(57)【要約】【課題】流体速度を高精度で計測可能な管内流れ測定装置を提供する。【解決手段】気道内気体流測定装置（管内流れ測定装置）１０は、拡径可能な筒状の拡径可能変形部材１６と、筒形状を有し、筒形状の内側または外側を通過する気流を計測する気流センサ１８と、拡径可能変形部材１６の一端部と気流センサ１８の一端部とを、相互に同心状態を維持しつつ拡径可能変形部材１６の拡径を許容可能に弾性的および塑性的に連結する弾塑性線材２２とを含む。気管１４内において拡径可能変形部材１６が拡径されたとき、気流センサ１８が拡径可能変形部材１６と同心状態で弾塑性線材２２によって支持されるので、気管１４の内径がばらついても、気流センサ１８が気管１４内の断面において中央位置に保持される。気流センサ１８が気管１４内の断面において最大流速を計測できる位置に保持されるので、気管１４内の気流を正確に計測できる。【選択図】図３
2020139844.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
管内の流体の速度を計測する管内流れ測定装置であって、
前記管内に留め置き可能な大きさであって、同心円状に拡径可能な筒状の拡径可能変形部材と、
筒形状を有し、前記筒形状の内側または外側を通過する気流を計測する気流センサと、
前記拡径可能変形部材の一端部と前記気流センサの一端部とを、相互に同心状態を維持しつつ前記拡径可能変形部材の拡径を許容可能に弾性的、塑性的、または、弾性的および塑性的に連結する弾塑性連結装置とを、含む
ことを特徴とする管内流れ測定装置。
【請求項２】
前記弾塑性連結装置は、前記拡径可能変形部材の一端部と前記気流センサの一端部とを連結する弾性変形および塑性変形可能な複数本の弾塑性線材を備え、
前記複数本の弾塑性線材は、前記拡径可能変形部材および前記気流センサの中心軸線まわりの周方向において所定の間隔で配置されている
ことを特徴とする請求項１の管内流れ測定装置。
【請求項３】
前記複数本の弾塑性線材は、前記拡径可能変形部材の中心軸線まわりの周方向において等間隔で配置されている
ことを特徴とする請求項２の管内流れ測定装置。
【請求項４】
前記複数本の弾塑性線材は、前記気流センサの横断面において前記気流センサの中心軸線に対して点対称となる位置に配置されている
ことを特徴とする請求項２または請求項３の管内流れ測定装置。
【請求項５】
前記複数本の弾塑性線材は、相互に同様の剛性を有している
ことを特徴とする請求項２から請求項４のいずれか１の管内流れ測定装置。
【請求項６】
前記拡径可能変形部材と前記弾塑性線材は、同じ金属薄板からホトリソグラフィーを用いて一体で構成されている
ことを特徴とする請求項２から請求項５のいずれか１の管内流れ測定装置。
【請求項７】
前記弾塑性線材は、前記拡径可能変形部材とは反対側の端部に、前記弾塑性線材よりも幅寸法の大きい固定部を備える
ことを特徴とする請求項６の管内流れ測定装置。
【請求項８】
前記気流センサは、
径方向に貫通する切欠穴が形成された円筒状の支持体と、
前記支持体の内周面に巻き着けられた担体樹脂フィルムと、
温度に応じて電気抵抗が変化するマイクロヒータ素子を有し、前記マイクロヒータ素子が前記切欠穴内に位置するように前記担体樹脂フィルムの内周面に形成されたセンサ回路パターンとを、含む
ことを特徴とする請求項１から請求項７のいずれか１の管内流れ測定装置。
【請求項９】
前記マイクロヒータ素子を４抵抗素子の１つとして含むブリッジ回路を有する気体流速計測回路と、
前記マイクロヒータ素子の電気抵抗値を反映する前記気体流速計測回路の出力信号と気体流速または気体流量との間の予め記憶された関係から前記気体流速計測回路の出力信号に基づいて前記気体流速または気体流量を算出する気体流算出部とを、さらに備える
ことを特徴とする請求項８の管内流れ測定装置。
【請求項１０】
前記円筒状の支持体は、前記担体樹脂フィルムの一部が円筒状に巻回されることによって構成され、前記円筒状の支持体と前記担体樹脂フィルムは一体に構成されている
ことを特徴とする請求項８または請求項９の管内流れ測定装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、生体の気道などの管内での流れを測定する、たとえば生体管内流れ測定装置等の管内流れ測定装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
生体内たとえば肺の気管・気管支内に挿入されて気道内の流れを計測する医療用流れ測定装置が、提案されている。たとえば、特許文献１に記載の医療用流れ測定装置がそれである。この医療用流れ測定装置は、径方向に貫通する切欠穴が局所的に形成された円筒状の支持体と、前記支持体の外周面に巻き付けられた担体樹脂フィルムと、検出素子を有し、前記検出素子が前記切欠穴内に位置するように前記担体樹脂フィルムの内周面に形成されたセンサ回路パターンとを備えた円筒状の気流センサを含む。
【０００３】
このように構成された流れ測定装置は、気管支鏡の可撓性シースの先端に装着された状態で生体の気管支内に挿入され、気管支内において可撓性シースの先端から気流センサが突き出されて、気管支内の気流を測定するようになっている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２０１８−０６８６６７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
ところで、たとえば新薬の開発に際しては、臨床試験に先立って、薬効、薬理作用、生体内での動態、有害な作用を調べる非臨床試験が行なわれる。この非臨床試験においては、たとえば呼吸機能評価を行なうに際しては、試験対象となる動物に対して、無拘束、無麻酔、低侵襲、および正確な１回換気量の計測という、４つの要件を満たすことが求められる。
