气密性，微腔体在外部压力作用下通过液体将压力传递至MEMS感应元件，测量误差较小、可重复性较好，且无需校准操作。

Description

植入式压力传感器及体内压力的测量方法

技术领域

本发明属于医疗器械技术领域，具体涉及一种植入式压力传感器及体内压力的测量方法。

背景技术

人体体内压力精准测量对于疾病诊断与治疗具有积极指导和参考作用，如危重症患者在治疗过程中需通过手术介入方式直接测量血流动力学、呼吸动力学、尿动力学等，来获取人体器官更加准确的微细生命体征变化。

常规MEMS(英文名为：Micro-Electro-Mechanical System，中文名为：微机电系统)压力微传感器多采用硅基材料来做衬底，铝或铜等材料来做电极、引线、焊接材料等，无法满足植介入使用的生物相容性要求。

目前，临床上只能采用经皮穿刺行导管至待测血管、肺部气管、膀胱内，导管内充满生理盐水来传导体内压力至体外压力传感器；这是一种间接测量法，由于生理盐水与体内待测液体之间存在自由扩散现象，加上人体体位随机变化、导管插入深度/位置容易变化、导管插入点与传感器存在高度差等不可避免影响，测量误差较大、可重复性较差，且校准操作也相对繁琐。

现有的体内压力测量采用导管，存在测量误差较大、可重复性较差，且校准操作也相对繁琐的问题。

发明内容

本发明的目的是至少解决现有的体内压力测量采用导管，存在测量误差较大、可重复性较差，且校准操作也相对繁琐的问题。该目的是通过以下技术方案实现的：

本发明的第一方面提出了一种植入式压力传感器，所述植入式压力传感器包括：

支撑衬底，所述支撑衬底上设置有MEMS感应元件；及

上盖板，所述上盖板罩设于所述支撑衬底上，所述上盖板内设置有用于容纳所述MEMS感应元件的微腔体，所述微腔体内填充有液体，所述上盖板和所述支撑衬底采用具有生物相容性的材料制作。

根据本发明的植入式压力传感器中，所述上盖板和所述支撑衬底采用具有生物相容性的材料制作，达到生物相容性和气密性，微腔体在外部压力作用下通过液体将压力传递至MEMS感应元件，测量误差较小、可重复性较好，且无需校准操作。

另外，根据本发明的植入式压力传感器，还可具有如下附加的技术特征：

在本发明的一些实施例中，所述上盖板和所述支撑衬底外设有生物涂层，所述生物涂层的材质为聚对二甲苯、聚四氟乙烯、生物硅胶或聚氨酯。

在本发明的一些实施例中，所述上盖板顶部对应于所述微腔体形成微感应薄膜，所述微感应薄膜厚度为微米级。

在本发明的一些实施例中，所述MEMS感应元件上连接有引线，所述引线的材质为铂、铱或铂铱合金；

所述引线的一端与所述MEMS感应元件连接，所述引线的另一端穿设于支撑衬底，所述引线通过焊接点固定在所述支撑衬底上，所述焊接点的材料为金、玻璃或陶瓷。

在本发明的一些实施例中，所述支撑衬底上设置有用于所述引线穿出的微通孔。

在本发明的一些实施例中，所述上盖板和所述支撑衬底的制作材料为玻璃、陶瓷或惰性金属。

在本发明的一些实施例中，所述微腔体通过湿法刻蚀、干法刻蚀、软光刻或精密机加工工艺在所述上盖板内表面制作。

在本发明的一些实施例中，所述支撑衬底与所述上盖板通过静电键合、等离子键合或激光金属焊接工艺来实现气密性封装。

本发明的另一方面还提出了一种体内压力的测量方法，所述体内压力的测量方法具有上述任一项所述的植入式压力传感器，其中，包括以下步骤：

微感应薄膜检测到外部流体的压力，微感应薄膜挤压微腔体内的液体，压力传导至MEMS感应元件得出测量的压力。

在本发明的一些实施例中，将上盖板和支撑衬底放在所述导管内，通过导管放置于待测位置进行长期植入或短期介入。

附图说明

通过阅读下文优选实施例的详细描述，各种其他的优点和益处对于本领域普通技术人员将变得清楚明了。附图仅用于示出优选实施例的目的，而并不认为是对本发明的限制。而且在整个附图中，用相同的附图标记表示相同的部件。

在附图中：

图1示意性地示出了根据本发明实施例的植入式压力传感器的结构示意图。

附图中各标号表示如下：

1：MEMS感应元件；2：引线；3：焊接点；4：支撑衬底；5：微腔体；6：上盖板；61：微感应薄膜；7：生物涂层。

具体实施例

下面将参照附图更详细地描述本公开的示例性实施例。虽然附图中显示了本公开的示例性实施例，然而应当理解，可以以各种形式实现本公开而不应被这里阐述的实施例所限制。相反，提供这些实施例是为了能够更透彻地理解本公开，并且能够将本公开的范围完整的传达给本领域的技术人员。

