專利名稱：微型壓力傳感器及其組成的微創(chuàng)椎體灌注壓測定系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種醫(yī)學(xué)應(yīng)用領(lǐng)域的用于微創(chuàng)椎體灌注壓測定的微型 壓力傳感器及其組成的微創(chuàng)椎體灌注壓測定系統(tǒng)，主要用于骨質(zhì)疏松、 血管瘤、多發(fā)性骨髓瘤、轉(zhuǎn)移癌等所致的椎體破壞、病理性骨折的微 創(chuàng)治療，使病椎即刻得到強(qiáng)化和穩(wěn)定、恢復(fù)其負(fù)重功能。
背景技術(shù)：
骨質(zhì)疏松癥非常常見，已成為社會公共健康問題。我國預(yù)計(jì)2010 年骨質(zhì)疏松癥患者將達(dá)到1. 1億人，2025年則將有1. 5億人。隨著人 口老齡化的發(fā)展，這一問題將更加嚴(yán)重。
骨質(zhì)疏松性脊柱壓縮骨折(OVCF)患者因骨折疼痛臥床休息、活 動減少可使骨量進(jìn)一步丟失，再骨折的發(fā)生率是原來的5-12倍，反復(fù) 骨折，最終陷入惡性循環(huán)。0VCF的治療是一個(gè)棘手的問題，傳統(tǒng)保守 治療不能迅速緩解疼痛、強(qiáng)化骨折椎，打斷惡性循環(huán)等。脊柱內(nèi)固定 手術(shù)由于骨質(zhì)疏松容易產(chǎn)生螺釘松動拔出，使固定失敗，甚至產(chǎn)生并 發(fā)癥。1987年法國醫(yī)生Deramand等首先運(yùn)用椎體成形術(shù)(PVP)治療 頸椎血管瘤。后用于治療0VCF，獲得了迅速緩解病人背部疼痛的顯著 療效，從而被譽(yù)為開創(chuàng)了椎體骨折微創(chuàng)治療的新紀(jì)元。但PVP有較高 的灌注劑滲漏率及椎體復(fù)位不理想的缺點(diǎn)。1994年美國Reiley等設(shè)計(jì) 了球囊擴(kuò)張椎體后凸成形術(shù)(PKP)，并于1998年被美國FDA批準(zhǔn)臨床 試用。我們自2000年在美國也只有幾個(gè)州剛剛開始臨床試用時(shí)就開始 對這一微創(chuàng)椎體強(qiáng)化技術(shù)進(jìn)行相關(guān)的基礎(chǔ)和臨床研究，重點(diǎn)研究發(fā)病 率高的OVCF，并擴(kuò)展到椎體良惡性腫瘤。PKP與PVP相比，灌注劑滲 漏率盡管明顯降低，但仍是該技術(shù)的主要的并發(fā)癥。針對以上情況，國際上眾多學(xué)者進(jìn)行了大量的研究，主要集中在
擴(kuò)張撐開器的研究上，如Sky、 Sunflower、 Vesselplasty、 Kyphon系 列產(chǎn)品等，臨床使用后分析認(rèn)為，灌注劑滲漏率沒有明顯的減少，甚 至包括正在臨床實(shí)驗(yàn)階段的Catheter fabric,均不能有效地解決以上 灌注劑滲漏問題。沒有從測定灌注劑灌注時(shí)的壓力來控制灌注劑滲漏 問題方面去著手研究。
發(fā)明內(nèi)容
為了解決上述問題，本發(fā)明提供了一種微型壓力傳感器及其組成 的微創(chuàng)椎體灌注壓測定系統(tǒng)，來監(jiān)控手術(shù)中灌注劑注射壓力，通過系 統(tǒng)的量化注射壓力解決灌注劑滲透問題，有效地降低手術(shù)風(fēng)險(xiǎn)，提高 手術(shù)中灌注劑灌注的成功率與質(zhì)量，具有微型化、介質(zhì)兼容性好、低 成本、高可靠、高精度、高靈敏度特點(diǎn)。
