(57)【要約】蝸牛管インプラントのような組織刺激人工器官に使用する電源制御システム。電源制御システムは第一バッテリ（３１）と、第二バッテリ（３２）と、少なくとも第三バッテリ（３３）と、スイッチング・システム（３６）とを備える。第一及び第二バッテリ（３１、３２）は電気的に直列に接続し、人工器官に電力を供給するが、その間、第三バッテリ（３３）はスイッチング手段（３６）を介しどちらかの第一バッテリ（３２）に並列に接続できる。第三バッテリ（３３）は電圧が最低値である上記第一バッテリ（３１）又は上記第二バッテリ（３２）の内のどちらでも一つに制御システムにより電気的に並列に接続される。【選択図】図２
2004527194.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
電気的に作動させる装置に用いる電源であって、電源が第一バッテリと、第二バッテリと、少なくとも第三バッテリと、スイッチング手段とを備え、第一及び第二バッテリは電気的に直列に接続され、少なくとも第三バッテリが第一バッテリ又は第二バッテリのいずれかにスイッチング手段を介し電気的に並列に接続できる電源。
【請求項２】
第三バッテリが、第一及び第二バッテリの内で低性能を示すいずれにでも並列に接続される請求項１に記載の電源。
【請求項３】
第三バッテリが、電圧が最低値である第一及び第二バッテリのいずれにでもスイッチング手段を介し並列に接続される請求項２に記載の電源。
【請求項４】
スイッチング手段がアナログ切替スイッチを備える請求項１〜３のうちのいずれか一項に記載の電源。
【請求項５】
バッテリの中点値が不整合を示すときに電源がスイッチを操作し、電圧が最低値である第一又は第二バッテリのいずれにでも第三バッテリを並列に接続するよう分圧器からの中点値を比較する比較器を電源が更に備える請求項１〜４のうちのいずれか一項に記載の電源。
【請求項６】
比較器が低電力比較器である請求項５に記載の電源。
【請求項７】
第一及び第二バッテリの内の最低電圧が、第一及び第二バッテリの内の、他バッテリの電圧よりも低い所定値以下のときにスイッチング手段が動作する請求項３、５又は６のうちのいずれか一項に記載の電源。
【請求項８】
最低電圧であるバッテリの電圧が、第一及び第二バッテリの内の、他のバッテリの電圧より少なくとも事実上４ｍＶ低いときにスイッチング手段が動作する請求項７に記載の電源。
【請求項９】
電源のバッテリの少なくとも一つが再充電できる請求項１〜８のうちのいずれか一項に記載の電源。
【請求項１０】
組織刺激人工器官に使用する電源制御システムであって、電源制御システムが第一バッテリと、第二バッテリと、少なくとも第三バッテリと、及びスイッチング手段とを備え、第一及び第二バッテリが電気的に直列に接続されて人工器官に電力を供給し、かつ少なくとも第三バッテリがスイッチング手段を介し第一バッテリ又は第二バッテリのうちのいずれかに電気的に並列に接続でき、第三バッテリが制御システムにより、前記第一バッテリ又は前記第二バッテリの内の最低電圧であるいずれか一項に電気的に並列に接続される電源制御システム。
【請求項１１】
スイッチング手段がアナログ切替スイッチを備える請求項１０に記載の電源制御システム。
【請求項１２】
第一及び第二バッテリをまたいで位置された分圧器からの中点値を比較する比較器を電源制御システムが更に備え、バッテリの中点値が不整合を示すとき電源制御システムがスイッチング手段を操作し、第一又は第二バッテリの内の最低電圧であるいずれにでも第三バッテリを並列に接続させるようにした請求項１０又は１１に記載の電源制御システム。
【請求項１３】
第一及び第二バッテリの内の最低電圧が、第一及び第二バッテリの内の、他のバッテリの電圧より低い所定値以下であるときに限りスイッチング手段が動作する請求項１０〜１２のうちのいずれか一項に記載の電源制御システム。
【請求項１４】
第一及び第二バッテリの内の最低電圧が、第一及び第二バッテリの内の、他のバッテリの電圧より少なくとも事実上４ｍＶ低いときにスイッチング手段が動作する請求項１３に記載の電源制御システム。
【請求項１５】
組織刺激人工器官が蝸牛管インプラントを備える請求項１０〜１４のうちのいずれか一項に記載の電源制御システム。
【請求項１６】
蝸牛管インプラントが言語プロセッサを内部に収容する外部要素を備える請求項１５に記載の電源制御システム。
【請求項１７】
外部要素がケースを有し、ケースの内部に電源が装着される請求項１６に記載の電源制御システム。
【請求項１８】
第一、第二及び少なくとも第三バッテリがそれぞれ亜鉛−空気電池を備える請求項１０〜１７のうちのいずれか一項に記載の電源制御システム。
【請求項１９】
組織刺激人工器官に使用する電源制御システムであって、電源制御システムが第一バッテリと、第二バッテリと、少なくとも第三バッテリと、及びスイッチング手段とを備え、第一及び第二バッテリが電気的に直列に接続されて人工器官に電力を供給し、かつ少なくとも第三バッテリがスイッチング手段を介し第一バッテリ又は第二バッテリのうちのいずれかに電気的に並列に接続でき、前記第一バッテリ又は前記第二バッテリの電圧が所定限界値より低いと制御システムにより検出された後、前記第一バッテリ又は前記第二バッテリの内の一つに第三バッテリが制御システムにより電気的に並列に接続される電源制御システム。
【請求項２０】
スイッチング手段がアナログ切替スイッチを備える請求項１９に記載の電源制御システム。
【請求項２１】
電源制御システムが更に第一及び第二バッテリをまたいで位置された分圧器からの中点値を比較する比較器を備え、バッテリの中点値が不整合を示すとき電源制御システムがスイッチング手段を操作し、最低電圧である第一又は第二バッテリのうちのいずれかと第三バッテリを並列に接続させる請求項１９又は２０に記載の電源制御システム。
