(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
生物学的種の表面に取り付けられるように適合された、センサアセンブリであって、
基板多層構造であって、前記基板多層構造の各層の表面は、前記基板多層構造の伸縮性がその下の前記表面の形状に適合するように、入れ子スリットによって形成される予め固定された形状のパターン構造であり、前記基板多層構造の層は熱絶縁層によって分離される、基板多層構造と、
前記基板多層構造に取り付けられる若しくは組み込まれる、センサ、アクチュエータ、電子部品、又はそれらの組み合わせと
を有する、センサアセンブリ。
【請求項２】
前記基板多層構造が業界標準プリント基板材料から作られる、請求項１に記載のセンサアセンブリ。
【請求項３】
前記基板多層構造が、２つ以上のプリント基板パターン構造によって形成される、請求項１に記載のセンサアセンブリ。
【請求項４】
前記スリットが前記基板多層構造の各層に部分的にしか及ばず、前記基板多層構造の各層に対する前記スリットの深さが、前記基板多層構造の伸縮性をさらに制御するために変更される、請求項１に記載のセンサアセンブリ。
【請求項５】
前記入れ子スリットが、二重スパイラル状スリット又はカム状構造を形成するスリットであり、
前記センサアセンブリが、
１つ以上の実質的に平行な直線スリット、又は、
１つ以上の実質的に平行なＳ字型スリット、又は、
少なくとも１つのＳ字型スリットと、カム状構造を形成する少なくとも１つのスリットの組み合わせ、又は、
上記のうちの２つ以上の組み合わせ、
によって形成される、予め固定された形状のパターン構造をさらに有する、請求項１に記載のセンサアセンブリ。
【請求項６】
前記基板多層構造が二層構造であり、各層が前記予め固定された形状のパターン構造と複数の温度センサを有する、請求項１に記載のセンサアセンブリ。
【請求項７】
前記熱絶縁層によって分離される二つ以上の温度感受性素子から成るゼロ熱流束型センサを有する、請求項１に記載のセンサアセンブリ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、センサ、アクチュエータ、又は電気部品を担持するように適合され、人若しくは動物の身体又は生物学的種の表面に取り付けられるように適合された、基板層構造に関する。
【背景技術】
【０００２】
多くの異なる医学的応用は、患者が医療センサを常時携帯することを必要とする。こうした医療センサの一例は体温センサであり、侵襲性体温センサ（動脈ラインカテーテル、食道／直腸プローブなど）、又は観察対象の表面に取り付けられる非侵襲性センサのいずれかに基づくことができる。
【０００３】
経験上、こうした非侵襲性医療センサを携帯する患者にとって最も重要な要素の１つは、身体への高品質で確実な取り付けのため、及び、高い測定精度と測定アーチファクトに関する信頼性を確実にするために、これらが必要に応じて柔軟性かつ伸縮性であることである。これは温度センサの場合、正しい操作のために皮膚とセンサの間に明確で安定な熱的接触を必要とするため、間違いなく当てはまる。典型的には、通常は額に置かれる温度センサの場合、数ｃｍのセンサ曲率半径（正確な曲率はセンサ配置位置の患者特有形状によって決まる）が達成可能である必要がある。センサが身体上の他の位置に置かれなければならないときは、サブセンチメートルスケールのさらに小さい曲率が必要となり得る。ほとんどの場合、医療センサは、楕円状物体の上、又は楕円状のくぼみの中に置かれる必要がある。従って、センサは一方向に曲がることができるだけでは十分ではなく、伸縮性である必要もある。
【０００４】
業界標準製造工程の使用は、高収率、高信頼性、及び低製造コストの製品を実現するために必須である。これは、低コストと高信頼性の両方が高い優先度を持つ、考慮されている消耗医療センサの場合は特に重要である。あいにく、標準プリント基板（ＰＣＢ）材料も、標準フレックスフォイル材料（例えばポリイミドフィルム）も、伸縮性の要件を満たしていない。ＰＣＢ基板は硬く（すなわち伸縮性でも柔軟性でもない）、フレックスフォイル基板は柔軟性であるが伸縮性ではない。そのため、これらは考慮されている装着式の解剖学的にコンフォーマルなセンサの類には適していない。
【０００５】
