JP7084576B2 - Flow measuring device - Google Patents
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Description
本発明は、流れ測定装置に関するものである。 The present invention relates to a flow measuring device.
流体の速度、たとえばヒトの末梢気道で呼気や吸気の流速を測定することが望まれている。これに対して、特許文献1および特許文献2に記載された流れ測定装置が提案されている。上記流れ測定装置は、熱線流速計と同様の原理を用いて、検出用抵抗素子の抵抗値を測定することで流体の流れを測定することができる。
It is desired to measure the velocity of fluids, such as the flow rates of exhalation and inspiration in the human peripheral airways. On the other hand, the flow measuring devices described in
上記流れ測定装置は、熱線流速計のセンサ回路のうちのヒータ部分等を、ホトリソグラフィーを応用して可撓性の回路基板フィルム上に薄く且つ微小に形成されたセンサ回路が円筒状ケースの内周面に装着されていて、そのセンサ回路内のヒータ素子および検出用抵抗素子の円筒状ケースの内周面に対応する部位に位置する管状スペーサに局所的に穴が形成されることにより、ヒータ素子および検出用抵抗素子を熱的に絶縁する空洞(キャビティ)が設けられている。これにより、ヒータ素子および検出用抵抗素子に対する周辺の熱的ノイズの伝達およびそれの影響が抑制されることで、流れの測定精度が確保されている。 In the above flow measuring device, the heater portion of the sensor circuit of the heat ray flow meter is formed in a thin and minute sensor circuit on a flexible circuit board film by applying photolithography. A heater is mounted on the peripheral surface and a hole is locally formed in a tubular spacer located at a portion corresponding to the inner peripheral surface of the cylindrical case of the heater element and the detection resistance element in the sensor circuit. A cavity is provided to thermally insulate the element and the resistance element for detection. As a result, the transmission of ambient thermal noise to the heater element and the detection resistance element and the influence thereof are suppressed, so that the measurement accuracy of the flow is ensured.
ところで、このように構成された流れ測定装置では、センサ回路パターンが形成された担体樹脂フィルムの一部に形成されたセンサ端子部を外部へ取り出すために、センサ端子部が円筒体ケースに形成された穴を通り且つ円筒状ケースの外周に密着状態で巻き付けられた外側円筒体に形成された切れ目(スリット)を通して外部へ取り出され、測定回路に接続される。しかしながら、円筒状ケースの内外に差圧が存在する場合には、上記の切れ目を通して流体が漏れ出て円筒状ケース内を流通する流体に乱れが発生し、測定精度が低下する可能性があった。 By the way, in the flow measuring device configured as described above, the sensor terminal portion is formed in a cylindrical case in order to take out the sensor terminal portion formed on a part of the carrier resin film on which the sensor circuit pattern is formed. It is taken out to the outside through a cut (slit) formed in the outer cylindrical body that passes through the hole and is wound in close contact with the outer periphery of the cylindrical case, and is connected to the measurement circuit. However, when there is a differential pressure inside and outside the cylindrical case, the fluid leaks through the above-mentioned cut and the fluid flowing in the cylindrical case is disturbed, which may reduce the measurement accuracy. ..
また、円筒体ケースの内周面にセンサ回路パターンが形成された担体樹脂フィルムが貼り付けられ、センタ回路パターンの抵抗体が円筒体ケース内を流通する被測定流体と触れるようになっているが、その抵抗体およびそれを支持する担体樹脂フィルムの厚みによって被測定流体に乱れが発生し、小径であるほど測定精度が低下する一因となっていた。 Further, a carrier resin film having a sensor circuit pattern formed on the inner peripheral surface of the cylindrical case is attached, and the resistor of the center circuit pattern comes into contact with the fluid to be measured flowing in the cylindrical case. The thickness of the resistor and the carrier resin film that supports it causes turbulence in the fluid to be measured, and the smaller the diameter, the lower the measurement accuracy.
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、流体の流れを高精度で計測可能な流れ測定装置を提供することにある。 The present invention has been made in the background of the above circumstances, and an object of the present invention is to provide a flow measuring device capable of measuring a fluid flow with high accuracy.
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、比較小径の内側円筒体の一部に径方向に貫通する貫通穴を設ける一方で、担体樹脂フィルムの上にセンサ回路パターンを形成し、内側円筒体を平坦な板の上を転動させることで、そのセンサ回路パターンのヒータ素子が前記貫通穴内に位置するように、センサ回路パターンが形成されている担体シートを内側円筒体の外周に巻き着けると、ヒータ素子およびそれを支持する担体樹脂フィルムの部位は貫通穴内に収容されるので、内側円筒体内を流通する流体の流れに乱れが生じ難くなることを見いだした。また、担体樹脂フィルム上に形成されたセンサ回路パターンの一部である端子パッドを外部へ取り出すに際しては、ヒータ素子の背面に空洞を形成するための貫通穴が形成されて内側円筒体の外側に密着させられる中間円筒体に端子取出用貫通穴をさらに形成し、センサ回路パターンの一部を内側円筒体と中間円筒体との間で挟持させた領域を経て中間円筒体に形成された端子取出用貫通穴を通して外部へ取り出させるようにすると、気密性が高められて内側円筒体内からの流体の漏れが好適に抑制されることを見いだした。本発明は、これら知見に基づいて為されたものである。 Based on the above circumstances, the present inventors have conducted various studies, and while providing a through hole penetrating in the radial direction in a part of the inner cylinder having a comparatively small diameter, the sensor circuit pattern is formed on the carrier resin film. The inner cylinder is formed with a carrier sheet on which the sensor circuit pattern is formed so that the heater element of the sensor circuit pattern is located in the through hole by forming and rolling the inner cylinder on a flat plate. It was found that when wrapped around the outer circumference of the cylinder, the heater element and the portion of the carrier resin film supporting the heater element are housed in the through hole, so that the flow of the fluid flowing through the inner cylinder is less likely to be disturbed. Further, when the terminal pad which is a part of the sensor circuit pattern formed on the carrier resin film is taken out to the outside, a through hole for forming a cavity is formed on the back surface of the heater element and is formed on the outside of the inner cylinder. A through hole for terminal extraction is further formed in the intermediate cylinder to be brought into close contact, and a terminal extraction formed in the intermediate cylinder via a region in which a part of the sensor circuit pattern is sandwiched between the inner cylinder and the intermediate cylinder. It was found that when the fluid is taken out through the through hole, the airtightness is enhanced and the leakage of the fluid from the inner cylinder is preferably suppressed. The present invention has been made based on these findings.
かかる目的を達成するための第1発明の要旨とするところは、(a)流体の速度を計測する流れ測定装置であって、(b)径方向に貫通する貫通穴が局所的に形成された内側円筒体と、(c)前記内側円筒体の外周面に巻き着けられた担体樹脂フィルムと、(d)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貫通穴内に位置するように前記担体樹脂フィルムの表面に形成されたセンサ回路パターンと、(e)前記内側円筒体の外周面との間に前記担体樹脂フィルムを挟む状態で前記内側円筒体に装着され、前記担体樹脂フィルムのうち前記センサ回路パターンの前記マイクロヒータ素子が位置する部位の裏面に局所的に形成された空洞用貫通穴および端子取出用貫通穴を有する中間円筒体と、(f)前記中間円筒体に形成された空洞用貫通穴を塞ぐように前記中間円筒体の外側に装着された外側円筒体とを、含み、(g)前記内側円筒体と前記中間円筒体との間から前記端子取出用貫通穴を通して導出された前記担体樹脂フィルムのセンサ端子部が、前記内側円筒体と前記中間円筒体の内周面との間で挟圧されていることにある。 The gist of the first invention for achieving such an object is (a) a flow measuring device for measuring the velocity of a fluid, and (b) a through hole penetrating in the radial direction is locally formed. The carrier has an inner cylinder, (c) a carrier resin film wrapped around the outer peripheral surface of the inner cylinder, and (d) a microheater element so that the microheater element is located in the through hole. The carrier resin film is mounted on the inner cylinder with the carrier resin film sandwiched between the sensor circuit pattern formed on the surface of the resin film and (e) the outer peripheral surface of the inner cylinder. An intermediate cylinder having a through hole for a cavity and a through hole for taking out a terminal locally formed on the back surface of a portion of the sensor circuit pattern where the microheater element is located, and (f) a cavity formed in the intermediate cylinder. It includes an outer cylinder mounted on the outside of the intermediate cylinder so as to close the through hole, and is (g) derived from between the inner cylinder and the intermediate cylinder through the terminal take-out through hole. The sensor terminal portion of the carrier resin film is sandwiched between the inner cylinder and the inner peripheral surface of the intermediate cylinder.
