(57)【要約】二次コイルが存在しないときの意図しないエネルギー伝送を防止するために、経皮エネルギー伝送（ＴＥＴ）システムにおける、外部電源からの電力出力を制御する方法及びシステムが提供されている。このシステムは、外部一次コイルから経皮的に電力を伝送し、患者の体内に埋め込まれた二次コイルからの応答が検出されたかどうかを判定することで作動する。応答が検出されない場合には、一次コイルの電力出力を低下させる。電力出力の低下は、一次コイルを、より低い平均電力レベルで作動させることで達成でき、この作動には電力レベル、デューティサイクル等の変化を伴い得る。当該システムを、接続された二次コイルの探索を継続するために、当プロセスを周期的に繰り返すように構成することもできる。【選択図】図２
2014529281.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
一次コイルから電力を経皮的に伝送する伝送ステップと、
患者の体内の二次コイルからの応答が検出されたかどうかを判定する判定ステップと、
応答を受信しない場合には、前記一次コイルの電力出力を低下させる電力出力低下ステップと、
を含む、経皮エネルギー伝送システムにおける一次コイルからの電力出力を制御する方法。
【請求項２】
前記電力出力低下ステップは、前記一次コイルの平均電力出力を低減させる平均電力出力低減ステップを含む、請求項１に記載の方法。
【請求項３】
前記平均電力出力低減ステップは、前記一次コイルのデューティサイクルを変化させることで達成される、請求項２に記載の方法。
【請求項４】
前記平均電力出力低減ステップは、前記一次コイルの電力出力を、あるパーセント値だけ低減させることで達成される、請求項２に記載の方法。
【請求項５】
前記パーセント値は、付近の物体の意図しない加熱を防止するのに十分な大きさの値である、請求項４に記載の方法。
【請求項６】
応答を受信していないと判定する前に、第１期間待機する待機ステップをさらに含む、請求項１に記載の方法。
【請求項７】
前記二次コイルからの応答を受信した場合に、前記二次コイルの要求に応じて、前記一次コイルの電力出力を保持又は調整するステップをさらに含む、請求項１に記載の方法。
【請求項８】
前記第１期間は、約１００ミリ秒である、請求項６に記載の方法。
【請求項９】
前記第１期間経過後に、前記一次コイルの電力出力をゼロに低減する、請求項１に記載の方法。
【請求項１０】
前記第１期間経過後に、前記一次コイルの電力出力を線形の変化量で低下させる、請求項１に記載の方法。
【請求項１１】
前記第１期間内に応答を受信しない場合に、前記一次コイルの電力出力を低下させたレベルで第２期間保持する保持ステップと、
前記第２期間経過後に、請求項１に記載の方法を繰り返すことと、
をさらに含む、請求項６に記載の方法。
【請求項１２】
電力出力の前記低下させたレベルはゼロである、請求項１１に記載の方法。
【請求項１３】
前記第２期間は約３秒である、請求項１１に記載の方法。
【請求項１４】
前記二次コイルからの応答は、１つ以上の検出可能なフィードバック表示の形態である、請求項１に記載の方法。
【請求項１５】
埋め込み型医療機器に経皮的にエネルギーを伝送するように構成される一次コイルと、
前記一次コイルに接続された制御回路と、
を備える、前記埋め込み型医療機器とともに用いるための外部経皮エネルギー伝送システムであり、
前記制御回路は、前記埋め込み型医療機器からの応答を検出する機能性を備え、前記制御回路は、
（ａ）前記一次コイルを介して経皮的に電力を伝送し、
（ｂ）前記埋め込み型医療機器からの応答が検出されたかどうかを判定し、そして
（ｃ）応答を受信しない場合に伝送電力を低下させる
ように構成される、外部経皮エネルギー伝送システム。
【請求項１６】
前記制御回路は、前記一次コイルの平均電力出力を低減することで伝送電力を低下させるように構成される、請求項１５に記載のシステム。
【請求項１７】
前記制御回路は、前記一次コイルのデューティサイクルを変化させることで、前記一次コイルの平均電力出力を低減するように構成される、請求項１６に記載のシステム。
【請求項１８】
前記制御回路は、前記一次コイルの電力出力を、あるパーセント値だけ低減することで、前記一次コイルの平均電力出力を低減するように構成される、請求項１６に記載のシステム。
【請求項１９】
前記制御回路は、応答を受信していないと判定する前に、第１期間待機するようにさらに構成される、請求項１５に記載のシステム。
【請求項２０】
前記制御回路は、前記埋め込み型医療機器からの応答を受信した場合に、前記埋め込み型医療機器の要求に応じて、伝送電力を保持又は調整するようにさらに構成される、請求項１５に記載のシステム。
【請求項２１】
前記第１期間は約１００ミリ秒である、請求項１９に記載のシステム。
【請求項２２】
前記伝送電力を低下させることは、前記伝送電力をゼロに低減することを含む、請求項１５に記載のシステム。
【請求項２３】
前記伝送電力を低下させることは、前記伝送電力を線形の変化量で低減させることを含む、請求項１５に記載のシステム。
【請求項２４】
前記制御回路は、
前記第１期間内に応答を受信しない場合に、前記伝送電力を低下させたレベルで第２期間保持し、
前記第２期間経過後に、ステップ（ａ）−（ｃ）を繰り返す、
ようにさらに構成される、請求項１９に記載のシステム。
