(57)【要約】  本願は、システムの使用の効率、安全性および全体的な利便性を維持しつつ、心臓ポンプを含む、１つまたは複数の埋込み装置（１０２）に給電するのに十分な量のエネルギーを生成およびワイヤレスで伝達する、改善された経皮エネルギー伝送（ＴＥＴ）システム（１００）に関する。本願はさらに、改善されたシステムのための１つまたは複数の動作方法に関する。
2017511205.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
（ａ）電力消費装置と前記電力消費装置に電気的に接続される内部コイルとを備える内部部品であって、動物の体内に装着するように適合されている、内部部品と、
（ｂ）前記体の外に装着するように適合される外部コイルと、
（ｃ）前記外部コイルの電流フローを測定するように、かつ前記測定した電流フローに基づいて前記外部コイルが前記内部コイルに電磁的に結合されているか否かのインジケーションを提供するように動作する電流モニタと、
（ｄ）前記外部コイルが前記内部コイルに電磁的に結合されているという前記電流モニタからのインジケーションに応答して前記外部コイルに電力レベル交流電位を印加するように動作し、前記電力レベル交流電位を印加していないときに前記外部コイルに前記電力レベル交流電位未満の試験レベル交流電位を印加するように動作する駆動回路と
を備えてなる、経皮エネルギー伝送システム。
【請求項２】
前記駆動回路が、前記外部コイルが前記内部コイルに電磁的に結合されていないという前記電流モニタからのインジケーションに応答して前記外部コイルへの前記電力レベル交流電位の印加を中止するように動作する、請求項１に記載のシステム。
【請求項３】
（ａ）動物の体内に装着するように適合される内部部品であって、
内部コイルと、
前記内部コイルから電力を受けるために前記内部コイルに電気的に接続される内部装置と、
前記内部部品の動作に関する１つまたは複数のパラメータを表すテレメトリ信号を送るように動作するテレメトリ送信機と、を含む内部部品と、
（ｂ）前記体の外に装着するように適合される外部部品であって、
外部コイルと、
前記テレメトリ送信機から前記テレメトリ信号を受信するように適合されるテレメトリ受信機と、
前記外部コイルの電流フローを測定するように、かつ前記測定した電流フローに基づいて前記外部コイルが前記内部コイルに電磁的に結合されているか否かのインジケーションを提供するように動作する電流モニタと、
前記テレメトリ受信機が前記テレメトリ信号を受信するときに通常動作モードで、かつ前記テレメトリ受信機が前記テレメトリ信号を受信しないときにセーフ動作モードで動作する駆動回路であって、前記通常およびセーフ両モードで、前記外部コイルに印加される電力が前記内部コイルに結合されることになるように前記外部コイルに電力を印加するように動作し、前記通常モードで動作するときに前記テレメトリ信号に少なくとも部分的に応答して前記外部コイルに印加される前記電力を制御するように動作する駆動回路と、を含む外部部品と
を備えてなる、経皮エネルギー伝送システム。
【請求項４】
前記駆動回路が、前記セーフモードでより前記通常モードで前記外部コイルにより多くの電力を印加するように動作する、請求項３に記載のシステム。
【請求項５】
前記駆動回路が、前記通常モードで、前記内部装置および前記テレメトリ送信機に給電するのに十分な量の電力を前記外部コイルに印加するように動作する、請求項３に記載のシステム。
【請求項６】
前記外部コイルが前記内部コイルに電磁的に結合されているか否かのインジケーションを提供するように動作する結合検出回路をさらに備え、前記駆動回路が、前記テレメトリ受信機が前記テレメトリ信号を受信せず、かつ前記外部コイルが前記内部コイルに誘導的に結合されていることを前記結合検出回路が示すときにのみ前記セーフモードで動作するように構成されている、請求項３に記載のシステム。
【請求項７】
前記外部コイル、電流モニタおよび駆動回路が共通のハウジング内に配置されている、請求項３に記載のシステム。
【請求項８】
前記駆動回路が、前記内部装置に少なくとも２０ワットの電力を供給するように前記外部コイルを駆動するように動作する、請求項３に記載のシステム。
【請求項９】
二次軸と該二次軸の周囲に螺旋状に延在する二次導体とを有する二次コイルであって、前記二次軸に対して垂直な共通の径方向の線上に実質的に配置される内端および外端を有する、二次コイルと、
前記二次コイルに近接し、前記二次コイルの後部に近接して前記二次軸に対して横断方向に延在する、磁化可能な電気絶縁材料で構成される二次シールドと、
前記二次コイルに電気的に接続される電力消費装置と
を含んでなる、ワイヤレスエネルギー伝送システムの埋込み部品。
【請求項１０】
前記二次シールドが、前記二次軸と位置合わせされ前記二次シールドを通って延びる丸穴を有する、請求項９に記載の埋込み部品。
【請求項１１】
生体適合性外側面を有する埋込みコイルハウジングをさらに備え、前記コイルハウジングが、前記二次コイルを含み、かつ前側および後側を有し、前記二次コイルの前側が前記コイルハウジングの前記前側に向かって面し、前記コイルハウジングが、前記ハウジングの前記前側および後側を区別する１つまたは複数の視覚的に知覚可能なしるしを有する、請求項９に記載の埋込み部品。
【請求項１２】
一次軸と該一次軸に対して延在する一次導体とを有する外部コイルと、
前記外部コイルに印加される電力が内部コイルに結合されることになるように前記外部コイルを駆動するように動作する駆動回路と、
０．３ｘ１０６σ未満の電気伝導率を有する強磁性またはフェリ磁性材料で構成され、かつ前記一次軸に対して横断方向に延在するシールドであって、相互に隣接する区分の縁間にギャップをもって互いに略縁と縁を向き合わせて配置される複数の板状区分を含む、シールドと
を備えてなる、ワイヤレスエネルギー伝送システムのための駆動器。
【請求項１３】
前記ギャップの少なくともいくつかが前記一次軸に関して実質的に径方向に延びる、請求項１２に記載の駆動器。
【請求項１４】
前記シールドがフェライトで構成される、請求項１２に記載の駆動器。
【請求項１５】
一次軸と該一次軸の周囲に螺旋状に延在する一次導体とを有する一次コイルと、
前記一次コイルを駆動するように動作する駆動回路と、
前記一次コイルに近接して前記一次軸に対して横断方向に延在する、磁化可能な電気絶縁材料で構成される主シールドと、
前記一次軸の周囲に延在し、前記一次コイルから反対側に面する前記主シールドの後面から突出する、磁化可能な電気絶縁材料で構成されたシールド壁であって、前記シールド壁および主シールドが略カップ状の構造を協働で画定し、前記駆動回路の少なくとも一部が前記シールド壁内に配置されている、シールド壁と
を備えてなる、ワイヤレスエネルギー伝送システムのための駆動器。
【請求項１６】
前記駆動回路が、前記一次コイルと共振回路として接続される１つまたは複数のコンデンサと、前記共振回路に電力を供給するための、前記共振回路に接続される１つまたは複数の電力半導体とを含み、前記コンデンサおよび電力半導体が前記シールド壁内に配置されている、請求項１５に記載の駆動器。
【請求項１７】
一次軸と該一次軸の周囲に螺旋状に延在する一次導体とを有する一次コイルと、
前記一次コイルを駆動するように動作する駆動回路と、
前記一次コイルに近接して前記一次軸に対して横断方向に延在する、磁化可能な電気絶縁材料で構成される主シールドであって、前記一次軸と位置合わせされ主シールドを通って延びる穴を有する主シールドと
を備えてなる、ワイヤレスエネルギー伝送システムのための駆動器。
【請求項１８】
前記穴が正方形である、請求項１７に記載の駆動器。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
［関連出願の相互参照］
本願は、２０１４年４月１５日出願の米国仮特許出願第６１／９７９，８３５号の出願日の利益を請求するものであり、その開示内容を引用することによって本明細書の一部をなすものとする。
【０００２】
［発明の分野］
本発明は、経皮エネルギー伝送（ＴＥＴ）システムおよびそのようなシステムのための動作方法に関する。
【背景技術】
【０００３】
経皮エネルギー伝送（ＴＥＴ）システムは、人体内で内部に埋め込まれるポンプなどの装置に電力を供給するために使用される。体外の送信コイルによって生成される磁界は、皮膚（肌）バリアを横切って、体内に埋め込まれる磁気受信コイルに電力を伝達することができる。そして、受信コイルは、埋め込まれたポンプまたは他の内部装置に、および体内に埋め込まれる１つまたは複数のバッテリにそのバッテリを充電するために、受信電力を伝送することができる。
【０００４】
そのようなシステムは、システムの使用の効率、安全性および全体的な利便性を維持しつつ、１つまたは複数の埋込み装置に給電するのに十分な量のエネルギーを効率的に生成しワイヤレスで伝達するべきである。
【０００５】