首先，本發(fā)明提供了一種微型壓力傳感器，其采用的技術(shù)方案是 這樣實(shí)現(xiàn) 一種微型壓力傳感器，安裝于灌注劑推入器內(nèi)，由封裝管 以及設(shè)于該封裝管內(nèi)的硅敏感組件、絕緣陶瓷棒和引出電纜組成，該 硅敏感組件由具有C型膜結(jié)構(gòu)的硅敏感元件、與硅相似膨脹系數(shù)的玻 璃環(huán)和單晶硅蓋帽組成，該硅敏感元件正面中部具有惠斯通電橋而背 面環(huán)部與該玻璃環(huán)環(huán)面固定，該玻璃環(huán)環(huán)周密封固定于該封裝管管口 內(nèi)并形成測壓孔，該測壓孔內(nèi)填充有壓力傳導(dǎo)介質(zhì)，單晶硅蓋帽環(huán)部 密封固定于該硅敏感元件正面環(huán)部，并與該硅敏感元件之間形成真空 壓力腔，該玻璃環(huán)的另一環(huán)面固定于該絕緣陶瓷棒端面，該絕緣陶瓷 棒上設(shè)有多條花鍵槽，該惠斯通電橋上各應(yīng)變電阻分別通過金絲內(nèi)引 線引出到該絕緣陶瓷棒上相應(yīng)花鍵槽內(nèi)，該引出電纜上各引線分別引 入到花鍵槽內(nèi)，并與相應(yīng)的金絲內(nèi)引線焊接固定。
作為本發(fā)明的進(jìn)一步改進(jìn)，該封裝管為不銹鋼管，其內(nèi)壁設(shè)有絕 緣保護(hù)膜，該絕緣陶瓷棒上花鍵槽表面包裹環(huán)氧樹脂，具體地，該絕 緣保護(hù)膜可以為聚對二甲苯。作為本發(fā)明的進(jìn)一步改進(jìn)，該壓力傳導(dǎo)介質(zhì)為硅橡膠。
作為本發(fā)明的進(jìn)一步改進(jìn)，該玻璃環(huán)為Pyrex玻璃環(huán)或GG—17硼 硅玻璃環(huán)。
其次，本發(fā)明又提供了一種由該微型壓力傳感器及其組成的微創(chuàng) 椎體灌注壓測定系統(tǒng)，其采用的技術(shù)方案是這樣實(shí)現(xiàn)還包括推管、 位于該推管內(nèi)滑動的中空推桿、信號放大調(diào)理電路和數(shù)據(jù)采集顯示儀， 該微型壓力傳感器安裝于該中空推桿端口內(nèi)，并且該微型壓力傳感器 之測壓孔與該中空推桿端口面齊平，該中空推桿尾部弓I出該引出電纜， 并經(jīng)信號放大調(diào)理電路形成標(biāo)準(zhǔn)壓力信號，由該數(shù)據(jù)采集顯示儀顯示 輸出。
作為本發(fā)明的進(jìn)一步改進(jìn)，該數(shù)據(jù)采集顯示儀還具有過壓或欠壓
檢測的聲光報(bào)警器。
作為本發(fā)明的進(jìn)一步改進(jìn)，該系統(tǒng)還設(shè)有能實(shí)時(shí)記錄壓力檢測信
號的上位機(jī)。
本發(fā)明的有益技術(shù)效果是所述微型壓力傳感器安裝于灌注劑推 入器內(nèi)，所述硅敏元件正面中部具有惠斯通電橋，并與單晶硅蓋帽之 間形成真空參考壓力腔，這樣背面承壓的傳感器比正面承壓的傳感器 具有更長的使用壽命和更高的可靠性，同時(shí)所述測壓孔填充有壓力傳 導(dǎo)介質(zhì)，該硅敏感組件固定于該絕緣陶瓷棒端面，該絕緣陶瓷棒上花 鍵槽起到放置固定金絲內(nèi)引線和連接的引出電纜中引線，該不銹鋼管 內(nèi)壁設(shè)有絕緣保護(hù)膜而該絕緣陶瓷棒上花鍵槽周面包裹環(huán)氧樹脂，這 樣設(shè)計(jì)防止信號通過引出線或不銹鋼管干擾，影響測量精度。