应理解的是，文中使用的术语仅出于描述特定示例实施例的目的，而无意于进行限制。除非上下文另外明确地指出，否则如文中使用的单数形式“一”、“一个”以及“所述”也可以表示包括复数形式。术语“包括”、“包含”、“含有”以及“具有”是包含性的，并且因此指明所陈述的特征、步骤、操作、元件和/或部件的存在，但并不排除存在或者添加一个或多个其它特征、步骤、操作、元件、部件、和/或它们的组合。文中描述的方法步骤、过程、以及操作不解释为必须要求它们以所描述或说明的特定顺序执行，除非明确指出执行顺序。还应当理解，可以使用另外或者替代的步骤。

尽管可以在文中使用术语第一、第二、第三等来描述多个元件、部件、区域、层和/或部段，但是，这些元件、部件、区域、层和/或部段不应被这些术语所限制。这些术语可以仅用来将一个元件、部件、区域、层或部段与另一区域、层或部段区分开。除非上下文明确地指出，否则诸如“第一”、“第二”之类的术语以及其它数字术语在文中使用时并不暗示顺序或者次序。因此，以下讨论的第一元件、部件、区域、层或部段在不脱离示例实施例的教导的情况下可以被称作第二元件、部件、区域、层或部段。

为了便于描述，可以在文中使用空间相对关系术语来描述如图中示出的一个元件或者特征相对于另一元件或者特征的关系，这些相对关系术语例如为“内部”、“外部”、“内侧”、“外侧”、“下面”、“下方”、“上面”、“上方”等。这种空间相对关系术语意于包括除图中描绘的方位之外的在使用或者操作中装置的不同方位。例如，如果在图中的装置翻转，那么描述为“在其它元件或者特征下面”或者“在其它元件或者特征下方”的元件将随后定向为“在其它元件或者特征上面”或者“在其它元件或者特征上方”。因此，示例术语“在……下方”可以包括在上和在下的方位。装置可以另外定向(旋转90度或者在其它方向)并且文中使用的空间相对关系描述符相应地进行解释。

本发明的第一方面提出了一种植入式压力传感器，该植入式压力传感器用于检测人体体内压力。

如图1所示，本实施例中的植入式压力传感器包括：支撑衬底4及上盖板6，所述支撑衬底4上设置有MEMS感应元件1；所述上盖板6罩设于所述支撑衬底4上，所述上盖板6内设置有用于容纳所述MEMS感应元件1的微腔体5，所述微腔体5内填充有液体，所述上盖板6和所述支撑衬底4采用具有生物相容性的材料制作。

MEMS感应元件1通过封装胶、键合或焊接等方式固定在支撑衬底4表面上。所述上盖板6和所述支撑衬底4采用具有生物相容性的材料制作，达到生物相容性和气密性，微腔体5在外部压力作用下通过液体将压力传递至MEMS感应元件1，使得MEMS感应元件1有电阻或电容信号的变化，由此完成压力测量。

在本发明的一些实施例中，所述上盖板6和所述支撑衬底4外设有生物涂层7，所述生物涂层7的材质为聚对二甲苯、聚四氟乙烯、生物硅胶或聚氨酯。

具体地，在上盖板6和所述支撑衬底4外表面包覆一层生物涂层7，作为体内组织液防粘附处理，避免组织液粘附对微感应薄膜61的响应灵敏度。

在本发明的一些实施例中，所述上盖板6顶部对应于所述微腔体5形成微感应薄膜61，所述微感应薄膜61厚度为微米级。

具体地，当待测流体(气体、生物组织液或体内给药药物等)接触生物涂层7时，上盖板6上的微感应薄膜61会发生应力形变挤压微腔体5内的液体，液体为生物相容性医用硅油或其他不可压缩的液体。

在本发明的一些实施例中，所述MEMS感应元件1上连接有引线2，所述引线2的材质为铂、铱或铂铱合金；

所述引线2的一端与所述MEMS感应元件1连接，所述引线2的另一端穿设于支撑衬底4，所述引线2通过焊接点3固定在所述支撑衬底4上，所述焊接点3的材料为金、玻璃或陶瓷。

