(57)【要約】【課題】  簡単な構成で、取付け位置の選択上の自由度が高く、取付け位置を容易に調整することができる医療用振動発電装置を提供する。【解決手段】  生体組織２の変形に追従して変形自在な可撓性を有する材料から成る吸着体３に、振動によって電力を発生する発電体４を設け、生体組織２へ吸着体３によって発電体４を取付けて、人体に埋め込まれた電力供給対象の医療機器へ、発電体４から電力を供給する。【選択図】      図１
2017119027.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
人体に埋め込まれた状態で用いられる医療用振動発電装置であって、
生体組織の変形に追従して変形自在な可撓性を有する材料から成り、生体組織に吸着する吸着体と、
吸着体に設けられ、振動によって電力を発生する発電体と、を含むことを特徴とする医療用振動発電装置。
【請求項２】
前記吸着体は、吸盤であることを特徴とする請求項１に記載の医療用振動発電装置。
【請求項３】
前記発電体は、
予め定める第１方向の振動によって電力を発生する面状の第１発電素子と、
前記第１方向に直交する第２方向の振動によって電力を発生する面状の第２発電素子と、
前記第１発電素子が固定されるとともに、前記第２発電素子が前記第１発電素子に対して垂直に固定される基体と、を含むことを特徴とする請求項１または２に記載の医療用振動発電装置。
【請求項４】
前記発電体は、
予め定める第１方向の振動によって電力を発生する面状の第１発電素子と、
前記第１方向に垂直な第２方向の振動によって電力を発生する面状の第２発電素子と、
前記第１方向および前記第２方向に垂直な第３方向の振動によって電力を発生する面状の第３発電素子と、
前記第１発電素子が固定され、かつ前記第２発電素子が前記第１発電素子に対して垂直に固定されるとともに、前記第３発電素子が前記第１および第２発電素子に対して垂直に固定される基体と、を含むことを特徴とする請求項１または２に記載の医療用振動発電装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、体内に留置された各種のインプラント機器に、体内で電力を供給するための電源などとして用いることができる医療用振動発電装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
典型的な従来技術は、たとえば特許文献１に記載されている。この従来技術では、心臓ペースメーカおよび埋込型除細動器のような埋込型医療電子デバイスの多くは電池電源を利用するが、そのようなデバイスの多くの動作寿命は電池の寿命で制限されるため、電池に代わる電源として、心臓ペースメーカなどのような体内埋込医療デバイスのためのエネルギ取入れ機構が提案されている。
【０００３】
上記エネルギ取入れ機構は、エネルギ変換器は機械エネルギを電気エネルギに変換するエネルギ変換器を備える。エネルギ変換器は、運動する体組織または構造の近傍に配置されると、心拍動のような生物動力学的事象によって生じる組織／構造の運動から電気エネルギを発生する圧電材料を有する。エネルギ変換器は、心拍動からの運動に応答して変形し、拍動毎の変形によって電力を発生し、この電力をペースメーカなどの体内埋込医療デバイスに供給することが提案されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２０１５−６４６１号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
上記従来技術では、リードなどの配線数が多く、構成が複雑であり、取付け位置が構造的に限定されており、手術中に術者が容易に取付け位置を調整することができないという問題がある。
【０００６】
本発明の目的は、簡単な構成で、取付け位置の選択上の自由度が高く、取付け位置を容易に調整することができる医療用振動発電装置を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明は、人体に埋め込まれた状態で用いられる医療用振動発電装置であって、
生体組織の変形に追従して変形自在な可撓性を有する材料から成り、生体組織に吸着する吸着体と、
吸着体に設けられ、振動によって電力を発生する発電体と、を含むことを特徴とする医療用振動発電装置である。
【０００８】
また本発明の前記吸着体は、吸盤であることを特徴とする。
【０００９】
また本発明の前記発電体は、
予め定める第１方向の振動によって電力を発生する面状の第１発電素子と、
