特許 5697186 接触力センサ

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B1)

(11)【特許番号】5697186

(24)【登録日】2015年2月20日

(45)【発行日】2015年4月8日

(54)【発明の名称】接触力センサ

(51)【国際特許分類】

   G01L 5/00 20060101AFI20150319BHJP

   G01L 5/16 20060101ALI20150319BHJP

   A61B 18/12 20060101ALI20150319BHJP

【ＦＩ】

   G01L5/00 Z

   G01L5/16

   A61B17/39

【請求項の数】9

【全頁数】13

(21)【出願番号】特願2014-548220(P2014-548220)

(86)(22)【出願日】2014年3月18日

(86)【国際出願番号】JP2014057304

【審査請求日】2014年10月2日

(31)【優先権主張番号】特願2013-67294(P2013-67294)

(32)【優先日】2013年3月27日

(33)【優先権主張国】JP

【早期審査対象出願】

(73)【特許権者】

【識別番号】390024729

【氏名又は名称】ＳＥＭＩＴＥＣ株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】100101834

【弁理士】

【氏名又は名称】和泉 順一

(72)【発明者】

【氏名】松舘 直史

(72)【発明者】

【氏名】稲村 修司

【審査官】 公文代 康祐

(56)【参考文献】

【文献】 特開２００４−０６９４０５（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開平１１−３３３７６５（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２００４−１６３１６６（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２００３−０８３８２０（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開平１０−２８９７８０（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２００８−０３２５１１（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２０００−３２９７８７（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】（Int.Cl.，ＤＢ名）

Ｇ０１Ｌ １／１８

Ｇ０１Ｌ ５／００

Ｇ０１Ｌ ５／１６

Ｇ０１Ｌ ９／００

Ａ６１Ｂ １８／１２

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

半導体材料を加工することによって作製される接触力センサであって、
ベース部と、このベース部と直交する方向に形成された接触力伝達部と、前記ベース部における前記接触力伝達部の形成面の背面側に形成され、前記接触力伝達部の変位を電気信号に変換する応力電気変換素子とを有する第１のセンサ構成体と、
この第１のセンサ構成体の背面側と結合され、応力電気変換素子が形成された結合面部を有する第２のセンサ構成体とを備え、
前記第１のセンサ構成体の背面側と前記第２のセンサ構成体の結合面部とが応力電気変換素子が接続されたリード線の接続部を挟んで結合され、相互に形成された応力電気変換素子が相対向するように配置されていることを特徴とする接触力センサ。

【請求項2】

前記第１のセンサ構成体におけるベース部は、リング状部と、このリング状部の内側から中央部に向かって延出する複数のアーム部とを備え、前記接触力伝達部は、前記リング状部の中央部に前記複数のアーム部と連結されて形成されていることを特徴とする請求項１に記載の接触力センサ。

【請求項3】

前記複数のアーム部には、それぞれ少なくとも１つの前記応力電気変換素子が形成されていることを特徴とする請求項２に記載の接触力センサ。

【請求項4】

前記第１のセンサ構成体におけるベース部には、複数の応力電気変換素子を共通に接続する配線パターンが形成されていることを特徴とする請求項３に記載の接触力センサ。

【請求項5】

前記ベース部と接触力伝達部との間には、絶縁層が介在されていることを特徴とする請求項１に記載の接触力センサ。

【請求項6】

前記半導体材料は、ＳＯＩ基板であることを特徴とする請求項５に記載の接触力センサ。

【請求項7】

前記応力電気変換素子に接続されたリード線の接続部は、半田付けで接合されているとともに第１のセンサ構成体と第２のセンサ構成体との間に挟まれていることを特徴とする請求項１に記載の接触力センサ。

【請求項8】

前記第２のセンサ構成体の結合面部は、第１のセンサ構成体の背面側の形状に適合する形状に形成されていることを特徴とする請求項１又は請求項２に記載の接触力センサ。

【請求項9】

前記応力電気変換素子は、ブリッジ回路を構成し、かつ前記接触力伝達部の変位をブリッジ回路を構成するすべての応力電気変換素子が検出することを特徴とする請求項１に記載の接触力センサ。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、アブレーションカテーテル等に用いられる接触力センサに関する。