【請求項２５】
前記低下させたレベルはゼロである、請求項２４に記載のシステム。
【請求項２６】
前記第２期間は約３秒である、請求項２４に記載のシステム。
【請求項２７】
埋め込み型医療機器にエネルギーを経皮的に伝送するように構成される一次コイルと、
前記一次コイルに接続された制御回路と、
を備える、埋め込み型医療機器とともに用いるための外部経皮エネルギー伝送システムであり、
前記制御回路は、前記埋め込み型医療機器からの応答を検出する機能性を備え、前記制御回路は、応答が検出されないときには、前記一次コイルをより低い平均電力レベルで作動させるように構成される、外部経皮エネルギー伝送システム。
【請求項２８】
前記埋め込み型医療機器からの応答は、１つ以上の検出可能なフィードバック表示の形態である、請求項２７に記載のシステム。
【請求項２９】
前記制御回路は、前記一次コイルのデューティサイクルを変化させることで、前記より低い平均電力レベルを達成する、請求項２７に記載のシステム。
【請求項３０】
前記制御回路は、前記一次コイルの出力を、あるパーセント値だけ低減させることで、前記より低い平均電力レベルを達成する、請求項２７に記載のシステム。
【請求項３１】
前記より低い平均電力レベルはゼロ出力である、請求項２７に記載のシステム。
【請求項３２】
前記制御回路は、電力を伝送するプロセスと、応答を検出するプロセスと、応答を検出しない場合には前記一次コイルの平均電力レベルを低下させるプロセスとを、周期的に繰り返すように構成される、請求項２７に記載のシステム。
【請求項３３】
一次コイルから電力を経皮的に伝送する伝送ステップと、
患者の体内の二次コイルから応答が検出されたかどうかを判定する判定ステップと、
応答を受信しない場合には、前記一次コイルの平均電力出力を低減する平均電力出力低減ステップと、
を含む、経皮エネルギー伝送システムにおける一次コイルからの電力出力を制御する方法。
【請求項３４】
前記埋め込み型医療機器からの応答は、１つ以上の検出可能なフィードバック表示の形態である、請求項３３に記載の方法。
【請求項３５】
平均電力レベルを低減することは、前記一次コイルのデューティサイクルを変化させることで達成される、請求項３３に記載の方法。
【請求項３６】
平均電力レベルを低減することは、前記一次コイルの出力を、あるパーセント値だけ低減することで達成される、請求項３３に記載の方法。
【請求項３７】
前記平均電力出力はゼロ電力まで低減する、請求項３３に記載の方法。
【請求項３８】
前記方法のステップが繰り返される、請求項３３に記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明の技術分野は、経皮エネルギー伝送（ＴＥＴ）システム、並びに、特に、外部電源が埋め込み型医療機器に接続されていないときに、意図しない電力伝送を回避するために、外部電源からのエネルギー伝送を調整するための方法及びシステムである。
【背景技術】
【０００２】
様々な科学的用途、工業用途、及び医療関連用途において、エネルギー又は電力を、何らかの境界を越えて伝送することが望ましい場合がある。例えば、電力を必要とする１つ以上の装置は、その中に実質的及び／又は長期的な動力源を含むことが、困難及び／又は望ましくない場合がある、クローズドシステムの範囲内に配置される場合がある。様々な理由から何度もクローズドシステムに挿入を行うことが望ましくない場合もある。これらの場合において、クローズドシステムの外部の電源、及び直接の電気伝導を経ずに外部電源から１つ以上の内部装置に伝送するいくつかの実行可能な手段が好ましい場合がある。
【０００３】
クローズドシステムの一例として人体が挙げられる。複数の医療関係用途及び科学的用途において、電力を要する様々な人工装具及び他の装置を、人体の様々な部位に外科的に埋め込むことができる。このような装置の例として、人工置換心臓、循環血液ポンプ、又は心室補助装置（ＶＡＤ）等が挙げられる。人体については、度重なる外科的挿入に伴う合併症の恐れがあるため、置換可能な内部電源は非実用的である。同様に、感染及び／又は脱落のリスクは、外部電源と埋め込み型装置との間の直接の電気的結合を望ましくないものとする。
【０００４】
そのため、外部電源から１つ以上の埋め込み型装置に電力を供給するために、経皮エネルギー伝達（ＴＥＴ）システムを用いて、体外から体内に電力を伝送する。ＴＥＴシステムでは、皮膚を穿刺せずに電力を伝送するために、誘導リンクを用いる。そのため、感染の可能性が低減されるとともに、患者の快適性及び利便性が向上する。
【０００５】
ＴＥＴ装置は、外部の一次コイル及び回路と、介在する組織層によって分離された埋め込み型の二次コイル及び回路とを一般的に備える。一次コイルは、一般的には埋め込み型機器に電力を供給するための直流電流への変換を行うために、皮下に配置した二次コイルに交流電流を誘導するように設計してある。従って、ＴＥＴ装置は、一般的に一次コイルに適切な交流電流を定期的に提供するための電気回路も備える。これらの回路は、一般的に外部電源から電力の供給を受ける。
【０００６】
