(57)【要約】  患者の介入なしにインプラント内のバッテリを受動的に再充電するための基地局を開示する。基地局は、手持ち式とすることができ、又はベッドの下、壁面又は壁の隣のような固定場所に配置されるように構成された機器を含むことができる。基地局は、インプラント内のアンテナ及び受信コイルと結合され、インプラントのバッテリを充電するための充電電流を発生させる電場及び磁場（Ｅ場及びＢ場）を発生させることができる。患者側のいずれの取り扱い又は操作も必要なく、インプラントバッテリは、患者が基地局によって発生する磁気充電場又は電気充電場のいずれかの範囲にいる時に常に受動的に充電される。Ｂ場を用いた充電は、ＩＰＧが基地局から比較的短い距離の位置にある場合に発生し、それに対してＥ場を用いた充電は、より長い距離の位置で発生する。インプラントからの逆方向テレメトリは、インプラントにより高い電力量を転送する機能の理由から、可能な場合にＢ場充電又はＥ場充電のいずれが示されてかつ好ましいかを通知することができる。【選択図】図７
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
埋め込み可能医療デバイス内のバッテリを充電するための外部デバイスであって、
埋め込み可能医療デバイス内のバッテリを充電するための電場を発生させるように選択的に有効にされる少なくとも１つの第１のアンテナと、
前記埋め込み可能医療デバイス内の前記バッテリを充電するための磁場を発生させるように選択的に有効にされる少なくとも１つの第２のアンテナと、
を含むことを特徴とする外部デバイス。
【請求項２】
前記少なくとも１つの第１のアンテナは、４分の１波長モノポールアンテナ又は半波長ダイポールアンテナを含むことを特徴とする請求項１に記載のデバイス。
【請求項３】
前記少なくとも１つの第１のアンテナは、ワイヤ、パッチ、又はスロットアンテナを含むことを特徴とする請求項１に記載のデバイス。
【請求項４】
前記少なくとも１つの第２のアンテナは、コイルを含むことを特徴とする請求項１に記載のデバイス。
【請求項５】
前記電場は、第１の周波数を含み、前記磁場は、該第１の周波数よりも低い第２の周波数を含むことを特徴とする請求項１に記載のデバイス。
【請求項６】
外部デバイスが、床又は壁上に位置決め可能であることを特徴とする請求項１に記載のデバイス。
【請求項７】
前記電場は、データによって変調されないことを特徴とする請求項１に記載のデバイス。
【請求項８】
前記埋め込み可能医療デバイスから充電情報を受信するために前記第１のアンテナに結合可能な第１の復調回路と、該埋め込み可能医療デバイスから充電情報を受信するために前記第２のアンテナに結合可能な第２の復調回路とを更に含むことを特徴とする請求項１に記載のデバイス。
【請求項９】
前記第１及び第２のアンテナのいずれか又は両方から該第１又は第２のアンテナのいずれかを有効にするのに使用される充電情報を受信するための復調回路を更に含むことを特徴とする請求項１に記載のデバイス。
【請求項１０】
前記電場又は磁場のいずれかの発生中に前記埋め込み可能医療デバイスから送信された充電情報を受信するための第３のアンテナを更に含むことを特徴とする請求項１に記載のデバイス。
【請求項１１】
前記第１及び第２のアンテナの一方のみが一度に有効にされることを特徴とする請求項１に記載のデバイス。
【請求項１２】
バッテリと、
前記バッテリを充電するための電場を受信するように構成された第１のアンテナと、
前記バッテリを充電するための磁場を受信するように構成された第２のアンテナと、
前記電場及び前記磁場のいずれか又は両方がそれぞれ前記第１又は第２のアンテナで受信されたか否かを判断し、かつ該電場又は該磁場のいずれかによる前記バッテリの充電を有効にする少なくとも１つの制御信号を出すためのマイクロコントローラと、
を含むことを特徴とする埋め込み可能医療デバイス。
【請求項１３】
第１のＤＣ電圧を生成するために前記第１のアンテナに結合された第１の整流器と、第２のＤＣ電圧を生成するために前記第２のアンテナに結合された第２の整流器とを更に含むことを特徴とする請求項１２に記載のデバイス。
【請求項１４】
前記マイクロコントローラは、第１及び第２のＤＣ電圧を用いて前記電場及び前記磁場のいずれか又は両方がそれぞれ前記第１又は第２のアンテナで受信されたか否かを判断することを特徴とする請求項１３に記載のデバイス。
【請求項１５】
前記少なくとも１つの制御信号に応答して前記第１のＤＣ電圧又は前記第２のＤＣ電圧のいずれかを前記バッテリを充電するための電源として選択する充電回路を更に含むことを特徴とする請求項１３に記載のデバイス。
【請求項１６】
前記少なくとも１つの制御信号は、埋め込み可能医療デバイスから充電情報を送信するための送信機を有効にすることを特徴とする請求項１２に記載のデバイス。
【請求項１７】
前記送信機は、前記第１又は第２のアンテナのいずれかから前記充電情報を送信することを特徴とする請求項１６に記載のデバイス。
【請求項１８】
前記充電情報は、前記バッテリの電圧を含むことを特徴とする請求項１２に記載のデバイス。
【請求項１９】
前記第１のアンテナは、患者の組織に刺激を与えるために電極に結合された電極リードを含むことを特徴とする請求項１２に記載のデバイス。
【請求項２０】
バッテリ、
前記バッテリを充電するための電場を受信するための第１のアンテナ、及び
前記バッテリを充電するための磁場を受信するための第２のアンテナ、
を含む埋め込み可能医療デバイスと、
前記バッテリを充電するための前記電場を発生させるための第３のアンテナ、及び
前記バッテリを充電するための前記磁場を発生させるための第４のアンテナ、
を含む外部デバイスと、
を含むことを特徴とする埋め込み可能医療デバイスシステム。
【請求項２１】
前記バッテリを充電するために前記第２のアンテナで受信される磁場を発生させるための第５のアンテナを含み、前記外部デバイスとは別である外部充電器を更に含むことを特徴とする請求項２０に記載のシステム。
【請求項２２】
前記第１のアンテナとデータを通信するための第６のアンテナを含み、前記外部デバイスとは別である外部コントローラを更に含むことを特徴とする請求項２０に記載のシステム。
【請求項２３】
前記第２及び第４のアンテナは、コイルを含むことを特徴とする請求項２０に記載のシステム。
【請求項２４】
前記第１及び第３のアンテナは、４分の１波長アンテナ又は半波長アンテナを含むことを特徴とする請求項２３に記載のシステム。
【請求項２５】
前記第３又は第４のアンテナの一方のみが、一度にそれらのそれぞれの場を発生させることを特徴とする請求項２０に記載のシステム。
【請求項２６】
前記第３のアンテナは、前記埋め込み可能医療デバイスがある一定の距離よりも大きく離れた時に前記電場を発生させ、
前記第４のアンテナは、前記埋め込み可能医療デバイスが前記距離よりも小さく離れた時に前記磁場を発生させる、
ことを特徴とする請求項２５に記載のシステム。
【請求項２７】
外部デバイスを用いて埋め込み可能医療デバイス内のバッテリを充電する方法であって、
埋め込み可能医療デバイス内のバッテリを磁場を用いて外部デバイスによって充電することができるか否かを該外部デバイスにおいて電子的に判断する段階と、
前記埋め込み可能医療デバイス内の前記バッテリを磁場を用いて前記外部デバイスによって充電することができる場合に、該バッテリを充電するために該外部デバイスにおいて磁場を自動的に発生させる段階と、
前記埋め込み可能医療デバイス内の前記バッテリを磁場を用いて前記外部デバイスによって充電することができない場合に、該バッテリを充電するために該外部デバイスにおいて電場を自動的に発生させる段階と、
を含むことを特徴とする方法。
【請求項２８】
前記外部デバイスは、前記埋め込み可能医療デバイスから受信したデータに従って該埋め込み可能医療デバイス内の前記バッテリを前記磁場によって充電することができるか否かを判断することを特徴とする請求項２７に記載の方法。
【請求項２９】
前記データは、前記バッテリの電圧、又は前記外部デバイスと前記埋め込み可能医療デバイスの間の結合を示すデータを含むことを特徴とする請求項２８に記載の方法。
【請求項３０】
前記電場及び磁場は、前記外部デバイス内の別々のアンテナを用いて発生されることを特徴とする請求項２７に記載の方法。
【請求項３１】
前記電場は、第１の周波数を含み、
前記磁場は、前記第１の周波数よりも低い第２の周波数を含む、
ことを特徴とする請求項３０に記載の方法。
【請求項３２】
外部デバイスを用いて埋め込み可能医療デバイス内のバッテリを充電する方法であって、
（ａ）外部デバイスにおいて磁場を発生させる段階と、
（ｂ）埋め込み可能医療デバイスが前記磁場を受信しているか否かを前記外部デバイスにおいて判断する段階と、