由該微型壓力傳感器組成的微創(chuàng)椎體灌注壓測定系統(tǒng)，將該微型 壓力傳感器安裝于灌注劑推入器內(nèi)，具體地將該傳感器的封裝管固定 在該中空推桿管口內(nèi)并與管口，這樣當(dāng)灌注劑推入錐體內(nèi)，其所受的 反推力由該傳感器檢測，經(jīng)引出電纜引出后，再經(jīng)信號放大調(diào)理電路 形成標(biāo)準(zhǔn)壓力信號(直接由數(shù)顯儀顯示或計(jì)算機(jī)處理)，該系統(tǒng)提供了信號顯示，同時(shí)還可以提供過壓或欠壓檢測報(bào)警，還可以由上位機(jī)實(shí) 時(shí)記錄壓力信號變化過程，滿足了手術(shù)過程中實(shí)時(shí)檢測控制目的。
圖1為本發(fā)明中所述硅敏感組件的結(jié)構(gòu)示意圖2為本發(fā)明中所述微型壓力傳感器的結(jié)構(gòu)示意圖3為本發(fā)明中所述微創(chuàng)椎體灌注壓測定系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)示意圖。
以下對照附圖作補(bǔ)充說明
11——引出電纜2—一玻璃環(huán)
12—一微型壓力傳感器21———測壓孔
13——推管3—一硅敏感元件
14——中空推桿4—一單晶硅蓋帽
15——上位機(jī)5——一金絲內(nèi)引線
16——信號放大調(diào)理電路6—一絕緣陶瓷棒
17——數(shù)據(jù)采集顯示儀7——一真空壓力腔
8—一封裝管
具體實(shí)施例方式
結(jié)合圖1、圖2和圖3，以下作進(jìn)一步描述
一種微型壓力傳感器，安裝于灌注劑推入器內(nèi)，由封裝管8以及 設(shè)于該封裝管8內(nèi)的硅敏感組件、絕緣陶瓷棒6和引出電纜11組成， 該硅敏感組件由具有C型膜結(jié)構(gòu)的硅敏感元件3、與硅相似膨脹系數(shù)的 玻璃環(huán)2和單晶硅蓋帽4組成，該玻璃環(huán)2為Pyrex玻璃環(huán)或GG—17 硼硅玻璃環(huán)，該P(yáng)yrex玻璃環(huán)是康寧公司(Corning)的產(chǎn)品，它是專為 半導(dǎo)體封裝設(shè)計(jì)，具有與硅接近的物理性能，國產(chǎn)替代產(chǎn)品為GG—17 硼硅玻璃，硅敏感元件3正面中部具有惠斯通電橋而背面環(huán)部與該玻 璃環(huán)2環(huán)面固定，該玻璃環(huán)2環(huán)周密封固定于該封裝管8管口內(nèi)并形 成測壓孔21，該測壓孔21內(nèi)填充有壓力硅橡膠傳導(dǎo)介質(zhì)，具體地在低 真空環(huán)境中滴入硅橡膠，灌注量以齊平測壓端面為準(zhǔn)，自然固化后形成壓力傳導(dǎo)介質(zhì)，單晶硅蓋帽4環(huán)部密封固定于該硅敏感元件3正面 環(huán)部，并與該硅敏感元件3之間形成真空壓力腔7，該玻璃環(huán)2的另一 環(huán)面固定于該絕緣陶瓷棒6端面，該絕緣陶瓷棒6上設(shè)有多條花鍵槽， 