(57)【要約】  本発明は、埋込型ペースメーカおよび除細動器のような電子心臓インプラントのバッテリを充電するために使用される装置を言及する。本装置を使用して、エネルギー供給が提案装置によって保証される（許容される）ため内部バッテリからいかなるエネルギーも要求されないように、除細動、あるいは診断および／またはインプラントの再プログラミング等、緊急要求の後に、バッテリを充電することができる。本発明は、３つの基本的な構成要素によって構成される。すなわち、発生器（Ａ）と、送信機ユニット（Ｂ）と、受容体コイル（Ｃ）と、である。発生器は、振幅および周波数が確定されたエネルギー信号を生成するようになされ、エネルギー信号は、同軸ケーブルを通して送信機ユニット（Ｂ）に搬送される。人体内部に埋め込まれた受容体コイル（Ｃ）によって、放出磁界が取り込まれ、ギブス現象のない状態で電圧が生成される。さらに、バッテリ充電装置は、診断および／またはインプラント再プログラミングのために外部との間の通信路のエネルギー供給を保証する。この場合、内部バッテリからエネルギーの要求はない。
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
インプラントのバッテリを充電するために使用される装置であって、
ポテンショメータ（５）によって調整され、その平均値が共振回路網（Ｂ）における無効エネルギー通過を最小限にするように想定する共振周波数によって指定される周波数で、正弦波（余弦波）信号を生成するようになされた発生器（Ａ）を備え、前記共振回路網（Ｂ）が、コンデンサ（７）によりかつ空気中核を含むコイル（８）により構成され、前記共振回路網（Ｂ）の特徴的な値が前記共振周波数を確定し、前記共振回路網（Ｂ）が、磁石モードに対しまたは前記バッテリ充電に対しそれぞれ、固定磁界または交番正弦波を生成するようになされた送信機ユニットを構成し、前記固定磁界または前記交番正弦波が、整流器ブロック（１０）と、フィルタコンデンサ（１１）と、逆漏れ電流（１２）から保護するダイオードと、がある、前記インプラントの周辺部に確立された埋込コイルの端子に電圧を誘導することを特徴とする装置。
【請求項２】
公共電気ネットワークによるかまたは自動車バッテリにおいて利用可能な電圧による入力電圧を変換することであって、整流器ブリッジ（ａ）、抵抗器（ｂ）およびコンデンサ（ｃ）を用い、前記電圧が、変圧器（ｄ）に印加され、前記変圧器（ｄ）が、整流器ブリッジ（ｈ）において（ｄ）の二次側を通して対称電圧によって伝達される連続電圧をサンプリングする、集積回路（ｆ）によって制御される、トランジスタ（ｅ）によって励起され、さらに、前記電圧が、コンデンサ対（ｇ）によってフィルタリングされ、前記コンデンサ対（ｇ）が、前記インプラントの前記磁石モードにおける機能に対し定められた固定磁界をもたらすために、回路に電圧を供給し直流を生成するようになされる、ことを特徴とする、請求項１に記載の装置。
【請求項３】
スイッチ（１５）によって選択可能な、自動車のシガレットライターによって電力が供給されるようになされた入力プラグを特徴とする、請求項１または２に記載の装置。
【請求項４】
前記発振器が、対称的に電圧が供給される集積回路（３）によって構成され、前記増幅器（６）によって生成される最大エネルギー束を確定する、共振コイル値（８）およびコンデンサ（７）によって特徴付けられる中心発振周波数を有する正弦波信号を生成することを特徴とする、請求項１または２に記載の装置。
【請求項５】
φ＝０°に対応する共振および最大移送状態を達成するようになされた、前記発振器周波数（３）を調整するように前記ポテンショメータに命令するボタンを特徴とする、請求項１〜３のいずれか一項に記載の装置。
【請求項６】
前記ポテンショメータ（５）を通して前記発振器信号（３）により励起され、かつ安全な保護された出力においてアクセス可能な、対称的に供給する、ハイブリッド集積回路（６）によって構成される増幅器ブロックを特徴とする、請求項１〜３のいずれか一項に記載の装置。
【請求項７】
前記インプラントの深さに従ってもたらされる磁界振幅を調整するようになされた前記ポテンショメータ（５）に命令するボタンを特徴とする、請求項１〜５のいずれか一項に記載の装置。
【請求項８】