【背景技術】

【0002】

心房の不整脈などの治療のために、経皮的に心臓内の標的部位にカテーテルを挿入し、カテーテルの先端部に設けられている電極に高周波電流を流して、異常な部位を選択的に焼灼するアブレーション治療が知られている。
アブレーション治療は、不整脈を発生させる心臓内の異常な電気信号の伝導路を焼灼することによって伝導路を遮断し、不整脈を根治的に治療するものである。

【0003】

このアブレーション治療には、心臓内の異常な電気信号の伝導路を焼灼するため、先端部に高周波通電が可能な電極が設けられたアブレーションカテーテルが用いられる（例えば、特許文献１参照）。

【0004】

このようなアブレーションカテーテルを用いるアブレーション治療にあたっては、心臓の内壁の異常な部位にアブレーションカテーテルの電極を接触させて、高周波電流を流し焼灼する。

【0005】

しかしながら、心臓の内壁の異常な部位への電極の接触力が不十分な場合には、異常な電気の伝導路の焼灼が不足し、また、接触力が過剰な場合には、心臓の内壁が貫通し、合併症として心タンポナーゼを引き起こす可能性がある。
このため、先端部に電極の接触力を感知する接触力センサが設けられたカテーテルが提案されている（特許文献２参照）。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0006】

【特許文献1】特開２０１１−５０７６０５号公報

【特許文献2】特開２０１１−１４７７８３号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0007】

しかしながら、上記接触力センサが設けられたカテーテルにおいては、その接触力センサは金属のセンサ構成体から作製されており、このセンサ構成体に歪ゲージが接着剤によって貼り付けられている。このため、歪ゲージに接触力が直接的に加わりにくく、接触力センサの感度及び精度が低いという課題が生じる。
本発明は、上記課題に鑑みてなされたもので、感度及び精度が高い接触力センサを提供することを目的とする。

【課題を解決するための手段】

【0008】

請求項１に記載の接触力センサは、半導体材料を加工することによって作製される接触力センサであって、ベース部と、このベース部と直交する方向に形成された接触力伝達部と、前記ベース部における前記接触力伝達部の形成面の背面側に形成され、前記接触力伝達部の変位を電気信号に変換する応力電気変換素子とを有する第１のセンサ構成体と、この第１のセンサ構成体の背面側と結合され、応力電気変換素子が形成された結合面部を有する第２のセンサ構成体とを備え、前記第１のセンサ構成体の背面側と前記第２のセンサ構成体の結合面部とが応力電気変換素子が接続されたリード線の接続部を挟んで結合され、相互に形成された応力電気変換素子が相対向するように配置されていることを特徴とする。

【0009】

接触力センサは、ベース部に一体的に形成されたピエゾ抵抗素子等の応力電気変換素子を有している。したがって、感度及び精度が高く有用な接触力センサを提供することができる。

【0010】

請求項２に記載の接触力センサは、請求項１に記載の接触力センサにおいて、前記第１のセンサ構成体におけるベース部は、リング状部と、このリング状部の内側から中央部に向かって延出する複数のアーム部とを備え、前記接触力伝達部は、前記リング状部の中央部に前記複数のアーム部と連結されて形成されていることを特徴とする。

【0011】

請求項３に記載の接触力センサは、請求項２に記載の接触力センサにおいて、前記複数のアーム部には、それぞれ少なくとも１つの前記応力電気変換素子が形成されていることを特徴とする。
これにより、三次元的に接触力を感知することができる。

【0012】

請求項４に記載の接触力センサは、請求項３に記載の接触力センサにおいて、前記第１のセンサ構成体におけるベース部には、複数の応力電気変換素子を共通に接続する配線パターンが形成されていることを特徴とする。