第2発明の要旨とするところは、第1発明において、前記担体樹脂フィルムのセンサ端子部には、前記センサ回路パターンの複数の端子パッドが備えられ、前記複数の端子パッドに接続された複数本の導線が前記センサ端子部から前記外側円筒体の長手方向に沿って導出されていることにある。 The gist of the second invention is that, in the first invention, the sensor terminal portion of the carrier resin film is provided with a plurality of terminal pads of the sensor circuit pattern, and a plurality of terminals connected to the plurality of terminal pads. Is derived from the sensor terminal portion along the longitudinal direction of the outer cylindrical body.
第3発明の要旨とするところは、第2発明において、前記センサ回路パターンの複数の端子パッドは、異方性導電膜或いは導電性ペーストを介して前記導線の端部と電気的に接続されていることにある。 The gist of the third invention is that, in the second invention, the plurality of terminal pads of the sensor circuit pattern are electrically connected to the end of the conducting wire via an anisotropic conductive film or a conductive paste. To be there.
第4発明の要旨とするところは、第1発明から第3発明のいずれか1の発明において、前記担体樹脂フィルムは、ミクロンオーダの厚みを有するパラキシレン系ポリマーから構成され、前記担体樹脂フィルムの表面に形成されている前記センサ回路パターンの一部である前記マイクロヒータ素子が位置する部位の前記担体樹脂フィルムの裏面には、前記中間円筒体に局所的に形成された前記空洞用貫通穴が位置させられていることにある。 The gist of the fourth invention is that in any one of the first to third inventions, the carrier resin film is composed of a paraxylene-based polymer having a thickness on the order of micron, and is the same as the carrier resin film. On the back surface of the carrier resin film at the portion where the microheater element, which is a part of the sensor circuit pattern formed on the surface, is located, the through hole for the cavity locally formed in the intermediate cylinder is formed. It is to be positioned.
第5発明の要旨とするところは、第1発明から第4発明のいずれか1の発明において、前記センサ回路パターンに設けられたヒータ素子および被測定流体の温度変化を補償するための温度補償抵抗素子を4つの抵抗器の一部として有するホイートストンブリッジ回路を備える定温度駆動回路から成る気体流速計測回路を含むことにある。 The gist of the fifth invention is that in any one of the first to fourth inventions, the temperature compensating resistor for compensating for the temperature change of the heater element and the measured fluid provided in the sensor circuit pattern. To include a gas flow velocity measuring circuit consisting of a constant temperature drive circuit comprising a Wheatstone bridge circuit having the element as part of four resistors.
第6発明の要旨とするところは、第1発明から第5発明のいずれか1の発明において、前記流れ測定装置は、生体の気流を計測するものであり、前記生体の気流に基づいて前記生体の呼吸運動を反映する呼吸信号を出力する気体流算出制御部と、前記気体流算出制御部から出力された呼吸信号からその呼吸信号に重畳する前記生体の心臓の拍動に同期する周波数成分を抽出し、その拍動を表す心拍信号を出力する波形解析制御部とを、含むことにある。 The gist of the sixth invention is that in any one of the first to fifth inventions, the flow measuring device measures the air flow of the living body, and the living body is based on the air flow of the living body. A gas flow calculation control unit that outputs a breathing signal that reflects the respiratory movement of the body, and a frequency component that synchronizes with the heartbeat of the living body superimposed on the breathing signal from the breathing signal output from the gas flow calculation control unit. It includes a waveform analysis control unit that extracts and outputs a heartbeat signal representing the beat.
第7発明の要旨とするところは、第1発明から第6発明のいずれか1の発明において、前記内側円筒体内を流通する流体の温度を色変化を示す感温フィルムを用いて検知する感温フィルム検知部を、含むことにある。 The gist of the seventh invention is that in any one of the first to sixth inventions, the temperature of the fluid flowing through the inner cylinder is detected by using a temperature-sensitive film showing a color change. The purpose is to include a film detection unit.
第1発明の流れ測定装置によれば、ヒータ素子およびそれを支持する担体樹脂フィルムの部位は内側円筒体に局所的に形成された貫通穴内に収容されるので、内側円筒体内を流通する流体の流れに乱れが生じ難くなる。また、前記内側円筒体と前記中間円筒体との間から前記端子取出用貫通穴を通して導出された前記担体樹脂フィルムのセンサ端子部が、前記内側円筒体と前記中間円筒体の内周面との間で挟圧されていて、内側円筒体内の流体の漏れが好適に防止される。これらにより、内側円筒体内を流れる流体の流れを高精度で計測可能となる。 According to the flow measuring device of the first invention, since the portion of the heater element and the carrier resin film supporting the heater element is housed in the through hole locally formed in the inner cylinder, the fluid flowing in the inner cylinder is accommodated. The flow is less likely to be disturbed. Further, the sensor terminal portion of the carrier resin film led out from between the inner cylinder and the intermediate cylinder through the through hole for taking out the terminal is formed between the inner cylinder and the inner peripheral surface of the intermediate cylinder. It is sandwiched between them to preferably prevent fluid leakage in the inner cylinder. These make it possible to measure the flow of fluid flowing in the inner cylinder with high accuracy.
第2発明の流れ測定装置によれば、前記担体樹脂フィルムのセンサ端子部には、前記センサ回路パターンの複数の端子パッドが備えられ、前記複数の端子パッドに接続された複数本の導線が前記センサ端子部から前記外側円筒体の長手方向に沿って導出されている。これにより、センサ回路パターンのセンサ端子部から前記気流センサの長手方向に沿った導線に接続されるので、接続のための容積が小さくされる。 According to the flow measuring device of the second invention, the sensor terminal portion of the carrier resin film is provided with a plurality of terminal pads of the sensor circuit pattern, and the plurality of lead wires connected to the plurality of terminal pads are described. It is derived from the sensor terminal portion along the longitudinal direction of the outer cylindrical body. As a result, the sensor terminal portion of the sensor circuit pattern is connected to the conducting wire along the longitudinal direction of the airflow sensor, so that the volume for connection is reduced.
第3発明の流れ測定装置によれば、前記センサ回路パターンの複数の端子パッドは、異方性導電膜或いは導電性ペーストを介して前記導線の端部と電気的に接続されている。これにより、前記センサ回路パターンの端子パッドの線幅および線間隔、およびそれに接続する前記導線の線径および線間隔を大幅に小さくすることができることにある。 According to the flow measuring device of the third invention, the plurality of terminal pads of the sensor circuit pattern are electrically connected to the end of the conducting wire via an anisotropic conductive film or a conductive paste. This makes it possible to significantly reduce the line width and line spacing of the terminal pad of the sensor circuit pattern, and the wire diameter and line spacing of the conducting wire connected to the line width and line spacing.