代替基板（例えば繊維又はゴムシート）の使用も原理上は考慮され得るが、対応する製造工程は、収率、製品の信頼性、及びコストにおいて、ＰＣＢ及びフレックスフォイルの工程にはまだ勝てない。従って、業界標準のＰＣＢ又はフレックスフォイル（例えばポリイミド）基板を使用することが非常に好ましい。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
本発明の目的は、様々な電子機器を担持するのに適した柔軟性かつ伸縮性の基板層を提供し、従って柔軟性かつ伸縮性の医療機器／センサアセンブリを形成し、一方同時に、実績ある業界標準の基板材料と製造工程を利用することによって、上述の欠点を克服することである。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
一態様によれば本発明は、センサ、アクチュエータ、若しくは電子部品、又はそれらの組み合わせを担持するように適合され、人若しくは動物の身体又は生物学的種の表面に取り付けられるように適合された、基板層構造に関し、
柔軟な基板層構造の表面は、１つ以上のスリットによって形成される予め固定された形状のパターン構造であり、この形状は、基板層構造の伸縮性がその下の身体表面の形状に適合するように選択される。
【０００８】
従って１つ以上のスリットによって形成される形状は、基板層構造の使用条件に適合されることができる。従って、例えば伸縮性が一次元のみであることを実施に要する場合、形状は複数の平行スリットから作られ、必要な形状が層構造の面内で二次元である場合、形状は平行なＳ字型スリットによって形成され、伸縮性が三次元であることを実施に要する場合、スパイラルを形成する単一スリットが使用され得る。従って、高度な"伸縮性電子"回路／センサが提供される。
【０００９】
一実施形態において、基板層構造は業界標準プリント基板（ＰＣＢ）材料から作られる。
【００１０】
電子部品を搭載するために業界標準基板を使用する利点は、高い製造スループットと高い製品の信頼性を実現することができ、一方同時に低製造コストを維持することができることである。こうしたＰＣＢ材料の例は、ポリイミドフィルム、ＦＲ‐２（フェノールコットン紙）、ＦＲ‐３（コットン紙とエポキシ）、ＦＲ‐４（織りガラスとエポキシ）、ＦＲ‐５（織りガラスとエポキシ）、ＦＲ‐６（マットガラスとポリエステル）、Ｇ‐１０（織りガラスとエポキシ）、ＣＥＭ‐１（コットン紙とエポキシ）、ＣＥＭ‐２（コットン紙とエポキシ）、ＣＥＭ‐３（織りガラスとエポキシ）、ＣＥＭ‐４（織りガラスとエポキシ）、ＣＥＭ‐５（織りガラスとポリエステル）、テフロン（登録商標）、セラミック材である。
【００１１】
一実施形態において、１つ以上のスリット、従って予め固定された形状のパターン構造は、基板層構造の表面にスリットを切り入れることによって形成される。
【００１２】
従って、基板にスリットを形成することによって所望のレベルの伸縮性と柔軟性が実現され、例えば楕円若しくは円錐物体上にフィットさせるために、基板を面外方向に伸縮させるよう、例えばスパイラル状スリットが使用されることができる。また、基板層構造を複数のサブ平面に分割するために、いわゆる'入れ子'スリットが利用されることができ、これは例えばスパイラルの１つを上に引っ張りながら、他のスパイラルを下へ引っ張ることを可能にする。そして物体はスパイラルの間に置かれることができる。例えば、電子部品が、測定される物体（例えば指又は腕）の両側から有利に置かれることを検出原理が必要とする場合、指又は腕はスパイラルの間に置かれることができる。代替的に、'二重スパイラル'のような'入れ子'スリットは、異なる面が特定材料によって互いに分離される、'サンドイッチ状'多面基板を作るために使用されることができる。深部体温センサの場合には、面外方向での熱流速測定を可能にするために、明確な熱絶縁層が'サンドイッチ面'の間に含まれることができる。絶縁層も同様に柔軟性かつ伸縮性であるように選ばれる場合、系全体の柔軟性は維持される。同じ'サンドイッチ'は複数の別々の基板を用いることによっても実現され得ることに留意すべきである。
【００１３】
一実施形態において、基板層構造は２つ以上のＰＣＢパターン構造によって形成されるサンドイッチ状構造である。
【００１４】