【0013】

請求項５に記載の接触力センサは、請求項１に記載の接触力センサにおいて、前記ベース部と接触力伝達部との間には、絶縁層が介在されていることを特徴とする。
これにより、ベース部と接触力伝達部との絶縁性を確保することが可能になる。
請求項６に記載の接触力センサは、請求項５に記載の接触力センサにおいて、前記半導体材料は、ＳＯＩ基板であることを特徴とする。
ＳＯＩ基板は、一般的には、シリコンウェハ上に絶縁層のシリコン酸化膜が形成された基板である。

【0014】

請求項７に記載の接触力センサは、請求項１に記載の接触力センサにおいて、前記応力電気変換素子に接続されたリード線の接続部は、半田付けで接合されているとともに第１のセンサ構成体と第２のセンサ構成体との間に挟まれていることを特徴とする。
かかる発明によれば、半田付けで接合されているリード線の接続部における接合強度を向上することが可能となる。
請求項８に記載の接触力センサは、請求項１又は請求項２に記載の接触力センサにおいて、前記第２のセンサ構成体の結合面部は、第１のセンサ構成体の背面側の形状に適合する形状に形成されていることを特徴とする。

【0016】

請求項９に記載の接触力センサは、請求項１に記載の接触力センサにおいて、前記応力電気変換素子は、ブリッジ回路を構成し、かつ前記接触力伝達部の変位をブリッジ回路を構成するすべての応力電気変換素子が検出することを特徴とする。

【発明の効果】

【0020】

本発明によれば、感度及び精度が高い接触力センサを提供することができる。

【図面の簡単な説明】

【0021】

【図1】本発明の実施形態に係る接触力センサを適用したカテーテルを示す平面図ある。

【図2】同カテーテルの先端部における概略の断面図である。

【図3】同接触力センサから導出されるリード線の配線状態を示す平面図である。

【図4】同接触力センサを示す斜視図である。

【図5】同接触力センサを示す分解斜視図である。

【図6】同接触力センサにおける応力電気変換素子の配置状態を示す平面図である。

【図7】同応力電気変換素子の接続状態を示すブリッジ回路図である。

【図8】同接触力センサの製造工程の概要を示す断面図である。

【発明を実施するための形態】

【0022】

以下、本発明の実施形態に係る接触力センサについて図１乃至図８を参照して説明する。図１は、接触力センサを適用したカテーテルを示す平面図であり、図２は、カテーテルの先端部における概略を説明するための断面図である。図３は、接触力センサから導出されるリード線の配線状態を示す平面図であり、図４は、接触力センサを示す斜視図であり、図５は、接触力センサを示す分解斜視図である。また、図６は、接触力センサにおける応力電気変換素子（ピエゾ抵抗素子）の配置状態を示す平面図であり、図７は、応力電気変換素子の接続状態を示すブリッジ回路図であり、図８は、接触力センサの製造工程の概要を示す断面図であり、図５中、Ｘ−Ｘ線に沿う断面を示している。なお、各図では、各部材を認識可能な大きさとするために、各部材の縮尺を適宜変更している。

【0023】

図１に示すように、カテーテル１はアブレーションカテーテルであり、制御ハンドル２と、この制御ハンドル２の一端側から導出されたシャフト３とを備えている。また、制御ハンドル２には、偏向部材２１が設けられており、シャフト３の先端部３１には、先端電極４が設けられている。さらに、シャフト３の先端部３１におけるシャフト３内には接触力センサ５が配設されている。

【0024】

制御ハンドル２に設けられた偏向部材２１は、シャフト３の先端部３１を偏向移動操作するための部材であり、シャフト３内に配設された図示しない操作ワイヤを引っ張ることによって、シャフト３の先端部３１を二方向に偏向移動させるものである。

【0025】

制御ハンドル２の後部からは、高周波発生装置やコントローラに接続されるケーブル３２や流体源に接続される灌注チューブ３３が導出されている。高周波発生装置は、先端電極４に接続されていて、先端電極４に高周波エネルギーを供給するものである。また、コントローラは、電気的な出力信号や入力信号を制御し、先端電極４への高周波通電の状態を制御したり、接触力センサ５からの出力信号を受信して接触力を測定したりする機能を有している。