【０００６】
しかしながら、特許文献１に記載の流れ測定装置では、気道内における断面方向における気流センサの位置が定かではなく、少なくとも正確な計測という点において、前記要件を満たすものではなかった。気体の流速は、気道内の壁面から離れるほど、すなわち気道の中央部ほど高いので、気道内の位置が測定精度に大きく影響するからである。
【０００７】
本発明は以上の事情を背景として為されたものであり、その目的とするところは、管内において流れを正確に計測可能な管内流れ測定装置を提供することにある。
【０００８】
本発明者等は、以上の事情を背景として種々検討を重ねるうち、気道の内径寸法にばらつきがあっても気道の内壁面に張りつく拡径可能な筒状の拡径可能変形部材と、筒形状を有し、前記筒形状内を通過する気流を計測する気流センサとを、周方向に離隔した複数本の線材を用いて連結すると、気道内において拡径可能変形部材が拡径されたとき、気流センサが拡径可能変形部材と同心状態で線材によって支持されるので、気道の内径がばらついても、気流センサが気道内の断面において中央位置に常時位置させられ、気道内の気流が正確に気流センサにより計測されることを見出した。本発明は、このような知見に基づいて為されたものである。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
すなわち、第１発明の要旨とするところは、（ａ）生体管内の流体の速度を計測する管内流れ測定装置であって、（ｂ）前記管内に留め置き可能な大きさであって、同心円状に拡径可能な筒状の拡径可能変形部材と、（ｃ）筒形状を有し、前記筒形状の内側または外側を通過する気流を計測する気流センサと、（ｄ）前記拡径可能変形部材の一端部と前記気流センサの一端部とを、相互に同心状態を維持しつつ前記拡径可能変形部材の拡径を許容可能に弾性的、塑性的、または、弾性的および塑性的に連結する弾塑性連結装置とを、含むことにある。
【００１０】
第２発明の要旨とするところは、第１発明において、前記弾塑性連結装置は、前記拡径可能変形部材の一端部と前記気流センサの一端部とを連結する弾性変形および塑性変形可能な複数本の弾塑性線材を備え、前記複数本の弾塑性線材は、前記拡径可能変形部材および前記気流センサの中心軸線まわりの周方向において所定の間隔で配置されていることにある。
【００１１】
第３発明の要旨とするところは、第２発明において、前記複数本の弾塑性線材は、前記拡径可能変形部材の中心軸線まわりの周方向において等間隔で配置されていることにある。
【００１２】
第４発明の要旨とするところは、第２発明または第３発明において、前記複数本の弾塑性線材は、前記気流センサの横断面において前記気流センサの中心軸線に対して点対称となる位置に配置されていることにある。
【００１３】
第５発明の要旨とするところは、第２発明から第４発明のいずれか１の発明において、前記複数本の弾塑性線材は、相互に同様の剛性を有していることにある。
【００１４】
第６発明の要旨とするところは、第２発明から第５発明のいずれか１の発明において、前記拡径可能変形部材と前記弾塑性線材は、同じ金属薄板からホトリソグラフィーを用いて一体で構成されていることにある。
【００１５】
第７発明の要旨とするところは、第６発明において、前記弾塑性線材は、前記拡径可能変形部材とは反対側の端部に、前記弾塑性線材よりも幅寸法の大きい固定部を備えることにある。
【００１６】
第８発明の要旨とするところは、第１発明から第７発明のいずれか１の発明において、前記気流センサは、径方向に貫通する切欠穴が形成された円筒状の支持体と、前記支持体の内周面に巻き着けられた担体樹脂フィルムと、温度に応じて電気抵抗が変化するマイクロヒータ素子を有し、前記マイクロヒータ素子が前記切欠穴内に位置するように前記担体樹脂フィルムの内周面に形成されたセンサ回路パターンとを含むことにある。
【００１７】
第９発明の要旨とするところは、第８発明において、前記マイクロヒータ素子を４抵抗素子の１つとして含むブリッジ回路を有する気体流速計測回路と、前記マイクロヒータ素子の電気抵抗値を反映する前記気体流速計測回路の出力信号と気体流速または気体流量との間の予め記憶された関係から前記気体流速計測回路の出力信号に基づいて前記気体流速または気体流量を算出する気体流算出部とを、さらに備えることにある。
【００１８】
第１０発明の要旨とするところは、第８発明または第９発明において、前記円筒状の支持体は、前記担体樹脂フィルムの一部が円筒状に巻回されることによって構成され、前記円筒状の支持体と前記担体樹脂フィルムは一体に構成されていることにある。
【００１９】
第１１発明の要旨とするところは、気流センサであって、径方向に貫通する切欠穴が形成された円筒状の支持体と、前記支持体の内周面に巻き着けられた担体樹脂フィルムと、温度に応じて電気抵抗が変化するマイクロヒータ素子を有し、前記マイクロヒータ素子が前記切欠穴内に位置するように前記担体樹脂フィルムの内周面に形成されたセンサ回路パターンとを含むことにある。
【００２０】
第１２発明の要旨とするところは、第１１発明において、前記気流センサは、前記マイクロヒータ素子を４抵抗素子の１つとして含むブリッジ回路を有する気体流速計測回路と、前記マイクロヒータ素子の電気抵抗値を反映する前記気体流速計測回路の出力信号と気体流速または気体流量との間の予め記憶された関係から前記気体流速計測回路の出力信号に基づいて前記気体流速または気体流量を算出する気体流算出部とを、さらに備えることにある。
【００２１】
第１３発明の要旨とするところは、第１１発明または第１２発明において、前記円筒状の支持体は、前記担体樹脂フィルムの一部が円筒状に巻回されることによって構成され、前記円筒状の支持体と前記担体樹脂フィルムは一体に構成されていることにある。