ＶＡＤ等の典型的な埋め込み型医療機器の電力需要のため、外部電源から電力を供給するために、ＴＥＴ一次コイルを頻繁に埋め込み型二次コイルに接続しなければならない。そのため、外部電源及び一次コイルは、患者、看護師、又は医師が容易に使用できるような、単純かつ自動化された操作を有することが望ましい。このことは、先行技術の実施態様では、一次コイルが外部電源に接続されている間、一次コイルが外部電源に絶えず電力を伝送する「常時オン」の構成によって達成される。
【０００７】
しかし、このような先行技術の実施態様は、いくつかの欠点を有する場合がある。例えば、患者又は医師が何らかの理由（例えば、患者の移動、着替え等）で、一次コイルを埋め込み型二次コイルから分離させた場合に、一次コイルは周囲の物体に意図せずに電力を伝送する可能性がある。典型例として、着替えのために一次コイルを皮膚から取り外す患者が挙げられる。患者は、一次コイルを、例えば病院のステンレス製のテーブルに置くかもしれない。しかし、一次コイルは、二次コイルに接続されているかのように電力を伝送し続ける可能性がある。このように電力の伝送が継続することで、金属製のテーブル又はテーブル上にある他の物体の不所望な加熱が起こる可能性がある。
【０００８】
さらに、外部電源は、電池パック等の容量に制限がある電源である場合がある。そのような場合に、一次コイルと二次コイルとが分離しているときの継続的な電力伝送は非常に非効率であり、電池パックの充電を不所望に劣化させる。
【０００９】
そのため、一次コイルが埋め込み型二次コイルに接続されていないときの、意図しない電力伝送を回避するために、ＴＥＴシステムにおける一次コイルからの電力出力を制御する方法が必要となっている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１０】
【特許文献１】米国特許出願公開第２００３／０１７１７９２号明細書
【特許文献２】米国特許第６，４４２，４３２号明細書
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１１】
従来システムの上記の欠点及び他の欠点を解消するために、本発明は、内部部品が近接していないときの不所望なエネルギー伝送を回避するための、経皮エネルギー伝送（ＴＥＴ）システムの外部部品からの電力出力を制御するための方法及びシステムを提供する。本発明の方法及びシステムは、ＴＥＴシステムの外部部品が、単純かつ自動化されたユーザエクスペリエンスを保持することを可能にするとともに、付近の物体の意図しない加熱及び容量に制限がある電源の劣化を引き起こし得る不所望な電力伝送を防止する。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
本発明の一態様では、一次コイルから電力を経皮的に伝送する伝送ステップと、患者の体内の二次コイルからの応答が検出されたかどうかかを判定する判定ステップとを含む、経皮エネルギー伝送システムにおける外部一次コイルからの電力出力を制御する方法が提供される。この方法は、応答を受信しなかった場合に一次コイルの電力出力を低下させる電力出力低下ステップをさらに含む。この電力出力の低下により、電源の劣化は最小限に抑えられ、付近の物体の意図しない加熱を回避することができる。
【００１３】
いくつかの実施形態では、一次コイルの電力出力を低下させることは、一次コイルの平均電力出力が低減させる。一次コイルの平均電力出力を、様々な方法により低減させることができる。例えば、いくつかの実施形態では、平均電力出力を低減するために、一次コイルの電力出力のデューティサイクルを変化させることができる。他の実施形態では、一次コイルの平均電力出力を低減するために、電力出力を、あるパーセント値だけ低減することができる。
【００１４】
出力をあるパーセント値だけ低減することで一次コイルの平均電力出力を低減させる実施形態では、当該パーセント値をユーザの嗜好により選択することができる。しかし、好適には、当該パーセント値を、一次コイルを埋め込み型二次コイルから離れた場所で作動させたときの、付近の物体の意図しない加熱を防止するのに十分な大きさの値とするべきである。これは、場合によっては、当該パーセント値が一次コイルの出力電力を、ゼロ出力まで低減するのに十分な大きさの値であることを意味し、このゼロ出力とは、実質的に電力を含まない状態（例えば、最大電力の１０％未満、又はより好適には最大電力の１％未満の状態）を意図する。いくつかの実施態様では、当該値は、出力電力をゼロ出力まで低減させる必要はない。
【００１５】
この方法は、二次コイルから応答が検出されたかどうかを判定するときに、あらゆる形態の応答を用いることができる。いくつかの実施形態では、二次コイルからの応答は、１つ以上の検出可能なフィードバック表示の形態である。これらの検出可能なフィードバック表示は、いくつかの実施形態では、一次コイルと二次コイルとの間の電力信号にサージ電圧又はサージ電流として組み込むことができる。これらの表示は、一次コイルに接続した適切な検出回路によって検出することができる。
【００１６】
この方法は、応答を受信していないと判定する前に、第１期間待機する待機ステップをさらに含むことができる。これは、埋め込み型二次コイルが検出可能な応答を生成することを妨げ得る、あらゆる遅れ、一時的な干渉、又はエラーを補うために行うものである。場合によっては、例えば埋め込み型装置が、埋め込み型蓄電装置を含まないため（又は劣化した埋め込み型蓄電装置を有するため）、埋め込み型装置が作動し検出可能な応答を生成するのに、一次コイルからの伝送電力に依存するようなときに、この遅れが必要となり得る。この期間はユーザの嗜好により選択できるが、二次コイルがない場合の、付近の物体の意図しない加熱を防止するのに十分な短さとするべきである。いくつかの実施態様では、第１期間は約２ミリ秒である。