【0026】

図１及び図２に示すように、シャフト３は、長尺状であって管腔３４が形成されていて、適度の剛性と可撓性を有している。また、管腔３４内には、中空状のリード線挿通チューブ３５、３６が長手方向に沿って配設されている。
シャフト３を構成する材料には、例えば、ポリウレタン、ポリオレフィン、ポリアミド、ポリエーテルポリアミドなどの合成樹脂を用いることができる。
また、シャフト３の外径寸法は、８フレンチ以下であり、長さ寸法は、９０ｍｍ〜１１０ｍｍに形成されている。

【0027】

図２に示すように先端電極４は、砲弾型に形成されていて、シャフト３の先端部３１に固定されている。また、電極４は、後端側に円筒状の凹部４１を有している。この凹部４１には、接触力センサ５が連結される。さらに、電極４の後端側には、電極リード線４２が接続されている。この電極リード線４２は、リード線挿通チューブ３６を挿通して高周波発生装置に接続される。つまり、電極４は、高周波発生装置に電気的に接続され、電極４には、高周波発生装置から高周波エネルギーが供給されるようになっている。

【0028】

電極４の外径寸法は、シャフト３の外径寸法と略同等であることが好ましく、８フレンチ以下に形成されている。また、電極４を構成する材料としては、例えば、白金、金、ステンレス、チタン合金などの熱伝導性が良好な金属材料を用いることができる。
なお、電極４には、灌注チューブ３３から搬送される生理食塩水などの流体を外部に送出するための図示しない流路が形成されている。

【0029】

次に、図２乃至図６を参照して接触力センサ５について詳細に説明する。なお、図３は、接触力センサから導出されるリード線の配線状態を示すため、図２における電極４及びシャフト３を取除いて平面的に表わしている。

【0030】

接触力センサ５は、後述するように半導体加工プロセスを用いるＭＥＭＳ（Micro Electro Mechanical System）技術によってシリコン半導体材料から作製されている。接触力センサ５は、センサ構成体６と、このセンサ構成体６に形成された応力電気変換素子７とを備えている。
図４及び図５に示すように、センサ構成体６は、本実施形態においては、第１のセンサ構成体６１及び第２のセンサ構成体６２によって構成されている。

【0031】

第１のセンサ構成体６１は、ベース部６１１と、接触力伝達部６１２とを備えている。ベース部６１１は、リング状部６１１ａと、このリング状部６１１ａの内側の壁から中央部に向かって延出する複数、具体的には３つのアーム部６１１ｂとを備えている。

【0032】

また、リング状部６１１ａの中央部には、前記アーム部６１１ｂと連結され、ベース部６１１と直交する方向に延出する略円筒状の接触力伝達部６１２が形成されている。換言すれば、前記複数のアーム部６１１ｂは、接触力伝達部６１２の外周壁からリング状部６１１ａの内側の壁に向かって半径方向に、かつ放射状に形成されている。

【0033】

第１のセンサ構成体６１の背面側におけるベース部６１１には、図６に示すように応力電気変換素子７が形成されている。つまり、応力電気変換素子７は、前記ベース部６１１における前記接触力伝達部６１２の形成面の背面側に形成されている。図６は、第１のセンサ構成体６１における背面側を平面的に表わしており、説明上、応力電気変換素子７を実線で示しているが、実際には、応力電気変換素子７は、ベース部６１１に一体的に内蔵されるように形成されている。

【0034】

応力電気変換素子７は、ひずみが印加されるとその変位により電気抵抗が変化するひずみゲージの機能を有するピエゾ抵抗素子であり、このピエゾ抵抗素子（S1-a，S1-b）、（S2-a，S2-b）、（S3-a，S3-b）がアーム部６１１ｂの一面側、具体的には背面側であって各アーム部６１１ｂの中心側と外周側とに配置されている。つまり、ピエゾ抵抗素子（S1-a，S1-b）、（S2-a，S2-b）、（S3-a，S3-b）は、各アーム部６１１ｂに一対ずつ配置されている。ピエゾ抵抗素子（S1-a，S1-b）、（S2-a，S2-b）、（S3-a，S3-b）の両端には電極部７１が形成されており、この電極部７１が電源側と電気的に接続されるようになっている。