（ｃ）前記埋め込み可能医療デバイスが前記磁場を受信している場合に、バッテリを充電するために前記外部デバイスにおいて該磁場を発生させ続ける段階と、
（ｄ）前記埋め込み可能医療デバイスが前記磁場を受信していない場合に、前記バッテリを充電するために前記外部充電器において電場を発生させる段階と、
を含むことを特徴とする方法。
【請求項３３】
（ｅ）段階（ｄ）において前記外部デバイスが電場を発生させている場合に、該電場の該発生を周期的に中止して該外部デバイスにおいて磁場を発生させる段階と、
（ｆ）段階（ｂ）から段階（ｅ）を繰り返す段階と、
を更に含むことを特徴とする請求項３２に記載の方法。
【請求項３４】
前記電場及び磁場は、前記外部デバイス内の別々のアンテナを用いて発生されることを特徴とする請求項３２に記載の方法。
【請求項３５】
前記電場は、第１の周波数を含み、
前記磁場は、前記第１の周波数よりも低い第２の周波数を含む、
ことを特徴とする請求項３４に記載の方法。
【請求項３６】
段階（ａ）は、前記外部デバイスが通電された時に自動的に発生することを特徴とする請求項３２に記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
〔関連出願への相互参照〕
本出願は、全体が引用によって本明細書に組み込まれている２０１０年７月１日出願の米国特許出願番号第６１／３６０，５３６号の国際（ＰＣＴ）出願であり、この米国特許出願に対する優先権を請求するものである。
【０００２】
本発明は、埋め込み可能医療デバイスのための改善されたバッテリ充電に関する。
【背景技術】
【０００３】
埋め込み可能刺激デバイスは、不整脈を治療するためのペースメーカー、心細動を治療するための細動除去器、聴覚障害を治療するための蝸牛刺激器、視覚障害を治療するための網膜刺激器、協働する体肢運動を生成するための筋肉刺激器、慢性疼痛を治療するための脊髄刺激器、運動性及び心因性の障害を治療するための脳皮質及び脳深部刺激器、並びに尿失禁、睡眠時無呼吸、肩関節亜脱臼などを治療するための他の神経刺激器のような様々な生物学的障害の治療のために電気刺激を発生させて身体の神経及び組織に送出するデバイスである。以下に続く説明は、一般的に、米国特許第６，５１６，２２７号明細書に開示されているような脊髄刺激（ＳＣＳ）システム内での本発明の使用に着目することになる。しかし、本発明は、あらゆる埋め込み可能医療デバイスシステムにおいて適用性を見出すことができる。
【０００４】
図１Ａ及び図１Ｂに示すように、一般的に、ＳＣＳシステムは、例えば、チタンのような導電材料で形成された生体適合デバイスケース３０を含む「埋め込み可能パルス発生器（ＩＰＧ）」１００を含む。一般的に、ケース３０は、ＩＰＧが機能するのに必要な回路及びバッテリ２６を保持するが、ＩＰＧは、外部ＲＦエネルギによってバッテリなしで給電することができる。ＩＰＧ１００は、各々がいくつかの電極１０６を含む１つ又はそれよりも多くの電極アレイを含む（２つのそのようなアレイ１０２及び１０４を示す）。電極１０６は、可撓性本体１０８上に担持され、本体１０８は、各電極に結合された個別電極リード１１２及び１１４も収容する。図示の実施形態において、アレイ１０２上にＥ１〜Ｅ８とラベル付けした８つの電極、及びアレイ１０４にＥ９〜Ｅ１６とラベル付けした８つの電極が存在するが、アレイ及び電極の個数は用途に特定のものであり、従って、変化する場合がある。アレイ１０２、１０４は、例えば、エポキシを含むことができる非導電性ヘッダ材料３６内に固定されたリードコネクタ３８ａ及び３８ｂを用いてＩＰＧ１００に結合される。
【０００５】
図２に示すように、一般的に、ＩＰＧ１００は、プリント回路基板（ＰＣＢ）１６をＰＣＢ１６に装着されたマイクロプロセッサ、集積回路、及びコンデンサーのような様々な電子構成要素２０と共に含む電子基板アセンブリ１４を含む。一般的に、ＩＰＧ１００内には、外部コントローラ１２へ／からデータを送信／受信するのに使用されるテレメトリコイル１３、及び外部充電器５０を用いてＩＰＧのバッテリ２６を充電又は再充電するための充電コイル１８という２つのコイル（より一般的にはアンテナ）が存在する。一般的に、テレメトリコイル１３は、図示のようにＩＰＧ１００のヘッダ３６内に装着され、フェライトコア１３’の回りに巻くことができる。
【０００６】
直ぐ上に説明したように、無線でＩＰＧ１００にデータを送り、そこから受信するのに、手持ち式プログラム作成器又は臨床医のプログラム作成器のような外部コントローラ１２が使用される。例えば、外部コントローラ１２は、ＩＰＧ１００が患者に提供することになる治療を決めるためのプログラミングデータをＩＰＧ１００に送ることができる。更に、外部コントローラ１２は、ＩＰＧのステータスに対して報告する様々なデータのようなＩＰＧ１００からのデータの受信機として機能することができる。ＩＰＧ１００のような外部コントローラ１２は、外部コントローラ１２の作動を制御するための電子構成要素７２が上に配置されたＰＣＢも含む。コンピュータ、セル電話、又は他の手持ち式電子デバイスに使用されるものと類似の例えばタッチ可能ボタン及びディスプレイを含むユーザインタフェース７４は、患者又は臨床医が外部コントローラ１２を操作することを可能にする。外部コントローラ１２へ及びそこからのデータの通信は、コイル（アンテナ）１７によって可能になる。
【０００７】
同じく一般的に手持ち式デバイスである外部充電器５０は、ＩＰＧ１００にＩＰＧのバッテリ２６を再充電するのに使用することができる電力を無線伝達するのに使用される。外部充電器５０からの電力の転送は、コイル（アンテナ）１７’によって可能になる。当業者には理解されるように、本明細書における基本的な説明の目的で、外部充電器５０を外部コントローラ１２と類似の構造を有するように示すが、実際には、外部充電器５０は、その機能に従って異なることになる。
【０００８】
外部デバイス１２及び５０とＩＰＧ１００の間の無線データテレメトリ及び電力転送は、誘導結合、特に、磁気誘導結合を通じて発生する。そのような機能を実施するために、ＩＰＧ１００と外部デバイス１２及び５０との両方は、互いに対として機能するコイルを有する。外部コントローラ１２の場合には、関連するコイル対は、コントローラからのコイル１７とＩＰＧ１００からのコイル１３とを含む。外部充電器５０の場合には、関連するコイル対は、充電器からのコイル１７’とＩＰＧ１００からのコイル１８とを含む。
【０００９】
例えば、データが外部コントローラ１２からＩＰＧ１００に送られる場合には、コイル１７が交流（ＡＣ）によって通電される。データを転送するためのコイル１７のそのような通電は、２００７年７月１９日出願の米国特許出願番号第１１／７８０，３６９号明細書に開示されているような「周波数シフトキーイング（ＦＳＫ）」を用いて行うことができる。コイル１７を通電することによって磁場がもたらされ、次に、磁場は、ＩＰＧのコイル１３内に電圧を誘導し、この電圧は、閉ループ経路が設けられた場合に対応する電流信号を生成する。次に、元のデータを回復するために、この電圧及び／又は電流信号を復調することができる。ＩＰＧ１００から外部コントローラ１２にデータを送信する段階は、基本的に同じ方式で発生する。
【００１０】
電力が外部充電器５０からＩＰＧ１００に送信される場合には、ここでもまた、コイル１７’が交流で通電される。一般的に、そのような通電は、一定の周波数のものであり、データの転送中に使用されるものよりも大きいマグニチュードのものである場合があるが、係わる基本的な物理的過程は同様である。
【００１１】
ＩＰＧ１００は、充電コイル１８のインピーダンスを変調することによって外部充電器５０にデータを通信し戻すことができる。このインピーダンス変化は、外部充電器５０内のコイル１７’に反射して戻され、外部充電器５０は、反射を復調して送信データを回復する。ＩＰＧ１００から外部充電器５０にデータを送信するこの手段は、「負荷シフトキーイング（ＬＳＫ）」として公知であり、バッテリの容量、充電が完了して外部充電器を停止することができるか否か、及び他の関連する充電変数のようなＩＰＧ１００内のバッテリ２６の充電中に関連のあるデータを通信するのに有利である。ＩＰＧ１００から外部充電器へのＬＳＫ通信は、２００９年１月１５日出願の米国特許出願番号第１２／３５４，４０６号明細書により詳しく解説されている。
【００１２】
公知のように、データ又は電力の誘導送信は、経皮的に、すなわち、患者の組織２５を通して行うことができ、医療埋め込み可能デバイスシステムにおいて特に有利なものになっている。データ又は電力の送信中には、好ましくは、コイル１７と１３又は１７’と１８は、平行な平面に共線軸に沿って位置し、これらのコイルは互いに可能な限り近い。コイル１７と１３の間のそのような向きは、一般的に、これらのコイルの間の結合を改善することになるが、適度に信頼性の高いデータ転送又は電力転送において依然として理想的な向きからの逸脱がもたらされる場合がある。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１３】