それらのシステムの効率に関して、現在のＴＥＴシステムが被る１つの欠点が、送信コイルによって生成される磁界の性質に起因する。その性質上、磁界は送信コイルからあらゆる方向に広がる。そのため、送信コイルによって発せられる電磁界からのエネルギーの多くは、受信コイルには有効にまたは最適に集中（focus）されない。これはワイヤレスエネルギー伝送の効率（すなわち、結合係数）を制限する。別の課題が、埋込み装置の電力および／または電流要求が一定ではなく、むしろ変動しやすいという事実から生じる。そのため、埋込み装置に最も有効に給電するために、電力および／または電流需要のそのような変化に効率的に適応する必要がある。
【０００６】
システムの利便性に関して、現在のＴＥＴシステム間の１つの課題は、送信コイルと受信コイルとの間の最適な軸方向位置合わせ（患者の皮膚の表面に近接して）および径方向位置合わせ（患者の皮膚の表面にわたって）を維持して、電力伝送効率を上昇させ、かつ加熱をもたらすことになる送信コイル損失を最小限にする困難から生じる。第一に、体の外側に着用される送信コイルは、着用者による動きによるなど、位置がずれやすい。その上、一旦送信コイルが所定の位置からずらされると、位置合わせを回復するためにコイルをどの方向に移動するべきかを決定することなど、コイルを再位置決めすることは、なんらかの形態の誘導なしでは困難となり得る。そのため、着用者が送信コイルを位置決めまたは再位置決めするのを援助するシステムの必要がある。
【０００７】
さらに、体の外側に着用される送信コイルの位置のずれはまた、システムの着用者の健康および安全性に関して問題をもたらす。コイルが全出力で動作する間にその適切な位置合わせからずれれば、電力伝送の結合係数が低減されることがあるだけでなく、それは着用者にとって望ましくない過熱を引き起こすことがあり、そのような過熱は皮膚または周辺組織に有害となり得る。
【発明の概要】
【０００８】
本発明のある態様は、電力消費装置と電力消費装置に電気的に接続される内部コイルとを有する内部部品であって、動物の体内に装着するように適合されている内部部品と、体の外に装着するように適合される外部コイルと、外部コイルの電流フローを測定するように、かつ測定した電流フローに基づいて外部コイルが内部コイルに電磁的に結合されているか否かのインジケーション（indication：指示）を提供するように動作する電流モニタと、外部コイルが内部コイルに電磁的に結合されているという電流モニタからのインジケーションに応答して外部コイルに電力レベル交流電位を印加するように動作する駆動回路とを含む経皮エネルギー伝送システムを提供する。駆動回路はまた、電力レベル交流電位を印加していないときに外部コイルに電力レベル交流電位未満の試験レベル交流電位を印加するように動作してもよい。駆動回路はさらに、外部コイルが内部コイルに電磁的に結合されていないという電流モニタからのインジケーションに応答して外部コイルへの電力レベル交流電位の印加を中止するように動作してもよい。駆動回路はさらに、駆動回路が電力レベル交流電位を印加していないときに試験レベル交流電位を断続的に印加するように動作してもよい。さらなる例において、電流モニタは結合度を表す情報を提供するように動作してもよく、駆動回路は結合度が閾値を超えるときに電力レベル交流電位を印加するように動作してもよい。
【０００９】
本発明の別の態様は、動物の体内に装着するように適合される内部部品と、体の外に装着するように適合される外部部品とを含む経皮エネルギー伝送システムを提供する。内部部品は、内部コイルと、内部コイルから電力を受けるために内部コイルに電気的に接続される内部装置と、内部部品の動作に関する１つまたは複数のパラメータを表すテレメトリ信号を送るように動作するテレメトリ送信機とを含む。外部部品は、外部コイルと、テレメトリ送信機からテレメトリ信号を受信するように適合されるテレメトリ受信機と、外部コイルの電流フローを測定するように、かつ測定した電流フローに基づいて外部コイルが内部コイルに電磁的に結合されているか否かのインジケーションを提供するように動作する電流モニタと、テレメトリ受信機がテレメトリ信号を受信するときに通常動作モードで、かつテレメトリ受信機がテレメトリ信号を受信しないときにセーフ動作モードで動作する駆動回路とを含む。駆動回路はセーフモードでより通常モードで外部コイルにより多くの電力を印加してもよい。セーフモードにおいて、駆動回路は、内部装置およびテレメトリ送信機に給電するのに十分な量の電力を外部コイルに印加してもよい。いくつかの例において、駆動回路は、テレメトリ受信機がテレメトリ信号を受信せず、かつ電流モニタが外部コイルが内部コイルに誘導的に結合されていることを示すときにのみセーフモードで動作するように構成されてもよい。また、いくつかの例において、外部コイル、電流モニタおよび駆動回路は共通のハウジング内に配置されてもよい。さらに、いくつかの例において、駆動回路は、内部装置に少なくとも約２０ワットの電力を供給するように外部コイルを駆動するように動作してもよい。
【００１０】
本発明のさらに別の態様は、二次軸と二次軸の周囲に螺旋状に延在する二次導体とを有する二次コイルと、二次コイルに、また二次コイルの後部に近接して二次軸に対して横断方向に延在する、磁化可能な電気絶縁材料で構成される二次シールドと、二次コイルに電気的に接続される電力消費装置とを含む、ワイヤレスエネルギー伝送システムの埋込み部品を提供する。二次導体は、二次軸に対して垂直な共通の径方向の線上に実質的に配置される内端および外端を有してもよい。二次シールドは、二次軸と位置合わせされ二次シールドを通って延びる丸穴を有してもよい。いくつかの例において、埋込み部品は、生体適合性外側面を有し、二次コイルを含み、かつ前側および後側を有する埋込みコイルハウジングをさらに含んでもよい。二次コイルの前側はコイルハウジングの前側に向かって面してもよい。追加的に、コイルハウジングは、ハウジングの前側および後側を区別する１つまたは複数の視覚的に知覚可能なしるしを含んでもよい。
【００１１】
本発明のさらなる態様は、一次軸と一次軸の周囲に延在する一次導体とを有する外部コイルと、外部コイルに印加される電力が内部コイルに結合されることになるように外部コイルを駆動するように動作する駆動回路と、約０．３ｘ１０６σ未満の電気伝導率を有する強磁性またはフェリ磁性材料で構成され、かつ一次軸に対して横断方向に延在するシールドであって、相互に隣接する区分の縁間にギャップをもって互いに略縁と縁を向き合わせて配置される複数の板状区分を含むシールドとを含む、ワイヤレスエネルギー伝送システムのための駆動器を提供する。いくつかの例において、シールドはフェライトで構成されてもよい。また、いくつかの例において、ギャップの少なくともいくつかは一次軸に関して実質的に径方向に延びてもよい。
【００１２】
本発明のさらなる態様は、一次軸と一次軸の周囲に螺旋状に延在する一次導体とを有する一次コイルと、一次コイルを駆動するように動作する駆動回路と、一次コイルに近接して一次軸に対して横断方向に延在する、磁化可能な電気絶縁材料で構成される主シールドと、磁化可能な電気絶縁材料で構成されるシールド壁とを含む、ワイヤレスエネルギー伝送システムのための駆動器を対象とする。シールド壁は一次軸の周囲に延在し、かつ一次コイルから反対側に面する主シールドの後面から突出し、その結果シールド壁および主シールドは略カップ状の構造を協働で画定する。駆動回路の少なくとも一部はシールド壁内に配置されてもよい。
【００１３】
いくつかの例において、駆動回路は、一次コイルと共振回路として接続される１つまたは複数のコンデンサと、共振回路に電力を供給するための、共振回路に接続される１つまたは複数の電力半導体とをさらに含んでもよい。コンデンサおよび電力半導体はシールド壁内に配置されてもよい。
【００１４】
本発明のもう１つの態様は、一次軸と一次軸の周囲に螺旋状に延在する一次導体とを有する一次コイルと、一次コイルを駆動するように動作する駆動回路と、一次コイルに近接して一次軸に対して横断方向に延在する、磁化可能な電気絶縁材料で構成される主シールドとを含む、ワイヤレスエネルギー伝送システムのための駆動器を提供する。主シールドは、一次軸と位置合わせされ主シールドを通って延びる穴を有してもよい。主シールドを通って延びる穴は正方形でもよい。
【図面の簡単な説明】
【００１５】
【図１】本発明の態様による経皮エネルギー伝送（ＴＥＴ）システムの概要図である。
【図２】本発明の態様による図１のＴＥＴシステムのための電力システム回路の概要図である。
【図３】本発明の態様による図１のＴＥＴシステムのための通信システム回路の概要図である。
【図４】本発明の態様による図１のＴＥＴシステムの外部モジュールの分解立体図である。
【図５Ａ−５Ｃ】本発明の態様による図４の外部モジュールに含まれるプリント回路基板、シールド要素および外部線コイルの上視図である。
【図６】本発明の態様による図１のＴＥＴシステムの埋込み部品の概要図である。
【図７】本発明の態様による図１のＴＥＴシステムの埋込みコイルモジュールの分解立体図である。
【図８Ａ．８Ｂ】本発明の態様による図７の埋込みコイルモジュールに含まれる回路基板の実装の上視図である。
【発明を実施するための形態】
【００１６】