第4発明の流れ測定装置によれば、前記担体樹脂フィルムは、ミクロンオーダの厚みを有するパラキシレン系ポリマーから構成され、前記担体樹脂フィルムの表面に形成されている前記センサ回路パターンの一部である前記マイクロヒータ素子が位置する部位の前記担体樹脂フィルムの裏面には、前記中間円筒体に局所的に形成された前記空洞用貫通穴が位置させられている。このため、前記担体樹脂フィルムの裏面に中間円筒体に形成された前記空洞用貫通穴が位置させられているマイクロヒータ素子はミクロンオーダの厚みを有する担体樹脂フィルムにより担持されていて、マイクロヒータ素子の熱容量が大幅に小さくなるので、流速測定において桁違いの高い応答性が得られる。 According to the flow measuring apparatus of the fourth invention, the carrier resin film is composed of a paraxylene-based polymer having a thickness of micron order, and is a part of the sensor circuit pattern formed on the surface of the carrier resin film. On the back surface of the carrier resin film at the portion where the microheater element is located, the through hole for the cavity locally formed in the intermediate cylinder is positioned. Therefore, the microheater element in which the through hole for the cavity formed in the intermediate cylinder is located on the back surface of the carrier resin film is supported by the carrier resin film having a thickness of micron order, and the microheater element. Since the heat capacity of the plastic is significantly reduced, an order of magnitude higher responsiveness can be obtained in the flow velocity measurement.
第5発明の流れ測定装置によれば、前記センサ回路パターンに設けられたヒータ素子および被測定流体の温度変化を補償するための温度補償抵抗素子を4つの抵抗器の一部として有するホイートストンブリッジ回路を備える定温度駆動回路から成る気体流速計測回路を含むことにある。これにより、被測定流体の温度変化に拘わらず、正確な測定が可能となる。 According to the flow measuring device of the fifth invention, a Wheatstone bridge circuit having a heater element provided in the sensor circuit pattern and a temperature compensating resistance element for compensating for a temperature change of the fluid to be measured as a part of four resistors. It is intended to include a gas flow velocity measuring circuit comprising a constant temperature drive circuit comprising. This enables accurate measurement regardless of the temperature change of the fluid to be measured.
第6発明によれば、波形解析制御部により、前記気体流算出制御部から出力された呼吸信号からその呼吸信号に重畳する前記生体の心臓の拍動に同期する周波数成分が抽出され、その拍動を表す心拍信号が出力される。このため、その心拍信号を用いることにより、生体に貼着するECG電極を用いることなく、生体の心臓の拍出を表す心拍信号を容易に検出することができる。すなわち、皮膚が弱く、心電計測を目的として上記ECG電極を長時間皮膚に貼りつけることが難しい乳幼児であっても、容易に心拍信号を得ることができる。また、実際の心臓の容積変化すなわち心拍出量を反映した心拍信号を得ることができるので、心電誘導波形を用いる従来に比較して、心臓の拍動の有無を高い信頼性で確認でき、救急救命現場での医療処置が速やかに行なわれ得るとともに、心拍数を変化させるだけでなく心拍出量を変化させる循環器系の薬の臨床的な評価が可能となるという効果も得られる。 According to the sixth invention, the waveform analysis control unit extracts a frequency component synchronized with the heartbeat of the living body superimposed on the breathing signal from the breathing signal output from the gas flow calculation control unit, and beats the breathing signal. A heartbeat signal representing motion is output. Therefore, by using the heartbeat signal, it is possible to easily detect the heartbeat signal representing the heartbeat of the living body without using the ECG electrode attached to the living body. That is, even an infant whose skin is weak and it is difficult to attach the ECG electrode to the skin for a long time for the purpose of electrocardiographic measurement can easily obtain a heartbeat signal. In addition, since it is possible to obtain a heartbeat signal that reflects the actual heart volume change, that is, the cardiac output, it is possible to confirm the presence or absence of heartbeat with high reliability as compared with the conventional method using an electrocardiographic induction waveform. In addition to being able to promptly perform medical treatment in the emergency life-saving field, it also has the effect of enabling clinical evaluation of cardiovascular drugs that not only change the heart rate but also change the cardiac output. ..
第7発明の流れ測定装置によれば、前記内側円筒体内を流通する流体の温度を色変化を示す感温フィルムを用いて検知する感温フィルム検知部を、含むことから、生体の呼気および吸気の流れの計測に用いる場合には、感温フィルムの色変化によって呼吸現象を確認できるので、流れ測定装置の測定に不具合が発生した場合に、配管系統であるか流れ測定装置であるかの異常判定が容易にできる利点がある。 According to the flow measuring device of the seventh invention, since the temperature-sensitive film detecting unit that detects the temperature of the fluid flowing in the inner cylindrical body by using the temperature-sensitive film indicating the color change is included, the exhalation and inhalation of the living body are included. When used for measuring the flow of water, the breathing phenomenon can be confirmed by the color change of the temperature sensitive film, so if a problem occurs in the measurement of the flow measuring device, it is abnormal whether it is a piping system or a flow measuring device. There is an advantage that the judgment can be made easily.