【発明の効果】
【００２２】
第１発明の管内流れ測定装置によれば、（ｂ）前記管内に留め置き可能な大きさであって、同心円状に拡径可能な筒状の拡径可能変形部材と、（ｃ）筒形状を有し、前記筒形状の内側または外側を通過する気流を計測する気流センサと、（ｄ）前記拡径可能変形部材の一端部と前記気流センサの一端部とを、相互に同心状態を維持しつつ前記拡径可能変形部材の拡径を許容可能に弾性的、塑性的、または、弾性的および塑性的に連結する弾塑性連結装置とを、含むことから、管内において拡径可能変形部材が拡径されたとき、気流センサが拡径可能変形部材と同心状態で弾塑性連結装置によって支持されるので、管の内径がばらついても、気流センサが管内の断面において中央位置に保持される。気流センサが管内の断面において最大流速を計測できる位置に保持されるので、管内の気流を正確に気流センサにより計測することができる。
【００２３】
第２発明の管内流れ測定装置によれば、前記弾塑性連結装置は、前記拡径可能変形部材および前記気流センサの中心軸線まわりの周方向において所定の間隔で配置されている。これにより、管内において拡径可能変形部材が拡径されたとき、拡径された前記拡径可能変形部材によって気流センサが弾塑性線材を介して支持されるので、気流センサが管内の断面において中央位置に保持される。
【００２４】
第３発明の管内流れ測定装置によれば、前記複数本の弾塑性線材は、前記拡径可能変形部材の中心軸線まわりの周方向において等間隔で配置されている。これにより、管内において拡径可能変形部材が拡径されたとき、拡径された前記拡径可能変形部材によって周方向において等間隔で配置された弾塑性線材を介して気流センサが管内の断面において中央位置に保持される。
【００２５】
第４発明の管内流れ測定装置によれば、前記複数本の弾塑性線材は、前記気流センサの横断面において前記気流センサの中心軸線に対して点対称となる位置に配置されている。これにより、管内において拡径可能変形部材が拡径されたとき、拡径された前記拡径可能変形部材によって気流センサが点対称となる位置に配置された弾塑性線材を介して支持されるので、気流センサが管内の断面において中央位置に保持される。
【００２６】
第５発明の管内流れ測定装置によれば、前記複数本の弾塑性線材は、相互に同様の剛性を有している。これにより、管内において拡径可能変形部材が拡径されたとき、拡径された前記拡径可能変形部材によって気流センサが相互に同様の剛性を有している弾塑性線材を介して支持されるので、気流センサが管内の断面において中央位置に保持される。
【００２７】
第６発明の管内流れ測定装置によれば、前記拡径可能変形部材と前記弾塑性線材は、同じ金属薄板からホトリソグラフィーを用いて一体で構成されている。このように前記拡径可能変形部材と前記弾塑性線材は相互に一体で構成されているので、前記拡径可能変形部材と前記弾塑性線材との接続が不要となり、前記拡径可能変形部材と前記弾塑性線材との間の構造的な信頼性が高められる。
【００２８】
第７発明の管内流れ測定装置によれば、前記弾塑性線材は、前記拡径可能変形部材とは反対側の端部に、前記弾塑性線材よりも幅寸法の大きい固定部を備えることにある。これにより、前記弾塑性部材は、前記弾塑性線材よりも幅寸法の大きい固定部において気流センサと接続されるので、前記拡径可能変形部材と前記気流センサとの間の接続の信頼性が高められる。
【００２９】
第８発明の管内流れ測定装置によれば、前記気流センサは、径方向に貫通する切欠穴が形成された円筒状の支持体と、前記支持体の内周面に巻き着けられた担体樹脂フィルムと、温度に応じて電気抵抗が変化するマイクロヒータ素子を有し、前記マイクロヒータ素子が前記切欠穴内に位置するように前記担体樹脂フィルムの内周面に形成されたセンサ回路パターンとを含むことにある。これにより、狭い管内における流体の流れ測定が容易に行なわれる。
【００３０】
第９発明の管内流れ測定装置によれば、前記マイクロヒータ素子を４抵抗素子の１つとして含むブリッジ回路を有する気体流速計測回路と、前記マイクロヒータ素子の電気抵抗値を反映する前記気体流速計測回路の出力信号と気体流速または気体流量との間の予め記憶された関係から前記気体流速計測回路の出力信号に基づいて前記気体流速または気体流量を算出する気体流算出部とを、さらに備える。これにより、狭い管内における流体の流速、流量の測定が容易に行なわれる。
【００３１】
第１０発明の管内流れ測定装置によれば、前記円筒状の支持体は、前記担体樹脂フィルムの一部が円筒状に巻回されることによって構成され、前記円筒状の支持体と前記担体樹脂フィルムは一体に構成されている。このように、前記円筒状の支持体は、前記担体樹脂フィルムの一部が円筒状に巻回されることによって一体に構成されているので、製造が容易であり、機械的な信頼性が高められる。
【００３２】
第１１発明の管内流れ測定装置によれば、気流センサが、径方向に貫通する切欠穴が形成された円筒状の支持体と、前記支持体の内周面に巻き着けられた担体樹脂フィルムと、温度に応じて電気抵抗が変化するマイクロヒータ素子を有し、前記マイクロヒータ素子が前記切欠穴内に位置するように前記担体樹脂フィルムの内周面に形成されたセンサ回路パターンとを含むことにある。これにより、狭い管内における流体の流れ測定が容易に行なわれる。
【００３３】
第１２発明の管内流れ測定装置によれば、前記気流センサは、前記マイクロヒータ素子を４抵抗素子の１つとして含むブリッジ回路を有する気体流速計測回路と、前記マイクロヒータ素子の電気抵抗値を反映する前記気体流速計測回路の出力信号と気体流速または気体流量との間の予め記憶された関係から前記気体流速計測回路の出力信号に基づいて前記気体流速または気体流量を算出する気体流算出部とを、さらに備える。これにより、狭い管内における流体の流速、流量の測定が容易に行なわれる。