前記第１方向に直交する第２方向の振動によって電力を発生する面状の第２発電素子と、
前記第１発電素子が固定されるとともに、前記第２発電素子が前記第１発電素子に対して垂直に固定される基体と、を含むことを特徴とする。
【００１０】
また本発明の前記発電体は、
予め定める第１方向の振動によって電力を発生する面状の第１発電素子と、
前記第１方向に垂直な第２方向の振動によって電力を発生する面状の第２発電素子と、
前記第１方向および前記第２方向に垂直な第３方向の振動によって電力を発生する面状の第３発電素子と、
前記第１発電素子が固定され、かつ前記第２発電素子が前記第１発電素子に対して垂直に固定されるとともに、前記第３発電素子が前記第１および第２発電素子に対して垂直に固定される基体と、を含むことを特徴とする。
【発明の効果】
【００１１】
本発明によれば、生体組織の変形に追従して変形自在な可撓性を有する材料から成る吸着体に、振動によって電力を発生する発電体が設けられるので、生体組織へ吸着体によって発電体を取付けて、ペースメーカなどの人体に埋め込まれた状態で留置して用いられる電力供給対象である医療機器へ、発電体から電力を供給することができる。このような発電体は、吸着体によって生体組織へ取付けられるので、生体組織への取付け位置の調整が容易であり、発電体の取付け位置に対して高い選択上の自由度が得られ、短時間で正確に発電体を所要部位へ取付けることができる。
【００１２】
また本発明によれば、吸着体が吸盤から成るので、生体組織を傷付けずに生体組織に対して取付けおよび取外しを行うことができ、手術中であっても発電体の取付け位置の変更および位置調整を容易に行うことができる。
【００１３】
また本発明によれば、発電体が第１および第２発電素子を含んで構成されるので、生体組織に対して第１方向および第２方向の２方向の振動が、第１および第２発電素子に最も大きく作用するように、該第１および第２発電素子を取付け位置に取付けることによって、高い発電効率が得られ、生体組織の動きを有効に利用して、より大きな電力を発生可能な発電体を得ることができる。
【００１４】
また本発明によれば、発電体が第１〜第３発電素子を含んで構成されるので、生体組織に対して第１方向、第２方向および第３方向の３方向の振動が、第１〜第３発電体に最も大きく作用するように、該第１〜第３発電体を取付け位置に取付けることによって、高い発電効率が得られ、生体組織の動きを有効に利用して、より大きな電力を発生可能な発電体を得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１５】
【図１】本発明の一実施形態の医療用振動発電装置１を模式的に示す正面図である。
【図２】発電体４に備えられる発電素子５の具体的構成の一例を示す分解斜視図である。
【図３】発電体４における発電素子５の取付け状態を示す斜視図である。
【図４】心臓の取付け位置Ｐ１〜Ｐ４を示す図である。
【図５】頭部の顎関節への取付け位置Ｐ５を示す図である。
【図６】大腿筋膜帳筋への取付け位置Ｐ６を示す図である。
【図７】腸骨筋への取付け位置Ｐ７を示す図である。
【図８】腸骨への取付け位置Ｐ８を示す図である。
【図９】本発明の他の実施形態の医療用振動発電装置１ａに備えられる発電体４ａを模式的に示す正面図である。
【図１０】本発明の他の実施形態の医療用振動発電装置１ｂを模式的に示す正面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１６】
図１は、本発明の一実施形態の医療用振動発電装置１を模式的に示す正面図である。本実施形態の医療用振動発電装置１は、たとえば人体に埋め込まれた心臓ペースメーカおよび心臓除細動器などの埋込み型医療機器に電力を供給するために、人体に埋め込んだ状態で電源として用いられる。
【００１７】
医療用振動発電装置１は、生体組織２の変形に追従して変形自在な可撓性を有する材料から成り、生体組織２に吸着する吸着体３と、吸着体３に設けられ、振動によって電力を発生する発電体４と、を含む。発電体４は、立方体、直方体、三角錐体、四角錐体、円柱体、球体などの各種の形状および大きさを、埋め込まれる部位に応じて最適なものを採用すればよい。
【００１８】
吸着体３は、吸盤であって、生体組織２への吸着力を維持し、生体組織の動きを阻害せず、生体組織２を傷付けずに密着性の高い、可撓性を有する材料から成る。本実施形態で使用する吸着体３の材料としては、少なくとも３００％の引張強度を有し、１００％のモジュラスが、５ｋｇ／ｃｍ２以上、３０ｋｇ／ｃｍ２以下のものが好ましい。ここで、１００％モジュラスの引張強度とは、ＪＩＳ６３０１の規定に基づいて計測された値をいう。引張強度が３００％よりも小さいと、吸盤として硬く、柔軟性が不足し、心臓の拍動を吸収することができず、吻合部の静止状態が得られないため、好ましくない。