【0035】

より詳しくは、ベース部６１１の背面側における中央部には、リング状の内側配線パターン７２が形成されており、リング状部６１１ａには、同様にリング状の外側配線パターン７３が形成されている。これら配線パターン７２、７３は、例えば、ニッケル又は金に錫めっきした材料で形成されている。

【0036】

ピエゾ抵抗素子（S1-a，S1-b）を代表例として説明すると、中心側に配置されたピエゾ抵抗素子S1-aの一方の電極７１ａは、内側配線パターン７２上に配置されて、この配線パターン７２に接続され、他方の電極７１ｂは、アーム部６１１ｂ上に配置され、この電極７１ｂには、リード線７４が接続されている。

【0037】

また、外周側に配置されたピエゾ抵抗素子S1-bの一方の電極７１ａは、アーム部６１１ｂ上に配置され、この電極７１ａには、リード線７５が接続され、他方の電極７１ｂは、外側配線パターン７３上に配置されて、この配線パターン７３に接続されている。なお、この外周側に配置されたピエゾ抵抗素子S1-bの一方の電極７１ａは、ピエゾ抵抗素子S1-bとは電気的に接続されない絶縁された電極であるが、後述するように第１のセンサ構成体６１と第２のセンサ構成体６２とが結合された場合に、例えば、第２のセンサ構成体６２側に形成されたピエゾ抵抗素子S4-bとその電極を介して接続される。

【0038】

ピエゾ抵抗素子（S2-a，S2-b）、（S3-a，S3-b）は、上記ピエゾ抵抗素子（S1-a，S1-b）と同様に配置され、接続されている。さらに、内側配線パターン７２及び外側配線パターン７３には、電源側へ導出されるリード線７６、７７が接続されている。このリード線７６は、例えば、中心側に配置されたピエゾ抵抗素子S1-aの一方の電極７１ａに接続することができる。また、リード線７７は、外周側に配置されたピエゾ抵抗素子S1-bの他方の電極７１ｂに接続することができる。

【0039】

以上のようなリード線７４、７５の電極７１ｂ、７１ａへの接続及びリード線７６、７７の配線パターン７２、７３への接続は、いわゆるパルスヒート法によって半田付けされ接合されて行われている。このパルスヒート法は、ツール（ヒータチップ）にパルス電流を流すことで発生したジュール熱で半田付けする方法であり、半田付けする部位を局部的、瞬間的に加熱することにより接合することができる。したがって、狭いエリアに確実にリード線７４、７５、７６、７７を接続することが可能となる。

【0040】

このようなピエゾ抵抗素子（S1-a，S1-b）、（S2-a，S2-b）、（S3-a，S3-b）の配線関係によれば、ピエゾ抵抗素子（S1-a，S1-b）、（S2-a，S2-b）、（S3-a，S3-b）は、内側配線パターン７２及び外側配線パターン７３に共通に接続されるので、リード線を少なくして配線関係を簡素化することが可能となる。

【0041】

図５に示すように、第２のセンサ構成体６２は、前記第１のセンサ構成体６１の背面側に結合される結合部材である。第２のセンサ構成体６２は、結合面部６２１と、円筒状の外周壁６２２とを備えている。

【0042】

結合面部６２１は、第１のセンサ構成体６１の背面側の形状に適合する形状に形成にされていて、中央部にリング状部６２１ａを有し、このリング状部６２１ａの外周壁から円筒状の外周壁６２２の内周壁に向かって半径方向に、かつ放射状に複数のアーム部６２１ｂが形成されている。