【請求項２２】
第一及び第二バッテリの内の最低電圧が、第一及び第二バッテリの内の、他バッテリの電圧よりも低い所定値以下のときに限りスイッチング手段が動作する請求項１９〜２１のうちのいずれか一項に記載の電源制御システム。
【請求項２３】
第一及び第二バッテリの内の最低電圧が、第一及び第二バッテリの内の、他のバッテリ電圧より少なくとも事実上４ｍＶ低いときにスイッチング手段が動作する請求項２２に記載の電源制御システム。
【請求項２４】
組織刺激人工器官が蝸牛管インプラントを備える請求項１９〜２３のうちのいずれか一項に記載の電源制御システム。
【請求項２５】
蝸牛管インプラントが言語プロセッサを内部に収容する外部要素を備える請求項２４に記載の電源制御システム。
【請求項２６】
外部要素がケースを有し、ケースの内部に電源が装着される請求項２５に記載の電源制御システム。
【請求項２７】
第一、第二及び少なくとも第三バッテリがそれぞれ亜鉛−空気電池を備える請求項１９〜２６のうちのいずれか一項に記載の電源制御システム。
【請求項２８】
組織刺激人工器官に使用する電源制御システムであって、電源制御システムが：
第一バッテリと；
第一バッテリに直列に接続され人工器官に電力を供給する第二バッテリと；及び
スイッチング手段を介し第一バッテリ又は第二バッテリのうちのいずれかに電気的に並列に接続できる第三バッテリとを備え；前記第一バッテリ又は前記第二バッテリの動作が所定限界値より低いとの制御システムによる決定に基づき、制御システムがスイッチング手段を制御し、第三バッテリを前記第一バッテリ又は前記第二バッテリに電気的に並列に接続させる電源制御システム。
【請求項２９】
第一バッテリと第二バッテリのいずれが所定限界値より低いかを決定するため前記第一バッテリの電圧と、前記第二バッテリの電圧を測定すべく制御システムが動作できる請求項２８に記載の電源制御システム。
【請求項３０】
スイッチング手段がアナログ切替スイッチを備える請求項２８又は２９に記載の電源制御システム。
【請求項３１】
バッテリの中点値が不整合を示すとき電源制御システムがスイッチング手段を操作し、最低電圧である第一又は第二バッテリのいずれにでも第三バッテリを並列に接続させるよう、第一及び第二バッテリをまたいで位置された分圧器からの中点値を比較する比較器を電源制御システムが更に備える請求項２８〜３０のうちのいずれか一項に記載の電源制御システム。
【請求項３２】
第一及び第二バッテリの内の最低電圧が、第一及び第二バッテリの内の、他バッテリの電圧よりも低い所定値以下のときに限りスイッチング手段が動作する請求項２８〜３１のうちのいずれか一項に記載の電源制御システム。
【請求項３３】
第一及び第二バッテリの内の最低電圧が、第一及び第二バッテリの内の、他のバッテリの電圧より少なくとも事実上４ｍＶ低いときにスイッチング手段が動作する請求項３２に記載の電源制御システム。
【請求項３４】
組織刺激人工器官が蝸牛管インプラントを備える請求項２８〜３３のうちのいずれか一項に記載の電源制御システム。
【請求項３５】
蝸牛管インプラントが言語プロセッサを内部に収容する外部要素を備える請求項３４に記載の電源制御システム。
【請求項３６】
外部要素がケースを有し、ケースの内部に電源が装着される請求項３５に記載の電源制御システム。
【請求項３７】
第一、第二及び少なくとも第三バッテリがそれぞれ亜鉛−空気電池を備える請求項２８〜３６のうちのいずれか一項に記載の電源制御システム。
【請求項３８】
電源を操作する方法であって、
第一バッテリと第二バッテリを電気的に直列に接続するステップと；及び
第三バッテリを第一バッテリと第二バッテリの内の低性能を示すバッテリのいずれにでも電気的に並列に接続するステップとを含む方法。
【請求項３９】
第一及び第二バッテリの各々の電圧を決定することにより第一バッテリと第二バッテリの性能を測定するステップを更に含む請求項３８に記載の方法。
【請求項４０】
第一バッテリと第二バッテリの性能決定に先立ち、第一バッテリ又は第二バッテリのうちのいずれかとの並列接続から第三バッテリを切り離すステップを更に含む請求項３８又は３９に記載の方法。
【請求項４１】
組織刺激人工器官の電源を操作する方法であって、
第一バッテリと第二バッテリを電気的に直列に接続するステップと；及び
第三バッテリを第一バッテリと第二バッテリの内の低性能を示すバッテリのいずれにでも電気的に並列に接続するステップを含む方法。
【請求項４２】
第一及び第二バッテリの各々の電圧を決定することにより第一バッテリと第二バッテリの性能を測定するステップを更に含む請求項４１に記載の方法。
【請求項４３】
第一バッテリと第二バッテリの性能決定に先立ち、第一バッテリ又は第二バッテリのうちのいずれかとの並列接続から第三バッテリを切り離すステップを更に含む請求項４１又は４２に記載の方法。
【請求項４４】
電気的動力が供給される装置に用いる電源であって、電源が複数の第一バッテリと、複数の第二バッテリと、及びスイッチング手段とを備え、複数の第一バッテリが電気的に直列に接続され、複数の第二バッテリの少なくとも一つがスイッチング手段を介し、複数の第一バッテリの少なくとも一つに電気的に並列に接続できる電源。
【請求項４５】