【００１９】
また、１００％モジュラスが５ｋｇ／ｃｍ２より小さいと、柔軟すぎて構造上の強度が不足するので、好ましくない。また１００％モジュラスが３０ｋｇ／ｃｍ２よりも大きいと、吸着体３が硬く、柔軟性がなく、心臓の拍動を追従できず、好ましくない。
【００２０】
このように、吸着体３の材料としては、上記の条件を満足するものであれば、材料に制限はなく、たとえばシリコーンゴム、ポリアミド系エラストマ、ポリエステル系エラストマ、ポリオレフィン系エラストマまたはポリウレタン系エラストマ、もしくはこれらのポリマーアロイを使用することができる。
【００２１】
図２は、発電体４に備えられる発電素子５の具体的構成の一例を示す分解斜視図であり、図３は発電体４における発電素子５の取付け状態を示す斜視図である。発電体４は、予め定める第１方向Ｘの振動によって電力を発生する面状の第１発電素子５ｘと、第１方向Ｘに直交する第２方向Ｙの振動によって電力を発生する面状の第２発電素子５ｙと、第１発電素子５ｘが固定されるとともに、第２発電素子５ｙが第１発電素子５ｘに対して垂直に固定される基体６とを含んで構成される。上記の第１発電素子５ｘおよび第２発電素子５ｙは、同様に構成されるので、第１発電素子５ｘについて、以下に説明し、第２発電素子５ｙについては、重複を避けて説明を省略する。
【００２２】
基体６は、生体適合性を有するものであれば材料に制限は無く、たとえば純チタンなどの金属材料、アルミナなどのセラミック材料、ポリエチレンなどの高分子材料等を使用することができる。その外観形状、すなわち第１発電素子５ｘの大きさは、たとえば縦寸法が５〜３０ｍｍ、横寸法が５〜３０ｍｍ、厚さ寸法が１〜１０ｍｍの面状体によって実現される。
【００２３】
第１発電素子５ｘは、電荷を半永久的に保持する複数の帯状のエレクトレット電極が、図２の下方に臨む一方の主面に櫛歯状に平行に並んで形成された可動基板１０と、可動基板１０と間隔をあけて平行に配置され、各複数の帯状の第１電極１１および第２電極１２が、可動基板１０に対向する一方の主面に交互に櫛歯状に平行に並んで形成された固定基板１３と、可動基板１０を移動方向Ｄ１，Ｄ２に移動自在に保持し、かつ固定基板１３が固定される枠体１４と、枠体１４に収容され、可動基板１０を移動方向Ｄ１，Ｄ２にばね付勢するばね１５とを有する。
【００２４】
このような第１発電素子５ｘは、振動によって可動基板１０が移動方向Ｄ１，Ｄ２にばね１５のばね力に抗して移動することによって、第１および第２電極１１，１２に起電力を発生し、発生した起電力は、枠体１４に内蔵され、整流回路などを備えた出力部１６に直流電流として出力され、図示しないリード線などによって埋込み型医療機器に電力供給される。枠体１４は、電気絶縁性を有する硬質の合成樹脂、たとえばフッ素系樹脂によって形成されてもよい。
【００２５】
図４〜図８は、医療用振動発電装置１の取付け位置の例を示す図であり、図４は心臓の取付け位置Ｐ１〜Ｐ４を示し、図５は頭部の顎関節への取付け位置Ｐ５を示し、図６は大腿筋膜帳筋への取付け位置Ｐ６を示し、図７は腸骨筋への取付け位置Ｐ７を示し、図８は腸骨への取付け位置Ｐ８を示す。
【００２６】
図４において、取付け位置Ｐ１は右心房の心臓壁であり、取付け位置Ｐ２は右心室の心臓壁であり、取付け位置Ｐ３は左心房の心臓壁であり、取付け位置Ｐ４は左心室の心臓壁である。これらの取付け位置Ｐ１〜Ｐ４に前述の医療用振動発電装置１を取付けることによって、心臓の拍動によって発電体４に振動を付与し、発電を行うことができる。
【００２７】
また、図５において、取付け位置Ｐ５は、頭部の顎関節であり、このような取付け位置Ｐ５に前述の医療用振動発電装置１を取付けることによって、顎関節の動きによって発電体４に振動を付与し、発電を行うことができる。
【００２８】
また、図６において、取付け位置Ｐ６は、大腿筋膜帳筋であり、このような取付け位置Ｐ６に前述の医療用振動発電装置１を取付けることによって、歩行時の大腿筋膜帳筋の動きによって発電体４に振動を付与し、発電を行うことができる。
【００２９】
また、図７において、取付け位置Ｐ７は、腸骨筋であり、このような取付け位置Ｐ７に前述の医療用振動発電装置１を取付けることによって、歩行時の腸骨筋の動きによって発電体４に振動を付与し、発電を行うことができる。
【００３０】