【００１７】
特定の実施形態では、一次コイルが応答を検出した場合に、この方法は、二次コイルの要求に応じて、一次コイルの電力出力の保持又は調整するステップを含むことができる。
【００１８】
しかしながら、もし第１期間内に応答を受信しない場合には、この方法は、一次コイルの電力出力をゼロまで低減するステップを含むことができる。あるいは、第１期間経過後に、電力出力を線形の変化量で低下させることができる。
【００１９】
一次コイルは、二次コイルから取り外され、その後再度接続されることがあるため、二次コイルの有無を継続して探索することが望ましい場合がある。このために、いくつかの実施形態では、この方法は、第１期間内に応答を受信しない場合に、一次コイルの電力出力を低下させたレベルで第２期間保持する保持ステップと、その後第２期間の経過後に上記の方法のステップを繰り返すことと、を含むことができる。これにより、一次コイルは継続的に電力を伝送し、二次コイルの有無を判定し、コイルが検出されなければ電力を低下させる。
【００２０】
第２期間もまたユーザの嗜好により選択できる。しかし、第２期間は、一旦一次コイルと二次コイルとが再度接続された後に、ユーザが認識し得る電力伝送の遅れを防止するのに十分な短さとするべきである。いくつかの実施形態では、第２期間は約３秒である。
【００２１】
本発明の別の態様では、埋め込み型医療機器とともに用いるための外部経皮エネルギー伝送システムが提供されており、当該システムは埋め込み型医療機器にエネルギーを経皮的に伝送するように構成した一次コイルを備える。このシステムは、一次コイルに接続した制御回路をさらに備えることができる。制御回路は、埋め込み型医療機器からの応答を検出する機能性を備えることができ、当該制御回路を、（ａ）一次コイルを介して、経皮的に電力を伝送し、（ｂ）埋め込み型医療機器からの応答が検出されたか否かを判定し、そして（ｃ）応答を受信しない場合に伝送電力を低下させる、ように構成することができる。
【００２２】
上記の通り、いくつかの実施形態では、このシステムを、一次コイルの平均電力出力を低減することで伝送電力を低下させるように構成することができる。いくつかの実施形態では、一次コイルのデューティサイクルを変化させることで、一次コイルの平均電力出力の低減を達成できる。他の実施形態では、一次コイルの電力出力を、あるパーセント値だけ低減することで、平均電力出力を低減することができる。
【００２３】
いくつかの実施形態では、制御回路をさらに、応答を受信していないと判定する前に第１期間待機するように構成することができる。いくつかの実施形態では、第１期間を１００ミリ秒とすることができる。
【００２４】
応答を受信しない場合には、制御回路を、伝送電力をゼロ出力に低減することで伝送電力を低下させるように構成することができる。他の特定の実施形態では、制御回路は、伝送電力を線形の変化量で低減することで、伝送電力を低減することができる。また、電力は線形の変化量で、ゼロ又はゼロ以外の値まで低下させることができる。上記の通り、電力を、付近の物体の意図しない加熱を防止できる程度に低減させることが好ましい。
【００２５】
いくつかの実施形態では、制御回路をさらに、第１期間内に応答を受信しない場合に、低下させたレベルで、伝送電力を第２期間保持するように構成することができる。第２期間経過後、制御回路は上記のステップ（ａ）−（ｃ）を繰り返すことができる。これにより、一次コイルが、常時全出力のまま維持することなく、二次コイルの有無を継続して探索することが可能になる。
【００２６】
第２期間はユーザの嗜好により選択できるが、いくつかの実施形態では、第２期間は３秒である。上記の通り、第２期間は、一次コイルと二次コイルとが再度接続された場合に、ユーザが認識し得る電力伝送の遅れを防止するのに十分な短さとするべきである。
【００２７】
いくつかの実施形態において、制御回路をさらに、応答を受信した場合に、埋め込み型医療機器の要求に応じて、伝送電力を保持又は調整するように構成することができる。
【００２８】
本発明の第３態様では、埋め込み型医療機器とともに用いるための外部経皮エネルギー伝送システムが提供されており、当該システムは、埋め込み型医療機器にエネルギーを経皮的に伝送するように構成した一次コイルと、一次コイルに接続した制御回路とを備える。前記制御回路は、埋め込み型医療機器からの応答を検出する機能性を備え、当該制御回路は、応答を受信しないときには、一次コイルをより低い平均電力レベルで作動させるように構成されている。
【００２９】
いくつかの実施形態では、埋め込み型医療機器からの応答は、１つ以上の検出可能なフィードバック表示の形態である。上記の通り、いくつかの実施形態では、制御回路を、一次コイルのデューティサイクルを変化させることによって、又は一次コイルの出力をあるパーセント値だけ低減することによって、より低い平均電力レベルを達成するように構成することができる。
【００３０】
さらに、特定の実施形態では、制御回路を、電力を伝送するプロセス、応答を検出するプロセス、及び応答を検出しない場合には一次コイルの平均電力レベルを低下させるプロセスを周期的に繰り返すように構成することができる。