【0043】

また、結合面部６２１には、詳細な説明は省略するが、第１のセンサ構成体６１と同様に、応力電気変換素子７であるピエゾ抵抗素子（S4-a，S4-b）、（S5-a，S5-b）、（S6-a，S6-b）がアーム部６２１ｂに形成され、リング状の内側配線パターン７８及び外側配線パターン７９が形成されている。さらに、これらピエゾ抵抗素子（S4-a，S4-b）、（S5-a，S5-b）、（S6-a，S6-b）には、図示しないリード線が第１のセンサ構成体６１と同様に接続されている。

【0044】

このように構成された第１のセンサ構成体６１と第２のセンサ構成体６２とは、第１のセンサ構成体６１の背面側におけるベース部６１１と第２のセンサ構成体６２における結合面部６２１とが相対して適合するように結合されて、センサ構成体６を構成するようになる。具体的には、センサ構成体６１と第２のセンサ構成体６２との相互のアーム部６１１ｂとアーム部６２１ｂとが相対するように配置され、ベース部６１１に配置されたピエゾ抵抗素子（S1-a，S1-b）、（S2-a，S2-b）、（S3-a，S3-b）の各電極７１と結合面部６２１に配置されたピエゾ抵抗素子（S4-a，S4-b）、（S5-a，S5-b）、（S6-a，S6-b）の各電極７１との相互が半田付けされて接合される。

【0045】

図４に示すように、第１のセンサ構成体６１と第２のセンサ構成体６２とが結合された状態においては、第１のセンサ構成体６１に形成されたピエゾ抵抗素子（S1-a，S1-b）、（S2-a，S2-b）、（S3-a，S3-b）と、第２のセンサ構成体６２に形成されたピエゾ抵抗素子（S4-a，S4-b）、（S5-a，S5-b）、（S6-a，S6-b）とが相対向するようになる。例えば、ピエゾ抵抗素子S1-aとS4-aとが対向し、ピエゾ抵抗素子S1-bとS4-bとが対向する。

【0046】

また、第１のセンサ構成体６１における電極７１ｂ、７１ａとリード線７４、７５との接続部及び第２のセンサ構成体６２における電極７１ｂ、７１ａとリード線との接続部は、第１のセンサ構成体６１のベース部６１１と第２のセンサ構成体６２における結合面部６２１との間に挟まれた状態となる。したがって、電極とリード線との接続部における接合強度を向上することが可能となる。

【0047】

再び、図２及び図３を参照して接触力センサ５のシャフト３における管腔３４内への配設状態について説明する。図２に示すように、接触力センサ５は、シャフト３の内壁に装着される。この装着状態においては、先端電極４の凹部４１に接触力センサ５における接触力伝達部６１２の先端側一部が嵌合され連結される。

【0048】

図３を加えて示すように、接触力センサ５における第１のセンサ構成体６１のベース部６１１と第２のセンサ構成体６２における結合面部６２１との合わせ目から導出されるリード線７４、７５は、リード線挿通チューブ３５を挿通するとともに制御ハンドル２を経由してコントローラに接続される。さらに、シャフト３における管腔３４内には、灌注チューブ３３から搬送される流体が流れる図示を省略する流通チューブが配設されている。

【0049】

続いて、図７を参照して応力電気変換素子（ピエゾ抵抗素子）７の接続状態について説明する。第１のセンサ構成体６１と第２のセンサ構成体６２との半田付けによる結合によって各ピエゾ抵抗素子（S1-a，S1-b）、（S2-a，S2-b）、（S3-a，S3-b）及びピエゾ抵抗素子（S4-a，S4-b）、（S5-a，S5-b）、（S6-a，S6-b）は、ブリッジ回路を構成して接続される。

【0050】

具体的には、各一対のピエゾ抵抗素子S1-aとS1-b、S2-aとS2-b、S3-aとS3-b、S4-aとS4-b、S5-aとS5-b、S6-aとS6-bを接続した各直列回路が電源側に対して並列に接続されている。また、各直列回路におけるピエゾ抵抗素子の接続中間部には出力端子Ａ、Ｂ、Ｃ、Ｄ、Ｅ、Ｆが接続されている。この出力端子Ａ、Ｂ、Ｃ、Ｄ、Ｅ、Ｆには、ピエゾ抵抗素子にひずみが印加されることに伴い出力電圧が出力される。