従って、多層構造が得られ、これは例えば、単一（又はそれ以上）の熱絶縁層によって分離される２つ以上の温度感受性素子から成る、いわゆるゼロフラックス型の温度センサなどの温度センサといった医療センサにしばしば必要とされる。また、ＰＣＢパターン構造の各々は別の機器にフィットされ得る。用途に応じて、多層構造は、例えば基板層構造が温度センサとして使用されるように適合される場合には絶縁材料によって、又は非絶縁（若しくは半伝導）材料によって分離され得る。
【００１５】
一実施形態において、予め固定された形状のパターン構造は、
１つ以上の実質的に平行な直線スリット、又は、
１つ以上の実質的に平行なＳ字型スリット、又は、
スパイラル状スリット、又は、
二重スパイラル状スリット、又は、
多重スパイラル状スリット、又は、
カム状構造を形成するスリット、又は、
２つ以上のスパイラル状スリットの組み合わせ、
少なくとも１つのＳ字型スリットと、カム状構造を形成する少なくとも１つのスリットの組み合わせ、
上記のうちの２つ以上の組み合わせ、
によって形成される。
【００１６】
従って、柔軟性の方向はスリットの形状を変えることによって完全に制御され得る。前述の通り、一例として平行スリットは一方向に増加した伸縮性をもたらし、Ｓ字型スリットはスパイラル状スリットなどと同様に二次元の伸縮性をもたらす。
【００１７】
一実施形態において、電子機器は、電子部品若しくは回路又はその両方である。
【００１８】
別の態様によれば、本発明は、請求項１に記載の基板層構造を製造する方法に関し、
前記基板層構造を備えるステップと、
基板層構造の表面に、前記予め固定された形状の１つ以上のスリットを形成するステップと、
前記センサ、アクチュエータ、電子部品、又はそれらの組み合わせを、基板層構造に置くステップ又は取り付けるステップと、を有する。
【００１９】
切り込み／スリットは、前記電子機器若しくは部品、又は電気‐機械的若しくは電気‐化学的センサを置く直前又は直後に実行され得ることに留意すべきである。そのようにしてスリットを作ることは、共通基板シートからの個々の機器の'切り出し'として、標準的な周知の手順である（典型的な機器サイズは数ｃｍのオーダーであり、一方基板は通常は約３０ｃｍ×６０ｃｍのサイズである‐製造装置及び製造者の好みによって決まる）。
【００２０】
さらに別の態様によれば、本発明は、前記基板層構造と、基板層構造に取り付けられる又は組み込まれる、電子機器若しくは部品、又は電気‐機械的若しくは電気‐化学的センサ、又はそれらの組み合わせを有する、センサアセンブリに関する。
【００２１】
本発明の態様は各々他の態様のいずれと組み合わされてもよい。本発明のこれらの及び他の態様は、以下に記載の実施形態から明らかとなり、それらを参照して解明される。
【００２２】
本発明の実施形態は、ほんの一例として、図面を参照して説明される。
【図面の簡単な説明】
【００２３】
【図１】電子機器を担持するように適合され、人若しくは動物の身体又は生物学的種の表面に取り付けられるように適合された、基板層構造の７つの異なる実施形態を示す。
【図２】電子機器を担持するように適合され、人若しくは動物の身体又は生物学的種の表面に取り付けられるように適合された、基板層構造の７つの異なる実施形態を示す。
【図３】電子機器を担持するように適合され、人若しくは動物の身体又は生物学的種の表面に取り付けられるように適合された、基板層構造の７つの異なる実施形態を示す。
【図４】電子機器を担持するように適合され、人若しくは動物の身体又は生物学的種の表面に取り付けられるように適合された、基板層構造の７つの異なる実施形態を示す。
【図５】電子機器を担持するように適合され、人若しくは動物の身体又は生物学的種の表面に取り付けられるように適合された、基板層構造の７つの異なる実施形態を示す。
【図６】電子機器を担持するように適合され、人若しくは動物の身体又は生物学的種の表面に取り付けられるように適合された、基板層構造の７つの異なる実施形態を示す。
【図７】電子機器を担持するように適合され、人若しくは動物の身体又は生物学的種の表面に取り付けられるように適合された、基板層構造の７つの異なる実施形態を示す。
【図８】かかる基板層構造を使用することで利益を得る温度センサアセンブリの一実施例を示す。
【発明を実施するための形態】
【００２４】
業界標準製造工程の使用は、高収率、高信頼性、及び低製造コストの製品を実現するために重要である。これは、低コストと高信頼性の両方が高い優先度を持つ、考慮されている消耗医療センサの場合は特に重要である。