【００３１】
本発明のさらに別の態様では、経皮エネルギー伝送システムにおける、一次コイルからの電力出力を制御する方法が提供されており、当該方法は、一次コイルから電力を経皮的に伝送する伝送ステップと、患者の体内の二次コイルから応答が検出されたかどうかを判定する判定ステップとを含む。応答を受信しない場合には、当該方法は、一次コイルの平均電力出力を低減するステップを含むことができる。このことは、上記方法のいずれかを用いることで達成でき、当該プロセスを、二次コイルの有無を継続して探索するために、周期的に繰り返すように構成することができる。
【図面の簡単な説明】
【００３２】
【図１】本発明の典型的な経皮エネルギー伝送（ＴＥＴ）システムの図である。
【図２】本発明の典型的な埋め込み型二次コイルの図である。
【図３】本発明の典型的な外部一次コイルの図である。
【図４】本発明の典型的なＴＥＴシステムのブロック図である。
【図５】典型的な磁束線を示す、典型的な二次コイルに近接する典型的な外部一次コイルの図である。
【図６】本発明の電力制御方法の実施を示すフロー図である。
【発明を実施するための形態】
【００３３】
本発明は、以下の詳細な説明から、添付図面と合わせて、より完全に把握することができる。
【００３４】
本明細書にて開示する方法及びシステムの原理の全体的な理解を提供するために、特定の典型的な実施形態について記載する。これらの実施形態のうち１つ以上を、添付図面に示している。当業者は、本明細書に具体的に記載し、添付図面に示す方法及びシステムは、非限定的な典型的実施形態であり、本発明の範囲が特許請求の範囲によってのみ定義されることを理解するであろう。一つの典型的な実施形態に関連して図示し又は記載する特徴は、他の実施形態の特徴と組み合わせることができる。こうした変更及び変形は本発明の範囲内に含まれることを意図する。
【００３５】
経皮エネルギー伝送（ＴＥＴ）システムは、一次コイルを二次コイルに誘導的に接続することにより作動する。患者の体外に配置するように構成される一次コイルは電源に接続され、時変磁場を生成する。一次コイルを二次コイルと適切に位置調整すると、一次コイルからの時変磁場が二次コイルに交流電流を誘導する。二次コイルは、患者の体内への埋め込み用に構成され、電流を配線しこれを用いて、例えば、埋め込まれた電池パックを充電する、又は心室補助装置（ＶＡＤ）のような埋め込み型機器若しくは他の心臓補助装置に電力を供給する様々な他の部品（例えば制御装置又は他の管理回路）に接続することができる。誘導を用いてエネルギーを伝送することにより、ＴＥＴシステムは、埋め込み可能な装置に電力を供給するために、患者の皮膚を貫通した開放通路を維持する必要を回避する。
【００３６】
体内に埋め込み可能な充電貯蔵容量の制限により、エネルギーを誘導的に伝送して、埋め込み型医療機器への電力供給し又は埋め込まれた電池パックの再充電するために、患者は一次コイル及び外部電源を体に頻繁に接続しなければならない。いくつかの実施態様では、訓練を受けた人材（例えば、医師、看護師、及び他の医療従事者）が一次コイルを患者に接続させ、その作動を設定する。しかし、場合によっては、患者が自ら一次コイルの接続及び取り外しを行う。
【００３７】
いずれの場合でも、ユーザの混乱、又はシステムの誤った設定を防止するために、一次コイル及び外部電源は、可能な限り単純なユーザインターフェースを備えていることが望ましい。システムを自動化するために、ＴＥＴシステムの従来技術の実施態様では、単純な「常時オン」の構成を外部コイルに用いる。つまり、一次コイルは電源に接続されている限り、時変磁場を生成することで電力を伝送する。
【００３８】
しかし、患者又は訓練を受けた人材が電源との接続を切らずに、一次コイルを二次コイルから取り外したときに問題が生じる可能性がある。このようなことはいくつもの理由により起こり得、例えば患者の着替えのため、患者の位置の調整のため、又は患者を電源及び一次コイルから一時的に移動させるため等の理由が挙げられる。このような場合に、一次コイルはテーブル等の付近の構造物に置かれることが多い。しかし、一次コイルはその位置の変更を認識せず、経皮的に電力を伝送し続ける。駆動装置は、二次コイルからのパルスを検出することを期待して、伝送電力を増加させる。駆動装置は、通常使用時において、位置の変更、及びそれに起因する接続の変更を修正するために、このように動作する。
【００３９】
このエネルギーの伝送は、（例えば、一次コイルが病院内の鉄系金属製のテーブルに置かれた場合）金属等の付近の物体の加熱を引き起こす可能性がある。付近の物体の加熱は、エネルギーの非効率使用であることに加え、火事や怪我のリスクをもたらすため、望ましくない。
【００４０】
この問題を解決するために、本発明はＴＥＴシステムにおいて、一次コイルからの電力出力レベルを二次コイルの有無に合わせるシステム及び方法を提供する。一実施形態では、一次コイルを、経皮的に電力を伝送し、患者の体内の二次コイルからの応答が検出されたかどうかを判定するように構成することができる。一定期間内に応答を受信しない場合には、エネルギーの不所望な浪費、及び付近の物体の意図しない加熱又は励起を防止するために、一次コイルの電力出力を低下させることができる。一次コイルを、電力を伝送するプロセスと、応答の有無を検出するプロセスと、二次コイルを継続して探索するために電力出力を低減するプロセスとを周期的に繰り返すように構成することができる。一次コイルを、二次コイルからの応答が検出された場合に、埋め込まれた医療機器の要求に応じて電力を伝送し続けるように構成することができる。