【0051】

次に、図８を参照して接触力センサ５の製造工程の概要について、その一例を説明する。接触力センサ５は、ＭＥＭＳ技術によってシリコン半導体材料から作製される。本実施形態においては、第１のセンサ構成体６１及びピエゾ抵抗素子７を作製する場合を示している。

【0052】

まず、作製にはＳＯＩ（silicon on insulator）基板１０が用いられる（図８（ａ））。このＳＯＩ基板１０は、シリコンウェハ１１上に絶縁層１２のシリコン酸化膜が形成され、さらに、その上にシリコン膜１３が積層されたものである。

【0053】

フォトリソグラフィ工程やエッチング工程などの前工程を経てピエゾ抵抗素子７を形成する（図８（ｂ））。このピエゾ抵抗素子７の形成にあたっては、イオン注入法が適用されシリコン膜１３にホウ素を打ち込んで形成する。なお、熱拡散法によってシリコン膜１３にホウ素を拡散させて形成するようにしてもよい。

【0054】

次いで、シリコン膜１３上に絶縁層１４を形成する（図８（ｃ））。例えば、シリコン膜１３上にプラズマＣＶＤ法を適用してシリコン酸化膜の絶縁層１４を形成する。

【0055】

続いて、フォトリソグラフィ工程やエッチング工程を経て、ピエゾ抵抗素子７を接続するようにアルミニウムやアルミニウム合金などの金属材料をスパッタ法により成膜Ｍする。その後、内側配線パターン７２及び外側配線パターン７３を電極７１を含めてピエゾ抵抗素子７に接続するように形成する（図８（ｄ））。内側配線パターン７２、外側配線パターン７３及び電極７１は、例えば、ニッケル又は金などの金属材料をスパッタ法により成膜し、パターニングして、その上に錫めっきを施して形成される。なお、錫めっきを省略することもできる。さらに、金属材料の成膜Ｍ上にはシリコン窒化膜を積層して絶縁層を形成するのが好ましい。

【0056】

次に、接触力伝達部６１２を形成するため、シリコンウェハ１１の図示上、下面側を例えば、ＤＲＩＥ（Deep Reactive Ion Etching）によりエッチングするとともに、不要なシリコン酸化膜の絶縁層１２をエッチングにより除去する。その後、図示を省略するフォトレジストを剥離液によって剥離し、所定の第１のセンサ構成体６１の形態に形成する（図８（ｅ））。この場合、接触力伝達部６１２とベース部６１１との間には、絶縁層１２が介在するように残されるので、接触力伝達部６１２とベース部６１１との絶縁性を確保することが可能となる。

【0057】

以上の工程により第１のセンサ構成体６１及びピエゾ抵抗素子７が作製される。したがって、ピエゾ抵抗素子７は、第１のセンサ構成体６１におけるベース部６１１に一体的に内蔵されるように形成される。
なお、詳細な説明は省略するが、第２のセンサ構成体６２も上記第１のセンサ構成体６１と同様な工程により作製することができる。

【0058】

次に、上記カテーテル１を用いたアブレーション治療の方法について説明する。アブレーション治療では、予めマッピングにより心臓の異常な部位を特定しておき、その後、心臓の内壁組織の異常な部位を焼灼して凝固壊死させる。

【0059】

カテーテル１による異常な部位の焼灼にあたっては、カテーテル１を主に足の付け根にある大腿静脈又は大腿動脈から挿通して、カテーテル１の先端をレントゲン撮影で透視しながら心臓内まで到達させる。そして、制御ハンドル２を操作して心臓の内壁組織の異常な部位にカテーテル１の先端電極４を接触させて、先端電極４と患者の背中に位置する対極板との間に例えば、１３．５６ＭＨｚの高周波電流を高周波発生装置から流し異常な部位を焼灼する。