以下、本発明の一実施例の心拍信号検出装置を、図面に基づいて詳細に説明する。 Hereinafter, the heart rate signal detection device according to an embodiment of the present invention will be described in detail with reference to the drawings.
(実施例1)
図1および図2に示すように、生体10において、肋骨12、胸骨14、胸椎16で囲まれた比較的剛性の高い胸郭18とその胸郭18の下方開口部を塞ぐ横隔膜20とにより隔絶された胸腔内には肺24および心臓26が収容されており、拍動による心臓26の容積変化は、呼吸運動による肺24の容積変化よりも小さいけれども、運動周期が短いため、肺24の換気波形に明確に重畳されるので、生体10の気管28内を通過する気体流速または気体流量である呼吸波形(換気波形)を高精度で検出すれば、それから心拍信号が抽出される点に着目した。以下、詳細に説明する。
(Example 1)
As shown in FIGS. 1 and 2, in the living
図3は、本発明の一実施例の心拍信号検出装置30の構成、および心拍信号検出装置30に備えられた電子制御装置40の機能をそれぞれ説明する図である。心拍信号検出装置30は、生体10の気管28内に挿入された気管内挿管チューブ34に装着された気流センサ36と、気流センサ36からの信号に基づいて気流センサ36を通過する気体流量に対応する計測信号SMを出力する気体流速計測回路38と、その気体流速計測回路38から出力された計測信号SMから心臓26の容積変化を表す心拍信号SHを抽出する電子制御装置40と、電子制御装置40による信号処理結果である心拍数、心拍信号SHの波形、呼吸波形、心拍波形の評価等を表示する表示装置76とを、備えている。
FIG. 3 is a diagram illustrating the configuration of the heartbeat
気流センサ36は、図3では気管内挿管チューブ34の基部に装着されているが、生体10の気管28内を通過する気体流量を検出するものであればよいので、気管内挿管チューブ34の中間部位或いは出口や、その気管内挿管チューブ34と人工呼吸器42との間を接続するフレキシブル管や接続アダプタ内に設けられていてもよい。また、図4に示されている生体10の鼻および口を覆うマスク44や、そのマスク44と人工呼吸器42との間を接続するフレキシブル管や接続アダプタ内に気流センサ36が設けられていてもよい。図3および図4において、人工呼吸器42は必要に応じて接続されるものであり、必ずしも設けられていなくてもよい。
Although the
気流センサ36は、本発明の流れ測定装置として機能している。図5は、気流センサ36の機械的構成の一例を示す斜視図であり、図6は気流センサ36の長手方向に対して直交する断面図であり、図7は、図6のVII-VII視断面図である。図5、図6および図7に示すように、気流センサ36は、気管内挿管チューブ34と人工呼吸器42とに接続可能な3層構造の円管体から構成されている。なお、図7には、被測定流体である気流の流通方向AFが矢印にて示されている。
The
また、気流センサ36は、内側円筒体50と担体樹脂フィルム52と中間円筒体58と外側円筒体60とを含む。内側円筒体50は、径方向に貫通する第1貫通穴48および図示しない第2貫通穴が局所的に形成されている。担体樹脂フィルム52は、内側円筒体50の外周面に巻き着けられている。担体樹脂フィルム52の内周面には、1つのマイクロヒータ素子MHと、2つのマイクロ風向素子MD1、MD2および温度補償抵抗素子THを有し、1つのマイクロヒータ素子MHと、2つのマイクロ風向素子MD1、MD2が第1貫通穴48内に位置するように且つ温度補償抵抗素子THが第2貫通穴49内に位置するようにセンサ回路パターンCCが形成されている。中間円筒体58は、内側円筒体50の外周面との間に担体樹脂フィルム52を挟む状態で内側円筒体50に装着され、担体樹脂フィルム52のうちセンサ回路パターンCCの1つのマイクロヒータ素子MHと、2つのマイクロ風向素子MD1、MD2が位置する部位および温度補償抵抗素子THが位置する部位のそれぞれの裏面に局所的に形成された一対の空洞用貫通穴54および55と第1端子取出用貫通穴56とを有している。外側円筒体60は、第2端子取出用貫通穴57を有し、中間円筒体58に形成された一対の空洞用貫通穴54および55を塞ぐように中間円筒体58の外側に装着されている。
Further, the
そして、内側円筒体50と中間円筒体58との間から端子取出用貫通穴56を通して導出された担体樹脂フィルム52のセンサ端子部62が、内側円筒体50の外周面と中間円筒体58の内周面のうち空洞用貫通穴54と端子取出用貫通穴56との間の部分周面との間で挟圧されている。これにより、内側円筒体50と中間円筒体58との間が封止された状態で、内側円筒体50と中間円筒体58との間から端子取出用貫通穴56を通して導出されるようになっている。
Then, the
内側円筒体50と中間円筒体58との間から端子取出用貫通穴56を通して導出された担体樹脂フィルム52のセンサ端子部62には、エナメル線、リード線、フレキシブル配線およびリボン配線などから成る導線64の端が、異方性導電膜或いは導電性ペーストを介して電気的に接続されている。その導線64は、気流センサ36の長手方向に沿って配設されている。異方性導電膜は、たとえば、金メッキされたニッケル粒子の上に絶縁層を被覆させた微細な金属粒子を熱硬化性樹脂に混合したものを膜状に成形したものであり、圧力が加えられた部分が選択的に導電性となる。
The
気流センサ36は、たとえば50mm程度の長さ、11.2mm程度の外径を有している。内側円筒体50は、たとえば9.7mm程度の外径および1mm程度の厚みを有するフッ素樹脂チューブから構成され、中間円筒体58および外側円筒体60よりも高い剛性を備えている。中間円筒体58および外側円筒体60は、たとえば0.75mm程度の厚みを有するたとえばテフロン(登録商標)製の熱収縮チューブから構成されている。
The
担体樹脂フィルム52は、たとえばポリイミド樹脂やパラキシリレン系樹脂等の樹脂フィルム、好適には、熱応答性を高めるために、たとえば0.6μm~15.0μmの薄膜状樹脂フィルムから構成される。担体樹脂フィルム52上のセンサ回路パターンCCは、たとえば図8に示すように、担体樹脂フィルム52上の薄膜からホトリソグラフィーにより形成されている。センサ回路パターンCCは、マイクロヒータ素子MHと、2つのマイクロ風向素子MD1、MD2および温度補償抵抗素子THが、担体樹脂フィルム52のセンサ端子部62にそれぞれ平行に配設された8本の端子のうちの一対の端子にそれぞれ接続されている。
The
マイクロヒータ素子MHと、2つのマイクロ風向素子MD1、MD2および温度補償抵抗素子THは、抵抗温度係数TCRが相互に類似するように、同一プロセス且つ同一材料により形成されている。マイクロヒータ素子MHは、風速或いは風量を検出するために用いられ、マイクロ風向素子MD1およびMD2は順流および逆流の流量を検出し、風向を検出するために用いられる。 The microheater element MH, the two microwind direction elements MD1 and MD2, and the temperature compensation resistance element TH are formed of the same process and the same material so that the temperature coefficient TCR is similar to each other. The microheater element MH is used to detect the wind speed or the air volume, and the micro wind direction elements MD1 and MD2 are used to detect the flow rate of the forward flow and the backflow and to detect the wind direction.
温度補償抵抗素子THは気体温度によるセンサ出力の変動を補償するためのものである。温度補償抵抗素子THの抵抗値は、温度補償抵抗素子THにより気流温度を高精度に検出することを意図して温度補償抵抗素子THの自己発熱を抑制するために、マイクロヒータ素子MHの抵抗値に比較して10倍程度に高く設定されている。センサ端子部62の先端には、センサ回路パターンCCの複数の端子パッド65が設けられており、それ等複数の端子パッド65が後述のブリッジ回路66に接続されている。
The temperature compensation resistance element TH is for compensating for fluctuations in the sensor output due to the gas temperature. The resistance value of the temperature compensating resistance element TH is the resistance value of the microheater element MH in order to suppress the self-heating of the temperature compensating resistance element TH with the intention of detecting the air flow temperature with high accuracy by the temperature compensating resistance element TH. It is set about 10 times higher than that of. A plurality of
