JP2010259664A

JP2010259664A - 体内埋め込み装置

Info

Publication number: JP2010259664A
Application number: JP2009113718A
Authority: JP
Inventors: Yasushi Takahashi; 裕史高橋
Original assignee: Olympus Corp
Current assignee: Olympus Corp
Priority date: 2009-05-08
Filing date: 2009-05-08
Publication date: 2010-11-18

Abstract

【課題】患者にかかる負担を軽減しつつ、長期間にわたって電池寿命を維持する。
【解決手段】心臓または心膜に固定される電極２と、該電極２に電気的に接続され、該電極２に対して電力を供給する外部装置３とを備え、電極２に、心臓の拍動に伴う変形による圧電効果によって発電する発電素子４が備えられ、外部装置３に、発電素子４により発電された電力を蓄える蓄電手段１２が設けられている体内埋め込み装置１を提供する。
【選択図】図３

Description

本発明は、体内埋め込み装置に関するものである。

従来、体内埋め込み機器の電源を確保するために、二次側回路を体内埋め込み機器に設け、体外に配置した一次側回路から、体内の二次側回路に対して経皮的に交流電磁界を作用させて、電力を供給する装置が知られている（例えば、特許文献１参照。）。

特許第３１７４２１３号公報

しかしながら、従来の方法では、経皮的に作用させる交流電磁界が高周波になり、高周波磁界が皮膚を発熱させることがあるという不都合が考えられる。また、体内埋め込み機器自体に電池を備えておき、電池が寿命に達したら外科手術によって電池を交換する方法も考えられるが、患者に与える負担が大きいという不都合がある。

本発明は上述した事情に鑑みてなされたものであって、患者にかかる負担を軽減しつつ、長期間にわたって電池寿命を維持することができる体内埋め込み装置を提供することを目的としている。

上記目的を達成するために、本発明は以下の手段を提供する。
本発明は、心臓または心膜に固定される電極と、該電極に電気的に接続され、該電極に対して電力を供給する外部装置とを備え、前記電極に、心臓の拍動に伴う変形による圧電効果によって発電する発電素子が備えられ、前記外部装置に、発電素子により発電された電力を蓄える蓄電手段が設けられている体内埋め込み装置を提供する。

本発明によれば、心臓または心膜に固定された電極に備えられた発電素子が、心臓の拍動に伴って変形し、それによる圧電効果によって発電する。そして、発電された電力が、電極に電気的に接続された外部装置の蓄電手段によって蓄えられる。これにより、電力消費量が抑えられ、長期間にわたって電池寿命を維持することができる。

上記発明においては、前記発電素子が、酸化亜鉛ナノワイヤ繊維を織り込んだシートを備えていてもよい。
このようにすることで、酸化亜鉛ナノワイヤ繊維を織り込んで構成されたシートが心臓の拍動に合わせて柔軟に湾曲し、心臓の拍動を利用して効率的に発電することができる。

また、上記発明においては、前記シートの表面に、相対移動可能に接触させられる被覆部材を備えていてもよい。
このようにすることで、シートの湾曲による発電とともに、シートと被覆部材との摩擦による発電も行うことができ、心臓の拍動をより効率的に利用して電力消費量を抑え留ことができる。

本発明によれば、患者にかかる負担を軽減しつつ、長期間にわたって電池寿命を維持することができるという効果を奏する。

本発明の一実施形態に係る体内埋め込み装置を示す全体構成図である。図１の体内埋め込み装置に備えられる電極部を示す縦断面図である。図１の体内埋め込み装置の外部装置を示す機能ブロック図である。図１の体内埋め込み装置に備えられる発電素子を示す（ａ）平面図、（ｂ）側面図である。図４の発電素子とこれを被覆するケースとの隙間に対する発電力の変化のグラフを示す図である。図１の体内埋め込み装置の電極部の変形例を示す縦断面図である。

本発明の一実施形態に係る体内埋め込み装置１について、図面を参照して以下に説明する。
本実施形態に係る体内埋め込み装置１は、図１に示されるように、心臓Ａまたは心膜Ｂに装着される右心房用（ＲＡ）、右心室用（ＲＶ）および左心室用（ＬＶ）の３つの電極部２と、該電極部２に電気的に接続され、該電極部２に対して電力を供給する外部装置３とを備えた除細動装置である。

電極部２には、図２に示されるように、心臓Ａの拍動に伴う変形による圧電効果によって発電する発電素子４が備えられている。
発電素子４は、図４（ａ），（ｂ）に示されるように、酸化亜鉛ナノワイヤ繊維５を織り込んで構成された柔軟なシートにより構成されている。

発電素子４は、図２に示されるように、例えば、シリコーン樹脂からなる柔軟なケース６によって被覆されている。ケース６には、金属材料からなる電極７が固定されている。電極７および発電素子４は、リード線８によって外部装置３に接続されている。

発電素子４を構成するシートは、その周縁部分においてシリコーン樹脂からなるケース６に固定されている。シリコーン樹脂からなるケース６は、心臓Ａの拍動による振動によって弾性変形して内部の発電素子４を加圧するようになる。これにより、シートを構成している酸化亜鉛ナノワイヤ繊維５が圧電効果によって発電するようになっている。

また、発電素子４の中央部分はケース６に固定されることなく、ケース６内面に対して微小隙間をあけて配置されている。発電素子４の表面とケース６の内面との隙間寸法は、心臓Ａの拍動によって発電素子４あるいはケース６が弾性変形して両者が接触して両者間に摩擦が発生する程度の寸法であることが好ましく、例えば、０．１〜０．９ｍｍである。これにより、ケース６が変形させられて発電素子４が圧迫される際に、ケース６の内面と発電素子４の表面との間に発生する摩擦によって、発電が促進されるようになっている。