【００４１】
本発明とともに用いるのに適した典型的なＴＥＴシステムを図１に示す。このシステムは、電力供給源１０８及び外部制御回路１１０に接続された、外部一次コイル１０６を含む。患者の体内に埋め込まれているのは、一次コイル１０６から経皮的にエネルギーを受けるように構成された二次コイル１００、並びに制御装置１０２及び心室補助装置（ＶＡＤ）１０４、又は他の埋め込み型補助装置である。
【００４２】
使用時には、一次コイル１０６と二次コイル１００とが実質的に軸方向に位置合わせされるように、一次コイル１０６を二次コイル１００の領域の上に配置できる。二次コイル１００を、体内の様々な位置に埋め込むことができるが、一次コイル１０６と二次コイル１００との間に配置された組織の層の数を最少化するために、二次コイル１００を皮膚付近に埋め込むことが多い。所望の出力電圧、周波数、及び電流プロファイルを生成するシステムを制御する外部回路１１０を含むことができる、電力供給源１０８を、一次コイル１０６において時変磁場を生成するために作動させることができる。時変磁場は二次コイル１００において電流を誘導する。この電流をその後、制御装置１０２及び接続された、いずれかのＶＡＤ１０４又は充電貯蔵装置に分配することができる。
【００４３】
本発明の典型的な二次コイルを図２に示す。二次コイル２００は、数巻きの導電線で構成されるコイル巻き部２０２と、コイル部２０２に接続された内部回路を含むコア２０４と、接続部２０６及びインターフェース部２０８とを特徴とする。コイル２００を、生体適合性材料２１０に封入することができる。例えば、典型的な実施形態では、二次コイル２００をエポキシ樹脂に封入し、その後ANGIOFLEX（登録商標）、ポリウレタン、又は、透過性が低く、湿気の侵入が少ないシリコーンゴムにディップすることができる。これらの材料は、二次コイルへの湿気の侵入を防止することができる。
【００４４】
埋め込み予定部位、所望の駆動周波数、出力電力等の多くの要因によって、コイル部２０２の大きさ及び電線の巻き数は変化し得る。典型的な実施形態では、コイル部２０２は、直径２インチのコイルに１３回巻きのリッツ線を備える。当該線に加えて、二次コイル２００は、コイル部２０２における交流電流を整流して、調整された直流電流の出力電圧を、制御装置１０２又はＶＡＤ１０４に提供する内部電子回路を収納する、フェライトコア２０４を含むことができる。コイル部２０２は、一般的にコア２０４の周りに巻回されている。フェライトコアを用いた典型的な二次コイルについては、その全開示を本明細書に参照により組み入れる、米国特許出願公開第２００３／０１７１７９２号明細書（特許文献１）に記載されている。
【００４５】
いくつかの実施形態では、二次コイル２００の内部回路を、外部回路１１０及び一次コイル１０６へのフィードバックループを形成する、検出可能な表示を生成するように構成する。これらの検出可能な表示は、一次コイルと二次コイルとの間の電力送出信号における電圧スパイクの形態とすることができる。ＴＥＴシステムのフィードバック表示の典型的な実施態様は、本明細書に参照により、その全体が組み入れられる、米国特許第６，４４２，４３２号明細書（特許文献２）（発明の名称“Methods and Apparatus for Providing a Sufficiently Stable Power to a Load in an Energy Transfer System”）に記載されている。以下に記載するように、二次コイルの有無を判定するために、これらの検出可能な表示を本発明のシステムに用いることができる。
【００４６】
二次コイル２００は、インターフェース部２０８に接続可能な接続部２０６を備えることもできる。インターフェース部２０８は、二次コイル２００を、制御装置１０２又は他の埋め込み型医療機器に接続するのに用いることができる。インターフェース部２０８は、当技術分野において知られるいずれかの電気コネクタを備えて、制御装置１０２とのモジュラー接続を促進することができ、又は、接続部２０６を備える電線若しくは他の導線の末端で構成することができる。
【００４７】
図２に示すような二次コイルを、例えば図３に示す一次コイル３００と誘導的に接続することができる。二次コイル２００と同様に、一次コイル３００はコイル部３０２、接続部３０４、及びインターフェース部３０６を備える。一次コイル３００を、インターフェース部３０６を用いて、電力供給源１０８及び制御回路１１０と接続するように構成することができる。
【００４８】
電力供給源１０８は、外部電池パック、壁電源のＡＣアダプタ、又は他の電源を含むことができる。電力供給源１０８はまた、ＴＥＴ制御システムを実施し、所望の電圧、周波数、及び電流のプロファイルを生成する制御回路１１０を備えることもできる。いくつかの典型的な実施形態では、この回路の一部又は全体を、電力供給源１０８及び一次コイル３００の両方に接続した、分離されたハウジングに含めることができる。
【００４９】