【特許文献１】米国特許第６，５１６，２２７号明細書
【特許文献２】米国特許出願番号第１１／７８０，３６９号明細書
【特許文献３】米国特許出願番号第１２／３５４，４０６号明細書
【特許文献４】米国特許出願公開第２００９／００６９８６９号明細書
【特許文献５】米国特許出願公開第２００８／０１７２１０９号明細書
【特許文献６】米国特許出願番号第１２／５７５，７３３号明細書
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１４】
ＩＰＧを充電する際の患者に対する負担はごく僅かであるように思われるが、本発明者は、患者母集団のうちのある程度の百分率が、充電器５０を操作するのに必要な技量を持たないことを認めた。例えば、ある患者は身体障害を有し、従って、充電器５０をＩＰＧ１００の上の適切な場所に配置することができない場合がある。更に、健常な患者においてさえも、何処にＩＰＧ１００が設けられているか、又は充電器５０とＩＰＧ１００の間に適切であるのはどのアラインメントであるかを知らせることは、これらの患者に対して困難である場合がある。要するに、充電過程における患者の介入の必要性は問題である場合があり、本発明者は、以下において、患者が自らのインプラントをいずれの介入もなく又は僅かな介入のみで再充電することを可能にすることができる解決法を紹介する。
【図面の簡単な説明】
【００１５】
【図１Ａ】従来技術の埋め込み可能医療デバイスと電極アレイがＩＰＧに結合される方式とを示す図である。
【図１Ｂ】従来技術の埋め込み可能医療デバイスと電極アレイがＩＰＧに結合される方式とを示す図である。
【図２】埋め込み可能医療デバイスと外部コントローラ及び外部充電器の間の関係を示す図である。
【図３】図２のシステムへの基地局充電器の追加を示す図である。
【図４Ａ】本発明の実施形態によるＥ場を用いてＩＰＧを充電する基地局を示す図である。
【図４Ｂ】本発明の実施形態によるＢ場を用いてＩＰＧを充電する基地局を示す図である。
【図５Ａ】図３の基地局の様々な物理的な実施形態のうちの１つを示す図である。
【図５Ｂ】図３の基地局の様々な物理的な実施形態のうちの１つを示す図である。
【図５Ｃ】図３の基地局の様々な物理的な実施形態のうちの１つを示す図である。
【図５Ｄ】図３の基地局の様々な物理的な実施形態のうちの１つを示す図である。
【図５Ｅ】図３の基地局の様々な物理的な実施形態のうちの１つを示す図である。
【図６】本発明の実施形態によるＥ場受信のためのアンテナとして使用されるＩＰＧ電極を示す図である。
【図７】本発明の実施形態による基地局内の回路図である。
【図８Ａ】本発明の実施形態による基地局と相互接続するためのＩＰＧ内の回路図である。
【図８Ｂ】本発明の実施形態による基地局と相互接続するためのＩＰＧ内の回路図である。
【図９】付加的な通信チャンネル及びハードウエアを有する基地局の代替概略図である。
【図１０】付加的な通信チャンネル及びハードウエアを有するＩＰＧの代替概略図である。
【発明を実施するための形態】
【００１６】
以下に続く説明は、脊髄刺激（ＳＣＳ）システム内での本発明の使用に関する。しかし、本発明は、そのように限定されず、あらゆる種類の埋め込み可能医療デバイスシステムに対して使用することができることを理解すべきである。
【００１７】
本発明者は、患者の介入なしにバッテリを受動的に再充電することができる外部デバイスを提供することによってインプラント内のバッテリを再充電する問題に対処する。この外部デバイスを基地局２００と記し、図３に従来の外部コントローラ１２及び外部充電器５０との関連に示している。基地局２００は、デバイス１２又は５０と同じく手持ち式のものとすることができるが、開示する実施形態において、ベッドの下、壁面又は壁の隣のような固定場所に配置されるように構成された機器として説明する。言い換えれば、通常、基地局２００は、患者が、バッテリを再充電するのに費やす可能性がある有意な時間量を費やすことが予想されることになるどこかに設けられることになる。基地局２００は、バッテリ給電することができるが、壁のコンセントに接続される見込みがより高くなる。
【００１８】
一実施形態における基地局２００は、ＩＰＧ１００内のアンテナ及び受信コイルに結合され、ＩＰＧバッテリ２６を充電するための充電電流を発生させる電場及び磁場（Ｅ場及びＢ場）を発生させることができる。患者側でのいずれの取り扱い又は操作も必要ではなく、インプラントバッテリは、患者が基地局２００によって発生する磁気充電場又は電気充電場のいずれかの範囲にいる時には常に受動的に充電される。Ｂ場を用いた充電は、ＩＰＧが基地局２００から比較的短い距離（例えば、１ｍよりも短い）の位置にある場合に発生し、それに対してＥ場を用いた充電は、より長い距離（例えば、＞１ｍ）の位置で発生する。充電をＢ場又はＥ場のいずれで行うべきかに対して基地局２００に通知を行う上で、ＩＰＧ１００から基地局２００への逆方向テレメトリを使用することができ、本明細書に説明するように、ＩＰＧ１００により大きい電力量を転送するその機能の理由からＢ場充電が好ましい。
【００１９】
図４Ａ及び図４Ｂは、基地局３００のＥ場とＢ場の両方の作動モードを示している。図４Ａは、放射Ｅ場３０２を発生させるためにアンテナ２０４を使用する基地局２００を示している。Ｅ場３０２は、ＩＰＧ１００内のアンテナ１５０によって感知されて交流が発生し、後でより詳細に説明するように、この交流は整流され、バッテリを再充電するＤＣ電力が生成される。これらのアンテナ２０４及び１５０は、主に電磁場の電気成分と相互作用するので、図４ＡはＥ場３０２のみを示している。図４Ｂは、誘導Ｂ場３０４を発生させるためにコイル（アンテナ）２０６を使用する基地局２００を示している。ＩＰＧ１００内のコイル１８はＢ場３０４と結合されて交流が発生し、この交流は、整流されてＤＣ電力が生成される。そのようなＢ場充電は、従来の外部充電器５０内に実施された充電方式（図２）と同様であり、類似の回路を使用するが、基地局３０２内の回路は、本明細書に解説するように修正済みである。例えば、基地局の回路は、ＩＰＧ１００にエネルギを転送するのにＥ場３０２又はＢ場３０４の充電モードの選択を可能にする。下記で更に解説するように、Ｂ場３０４は、一般的に、Ｅ場３０２（例えば、１ＭＨｚから１０ＧＨｚ程度）よりも低い周波数（例えば、１００ｋＨｚ程度）である。
【００２０】
上述しかつ図４に示すように、Ｅ場充電は、長めの距離に使用されることになり、それに対してＢ場充電は、短めの距離に使用されることになる。Ｅ場３０２のようなＥ場の強度は、一般的に、送信アンテナ２０４と受信アンテナ１５０の間の距離の２乗に比例して低下する。それとは対照的に、Ｂ場３０４のような誘導磁場の強度は、一般的に、発生コイル２０６と受信コイル１８の間の距離の３乗に比例して低下する。従って、大きい距離では、Ｂ場を使用するよりもＥ場を用いてエネルギを転送する方がより有効である。
【００２１】
基地局２００の回路及び作動を解説する前に、図５Ａ〜図５Ｅに示す基地局２００の様々な物理的な実施形態を解説する。先に上述のように、基地局２００は、壁面又は床上に位置決めすることができ、すなわち、ベッドの近くに、壁に接して、コーナに、又は予想される患者の場所にほぼ近いいずれかの好ましい場所に配置することができる。図５Ａは、回路モジュール２０８に接続した蛇行ワイヤアンテナ２０４を有する基地局２００を示している。後に解説するように、回路モジュール２０８は、マイクロコントローラ、増幅器、送受信機のような基地局２００を作動させるための回路を含む。蛇行アンテナ２０４は、Ｅ場３０２を放射するために回路モジュール２０８によって通電される。代替的に、蛇行アンテナの代わりに、図５Ｂに示すような誘導性装荷アンテナを使用することができる。一般的に、図５Ａと図５Ｂとに示す両方のアンテナ２０４が、４分の１波長モノポールアンテナになる。４分の１波長アンテナは、理想的には放射されているＥ場の波長の４分の１に等しい長さを有する。例えば、１メートルの波長（ほぼ３００ＭＨｚの周波数に対応する）を送信するために、長さ０．２５ｍの４分の１波長アンテナ２０４が使用されることになる。図５Ａのアンテナの蛇行形状及び図５Ｂのアンテナの誘導装荷の理由から、これらのアンテナは、最適な４分の１波長の長さよりも小さく作成することができる。基地局２００は、Ｅ場のエネルギを望ましい方向に放射するか又は伝播させるために、アンテナ２０４の背後に配置されたパラボラ反射器（図示せず）を装備することができる。これは、放射Ｅ場を患者のＩＰＧ１００に集中するのに特別な利点とすることができる。
【００２２】