図１は、体内の内部空洞における、すなわち患者１０４の皮膚下の埋込み治療電気装置１０２に電力を供給するために使用される経皮エネルギー伝送（ＴＥＴ）システム１００を概略的に例示する。埋込み電気装置１０２は、たとえば補助人工心臓（「ＶＡＤ」）として血液を送り出す際に使用するなどのためのポンプを含みうる。内部または埋込み電気装置１０２は制御回路を含み、たとえばポンプを制御することができる。
【００１７】
図１に例示されるように、ＴＥＴシステム１００は、患者１０４の体外に装着される外部電子機器１２０の他にも、患者１０４の体内に装着される内部または埋込み電子機器１５０も両方とも含む。外部電子機器は、たとえば外部バッテリ１２５および建物電源１１２（建物の電気コンセントから供給されるＡＣ電力または変換されたＤＣ電力など）を含む１つまたは複数の電源に電気的に接続される。外部電源は約２０Ｖと約２５０Ｖとの間あたりの入力電圧を供給してもよい。外部電子機器１２０は外部一次コイル１３０にも電気的に接続され、埋込み電子機器１５０は内部または埋込み二次コイル１４０に電気的に接続される。外部および埋込みコイル１３０および１４０は、その間でエネルギーをワイヤレスで伝送するために電磁誘導を通じて互いに誘導的に結合される。図１の例において、外部コイル１３０は外部電子機器１２０と共に共通の外部モジュール１１０に収容されるが、一方埋込みコイル１４０および埋込み電子機器１５０は共には収容されない。
【００１８】
埋込み電子機器１５０は、埋込みバッテリ１５５と埋込み電気装置１０２とに電気的に接続される。埋込みコイル１４０で受信されるエネルギーは、埋込み電子機器１５０を介して、埋込みバッテリ１５５に蓄積されるか、埋込み医療装置１０２に提供されるか、またはその両方である。追加的に、埋込みバッテリで蓄積されるエネルギーは、埋込み電子機器１５０を介して埋込み医療装置１０２に提供されてもよい。
【００１９】
システム１００の外部電子機器１２０は、制御回路１２２と、無線周波数（ＲＦ）テレメトリ回路１２４と、電源選択回路１２６と、駆動回路１２８と、ユーザインタフェース１２９とを含んでもよい。電源選択回路１２６は、外部コイル１３０に電力を提供する外部電源（たとえば、バッテリ１２５、壁電源１１２）を選択するように構成される。駆動回路１２８は、エネルギーが電磁誘導を通じて外部コイル１３０から埋込みコイルに伝送されるように外部コイル１３０を駆動するように構成される。制御回路１２２は、外部および埋込みコイル間のエネルギーのワイヤレス伝送を制御するために電源回路１２６および駆動回路１２８を制御するための命令を決定および実行するように構成される。そのような制御は、送信のパルス幅および／または周波数を設定すること、どの電源が電源回路１２６によって選択されるかを制御すること、駆動回路１２８に外部コイル１３０を駆動するように命令することなどを含んでもよい。制御回路１２０によってなされる決定は、テレメトリ回路１２４から受信される信号、外部センサ１１５から受信される情報、および／またはユーザインタフェース１２９からの入力に基づいてもよい。
【００２０】
システム１００の埋込み電子機器は、埋込み制御回路１５２およびＲＦテレメトリ１５４の他に、整流器回路１５６と、電圧レギュレータ回路１５８と、電源選択回路１５９とを含んでもよい。整流器回路１５６は、埋込みコイル１４０で生成されるＡＣ電力をＤＣ電力に変換するように構成されてもよい。電圧レギュレータ回路は、埋込み医療装置１０２に提供される前の変換されたＤＣ電力および埋込みバッテリ１５５からの電力の電圧レベルを調節するように構成される。埋込み電力切替回路１５９は、埋込み医療装置１０２が埋込みバッテリ１５５、埋込みコイル１４０、または両方から給電されるかどうかを制御するように構成される。外部制御回路１２２の目的と同様で、埋込み制御回路１５２は、電圧レギュレータ回路１５８の電圧調整設定と、埋込み電力切替回路１５９によってなされる電源選択と、埋込み医療装置１０２への電力の全体的な送出を制御するための命令とを決定および実行するために使用されてもよい。いくつかの例において、埋込み制御回路１５２は、埋込みコイル１４０における共振回路部品１４５の共振周波数の調節を命令することなどによって、外部コイル１３０と埋込みコイル１４０との間の誘導結合の効率をさらに制御してもよい。外部回路１２０と同様に、埋込み回路でのそのような決定は、ＲＦテレメトリ１５４の信号の他に内部センサ１６５から受信される他の情報に基づいてもよい。
【００２１】
ＴＥＴシステム１００は、患者１０４によって、または病院臨床スタッフによってなど、監視されるべきシステムパラメータ（たとえば、埋込みバッテリ寿命、埋込みバッテリに蓄積される充電、警報など）を収集するための臨床モニタ１６０を任意選択的に含んでもよい。臨床モニタは、収集したパラメータを記憶するための他に、患者１０４の事象履歴（たとえば、低流動状態、無流動状態、遮断など）を記録するための、内部または外部であるメモリを含んでもよい。臨床モニタ１６０はさらに、患者の携帯時計もしくはスマートフォンに／から、または病院コンピュータデータベースに／からなど、ＴＥＴシステム以外のユニットに接続されてＴＥＴシステム以外のユニットに／から、情報を送受信してもよい。臨床モニタ１６０はまた、それ自身の専用の電源またはバッテリ１７０によって給電されてもよい。
【００２２】
いくつかの例において、臨床モニタ１６０は、ＴＥＴシステム１００のその他の部品からのデータを受信および監視することの他に、システム１００の所望の動作に関連する設定値またはパラメータ（たとえば、流量）を送出してもよい。そのような設定値は、システム１００を動作させるための命令として外部電子機器１２０、埋込み電子機器１５０または両方に通信され、それによって、ワイヤレスエネルギー伝達を駆動して埋込み医療装置１０２に給電するためのパルス幅および／または周波数など、システムの動作のさらなるパラメータを設定する際に活用されてもよい。
【００２３】
図２は、埋込み医療装置１０２に電力を供給するための図１のＴＥＴシステム１００の動力システム回路を概略的に例示する。図２に図示されるように、外部電子機器１２０の電源選択回路１２６は、それぞれ外部バッテリ１２５および建物電源１１２に電気的に接続される２つの入力を含む。制御回路１２２からの命令に基づいて、電源選択回路１２６は駆動回路１２８の入力に外部電源の一方からの電力を出力する。駆動回路１２８は出力された電力を増幅する。増幅された電力は次いで外部コイル１３０に提供される。外部コイルは、外部コイルと共振回路を形成する１つまたは複数のコンデンサ１３５などの追加の回路に接続される。静電容量は約５０ｎＦと２００ｎＦとの間でもよい。外部コイル１３０は、共振回路の共振周波数で埋込みコイル１４０に誘導的に結合する磁界を生成する。
【００２４】
上述されたように、外部電源選択回路１２６は、外部制御回路１２２によって制御されてもよい。たとえば、外部電子機器１２０が建物電源１１２に接続されていないと外部制御回路１２２が判定すれば、外部制御回路１２２は外部電源選択回路１２６に外部バッテリ電源１２５から外部コイル１３０に電力を提供するように命令してもよい。さらなる例として、外部電子機器１２０が建物電源１１２に接続されていると外部制御回路１２２が判定すれば、外部制御回路１２２は外部電源選択回路１２６に代わりに建物電源１１２から外部コイル１３０に電力を提供するように命令してもよい。
【００２５】
駆動器回路１２８も外部制御回路１２２によって制御されてもよい。たとえば、外部制御回路１２２は、埋込み医療装置１０２が十分な量の電力を供給されてもよいほど埋込みコイル１４０で十分な電力を誘導的に生成するように外部コイル１３０が駆動されるべきである適切な設定（たとえば、電圧、電流、パルス幅）を決定してもよい。埋込み装置の電力要件は装置の性質に依存することになり、また装置の動作の間、変動し得る。たとえば、典型的なＶＡＤと使用するためのシステムは、埋込み装置１０２に少なくとも５ワット、少なくとも１０ワット、少なくとも１５ワットまたは少なくとも２０ワットの常時電力を伝達するように配置されてもよい。
【００２６】
埋込み電子機器１５０で、整流器回路１５６は埋込みコイル１４０で生成されるＡＣ電力を受信し、ＡＣ電力を整流してＤＣ電力を提供する。整流器回路１５６は、ダイオードブリッジ、同期整流器、またはＡＣ／ＤＣ整流のために当該技術において既知の他の部品を含んでもよい。整流器回路１５６のＤＣ出力は次いで電圧レギュレータ回路１５８に入力され、そこでそれは電圧制限器、たとえばブレークダウンダイオードによって所定の電圧限界または閾値（たとえば、６０Ｖ）に制限される。電圧は、埋込み医療装置１０２に給電するために必要とされる電圧レベルおよび電流レベル（たとえば、約１８Ｖ）に、降圧スイッチングコントローラ、単端一次インダクタコンバータ（ＳＥＰＩＣ）、または当該技術において既知の他の部品などの逓降ＤＣ／ＤＣ（ＤＣ−ＤＣ）コンバータ２５２を使用してさらに調節される。任意選択的に、いくつかのシステムにおいて、整流器回路および電圧レギュレータの順序は逆にされてもよい。たとえば、ＤＣ−ＤＣコンバータはＡＣ電力の電圧レベルを変換するために使用される変圧器と置き換えられてもよく、変換されたＡＣ電力は次いで整流器回路によってＤＣ電力に変換されてもよい。電圧レギュレータ回路１５８の出力は埋込み電源選択回路１５９の入力の一方に提供される。埋込み電源選択回路１５９の第２の入力は埋込みバッテリ１５５に電気的に接続される。図２の例において、埋込みバッテリ１５５は、ＤＣ−ＤＣ逓昇または昇圧コンバータ２５４の入力に結合される直流を出力する。逓昇コンバータ２５４は、埋込みバッテリ１５５による電力出力の電圧レベルおよび電流レベルを埋込み医療装置１０２に給電するために必要とされるレベルに調節する。たとえば、逓昇コンバータ２５４は、埋込みバッテリ１５５による電力出力の電圧を約１２Ｖから約１８Ｖに上昇させてもよい。埋込み電源選択回路１５９は、埋込み医療装置１０２に電気的に接続される出力を含む。