【0060】

この場合、カテーテル１には、接触力センサ５が設けられているので、心臓の内壁組織に接触する先端電極４の接触力（応力）を検出することができる。具体的には、接触力センサ５に形成された応力電気変換素子（ピエゾ抵抗素子）７は、微小なひずみに反応し、ひずみが印可されることにより電気抵抗が変化する。

【0061】

先端電極４に接触力が加わると、その接触力は、センサ構成体６に伝達される。まず、第１のセンサ構成体６１の接触力伝達部６１２に伝達され、この接触力伝達部６１２からベース部６１１におけるアーム部６１１ｂに伝達される。また、同時に第２のセンサ構成体６２の結合面部６２１におけるアーム部６２１ｂに伝達される。

【0062】

このため、アーム部６１１ｂ及びアーム部６２１ｂに形成された応力電気変換素子（ピエゾ抵抗素子）７に接触力が直接的に加わり、応力電気変換素子（ピエゾ抵抗素子）７は、三次元的に圧縮／伸張のひずみを感知する。

【0063】

例えば、接触力伝達部６１２を通じてピエゾ抵抗素子（S1-a，S1-b）と（S4-a，S4-b）とが形成されたアーム部６１１ｂとアーム部６２１ｂとにある方向から応力が加わった場合、ピエゾ抵抗素子S1-aが圧縮され抵抗値が減少するとき、ピエゾ抵抗素子S1-bは伸張されて抵抗値が増大する。一方、ピエゾ抵抗素子S4-aは伸張されて抵抗値が増大し、ピエゾ抵抗素子S4-ｂは圧縮され抵抗値が減少する。
したがって、図7に示す出力端子Ａと出力端子Ｄとの出力電圧による差動出力をコントローラで検出して接触力を測定することができる。

【0064】

このように出力端子Ａと出力端子Ｄとの出力電圧による差動出力、出力端子Ｂと出力端子Ｅとの出力電圧による差動出力、出力端子Ｃと出力端子Ｆとの出力電圧による差動出力によって三次元的な接触力の検出が可能となる。

【0065】

以上のように本実施形態によれば、センサ構成体６に応力電気変換素子（ピエゾ抵抗素子）７が一体的に内蔵されるように形成されているので、接触力が応力電気変換素子（ピエゾ抵抗素子）７に直接的に加わり、先端電極４の接触力を感度及び精度高く検出することができ、適正な接触力を適用してアブレーション治療を行うことができる。

【0066】

なお、本発明は、上記実施形態の構成に限定されることなく、発明の要旨を逸脱しない範囲で種々の変形が可能である。また、上記実施形態は、一例として提示したものであり、発明の範囲を限定することは意図していない。

【符号の説明】

【0069】

１・・・カテーテル
２・・・制御ハンドル
３・・・シャフト
４・・・先端電極
５・・・接触力センサ
６・・・センサ構成体
７・・・応力電気変換素子（ピエゾ抵抗素子）
１０・・・ＳＯＩ基板
１２・・・絶縁層
６１・・・第１のセンサ構成体
６１１・・・ベース部
６１１ａ・・・リング状部
６１１ｂ・・・アーム部
６１２・・・接触力伝達部
６２・・・第２のセンサ構成体（結合部材）
６２１・・・結合面部
６２１ａ・・・リング状部
６２１ｂ・・・アーム部
６２２・・・外周壁
７１・・・電極部
７２、７３・・・配線パターン
７４、７５、７６、７７・・・リード線
Ｓ1-ａ〜Ｓ６-b・・・ピエゾ抵抗素子

【要約】

感度及び精度が高い接触力センサ及びその接触力センサの製造方法を提供する。
接触力センサ５は、シリコン半導体材料を加工することによって作製される。接触力センサ５は、ベース部６１１と、このベース部６１１と直交する方向に形成された接触力伝達部６１２とを有するセンサ構成体６を備えている。センサ構成体６におけるベース部６１１に形成され、前記接触力伝達部６１２の変位を電気信号に変換する応力電気変換素子７を備えている。

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】