組織刺激人工器官に使用する電源制御システムであって、電源制御システムが複数の第一バッテリと、複数の第二バッテリと、及びスイッチング手段とを備え、複数の第一バッテリが電気的に直列に接続されて人工器官に電力を供給し、複数の第二バッテリの少なくとも一つがスイッチング手段を介し複数の第一バッテリの少なくとも一つに電気的に並列に接続でき；前記複数の第一バッテリの内の、前記少なくとも一つの電圧が所定限界値より低いとの制御システムによる検出の後に、複数の第二バッテリの少なくとも一つが制御システムにより前記複数の第一バッテリの少なくとも一つに電気的に並列に接続される電源制御システム。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は蝸牛管インプラントのようなインプラントに用いる電源に関し、特に複数のバッテリと、インプラントによるバッテリの使用を制御する手段とを有する電源に関する。
【０００２】
【技術的背景】
耳の不自由な程度が深刻な多くの人達にあって、耳の不自由の原因は音響信号を神経インパルスに変換する蝸牛管の内部にあるべき毛細胞の欠如又は破壊にある。従って、これらの人は、正常なら方法で音から発生される神経インパルスの機構が損傷しているか、欠如しているため、音響的な刺激をいかに大きくしても従来の補聴システムから適切な恩恵を得ることはできない。
【０００３】
蝸牛管インプラントシステムが開発されたのはこのためである。このようなシステムは蝸牛管内の毛細胞を迂回し電気的な刺激を聴覚神経線維に直接伝達し、それにより、聴覚神経に正常に伝達される自然の聴感覚に似た聴感覚を脳に知覚させ得るようにする。内容を本願に引用して援用する米国特許第４，５３２，９３０号には従来の蝸牛管インプラントシステムの一形式が解説されている。
【０００４】
蝸牛管インプラントシステムは通常、プロセッサ・ユニットと一般に呼ばれる外部要素と、刺激発生器／受信器ユニットと一般に呼ばれる内部インプラント要素という二つの必須要素からなっていた。伝統的にこれら双方の要素がともに機能し音感覚をユーザに与えるものであった。
【０００５】
外部要素は伝統的に言語と環境音のような音を検出するマイクロホンと、検出した音を符号化信号に変換する言語プロセッサと、バッテリのような電源と、外部発信器コイルとからなっていた。
【０００６】
言語プロセッサにより出力された符号化信号はユーザの側頭骨の陥凹部内に配したインプランとされた刺激発生器／受信器ユニットに経皮的に伝達される。この経皮的伝達は刺激発生器／受信器ユニットに併設されたインプランとされた受信器コイルと通信すべく位置された外部発信器コイルを介し行われる。この通信は第一に符号化された音声信号を経皮的に伝達すること、第二に刺激発生器／受信器ユニットに電力を供給すること、という二つの重要な目的を果たしている。従来、このリンクは無線周波数（ＲＦ）リンクの形態であったが、他のこの種のリンクも提案され実施されて来ており、成功の度合いは様々であった。
【０００７】
刺激発生器／受信器ユニットには伝統的に外部プロセッサ要素から符号化信号と電力を受ける受信器コイルと、符号化信号を処理し、蝸牛管内電極に刺激信号を出力する刺激発生器が含まれる。この刺激信号が聴覚神経に直接電気的刺激を印加して、検出された原音に対応する聴感覚を発生させる。このようにしてインプランとされた刺激発生器／受信器装置はその必要な機能を実行するため外部ユニットからの電力とデータ双方の受電・受信に依存した比較的受動的なユニットであった。
【０００８】
伝統的に、外部要素類はユーザの衣服にあるポケット、ペルト・ポーチ内、又は装身帯内などのようにユーザの体上に支持され、他方、マイクロホンは耳の後部に装着したクリップ上、あるいはユーザ上着の折り襟上に装着されてきた。
【０００９】
更に最近、主として技術改良により言語プロセッサの物理的寸法が縮小できるようになり、ユーザの耳の後部に装着できる小さなユニット内への外部要素類の収容が可能になった。このユニットでは、外部発信器コイルはそのままユーザ頭部側面に位置させたまま、マイクロホンと、電源ユニットと、言語プロセッサとを単一ユニット内に収容し耳の後部に分離して装着でき、言語プロセッサからの符号化された信号と電力をインプランとされた刺激発生器ユニットへ伝達することができる。
【００１０】
耳後部（ＢＴＥ）に位置させることができる外部ユニットの導入により、以前から存在する身体装着型外部プロセッサでは経験し得なかった拡大された自由度が与えられる。ＢＴＥユニットは総ての構成部品を一体に接続する長いケーブルを必要とせず、個別のバッテリ・パックを必要としないで蝸牛管インプラントユーザの耳後部に分離して装着できる単一ユニットであり、それは身体装着型装置が持つ明らかな制約をユーザに与えること無しに同一の機能性を提供する。このような装置がユーザに明確な恩恵を提供するので、このような要素の使用が拡大し、それに伴い、装置の信頼性は少なくとも以前の身体装着型装置と同等であることが必要である。この事は特に、ＢＴＥ装置に組み込まれる電源に関して重要であるがそれはＢＴＥ装置は非常に小さいのにインプラントに必要な電力は十分に供給される必要があり、少なくとも許容される期間に亘り確実に満たされる必要があるからである。
【００１１】
前文に説明したように、バッテリ電池は通常、外部要素類の内部に収容され、インプラントの構成部品に必要な電力を供給する。
【００１２】
ＢＴＥ装置ではなく従来の身体装着型装置にあっては、インプラントが必要とするに十分な電源を確実にすることは特別な関心事ではない。これは主とし要素の大きさが相当数の電池を収容できる様な大きさであり、更にバッテリ・パックがこのような要素とともに採用できるという事実による。この要素は装身帯等の内部に収めて身体に保持されるため、要素のサイズは重要でない。
【００１３】