【００２７】
埋込み電源選択回路１５９は、埋込みバッテリ１５５および埋込みコイル１４０の一方から埋込み医療装置１０２に電力を提供することの間で切り替わるように構成される。外部回路１２０の切替調整と同様に、そのような内部切替は、埋込み制御回路１５２に提供される入力に基づいて決定されてもよい。埋込み制御回路１５２への入力は、埋込みコイル１４０で受信される電圧量および埋込み電子機器１５０の温度も示してもよい。たとえば、十分でないエネルギーが埋込みコイル１４０で受信されると、または１つまたは複数の内部部品の温度が安全に動作するにはあまりに高いと埋込み制御回路１５２が判定すれば、埋込み制御回路１５２は、埋込みバッテリ１５５から埋込み医療装置１０２に電力を供給するように埋込み電源選択回路１５９に命令してもよい。
【００２８】
埋込み医療装置に電力を供給するための回路に加えて、埋込み電子機器１５０は、生成したワイヤレスエネルギーを使用して埋込みバッテリ１５５を充電するための充電回路２５６も含む。充電回路は、ワイヤレスエネルギーが埋込み医療装置１０２に供給される間にさえ埋込みバッテリ１５５を充電することを可能にするように配置されてもよい。充電回路２５６は、埋込み制御回路１５２によって制御される１つまたは複数のスイッチを含んでもよい。
【００２９】
いくつかの例において、埋込みバッテリ１５５に提供される電力は、たとえば埋込み医療装置１０２からの電力需要の変動による、ＴＥＴ給電ＶＡＤシステムのバッテリ寿命に影響を及ぼす、埋込みバッテリの絶えず続く放電および再充電（「微小切断」と一般に称される）を回避するように制御されてもよい。たとえば、その開示内容を引用することにより本明細書の一部をなすものとする、所有者共通の米国特許第８，６０８，６３５号は、埋込みＶＡＤの電力需要に基づいて送信コイルによって発せられるエネルギーを動的に調節するＴＥＴシステムを記述する。
【００３０】
図３は、ＴＥＴシステム１００の電子部品間の通信を可能にするための通信回路を概略的に例示する。点線３１２、３１４および３１６の各々は、部品のうち２つの間のワイヤレス通信チャネルを表す。実線３２２、３２４および３２６の各々は、有線通信チャネルを表す。
【００３１】
外部電子機器１２０から始まると、外部電子機器は、（チャネル３２２を介して）外部コイル１３０と、（チャネル３２４を介して）外部バッテリ１２５と、（チャネル３１２を介して）臨床モニタ１６０と、（チャネル３１４を介して）埋込み電子機器１５０との各々に通信可能に接続される。外部電子機器１２０は、それがハウジングを共有する部品（たとえば、本例において、モジュール１１０に共に収容される外部バッテリ１２５）に配線されてもよく、かつ別々に収容される部品（たとえば、本例において、別々に収容される臨床モニタ１６０）にワイヤレスで結合される。外部電子機器１２０と任意の埋込み部品（たとえば、埋込み電子機器１５０）との間の通信はワイヤレスである。
【００３２】
図３の例において、外部電子機器と関連づけられるセンサ１１５は、壁電源１１２および外部バッテリ電源１２５を含む、接続される電源に対して供給電圧および供給電流の各々を測定するように構成される。追加のセンサが、外部電源選択回路（図１および２における１２６）に供給される電流量の他に、外部コイル１３０および関連づけられる電子機器の温度を測定するように構成される。これらの検知値に加えて、外部電子機器１２０は、埋込みコイル１４０の負荷での電圧および電流、埋込み整流器回路１５６での電圧などといった、ＴＥＴシステム１００と関連づけられる他の値を示す埋込み電子機器１５０からの情報信号を受信してもよい。
【００３３】
通信可能に接続される部品およびセンサ１１５／１６５からのデータを蓄積する以外に、外部電子機器１２０はまた、臨床モニタ１６０および埋込み電子機器１５０となど、ＴＥＴシステム１００の他の部品と集めたデータを共有してもよい。たとえば、外部電子機器１２０は、さらなる監視、記録、処理および／または分析のために臨床モニタ１６０にすべての受信および測定値を送信してもよい。臨床モニタへの通信は間欠的でもよい。
【００３４】
埋込み電子機器１５０は、ＴＥＴシステム１００の埋込み部品の測定センサ値およびデータを集めることに対して責任を負う。たとえば、埋込み電子機器１５０は、埋込みコイル１４０の負荷での電圧および電流に関する情報を受信してもよい。上述されたように、このデータは外部電子機器１５０および／または臨床モニタ１６０に中継されて、さらにシステム１００の送信機（外部）および受信機（埋込み）側間の制御を整合および効率を最適化してもよい。
【００３５】
外部電子機器１２０、埋込み電子機器１５０および臨床モニタ１６０はすべて、所有者共通の米国特許第８，６０８，６３５号に記述されるモジュールなど、ＲＦ送信機および／または受信機を有する無線周波数テレメトリモジュールによって通信してもよい。たとえば、外部電子機器は、医療ブルートゥース（登録商標）通信チャネルを使用して臨床モニタと（チャネル３１２を介して）通信してもよい。埋込み電子機器は、医療インプラント通信サービス（MICS）を使用して外部電子機器と（チャネル３１４を介して）および臨床モニタと（チャネル３１６を介して）通信してもよい。
【００３６】
モジュールなどの外部モジュール１１０の１つの構成が図４および図５Ａ〜図５Ｃに示される。図４は、外部モジュール１１０の分解立体図を例示する。外部モジュール１１０は、携行システムまたはハウジング４０５内に完全に配置される外部電子機器１２０および一次コイル（外部コイル１３０）の各々を含む。外部モジュールの効率は、共通ハウジング内に電力電子機器および一次コイルを一体化することによって改善される。別々に収容される一次コイルおよび駆動電子機器を有するＴＥＴシステムにおいて、コイルと駆動電子機器との間の距離（しばしば１メートル）は、ケーブル損失およびシステムの全体的な脆弱性という結果になることがある。駆動電子機器および一次コイルを同じ位置に設けることは、そのようなケーブル損失を排除し、高いＱおよびより高い効率が達成されることを可能にする。
【００３７】
図４の例において、ハウジング４０５は、プラスチックなどの耐久非導電材料で作られる。ハウジングは、モジュール１１０が使用中であるときに患者１０４から反対側に面する「外向き」キャップ４０７および患者１０４に向かって面する「内向き」ベース４０６の各々を含む。キャップ４０７およびベース４０６は、たとえば圧入、回転溶接、超音波溶接、接着剤などのような任意の適切な締結様式によって互いに締結してもよい。図４の例において、モジュール１１０は円形であるが、但しモジュールは、たとえば正方形、楕円形などといった異なる形状をとってもよい。熱絶縁層４０９がハウジング４０５のベース４０６に一体化されるか、またはハウジング４０５の内向き側の表面に追加の層として追加されて、一次コイルと患者の皮膚との間の追加の熱バリアを提供する。熱絶縁は、ポリマー材料（たとえば、シリコーン）で作られてもよく、かつ患者の皮膚毛穴のための通気性の表面を提供してもよい。
【００３８】
外部電子機器１２０は、モジュールの「外向き」端の近くに（たとえば、キャップ４０７内に）配置され、かつモジュール１１０の一次軸Ａに対して横断方向にまたは垂直に延在するプリント回路基板（ＰＣＢ）４２０に配置される。一次軸Ａは外側方向に、すなわちベース４０６の中心からキャップ４０７の中心に延びる。一次コイル４３０はモジュールの反対側の「内向き」端の近くに（たとえば、ベース４０６内に）配置される。そのような配置は、モジュールの電子部品がＴＥＴシステム１００の外部コイル１３０と埋込みコイル１４０との間の誘導結合に干渉しないことを確実にする。
【００３９】
ＰＣＢ４２０は、モジュール１１０のハウジング４０５に嵌まる形状にされてもよい。円形のモジュール１１０の例において、ＰＣＢ４２０は形状が円形または環状でもよい。図５Ａは、一次軸Ａ上にある、環形状にされたＰＣＢ４２０の中心に約２０ｍｍと約３５ｍｍとの間の直径を有するギャップをもつＰＣＢ４２０の上視図を示す。電子回路部品は、外部コイル１３０に接続されて共振回路を形成する１つまたは複数のコンデンサ１３５および他の部品を含んでもよく、ギャップの周囲に配置される。ＰＣＢ４２０の中心のギャップは、一次コイル１３０への電子回路部品の接続を可能にまたは少なくとも単純化するが、但しギャップは円形のＰＣＢなどから省略されてもよく、一次コイル１３０は異なる経路を介して接続されてもよい。また、以下さらに詳細に記述されるように、ＰＣＢ４２０は、接続点４３６および４３８を含み、一次コイル１３０をその他の電子回路部品に接続することを容易にする。