【００３４】
第１３発明の管内流れ測定装置によれば、前記円筒状の支持体は、前記担体樹脂フィルムの一部が円筒状に巻回されることによって構成され、前記円筒状の支持体と前記担体樹脂フィルムは一体に構成されている。このように、前記円筒状の支持体は、前記担体樹脂フィルムの一部が円筒状に巻回されることによって一体に構成されているので、製造が容易であり、機械的な信頼性が高められる。
【図面の簡単な説明】
【００３５】
【図１】本発明の管内流れ測定装置の一実施例である気道内気体流測定装置が動物の気道内に配置されている状態を説明する図である。
【図２】気道内において、図１の気道内気体流測定装置を説明する図である。
【図３】気道内において、図２の気道内気体流測定装置のステントが拡径された状態を説明する図である。
【図４】図２の気道内気体流測定装置の一部を構成するステントを説明する展開図である。
【図５】図２の気道内気体流測定装置の組み立てに際して、気流センサの一端にステントを組み合わせた状態を示す図である。
【図６】図２の気道内気体流測定装置の組み立てに際して、気流センサの一端に、ステントから突き出す弾塑性線材を熱収縮チューブを用いて固定する状態を示す図である。
【図７】図２の気道内気体流測定装置の一部を構成する気流センサの構成を説明する図であって、気流センサの斜視図である。
【図８】図２の気道内気体流測定装置の一部を構成する気流センサの構成を説明する図であって、気流センサの断面図である。
【図９】図１乃至図３に示す気流センサを用いた気体流速計測回路の一構成例を示す回路図である。
【図１０】動物から図９の気体流速計測回路を用いて得られた気流波形の一例を示す図である。
【図１１】動物から図９の気体流速計測回路を用いて得られた気流の流量波形の一例を示す図である。
【図１２】図１乃至図３の気道内気体流測定装置に用いられているステントおよび弾塑性線材の他の例を示す展開図である。
【図１３】図１乃至図３の気道内気体流測定装置に用いられている弾塑性線材の他の例の形状を説明する図である。
【図１４】本発明の他の実施例における気道内気体流測定装置に用いられる気流センサを示す斜視図である。
【図１５】図１４の気流センサにおいて、担体樹脂フィルムの一面に形成されたセンサ回路パターンを示す図である。
【図１６】図１４の気流センサの製造工程を説明する図であって、製作開始材料を示す斜視図である。
【図１７】図１４の気流センサの製造工程を説明する図であって、銅層の表面に感光性ポリイミド層を塗布した後、その感光性ポリイミド層に多数個の貫通穴を形成する工程を示す斜視図である。
【図１８】図１４の気流センサの製造工程を説明する図であって、ネガティブ型ホトレジストを感光性ポリイミド層の表面に塗布した後、そのネガティブ型ホトレジストに、センサ回路パターンに対応する形状の開口を形成する工程を示す斜視図である。
【図１９】図１４の気流センサの製造工程を説明する図であって、導体金属をネガティブ型ホトレジストの上に固着させた後、ネガティブ型ホトレジストを除去して感光性ポリイミド層上にセンサ回路パターンを形成する工程を示す斜視図である。
【図２０】図１４の気流センサの製造工程を説明する図であって、感光性ポリイミド層の表面のうちの導通用の貫通穴を含む所定領域にホトレジストを選択的に塗布する工程を示す斜視図である。
【図２１】図１４の気流センサの製造工程を説明する図であって、感光性ポリイミド層に形成された貫通穴を通して銅層を局所的にエッチングする工程を示す斜視図である。
【図２２】図１４の気流センサの製造工程を説明する図であって、図２１のエッチング工程を経たポリイミド樹脂フィルムの検出素子および温度補償素子側の一部を、所定の巻付け治具に巻き付けて固定することで、円筒状の支持体を形成する工程を示す斜視図である。
【発明を実施するための形態】
【００３６】
以下、本発明の管内流れ測定装置の一実施例である気道内気体流測定装置を、図面に基づいて詳細に説明する。
【実施例１】
【００３７】
図１は、本発明の一実施例である気道内気体流測定装置１０が動物１２の気管１４内に配置されている状態を説明する図である。図２に詳しく示すように、気道内気体流測定装置１０は、気管１４内に留め置き可能な大きさであって、同心円状に拡径可能な筒状のステント１６と、筒形状を有し、その筒形状の内側または外側を通過する気流を計測する気流センサ１８と、ステント１６および気流センサ１８の互いに近接する側の一端部を、相互に同心状態を維持しつつステント１６の拡径が許容可能に、たとえば、変形が小さいときは弾性的に連結し、変形が大きくなると塑性変形しつつ連結する、すなわち、弾性変形可能、塑性変形可能、または、弾性変形可能および塑性変形可能に連結する弾塑性連結装置２０とを、備えている。図３は、気管１４内においてステント１６が拡径されることにより、筒状の気流センサ１８が気管（気道）１４の断面の中央位置に保持されている状態を示している。ステント１６は、本発明における拡径可能変形部材に相当し、気管１４は、本発明における管に相当する。
【００３８】
図４は、ステント１６が平面に展開された形状を示す図である。この図４は、たとえば銅または銅合金、或いは、チタンなどの生体適合材料から成る金属薄板からホトリソグラフィー（エッチング）によって形成したパターンと同じ形状である。この例では、弾塑性連結装置２０として機能する複数本の弾塑性線材２２がステント１６と一体に形成されている。図４において、たとえば、ステント１６の周長ＣＬは７ｍｍ、ステント１６の中心軸線方向の長さＬＬは７ｍｍ、弾塑性線材２２の長さＷＬは１１ｍｍ程度である。
【００３９】