しかし、ＢＴＥ装置の導入及び拡大利用と、ユーザの耳の後部に装着すべく、あるいはユーザの頭部に離散的に装着するために十分小さい装置を提供しようとする欲求とともに装置の空間必要条件は採用できる電源のタイプと寸法に制約を課すに至っている。以前にあって、装置の電源の形成に必要な電池の数が比較的制約を受けなかった場合、そのような一層離散的で小型のＢＴＥ装置はインプラントに電力を供給すべく使用する電池を内部に収容する空間が制限されていた。一つのバッテリ電池では総ての構成要素への電力供給が不十分な場合、外部要素類の内部に二つのバッテリを直列にして装着することが知られていた。
【００１４】
蝸牛管インプラント並びに本出願人が提供する装置のような特にＢＴＥユニットを採用するインプラントにおいて使用される既知のバッテリ電池の一つのタイプは亜鉛−空気電池である。このような電池には二、三の実用的な利点がある。それらはエネルギー密度が極めて高く、サイズと重量の割に比較的長時間に亘り装置の必要条件を満たすことができる。同様に、それらは寿命の大半に亘り電源出力が比較的一定であり、そのため短絡のような危害を及ぼす急速放電の危険が軽減される。従って、このような電池にはこれら特別な利点を活用する蝸牛管インプラントに対し特別な用途がある。しかし、支給された儘では、これらの電池は時折比較的高率で故障が発生することがある。本出願人によって行われたテストによれば供給される亜鉛−空気電池の約８％は支給された時点で満足には機能しないことが示されている。若干数の蝸牛管インプラントが直列で用いた二つの良好な電池で機能していると仮定すると、一組のこのようなバッテリ電池を交換した後、ユーザに問題が生じることになる可能性は１５％に増大する。このような問題には新電池の挿入に次いで比較的短時間しか経過していなくても蝸牛管インプラントが良好に動作しない、あるいは良好な作動を停止してしまうことの発見が含まれる。これらの問題の結果として装置が故障したものとユーザが間違った思い込みをし、装置を修理又は交換に出したり、又は電源がある特定期間に亘り動作を継続するものと確信しているがゆえに、突然聴覚機能を喪失してしまったと思いこむに至る可能性がある。
【００１５】
外部ユニットがインプラントに供給する必要のある電力量を考察するとき、これはユーザ毎に極めて大幅に異なることがあり得ることを認識すべきである。インプラントが必要とする電力の量は若干数の因子によって決まる。ユーザが採用する刺激速度と言語を処理する方式によりインプラントの電力必要条件が大きく影響される。インプラントが高速での刺激動作を必要とするとき、複雑な言語処理方式を採用しようとする場合と同じように一層の電力が必要になる。その上、電力必要条件は経皮的リンクにおける外部及び内部コイルを分離する皮膚の厚さによって激しく影響される。この皮膚膜の厚さが大きいと、インプラントはこのような媒体を横切っての伝送に皮膚膜厚さが極めて小さい場合よりも一層の電力が必要になる。
【００１６】
いずれにせよ、皮膚膜厚さが大きく、高速刺激方式を採用するユーザから、皮膚膜厚さが小さく、より低速である方式のユーザまで広範な必要条件に対し十分な電力が供給されるよう外部ユニットが設計されることが大切である。これによってどんな場合であっても在庫品から装置が供給できることが保証され、特定ユーザの電力必要条件に対して個別の特別注文設計の必要が無くなる。
【００１７】
本明細書に含めた資料、行為、材料、装置、品物等に付いての討議は唯一この発明の状況、背景を提示することを目的とする。これら事柄の何れか、又は総てが従来技術の基礎の一部を構成するとか、あるいはこの発明に関する分野で本願の各クレームの優先日以前に存在していたような共有される一般的な知識であったことを認めるものと解釈すべきでない。
【００１８】
【発明の概要】
本明細書全体を通じ、用語“備え（ｃｏｍｐｒｉｓｅ）”又はその語尾変化したもの“備える（ｃｏｍｐｒｉｓｅｓ）”、あるいは“備えている（ｃｏｍｐｒｉｓｉｎｇ）”は記述した要素、完全体又はステップ、あるいは要素群、完全体群又はステップ群が含まれることを意味するが、何らかの他の要素、完全体又はステップ、あるいは要素群、完全体群又はステップ群の除外を意味するものでないと理解する。
【００１９】
第一の見地に従うと、この発明は電気的に作動させる装置に用いる電源を提供し、電源は複数の第一バッテリと、スイッチング手段と、複数の第二バッテリとを備え、複数の第一バッテリは電気的に直列に接続され、複数の第二バッテリはスイッチング手段を介し複数の第一バッテリの少なくとも一つに電気的に並列に接続される。
【００２０】
第二の見地に従うと、この発明は電気的に作動させる装置に用いる電源を提供し、電源は第一バッテリと、第二バッテリと、少なくとも第三バッテリと、スイッチング手段とを備え、第一、第二バッテリは電気的に直列に接続され、少なくとも第三バッテリはスイッチング手段を介し第一バッテリ又は第二バッテリの何れか一方に電気的に並列に接続される。
【００２１】
好ましい実施例にあって、第三バッテリは第一、第二バッテリのいずれのバッテリの電圧が低いかにより性能の低い方のバッテリを決めることが可能と思われ、その性能の低い方のいずれにもスイッチング手段を介し並列に接続される。この実施例にあって、バッテリは事実上同一電圧で機能しようとする傾向があり、従って、電気的に作動される装置の電力負荷を事実上均等に分担する。このような構成で三つのバッテリを有する電源が故障する確立が２％まで低減し、その結果、首尾良くバッテリを交換できる確立は故障の確立が８％であるバッテリに基づき９８％まで増加するという長所がこのような構成では享受される。
【００２２】