外部装置３は、図３に示されるように、電極部２とリード線８を介して接続された切替部９と、該切替部９を介して電極７に対してペーシング電圧あるいは除細動電圧を供給する出力回路１０と、切替部９を介して発電素子４から入力された交流電力を整流する整流回路１１と、該整流回路１１により整流された電力を蓄電する二次電池１２と、切替部９、出力回路１０および整流回路１１を制御する制御回路１３とを備えている。二次電池１２に蓄えられた電力は、外部装置３の各部を作動させるために使用され、かつ、電極部２に対してペーシング電圧あるいは除細動電圧するために使用される。

切替部９は制御回路１３によって、電極７において検出された心電信号を受け取り、あるいは、出力回路１０から出力されたペーシング電圧あるいは除細動電圧を電極７に対して供給し、あるいは、発電素子４において発生した電力を整流回路１１に供給するように切り替えられるようになっている。

このように構成された本実施形態に係る体内埋め込み装置１の作用について説明する。
本実施形態に係る体内埋め込み装置１を使用するには、電極部２を心臓Ａまたは心膜Ｂに固定し、心臓Ａからの心電信号を検出する。検出された心電信号は、リード線８を介して外部装置３まで伝送され、切替部９に入力される。制御回路１３は切替部９を入力側に切り替えておくことにより、伝送されてきた心電信号を制御回路１３に入力させることができる。

制御回路１３においては、心電信号に基づいて心臓Ａの状態が判定され、心臓Ａの状態に応じて、ペーシング電圧あるいは除細動電圧を心臓Ａに対して出力するように出力回路１０に対する指令が行われる。また、制御回路１３は、その際に、切替部９を出力側に切り替えて、出力回路１０からのペーシング電圧あるいは除細動電圧を電極７に向けて出力させる。

さらに、本実施形態によれば、心臓Ａまたは心膜Ｂに固定された電極部２には、心臓Ａの拍動による振動が加えられる。これにより、シリコーン樹脂からなるケース６が弾性変形させられることになり、発電素子４を構成するシートが加圧されて圧電効果によって発電される。

発電素子４はその中央部分においてケース６の内面から切り離されて、ケース６内面に対して相対移動可能に支持されているので、ケース６が弾性変形して発電素子４の表面に密着させられると、その際に両者間に摩擦が発生する。これにより、発電素子４の圧電効果が高められて、発電が促進され、発電量を増大させることができる。

制御回路１３は、心電信号の検出およびペーシング電圧あるいは除細動電圧の出力を行わない期間において、切替部９を入力側に切り替えるとともに、発電素子４において発生した電力を整流回路１１に入力し、二次電池１２を充電する。

このように、本実施形態に係る体内埋め込み装置１によれば、心臓Ａの拍動によるケース６の弾性変形によって、発電素子４を構成するシートが変形および摩擦されて発電されるので、外部装置３に備えられている二次電池１２の電力が逐次補われ、長時間にわたる使用が可能となる。
逆に、耐用年数を同様に設定した場合には、二次電池１２として小型のものを採用することができ、装置全体の小型化を図ることができる。

また、図５に示されるように、発電素子４の表面がケース６内面に隙間なく密着して相対移動が行われない場合（図における隙間０ｍｍの場合）と比較して、発電素子４の表面とケース６内面との間に隙間を設けることによって、両者間の相対移動に伴って発生する摩擦により、発電される電力が増大することがわかった。
特に、ケース６が加圧されていない状態における、発電素子４の表面とケース６内面との隙間を０．１〜０．９ｍｍとした場合には、摩擦を生じない１ｍｍ以上の隙間の場合と比較して発電力が大きく、この範囲に隙間を設定することで、発電効率を向上することができる。

本実施形態においては、体内埋め込み装置１として除細動装置を例示したが、これに限定されるものではなく、心臓Ａの拍動を受ける位置に発電素子４を配置することができる装置であれば任意の体内埋め込み装置１に適用することができる。
また、ケース６内に１枚のシートからなる発電素子４を配置した場合を例示したが、図６に示されるように、２枚あるいは３枚以上の発電素子４を相互に隙間をあけて配置することにしてもよい。このようにすることで、さらに発電効率を向上することができる。

また、本実施形態においては、外部装置に切替部を設けて、心電信号の検出、ペーシング電圧や除細動電圧の出力および発電された電力の入力を切り替えることとしたが、これに代えて、それぞれに対して別個にリード線を設けて、切替部を省略することにしてもよい。このようにすることで、心電信号の検出やペーシング電圧あるいは除細動電圧の出力に関わらず、発電素子４が発電した電力を常時整流回路１１に供給して蓄電することができる。

Ａ心臓
１体内埋め込み装置
２電極部（電極）
３外部装置
４発電素子
５酸化亜鉛ナノワイヤ繊維
６ケース（被覆部材）
１２二次電池（蓄電手段）

Claims

心臓または心膜に固定される電極と、
該電極に電気的に接続され、該電極に対して電力を供給する外部装置とを備え、
前記電極に、心臓の拍動に伴う変形による圧電効果によって発電する発電素子が備えられ、
前記外部装置に、発電素子により発電された電力を蓄える蓄電手段が設けられている体内埋め込み装置。
前記発電素子が、酸化亜鉛ナノワイヤ繊維を織り込んだシートを備える請求項１に記載の体内埋め込み装置。
前記シートの表面に、相対移動可能に接触させられる被覆部材を備える請求項２に記載の体内埋め込み装置。