図9は、気体流速計測回路38の一部であって、マイクロヒータ素子MHおよび温度補償抵抗素子TH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。一対のマイクロ風向素子MD1およびMD2を用いて風向を検出するために用いられる測定回路は省略されている。図9において、気体流速計測回路38は、4つの抵抗器R1、R2、温度補償抵抗素子THから構成される抵抗器Rc、およびマイクロヒータ素子MH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66と、ブリッジ回路66の出力電圧Voutを帰還増幅器68で増幅し、その信号に応じた電流をトランジスタ70にてブリッジ回路66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。
FIG. 9 shows a constant temperature type measuring circuit which is a part of the gas flow
以上のように構成された気体流速計測回路38において、ブリッジ回路66a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MH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66を当初の平衡状態に戻すように帰還増幅器68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MHの温度が上昇させられ、マイクロヒータ素子MHの温度が定温度に維持される。
In the gas flow
気体流量FR(cc/min)あるいは(L/min)は、たとえば図10に示す予め求められた校正曲線すなわち気体流量FR(L/min)とブリッジ回路の電圧ΔVの自乗値との関係から、ブリッジ回路66の電圧ΔVに基づいて気体流量FRが算出される。なお、上記気体流量FR(L/min)を気流センサ36内の流通断面積S(定数)で除算することで、気体流速FS(cm/sec)もしくは(m/sec)が得られる。図10において、黒丸印は気流の前進方向(吸気方向)、白丸印は気流の後進方向(呼気方向)の予め測定された測定点を示している。また、実線はキングの理論モデル式を示す曲線である。この曲線は各測定点を表すものであるので、校正曲線として用いられる。
The gas flow rate FR (cc / min) or (L / min) is determined, for example, from the relationship between the preliminarily obtained calibration curve shown in FIG. 10, that is, the gas flow rate FR (L / min) and the square value of the voltage ΔV of the bridge circuit. The gas flow rate FR is calculated based on the voltage ΔV of the
図3に戻って、電子制御装置40は、予めROM或いはRAMに記憶されたプログラムをCPUが実行する形式の所謂マイクロコンピュータから構成されており、その電子制御装置40は制御機能手段として機能し、その制御機能手段は、以下の気体流算出制御部70、波形解析制御部72、および心拍信号評価制御部74を備え、信号処理結果である心拍数、心拍信号SHの波形、呼吸波形、心拍波形の評価等を表示装置76の画面に表示させる。
Returning to FIG. 3, the
気体流算出制御部70は、図10に示される、気流センサ36内を流れる気体流量FR(L/min)とブリッジ回路の電圧ΔVの自乗値との関係(校正曲線)から、気体流速計測回路38から出力されるブリッジ回路の電圧ΔV(気体流速信号)に基づいて気体流量FR(L/min)を算出し、その気体流量FRの変化波形、すなわち呼吸運動を反映する肺気量を表す呼吸信号SRを出力する。図11の呼吸信号SRは、呼吸に同期した気体流量FRの周期的変化すなわち生体の肺24の呼吸波形を基本的に示しているが、心拍に同期した小さな脈動が重畳されている。図12は、呼吸信号SRを周波数解析することにより得られた周波数毎の信号強度を示すパワースペクトルを示している。
The gas flow
波形解析制御部72は、呼吸信号SRが表わす呼吸波形よりも高い基本周波数を有する心拍波形の周波数的特徴に基づいて、心拍波形が重畳する上記呼吸信号SRから心拍波形を示す心拍信号SHを抽出する。波形解析制御部72は、たとえば、心臓26の拍動に同期して呼吸信号SRに重畳する心拍信号SHが表す波形の周波数解析をフーリエ変換により実行して、図12に示されるようにその心拍信号SHの周波数スペクトルに現れる心拍信号SHの周波数成分である基本周波数f0、第1高調波f1、第2高調波f2、第3高調波f3を予め求め、図13に示すように、それら周波数成分から逆フーリエ変換を用いて心拍信号SHを合成する。なお、図12および図13の波形はラットから得られたものである。
The waveform
また、波形解析制御部72は、気流センサ36から出力された呼吸信号SRから、その呼吸信号SRに重畳する生体10の心臓26の拍動に同期する周波数成分を除去し、すなわち心拍信号SHを除去し、生体10の胸郭18および横隔膜20由来の肺気量成分を表す換気成分信号SR0を出力する。波形解析制御部72は、呼吸信号SRをたとえば心拍信号SHを構成する周波数成分より低い周波数を通過させるローパスフィルタ或いはバンドパスフィルタを通過させることにより、生体10の胸郭18および横隔膜20由来の肺気量成分を表す換気成分信号SR0を出力する。或いは、波形解析制御部72は、気流センサ36から出力された呼吸信号SRの周波数スペクトルからそれを構成する周波数成分を抽出し、その周波数成分から逆フーリエ変換により、心拍信号SHが重畳しない、生体10の胸郭18および横隔膜20由来の肺気量成分を表す換気成分信号SR0を出力する。
Further, the waveform
心拍信号評価制御部74は、心拍信号SHの発生周期から生体10の心拍数HRを算出し、たとえばその心拍数HRが予め設定された基準範囲の上限値或いは下限値から外れた場合に異常判定を行ない、その心拍数HRの異常を表示装置76の画面から出力させる。また、心拍信号評価制御部74は、心拍信号SHの振幅値A0を算出し、たとえばその振幅値A0が予め設定された基準範囲の上限値或いは下限値から外れた場合に異常判定を行ない、その振幅値A0の異常を表示装置76の画面から出力させる。これにより、心拍数を変化させる変時作用を有する循環器系の薬の薬効だけでなく、心拍出量を変化させる変力作用を有する循環器系の薬の薬効を、評価できる。特に、ECG(心電図)では不可能であった心拍出量を変化させる変力作用を有する循環器系の薬の薬効を評価できる利点がある。
The heart rate signal
また、心拍信号評価制御部74は、波形解析制御部72により解析された心拍信号SHに基づいて心臓26を構成する2房2室の機能異常、或いは解剖学的異常を評価し、異常状態を示す表示を表示装置76の画面から出力させる。この心拍信号評価制御部74は、たとえば、波形解析制御部72により算出された心拍信号SHが表す心拍波形と予め記憶された複数種類の異常評価パターンとの相関係数Cを算出し、その相関係数Cが予め設定された判定値を超えた異常評価パターンが示す、心臓26を構成する2房2室の機能異常、或いは解剖学的異常を決定し、且つその異常の程度を評価する。心拍信号SHが示す心拍波形は、心臓26を構成する2房2室の容量変化の総和を表すものであるので、容積変化のタイミングが異なるその2房2室のいずれかの機能異常や、解剖学的な異常情報を反映しているからである。また、人工呼吸管理下において、特に、呼気終末期に大気圧以上の圧力をかけることで、肺胞虚脱を防止し肺酸素化を改善しようとする呼気終末陽圧(Positive end expiratory pressure:PEEP)が採用されている場合には、肺胞の圧力はそれに接する心臓26の容積の拡張を制限し、血行動態に影響を及ぼすことが考えられるが、このような状態を反映する異常評価パターンと心拍信号SHが表す心拍波形との相関係数に基づいて心臓26の容積の拡張が制限される異常評価が行なわれる。
Further, the heartbeat signal
図14は、電子制御装置40の制御作動の要部、すなわち心拍信号検出/評価ルーチンを説明するフローチャートである。気体流算出制御部に対応するステップS1(以下、ステップを省略する)では、気体流速計測回路38のブリッジ回路の電圧ΔVが、生体10の少なくとも1呼吸周期以上の期間において読み込まれる。
FIG. 14 is a flowchart illustrating a main part of the control operation of the
次に、気体流算出制御部70に対応するS2において、たとえば図10に示される、気流センサ36内を流れる気体流量FR(L/min)と、気体流速計測回路38のブリッジ回路の電圧ΔVの自乗値ΔV2との間の予め記憶された関係から、気流センサ36を通る実際の気体流速を反映する気体流速計測回路38のブリッジ回路の電圧ΔVの自乗値ΔV2に基づいて気体流量FRが算出されるとともに、その気体流量FRの変化波形すなわち呼吸波形を表す呼吸信号SRが算出される。
Next, in S2 corresponding to the gas flow
次いで、波形解析制御部72に対応するS3において、呼吸信号SRよりも高い基本周波数を有する心拍波形の周波数的特徴に基づいて、心拍波形が重畳する上記呼吸信号SRから心拍波形を示す心拍信号SHが抽出される。たとえば、心臓26の拍動に同期して呼吸信号SRに重畳する心拍信号SHが表す波形の周波数解析をフーリエ変換により実行されて、図12に示されるようにその心拍信号SHの周波数スペクトルに現れる心拍信号SHの周波数成分である基本周波数f0、第1高調波f1、第2高調波f2、第3高調波f3が予め求められ、図13に示すように、それら周波数成分から逆フーリエ変換を用いて心拍信号SHが合成される。上記呼吸信号SRに重畳する心拍信号SHは、たとえばECG波形をトリガとして採取される。