図４は、埋め込み型二次コイル、外部一次コイル、及び関連する回路を備える典型的なＴＥＴシステムのブロック図である。患者の体外には、ドライバ回路１１０ａによって駆動されるキャパシタＣ１をもつ共振回路を形成する一次コイル４０２がある。ドライバ回路１１０ａは、電源１０８及び検出回路１１０ｂに接続されている。本明細書に上記の参照により組み入れられる米国特許第６，４４２，４３４号明細書は、ドライバ回路及び検出回路１１０ａ、１１０ｂの典型的な実施態様を示す。上記の通り、これらの回路部品の全てを単一のハウジングにまとめるか、又は互いに接続可能な別体の筐体に含めることができる。
【００５０】
キャパシタＣ２をもつ共振回路を同様に形成する二次コイル４０６は患者の体内に埋め込まれる。二次コイルから受けた交流電流を整流又は調整する二次回路４０８も、体内に含めることができる。本明細書に上記の参照により組み入れられる米国特許第６，４４２，４３４号明細書は、二次回路４０８の典型的な実施態様を示す。二次回路４０８を、二次コイル４０６から一次コイル４０２へと伝送され、検出回路１１０ｂにより検出される検出可能なフィードバック表示４０４を生成するように構成することができる。検出可能な表示４０４を、例えば二次コイルの共振回路を定期的にショートさせる（例えば、キャパシタＣ２及び二次コイル４０６の回路にわたるスイッチを閉じ、回路を流れる電流に瞬間的なスパイクを生成することによりショートさせる）ことで生成することができる。この電流スパイクは一次コイルに反映され、検出回路１１０ｂによって測定される、一次コイル４０２にかかる電圧の振幅のサージとして検出することができる。
【００５１】
検出回路１１０ｂは、二次コイルからの応答が検出されたかどうかを判定するにあたって、一次コイル４０２の電圧の振幅を測定するのに、当該技術分野で既知のいずれの方法を用いてもよい。例えば、検出回路１１０ｂは、一次コイルの振幅信号、及びモニタされた一次コイルの振幅信号の短期平均値を記録する、検出可能な表示閾値信号を入力として受信するコンパレータを備えることができる。閾値信号は、多少の耐ノイズ性を提供するため（つまり、二次コイルからの表示の、偽の肯定的な検出の回避を補助するため）にダイオードのオフセットをさらに含むことができる。コンパレータを、一次コイルの振幅信号と閾値信号との間に大きな差が検出されたときに、検出信号を出力するように構成することができる。マイクロプロセッサに組み込まれたアナログ／デジタル（Ａ／Ｄ）変換器を、二次コイルからの応答を検出しフィルタリングすることにも用いることができる。ドライバ回路１１０ａ、及び制御回路１１０の他の部品は、その後コンパレータの出力信号又は当該信号の欠如に応答し、本明細書に記載する方法により、一次コイルの電力出力を制御することができる。本明細書に上記の参照により組み入れられる米国特許第６，４４２，４３４号明細書は、二次コイルからフィードバック表示を受信したかどうかを判定することが可能な検出回路の典型的な実施態様を、より具体的に記載する。
【００５２】
典型的な実施形態では、二次コイルの各部品は図２に示すフェライトコア２０４内に含まれる。このような構成は、二次コイル２００が、整流された直流電圧を、制御装置１０２へと、又は例えば埋め込み型ＶＡＤ若しくは他の補助装置への電力供給や、埋め込み型電池パックの再充電に用いることができる他の埋め込み型医療機器へと出力することを可能にする。
【００５３】
図４に示す構成は本発明に用いるのに適したＴＥＴシステムの１つの典型的な実施態様を示すものであり、他の実施態様をとることも可能である。一次コイルと二次コイルとの間の、誘導リンクにおいて、又は他のチャネルを介して、検出可能な表示を生成する方法は多数あり、それらは全て本発明の範囲内に含まれることを意図している。
【００５４】
上記の通り、一次コイル１０６は、電力供給源１０８から電力を供給されたときに、時変磁場を生成する。コイルを適切に配置したときに、一次コイルから放出された磁場が二次コイル１００の電流の流れを誘導する。図５は、２つのコイル間のそのような配置を示す。一次コイル３００のコイル部３０２と似た一次巻線５０６が、代表的な磁束線５０８を放出している状態が示されている。磁場（磁束線によって示す磁場）は、典型的な二次コイル２００（図５において、フェライトコア２０４内に含まれる二次回路４０８を示す断面図に示される二次コイル２００）のコイル巻線２０２における電流の流れを誘導する。
【００５５】
同様の磁場（及び同様の代表的な磁束線）は、二次コイルが配置されていないときにも、電力を供給された一次コイルによって生成される。この磁場こそが、一次コイルと二次コイルが位置合わせされていないときに、付近の物体の加熱を引き起こし得る。
【００５６】
本発明は、経皮エネルギー伝送システムにおける一次コイルからの電力出力を制御する方法を提供することで、この問題に対処する。この方法は、図６に示されており、一次コイルから電力を経皮的に伝送する伝送ステップを含む（ステップ６０２）。埋め込み型医療機器が埋め込み型充電貯蔵装置を有しない場合には、埋め込み型装置は一次コイルから電力を受けるまで、作動することができず及び検出可能な応答を生成することができないため、電力が伝送される。また、いくつかの実施形態では、上記の通り、二次コイルからの検出可能な応答は、一次コイルと二次コイルとの間の電力信号に生成された検出可能なフィードバック表示の形態である。これらの実施形態では、電力送出信号の中に検出可能な表示を生成する（例えば、上記の通り、二次コイルの共振回路を定期的にショートさせることによって生成する）前に、まず電力送出信号が存在している必要がある。