【００４０】
モジュール１１０のハウジング４０５は、直径７０ｍｍ以上をもつ一次コイル１３０を含むのに十分広くてもよい。たとえば、図４のハウジングは約９０ｍｍ以上の外径を有する。そのため、ＰＣＢ４２０は、ＰＣＢに配置される他の部品上にまたは下に物理的にコンデンサを重ねなければならないことなく、ハウジング４０５内に嵌まるのに十分広くてもよい。図５Ａに図示されるように、コンデンサ１３５はＰＣＢ上のその他の回路と並んで配置されてもよい。次いで、図４のハウジングは、同様の設計のより小さい直径のハウジングに対してより薄く（すなわち、一次軸に沿って）されてもよい。図４の例において、ハウジング４０５は約１０ｍｍと約２０ｍｍとの間（たとえば、１５ｍｍ）の厚さ（一次軸Ａでの）を有してもよい。
【００４１】
一次コイル４３０は、一次軸Ａの周囲に平面螺旋パターンに巻かれる単一の連続導線（たとえば、リッツ線）から構成される実質的に平面コイルである。本明細書において使用されるように、用語「螺旋」は、一次軸から始まり、軸の周囲に巻きつく曲線の他にも、軸から径方向に離れた位置から始まって軸の周囲に巻きつき、それによってコイルの中心にギャップまたは開口を残す曲線も両方とも含むと理解されるべきである。コイル１３０は５および１５巻の間あたりに巻かれてもよい。所与の値範囲に基づいて、かつ空芯インダクタを計算するための式Ｌ＝（ｄ２＊ｎ２）／（１８＊ｄ＋４０＊ｌ）（式中、ｄはコイル直径であり、ｌはコイル長さであり、ｎはコイルの巻数である）に基づいて、コイル１３０は１５μＨと２５μＨとの間あたりのインダクタンスを有してもよい。
【００４２】
図５Ｃは、一次コイル４３０の上視図を示す。一次コイルの導線は内端４３２および外端４３４を有する。図５Ｃの例において、線端４３２および４３４の各々は、一次軸Ａから径方向に延びる共通の放射軸Ｂに実質的に配置される。図４に図示されるように、線端４３２および４３４の各々はコイル４３０の面から上方にかつ離れて、かつＰＣＢ４２０の方へ曲がってもよい。各線端は、ＰＣＢ４２０上のそれぞれの接続点４３６および４３８にはんだ付けまたはその他接続されてもよい。
【００４３】
一次コイル１３０によって生成される磁界からＰＣＢ４２０の電子機器をシールドするために、モジュール１１０は、ＰＣＢ４２０と一次コイル１３０との間に配置されるシールド４５０を含む。シールド４５０は、一次軸Ａに中心が置かれ、かつそれに対して横断方向に延在する環状ディスク４５３、ならびに一次軸Ａのまわりに回転面を有する壁を画定し、かつそれぞれ環状ディスク４５３の内縁および外縁から外側方向に一次軸Ａに平行に延在する一対の同心リング４５７および４５８を含む。
【００４４】
リング４５７および４５８は、ＰＣＢ４２０の電子機器（コンデンサを含む）がシールド４５０によって形成される半トロイダル空洞内に完全に配置されるように、電子機器の高さ以上の長さにわたって一次軸Ａに沿って延在してもよい。
【００４５】
ディスク４５３もリング４５７および４５８も両方とも、約０．３ｘ１０６σ未満の電気伝導率および約２０００と約１２０００との間の比透磁率を有する強磁性材料またはフェリ磁性材料（たとえば、フェライト）で構成される。ディスク４５３は約１ｍｍと約２ｍｍとの間の厚さ（一次軸Ａ方向に）を有する剛体板でもよく、リング４５７／４５８は、各々約０．５ｍｍと約１ｍｍとの間の厚さ（放射軸Ｂ方向に）を有する柔軟な箔で作られてもよい。他の例示モジュール（たとえば、ギャップのない円形のＰＣＢを有するモジュール）は、中心に穴のない円形のシールド、およびディスクの外縁から延在する単一のリングを含んでもよい。そのような例において、ＰＣＢ４２０の電子機器（コンデンサを含む）は、シールド４５０によって形成される一定形状にされた空洞内に完全に配置されてもよい。さらなる例は、強磁性材料またはフェリ磁性材料の単一片から作られ、かつモジュール１１０が円形のまたは環状のＰＣＢを含むかどうかに応答して、それぞれ一定のまたは半トロイダル形状に成形されるシールドを含んでもよい。
【００４６】
シールド４５０は、一次軸Ａに沿ってＰＣＢ４２０と外部コイル４３０との間に配置される。シールド４５０のディスク４５３は、一次コイルから発せられる磁界を患者内に埋め込まれる二次コイル１４０に向かって向け直すか、または集中させる。この集中は、ＴＥＴシステム１００の結合係数を増加させ、かつさらにＰＣＢ４２０の電子機器を望ましくない誘導結合から保護する。内外リング４５７および４５８はさらなる保護を提供し、環状のＰＣＢ４２０（を通っての代わりに）周囲に磁界を効果的に誘導する。
【００４７】
ディスク４５３は複数の区分または部分で構成されてもよい。図５Ｂは、４分の１区分５０２〜５０８を有するディスク４５３の上視図を例示するが、但し他のディスクは異なる数の区分（たとえば、２つ〜８つの区分）を有してもよい。各区分は約２０ｍｍと約３５ｍｍとの間の半径を有する。ギャップ５１２〜５１８が、相互に隣接する区分の縁間に存在する。ギャップ５１２〜５１８は、組立ての間にディスクを切ることによって形成されてもよく、ディスク４５３の中心の一次軸Ａから実質的に径方向に延びてもよい。ギャップは０ｍｍから０．５ｍｍの範囲である。図５Ｂの例において、各区分は厚さ（すなわち、一次軸Ａに沿って）約１．５ｍｍである。上記方式でディスク４５３を区分することが、ＴＥＴシステムの効率を改善すると考えられる。ディスク４５３の中心には、内部穴５２５がある。図５Ｂの例において、内部穴５２５は正方形であるが、これはそのような形状が、一次コイル１３０と二次コイル１４０とを結合するための最適な散乱界特性を達成すると考えられるからである。内部穴５２５の大きさは２０ｍｍから３５ｍｍの範囲でもよく、いくつかの例において、異なる形状にされてもよい（たとえば、円形、矩形、三角形など）。
【００４８】
リング４５７および４５８の各々は、一次コイル４３０の導線端４３２および４３４をＰＣＢ４２０のそれぞれの接続点４３６および４３８に接続するために、リングを貫く一次コイル線の通過を可能にするように小さいスリット（図示せず）を含んでもよい。一次コイル１３０の内周の内線端４３２は内接続点４３６まで内リング４５７のスリットを通過してもよく、一次コイル１３０の外周の外線端４３４は外接続点４３８まで外リング４５８のスリットを通過してもよい。スリットは、線端がＰＣＢ４２０の実質的に同じ領域でＰＣＢ４２０に接続するように、互いに径方向に整列されてもよい。代替例において、リング４５７および４５８はスリットを含まなくてもよく、各線端４３２および４３４は、ＰＣＢ４２０の接続点４３６および４３８に接続するためにそれぞれのリングをこえてかつその周囲に曲がってもよい。
【００４９】
図４にはスペーサ４４０も図示され、ディスク４５３とＰＣＢ４２０との間に配置される。スペーサ４４０は、ディスク４５３の伝導率による起こりうる短絡を防止するためにＰＣＢ４２０とディスク４５３との間の十分な距離を提供する。スペーサは、プラスチックなどの非導電で非磁性な材料から好ましくは作られ、約１ミリメートルと約１０ミリメートルとの間の厚さ（たとえば、厚さ約６ミリメートル）を有してもよい。図４の例示モジュールは４つのスペーサを示し、各スペーサはディスク４５３のそれぞれの区分５０２〜５０８上に変位される。他の例はより多くのまたはより少ないスペーサ（たとえば、２つのスペーサ、８つのスペーサなど）を含んでもよい。
【００５０】
図４にはキャップ４０７の外向き側に、複数の発光ダイオード（ＬＥＤ）４８１〜４８６を含む視覚インジケータ４８０も図示される。後述されるように、ＬＥＤ４８１〜４８６は、埋込み二次コイル１４０に対する外部一次コイル１３０の位置を示すように、かつ外部一次コイル１３０が埋込みコイル１４０とよりよく整列するために移動されなければならない方向および／または距離をさらに示すように構成される。図４の例示モジュールは６つのＬＥＤの並びを示すが、しかし他の例は当該技術において既知の他の表示技術を使用しても、またより多くのまたはより少ないライト（たとえば、５つのＬＥＤ、８つのＬＥＤなど）も含んでもよく、ライトは他の構成（たとえば、格子、円形など）に配置されてもよい。
【００５１】
ここでＴＥＴシステム１００の埋込み部品に移ると、図６は、患者１４０内に埋め込まれる部品の例示配置の概略図を例示する。図６に図示されるように、埋込みコイル１４０、埋込みバッテリ１５５、埋込み医療装置１０２および埋込み電子機器１５０の各々は、患者の解剖学的構造に適合するために、別々のハウジングに配置され、かつ患者の体にわたって分散される。埋込みコイル１４０、バッテリ１５５および医療装置１０２の各々は、別々の電力ケーブルを介して埋込み電子機器１５０に電気的に接続される。
【００５２】