Next, in S3 corresponding to the waveform
また、気流センサ36から出力された呼吸信号SRから、その呼吸信号SRに重畳する生体10の心臓26の拍動に同期する周波数成分が除去され、すなわち心拍信号SHが除去され、生体10の肺24による容積変化に対応する気体流量FRの変化のみを示す呼吸波形を表す、心拍信号SHが重畳しない生体10の胸郭18および横隔膜20由来の肺気量成分を表す換気成分信号SR0が算出される。
Further, from the breathing signal SR output from the
そして、呼吸信号SRをたとえば心拍信号SHを構成する周波数成分より低い周波数を通過させるローパスフィルタ或いはバンドパスフィルタを通過させることにより、呼吸信号SRから心拍信号SHを除去して、心拍信号SHが重畳しない生体10の胸郭18および横隔膜20由来の肺気量成分を表す換気成分信号SR0が算出される。或いは、気流センサ36から出力された呼吸信号SRの周波数スペクトルからそれを構成する周波数成分が抽出され、その周波数成分から逆フーリエ変換により、心拍信号SHが重畳しない生体10の胸郭18および横隔膜20由来の肺気量成分を表す換気成分信号SR0が算出される。
Then, the heartbeat signal SH is removed from the breathing signal SR by passing the breathing signal SR through, for example, a low-pass filter or a bandpass filter that passes a frequency lower than the frequency component constituting the heartbeat signal SH, and the heartbeat signal SH is superimposed. The ventilation component signal SR0 representing the lung air volume component derived from the thoracic 18 and the
次に、心拍信号評価制御部74に対応するS4では、心拍信号SHの発生周期から生体10の心拍数HRが算出し、たとえばその心拍数HRが予め設定された基準範囲の上限値或いは下限値から外れた場合に異常判定が行われる。また、心拍信号SHの振幅値Aが算出され、たとえばその振幅値Aが予め設定された基準範囲の上限値或いは下限値から外れた場合に心拍出量の異常判定が行なわれる。また、波形解析制御部72により解析された心拍信号SHに基づいて心臓26を構成する2房2室の機能異常、或いは解剖学的異常が評価される。たとえば、心拍信号SHが表す心拍波形と予め記憶された複数種類の異常評価パターンとの相関係数Cが算出され、その相関係数Cが予め設定された判定値を超えた異常評価パターンが示す、心臓26を構成する2房2室の機能異常、或いは解剖学的異常が決定し、且つその異常の程度が評価される。
Next, in S4 corresponding to the heart rate signal
そして、S5では、心拍数HRの異常、振幅値A0(心拍出量)の異常、心臓26を構成する2房2室の機能異常、或いは解剖学的異常が、表示装置76の画面から出力される。これにより、心拍数を変化させる変時作用を有する循環器系の薬の薬効だけでなく、心拍出量を変化させる変力作用を有する循環器系の薬の薬効を、評価できる。特に、ECG(心電図)では不可能であった心拍出量を変化させる変力作用を有する循環器系の薬の薬効を評価できる利点がある。また、人工呼吸管理下において、特に、呼気終末期に大気圧以上の圧力をかけることで、肺胞虚脱を防止し肺酸素化を改善しようとする呼気終末陽圧(Positive end expiratory pressure:PEEP)が採用されている場合には、肺胞の圧力はそれに接する心臓26の容積の拡張を制限し、血行動態に影響を及ぼすことが考えられるが、このような状態を反映する異常評価パターンと心拍信号SHが表す心拍波形との相関係数に基づいて心臓26の容積の拡張が制限される異常評価が行なわれる。
Then, in S5, an abnormality in the heart rate HR, an abnormality in the amplitude value A0 (cardiac output), a functional abnormality in two chambers and two chambers constituting the
図15は、気流センサ36の製造工程のうち、担体樹脂フィルム52上にセンサ回路パターンCCを形成する工程を示している。図15において、レジスト塗着工程P1では、12.5μm程度の厚みを有するポリイミド樹脂製の担体樹脂フィルム52の上に、ホトレジストがスピンコートにより塗布される。次いで、露光・現像工程P2では、センサ回路パターンCCと同じパターンのマスクを介して露光した後、センサ回路パターンCCと同じパターンと同じパターンの未露光部分が洗浄により予め除去される。次にスパッタ工程P3において、銅、アルミニウム、金、白金、クロム等の金属、好適には金をスパッタしてレジストが除去された部分を含めて金の薄膜が一面に固着される。そして、レジスト除去工程P4において、レジストが除去されることで、担体樹脂フィルム52上のうちの予めレジストが除去されている部分に金の薄膜から成るセンサ回路パターンCCが形成される。
FIG. 15 shows a step of forming the sensor circuit pattern CC on the
図16から図19は、気流センサ36の製造工程を説明する図である。図16は、第1貫通穴48と第2貫通穴49が形成された内側円筒体50を容易する工程を示している。図16(a)は内側円筒体50を示す斜視図であり、図16(b)は内側円筒体50の長手方向に直交する断面図であり、図16(c)は内側円筒体50の中心線と第1貫通穴48とを通る面の断面図、すなわち図16(b)のC-C視断面図である。
16 to 19 are views for explaining the manufacturing process of the
図17は、内側円筒体50に形成された第1貫通穴48と第2貫通穴49との枠内にセンサ回路パターンCCのマイクロヒータ素子MHと2つのマイクロ風向素子MD1、MD2と温度補償抵抗素子THとが入るように、好適には予め塑性変形により湾曲させられた担体樹脂フィルム52をセンサ回路パターンCCが形成された表面を内側にして内側円筒体50の外周面のうちの半周程度に巻き着けてたとえばシリコンオイルにより密着させる巻付工程を示している。なお、センサ回路パターンCCは、担体樹脂フィルム52の外側(外周)に形成されていてもよい。このようにしても若干の感度の低下はあるものの、一応の機能が得られる。
FIG. 17 shows the microheater element MH of the sensor circuit pattern CC, the two micro wind direction elements MD1 and MD2, and the temperature compensation resistance in the frame of the first through
図17(a)は担体樹脂フィルム52が巻き着けられた内側円筒体50を示す斜視図であり、図17(b)は担体樹脂フィルム52が巻き着けられた内側円筒体50の長手方向に直交する断面図であり、図17(c)は担体樹脂フィルム52が巻き着けられた内側円筒体50の中心線と第1貫通穴48とを通る面の断面図、すなわち図17(b)のC-C視断面図である。
FIG. 17 (a) is a perspective view showing an
図18は、内側円筒体50に巻き着けられた担体樹脂フィルム52の内面に形成されたセンサ回路パターンCCのマイクロヒータ素子MHと2つのマイクロ風向素子MD1、MD2と温度補償抵抗素子THとが、中間円筒体58に形成された貫通穴54と55との枠内に入るように、中間円筒体58が熱収縮により内側円筒体50に巻き着けられる中間円筒体巻着工程を示している。これにより、担体樹脂フィルム52が中間円筒体58と内側円筒体50との間に挟圧される。このとき、内側円筒体50と中間円筒体58との間から端子取出用貫通穴56を通して導出された担体樹脂フィルム52のセンサ端子部62が、内側円筒体50の外周面と中間円筒体58の内周面のうち空洞用貫通穴54と端子取出用貫通穴56との間の部分周面との間で挟圧され、封止されている。
FIG. 18 shows a microheater element MH of a sensor circuit pattern CC formed on the inner surface of a
図18(a)は内側円筒体50の外周に担体樹脂フィルム52を介して熱収縮により取り着けられた中間円筒体58を示す斜視図であり、図18(b)は内側円筒体50の外周に担体樹脂フィルム52を介して熱収縮により取り着けられた中間円筒体58の長手方向に直交する断面図であり、図18(c)は内側円筒体50の外周に担体樹脂フィルム52を介して熱収縮により取り着けられた中間円筒体58の中心線と第1貫通穴48および空洞用貫通穴54とを通る面の断面図、すなわち図18(b)のC-C視断面図である。
FIG. 18A is a perspective view showing an
図19は、内側円筒体50の外周に担体樹脂フィルム52を介して熱収縮により取り着けられた中間円筒体58の外周に、中間円筒体58の第1端子導出穴56から第2端子導出穴57が周方向に所定距離ずれるように外側円筒体60が熱収縮により巻着けられる外側円筒体巻着工程を示している。これにより、中間円筒体58の空洞用貫通穴54および55が外側円筒体60によって閉じられて、空洞用貫通穴54および55内に熱絶縁用の密閉された空洞(キャビティ)が形成される。そして、外側円筒体60の第2端子取出用貫通穴57から導出されたセンサ端子部62に、異方性導電膜あるいは導電ペーストまたは導電性接着剤により導線64が電気的に接続された後、パリレン蒸着装置を用いてパリレンCで全体が被覆される。