スイッチング手段は好ましくは第三バッテリを第一バッテリ又は第二バッテリに並列に接続すべく機能し、第一及び第二バッテリの双方から第三バッテリを切り離す機能もできるアナログ切替スイッチを備える。分圧器からの中点値の比較に低電力比較器を使用できる。バッテリの中点値が不整合を示すとき、電源は好ましくは電圧が最低値である第一、第二バッテリのいずれにも第三バッテリを並列に接続すべくスイッチ動作させる。過剰なスイッチングを避けるため僅少のヒステリシス（例えば約４ｍＶ）を設けることができる。スイッチング速度は好ましくは約５０ｋＨｚ以下に、更に好ましくは２０ｋＨｚのオーダに制限する。
【００２３】
上記実施例にあって、総てのバッテリは事実上同一な電圧（好ましくは８ｍＶ以内）で動作するため、二つのバッテリは実際上並列である。バッテリ間でスイッチングが行われると、好ましくは比較的小さなサージ電流のみが発生する。
【００２４】
一実施例にあって、電源のバッテリは再充電自在にすることができる。
【００２５】
第三の見地に従うと、この発明は組織刺激人工器官に使用する電源制御システムを提供し、電源制御システムには複数の第一バッテリと、スイッチング手段と、複数の第二バッテリとが含まれ、複数の第一バッテリは電気的に直列に接続されて人工器官に電力を供給し、複数の第二バッテリの少なくとも一つはスイッチ手段を介し複数の第一バッテリの少なくとも一つに電気的に並列に接続でき、複数の第二バッテリの少なくとも一つは制御システムにより電圧が最低値である上記複数の第一バッテリの内のどちらでも一つに電気的に接続される。
【００２６】
第四の見地に従うと、この発明は組織刺激人工器官に使用する電源制御システムであり、電源制御システムは第一バッテリと、第二バッテリと、少なくとも第三バッテリと、スイッチング手段とを備え、第一及び第二バッテリは電気的に直列に接続されて人工器官に電力を供給し、少なくとも第三バッテリはスイッチング手段を介し第一バッテリ又は第二バッテリのうちのいずれかに電気的に並列に接続でき、少なくとも第三バッテリは制御システムにより電圧が最低値である上記第一バッテリ又は上記第二バッテリの内のどちらでも一つに電気的に並列に接続される。
【００２７】
第五の見地に従うと、この発明は組織刺激人工器官に使用する電源制御システムを提供し、電源制御システムは複数の第一バッテリと、複数の第二バッテリと、スイッチング手段とを備え、複数の第一バッテリは電気的に直列に接続されて人工器官に電力を供給し、複数の第二バッテリの少なくとも一つはスイッチング手段を介し複数の第一バッテリの少なくとも一つに電気的に並列に接続でき、複数の第二バッテリの少なくとも一つは上記複数の第一バッテリの一つの電圧が所定限界値以下であることが制御システムにより検出された後、上記複数の第一バッテリの上記一つに制御システムにより電気的に並列に接続される。
【００２８】
所定限界値は複数の第一バッテリの別なバッテリの電圧を対照することで決定してもよい。
【００２９】
第六の見地に従うと、この発明は組織刺激人工器官に使用する電源制御システムを提供し、電源制御システムは第一バッテリと、第二バッテリと、少なくとも第三バッテリと、スイッチング手段とを備え、第一及び第二バッテリは電気的に直列に接続されて人工器官に電力を供給し、少なくとも第三バッテリはスイッチング手段を介し第一バッテリ又は第二バッテリのうちのいずれかに電気的に並列に接続でき、上記第一バッテリ又は上記第二バッテリの電圧が所定限界値以下であることが制御システムにより検出された後、上記第一バッテリ又は上記第二バッテリの一つに制御システムにより電気的に並列に接続される。
【００３０】
第七の見地に従うと、この発明は組織刺激人工器官に使用する電源制御システムを提供し、電源制御システムは：
第一バッテリと；
人工器官に電力を供給するため第一バッテリに直列に接続した第二バッテリと；
第一バッテリ又は第二バッテリのうちのいずれかにスイッチング手段を介し電気的に接続できる第三バッテリとを備え；上記第一バッテリ又は上記第二バッテリの動作が所定限界値以下であるとの制御システムの決定に従い、上記第一バッテリ又は上記第二バッテリに第三バッテリを電気的に並列に接続すべく制御システムはスイッチング手段を御する。
【００３１】
これら見地において、バッテリは事実上同一電圧で機能しようとする傾向があり、従って、人工器官の電力負荷を分担する。このような構成では三つのバッテリを有する電源の故障する確立が２％に低減され、その結果、首尾良くバッテリを交換できる確立は９８％まで増大する。このような構成はシステムの電力必要条件が仮に過大で、二つの直列バッテリ単独のみでは不足であるとき、第三バッテリが電気的に接続され、どのように電力必要条件が増大しても補填することになる。
【００３２】
この発明のスイッチング手段は好ましくはアナログ切替スイッチを備える。この発明の第七の見地の好ましい実施例にあって、例えば第一、第二バッテリをまたいで位置された分圧器からの中点値の比較に低電力比較器を使用することにより第一、第二バッテリの適正な作動を決定してもよい。このような比較器はこの発明の第一から第六の見地に従いバッテリの電圧測定に使用してもよい。このような実施例にあって、バッテリの中点値が不整合を示すと、比較器は好ましくはスイッチを操作し、電圧が最低値である第一、第二バッテリの内のどちらにでも第三バッテリを並列に接続させる。第三バッテリはそれが並列に接続されたバッテリに対する電力需要を約折半するため、第一及び第二バッテリの他の一つはより高速で排流されることになる。そのため、第三バッテリを第一及び第二バッテリの他の一つにまたがって接続することが繰り返し必要になると思われる。制御システムは好ましくは分圧器により測定した電圧に基づき第一及び第二バッテリ間で第三バッテリをこのようにスイッチングさせる。これに関し、過剰なスイッチングを避けるため僅少のヒステリシス（例えば約４ｍＶ）を設けられる。スイッチング速度は好ましくは約５０ｋＨｚ以下に制限する。第一及び第二バッテリ間での第三バッテリのこのような規則的スイッチングは第一及び第二バッテリが同じような速度で排流されることを確実にする上での補助機能を果たすことなる。