【００２５】
機器が複数の相互接続された電気部品から構成されるとき、硬いプリント基板（ＰＣＢ）、又は基板として使用される柔軟性フォイル（フレックスフォイル）は、部品を保持するため、及びそれらの間の必要な電気相互接続をもたらすために、製造において広く使用される。こうした伝導層は典型的には薄い銅箔で作られる。しばしば、ＰＣＢ工場はプリプレグ（ｐｒｅｉｍｐｒｅｇｎａｔｅｄの省略）を使用し、これはガラス繊維マット、不織布材料、及び樹脂の組み合わせである。銅箔とプリプレグは典型的にはエポキシ樹脂で一緒に積層される。ＰＣＢ産業で使用される周知のプリプレグ材料は、ＦＲ‐２（フェノールコットン紙）、ＦＲ‐３（コットン紙とエポキシ）、ＦＲ‐４（織りガラスとエポキシ）、ＦＲ‐５（織りガラスとエポキシ）、ＦＲ‐６（マットガラスとポリエステル）、Ｇ‐１０（織りガラスとエポキシ）、ＣＥＭ‐１（コットン紙とエポキシ）、ＣＥＭ‐２（コットン紙とエポキシ）、ＣＥＭ‐３（織りガラスとエポキシ）、ＣＥＭ‐４（織りガラスとエポキシ）、ＣＥＭ‐５（織りガラスとポリエステル）である。他の広く使用される材料は、ポリイミド、テフロン（登録商標）、及びいくつかのセラミックである。繊維又はゴムシートなどの代替基板の使用も原理上は考慮され得るが、対応する製造工程は、収率、製品の信頼性、及びコストにおいて、ＰＣＢ及びフレックスフォイルの工程にはまだ勝てない。従って、ＰＣＢ又はフレックスフォイル基板を使用することが好ましい。
【００２６】
前述の通り、柔軟性と伸縮性は、正しい操作のために身体表面との良好な解剖学的適合を必要とする生理学的センサの場合、非常に重要である。これは間違いなく温度センサに当てはまる。例えば、額温度センサの場合、数ｃｍのセンサ曲率半径（正確な曲率は患者特有である）が達成可能である必要がある。センサが、耳の後ろのポケット、脇の下、鼻腔、耳、指若しくは足指の間、又は身体上の任意の他の所望の位置などの身体上の位置に置かれなければならないときは、サブセンチメートルスケールのさらに小さい曲率が必要となり得る。
【００２７】
上記の両方の場合において、センサは楕円状物体の上、又は楕円状のくぼみの中に置かれる必要があることに留意すべきである。従って、センサは一方向に曲がることができるだけでは十分ではなく、伸縮性である必要もある。
【００２８】
あいにく、標準ＰＣＢ材料も標準フレックスフォイル材料（例えばポリイミドフィルム）も伸縮性の要件を満たしていない。ＰＣＢ基板は硬く（すなわち伸縮性でも柔軟性でもない）、フレックスフォイル基板は柔軟性であるが伸縮性ではない。そのため、これらは考慮されている装着式の解剖学的にコンフォーマルなセンサの類には適していない。
【００２９】
図１乃至図７は、電子機器を担持するように適合され、人若しくは動物の身体又は生物学的種の表面に取り付けられるように適合された、基板層構造の７つの異なる実施形態を示す。柔軟性の基板層構造の表面は、予め固定された形状のパターン構造を有し、これは１つ以上のスリットによって、又は、予め固定された形状を切り抜き、従っていわゆる予め固定された'入れ子'形状（例えばスパイラル）を形成することによって、形成され得る。この形状は、基板層構造の伸縮性が、その下の身体表面の形状に適合するように選択される。
【００３０】
スリットは、例えば単に、基板層に切り込みを入れることによって、又は標準的なエッチング法を介して、又は当業者が利用可能な任意の他の手段によって、周知の方法によって製造され得る。さらに、伸縮性はスリットの深さを変えることによってさらに制御されるが、深さは通常は基板層に部分的にしか及ばないが、用途に応じて、深さは基板層全体にも及び得る。
【００３１】
図１は、パターン構造が実質的に直線から成る基板層構造１００を示し、これはｘ方向に改良された柔軟性をもたらす（座標系を参照）。図示の通り、スリットは、硬いプリント基板（ＰＣＢ）、又は柔軟性フォイル、又は変形可能材料であり得る基板層構造にスリットをエッチングする／切り入れることによって形成される。そして、１つ又は複数の電子機器、例えば温度感受性素子が、例えばスリット１０１において、又は層構造１００において、パターン構造に取り付けられ、はんだ付けされ、搭載され得る。特定の実施形態において、温度感受性素子（例えばサーミスタ）はスリットの間に搭載されることができる。こうしたセンサは、例えば関節又はその付近の指又は腕において、多数の温度を測定するために有用となり得る。