図４の展開図に示すように、ステント１６は、複数の環状塑性変形部１６ａと、直線部１６ｂと、周方向連結部１６ｃと、一対の接続部１６ｄとを、備えている。複数の環状塑性変形部１６ａは、拡径前は気管１４の長手方向に細長い長手状の矩形を示し、長手方向において連結されて対を成し且つ周方向において所定の間隔を隔てて配置されている。直線部１６ｂは、環状塑性変形部１６ａの２つ置きに環状塑性変形部１６ａと平行に配置されている。周方向連結部１６ｃは、環状塑性変形部１６ａの長手方向の中間位置と隣接する他の環状塑性変形部１６ａの長手方向の中間位置との間を相互に連結し、環状塑性変形部１６ａの長手方向の１／４および３／４に相当する２つの位置とそれに隣接する直線部１６ｂとの間を相互に連結している。一対の接続部１６ｄは、周方向の両端において環状塑性変形部１６ａと平行に形成されている。また、直線部１６ｂが長手方向にそれぞれ延長され、且つ一対の接続部１６ｄのうちの一方の接続部１６ｄから長手方向にそれぞれ延長されることで、複数本の弾塑性線材２２が形成されている。
【００４０】
ステント１６の組み立てに際しては、一対の接続部１６ｄが相互に接着されることで、ステント１６が円筒状とされる。また、ステント１６の気流センサ１８への組み立てに際しては、図５に示すように、複数本の弾塑性線材２２が気流センサ１８の一端部の外周面上に位置させられた状態で、図６に示されるように、それらの弾塑性線材２２の上から気流センサ１８の一端部に熱収縮チューブ２４が固着されることで、ステント１６と気流センサ１８とが弾塑性線材２２を介して弾性的或いは塑性的に連結されている。弾塑性線材２２は、気流センサ１８を気管１４内の断面において中央位置に保持させる調心作用を有するように周方向において所定の間隔で配置されており、ステント１６の拡径を許容し、且つ拡径されたステント１６が気管１４の内壁面に押し当てられることで気管１４に固定されると、気流センサ１８が気管１４の断面に中央（中心）位置で保持される。
【００４１】
すなわち、複数本の弾塑性線材２２は、好適には、気流センサ１８を気管１４内の断面において中央位置に保持させる調心作用を可及的に発揮するように、筒状のステント１６の中心軸線Ｃまわりの周方向において等間隔で、気流センサ１８の横断面において中心軸線Ｃに対して点対称となる位置に配置されている。また、複数本の弾塑性線材２２は、同じ材料から同じ厚みおよび幅寸法で形成されており、相互に同様の弾性、塑性および剛性を有している。
【００４２】
ステント１６の拡径に際しては、図２に示されるように、ステント１６の内側へ差し入れられたバルーン２６が膨張させられる。これにより、細長い長手状の矩形を成す環状塑性変形部１６ａが周方向連結部１６ｃによって周方向へ引っ張られることで菱形形状に塑性変形させられてステント１６全体が網状とされ、気管１４の内壁面に押し当てられるまで、ステント１６が全体的に拡径させられるようになっている。
【００４３】
図７および図８は、気流センサ１８の構成を説明する図であって、図７は気流センサ１８の斜視図、図８は気流センサ１８の断面図である。気流センサ１８は、本実施例では、抵抗値変化で流速或いは流量を検出する一対の検出素子３０ａおよび３０ｂの間にホトリソグラフィーによって形成された微小なマイクロヒータ素子３２が配置され、且つ温度補償素子３４が設けられた形式であるが、１ヒータ素子形式や、２ヒータ素子形式、或いは温度補償素子が設けられていない形式等であってもよい。温度補償素子３４は、検出素子３０ａおよび３０ｂやマイクロヒータ素子３２と比較して１０倍以上の電気抵抗を有していて、その自己発熱が抑制されている。また、温度補償素子３４は、検出素子３０ａおよび３０ｂやマイクロヒータ素子３２と同一基板上で同一条件のスパッタリングにより形成されているため、検出素子３０ａおよび３０ｂやマイクロヒータ素子３２と同様の抵抗温度特性を備えている。マイクロヒータ素子３２は、それを一定温度に保持するための加熱制御回路に接続されている。
【００４４】
図７および図８において、気流センサ１８は、その支持体として機能し、径方向に貫通する所定幅の環状の切欠穴３６が局所的に形成された数ミリメートル程度の外径を有する円筒状の支持管３８と、支持管３８の内周面に巻き着けられた担体樹脂フィルム４０と、センサ回路パターン４６と、支持管３８の外側に嵌め付けられた円筒状のケース４８とを、備えている。担体樹脂フィルム４０は、たとえば０．６μｍ〜２０．０μｍ、好適には０．８μｍ〜１０μｍのきわめて薄いサブミクロン乃至ミクロンオーダの厚みを有するパラキシリレン系樹脂製もしくはポリイミド系樹脂製の薄膜状のフィルムである。センサ回路パターン４６は、検出素子３０ａおよび３０ｂと温度補償素子３４とセンサ端子４２ａ、４２ｂ、４２ｃ、４２ｄおよびセンサ端子４４ａ、４４ｂ、４４ｃ、４４ｄとを有し、２つの検出素子３０ａおよび３０ｂやマイクロヒータ素子３２が切欠穴３６内において支持管３８の中心軸線Ｃ方向に所定間隔を隔てて位置するように担体樹脂フィルム４０の内周面に形成されている。円筒状の支持管３８およびケース４８は、セラミックス製或いはプラスチック製などの電気的絶縁材料から構成される。金属管であっても表面が電気的な絶縁材料によって被覆されていれば差し支えない。
【００４５】
図９は、気体流速計測回路５０の一部であって、一対の検出素子３０ａおよび３０ｂ、マイクロヒータ素子３２、温度補償素子３４を用いて風速或いは風量を測定する定温度型測定回路を示している。図９において、気体流速計測回路５０は、４つの抵抗器Ｒ１、Ｒ２、温度補償素子３４から構成される抵抗器Ｒｃ、およびマイクロヒータ素子３２から構成される抵抗器Ｒｈから構成され、ブリッジ電源電圧Ｖｓが印加されるブリッジ回路５２と、ブリッジ回路５２の出力電圧Ｖｏｕｔを帰還増幅器５４で増幅し、その信号に応じた電流をトランジスタ５６にてブリッジ回路５２にブリッジ電源電圧Ｖｓとして加える。上記ブリッジ電源電圧Ｖｓと上記出力電圧Ｖｏｕｔの差ΔＶが気流速度に対応している。