コネクタ（ｑ）によって電圧が供給され、最適な状態を通知するネオンインジケータランプ（１３）が設けられた、空気中核を有するコイル（８）と共振コンデンサ（７）とを含む前記送信機ユニット（Ｂ）を通して、磁界を生成することを特徴とする、請求項１〜６のいずれか一項に記載の装置。
【請求項９】
前記インプラントの活動状態を停止させるようになされた前記磁石モードで作用するように、または前記バッテリ充電モードで作用するように、動作モードを選択するようになされたスイッチ（１４）を特徴とする、請求項１に記載の装置。
【請求項１０】
前記送信機ユニットにより平面受容体コイルを通して放出される磁気エネルギーを受け取ることであって、前記コイルが、前記整流器ブリッジに電圧を供給し、前記整流器ブリッジが、全波整流によって連続電圧を生成するようになされた、４つの高速回復ダイオード（１０）によって構成され、前記連続電圧が、前記コンデンサ（１１）によってフィルタリングされ、等価な漏れ抵抗に対する偶発的なバッテリ放電を回避する前記ダイオード（１２）を通して、前記インプラントの電源回路に印加される、ことを特徴とする、請求項１に記載の装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、埋込型ペースメーカおよび除細動器のような心臓インプラントのバッテリ充電を可能にし、それにより、人体における内部バッテリを長持ちさせ、交換のための習慣的な外科医の介入を延期する。
【背景技術】
【０００２】
心臓インプラントのエネルギー消費量は、その機能によって異なり、患者の病状および活動状態によって決まる。
【０００３】
心臓インプラントのバッテリの持続時間は、３年から９年までと異なり、本質的に、電気エネルギー消費量によって決まる。
【０００４】
電気エネルギー消費量は、電圧振幅に関連するスケールファクタを考慮しない場合、中間電流値とそれが持続する期間との積に比例する。この積は、バッテリからインプラントの電子回路まで移動する電荷を特徴付ける。
【０００５】
医療業界および電子業界における学術調査に伴う発展の間に、機能性に関してかつ信号処理速度において、ますます高性能なインプラントが出てきている。
【０００６】
支援再プログラミング、除細動および植込み片活動状態の定期的な監視は、それらの見込みのうちの一部である。
【０００７】
提案されている構成は、内部バッテリのエネルギーを消費することなく、インプラントの機能アルゴリズム構造にアクセスしかつそれを変更する可能性を提供する。それは、目下、提案されている装置によって高エネルギー供給が補償されているためである。
【０００８】
実際には、バッテリの充電を可能にする既知の方法はない。非侵襲的プロセスを通してインプラントの内部への高エネルギー移送を達成することに対する妨害要素のうち１つは、インプラントと外部送信機とを隔てる距離が長いということである。
【０００９】
今日の技術においてこの障害を克服するために、切換電源に基づく解決法があり、その基本機能原理は、インパルス変調技法（ＰＷＭ−パルス幅変調）にある。これらのタイプの電源では、電圧出力波の形は、インパルスの幅の変動によって影響を受ける。
【００１０】
しかしながら、この技法は、ギブス現象として知られる効果に関連する。それは、フーリエ解析によって定量化することができる、高周波数電磁雑音の重要性が増大していることにある。
【００１１】
この高周波数電磁雑音は、インプラントの電子回路によって検出され、アルゴリズムインプラント処理からもたらされるデータ／信号誤解釈および／または誤った判断をもたらし、患者に対して明らかな結果をもたらす。
【００１２】
正確には、これらの欠点が、実際の従来技術の特徴を表す。あるいは、以下を参照されたい。
【００１３】
参考文献米国特許出願公開第２００５／０７５６９６号明細書は、二次コイルの端子に電圧を誘導する振動電流の使用を言及しているが、電磁干渉の影響を明記しておらず、考慮もしていない。
【００１４】
参考文献米国特許出願公開第２００５／０３７２５６号明細書およびＦＲ２４２０８３２号明細書は、一次電流に関して記載しておらず、二次電圧の各サイクルに対する不十分なエネルギー効率を表す、回路網におけるダイオード（１６９）および（６）の使用にのみ言及している。この場合、半波整流ではなく、全波整流が使用され得る。
【００１５】