基地局２００は、Ｂ場３０４を発生させるためのコイル２０６も含み、このコイルは、回路モジュール２０８にも結合される。一般的に、コイル２０６は、生成される誘導場の強度を高めるために、フェライトコア（図示せず）上に巻かれる。
【００２３】
図５Ａ及び図５Ｂのアンテナ２０４は垂直に向けられるので、アンテナ２０４から放射される電磁波も垂直に向けられ、すなわち、垂直に偏波される。ＩＰＧアンテナ１５０の向きが同じく垂直に定められる場合には、垂直に向けられたＥ場３０２との最大結合が発生することになる。最大結合は、最大Ｅ場電力転送をもたらし、従って、ＩＰＧ１００のバッテリ２６を再充電するのにより大きなエネルギを供給するので好ましいものである。そのような結合は、Ｅ場３０２の偏波と受信ＩＰＧアンテナ１５０の向きとの間の角度が増加する時に減少することになり、最部分結合は９０度の角度にある。
【００２４】
図５Ｃは、回路モジュール２０８に結合されたパッチアンテナ２０４を含む基地局２００の別の実施形態を示している。パッチアンテナ２０４は、付加的な金属板であって、それ自体が地面又は床に接続した付加的な金属板を含むことができる接地平面の上のある一定の距離の位置に配置された正方形又は矩形の金属板で作成される。一般的に、パッチアンテナは、ダイポール又は半波長アンテナとして作動し、これは、アンテナが、理想的には送信電磁波の波長の半分に計寸されることを意味する。例えば、３００ＭＨｚのＥ場３０４を発生させる上でパッチアンテナ２０４が使用される場合には、パッチアンテナの長さは、理想的には０．５ｍに等しくなる。図５Ｃのパッチアンテナ２０４は、Ｅ場のエネルギを上方に垂直に、すなわち、パッチアンテナの平面に対してほぼ直角な方向に、従って、例えば、患者が眠っている間のＩＰＧ充電を可能にする患者のベッドの下への配置に有利な方向に放射するか又は伝播させることになる。パッチアンテナが発生させるＥ場の偏波は、パッチアンテナが回路モジュール２０８に結合される場所である図５Ｃに示す接点２１０の場所によって判断される。上述の場合のように、パッチアンテナ２０４が発生させるＥ場とＩＰＧアンテナ１５０の間の最大結合は、ＩＰＧアンテナ１５０の方向がＥ場の偏波方向と同じ場合に発生することになる。図５Ｃの基地局は、図５Ｄに示すように、垂直に配置することができることに注意されたい。そのような向きは壁面に取り付けることができ、例えば、近くにある椅子に座っている患者内のＩＰＧを再充電するのに有利とすることができる。アンテナ２０４は、スロットアンテナを含むことができる。
【００２５】
図５Ｅは、図５Ｃに図示の実施形態と図５Ｄに図示の実施形態とを組み合わせ、従って、Ｅ場の水平偏波と垂直偏波の両方を与える基地局２００の実施形態を示している。生成されるＥ場は２つの方向に偏波されるので、それは、ＩＰＧ１００内のアンテナ１５０に結合される見込みがより高くなり、アンテナ１５０の向きは、正確に把握することができず、又は患者が移動する時に変化する場合がある。この実施形態において、基地局２００は、それぞれ水平平面及び垂直平面に配置された２つのパッチアンテナ２０４ａ及び２０４ｂを含み、Ｅ場のエネルギを上方方向と横向き方向の両方に放射するか又は伝播させることを可能にする。パッチアンテナ２０４ａは、基地局２００が望ましい偏波を選択することを可能にする２つの接点点２１０ａ及び２１０ｃも含む。一般的に、点２１０ａと２１０ｃを９０度異相で通電することによって円偏波Ｅ場を発生させるように、パッチアンテナ２０４ａを両方の接点点２１０ａと２１０ｃとにおいて同時に通電することができる。そのような円偏波場は、最大結合におけるＩＰＧアンテナ１５０の向きに対する制約条件を最小にする。パッチアンテナ２０４ｂも同じく２つの接点点を含み、円偏波Ｅ場を生成することができるが、図５Ｅでは明瞭化のためにこれを示していない。
【００２６】
図５Ｅの基地局２００は、２つのコイル２０６ａ及び２０６ｂも含む。アンテナ２０４ａ及び２０４ｂと同様に、コイル２０６ａと２０６ｂとは直交し、直交するＢ場を生成し、それによってＩＰＧコイル１８（図４Ｂ）の向きに対する制約条件が最小にされる。２つのコイル２０６ａ及び２０６ｂを用いて、回転Ｂ場を生成することができる。例えば、全体が引用によって本明細書に組み込まれている米国特許出願公開第２００９／００６９８６９号明細書を参照されたい。
【００２７】
基地局２００は、ＩＰＧ１００への最大電力転送を与えるアンテナ２０４ａ又は２０４ｂ又はコイル２０６ａ又は２０６ｂを選択して、そのアンテナ又はコイルのみを使用することができる。この選択は、各アンテナ及びコイルの向きに対して結合情報を査定する段階に基づくことができ、これらの情報は、ＩＰＧ１００からテレメトリ送信することができ、又は基地局２００におけるＥ場又はＢ場の生成に基づいて推定することができる。例えば、引用によって本明細書に組み込まれている米国特許出願公開第２００８／０１７２１０９号明細書を参照されたい。
【００２８】
図６は、適切なＥ場アンテナ１５０の更なる詳細を示しており、この実施形態において、アンテナ１５０は、アレイ１０２内でアンテナ１５０として使用される電極リード１１２のうちの１つを含む。例えば、電極Ｅ1へのワイヤ接続がアンテナ１５０として使用される。他の電極（Ｅ２、Ｅ３）へのワイヤを使用することができるが、最も長いワイヤを選択することによって送信周波数が有利に低下するので、電極Ｅ1へのワイヤが選ばれた。（当然ながら、アレイ１０４上の電極への信号ワイヤ接続を選択することができる。）電極リード１１２及び１１４は、様々な長さの個別ワイヤを与えるので、特定のＥ場受信／送信周波数において理想的な長さに最も近い長さを有するワイヤを容易に選択することができる。アンテナ１５０によって受信又は送信されるＥ場３０２の周波数は、電極に送られる信号の周波数よりも少なくとも数桁高いので、アンテナ１５０に電極リードを使用することにより、影響を受ける電極において生成される刺激は影響を受けないことに注意されたい。例えば、Ｅ場３０２は、一般的に、１ＭＨｚから１０ＧＨｚ程度であり、それに対して信号ワイヤを通じて電極に送られるパルスの周波数は、数十Ｈｚから数百Ｈｚの範囲にある。更に、Ｅ場の送信又は受信からもたらされる信号ワイヤ上のＡＣ信号のマグニチュードは、刺激パルスのマグニチュード（例えば、ボルト）と比較して一般的に非常に小さい（例えば、ｍＶ）。当然ながらＩＰＧ１００は、Ｅ場３０２を基地局２００へ送信し、そこから受信するために、電極リード１１２及び１１４とは別の専用アンテナを含むことができる。そのようなアンテナは、ＩＰＧ１００のヘッダ３６又は金属ケース３０に配置することができる。
【００２９】
次に、エネルギをＩＰＧ１００に転送し、そこから受信するのに使用される基地局２００内の回路モジュール２０８を解説する。図７に示すように、マイクロコントローラ２１２は、送信回路及び受信回路の作動を制御し、更に、本明細書では解説しない基地局２００内の他の作動も制御する。一般的であるように、マイクロコントローラ２１２は、本明細書に説明する機能を記憶及び実施するために、揮発性メモリ（例えば、ＲＡＭ）と不揮発性メモリ（例えば、フラッシュ、ＥＥＰＲＯＭ）の両方を含むことができる。送信回路は、デジタル制御の信号発生器２１４及び電力増幅器２１６を含む。受信機回路は、２つの受信機回路ＬＳＫ  Ｒｘ２２０及びＲＦ  Ｒｘ２２８を含む。Ｅ場充電又はＢ場充電のいずれが選択されたかに基づいて、スイッチ２２２が、送信及び受信機回路をアンテナ２０４又はコイル２０６のいずれかに結合する。
【００３０】
コイル２０６を用いてＢ場３０４を通じてエネルギを転送するために、マイクロコントローラ２１２は、例えば、ｆB＝８０ｋＨｚの送信周波数を有する信号を発生させるように信号発生器２１４を制御する。信号発生器２１４は、一般的に、指定周波数で正弦波信号を発生させることになるが、変化する負荷サイクルを有する波形を発生させることができる。
【００３１】
アンテナ２０４を用いてＥ場３０２を通じてエネルギを転送するために、マイクロコントローラ２１２は、ｆEという送信周波数を有する信号を発生させるように信号発生器を制御する。ｆEは、約１ＭＨｚから１０ＧＨｚまでの範囲に及ぶとすることができ、ｆEにおいて高い周波数又は低い周波数のいずれが使用される場合にも妥協を有する。高い周波数で送信することにより、ＩＰＧ２００に高いエネルギを長い距離の位置に送信することが可能になる。しかし、高周波数信号は、身体組織によって減衰される。低周波数はそれ程減衰を持たないが、最適な４分の１波長同調にはＩＰＧ１００内でより長いアンテナ１５０を必要とする場合がある。アンテナ長は、主に水である組織の誘電率によって若干緩和される。アンテナ１５０の長さは、組織（水）の誘電率の平方根に反比例して伸縮されることになり、アンテナ１５０の所要長さを大きく短縮することができ、それによってｆEを低くすることが可能になる。いずれにせよ正確な同調の欠如及び信号減衰の実在は、適正なアンテナ回路設計により、更にＥ場送信の電力を調節することによって緩和することができ、ＩＰＧ１００内のアンテナ１５０が、ｆEという波長の正確に４分の１であることが厳密に必要なわけではない。有利な実施形態において、ｆEは、一例で「産業科学医療（ＩＳＭ）」帯域から選択された周波数を含むことができ、１３．５６ＭＨｚ、２７．１２ＭＨｚ、又は２．４５ＧＨｚという周波数をＩＰＧ１００内のアンテナ１５０がそのような周波数において最適に共振するように計寸されない場合であっても含むことができる。