上述されたように、二次コイル１４０は一次コイル１３０に誘導的に結合可能である。患者内での二次コイル１４０の位置決めは、二次コイル１４０に近接して外部モジュール１１０を装着することを患者にとって容易にするような方式で行われてもよい。たとえば、二次コイル１４０は患者の皮膚の近くに位置決めされてもよい。その上、二次コイル１４０は、患者の体の比較的に平坦な部分の近くに位置決めされて、外部モジュール１１０を装着することをより容易にしてもよい。図６の例において、二次コイル１４０は患者の胸部の正面の近くに位置決めされ、その結果患者の胸部に外部モジュール１１０を装着することが容易であり、かつ外部モジュール１１０を二次コイル１４０に隣接させる。
【００５３】
図７は、二次コイル１４０を含む埋込みコイルモジュール７００の分解立体図を例示する。図７に図示されるように、二次コイル１４０は、嵌まり合うキャップ７１０およびベース７２０を有するモジュール７００のハウジング７０５内に配置される。キャップ７１０およびベース７２０を嵌め合わせることは、外部モジュール１１０に関連して上述されたものなど、当該技術において既知の任意の適切な方式で達成されてもよく、外部モジュール１１０のキャップ４０７およびベース４０６を嵌めることと同じでもまたは異なってもよい。ハウジング７０５は、モジュール７００または周辺組織を過熱することを回避するのに適切な散逸率をもつ生体適合性材料で作られてもよい。好ましくは、ハウジングは、一次コイル１３０と二次コイル１４０との間の誘導充電から生成される熱に起因して約２度（°Ｃ）を超えては上昇しない。
【００５４】
１つまたは複数のコンデンサ７４５（たとえば、全体的に高圧バルクコンデンサとして作用する）を保持する回路基板７４０、シールド７３０、および二次線コイル１４０の各々は、ハウジング７０５内に完全に配置され、かつモジュール７００の二次軸Ｃに対して横断方向にまたは垂直に延在する。二次軸Ｃは内側方向に、すなわちベース７２０の中心からキャップ７１０の中心に延びる。二次コイル１４０は好ましくは、患者の皮膚のより近くに（したがって外部モジュール１１０のより近くに）埋め込まれるように適合されているハウジング７０５のベース７２０に近接して配置され、コンデンサ７４５をもつ基板７４０は好ましくは、患者の皮膚からより遠いハウジング７０５のキャップ７１０に近接して配置される。付加的に、ハウジング７０５のキャップ７１０および／またはベース７２０は、１つまたは複数の視覚的に知覚可能なしるしを含み、ハウジング７０５のどちらの側が前向きである（すなわち、二次コイル１４０がその側に配置されている）かを、かつハウジング７０５のどちらの側が後向きである（すなわち、前向き側の反対）かを示す、または区別してもよい。しるしは、二次コイルモジュール７００のその適切な向きでの埋込みを補助して外部コイル１３０と二次コイル１４０との間の結合係数を最大化する。
【００５５】
コンデンサ７４５は、より大きい、より統合された領域にわたって熱損失を分布させるために、回路基板７４０の周囲で均一に分布される。図８Ａおよび図８Ｂは、回路基板およびコンデンサの代替配置を例示する。図８Ａにおいて、コンデンサ７４５は、中心に開口８２０を有するリング形状にされた回路基板７４０の外周８１０で位置決めされる。コンデンサの各々はピン（たとえば、８１２、８１４）を介してリングに電気的に接続される。図８Ｂにおいて、コンデンサ７４５は、中実の（中心に開口がない）回路基板７４０に円形パターンに位置決めされる。両配置は、熱損失がコンデンサの均一分布のために均一に分布されることを可能にする。
【００５６】
シールド７３０は基板７４０と二次コイル１４０との間に配置される。外部モジュール１１０のシールド４５０のように、シールド７３０は、誘導結合から基板７４０をシールドするための他にも、一次コイル１３０で生成される磁界の集中を改善するためにも共に有益であり、それによって一次コイル１３０と二次コイル１４０との間の結合係数を増加させる。
【００５７】
図７の例において、埋込みコイル１４０は、二次軸Ｃの周囲に螺旋パターンに巻かれる単一の連続導線（たとえば、リッツ線）から構成される実質的に平面コイルである。コイル１４０は５巻および１５巻の間あたりに巻かれてもよく、かつ一次コイル１３０の直径、たとえば約８０ｍｍ以上に実質的に等しい直径を有してもよい。導線は、内線端７４２および外線端７４４の各々でコンデンサ７４５に電気的に接続されてもよい。線端７４２および７４４をコンデンサ７４５に接続するために、端は、コイル７４０の面（二次軸Ｃに対して横断方向である）から上方にかつ離れて、かつ基板７４０の方へ略軸方向に曲げられてもよい。線端７４２および７４４とコンデンサ７４５との間の電気的接続は、コンデンサ７４５を保持する基板７４０上のそれぞれの接続点７４６および７４８に各線端をはんだ付けすることによって確立されてもよい。図７に図示されるように、線端７４２および７４４ならびに接続点７４６および７４８の各々は、二次軸Ｃから径方向に延びる共通の軸Ｄに実質的に配置されてもよい。
【００５８】
基板７４０は、直径が約３０ｍｍと約７０ｍｍとの間（たとえば、１７．５ｍｍ）の円形の内穴、および約１ｍｍの厚さ（二次軸Ｃ方向に）を有して環形状にされてもよい。上述されたように、基板７４０は、二次コイル１４０に接続され、かつ約１００ｎＦと約１５０ｎＦとの間の静電容量を有する１つまたは複数のコンデンサ７４５を含んでもよい。共に、二次コイル１４０およびコンデンサ７４５は共振回路を形成する。共振回路は、ハウジング７０５内に配置される一対の負荷端子（接続点８４６および８４８でもよい）を有する。いくつかの例において、基板は、たとえばコンデンサの選択的な接続を通して共振回路の共振周波数を調節するための追加の回路を任意選択的に含んでもよく、また埋込みコイルモジュール７００の温度を監視するための１つまたは複数の温度センサを任意選択的に含んでもよい。図７の基板７４０は９つのコンデンサをリング状に保持して図示されるが、しかし同様な形状および大きさのものなど、他の例示基板はより多くの（たとえば、１０の）またはより少ない（たとえば、２つまたは３つの）コンデンサに適合してもよく、コンデンサは（たとえば、格子状に）異なって配置されてもよい。
【００５９】
付加的に図７には、ハウジング７０５のキャップ７１０およびベース７２０の両方に組み込まれるポート７１５が図示される。ポートは、ケーブルまたは線がハウジング７０５内に配置される部品を埋込み電子機器１５０に電気的に接続するように、１つまたは複数の電力ケーブルまたは線（図示せず）が通過することを可能にするように適合される。たとえば、導体を有するケーブルが、ハウジング７０５に配置される負荷端子を埋込み電子機器１５０に電気的に接続するためにポート７１５を通過してもよい。コンデンサ７４５をケーブルの埋込みコイル１４０側に（すなわち、埋込みコイルモジュール７００に）含めて埋込みコイル１４０および負荷端子からの距離を減少させることが好ましい。これは次いでケーブルにわたる任意の電力損失を最小化する。図６に戻ると、埋込み電子機器１５０は埋込みコイル１４０に電気的に接続されるが、しかしそれとは別々に収容される。埋込み電子機器１５０は、電圧整流器基板および制御基板などの２つ以上の回路基板間で分割されてもよい。電圧整流器基板は、図１および図２に関連して上述された、埋込みコイルで生成されるＡＣ電力をＤＣ電力に整流する電圧整流器回路１５６を含むものとする。電圧整流器基板はまた、埋込み医療装置１０２に供給される電圧を必要とされるレベルに調節する、上述された電圧レギュレータ回路１５８の他に、埋込みバッテリ１５５および埋込みコイル１４０から埋込み医療装置１０２に電力を提供することの間で切り替わるための埋込み電源選択回路１５９を含むものとする。
【００６０】
制御基板は、埋込み医療装置１０２を駆動することに対して責任を負う、ＭＯＳＦＥＴインバータなどの回路の他に、埋込み電源選択回路１５９の電源選択を命令することに対して責任を負う制御回路１５２を含むものとする。制御回路１５２は、埋込みコイル１４０の適切な動作パラメータ（たとえば、共振周波数）を、および埋込みコイル１４０からの、埋込みバッテリ１５５からの、または両方のエネルギーを使用して埋込み医療装置１０２に給電するべきかを決定してもよい。制御基板はＴＥＴシステム１００についての様々なデータを付加的に収集および通信してもよい。たとえば、制御基板は、電源選択回路１５９の温度に関する情報を受信、解釈、記憶および／または中継するように構成されてもよい。さらなる例として、埋込み医療装置１０２が、図６のＶＡＤなどの埋込みポンプである場合、制御基板は、ポンプによって呈される逆ＥＭＦおよびポンプのステータでの電流など、ポンプでセンサ１６５から送信される情報を処理するように構成されてもよい。そのような情報の記憶は制御基板に含まれるメモリになされてもよく、情報は上述されたＲＦテレメトリ回路１５４を使用して、外部電子機器１２０および臨床モニタ１６０など、ＴＥＴシステム１００の他の部品に通信されてもよい。
【００６１】