提案ＤＥ２７２０３３１号明細書は、上記段落で説明したものに類似している。しかしながら、それは、概略図において、ダイオード（６）および／またはバッテリ（２）極性における不正確さを示す。
【００１６】
参考文献特開２００２−３１５２０９号公報は、一次電圧の波形を明記しておらず、提示された概略図から、ＥＭＩ雑音の生成は解消されていない。
【００１７】
同じことが米国特許第５４１１５３７号明細書にも当てはまり、それもまた、一次電圧波形を予測しない。
【００１８】
一方、提案ＥＰ０４７９５７号明細書は、位相差または周波数差を測定するために検出器（８４）を使用する必要があることの根拠の他に、ギブス現象について考慮しない解決法を提示する。このように、この提案は、別個の周波数成分の存在が基礎を形成することを認めている。
【００１９】
参考文献ＧＢ１４１９５３１号明細書の図１ａに記載されているプロトタイプは、整流器ブリッジ（３０）、検知抵抗器（３２）およびＦＥＴ（３１）を使用して、二次電圧の全期間を処理する効率的な解決法を提示する。しかしながら、本発明者らは、補助コイルから、同調受容体がコイル（２０ｂ）によって励起されるペースメーカによって、エネルギー搬送信号の周波数制御（上記例と同様に明記されていない）が確定されることを検証する。
【００２０】
要約すると、従来技術を特徴づける概念は、ギブス現象に対応しない。したがって、インプラントの電子ユニットは、許容できないＥＭＩレベルに晒される。
【発明の開示】
【課題を解決するための手段】
【００２１】
本発明は、３つの基本構成要素によって構成される。すなわち、発生器と、送信機ユニットと、コイル受容体と、である。
【００２２】
それに加えて、本発明は、プロセス制御のためにいかなるフィードバック回路網も不要であり、それにより使用が簡略化される。
【００２３】
本発明は、ギブス現象の出現を可能にしない。それは、エネルギー信号搬送波が正弦波（余弦波）であり、提供される共振回路網が線形であるためである。このため、エネルギー搬送信号は、通信チャネルにおいて既知のかつ許容される周波数を有するため、結果としての電磁干渉の影響は与えられない。
【００２４】
それにも関わらず、正弦波信号の利用は、共振回路網からくる電流の無効分が現れる一因となる。したがって、発生器の出力電源回路において補足的な散逸効果が発生し、エネルギー消費が増大し、それはエネルギー搬送の効率の低下を表す。
【００２５】
この問題を克服するために見つけられかつ探求された形態は、共振回路網を循環する無効エネルギーの流れを最小限にすることにある。
【００２６】
無効エネルギーの通過を最小限にすることにより、出力電流無効分の低減／排除が達成され、発生器段における電力散逸（ジュール効果）が低下する。これら状態において、共振回路網は純粋に抵抗性である。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２７】
本発明は、図１に示す予測子・修正子アバクス（Ａｂａｃｕｓ）においてプレビューされる探査様式によって確定される無効エネルギー流を最適化する。
【００２８】
予測子・修正子アバクスは、電気エネルギーにより有効電力Ｐおよび無効電力Ｑに特定の負荷が供給される状況の複素平面における表現である。エネルギーは、周波数ｆで強制的な交番正弦波状態において公称電圧Ｕの下で投入される。
【００２９】
このアバクスを特徴付けるものは、図面における、ベースの軸からの相対的な複素平面の、アルガン（Ａｒｇａｎｄ）の複素平面のＩ象限およびＩＩ象限において急激に増大する線分の角度の位置によって明らかである、長手方向伝送線のリアクタンスおよび抵抗の影響を考慮する状況である。これらパラメータの影響は、付加要素ｚ１＝１＋ｊ０の周囲の線分の同期回転において提示される。
【００３０】
付加要素ｚ２は、入力電圧と出力電圧との間の関係を表す。円の単位半径は、｜ｚ２｜＝１である場合の複素平面の点に対応する。線ｐのファミリは、有効電力Ｐの値に対応する状況の幾何学的な場所を表す。しかしながら、線ｑは、無効電力Ｑに対応する状況を特徴付ける。
【００３１】
線ｐに対する一般式は以下の通りである。
【数１】
2009513232.tif 000003
【００３２】
一方、線ｑは、無効電力Ｑに対応する状況を表す。線ｑの一般式は、以下の通りである。
【数２】
2009513232.tif 000004
【００３３】