【００３２】
信号発生器２１４の出力は、電力増幅器２１６の入力に供給され、電力増幅器２１６は、その入力信号を利得制御信号を用いてマイクロコントローラ２１２が制御するマグニチュードだけ増幅する。実際には、選択される周波数（ｆE又はｆB）に依存して別々の増幅器２１６を使用することができるが、簡略化のために図７にはこれを示していない。最初に、マイクロコントローラ２１２は、利得制御信号を通じて電力増幅器２１６におけるデフォルトの利得を設定することができ、利得制御信号は、必要に応じて高めることができる。
【００３３】
最終的には、電力増幅器２１６の出力は、適切なインピーダンス整合回路２１８及び２３０を通じてアンテナ２０４又はコイル２０６のいずれかに送られる。インピーダンス整合回路は当業技術で公知であり、変圧器、受動的ＲＬＣネットワーク、多段伝達線などを含むことができる。アンテナ２０４又はコイル２０６のうちのいずれが選択されるかは、マイクロコントローラ２１２から出される制御信号Ｋ１によって判断され、制御信号Ｋ１は、Ｂ場充電が使用される場合は論理「１」に等しく、Ｅ場充電が使用される場合は論理「０」に等しい。Ｋ１＝１である場合には、スイッチ２２２は、送信及び受信機回路をインピーダンス整合回路２３０を通じてコイル２０６に結合する。Ｋ１＝０である場合には、スイッチ２２２は、この回路をそのインピーダンス整合回路を通じてアンテナ２０４に結合する。
【００３４】
図７の実施形態において、基地局２００は、ＩＰＧバッテリ２６の再充電中にＩＰＧ１００からの逆テレメトリデータを受信するための２つの受信回路を含む。ＬＳＫ受信機２２０は、コイル２０６を通じて負荷シフトキーイングデータを受信し、一方、ＲＦ受信機２２８は、アンテナ２０４を通じて変調データを受信する。スイッチ２２２と同様に、これらの受信機２２０及び２２８は、基地局がＢ場モード又はＥ場モードのいずれにおいて作動しているかに基づいて、これらの受信機の一方のみが一度に有効にされるようにＫ１によって制御される。ＬＳＫテレメトリは公知であり、図８Ａを参照して以下に更に説明するように、ＩＰＧ内の受信コイル１８の抵抗を変調して、送信コイル２０６において検出可能な反射を生成する段階を含む。
【００３５】
ＩＰＧ１００から逆方向テレメトリ送信される充電情報は、ＩＰＧのバッテリ電圧（ＶBAT）と、基地局とＩＰＧの間の結合を示すデータとを含むことができる。ＶBATは、マイクロコントローラ２１２に充電中のＩＰＧバッテリ２６の現在の電圧を通知し、マイクロコントローラ２１２が、充電エネルギを輻射しているアンテナ２０４又はコイル２０６の電力を修正するか又はバッテリ２６が一杯である場合に充電を全て停止させることを可能にする。
【００３６】
ＩＰＧ１００から受信される結合データは、ＩＰＧが受信しているエネルギ量を示し、送信電力、基地局２００とＩＰＧ１００の間の距離、送信／受信要素（アンテナ２０４及びアンテナ１５０又はコイル２０６及び１８）の相対的な向きのようないくつかのファクタに依存することになる。一実施形態において、図８Ａを参照して後に解説するように、結合データは、ＩＰＧ１００内のＢ場整流器１５４及びＥ場整流器１６４によってそれぞれ出力される電圧ＶDCE及びＶDCBを含むことができる。別の実施形態において、結合データは、充電回路１５６（図８Ａ）の両端の電圧降下を含むことができる。例えば、全体が引用によって本明細書に組み込まれている２００９年１０月８日出願の米国特許出願番号第１２／５７５，７３３号明細書を参照されたい。基地局２００は、充電中にそのような結合データを受信すると、利得制御信号を通じて電力増幅器２１６の利得を制御することができる。例えば、ＩＰＧ１００内の整流器１５４又は１６４（図８Ａ）の出力電圧ＶDCE又はＶDCBが所定の値を下回った場合には、マイクロコントローラ２１２は、生成されるＥ場３０２又はＢ場３０４のマグニチュードが増大するように電力増幅器２１６の利得を高めることができる。結合データの特定の受信値に対して利得制御信号を如何に調節するかは、実験又はシミュレーションによって判断することができ、マイクロプロセッサ２１２に付随するメモリ内にルックアップテーブルとして格納することができる。
【００３７】
図８Ａは、基地局２００によって輻射される充電エネルギを受信するためのかつ基地局２００に充電情報を逆方向テレメトリ送信するためのＩＰＧ１００内の回路の実施形態を示している。図６に関して先に解説した信号ワイヤのうちの１つを前と同じく含むことができるアンテナ１５０は、インピーダンス整合回路１６８を通じて乗算器及び整流器１６４に結合され、基地局２００が発生させるＥ場３０２を受信する。整流器１６４は、バッテリ２６を充電するのに使用されるＤＣ電圧ＶDCEを発生させる。図８Ｂは、当業技術において半波直列増倍器又はビラードカスケードとして公知の整流器１６４に対して使用することができる回路例を示している。整流器１６４は、いくつかのコンデンサー−ダイオード段を含み、図８Ｂには４つのそのような段を示している。段数は、ＤＣ電圧ＶDCEを生成するのにＡＣ入力電圧Ｖinに適用されることになる増倍率を決め、従って、４つの段は、基本的にＶinのピーク電圧の４倍のＶDCEを生成することになる。好ましくは、ダイオード１７４〜１７７は、ショットキーダイオードのようなゼロ閾値又は低閾値のダイオードであり、それによってアンテナ１５０の出力において生成される小さいＡＣ電圧Ｖinの整流及び増倍（数十ｍＶから数百ｍＶへの）が可能になる。ＶDCEは、バッテリ２６の充電過程をモニタして制御する充電回路１５６に供給される。
【００３８】
再度図８Ａを参照すると、ＩＰＧ１００は、インピーダンス整合回路１５２を通じて整流器１５４に接続した充電コイル１８を更に含む。このコイル１８は、基地局２００が発生させるＢ場３０４を受信する。コイル１８は、図２において解説したもののようなより従来的な外部充電器５０からのＢ場を受信することができ、この点に関して、図８Ａの改善された回路は、そのような従来のシステム設計の使用を妨げない。インピーダンス整合回路１５２は、コイル１８のインピーダンスを整流器１５４の入力インピーダンスと整合させ、最大電力転送を可能にする。整流器１５４は、単ダイオード半波整流器、全波ブリッジ整流器、又は当業技術で公知の他の整流器とすることができる。Ｂ場によってコイル１８上に供給されるＡＣ電圧は、一般的に非常に大きいので（数ボルト程度）、整流器は、従来のダイオードを使用することができる。整流器１５４の出力ＶDCBは、充電回路１５６に供給される。
【００３９】
ＶDCEとＶDCBの両方が比較回路２２３に供給され、閾値電圧ＶthE及びＶthBそれぞれと比較される。一般的には、比較回路２２３は、充電エネルギがアンテナ１５０において受信されているか（Ｅ場充電により）、又はコイル１８において受信されているか（Ｂ場充電により）のいずれかの場合に、マイクロコントローラ１５８に通知する。図示のように、比較回路２２３は、整流器１６４及び１５４の各々によって生成されたＤＣ電圧ＶDCE及びＶDCBを基準電圧ＶthE及びＶthBと比較するための２つの比較器を含むことができる。いずれかのＤＣ電圧がそれに関連する基準電圧を超過した場合には、その比較器は、これをＩＰＧ１００のマイクロコントローラ１５８に入力Ｘ及びＹにおいて論理「１」としてデジタルに示すことになる。ＶthE及びＶthBは実験によって判断することができ、調節可能にすることができるが、いずれの場合も、真の電力受信を単なるノイズから識別するために、一般的に有意なレベルに設定される。多くの場合にＶDCEは、ＶDCBよりもかなり小さいので、一般的に、基準電圧ＶthEも同じくＶthBよりもかなり小さくなることに注意されたい。別の構成において、マイクロコントローラ１５８が、アナログからデジタルへのコンバータを含むか又はそれに関連付けられる場合には、ＶDCE及びＶDCBをそのようなアナログ入力に直接供給することができ、マイクロプロセッサ１５８がこれらの電圧のマグニチュードをデジタルに査定することが可能になる。
【００４０】