【００３３】
一実施例にあって、組織刺激人工器官は蝸牛管インプラントを備えることができる。蝸牛インプラントは言語プロセッサを含む外部装着装置を備えることができる。
【００３４】
以下に用意した解説のため、蝸牛管インプラントの形態をした人工器官に付いて述べることにする。以下の説明は適切な変更を加え生体組織へのインプラントに適した他のシステムにも適用し得ることを認識すべきである。
【００３５】
使用時、電源制御システムは好ましくは蝸牛管インプラントシステムのマイクロホン、言語プロセッサ、電極アレー及び何らかの他の電気又は電子部品類の電源を制御する。電源制御システムは好ましくはシステムの総てのバッテリで電力負荷分担することを確実にすることのみならず、皮膚膜厚さが大きく、刺激速度が大きい場合のように仮にシステムの電力必要条件が数量的に大きいとき電源がこのような必要を満たし得ることも確実にする。
【００３６】
一実施例にあって、電源は蝸牛管インプラントのプロセッサ手段のような電気装置の構成部品類をも内部に収容するケース内に装着できる。他の実施例にあって、電源はバッテリとプロセッサ手段のような構成部品類との間に電気接続部を設けた個別のケース内に装着できる。
【００３７】
第一、第二及び少なくとも第三バッテリはそれぞれ亜鉛−空気電池を備えることができる。しかし、この発明にはいかなる適切なバッテリ電池でも採用し得ることは認識されよう。バッテリが内部に装着されるケースから電気的に絶縁されるよう各バッテリはまた好ましくは電気絶縁材料で囲う。
【００３８】
電源のバッテリを再充電するためバッテリ充電手段を用いることができる。
【００３９】
第八の見地に従い、この発明は電源を操作する方法を提供し、方法は：
第一バッテリと第二バッテリを電気的に直列に接続するステップと；
第一バッテリと第二バッテリの内、性能の低い方のどちらのバッテリにでも第三バッテリを電気的に並列に接続するステップとを含む。
【００４０】
第九の見地に従い、この発明は組織刺激人工器官に用いる電源を操作する方法を提供し、方法は：
第一バッテリと第二バッテリを電気的に直列に接続するステップと；
第一バッテリと第二バッテリの内、性能の低い方のどちらのバッテリにでも第三バッテリを電気的に並列に接続するステップとを含む。
【００４１】
発明の第八及び第九の見地の方法は好ましくは更に第一バッテリと第二バッテリの性能を測定するステップを含む。
【００４２】
発明の第八及び第九の見地の方法は好ましくは更に、第一バッテリと第二バッテリの性能を測定するステップに先行し、第一バッテリ又は第二バッテリのうちのいずれかとの並列接続から第三バッテリを切り離すステップを含む。
【００４３】
このようなステップにより例えば、第一及び第二バッテリの各々の電圧を測定することにより第三バッテリの性能が測定に影響を与えること無く、第一バッテリと第二バッテリの性能測定を確実にする。
【００４４】
この発明の好ましい実施例は信頼性の低い電源が存在する状況にあって、設備したバッテリの電力に依存する蝸牛管インプラントあるいは他の装置の性能を最大化する設計のシステムを提供する。発明の好ましい実施例はシステムの必要条件が異なる蝸牛管インプラント又は組織刺激インプラントのユーザの広い範囲に亘る電力必要条件を満たす設計のシステムも提供することができる。
【００４５】
【発明を実施する好ましい形態】
例証だけの目的で、発明の好ましい実施例を付属の図面に関連づけてここに説明する。
【００４６】
この発明の電源システムにより電力が供給される装置の例を図１に示す。
【００４７】
この発明を採用した蝸牛管インプラントの一実施例は図１に記載され、二つの主要な構成要素、即ち言語プロセッサ２９を含む外部要素１０と、インプランとされた受信器及び刺激発生器ユニット２２を含む内部要素からなる。
【００４８】
外部要素１０には搭載マイクロホン２７が含まれる。外部要素１０のケースはインプラントされたもの外耳１１に装着できるような構造と構成である。外部要素のケースはこの発明による電源を内部に収容できるようにした構造でもある。電源はインプラントシステム全体に電力を供給する。
【００４９】
ケーブル１３は外部要素１０のケースから無線周波数（ＲＦ）リンクを介しインプランとされたユニット２２へ電気信号を発信する外部発信器コイル２４にまで至る。
【００５０】
インプラントされた構成要素には電力と発信器コイル２４から発信されたデータを受ける受信器コイル２３が含まれる。ケーブル２１も同様、インプランとされた受信器／刺激発生器ユニット２２から蝸牛管１２にまで至り、電極アレー２０に終端する。このようにして受信した信号はアレー２０により基底板８に印加され、それにより聴覚神経９が刺激される。このような装置の動作は例えば米国特許第４、５３２、９３０号に解説されている。
【００５１】
図１に解説するこのような蝸牛管インプラントシステムはインプラントユーザの耳の後部に位置決めできるよう外部要素１０の比較的小さなケース内に組み込むことができる電源を必要とする。更に、ユーザが発信器コイル２４と受信器コイル２３との間に厚い皮膚膜を有し、そのためインプランとされたユニット２２に該当するデータ／電力を伝送するためにより大きな電力が必要とされる場合でも、このシステムの電源電圧は同様にシステムに電力を確実に供給するに十分である必要がある。この発明ではこれらの必要条件に対し確実な解決が得られる。
【００５２】
蝸牛管インプラントに電力を供給する外部要素１０のケース内に収容する電源の回路図の一例が図２に３０として一般的に描かれている。