【００４６】
以上のように構成された気体流速計測回路５０において、ブリッジ回路５２の平衡状態から急に気体流速が増加すると、マイクロヒータ素子３２の温度が低下してその抵抗値が減少するので、ブリッジ回路５２を当初の平衡状態に戻すように帰還増幅器５４によってブリッジ電源電圧Ｖｓが増加させられ、マイクロヒータ素子３２の温度が上昇させられ、マイクロヒータ素子３２の温度が定温度に維持される。気体流速計測回路５０に設けられた電子制御装置６２は、気体流算出部としても機能し、予め記憶された関係から、気流センサ１８からの出力信号（ブリッジ電源電圧Ｖｓと上記出力電圧Ｖｏｕｔの差ΔＶ）に基づいて気管１４内の気体流速、気体流量を算出し、出力する。
【００４７】
図１０および図１１は、内径が４．０ｍｍであるチューブ内において、拡径させたステント１６により支持された気流センサ１８を用いて気流を計測した場合の波形を示している。図１０の上段は、マイクロヒータ素子３２から得られた信号波形、すなわち気流信号を示し、下段は検出素子３０ａまたは３０ｂから得られた信号波形の差分の信号波形、すなわち風向信号および流速信号を示している。また、図１１は、気体流算出部として機能する電子制御装置６２において、マイクロヒータ素子３２から得られた信号波形の出力信号（ブリッジ電源電圧Ｖｓと上記出力電圧Ｖｏｕｔの差ΔＶ）に基づいて算出された気体流量の波形を示している。
【００４８】
上述のように、本実施例の気道内気体流測定装置１０は、気管１４内に留め置き可能な大きさであって、同心円状に拡径可能な筒状のステント１６と、筒形状を有し、筒形状の内側または外側を通過する気流を計測する気流センサ１８と、ステント１６の一端部と気流センサ１８の一端部とを、相互に同心状態を維持しつつステント１６の拡径を許容可能に弾性的、塑性的、または、弾性的および塑性的に連結する弾塑性連結装置２０とを、含むことから、気管１４内においてステント１６が拡径されたとき、気流センサ１８がステント１６と同心状態で弾塑性連結装置２０によって支持されるので、気管１４の内径がばらついても、気流センサ１８が気管１４内の断面において中央位置に保持される。気流センサ１８が気管１４内の断面において最大流速を計測できる位置に保持されるので、気管１４内の気流を正確に気流センサ１８により計測することができる。
【００４９】
本実施例の気道内気体流測定装置１０では、弾塑性連結装置２０は、ステント１６の一端部と気流センサ１８の一端部とを連結する弾性変形および塑性変形可能な複数本の弾塑性線材２２を備え、複数本の弾塑性線材２２は、ステント１６および気流センサ１８の中心軸線Ｃまわりの周方向において所定の間隔で配置されている。これにより、気管１４においてステント１６が拡径されたとき、拡径されたステント１６によって気流センサ１８が弾塑性線材２２を介して支持されるので、気流センサ１８が気管１４の断面において中央位置に保持される。
【００５０】
本実施例の気道内気体流測定装置１０では、複数本の弾塑性線材２２は、ステント１６の中心軸線Ｃまわりの周方向において等間隔で配置されている。これにより、気管１４内においてステント１６が拡径されたとき、拡径されたステント１６によって周方向において等間隔で配置された弾塑性線材２２を介して気流センサ１８が気管１４内の断面において中央位置に保持される。
【００５１】
本実施例の気道内気体流測定装置１０では、複数本の弾塑性線材２２は、気流センサ１８の横断面において気流センサ１８の中心軸線Ｃに対して点対称となる位置に配置されている。これにより、気管１４内においてステント１６が拡径されたとき、拡径されたステント１６によって気流センサ１８が点対称となる位置に配置された弾塑性線材２２を介して支持されるので、気流センサ１８が気管１４の断面において中央位置に保持される。
【００５２】
本実施例の気道内気体流測定装置１０では、複数本の弾塑性線材２２は、相互に同様の剛性を有している。これにより、気管１４内においてステント１６が拡径されたとき、拡径されたステント１６によって気流センサ１８が相互に同様の剛性を有している弾塑性線材２２を介して支持されるので、気流センサ１８が気管１４内の断面において中央位置に保持される。
【００５３】
本実施例の気道内気体流測定装置１０では、ステント１６と弾塑性線材２２は、同じ金属薄板からホトリソグラフィーを用いて一体で構成されている。このため、ステント１６と弾塑性線材２２との接続構造が不要となり、ステント１６と弾塑性線材２２との間の構造的な信頼性が高められる。
【００５４】
本実施例の気道内気体流測定装置１０では、気流センサ１８は、径方向に貫通する所定幅の環状の切欠穴３６が形成された円筒状の支持管３８と、支持管３８の内周面に巻き着けられた担体樹脂フィルム４０と、温度に応じて電気抵抗が変化する検出素子３０ａ、３０ｂやマイクロヒータ素子３２を有し、検出素子３０ａ、３０ｂやマイクロヒータ素子３２が切欠穴３６内に位置するように担体樹脂フィルム４０の内周面に形成されたセンサ回路パターン４６とを含むことにある。これにより、狭い気管１４内における流体の流れ測定が容易に行なわれる。
【００５５】
本実施例の気道内気体流測定装置１０では、マイクロヒータ素子３２を４つの抵抗素子のうちの１つとして含むブリッジ回路５２を有する気体流速計測回路５０と、マイクロヒータ素子３２の電気抵抗値を反映する気体流速計測回路５０の出力信号と気体流速または気体流量との間の予め記憶された関係から気体流速計測回路５０の出力信号に基づいて気管１４内の気体流速または気体流量を算出する電子制御装置（気体流算出部）６２とを、さらに備える。これにより、狭い気管１４内における流体の流速、流量の測定が容易に行なわれる。
【００５６】