マイクロコントローラ１５８は、入力信号Ｘ及びＹを解釈し、それに応じて制御信号Ｂ及びＥを出すことができ、これらの制御信号は、マイクロコントローラ１５８が、Ｂ場受信又はＥ場受信によってバッテリ２６の充電が発生することを認識し、かつそれを可能にしているか否かを回路の残りの部分に対して示している。以下の真偽表は、入力信号Ｘ及びＹに基づくこれらの制御信号Ｂ及びＥの発生を示しており、Ｂ場受信によって充電を行う経路が利用可能な場合のＩＰＧ１００がこの充電を行うプリファレンスを示している。
【００４１】
（表）
2013530015.tif 000003
【００４２】
Ｂ場受信によって生成される整流電圧ＶDCBは、一般的に、Ｅ場受信によって生成される整流電圧ＶDCEよりもかなり大きくなるので、Ｂ場充電をＥ場充電に優先させることを可能にすること（すなわち、Ｘがアサートされた場合に、Ｙに関わらずＢ＝１）が好ましい。この場合、充電回路１５６がＶDCEに優先してＶDCBを選択することを可能にすることにより、そのような回路１５６がバッテリ２６をより高速に充電することが可能になる。それとは逆に、更に下記で解説するように、ＶDCEを用いたバッテリの充電は、最後の手段として使用され、消極的に発生させることができる。充電回路１５６は当業技術で公知であり、ＶDCE及びＶDCBによって供給することになるもののような異なる値の入力電圧を処理することができる。充電回路１５６への２つの異なる入力を含むように示すが、ＶDCE及びＶDCBは、制御信号Ｂ及びＥによって制御されるスイッチ（図示せず）を用いて、回路１５６への単一の入力として選択することができることを理解すべきである。当然ながら、制御信号Ｂ又はＥのいずれもアサートしないことは、ＩＰＧ１００が基地局２００（又は外部充電器５０のようないずれかの他の電源）からのいずれの充電場の受信も認識しておらず、それに応じて作用することになることを意味することになる。
【００４３】
先に解説したように、ＩＰＧ１００は、バッテリ電圧（ＶBAT）のような充電情報を基地局２００に逆方向テレメトリ送信することができ、そのようなテレメトリは、制御信号Ｂ及びＥを通じて制御することができる。この点に関して、図８Ａに示すように、ＩＰＧ１００は、制御信号Ｅによって有効にされるＲＦ送信機／受信機１６６と制御信号Ｂによって有効にされるＬＳＫ送信機１６０とを含む。言い換えれば、ＩＰＧ１００は、受信した場に基づいて、既に確立されている手段（Ｂ場又はＥ場）を用いて基地局２００に通信し戻すことがＩＰＧ１００において信頼性が高いものであるとこの構成を通して判断する。ＬＳＫ送信機１６０は、制御信号Ｂを使用することを選択した場合には、テレメトリ送信される充電情報を用いて、コイル１８と並列に接続したトランジスタ１６８を変調する。先に上述のように、それによって基地局においてＢ場３０４を生成するのに使用されるコイル２０６内に反射が生成され、次に、これらのデータは、基地局内のＬＳＫ受信機２２０（図７）において充電情報を回復するために復調することができる。制御信号Ｅを通じてＲＦ送信機／受信機１６６が選択される場合には、充電情報は、周波数シフトキーイング（ＦＳＫ）、位相シフトキーイング（ＰＳＫ）、振幅シフトキーイング（ＡＳＫ）のようなＥ場アンテナ１５０による輻射に適するプロトコルを用いて変調されることになる。次に、そのようなＲＦ逆方向テレメトリ送信データは、基地局２００内のＲＦ受信機２２８（図７）において受信されることになる。回路１６６は、基地局２００からのデータを受信するための対応する復調回路を含むことができ、この点に関して、基地局２００は、アンテナ２０４に結合されたＲＦデータ送信機を含むことができる。しかし、以下に更に説明するように、この技術の簡単な実施形態において、Ｅ場アンテナ２０４は、ＩＰＧのバッテリ２６を充電するためにのみＥ場を輻射するので、図７の基地局内には、そのようなＲＦデータ送信回路を示していない。
【００４４】
ＲＦ送信機／受信機１６６は、Ｅ場の送信周波数ｆEとは異なる周波数ｆE’で作動させることができる。ｆE’において異なる周波数を選択することにより、基地局から輻射されるＥ場３０２との干渉を防止することができ、基地局のＥ場アンテナ２０４において、そのような輻射と同時のデータ受信を可能にすることができる。逆方向テレメトリにおいて異なるｆE’が選択される場合には、そのような周波数がｆEから大幅には異ならないことを得策とすることができ、周波数ｆEのＥ場がＩＰＧ１００において正常に受信される場合には、若干異なる周波数ｆE’における送信も同じく基地局において有意な減衰等なしに受信されることになる見込みが高くなる。しかし、これは厳密に必要なわけではなく、ｆEはｆE’から大きく異なるとすることができる。代替的に、Ｅ場３０２とＲＦ送信機／受信機１６６からのデータ送信とを時間多重化することができ、この場合ｆEはｆE’に等しいとすることができる。
【００４５】
基地局２００とＩＰＧ１００の両方の充電回路を説明したので、次に、基地局２００を用いてＩＰＧ１００を充電するための例示的な方法を説明する段階に解説を移す。この例では、基地局２００は、起動時に充電場を自動的に生成し、特に、マイクロコントローラ２１２（図７）は、最初にＢ場充電をデフォルトとして選択する。Ｂ場３０４を充電のデフォルト手段として使用することは、この充電が、それを提供することができる場合には、一般的により大きなエネルギをＩＰＧ１００に供給することができ、従って、バッテリ２６をより高速に充電することができることから好ましい。従って、マイクロコントローラ２１２は、Ｋ１＝１を出力して基地局をＢ場充電に向けて設定し、すなわち、ｆE＝８０ｋＨｚの周波数を出力するように信号発生器２１４を設定し、送信回路をコイル２０６に結合するようにスイッチ２２２を作動させ、ＬＳＫ受信機２２０を有効にする。この時点で、基地局２００は、ＩＰＧ１００がＢ場３０４の輻射を受信することを予想しながらこの輻射を行っており、何らかの種類の確認応答又は先に解説した充電情報のいずれかを輻射することによって受信を認識することになる。それに応じて、マイクロコントローラ２１２は、ＬＳＫ受信機２２０において逆方向テレメトリデータを受信するのをある一定の期間（例えば、１分）の間にわたって待つ。この「Ｂ期間」の間、基地局２００は、最終的にＩＰＧ１００が認識するのに十分に大きくなるＢ場３０４を生成することを予想して、利得制御信号を通じてＢ場３０４の強度を調節することができる。例えば、基地局は、利得制御をその最小設定で開始して、Ｂ期間の終了時点の近くで最大レベルに達するまで利得を増大させることができる。
【００４６】
ＩＰＧ１００が基地局２００の範囲にある場合には、ＩＰＧ１００の充電コイル１８（図８Ａ）は、Ｂ場３０４を受信することになる。Ｂ場受信が十分に強いと仮定すると、すなわち、ＶDCB＞ＶthBである場合には、ＩＰＧのマイクロコントローラ１５８への入力Ｘがアサートされることになる。先に解説したように、次に、マイクロコントローラ１５８は、Ｂ場充電が始まったことを認識し、制御信号ＢのアサートによってＩＰＧ１００を充電に向けて構成し、それによってＶDCBをその入力として選択するように充電回路１５６が有効にされ、ＬＳＫ送信機１６０が有効にされることになる。その時点で、Ｂ場充電に向けて構成されたＩＰＧにおいて一般的であるように、ＬＳＫ送信機１６０は、コイル１８を通じて充電情報（ＶBAT；結合データ等）を基地局２００に逆方向テレメトリ送信し始めることになる。そのような充電情報は、基地局のコイル２０６内に反射を生成し、ＬＳＫ受信機２２０において復号される。そのようなデータ（又はいずれかの他の形態の確認応答）の受信は、ＩＰＧ１００が、送信されたＢ場３０４を受信していること、及び基地局２００が、Ｋ１＝１をアサートし続けることによってＢ場デフォルトモードに留まるべきであることを基地局２００に通知する。更に、基地局２００は、受信した充電情報を解釈し始め、生成するＢ場３０４を必要に応じて、すなわち、利得制御信号を通じてそのマグニチュードを変更することにより、及び／又はその負荷サイクルを変更することによって修正することができる。例えば、上記で組み込んだ‘７３３出願を参照されたい。
【００４７】
バッテリ２６が完全に充電された場合には、マイクロコントローラ２１２は、ＶBATの報告値に基づいて、Ｂ場を発生させるのを中止することができる。この時点で、基地局２００は、以下に更に解説するようにデフォルトをＥ場充電にすることができる。ＩＰＧ１００のバッテリ２６が使用中に消耗し始めた場合には、低電力Ｅ場充電を与えるのを有利とすることができる。しかし、ＩＰＧ１００のバッテリ２６が一杯であるので、ＩＰＧ１００がＥ場充電から利益を得ることにはならない場合には、ＩＰＧ１００は、例えば、充電回路１５６を単純に無効にすることができる。
【００４８】