【００５３】
電源回路３０には電気的に直列に接続した第一バッテリ３１と第二バッテリ３２が含まれる。電源の出力は端子３４に加えられ、オン／オフスイッチ３５を用いオン又はオフに切り替えできる。
【００５４】
電源回路３０には更にアナログ切替スイッチ３６を介し第一バッテリ３１又は第二バッテリ３２のうちのいずれかに電気的に並列に接続できる少なくとも第三バッテリ３３が含まれる。
【００５５】
図に解説した実施例にあって、第三バッテリ３３は第一及び第二バッテリ３１、３２の内のどちらにでも最低電圧を有する方にスイッチ３６により並列に接続される。この実施例の場合、バッテリ３１、３２、３３は総て事実上同一電圧で動作しようとする傾向があり、従って、電源回路３０により電力を供給される蝸牛管インプラントの電力負荷を事実上均等に分担する。
【００５６】
このような構成で三つのバッテリを有する電源が故障する確立は２％まで低減し、その結果、首尾良くバッテリを交換できる確立は出願人が明らかにしたテストにおけるように供給時に故障する確立が８％のバッテリに基づき９８％まで増大するという利点をこのような構成は享受する。
【００５７】
図に解説した実施例にあって、分圧器からの中点値を比較するには比較器３７が用いられる。第一及び第二バッテリ３１、３２の中点値が不整合を示すと、比較器３７がスイッチ３６を操作し電圧が最低値である第一又は第二バッテリ３１、３１のどちらにでも第三バッテリ３３を並列に接続させる。スイッチ３６の過剰なスイッチングを避けるため僅少のヒステリシス（例えば約４ｍＶ）が比較器に組み入れられる。図に解説した実施例にあって、スイッチング速度は約２０ｋＨｚのオーダである。
【００５８】
上記実施例にあって、総てのバッテリ３１、３２、３３は同一電圧（８ｍＶ以内）で動作しているため、バッテリは実際上並列である。バッテリ間でスイッチングが行われると、内部抵抗（およそ２０ｏｈｍｓ）全体に亘る小さな電圧差が僅かに約０．４ｍＡに達するため比較的小さなサージ電流が発生するだけである。
【００５９】
図２に記載の試作回路はテストが終了しており、１００％に極めて近い効率を示した。回路の全負荷での予測される損失にはスイッチ“オン”抵抗での４００μＷ直列損と、比較器での１３μＷスイッチング損、スイッチ・キャパシタンスの励振による１３μＷ損、及び分圧器での１５μＷ抵抗損が含まれる。出力電力１５ｍＷでピーク効率が見られ、９９．５％の効率を示すが、他方、２．５ｍＷと４４ｍＷの出力電力で９９％の効率が示される。リプルとノイズのレベルは許容されるレベルであった。
【００６０】
前文に解説したように、電源３０により電力を供給できる装置の一例にはインプランとされた者の体内へのインプラントに適合させた構成要素を有する組織刺激蝸牛管インプラント人工器官がある。このようなインプラントに用いる外部要素の他の実施例は図３、図４に４０として描かれている。外部要素４０は言語プロセッサを内部に収容し、組込型マイクロホン２７を有する。
【００６１】
要素４０はバッテリ区画４２を囲う取り外し自在のカバー４１を有する。図４にカバー４１を取り外した要素４０を示す。区画４２の内部に収容しているのは直列に接続した第一及び第二バッテリ３１、３２と第三バッテリ３３である。
【００６２】
使用時、バッテリ３１、３２、３３は蝸牛管インプラントがインプランとされた者の生体の外部又は内部にあるに関わらず、そのマイクロホン２７、言語プロセッサ、インプランとされた電極アレー及び何らかの他の電気又は電子構成部品類を含む蝸牛管インプラントの総ての構成部品に電力を供給する。
【００６３】
バッテリは、外部要素４０の他の構成部品類をも内部に収容するケース内に装着できる一方で、バッテリと言語プロセッサのようなインプラントの構成部品類との間に電気接続部を有する分離された個別のケース内にバッテリを装着することもできよう。
【００６４】
図に記載のバッテリ３１、３２、３３はそれぞれ亜鉛−空気電池を備える。しかし、いかなる適切なバッテリ電池でもこの発明に採用し得ることは認識されよう。人工器官に装着するとき、各バッテリ３１、３２、３３はまた好ましくはバッテリを装着するケースから電気的に絶縁されるよう電気絶縁材で囲われる。
【００６５】
バッテリは好ましくは総て同一設計であるが、この発明は設計が多少異なるバッテリにも適用できる。この発明は再充電型バッテリの使用にも適用できる。
【００６６】
図５に記載するのは時間に対するｍＡ単位の制限電流として提示したもので、四つの６７５サイズの亜鉛−空気アクティブエア（Ａｃｔｉｖａｉｒ）ＨＰＸバッテリ電池の各々の代表的な制限電流である。図６に記載するのは時間に対するｍＡ単位の制限電流として再度提示したもので、七つの６７５サイズの亜鉛−空気ＶａｒｔａＶ６７５バッテリ電池の各々の代表的な制限電流である。図７は時間に対するｍＡ単位の制限電流として提示したもので、六組のＲａｙｏｖａｃ６７５サイズの亜鉛−空気電池の性能である。図５から図７により理解できるように、このような電池の信頼性は比較的低く、一つの電池と次の電池の性能は比較的安定していない。
【００６７】
図８に記載するのは一定の２．２Ｖ負荷が加えられたとき、従来技術による三つの２電池構成の制限電流を経時的にとらえたものと、この発明の３電池実施例が示す制限電流を経時的にとらえたものとの比較である。理解されるように、この発明の３電池構成は電源の制限電流を示差的に改善しており、その結果、決められたいかなる負荷電流でも従来技術の２電池構成よりも発明の本実施例によれば長時間に亘り供給できる。これは、この発明の３電池実施例と従来技術の２電池構成の場合のｍＡ・時間に対する制限電流を記載する図９に詳しく示される。理解されるように、例えば負荷電流が１５ｍＡの場合、利用できる容量は２６８ｍＡ時間から５３６ｍＡ時間まで、厳密に二倍に増加した。電池を完全に使い尽くすまで放電することで従来技術による２電池構成の場合の３５０ｍＡｈから発明の本実施例の場合の５７２ｍＡｈまでの容量の増加が明らかになった。従って、発明の本実施例では従来技術の２電池構成よりも６３％の容量増大が示され、それは５０％と期待した改善を上回っている。これは加えられる負荷値が少ないときバッテリの容量が増加したためと言えよう。