【００５７】
この方法は、二次コイルからの応答が検出されたかどうかを判定する判定ステップをさらに含む（ステップ６０６）。この判定ステップは複数の手段によって行うことができ、それらの手段には、上記の通り検出回路１１０ｂを用いて、一次コイルと二次コイルとの間の電力信号の１つ以上の検出可能なフィードバック表示を検出することが含まれる。検出回路１１０ｂは、例えば測定された一次コイルの電圧の瞬間的な電圧振幅と、電圧振幅の短期平均値を記録する閾値信号とを比較することで、作動することができる。２つの信号間に大きな差がある場合（例えば、コンパレータで測定した結果、大きな差がある場合）には、フィードバック表示が検出されたと判定することができる。
【００５８】
一次コイル１０６、又は関連する制御回路１１０を、埋め込み型二次コイルから応答を受信したかどうかを判定する前に、第１期間待機するように構成することができる（ステップ６０４）。応答の検出は、実質的に瞬間的なものとしてよく、コイル間の接続が達成されたかの判定を行う前の待機期間も、同様に実質的にゼロとすることができることは明らかであろう。しかし、経皮的に電力を伝送しながら、所定の期間の第１期間（例えば、１ミリ秒、又は１００ミリ秒以上）待機することは、一時的なエラー、埋め込み型医療機器の起動、又は外部信号からの一時的な干渉への耐性を提供するために、有益となる場合がある。第１期間は、二次コイルが存在しないときの意図しない加熱をわずかのみに抑えられるような期間に決定するべきである。いくつかの実施形態では、第１期間は約１００ミリ秒である。
【００５９】
一次コイル又は外部回路が埋め込み型医療機器からの応答を検出すると、その後一次コイルは、安全に、経皮的に電力の伝送を継続する。一次コイルは、当技術分野において知られる調整方式によって、伝送される電力量を調整することができる（ステップ６０８）。そのような方式の１つが、本明細書に上記の参照により組み入れられる米国特許第６，４４２，４３４号明細書に記載されている。
【００６０】
しかし、一次コイル又は外部回路が、特定の期間（例えば、第３期間）内に埋め込み型医療機器からの応答を検出しない場合には、コイルが患者から取り外され、例えば、付近の構造物に置かれている可能性がある（ステップ６１１）。いくつかの実施形態では、第３期間を、例えば４秒とすることができる。これにより、意図しない加熱、又は付近の物体の励起を防止するために、一次コイルの電力出力を低下させることができる（ステップ６１０）。
【００６１】
電力の低下は、様々な方法により達成できる。いくつかの実施形態では、一次コイルの電力出力をゼロまで低減することができる。他の実施形態では、一次コイルの電力出力を線形の変化量で、ゼロまで、又は通常作動電力のあるパーセント値、例えば通常作動電力の２０％の値まで、低減することができる。
【００６２】
電力の低下は、通常作動時よりも低い平均電力レベル（例えば、ステップ６０２で用いた電力出力レベル）で一次コイルを作動させることによっても達成できる。一次コイルのデューティサイクルを変更すること、又は一次コイルの電力出力をあるパーセント値だけ低減することによって、より低い平均電力レベルを達成できる。これにより、一次コイルをゼロ出力状態にでき、ゼロ出力状態とは、実質的に電力を含まない（例えば、最大電力の１０％未満、さらに好適には最大電力の１％未満）ことを意図する。いくつかの実施形態では、一次コイルは、ゼロ電力よりも高い電力で作動する場合があるが、その場合でも通常作動時よりも低い平均電力レベルを有する。
【００６３】
二次コイルの有無を継続して探索するために、一次コイルをさらに、より低い平均電力レベルで作動する間、特定の期間（例えば、第２期間）待機し、その後電力を伝送し、応答が検出されたかどうかを判定するプロセスを繰り返すように構成することができる（ステップ６１２）。第２期間は任意の間隔とすることができるが、一次コイルと二次コイルとが再度接続された場合に、ユーザが認識し得る電力伝送の遅れを防止するのに十分な短さとすることが好ましい。いくつかの実施形態では、第２期間は約３秒である。特定の実施形態では、第２及び第３期間は同じ長さにすることができる。
【００６４】
本明細書に引用した全ての文書及び刊行物は、その全開示を本明細書に参照により組み入れられる。当業者であれば、上記の実施形態に基づき、本発明のさらなる特徴及び利点を理解するだろう。従って、本発明は、添付の特許請求の範囲により示すように限定される以外は、特に図示し記載したものによって限定されるものではない。
【図１】
2014529281.tif 000003
【図２】
2014529281.tif 000004
【図３】
2014529281.tif 000005
【図４】
2014529281.tif 000006
【図５】
2014529281.tif 000007
【図６】
2014529281.tif 000008
【国際調査報告】
2014529281.tif 000009
2014529281.tif 000010
2014529281.tif 000011