代替実施形態において、電圧整流器基板および制御基板は別々に収容されてもよい。そのような例において、埋込みコイルモジュール７００（図７に関連して上述された）のハウジング７０５から延在するケーブルは、整流器ハウジングの入力端子に電気的に接続し、そこから整流器回路１５６の入力端子に接続する。そのため、整流器回路は、コンデンサ７４５から通る負荷電流のみが整流器回路１５６へのケーブルの導体に沿って埋込み医療装置１０２へと通過するように、埋込みコイル１４０と埋込み医療装置１０２との間に電気的に接続される。他の例において、電圧整流器基板および制御基板は、埋込みコイル１４０のハウジング７０５から延在するケーブルが共通のハウジングの入力端子に電気的に接続して、共に収容されてもよい。
【００６２】
埋込みバッテリ１５５は、チタンまたは医療グレードプラスチックケーシング内に収容されるセルリチウムイオンセル／バッテリでもよい。ＶＡＤに給電する場合、バッテリは約１２ボルトと約１６．８ボルトとの間の充電を蓄積するように構成されてもよい。上記されたように、埋込みバッテリは、埋込み制御回路１５２による判定に基づいて応答して埋込み医療装置１０２に給電するために、埋込み医療装置１０２に接続される。埋込みバッテリ１５５は、埋込み医療装置１０２で必要とされる電力を上回る埋込みコイル１４０で生成される電力を一時的に蓄積するために、埋込み回路１５０の電圧整流器基板を通して埋込みコイル１４０にも電気的に接続されてもよい。その余剰電力は、埋込み医療装置１０２を動作させる際に後に使用するために埋込みバッテリ１５５を充電するために使用されてもよい。
【００６３】
図６の例示配置に対する代替実施形態において、埋込みコイルは、埋込み医療装置に装着されるハウジングに配置されてもよい。たとえば、図８Ａ及び図８Ｂは、ＶＡＤ１０２の平坦端９０２に装着される埋込みコイルハウジング９０５を有する埋込み医療装置１０２（この例では、患者の心機能を補助するための補助人工心臓またはＶＡＤである）の斜視図を例示する。ＶＡＤ１０２の平坦端９０２は好ましくは、心臓から離れてかつ患者の胸部に向かって面して位置決めされ、その結果埋込みコイルは患者の皮膚の近くに位置決めされる。さらに、埋込みコイルハウジング９０５は好ましくは、そこに配置される埋込みコイル１４０が患者の胸部に向かって面して、その結果コイルシールドが埋込みコイルとＶＡＤ１０２との間に位置決めされるように装着される。これは埋込みコイル１４０が患者の胸部に装着される外部モジュール１１０に近接して位置決めされることを可能にし、外部コイルと埋込みコイルとの間の結合を最大化する一方で、さらに電磁ＴＥＴ界からＶＡＤの磁気部品および導電面をシールドする。図９の代替配置は、ＶＡＤにヒートシンクを提供するためにも有利である。埋込み電子機器もＶＡＤ１０２に装着される。これは、追加の装置ポケットもなく、かつ埋込みコイルハウジング９０５および埋込み電子機器９０７とＶＡＤ１０２との間のケーブルもないので、ＶＡＤおよびＴＥＴシステムの埋込みを大幅により単純にする。
【００６４】
全体的に上述されたＴＥＴシステムは、システムの動作のいくつかの態様をさらに改善する追加の特徴を含んでもよい。１つのそのような特徴は、動作のための通常、始動およびセーフモードルーチンの他に、どのモードで動作するべきかを決定するための試験ルーチンの実装である。試験ルーチンは、ＴＥＴシステム１００が異なる電流量を使用して外部コイル１３０を駆動するために備える。通常モード動作下で、ＴＥＴシステム１００の外部部品が埋込み部品と適切な通信状態にあるときに、駆動回路１２８は電力レベル交流電位（たとえば、最大電流量）を印加して外部コイル１３０を駆動する。上述されたように、通常作動下で、ＴＥＴシステムは少なくとも５ワット、少なくとも１０ワット、少なくとも１５ワットまたは少なくとも２０ワットの常時電力を生成してもよい。この電力は、埋込み医療装置の電力需要、ＲＦテレメトリ要求、主およびバックアップ電子システム所要量のすべてを作動させるために、かつさらに給電して埋込みバッテリを再充電するために使用されてもよい。しかしながら、ワイヤレスエネルギー伝送コイルまたはＲＦテレメトリコイルなどの外部部品の１つまたは複数が１つまたは複数の対応する埋込み部品と適切に結合されていなければ、より少ない電流が印加されて外部コイル１３０を駆動することになる。電流の減少量は、適切に結合されていない１つまたは複数の特定の部品に基づいてもよい。
【００６５】
始動ルーチンは、始動モードおよび通常モードの一方でＴＥＴシステム１００を動作させることの間で決定してもよく、かつ外部制御回路１２２によって制御されてもよい。始動ルーチンにおいて、ＴＥＴシステム１００は、外部コイル１３０と埋込みコイル１４０との間の結合度を試験するために、試験レベル交流電位を印加して外部コイル１３０を駆動することによって始動モードで開始してもよい。試験レベル交流電位は、埋込み装置を作動させるのに十分な電力ではなく、埋込みシステムまたはコイルを検知するのに十分な電力を生成する。たとえば、試験レベル交流電位は約２５０ｍＷ以下を生成してもよい。外部制御回路１２２のセンサ１１５は、外部コイル１３０と埋込みコイル１４０との間の誘導結合度を検出するように動作する結合検出回路を含んでもよい。この検出は、少なくとも部分的に電流モニタを使用して外部コイル１３０の電流フローを測定して行われてもよい。検出した結合に関する情報が次いで、結合検出回路から外部制御回路１２２に提供されてもよい。外部制御回路１２２は次いで、始動モードにとどまるべきかまたは通常モードに遷移するべきかを、提供された結合情報に基づいて決定してもよい。
【００６６】
外部制御回路１２２が通常モードにあり、かつ外部コイル１３０および埋込みコイル１４０が適切に結合されているというインジケーションを受信（またはその他そのように判定）しなければ、外部制御回路１２２は駆動回路１２８に、電力レベル交流電位を印加して外部コイル１３０を駆動することを中止するように命令してもよく、さらに始動モードに遷移し、かつ外部コイル１３０に試験レベル交流電位を印加してもよい。試験レベル交流電位は、外部コイル１３０および埋込みコイル１４０が適切にまたは十分に結合されているかどうかを決定するために断続的に印加されてもよい。試験レベル交流電位は、外部コイル１３０と埋込みコイル１４０との間の誘導結合の欠如にもかかわらず患者を傷つける（患者の皮膚または組織を過熱することなど）のに十分強い磁界を生成することなく誘導結合の存在を決定するのに十分な電流を提供してもよい。付加的に、試験レベル交流電位は電力の望ましくない消費を回避する一方で、外部制御回路１２２がコイル１３０と１４０との間の結合を監視および評価し続けることを依然可能にする。
【００６７】
セーフモードルーチンにおいて、送信されるワイヤレス電力のレベルは、外部電子機器のＲＦテレメトリ回路１２４と埋込み電子機器のＲＦテレメトリ回路１５４とが互いに適切に通信しているかどうかに基づいて決定されてもよい。たとえば、外部ＲＦテレメトリ回路１２４の受信機が埋込みＲＦテレメトリ回路１５４の送信機からＲＦテレメトリ信号を受信していないと外部制御回路１２２が判定すれば、外部制御回路１２２は駆動回路１２８に外部コイル１３０に比較的に低い電力レベル交流電位を印加するように命令してもよい。換言すれば、駆動回路１２８は、通常動作モードと比較してセーフモードにおいては外部コイル１３０により少ない電流（より短いパルス幅）を印加するものである。低電力レベル交流電位は、外部コイル１３０を駆動して埋込み医療装置１０２を作動させるのに十分な電力を生成するのに十分強いものである。たとえば、ＶＡＤに関して、ＶＡＤの電力要求は、患者の血流要求（これはさらに臨床スタッフによってプログラムされてもよい）によって定められてもよい。そのような電力要求は約２ワットから約５ワットの範囲であることができる。
【００６８】
外部制御回路は、始動モードルーチンおよびセーフモードルーチンの両方を実装するように構成されてもよい。そのような条件下で、駆動回路１２８は、コイルが適切に結合されていると結合検出回路が判定し、かつ外部ＲＦテレメトリ回路１２４が埋込み電子機器からＲＦテレメトリ信号を受信していないと外部制御回路が判定する場合のみ、外部コイル１３０に低電力レベル交流電位を印加するように動作してもよい。
【００６９】
ＴＥＴシステムの別の特徴は、ユーザが外部コイルと埋込みコイルとの間のエネルギー伝送の効率を最大化するためにそれらを適切に整列させるのを援助するための位置合わせプロトコルである。
【００７０】
外部制御回路１２２は、センサ１１５からの受信情報に基づいて外部コイル１３０と埋込みコイル１４０との間の当面の結合度を決定してもよい。情報は入力信号の形態で受信されてもよい。１つのそのような信号は外部コイル１３０に接続される電圧または電流モニタによって提供されてもよく、外部コイル１３０での電圧量および／または電流量を示してもよい。別のそのような信号は、外部ＲＦテレメトリ回路１２４によって提供されてもよく、コイル間の電力伝送（たとえば、結合係数または電流効率）を示してもよい。テレメトリ信号は、それ自体埋込みコイル１４０の電流を測定する埋込みセンサ１６５に接続されている埋込みＲＦテレメトリ回路１５４から受信されてもよい。