ＩＰＧ１００が基地局２００の範囲外に出るか又は最初から範囲になかった場合には、ＩＰＧ１００における入力Ｘは「０」に等しくなる。その結果、ＩＰＧ１００内のマイクロコントローラ１５８はＢ場（又はこの時点ではＥ場）の受信を認識しなくなり、従って、ＩＰＧ１００がいずれの形式の確認応答も基地局２００に送り返すことにならないように、制御信号Ｂ及びＥは無効にされる。最終的に、例えば、１分のＢ期間が失効すると、基地局２００内のマイクロコントローラ２１２は、Ｂ場充電を提供することができないと結論付けることになり、次に、デフォルトをＥ場充電にすることになる。それに応じて、次に、マイクロコントローラ２１２はＫ１＝０をアサートし、それによって信号発生器２１４がｆB＝３００ＭＨｚの周波数を出力するように設定され、スイッチ２２２が、送信回路をアンテナ２０４に結合するように作動され、ＲＦ受信機２２８が有効にされる。
【００４９】
一実施形態において、基地局２００は、この時点で電源が入っている限り、ＩＰＧ１００からのいずれの通信もないままに、すなわち、ＩＰＧ１００が充電に向けてＥ場を認識して使用することができるか否かに関わらず、単純にＥ場３０２を輻射し続けることになる。この実施形態は、Ｅ場充電を与える単純な受動的手法と見なすことができ、すなわち、低電力Ｅ場３０２が生成され、Ｅ場がＩＰＧ１００に対して有利なものであることが予想されるが、それが有利であるか否かは最終的に不明である。そのような実施形態は、ＩＰＧ１００から基地局へのいずれの通信も必要としないことから単純である。従って、ＩＰＧ１００内のＲＦ送信機／受信機１６６及び基地局２００内のＲＦ受信機２２８を不要にすることができる。しかし、この通信経路は有利であり、発生するＥ場を調整するのに付加的な柔軟性を与えるので、これを以下に更に解説する。
【００５０】
ＩＰＧ１００がＥ場３０２の範囲にあるが、Ｂ場３０４の範囲外にある場合には、Ｅ場受信が十分に強いと仮定し、すなわち、ＶDCE＞ＶthEである場合には、ＩＰＧのマイクロコントローラ１５８における信号入力Ｙは、「１」に設定されることになる。その時点で、マイクロコントローラ１５８は、制御信号ＥのアサートによってＩＰＧ１００を充電に向けて構成することになり、それによってＶDCEをその入力として選択するように充電回路１５６が有効にされ、ＲＦ送信機／受信機１６６が有効にされることになる。次に、バッテリ２６は充電し始めることになるが、上述のように比較的ＶDCE値に起因して低速で充電し始めることになる。次に、ＲＦ送信機／受信機１６６は、充電情報をそのアンテナ１５０を通じて基地局２００に送信し戻すことができる。基地局２００では、そのような充電情報がアンテナ２０４において受信され、ＲＦ受信機２２８において復号され、マイクロコントローラ２１２によって適切に使用される。例えば、マイクロコントローラ２１２は、発生するＥ場３０２の強度を例えば利得制御信号を通じて修正するのに充電情報を使用することができる。代替的に、マイクロコントローラ２１２は、バッテリ２６が完全に充電されたことをＶBATが通知した場合には、Ｅ場３０２の発生を停止することができる。しかし、上述のように、別の実施形態において、基地局２００は、バッテリが現時点で完全に充電されている場合であっても、万が一バッテリ２６が枯渇した場合のために低電力Ｅ場２００を単純に発生させ続けることができ、最終的に再度充電においてＥ場を使用することができるようになる。
【００５１】
Ｅ場による患者のＩＰＧバッテリ２６の充電は、その比較的長い有効性（例えば、＞１ｍ）に起因して有意な利点であり、この充電はＩＰＧ１００に比較的低い電力量しか与えないが、患者がＥ場の近くにいる場合には、たとえそれが通過中であったとしても、そのような電力は、依然としてバッテリ２６を再充電するのに利用することができる。
【００５２】
好ましい実施形態において、基地局２００は、Ｂ場充電が利用可能であるか否かを周期的に査定し、利用可能である場合はこのモードに切り換えることができる。患者が移動して現時点でベッドに横になっているなどにより、最初に基地局２００の外側にあったＩＰＧ１００は、範囲に入る場合があるので、上述のことは妥当である。それに応じて、周期的、例えば、ほぼ１５分毎に、基地局２００は、上記に解説したＢ期間に復帰することができ、それは、Ｂ場充電を有効にするためにある一定の期間の間Ｋ１＝１をアサートし、かつＢ場３０４の強度を調節してＩＰＧ１００がＢ場受信を認識するか否かを調べることができる。ＩＰＧ１００がＢ場受信を認識した場合には、基地局２００は、高電力Ｂ場３０４の生成を続けることができる。ＩＰＧ１００がＢ場受信を認識しなかった場合には、基地局２００は、Ｂ期間の失効時に再度低電力Ｅ場３０２を発生させ始めることができる。
【００５３】
図９及び図１０は、逆方向テレメトリが、ＩＰＧを充電するのに使用されるものとは別のハードウエア及び通信チャンネルを用いて実施される基地局２００及びＩＰＧ１００のための代替実施形態をそれぞれ示している。従って、図９は、付加的なアンテナ２３２を有する基地局を示しており、図１０は、付加的なアンテナ１３を有するＩＰＧを示している。この例では、アンテナ２３２及び１３をコイルとして示しており、これらのアンテナは磁気誘導によって通信を行う。「背景技術」で解説したように、アンテナ１３はＩＰＧ１００内に既に存在しており、外部コントローラ１２（図２）と通信を行う上で従来使用されているので、上述のことは好ましく、従来のシステム設計を考慮したものである。上述のように、アンテナ２３２と１３の間のそのような通信は、ＦＳＫプロトコルを用いて行うことができ、従って、ＦＳＫ送受信機２２１及び１２４をアンテナ２３２及び１３に結合されるように示している。そのような通信は、双方向のもの又は充電情報をテレメトリ送信するためにＩＰＧ１００から基地局への一方向のものとすることができる。ＩＰＧ１００内に既存のコイル１３を用いて充電中に基地局２００と更に通信を行うことにより、ＩＰＧ１００内の既存の通信回路を修正する必要なく、システムの機能を拡張することができる。しかし、厳密にはＩＰＧ内の既存の通信コイル１３を使用する必要はなく、代わりに、個別の専用ＲＦアンテナ又は磁気誘導アンテナをＩＰＧ１００及び基地局２００に追加することができる。ＩＰＧ１００と基地局の間のこの送信手段は、充電に使用される通信チャンネルには束縛されないので、これらのデバイスがＢ場又はＥ場のいずれにおいて作動しているかを示す基地局２００又はＩＰＧ１００内に使用される制御信号には、いずれの関連性も持たない制御信号（ＦＳＫ）を用いてＦＳＫ送受信機２２１及び１２４を有効にすることができることに注意されたい（すなわち、ＦＳＫは、基地局内の制御信号Ｋ１又はＩＰＧ１００内の制御信号Ｂ及びＥには関係ない）。
【００５４】
本発明の特定的な実施形態を図示して説明したが、以上の解説は、本発明をこれらの実施形態に限定するように意図したものではないことを理解すべきである。本発明の精神及び範囲から逸脱することなく様々な変形及び修正を加えることができることは、当業者には明らかであろう。従って、本発明は、特許請求の範囲に定められる本発明の精神及び範囲に該当することができる代替物、修正物、及び均等物を網羅するように意図している。
【符号の説明】
【００５５】
２０４  アンテナ
２０６  コイル
２０８  回路モジュール
２１２  マイクロコントローラ
２１４  信号発生器
２１６  電力増幅器
【図１Ａ】
2013530015.tif 000004
【図１Ｂ】
2013530015.tif 000005
【図２】
2013530015.tif 000006
【図３】
2013530015.tif 000007
【図４Ａ】
2013530015.tif 000008
【図４Ｂ】
2013530015.tif 000009
【図５Ａ】
2013530015.tif 000010
【図５Ｂ】
2013530015.tif 000011
【図５Ｃ】
2013530015.tif 000012
【図５Ｄ】
2013530015.tif 000013
【図５Ｅ】
2013530015.tif 000014
【図６】
2013530015.tif 000015
【図７】
2013530015.tif 000016
【図８Ａ】
2013530015.tif 000017
【図８Ｂ】
2013530015.tif 000018
【図９】
2013530015.tif 000019
【図１０】
2013530015.tif 000020
【手続補正書】
【提出日】平成25年2月27日(2013.2.27)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
埋め込み可能医療デバイス内のバッテリを充電するための外部デバイスであって、
埋め込み可能医療デバイス内のバッテリを充電するための電場を発生させるように選択的に有効にされる少なくとも１つの第１のアンテナと、