FIG. 19 shows the outer periphery of the
図19の(a)は内側円筒体50の外周に取り着けられた中間円筒体58の外周に熱収縮により取り着けられた外側円筒体60を示す斜視図であり、図19(b)は内側円筒体50の外周に取り着けられた中間円筒体58の外周に熱収縮により取り着けられた外側円筒体60の長手方向に直交する断面図であり、図19(c)は内側円筒体50の外周に取り着けられた中間円筒体58の外周に熱収縮により取り着けられた外側円筒体60の中心線と第1貫通穴48および空洞用貫通穴54とを通る面の断面図、すなわち図19(b)のC-C視断面図である。
19 (a) is a perspective view showing an
図20は、従来の2層構造の気流センサ136を説明する断面図である。気流センサ136は、センサ回路142のうちのヒータ素子138等を、ホトリソグラフィーを応用して可撓性の回路基板フィルム140上に微小厚みに形成されたセンサ回路142が円筒状ケース144の内周面に装着されていて、そのセンサ回路142内のヒータ素子138等の円筒状ケース144の内周面に対応する局所的部位に空洞形成用貫通穴が146形成されてヒータ素子138等を熱的に絶縁する空洞(キャボティ)が設けられている。これにより、ヒータ素子138等に対する周辺の熱的ノイズの伝達およびそれの影響が抑制されることで、流れの測定精度が確保されるようになっている。
FIG. 20 is a cross-sectional view illustrating a conventional two-layer
このように構成された気流センサ136では、たとえば図20に示されるように、センサ回路142が形成された担体樹脂フィルム140の一部に形成されたセンサ端子部148を外部へ取り出すために、円筒体ケース144に形成された空洞形成用貫通穴が146を通り且つ円筒状ケース144の外周に密着状態で巻き付けられた外側円筒体に形成された切れ目(スリット)150を通して外部へ取り出され、位置固定の測定回路に接続される。しかしながら、円筒状ケース144の内外に差圧が存在する場合には、上記の切れ目150を通して流体が漏れ出て円筒状ケース144内を流通する流体に乱れが発生し、測定精度が低下する可能性があった。また、円筒体ケース144の内周面にセンサ回路142が形成された担体樹脂フィルム140が貼り付けられ、センタ回路142のヒータ素子(抵抗体)138等が円筒体ケース144内を流通する被測定流体と触れるようになっているが、そのヒータ素子(抵抗体)138等およびそれを支持する担体樹脂フィルム140の厚みによって被測定流体に乱れが発生し、小径となるほど測定精度が低下する一因となっていた。
In the
上述のように、本実施例の気流センサ36によれば、マイクロヒータ素子MH、2つのマイクロ風向素子MD1、MD2および温度補償抵抗素子THは内側円筒体50に局所的に形成された第1貫通穴48や第2貫通穴49内に収容されるので、内側円筒体50内を流通する流体の流れに乱れが生じ難くなる。また、内側円筒体50と中間円筒体58との間から第1端子取出用貫通穴56および第2端子取出用貫通穴57を通して導出された担体樹脂フィルム52のセンサ端子部62は、空洞用貫通穴54と第1端子取出用貫通穴56との間の周方向部位において内側円筒体50と中間円筒体58の外周面との間で挟圧されていて、内側円筒体50内の流体の漏れが好適に防止される。これらにより、内側円筒体50内を流れる流体の流れを高精度で計測可能となる。
As described above, according to the
また、本実施例の気流センサ36によれば、担体樹脂フィルム52のセンサ端子部62には、センサ回路パターンCCの端子パッド65が備えられ、端子パッド65に接続された複数本の導線64がセンサ端子部62から気流センサ36の長手方向に沿って導出されている。これにより、センサ回路パターンCCのセンサ端子部62から気流センサ36の長手方向に沿った導線64が接続されるので、接続のための容積が小さくされる。
Further, according to the
また、本実施例の気流センサ36によれば、担体樹脂フィルム52の端子パッド65は、異方性導電膜或いは導電性ペーストを介して導線64の端部と電気的に接続されている。これにより、センサ回路パターンCCの端子パッド65の線幅および線間隔、およびそれに接続する導線64の線径および線間隔を大幅に小さくすることができることにある。
Further, according to the
また、本実施例の気流センサ36によれば、担体樹脂フィルム52は、ミクロンオーダの厚みを有するパラキシレン系ポリマーから構成され、担体樹脂フィルム52の表面に形成されているセンサ回路パターンCCの一部であるマイクロヒータ素子MHおよび2つのマイクロ風向素子MD1、MD2と、温度補償抵抗素子THとは、中間円筒体58に局所的に形成された空洞用貫通穴54および55内にそれぞれ位置させられている。このため、中間円筒体58に形成された空洞用貫通穴54および55に位置させられているマイクロヒータ素子MH、2つのマイクロ風向素子MD1、MD2および温度補償抵抗素子THはミクロンオーダの厚みを有する担体樹脂フィルム52により担持されていて、マイクロヒータ素子の熱容量が大幅に小さくなるので、流速測定において桁違いの高い応答性が得られる。
Further, according to the
また、本実施例の気流センサ36によれば、センサ回路パターンCCに設けられたマイクロヒータ素子MHおよび被測定流体の温度変化を補償するための温度補償抵抗素子THを4つの抵抗器の一部として有するホイートストンブリッジ回路66を備える定温度駆動回路から成る気体流速計測回路38を含むことにある。これにより、被測定流体の温度変化に拘わらず、正確な測定が可能となる。
Further, according to the
また、本実施例の電子制御装置40によれば、波形解析制御部72により、気体流算出制御部70から出力された呼吸信号からその呼吸信号に重畳する前記生体の心臓の拍動に同期する周波数成分が抽出され、その拍動を表す心拍信号が出力される。このため、その心拍信号を用いることにより、生体に貼着するECG電極を用いることなく、生体の心臓の拍出を表す心拍信号を容易に検出することができる。すなわち、皮膚が弱く、心電計測を目的として上記ECG電極を長時間皮膚に貼りつけることが難しい乳幼児であっても、容易に心拍信号を得ることができる。また、実際の心臓の容積変化すなわち心拍出量を反映した心拍信号を得ることができるので、心電誘導波形を用いる従来に比較して、心臓の拍動の有無を高い信頼性で確認でき、救急救命現場での医療処置が速やかに行なわれ得るとともに、心拍数を変化させるだけでなく心拍出量を変化させる循環器系の薬の臨床的な評価が可能となるという効果も得られる。
Further, according to the
(実施例2)
次に、本発明の他の実施例の気流センサ90を説明する。なお、以下の説明において実施例1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。
(Example 2)
Next, the
図21は、気流センサ90を示す斜視図である。気流センサ90は、前述の気流センサ36に隣接して、内側円筒体50を流通する流体の温度を、色変化を呈する感温フィルム98を用いて検知する感温フィルム検知部92が加えられることにより構成されている。感温フィルム検知部92は、中間円筒体58および外側円筒体60が周方向に帯状に除去されることで内側円筒体50が露出させられた環状溝94と、環状溝94の溝底に対応する部位に位置する内側円筒体50に形成された複数個の貫通穴96と、環状溝94の開口を塞ぐように巻き付けられた帯状の感温フィルム98と、感温フィルム98の幅方向の両端部を固定するために外側円筒体60の環状溝94の両側部位に巻き付けられた一対の感温フィルム固定帯100とを備えている。感温フィルム98と内側円筒体50との間には、貫通穴96を通して内側円筒体50内と連通する空間が形成されている。
FIG. 21 is a perspective view showing the
感温フィルム98は、数μm乃至十μm程度の厚みを有する薄膜樹脂フィルム上に液状の示温インクが塗布されることにより構成され、熱容量が低減されている。たとえば、薄膜樹脂フィルムが5μm、示温インクの塗布厚みが6.8μmの場合、応答時間が373msであるので、ヒトの呼吸周期3.3sに対して十分な応答特性を備えることが確認されている。
The temperature-
示温インクは、生体の呼気温度と吸気温度(室温)との間に色が変化するものが選択されている。たとえば33℃で色が消色するタイプの示温インクが用いられる。これにより、生体の呼吸に応じて感温フィルム98の色が周期的に変化することで、エネルギーレスで呼吸状態が簡単に検知されるようになっている。
As the temperature indicating ink, an ink whose color changes between the exhaled temperature of the living body and the inspiratory temperature (room temperature) is selected. For example, a temperature indicating ink whose color disappears at 33 ° C. is used. As a result, the color of the temperature-
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。 Although the embodiments of the present invention have been described above, the present invention is also applied to other aspects.