【００７１】
外部制御回路１２２は、外部コイル１３０と埋込みコイル１４０との間の結合度に関して患者に警告する。
【００７２】
そのような警告は、視覚または聴覚インジケータでなど、人間が知覚可能な信号を起動させることによってなど、視覚的に伝達されてもよい。視覚インジケータの例において、インジケータは、いくつかのライトまたはＬＥＤ（たとえば、図４の外部モジュール４２０の外向きキャップ４０７上のＬＥＤ４８１〜４８６）を含んでもよい。たとえば、起動されるライトの数が結合度を示してもよい。任意の所与の結合度に対して起動されるライトの数は、たとえば結合度が強いほど、起動されるライトが多い（または代替的に、少ない）ように、予め設定されてもよい。
【００７３】
上記開示は全体的に、埋込みＶＡＤを有するユーザに使用するためのＴＥＴシステムを記述する。それでいて、本発明は、ワイヤレス電力送出の経皮段階を有する任意のシステムに同様に適用できる。そのため、本発明は、任意の人間または他の動物に埋め込まれる任意の電力消費装置（たとえば、補聴器、ペースメーカ、人工心臓など）を駆動するために同様に適用できる。
【００７４】
本発明は特定の実施形態を参照しつつ記述されてきたが、これらの実施形態は単に本発明の原理および応用の例証を示すのみであることが理解されるべきである。したがって、例証的な実施形態に数多くの修正がなされてもよいこと、かつ添付の請求項によって定められるような本発明の趣旨および範囲から逸脱することなく他の配置が案出されてもよいことが理解されるべきである。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５Ａ−５Ｃ】
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【図６】
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【図７】
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【図８Ａ．８Ｂ】
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【手続補正書】
【提出日】平成28年12月27日(2016.12.27)
【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】
（ａ）電力消費装置と前記電力消費装置に電気的に接続される内部コイルとを備える内部部品であって、動物の体内に装着するように適合されている、内部部品と、
（ｂ）前記体の外に装着するように適合される外部コイルと、
（ｃ）前記外部コイルの電流フローを測定するように動作し、前記測定した電流フローに基づいて前記外部コイルが前記内部コイルに電磁的に結合されているか否かのインジケーションを提供するように動作する電流モニタと、
（ｄ）前記外部コイルが前記内部コイルに電磁的に結合されているという前記電流モニタからのインジケーションに応答して前記外部コイルに電力レベル交流電位を印加するように動作し、前記電力レベル交流電位を印加していないときに前記外部コイルに前記電力レベル交流電位未満の試験レベル交流電位を印加するように動作する駆動回路と
を備えてなる、経皮エネルギー伝送システム。
【請求項２】
前記駆動回路は、前記外部コイルが前記内部コイルに電磁的に結合されていないという前記電流モニタからのインジケーションに応答して前記外部コイルへの前記電力レベル交流電位の印加を中止するように動作する、請求項１に記載のシステム。
【請求項３】
（ａ）動物の体内に装着するように適合される内部部品であって、
内部コイルと、
前記内部コイルから電力を受けるために前記内部コイルに電気的に接続される内部装置と、
前記内部部品の動作に関する１つまたは複数のパラメータを表すテレメトリ信号を送るように動作するテレメトリ送信機と、を含む内部部品と、
（ｂ）前記体の外に装着するように適合される外部部品であって、
外部コイルと、
前記テレメトリ送信機から前記テレメトリ信号を受信するように適合されるテレメトリ受信機と、
前記外部コイルの電流フローを測定するように、かつ前記測定した電流フローに基づいて前記外部コイルが前記内部コイルに電磁的に結合されているか否かのインジケーションを提供するように動作する電流モニタと、
前記テレメトリ受信機が前記テレメトリ信号を受信するときに通常動作モードで、かつ前記テレメトリ受信機が前記テレメトリ信号を受信しないときにセーフ動作モードで動作する駆動回路であって、前記通常動作モードおよび前記セーフモードの両方で、前記外部コイルに印加される電力が前記内部コイルに結合されることになるように前記外部コイルに電力を印加するように動作し、前記電力が、埋込み医療装置を作動させるのに十分であり、前記通常モードで動作するときに前記テレメトリ信号に少なくとも部分的に応答して前記外部コイルに印加される前記電力を制御するように動作する駆動回路と、を含む外部部品と
を備えてなる、経皮エネルギー伝送システム。
【請求項４】
前記駆動回路が、前記セーフモードでより前記通常モードで前記外部コイルにより多くの電力を印加するように動作する、請求項３に記載のシステム。
【請求項５】
前記駆動回路が、前記通常モードで、前記内部装置および前記テレメトリ送信機に給電するのに十分な量の電力を前記外部コイルに印加するように動作する、請求項３に記載のシステム。
【請求項６】
前記外部コイルが前記内部コイルに電磁的に結合されているか否かのインジケーションを提供するように動作する結合検出回路をさらに備え、前記駆動回路が、前記テレメトリ受信機が前記テレメトリ信号を受信せず、かつ前記外部コイルが前記内部コイルに誘導的に結合されていることを前記結合検出回路が示すときにのみ前記セーフモードで動作するように構成されている、請求項３に記載のシステム。
【請求項７】
前記外部コイル、電流モニタおよび駆動回路が共通のハウジング内に配置されている、請求項３に記載のシステム。
【請求項８】
前記駆動回路が、前記内部装置に少なくとも２０ワットの電力を供給するように前記外部コイルを駆動するように動作する、請求項３に記載のシステム。
【請求項９】
二次軸と該二次軸の周囲に螺旋状に延在する二次導体とを有する二次コイルであって、前記二次軸に対して垂直な共通の径方向の線上に実質的に配置される内端および外端を有する二次導体とを有する、二次コイルと、
前記二次コイルに近接し、前記二次コイルの後部に近接して前記二次軸に対して横断方向に延在する、磁化可能な電気絶縁材料で構成される二次シールドと、
前記二次コイルに電気的に接続される電力消費装置と
を含んでなる、ワイヤレスエネルギー伝送システムの埋込み部品。
【請求項１０】
前記二次シールドが、前記二次軸と位置合わせされ前記二次シールドを通って延びる丸穴を有する、請求項９に記載の埋込み部品。
【請求項１１】
生体適合性外側面を有する埋込みコイルハウジングをさらに備え、前記コイルハウジングが、前記二次コイルを含み、かつ前側および後側を有し、前記二次コイルの前側が前記コイルハウジングの前記前側に向かって面し、前記コイルハウジングが、前記ハウジングの前記前側および後側を区別する１つまたは複数の視覚的に知覚可能なしるしを有する、請求項９に記載の埋込み部品。
【請求項１２】
一次軸と該一次軸の周囲に螺旋状に延在する一次導体とを有する一次コイルと、
前記一次コイルを駆動するように動作する駆動回路と、
前記一次コイルに近接して前記一次軸に対して横断方向に延在する、磁化可能な電気絶縁材料で構成される主シールドと、
前記一次軸の周囲に延在し、前記一次コイルから反対側に面する前記主シールドの後面から突出する、磁化可能な電気絶縁材料で構成されたシールド壁であって、前記シールド壁および主シールドが略カップ状の構造を協働で画定し、前記駆動回路の少なくとも一部が前記シールド壁内に配置されている、シールド壁と
を備えてなる、ワイヤレスエネルギー伝送システムのための駆動器。
【請求項１３】
前記駆動回路が、前記一次コイルと共振回路として接続される１つまたは複数のコンデンサと、前記共振回路に電力を供給するための、前記共振回路に接続される１つまたは複数の電力半導体とを含み、前記コンデンサおよび電力半導体が前記シールド壁内に配置されている、請求項１２に記載の駆動器。
【請求項１４】
一次軸と該一次軸の周囲に螺旋状に延在する一次導体とを有する一次コイルと、
前記一次コイルを駆動するように動作する駆動回路と、
前記一次コイルに近接して前記一次軸に対して横断方向に延在する、磁化可能な電気絶縁材料で構成される主シールドであって、前記一次軸と位置合わせされ主シールドを通って延びる正方形の穴を有する、主シールドと
を備えてなる、ワイヤレスエネルギー伝送システムのための駆動器。
【国際調査報告】
2017511205.tif 000011
2017511205.tif 000012
2017511205.tif 000013
2017511205.tif 000014
2017511205.tif 000015