線ｑは、負荷電圧と電流との間の位相差に対応する、角度φだけ、ｐ＝０であるｐ線の点から開始して回転する。
【００３４】
２つの線ｐおよびｑの交差点は、動作点および電圧関係を定義する。
【００３５】
アバクスを提示する数学モデルは、以下の式によって定義される。
【数３】
2009513232.tif 000005
式中、
【数４】
2009513232.tif 000006
は電圧比であり、
【数５】
2009513232.tif 000007
は損失係数を表す。
【００３６】
線を特徴付けるパラメータは、それらの長さ全体を通して分散されたパラメータである。
【００３７】
小型コイルにおいて分散モデルのパラメータを集中化することにより、集中化パラメータによって、本発明の現送信ユニットにあるリアクタンス
【数６】
2009513232.tif 000008
の表現が得られる。
【００３８】
このように、送信機ユニットは、小型伝送ラインに類似する。
【００３９】
正弦波（余弦波）信号の利用によって報告される、さらなる利点も重要になる。それは、電磁共振現象によって得られ、コイル受容体と送信機ユニットとの間の長い距離によって特徴付けられる高磁気抵抗を克服する、焦点効果にある。
【００４０】
図２は、装置のブロック図を表す。供給エネルギーは、エネルギー供給ケーブル（１）により、エネルギー公共ネットワークからの交流電圧により、または直流電源、自動車のシガレットライタープラグにより提供される。
【００４１】
変換器（２）を使用して、発振器（３）と増幅器（６）とに対称電圧が供給される。さらに、変換器（２）は、ペースメーカを即座に阻止する固定磁界を達成するために、手動スイッチ（１４）により、送信機ユニット（Ｂ）のインダクタ（８）に電圧を供給する。
【００４２】
ポテンショメータ（４）は、光標識（１３）によって視覚化が可能な無効エネルギー移送を最小限にするために、電圧制御発振器（ＶＣＯ）（３）の周波数を調整する。
【００４３】
磁界強度は、ポテンショメータ（５）を通して調整される。ブロック（６）は、集積ハイブリッド増幅器であり、送信機ユニットを構成する、コンデンサ（７）および一次コイル（８）によって構成される共振回路網に電圧を供給する。
【００４４】
このユニットによって生成される磁界は、コイル端子（９）に交流電圧を誘導し、それは、整流器ブリッジ（１０）における整流後、ダイオード（１１）を通してインプラント電子回路に電圧を供給する。このダイオードは、インプラントバッテリが等価な漏れ抵抗において放電しないようにする。
【００４５】
長手方向の抵抗は、浸透の深さ
【数７】
2009513232.tif 000009
によって確定され、周波数に対する抵抗挙動の依存を特徴付ける、表皮効果Ｒ（ω）に関連する値によって測定される。抵抗は、Ｒ（ω）まで、直流Ｒｏにおいて測定される値から変化する。
【００４６】
同様に、コイルリアクタンスは周波数によって決まり、また、コイル間の距離によって影響を受ける磁気抵抗によっても変化する。しかしながら、分散が最大磁気抵抗の状況を特徴付け、それにより補償回路網において循環する電流が制限される。
【００４７】
マックスウェルの方程式
【数８】
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が、コイル磁気回路の最短経路で閉じる磁力線の分散を特徴付ける。このように、本発明では、非侵襲的挙動を特定する（漏れ、制御損失または制限なしに）。
【００４８】
制御は、
【数９】
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が７５°＜θ＜９０°を変化させ、幾何学的にφ＋θ＝９０°であって、０＜φ＜１５°に対応する場合に効率的である。対応する電力係数ｃｏｓφは、０．９６および１の間で変化する。
【００４９】
θ＝９０°に対応する状況は、ｘ＝０で発生する。この場合、理想的な状況φ＝０°およびＰ＝０は、以下のように式ｐおよびｑの間の等式からもたらされる。
【数１０】
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【００５０】
同調周波数は、以下の式から得られる。
【数１１】
2009513232.tif 000013
【００５１】
θ＝７５°である状況は、線ｐおよびｑが垂直であり、線ｑが原点を横切る場合に発生し、それは、以下を意味する。