引线2节点通过金焊料、玻璃焊料或陶瓷焊料形成引线2焊点，实现气密性。

在本发明的一些实施例中，所述支撑衬底4上设置有用于所述引线2穿出的微通孔。

具体地，将金属材质的引线2引出，设置微通孔能够实现引线2引出与外部实现气密性连接。

在本发明的一些实施例中，所述上盖板6和支撑衬底4的制作材料为玻璃、陶瓷或惰性金属，其中，惰性金属优选钛或钽。

玻璃、陶瓷、钛或钽为不仅具有生物相容性，而且生物相容性较好，另外材料的气密性也较好，能使植入式压力传感器长期植入人体使用，对人体不会产生毒副、排异反应。

在本发明的一些实施例中，所述微腔体5通过湿法刻蚀、干法刻蚀、软光刻或精密机加工工艺在所述上盖板6内表面制作。

微腔体5通过湿法、干法、光刻或精密机加工等工艺在上盖板6下表面制作而成，同时形成微感应薄膜61。

在本发明的一些实施例中，所述支撑衬底4与所述上盖板6通过静电键合、等离子键合或激光金属焊接工艺来实现气密性封装。

本发明的另一方面还提出了一种体内压力的测量方法，所述体内压力的测量方法具有上述任一项所述的植入式压力传感器，其中，包括以下步骤：

微感应薄膜61检测到外部流体的压力，微感应薄膜61挤压微腔体5内的液体，压力传导至MEMS感应元件1得出测量的压力。可以在封装完好的上盖板6和支撑衬底4外表面通过气相沉积或旋涂等工艺在制作一层纳米厚度的生物涂层7，用于防组织液粘附处理。

在本发明的一些实施例中，将上盖板6和支撑衬底4放在所述导管内，通过导管放置于待测位置进行长期植入或短期介入。

该植入式压力传感器可以直接植入体内对体内流体进行接触式定点测量，可长期植入使用，也可集成在导丝或导管上做短期介入使用，体积小、感测压力响应快，安全可靠。

植入式压力传感器的制作方法，在上盖板6的微腔体5内填充有液体，将MEMS感应元件1放置在所述微腔体5内，再将MEMS感应元件1固定在支撑衬底4上；将引线2通过微通孔经支撑衬底4引出。

本发明的植入式压力传感器，通过微通孔技术将金属的引线2引出植入式压力传感器与外部实现气密性连接；外部流体压力作用于微腔体5上方的微感应薄膜61，并经微感应薄膜61、医用硅油传递最下方的MEMS感应元件1，由MEMS感应元件1来测量外部流体压力。可以使MEMS感应元件1兼具生物相容性和气密性要求，可作为植入式压力微传感器用于体内压力的定点、精准测量，如血管内血液流动压力、肺部气管呼吸压力、体内积液压力、膀胱内压力等，可长期植入，也可短期介入。

综上，本发明的植入式压力传感器中，所述上盖板6和所述支撑衬底4采用具有生物相容性的材料制作，达到生物相容性和气密性，微腔体5在外部压力作用下通过液体将压力传递至MEMS感应元件1，测量误差较小、可重复性较好，且无需校准操作。

以上所述，仅为本发明较佳的具体实施例，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应以权利要求的保护范围为准。

Claims (10)

1.一种植入式压力传感器，其特征在于，包括：

支撑衬底，所述支撑衬底上设置有MEMS感应元件；及

上盖板，所述上盖板罩设于所述支撑衬底上，所述上盖板内设置有用于容纳所述MEMS感应元件的微腔体，所述微腔体内填充有液体，所述上盖板和所述支撑衬底采用具有生物相容性的材料制作。

2.根据权利要求1所述的植入式压力传感器，其特征在于，所述上盖板和所述支撑衬底外设有生物涂层，所述生物涂层的材质为聚对二甲苯、聚四氟乙烯、生物硅胶或聚氨酯。

3.根据权利要求1所述的植入式压力传感器，其特征在于，所述上盖板顶部对应于所述微腔体形成微感应薄膜，所述微感应薄膜厚度为微米级。

4.根据权利要求1所述的植入式压力传感器，其特征在于，所述MEMS感应元件上连接有引线，所述引线的材质为铂、铱或铂铱合金；

所述引线的一端与所述MEMS感应元件连接，所述引线的另一端穿设于支撑衬底，所述引线通过焊接点固定在所述支撑衬底上，所述焊接点的材料为金、玻璃或陶瓷。

5.根据权利要求4所述的植入式压力传感器，其特征在于，所述支撑衬底上设置有用于所述引线穿出的微通孔。

6.根据权利要求1所述的植入式压力传感器，其特征在于，所述上盖板和所述支撑衬底的制作材料为玻璃、陶瓷或惰性金属。

7.根据权利要求1所述的植入式压力传感器，其特征在于，所述微腔体通过湿法刻蚀、干法刻蚀、软光刻或精密机加工工艺在所述上盖板内表面制作。

8.根据权利要求1所述的植入式压力传感器，其特征在于，所述支撑衬底与所述上盖板通过静电键合、等离子键合或激光金属焊接工艺来实现气密性封装。

9.一种体内压力的测量方法，其特征在于，具有根据权利要求1至8中任一项所述的植入式压力传感器，其特征在于，包括以下步骤：

微感应薄膜检测到外部流体的压力，微感应薄膜挤压微腔体内的液体，压力传导至MEMS感应元件得出测量的压力。

10.根据权利要求9所述的体内压力的测量方法，其特征在于，将上盖板和支撑衬底放在所述导管内，通过导管放置于待测位置进行长期植入或短期介入。