該惠斯通電橋上各應(yīng)變電阻分別通過金絲內(nèi)引線5引出到該絕緣陶瓷 棒上相應(yīng)花鍵槽內(nèi)，該引出電纜ll上各引線分別引入到花鍵槽內(nèi)，并 與相應(yīng)的金絲內(nèi)引線焊接固定，為了防止信號通過引出線或不銹鋼管 干擾，該封裝管8為不銹鋼管，其內(nèi)壁設(shè)有聚對二甲苯絕緣保護(hù)膜， 具體地將不銹鋼管放入LPCVD (低壓化學(xué)氣相沉積)中在其內(nèi)壁生長一 層(如厚度O.Olmm)的聚對二甲苯作為絕緣保護(hù)膜，該絕緣陶瓷棒6 上花鍵槽表面包裹環(huán)氧樹脂，本發(fā)明采用背面承壓的絕壓結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)， 而背面承壓的傳感器比正面承壓的傳感器有更長的使用壽命和更高的 可靠性。
該硅敏感組件采用中國專利"一種微型動態(tài)壓阻壓力傳感器及其 制造方法"(專利號ZL2003101063298)公開技術(shù)方案制成，用單晶硅 材料基于MEMS (Micro Electro Mechanical System)石圭體微機(jī)f戒加工 工藝制作而成，因不是本發(fā)明要點(diǎn)，在此不再敘述。
由上述微型壓力傳感器組成的微創(chuàng)椎體灌注壓測定系統(tǒng)，還包括 推管13、位于該推管13內(nèi)滑動的中空推桿14、信號放大調(diào)理電路16、 數(shù)據(jù)采集顯示儀17和上位機(jī)15，該微型壓力傳感器12安裝于該中空 推桿14端口內(nèi)，并且該微型壓力傳感器之測壓孔21與該中空推桿14 端口面齊平，該中空推桿14尾部引出該引出電纜11，具體地將引出電 纜11沿中空推桿14引出并鑲?cè)胪茥U后部推手處的引線槽中，并經(jīng)信 號放大調(diào)理電路16進(jìn)行零位、靈敏度溫度系數(shù)補(bǔ)償，并加壓調(diào)理標(biāo)定 好零位及滿度輸出后形成標(biāo)準(zhǔn)壓力信號，該微型壓力傳感器引出的壓 阻信號經(jīng)該信號放大調(diào)理電路由該數(shù)據(jù)采集顯示儀17顯示輸出，該數(shù) 據(jù)采集顯示儀17還具有過壓或欠壓檢測的聲光報(bào)警器，該上位機(jī)能實(shí) 時(shí)記錄壓力檢測信號。所述微創(chuàng)椎體灌注壓測定系統(tǒng)將該微型壓力傳感器12裝入到灌注 劑推入器的中空推桿14之中，保證其硅膠感壓面與推桿端面平齊，將
引出電纜線沿中空推桿14引出，鑲?cè)胪茥U后部推手處的引線槽中。通 過信號放大調(diào)理電路16將微型壓力傳感器12信號轉(zhuǎn)化調(diào)理成標(biāo)準(zhǔn)信 號輸出至數(shù)據(jù)采集顯示儀17，同時(shí)通過數(shù)據(jù)采集顯示儀17的RS232 通訊接口與上位機(jī)15相連，配合相應(yīng)軟件進(jìn)行同步的實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)存儲， 便于后期的打印與分析，同時(shí)作為手術(shù)記錄存檔。手術(shù)中利用此系統(tǒng) 通過觀測灌注劑推入器實(shí)時(shí)壓力顯示，保持推注時(shí)推力的恒定，防止 灌注劑滲漏。