【００６８】
最後に、第三バッテリ電池の動作を説明するため、二つの直列電池の一方が第三電池に並列に接続された時間の百分比を経時的に記録した。その結果を図１０に示す。初期段階では直列電池の第一番目は長時間に亘り二番目よりも大きな電流を伝送したことが図１０に示される。しかし、２４時間から３５時間までの感に状況は逆転し、もう一方の電池が一層大きな電流を伝送した。これは電池の任意に変化する出力と電池間の不平衡に適応するシステムの能力を証明している。
【００６９】
図に記載し解説した実施例は直列に配した二つのバッテリと、直列に配した二つのバッテリのうちのいずれかにスイッチ手段を介し電気的に並列に接続できる第三バッテリを備えるが、直列に配した二つ以上のバッテリと、直列に接続したバッテリの一つ又はそれ以上に電気的に並列に接続できる一つ以上のバッテリを用いることによりこの発明の範囲を超えることなく三つ以上のバッテリが使用し得ると考えられる。
【００７０】
概略説明したように発明の精神又は範囲から逸脱することなく特定実施例に示すよう発明には数多くの修正と、又は変更を加え得ることを当業者であれば認識されよう。従って、発明の実施例はすべての点から見て解説を目的としたものであり、これだけに限定するものではない。
【図面の簡単な説明】
【図１】
この発明を具体化する代表的な蝸牛管インプラントシステムの絵入り描写図である。
【図２】
蝸牛管インプラントの電気的な作動に用いる電源の回路図である。
【図３】
はこの発明の電源制御システムを有する蝸牛管インプラントの外部要素の別な実施例の側面図である。
【図４】
図３に記載する蝸牛管インプラントの外部要素の側面図で、バッテリ区画カバーは取り外されている。
【図５】
各種電池の代表的な制限電流を示す。
【図６】
各種電池の代表的な制限電流を示す。
【図７】
各種電池の代表的な制限電流を示す。
【図８】
一定の２．２Ｖ負荷をかけたとき、この発明の３電池実施例と、従来技術の２電池構成が示す経時的な制限電流を示す。
【図９】
図８に照会されるこの発明の３電池実施例と、従来技術の２電池構成の場合のｍＡ時間に対する制限電流を示す。
【図１０】
発明の本実施例によるバッテリの負荷サイクルを示す。
【符号の説明】
８：基底板、９：聴覚神経、１０：外部要素、１１：外耳  １２：蝸牛管インプラント、１３：ケーブル、２０：電極アレー、２１：ケーブル、２２：インプランとされた受信器／刺激発生器ユニット、  ２３：受信器コイル、２４：外部発信器コイル、２７：組込型マイクロホン  ３０：電源回路  ３１：第一バッテリ  ３２：第二バッテリ  ３３：第三バッテリ  ３４：端子  ３５：オン／オフスイッチ  ４０：外部要素  ４２：バッテリ区画。
【図５】
2004527194.tif 000003
【図６】
2004527194.tif 000004
【図７】
2004527194.tif 000005
【図８】
2004527194.tif 000006
【図９】
2004527194.tif 000007
【図１０】
2004527194.tif 000008
【国際公開パンフレット】
2004527194.tif 000009
2004527194.tif 000010
2004527194.tif 000011
2004527194.tif 000012
2004527194.tif 000013
2004527194.tif 000014
2004527194.tif 000015
2004527194.tif 000016
2004527194.tif 000017
2004527194.tif 000018
2004527194.tif 000019
2004527194.tif 000020
2004527194.tif 000021
2004527194.tif 000022
2004527194.tif 000023
2004527194.tif 000024
2004527194.tif 000025
2004527194.tif 000026
2004527194.tif 000027
2004527194.tif 000028
2004527194.tif 000029
2004527194.tif 000030
2004527194.tif 000031
2004527194.tif 000032
2004527194.tif 000033
2004527194.tif 000034
2004527194.tif 000035
2004527194.tif 000036
2004527194.tif 000037
2004527194.tif 000038
2004527194.tif 000039
2004527194.tif 000040
2004527194.tif 000041
2004527194.tif 000042
【国際公開パンフレット（コレクトバージョン）】
2004527194.tif 000043
2004527194.tif 000044
【国際調査報告】
2004527194.tif 000045
2004527194.tif 000046
2004527194.tif 000047