【００３２】
図２はパターン構造が実質的に平行なＳ字型スリットから成る基板層構造１００を示す。従って、ｘ方向に改良された柔軟性に加えて、ｙ方向の柔軟性が同時に実現され、従って改良された"伸縮性"をもたらす。ここでもやはり、１つ又は複数の電子機器が、例えばＳ字型スリット２１０において、又は層構造１００において、パターン構造に取り付けられ得る。
【００３３】
図３は、パターン構造がスパイラル形状を持つ単一スリット３０１から成る基板層構造１００を示す。こうしたスパイラルな切り込みは、ｘ‐ｙ‐方向両方において、特にスパイラルの内側の先端において高い柔軟性を生じる。加えて、こうしたスパイラル状構造は、例えば楕円又は円錐物体上にフィットするために、ｚ方向（面外方向）に大幅な伸縮性をもたらす。
【００３４】
図４は、基板層構造１００上に置かれる、従って最上層４０１を形成する、二重スパイラル又は"入れ子"スリット４０１を示す。こうした二重スパイラルスリットの使用は、一例として極めて柔軟性で自己整合性の二層センサ構造の容易な実装を可能にする。こうした構造は、例えば熱絶縁層で分離される２つ以上の温度感受性素子（サーミスタ、熱電対など）から成るいわゆるゼロ熱流束型（又は関連）センサなどの多層構造を作るのに非常に有用となり得、ここでは複数の温度測定値を組み合わせることによって深部体温が推定される。特に、絶縁層の両側における温度の差（測定される身体と周囲からの熱流束に比例する）が推定に使用されている。いくつかの実施形態において、身体から周囲への熱流束は、推定精度を増すために、加熱素子、蒸発器、可変有効熱伝導率の層などの使用によって随意に調節されることができる。従って、"入れ子"スリットの使用は、単一基板シートから多層構造の低コスト製造を可能にし、加えて異なる層を整列させる問題を簡略化する。
【００３５】
図５乃至図７はカム状構造を形成するスリットの３つの実施形態を示す。図５において構造５０１と５０２は基板層構造１００の中に異なる深さを持ち、従ってｘ‐ｙ‐方向に柔軟性かつ伸縮性である二層センサ構造を可能にする、すなわち、電子機器が各構造５０１、５０２の各々の中に置かれることができる。
【００３６】
図６は構造が基板層構造１００の上に置かれる"入れ子"カム状構造を示す。図７は、さらなる柔軟性と伸縮性が実現されるように、カム状スリットとＳ字型スリット７０１、７０２の組み合わせを示す。'入れ子'という語は単に、複数の'サブ平面'を作ることを可能にすることを意味する。
【００３７】
図８は温度センサを形成する柔軟性かつ伸縮性のセンサアセンブリの一実施例を示す。基板層１００は"入れ子"スパイラルであり、そこに複数の温度センサ（サーミスタ）８０２が取り付けられる。スパイラルの他の部分もまた、絶縁層８０１ａ及び８０１ｂの間にあるサーミスタ８０４を含む（上部８０１ｂと下部８０１ａの間の暗い分離部）。スパイラルの両部分は、数ピースの駆動電子機器８０３に接続される。
【００３８】
電子部品を有する任意の医療センサが、解剖学的適合を改良するために提案されたようなスリットを使用することで多いに利益を得ることに留意すべきである。
【００３９】
開示された実施形態の特定の具体的詳細は、本発明の明瞭かつ完全な理解をもたらすために、限定ではなく説明を目的として記載される。しかしながら、本発明は、この開示の精神と範囲から著しく逸脱することなく、明細書に記載された詳細に厳密に一致しない他の実施形態において実施されてもよいことが、当業者に理解されるべきである。さらに、この文脈において、及び簡潔さと明瞭さを目的として、周知の装置、回路、及び方法の詳細な説明は、不必要な詳細と起こり得る混乱を避けるために省略されている。
【００４０】
参照符号が請求項に含まれるが、参照符号の包含は明瞭さのために過ぎず、請求項の範囲を限定するものと解釈されるべきではない。
【図１】
0005913509.tif 000002
【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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