基于本發(fā)明技術(shù)可以制作如下微型壓力傳感器及其組成的的微創(chuàng) 椎體灌注壓測定系統(tǒng)
1) 該微型壓力傳感器的不銹鋼管尺寸可選為外徑①2. lmm、內(nèi)徑 ①1.8腿和長18腿，用LPCVD (低壓化學(xué)氣相沉積)做0.01腿厚度的 聚對二甲苯膜對內(nèi)表面絕緣處理好的不銹鋼管中，傳感器的測壓孔21 部分低于不銹鋼管邊緣0. 5mm，等待環(huán)氧樹脂室溫固化；
2) 將做好的微型壓力傳感器周圍涂上薄薄一層環(huán)氧樹脂倒裝入外 徑為2.5腿、內(nèi)徑為2.2腿的灌注劑推入器的中空推桿14中，裝入至 傳感器測量頭與灌注劑推入器中空推桿14齊平處，將尾管引出的傳感 器信號引線沿推柄開好的槽布線，用膠粘劑真空環(huán)境下完成密封；
3) 將信號線引入信號放大調(diào)理電路16里，此時(shí)對傳感器進(jìn)行零 位、靈敏度溫度系數(shù)補(bǔ)償，并加壓調(diào)理標(biāo)定好零位及滿度輸出，將標(biāo) 準(zhǔn)信號傳入數(shù)據(jù)采集顯示儀17，將實(shí)時(shí)壓力值顯示在儀表上，同時(shí)可 以在儀表設(shè)置壓力(欠壓或過壓)報(bào)警值，當(dāng)壓力超過或低于設(shè)定值 時(shí)可聲光報(bào)警，同時(shí)通過儀表的RS232接口，及上位機(jī)15的采集存儲 分析系統(tǒng)，將壓力數(shù)據(jù)傳入上位機(jī)電腦保存。
本發(fā)明提供的微型壓力傳感器與生理介質(zhì)接觸的材料為不銹鋼、 硅橡膠、pyrex玻璃，它們都是生理兼容性材料，均可以用環(huán)氧乙垸進(jìn)行消毒而多次使用。
本發(fā)明主要用于骨質(zhì)疏松、血管瘤、多發(fā)性骨髓瘤、轉(zhuǎn)移性腫瘤 等導(dǎo)致的椎體病變的微創(chuàng)強(qiáng)化治療時(shí)注入骨水泥，減輕患者疼痛，也 可用于由該技術(shù)治療其他疾病時(shí)灌注壓的測定與控制。
權(quán)利要求
1、一種微型壓力傳感器，安裝于灌注劑推入器內(nèi)，由封裝管(8)以及設(shè)于該封裝管(8)內(nèi)的硅敏感組件、絕緣陶瓷棒(6)和引出電纜(11)組成，其特征在于，該硅敏感組件由具有C型膜結(jié)構(gòu)的硅敏感元件(3)、與硅相似膨脹系數(shù)的玻璃環(huán)(2)和單晶硅蓋帽(4)組成，該硅敏感元件(3)正面中部具有惠斯通電橋而背面環(huán)部與該玻璃環(huán)(2)環(huán)面固定，該玻璃環(huán)環(huán)周密封固定于該封裝管(8)管口內(nèi)并形成測壓孔(21)，該測壓孔(21)內(nèi)填充有壓力傳導(dǎo)介質(zhì)，單晶硅蓋帽(4)環(huán)部密封固定于該硅敏感元件(3)正面環(huán)部，并與該硅敏感元件(3)之間形成真空壓力腔(7)，該玻璃環(huán)(2)的另一環(huán)面固定于該絕緣陶瓷棒(6)端面，該絕緣陶瓷棒(6)上設(shè)有多條花鍵槽，該惠斯通電橋上各應(yīng)變電阻分別通過金絲內(nèi)引線(5)引出到該絕緣陶瓷棒上相應(yīng)花鍵槽內(nèi)，該引出電纜(11)上各引線分別引入到花鍵槽內(nèi)，并與相應(yīng)的金絲內(nèi)引線焊接固定。