たとえば、前述の実施例の気流センサ36は、気管内挿管チューブ34やマスク44のフレキシブル管等に接続されて用いられるが、径および長さを小さく構成することにより、カテーテルを用いて生体の気道内に挿入して用いられてもよい。
For example, the
前述の実施例の気流センサ36は、生体の呼気および吸気の気流を測定するものであったが、被測定流体は液体であってもよい。たとえば、点滴装置の輸液管路等に接続されて輸液の流速を測定するものであってもよいし、生体内に挿入されて、尿路内の流速、血管内の流速、輸液の流速を検出するために用いられてもよい。
The
また、前述の実施例の気流センサ36は、医療目的で生体の呼気および吸気の気流を測定する医療用であったが、必ずしも医療用でなくてもよく、医療分野とは異なる用途に用いられてもよい。
Further, the
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。 It should be noted that the above description is merely an embodiment of the present invention, and the present invention can be modified in various ways without departing from the spirit of the present invention.
10:生体
12:肋骨
14:胸骨
16:胸椎
18:胸郭
20:横隔膜
24:肺
26:心臓
28:気管
30:心拍信号検出装置
34:気管内挿チューブ
36:気流センサ(流れ測定装置)
38:気体流速計測回路
40:電子制御装置
42:人工呼吸器
44:マスク
48:第1貫通穴
49:第2貫通穴
50:内側円筒体
52:担体樹脂フィルム
54:空洞用貫通穴
55:空洞用貫通穴
56:第1端子取出用貫通穴(端子取出用貫通穴)
57:第2端子取出用貫通穴(端子取出用貫通穴)
58:中間円筒体
60:外側円筒体
62:センサ端子部
64:導線
65:端子パッド
66:ブリッジ回路
68:帰還増幅器
70:気体流算出制御部
72:波形解析制御部
74:心拍信号法科制御部
76:表示部
90:気流センサ(流れ測定装置)
92:感温フィルム検知部
94:環状溝
96:貫通穴
98:感温フィルム
MH:マイクロヒータ素子
MD1,MD2:マイクロ風向素子
TH:温度補償抵抗素子
CC:センサ回路パターン
10: Living body 12: Rib 14: Sternum 16: Thoracic vertebra 18: Thoracic spine 20: Diaphragm 24: Lung 26: Heart 28: Trachea 30: Heart rate signal detection device 34: Tracheal insertion tube 36: Airflow sensor (flow measurement device)
38: Gas flow velocity measuring circuit 40: Electronic control device 42: Ventilator 44: Mask 48: First through hole 49: Second through hole 50: Inner cylinder 52: Carrier resin film 54: Cavity through hole 55: Cavity Through hole 56: Through hole for taking out the first terminal (through hole for taking out the terminal)
57: Through hole for taking out the second terminal (through hole for taking out the terminal)
58: Intermediate cylinder 60: Outer cylinder 62: Sensor terminal 64: Lead wire 65: Terminal pad 66: Bridge circuit 68: Feedback amplifier 70: Gas flow calculation control unit 72: Waveform analysis control unit 74: Heart rate signal law control unit 76: Display 90: Airflow sensor (flow measuring device)
92: Temperature sensitive film detection unit 94: Circular groove 96: Through hole 98: Temperature sensitive film MH: Micro heater element MD1, MD2: Micro wind direction element TH: Temperature compensation resistance element CC: Sensor circuit pattern
Claims (7)
径方向に貫通する貫通穴が局所的に形成された内側円筒体と、
前記内側円筒体の外周面に巻き着けられた担体樹脂フィルムと、
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貫通穴内に位置するように前記担体樹脂フィルムの表面に形成されたセンサ回路パターンと、
前記内側円筒体の外周面との間に前記担体樹脂フィルムを挟む状態で前記内側円筒体に装着され、前記担体樹脂フィルムのうち前記センサ回路パターンの前記マイクロヒータ素子が位置する部位の裏面に局所的に形成された空洞用貫通穴および端子取出用貫通穴を有する中間円筒体と、
前記中間円筒体に形成された空洞用貫通穴を塞ぐように前記中間円筒体の外側に装着された外側円筒体とを、含み、
前記内側円筒体と前記中間円筒体との間から前記端子取出用貫通穴を通して導出された前記担体樹脂フィルムのセンサ端子部が、前記内側円筒体と前記中間円筒体の内周面との間で挟圧されている
ことを特徴とする流れ測定装置。 A flow measuring device that measures the velocity of a fluid.
An inner cylinder with locally formed through holes that penetrate in the radial direction,
A carrier resin film wrapped around the outer peripheral surface of the inner cylinder, and
A sensor circuit pattern having a microheater element and formed on the surface of the carrier resin film so that the microheater element is located in the through hole .
It is attached to the inner cylinder with the carrier resin film sandwiched between the outer peripheral surface of the inner cylinder, and is locally applied to the back surface of the carrier resin film where the microheater element is located in the sensor circuit pattern. An intermediate cylinder having a hollow through hole and a terminal take-out through hole formed
Includes an outer cylinder mounted on the outside of the intermediate cylinder so as to close the cavity through hole formed in the intermediate cylinder.
The sensor terminal portion of the carrier resin film, which is derived from between the inner cylinder and the intermediate cylinder through the through hole for taking out the terminal, is formed between the inner cylinder and the inner peripheral surface of the intermediate cylinder. A flow measuring device characterized by being pinched.
ことを特徴とする請求項1の流れ測定装置。 The sensor terminal portion of the carrier resin film is provided with a plurality of terminal pads of the sensor circuit pattern, and a plurality of conductors connected to the plurality of terminal pads are directed from the sensor terminal portion in the longitudinal direction of the outer cylinder. The flow measuring device according to claim 1, wherein the flow measuring device is derived according to the above.
ことを特徴とする請求項2の流れ測定装置。 The flow measurement according to claim 2, wherein the plurality of terminal pads of the sensor circuit pattern are electrically connected to the ends of the plurality of conductors via an anisotropic conductive film or a conductive paste. Device.
前記担体樹脂フィルムの表面に形成されている前記センサ回路パターンの一部である前記マイクロヒータ素子が位置する部位の前記担体樹脂フィルムの裏面には、前記中間円筒体に局所的に形成された前記空洞用貫通穴が位置させられている
ことを特徴とする請求項1から3のいずれか1の流れ測定装置。 The carrier resin film is composed of a para-xylene-based polymer having a thickness on the order of microns.
The said is locally formed on the intermediate cylinder on the back surface of the carrier resin film at the portion where the microheater element, which is a part of the sensor circuit pattern formed on the surface of the carrier resin film, is located. The flow measuring device according to any one of claims 1 to 3, wherein a through hole for a cavity is positioned.
ことを特徴とする請求項1から4のいずれか1の流れ測定装置。 Gas flow velocity measurement consisting of a constant temperature drive circuit including a Wheatstone bridge circuit having a heater element provided in the sensor circuit pattern and a temperature compensation resistance element for compensating for a temperature change of the fluid to be measured as a part of four resistors. The flow measuring device according to any one of claims 1 to 4, wherein the circuit is included.
ことを特徴とする請求項1から5のいずれか1の流れ測定装置。 The flow measuring device measures the airflow of a living body, and is transmitted from a gas flow calculation control unit that outputs a breathing signal that reflects the respiratory movement of the living body based on the airflow of the living body, and a gas flow calculation control unit. It is characterized by including a waveform analysis control unit that extracts a frequency component synchronized with the heartbeat of the living body superimposed on the breathing signal from the output breathing signal and outputs a heartbeat signal representing the heartbeat. The flow measuring device according to any one of claims 1 to 5.
ことを特徴とする請求項1から6のいずれか1の流れ測定装置。 The flow measuring device according to any one of claims 1 to 6, further comprising a temperature sensitive film detecting unit that detects the temperature of the fluid flowing through the inner cylindrical body by using a temperature sensitive film indicating a color change. ..
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