前記埋め込み可能医療デバイス内の前記バッテリを充電するための磁場を発生させるように選択的に有効にされる少なくとも１つの第２のアンテナと、
前記埋め込み可能医療デバイスからテレメトリ送信された充電情報に基づいて前記第１のアンテナ又は第２のアンテナのいずれかを選択的に有効にするための制御回路と、
を含むことを特徴とする外部デバイス。
【請求項２】
前記少なくとも１つの第１のアンテナは、４分の１波長モノポールアンテナ又は半波長ダイポールアンテナを含むことを特徴とする請求項１に記載のデバイス。
【請求項３】
前記少なくとも１つの第１のアンテナは、ワイヤ、パッチ、又はスロットアンテナを含むことを特徴とする請求項１に記載のデバイス。
【請求項４】
前記少なくとも１つの第２のアンテナは、コイルを含むことを特徴とする請求項１に記載のデバイス。
【請求項５】
前記電場は、第１の周波数を含み、前記磁場は、該第１の周波数よりも低い第２の周波数を含むことを特徴とする請求項１に記載のデバイス。
【請求項６】
外部デバイスが、床又は壁上に位置決め可能であることを特徴とする請求項１に記載のデバイス。
【請求項７】
前記電場は、データによって変調されないことを特徴とする請求項１に記載のデバイス。
【請求項８】
前記埋め込み可能医療デバイスから充電情報を受信するために前記第１のアンテナに結合可能な第１の復調回路と、該埋め込み可能医療デバイスから充電情報を受信するために前記第２のアンテナに結合可能な第２の復調回路とを更に含むことを特徴とする請求項１に記載のデバイス。
【請求項９】
前記第１及び第２のアンテナのいずれか又は両方から充電情報を受信するための復調回路を更に含むことを特徴とする請求項１に記載のデバイス。
【請求項１０】
前記電場又は磁場のいずれかの発生中に前記埋め込み可能医療デバイスから送信された前記充電情報を受信するための第３のアンテナを更に含むことを特徴とする請求項１に記載のデバイス。
【請求項１１】
前記第１及び第２のアンテナの一方のみが一度に有効にされることを特徴とする請求項１に記載のデバイス。
【請求項１２】
バッテリと、
前記バッテリを充電するための電場を受信するように構成された第１のアンテナと、
前記バッテリを充電するための磁場を受信するように構成された第２のアンテナと、
前記電場及び前記磁場のいずれか又は両方がそれぞれ前記第１又は第２のアンテナで受信されたか否かを判断し、かつ該電場又は該磁場のいずれかによる前記バッテリの充電を有効にする少なくとも１つの制御信号を出すためのマイクロコントローラと、
を含むことを特徴とする埋め込み可能医療デバイス。
【請求項１３】
第１のＤＣ電圧を生成するために前記第１のアンテナに結合された第１の整流器と、第２のＤＣ電圧を生成するために前記第２のアンテナに結合された第２の整流器とを更に含むことを特徴とする請求項１２に記載のデバイス。
【請求項１４】
前記マイクロコントローラは、第１及び第２のＤＣ電圧を用いて前記電場及び前記磁場のいずれか又は両方がそれぞれ前記第１又は第２のアンテナで受信されたか否かを判断することを特徴とする請求項１３に記載のデバイス。
【請求項１５】
前記少なくとも１つの制御信号に応答して前記第１のＤＣ電圧又は前記第２のＤＣ電圧のいずれかを前記バッテリを充電するための電源として選択する充電回路を更に含むことを特徴とする請求項１３に記載のデバイス。
【請求項１６】
前記少なくとも１つの制御信号は、埋め込み可能医療デバイスから充電情報を送信するための送信機を有効にすることを特徴とする請求項１２に記載のデバイス。
【請求項１７】
前記送信機は、前記第１又は第２のアンテナのいずれかから前記充電情報を送信することを特徴とする請求項１６に記載のデバイス。
【請求項１８】
前記充電情報は、前記バッテリの電圧を含むことを特徴とする請求項１２に記載のデバイス。
【請求項１９】
前記第１のアンテナは、患者の組織に刺激を与えるために電極に結合された電極リードを含むことを特徴とする請求項１２に記載のデバイス。
【請求項２０】
バッテリ、
前記バッテリを充電するための電場を受信するための第１のアンテナ、及び
前記バッテリを充電するための磁場を受信するための第２のアンテナ、
を含む埋め込み可能医療デバイスと、
前記バッテリを充電するための前記電場を発生させるための第３のアンテナ、及び
前記バッテリを充電するための前記磁場を発生させるための第４のアンテナ、
を含む外部デバイスと、
を含むことを特徴とする埋め込み可能医療デバイスシステム。
【請求項２１】
前記バッテリを充電するために前記第２のアンテナで受信される磁場を発生させるための第５のアンテナを含み、前記外部デバイスとは別である外部充電器を更に含むことを特徴とする請求項２０に記載のシステム。
【請求項２２】
前記第１のアンテナとデータを通信するための第６のアンテナを含み、前記外部デバイスとは別である外部コントローラを更に含むことを特徴とする請求項２０に記載のシステム。
【請求項２３】
前記第２及び第４のアンテナは、コイルを含むことを特徴とする請求項２０に記載のシステム。
【請求項２４】
前記第１及び第３のアンテナは、４分の１波長アンテナ又は半波長アンテナを含むことを特徴とする請求項２３に記載のシステム。
【請求項２５】
前記第３又は第４のアンテナの一方のみが、一度にそれらのそれぞれの場を発生させることを特徴とする請求項２０に記載のシステム。
【請求項２６】
前記第３のアンテナは、前記埋め込み可能医療デバイスがある一定の距離よりも大きく離れた時に前記電場を発生させ、
前記第４のアンテナは、前記埋め込み可能医療デバイスが前記距離よりも小さく離れた時に前記磁場を発生させる、
ことを特徴とする請求項２５に記載のシステム。
【請求項２７】
外部デバイスを用いて埋め込み可能医療デバイス内のバッテリを充電する方法であって、
埋め込み可能医療デバイス内のバッテリを磁場を用いて外部デバイスによって充電することができるか否かを該外部デバイスにおいて電子的に判断する段階と、
前記埋め込み可能医療デバイス内の前記バッテリを磁場を用いて前記外部デバイスによって充電することができる場合に、該バッテリを充電するために該外部デバイスにおいて磁場を自動的に発生させる段階と、
前記埋め込み可能医療デバイス内の前記バッテリを磁場を用いて前記外部デバイスによって充電することができない場合に、該バッテリを充電するために該外部デバイスにおいて電場を自動的に発生させる段階と、
を含むことを特徴とする方法。
【請求項２８】
前記外部デバイスは、前記埋め込み可能医療デバイスから受信したデータに従って該埋め込み可能医療デバイス内の前記バッテリを前記磁場によって充電することができるか否かを判断することを特徴とする請求項２７に記載の方法。
【請求項２９】
前記データは、前記バッテリの電圧、又は前記外部デバイスと前記埋め込み可能医療デバイスの間の結合を示すデータを含むことを特徴とする請求項２８に記載の方法。
【請求項３０】
前記電場及び磁場は、前記外部デバイス内の別々のアンテナを用いて発生されることを特徴とする請求項２７に記載の方法。
【請求項３１】
前記電場は、第１の周波数を含み、
前記磁場は、前記第１の周波数よりも低い第２の周波数を含む、
ことを特徴とする請求項３０に記載の方法。
【請求項３２】
外部デバイスを用いて埋め込み可能医療デバイス内のバッテリを充電する方法であって、
（ａ）外部デバイスにおいて磁場を発生させる段階と、
（ｂ）埋め込み可能医療デバイスが前記磁場を受信しているか否かを前記外部デバイスにおいて判断する段階と、
（ｃ）前記埋め込み可能医療デバイスが前記磁場を受信している場合に、バッテリを充電するために前記外部デバイスにおいて該磁場を発生させ続ける段階と、
（ｄ）前記埋め込み可能医療デバイスが前記磁場を受信していない場合に、前記バッテリを充電するために前記外部充電器において電場を発生させる段階と、
を含むことを特徴とする方法。
【請求項３３】
（ｅ）段階（ｄ）において前記外部デバイスが電場を発生させている場合に、該電場の該発生を周期的に中止して該外部デバイスにおいて磁場を発生させる段階と、
（ｆ）段階（ｂ）から段階（ｅ）を繰り返す段階と、
を更に含むことを特徴とする請求項３２に記載の方法。
【請求項３４】
前記電場及び磁場は、前記外部デバイス内の別々のアンテナを用いて発生されることを特徴とする請求項３２に記載の方法。
【請求項３５】
前記電場は、第１の周波数を含み、
前記磁場は、前記第１の周波数よりも低い第２の周波数を含む、
ことを特徴とする請求項３４に記載の方法。
【請求項３６】
段階（ａ）は、前記外部デバイスが通電された時に自動的に発生することを特徴とする請求項３２に記載の方法。
【国際調査報告】
2013530015.tif 000021
2013530015.tif 000022
2013530015.tif 000023
2013530015.tif 000024
2013530015.tif 000025