本実施例の気流センサ１８は、径方向に貫通する所定幅の環状の切欠穴３６が形成された円筒状の支持管３８と、支持管３８の内周面に巻き着けられた担体樹脂フィルム４０と、温度に応じて電気抵抗が変化する検出素子３０ａ、３０ｂやマイクロヒータ素子３２を有し、検出素子３０ａ、３０ｂやマイクロヒータ素子３２が切欠穴３６内に位置するように担体樹脂フィルム４０の内周面に形成されたセンサ回路パターン４６とを含むことにある。これにより、狭い気管１４内における流体の流れ測定が容易に行なわれる。
【００５７】
本実施例の気流センサ１８は、マイクロヒータ素子３２を４つの抵抗素子のうちの１つとして含むブリッジ回路５２を有する気体流速計測回路５０と、マイクロヒータ素子３２の電気抵抗値を反映する気体流速計測回路５０の出力信号と気体流速または気体流量との間の予め記憶された関係から気体流速計測回路５０の出力信号に基づいて気管１４内の気体流速または気体流量を算出する電子制御装置（気体流算出部）６２とを、さらに備える。これにより、狭い気管１４内における流体の流速、流量の測定が容易に行なわれる。
【実施例２】
【００５８】
以下において、本発明の他の実施例を説明する。なお、以下の説明において前述の実施例と共通する部分には同一の符号を付して説明を省略する。
【００５９】
図１２は、図４と同様の展開図であって、ステント１６と一体に形成される弾塑性線材２２の他の形状例を示している。本実施例において、弾塑性線材１０２はステント１０６とは反対側の端部に、弾塑性線材１０２の本体の幅寸法Ｗ１よりも大きい幅寸法Ｗ２の、ステント１０６のパターンと類似した格子状の固定部１０２ａを備えている。
【００６０】
図１２の気道内気体流測定装置では、弾塑性線材１０２は、ステント１０６とは反対側の端部に、弾塑性線材１０２の本体よりも幅寸法の大きい固定部１０２ａを備えるので、ステント１０６と気流センサ１８との間の接続の信頼性が高められる。
【実施例３】
【００６１】
図１３は、ステント１６と一体に形成される弾塑性線材２２の他の形状例を示している。本実施例において、弾塑性線材１１２はステント１１６とは反対側の端部に、弾塑性線材１１２の本体よりも幅寸法の大きいＹ字状の固定部１１２ａを備えている。
【００６２】
図１３の気道内気体流測定装置では、弾塑性線材１１２は、ステント１１６とは反対側の端部に、弾塑性線材１１２の本体の幅寸法Ｗ１よりも大きい幅寸法Ｗ２の固定部１１２ａを備えるので、ステント１１６と気流センサ１８との間の接続の信頼性が高められる。
【実施例４】
【００６３】
図１４は、前述の実施例の気流センサ１８の他の例である気流センサ１１８を示す斜視図である。図１４において、気流センサ１１８の円筒状の支持体１３８は、担体樹脂フィルム１４０の一部が円筒状に巻回されることによって担体樹脂フィルム１４０と一体に構成されている。
【００６４】
本実施例の気流センサ１１８は、図１５に示すように、１つの検出素子（マイクロヒータ素子）１３２と１つの温度補償素子１３４とを有する１ヒータ素子形式のものである。図１５は、担体樹脂フィルム１４０の一面に形成されたセンサ回路パターン１４６と、それに接続された一対のセンサ端子１４２ａ、１４４ａおよび一対のセンサ端子１４２ｂ、１４４ｂを示している。一対のセンサ端子１４２ｂ、１４４ｂの間にはセンサ回路パターン１４６内の検出素子１３２が接続され、一対のセンサ端子１４２ａ、１４４ａの間にはセンサ回路パターン１４６内の温度補償素子１３４が接続されている。
【００６５】
図１６から図２２は、本実施例の気流センサ１１８の製造工程を示している。図１６は、一面に銅層１９２がラミネートされたポリイミド樹脂フィルム１９０が所定寸法の長方形に切断され、それが製造工程の開始材料として用意する工程を示している。図１７は、感光性ポリイミド層１９４を銅層１９２の表面にたとえばスピンコート装置によって塗布した後、ホトリソグラフィーを用いてその感光性ポリイミド層１９４にたとえば１０μｍφ程度の多数個の貫通穴１９６を形成する工程を示している。この貫通穴１９６は、主に後述の工程において貫通穴１９６を通したエッチングによって、銅層１９２を局所的に除去するためのものである。
【００６６】
貫通穴１９６のうち、高密度で配置された１群の貫通穴１９６ａは検出素子１３２の下側に位置する銅層１９２を局所的に除去するためのエッチング用であり、高密度で配置された他の１群の貫通穴１９６ｂは温度補償素子１３４の下側に位置する銅層１９２を局所的に除去するためのエッチング用であり、貫通穴１９６ａおよび１９６ｂよりも大きく且つ大きな間隔で一列に配置された貫通穴１９６ｃは、センサ端子１４２ａ、１４２ｂ、１４４ａ、１４４ｂおよびそれに接続された導体配線を相互に絶縁する溝（空間）を銅層１９２に形成するためのエッチング用である。また、貫通穴１９６ｄは、後述のセンサ回路パターン１４６と銅層１９２の一部とを接続するための導通用である。
【００６７】
図１８は、ネガティブ型ホトレジスト１９８を感光性ポリイミド層１９４の表面にたとえばスピンコート装置によって塗布した後、ホトリソグラフィーを用いてそのネガティブ型ホトレジスト１９８に、センサ回路パターン１４６のパターン形状に対応する形状の開口２００と、一対のセンサ端子１４２ａ、１４４ａおよび一対のセンサ端子１４２ｂ、１４４ｂの端に対応する位置の矩形の開口２０２とを形成する工程を示している。図１９は、導体金属たとえばＣｒ／Ａｕをスパッタリングを用いてネガティブ型ホトレジスト１９８の上に薄く固着させた後、ネガティブ型ホトレジスト１９８を除去して感光性ポリイミド層１９４上にセンサ回路パターン１４６を形成する工程を示している。このスパッタリングにより、センサ回路パターン１４６と銅層１９２の一部とが電気的に接続される。
【００６８】