また、図８において、取付け位置Ｐ８は、腸骨であり、このような取付け位置Ｐ８に前述の医療用振動発電装置１を取付けることによって、歩行時の腸骨の動きによって発電体４に振動を付与し、発電を行うことができる。
【００３１】
以上のように、本発明に従う医療用振動発電装置１によれば、生体組織２の変形に追従して変形自在な可撓性を有する材料から成る吸着体３に、振動によって電力を発生する発電体が設けられるので、生体組織２へ吸着体３によって発電体４を取付けて、人体に埋め込まれた状態で留置して用いられる電力供給対象である医療機器へ、発電体４から電力を供給することができる。このような発電体４は、吸着体３によって生体組織２へ取付けられるので、生体組織２への取付け位置の調整が容易であり、発電体４の取付け位置に対する高い選択上の自由度が得られ、短時間で正確に発電体４を所要部位へ取付けることができる。
【００３２】
また、吸着体３が吸盤から成るので、生体組織２を傷付けずに生体組織２に対して取付けおよび取外しを行うことができ、手術中であっても発電体４の取付け位置の変更および位置調整を容易に行うことができる。
【００３３】
また、発電体４が第１および第２発電素子５ｘ，５ｙを含んで構成されるので、生体組織２に対して第１方向Ｘおよび第２方向Ｙの２方向の振動が、第１および第２発電素子５ｘ，５ｙに最も大きく作用するように、該第１および第２発電素子５ｘ，５ｙを取付け位置に取付けることによって、高い発電効率が得られ、生体組織２の動きを有効に利用して、より大きな電力を発生可能な発電体を得ることができる。
【００３４】
図９は、本発明の他の実施形態の医療用振動発電装置１ａに備えられる発電体４ａを模式的に示す正面図である。なお、前述の実施形態と対応する部分には、同一の参照符を付す。本実施形態の医療用振動発電装置１ａは、直交３軸方向Ｘ，Ｙ，Ｚの振動によって発電する発電体４ａが備えられ、このような発電体４ａを前述の発電体４に代えて用いるようにしてもよい。
【００３５】
この発電体４ａは、予め定める第１方向Ｘの振動によって電力を発生する面状の第１発電素子５ｘと、第１方向Ｘに垂直な第２方向Ｙの振動によって電力を発生する面状の第２発電素子５ｙと、第１方向Ｘおよび第２方向Ｙに垂直な第３方向Ｚの振動によって電力を発生する面状の第３発電素子５ｚと、第１発電素子５ｘが固定され、かつ第２発電素子５ｙが第１発電素子５ｘに対して垂直に固定されるとともに、第３発電素子５ｚが第１および第２発電素子５ｘ，５ｙに対して垂直に固定される基体６とを含んで構成される。
【００３６】
このような発電体４ａを用いることによって、生体組織２に対して第１方向Ｘ、第２方向Ｙおよび第３方向Ｚの３方向の振動が、第１〜第３発電素子５ｘ，５ｙ，５ｚに最も大きく作用するように、該第１〜第３発電素子５ｘ，５ｙ，５ｚを取付け位置に取付けることによって、高い発電効率が得られ、生体組織２の動きを有効に利用して、より大きな電力を発生可能な発電体を得ることができる。
【００３７】
図１０は、本発明の他の実施形態の医療用振動発電装置１ｂを模式的に示す正面図である。なお、前述の実施形態と対応する部分に同一の参照符を付す。本実施形態の医療用振動発電装置１ｂでは、生体組織２に大きな出力電力が得られる大型の発電体４、たとえば縦寸法が５ｍｍ〜３０ｍｍ、横寸法が５ｍｍ〜３０ｍｍ、厚さ寸法が３ｍｍ〜１０ｍｍ程度の発電体４を、生体組織２に大きな吸着力で吸着させるために、複数の吸着体３が用いられる。
【００３８】
このような大型の医療用振動発電装置１ｂを用いることによって、大きな電力を得ることができ、患者にとって使用可能な埋込み機器の範囲を拡大することができる。
【符号の説明】
【００３９】
１，１ａ，１ｂ  医療用振動発電装置
２  生体組織
３  吸着体
４  発電体
５  発電素子
５ｘ  第１発電素子
５ｙ  第２発電素子
５ｚ  第３発電素子
６  基体
１０  可動基板
１１  第１電極
１２  第２電極
１３  固定基板
１４  枠体
１５  ばね
Ｄ１，Ｄ２  移動方向
Ｐ１〜Ｐ８  取付け位置
Ｘ  第１方向
Ｙ  第２方向
Ｚ  第３方向
【図１】
2017119027.tif 000003
【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
2017119027.tif 000009
【図８】
2017119027.tif 000010
【図９】
2017119027.tif 000011
【図１０】
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