【数１２】
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【００５２】
埋込コイルにおける誘導電圧は、φ＝０であるときに高く、その値は以下の式によって得られる。
【数１３】
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ここで、Ｕ１、（ｎ１／ｎ２）およびＱは、それぞれ、ＲＭＳ発生器の電圧と、埋込コイル／送信機コイルの巻数の比と、コイルの線質係数と、を表す。
【００５３】
埋込コイルは、図９および図１０にそれぞれ示すように、インプラントの漏れ線の周囲かまたはその内部に位置する。
【００５４】
図３は、本発明のあり得る適用のうちの１つを示す。発生器ユニットは、テーブル、棚等のような固定構造に配置される。送信機ユニットは、たとえば椅子またはさらにはベッドの支持体により関節アームを通して配置されるべきである。可撓性同軸ケーブルにより、発生器と送信機ユニットとの間の接続が可能になり、それにより、患者胸部の上に単純ではあるが効率的に配置することによって、人体へのエネルギー移送が可能となる。
【００５５】
図２に示すスイッチ（１４）の位置は、送信機コイルによってもたらされる磁界が、それぞれ正弦（余弦）である、すなわち
【数１４】
2009513232.tif 000016
であるか、固定である、すなわちＢ＝ＢＤＣであるか、すなわち、コイル電流が増幅器（６）によって供給されるか、または直流電源（２）によって供給されるかを確定する。磁界が固定である場合、送信機ユニットは磁石のように作用し、インプラントが活動状態を停止させることができるようにインプラントに命令することができ（磁石モード）、交番磁界が選択される場合、インプラントは充電される。
【００５６】
図４は、入力および整流ブロック（ａ）および（ｂ）と、フライバック変換器を構成するブロック（ｄ）、（ｅ）および（ｆ）と、整流ブロック（ｈ）と、フィルタリングブロック（ｇ）と、永久磁石によって生成されるものに類似する固定誘導磁界Ｂ＝ＢＤＣをもたらす、直流電流を通して送信機コイルを励起するために使用される調整ブロックおよび電流制限器（ｑ）と、を備えた、図２に示す電源方式（２）を表す。
【００５７】
図５は、図２に示す電圧制御発振器（３）を表し、それは、ポテンショメータ（４）によって手動で調整される、制御電圧に比例する周波数の正弦波（余弦波）信号を生成するために使用される。平均値は、送信機ユニット共振回路網の共振周波数に対応する。
【００５８】
図６は、対称的に供給する電力増幅器（６）を表し、図５の電圧制御発振器（３）において生成される信号を増幅し、それを出力プラグ（ｐ）において利用可能とする。
【００５９】
図７における方式は、図２に示す、共振コンデンサ（７）と、磁界生成に関与するコイル（８）と、ネオンサイン（１３）と、発生器ユニット（Ａ）をプラグ（ｐ）を通して接続するプラグ（ｑ）と、を備える送信機ユニットに対応する。
【００６０】
図８に表す埋込ユニットは、インプラントの周辺部かまたはその内部に配置され、端子が整流器ブリッジ（１０）に接続された、埋込コイル（９）によって構成され、端子はまた、フィルタコンデンサ（１１）と保護ダイオード（１２）とに接続され、保護ダイオード（１２）は、バッテリが等価な漏れ抵抗において放電しないようにする。センサコイル（９）のアセンブリを、図９および図１０において、インプラントの周辺部かまたはその内部における位置によって示す。
【図１】
2009513232.tif 000017
【図２】
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【図３】
2009513232.tif 000019
【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
2009513232.tif 000023
【図８】
2009513232.tif 000024
【図９】
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【図１０】
2009513232.tif 000026
【国際調査報告】
2009513232.tif 000027
2009513232.tif 000028
2009513232.tif 000029