図２０は、エッチングから貫通穴１９６ｄを保護するために、感光性ポリイミド層１９４の表面のうちの貫通穴１９６ｄを含む所定領域にホトレジストを選択的に塗布する工程を示している。このホトレジストの塗布は、ネガティブ型ホトレジスト２０４を感光性ポリイミド層１９４の表面にたとえばスピンコート装置によって塗布した後、ホトリソグラフィーを用いて感光性ポリイミド層１９４の全面のうち、貫通穴１９６ｄを含む所定領域を除いてネガティブ型ホトレジスト２０４を感光して除去することで行なわれる。
【００６９】
図２１は、貫通穴１９６ａ、１９６ｂ、１９６ｃを通して銅層１９２を局所的にエッチングする工程を示している。これにより、検出素子１３２および温度補償素子１３４の下側に位置する銅層１９２を局所的に除去されて、検出素子１３２および温度補償素子１３４とポリイミド樹脂フィルム１９０との間に空間が形成される。また、貫通穴１９６ｃを通して銅層１９２が局所的にエッチングされることで、一対のセンサ端子１４２ａ、１４４ａおよび一対のセンサ端子１４２ｂ、１４４ｂの間に対応する銅層１９２が局所的に除去されて、相互に電気的に絶縁した一対のセンサ端子１４２ａ、１４４ａおよび一対のセンサ端子１４２ｂ、１４４ｂが銅層１９２により形成される。
【００７０】
図２２は、図２１のエッチング工程を経たポリイミド樹脂フィルム１９０の検出素子１３２および温度補償素子１３４側の一部を、所定の巻付け治具に巻き付けて固定することで、円筒状の支持体１３８を形成する工程を示している。これにより、図１４に示す気流センサ１１８が製作される。
【００７１】
本実施例の気流センサ１１８によれば、円筒状の支持体１３８は、担体樹脂フィルムとして機能するポリイミド樹脂フィルム１９０の一部が円筒状に巻回されることによって構成され、円筒状の支持体１３８とポリイミド樹脂フィルム１９０とは一体に構成されている。このように、円筒状の支持体１３８は、ポリイミド樹脂フィルム１９０の一部が円筒状に巻回されることによって一体に構成されているので、製造が容易であり、機械的な信頼性が高められる。
【００７２】
以上、本発明の実施例を説明したが、本発明はその他の態様においても適用される。
【００７３】
たとえば、前述の実施例のステント１６および弾塑性線材２２は、銅または銅合金もしくはチタンであったが、他の金属材料であってもよいし、積層された金属材料であってもよい。
【００７４】
また、前述の実施例のステント１６は、必ずしも図４に示されたパターンでなくてもよい。要するに、拡径可能であって、拡径されたときには塑性変形によって拡径状態が保持されるパターンであればよい。
【００７５】
また、前述の実施例の弾塑性線材２２は、ステント１６の拡径を許容する弾性或いは塑性を有し、且つステント１６が拡径されたときには、ステント１６の中心軸線Ｃと略同心となる位置に気流センサ１８、１１８を保持できる構成であれば本数、形状の変更が可能であり、その他弾性或いは塑性のいずれかの性質を有するものであればよく、たとえば本数は少なくとも３本以上であればよい。
【００７６】
また、前述の実施例のステント１６は、生体内の気管１４内で拡径されることで気流センサ１８を気管１４の断面の中央付近に保持するものであったが、マイクロ流体回路素子の流路内などの生体以外の管内での気体流の測定に用いられてもよい。この場合には、ステント１６は、ステントとして称されることはなく、管内で拡径して気流センサ１８を保持する気流センサ保持部材などと称され得るものであり、拡径可能変形部材の一種として位置づけられる。
【００７７】
また、前述の実施例の切欠穴３６は環状であったが、周方向の一部であってもよい。
【００７８】
なお、上述したのはあくまでも本発明の一実施例であり、本発明はその主旨を逸脱しない範囲において種々変更が加えられ得るものである。
【符号の説明】
【００７９】
１０：気道内気体流測定装置（管内流れ測定装置）
１２：動物
１４：気管（管）
１６：ステント（拡径可能変形部材）
１６ａ：環状塑性変形部
１６ｂ：直線部
１６ｃ：周方向連結部
１６ｄ：接続部
１８：気流センサ
２０：弾塑性連結装置
２２：弾塑性線材
２４：熱収縮チューブ
２６：バルーン
３０ａ、３０ｂ：検出素子
３２：マイクロヒータ素子
３４：温度補償素子
３６：切欠穴
３８：支持管（支持体）
４０：担体樹脂フィルム
４２ａ〜４２ｄ、４４ａ〜４４ｄ：センサ端子
４６：センサ回路パターン
４８：ケース
５０：気体流速計測回路
５２：ブリッジ回路
５４：帰還増幅器
５６：トランジスタ
６２：電子制御装置（気体流算出部）
１０２、１１２：弾塑性線材
１０２ａ、１１２ａ：固定部
１０６、１１６：ステント（拡径可能変形部材）
１１８：気流センサ
１３２：検出素子（マイクロヒータ素子）
１３４：温度補償素子
１３８：支持体
１４０：担体樹脂フィルム
１４２ａ〜１４２ｂ、１４４ａ〜１４４ｂ：センサ端子
１４６：センサ回路パターン
１９０：ポリイミド樹脂フィルム
１９２：銅層
１９４：感光性ポリイミド層
１９６：貫通穴
１９８：ネガティブ型ホトレジスト
２００、２０２：開口
２０４：ネガティブ型ホトレジスト
Ｃ：中心軸線
【図１】
2020139844.tif 000003
【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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【図１９】
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【図２０】
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【図２１】
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【図２２】
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