2、 如權(quán)利要求1所述的一種微型壓力傳感器，其特征在于，該封 裝管(8)為不銹鋼管，其內(nèi)壁設(shè)有絕緣保護(hù)膜，該絕緣陶瓷棒(6) 上花鍵槽表面包裹環(huán)氧樹脂。
3、 如權(quán)利要求2所述的一種微型壓力傳感器，其特征在于，該絕緣保護(hù)膜為聚對二甲苯。
4、 如權(quán)利要求1述的一種微型壓力傳感器，其特征在于，該壓力 傳導(dǎo)介質(zhì)為硅橡膠。
5、 如權(quán)利要求1所述的一種微型壓力傳感器，其特征在于，該玻 璃環(huán)(2)為Pyrex玻璃環(huán)或GG—17硼硅玻璃環(huán)。
6、 一種由權(quán)利要求1、 2、 4或5所述微型壓力傳感器組成的微創(chuàng) 椎體灌注壓測定系統(tǒng)，其特征在于，還包括推管(13)、位于該推管(13) 內(nèi)滑動的中空推桿(14)、信號放大調(diào)理電路(16)和數(shù)據(jù)采集顯示儀(17)，該微型壓力傳感器(12)安裝于該中空推桿(14)端口內(nèi)， 并且該微型壓力傳感器之測壓孔(21)與該中空推桿(14)端口面齊 平，該中空推桿(14)尾部引出該引出電纜(11)，并經(jīng)信號放大調(diào)理 電路(16)形成標(biāo)準(zhǔn)壓力信號，由該數(shù)據(jù)采集顯示儀(17)顯示輸出。
7、 如權(quán)利要求6所述的一種微創(chuàng)椎體灌注壓測定系統(tǒng)，其特征在 于，該數(shù)據(jù)采集顯示儀(17)還具有過壓或欠壓檢測的聲光報(bào)警器。
8、 如權(quán)利要求6所述的一種微創(chuàng)椎體灌注壓測定系統(tǒng)，其特征在 于，該系統(tǒng)還設(shè)有能實(shí)時(shí)記錄壓力檢測信號的上位機(jī)(15)。
全文摘要
一種由微型壓力傳感器組成的微創(chuàng)椎體灌注壓測定系統(tǒng)，包括微型壓力傳感器、推管、位于推管內(nèi)滑動的中空推桿、信號放大調(diào)理電路和數(shù)據(jù)采集顯示儀，微型壓力傳感器由封裝管及設(shè)于封裝管內(nèi)硅敏感組件、絕緣陶瓷棒和引出電纜組成，硅敏感組件由具有硅敏感元件、玻璃環(huán)和單晶硅蓋帽組成，硅敏感元件正面具有惠斯通電橋而背面與玻璃環(huán)固定，玻璃環(huán)環(huán)周固定于封裝管管口內(nèi)并形成測壓孔，微型壓力傳感器安裝于中空推桿端口內(nèi)，測壓孔與中空推桿端口面齊平，中空推桿尾部引出電纜并經(jīng)信號放大調(diào)理電路形成標(biāo)準(zhǔn)壓力信號，由數(shù)據(jù)采集顯示儀顯示輸出，本發(fā)明用于監(jiān)控手術(shù)中灌注劑注射壓力，解決灌注劑滲透，有效降低手術(shù)風(fēng)險(xiǎn)。
文檔編號A61B5/03GK101627903SQ20091003227
公開日2010年1月20日 申請日期2009年6月9日 優(yōu)先權(quán)日2009年6月9日
發(fā)明者豐金妹, 唐天駟, 斌 孟, 楊惠林, 冰 王, 王文襄, 亮 陳 申請人:楊惠林;孟 斌;蘇州大學(xué)附屬第一醫(yī)院;昆山雙橋傳感器測控技術(shù)有限公司