JP2015509353A - 付属品充電コイルに結合可能な外部充電器を有する埋め込み可能医療デバイスのためのシステム - Google Patents

Abstract

内部充電コイル、並びに様々な形状及びサイズを有する複数のタイプの外部付属品充電コイルのうちの１つに結合可能な出力ポートを含む外部充電器システムを開示する。所定の患者の充電要求に対して外部充電器の内部充電コイルが十分である場合には、付属品充電コイルは、外部充電器から切り離すことができ、外部充電器は、独立自己完結型外部充電器として機能することができる。外部充電器は、複数タイプの付属品充電コイルのうちのどれが接続されているかを自動的に検出することができ、かつ相応にその作動を調節することができる。この多用途設計は、多数の患者によって彼らの特定のインプラント充電シナリオが異なる場合であっても外部充電器システムが使用されることを可能にする。【選択図】図５

Description

〔関連出願への相互参照〕
本発明は、共に本明細書に引用によって組み込まれる２０１１年１２月２１日出願の米国特許仮出願番号第６１／５７８，４８７号及び２０１２年１１月８日出願の米国特許出願番号第１３／６７１，６９３号に対する優先権を主張するものである。

本発明の開示は、一般的に、脊髄刺激（ＳＣＳ）、脳深部刺激（ＤＢＳ）、後頭神経刺激（ＯＮＳ）、末梢神経刺激、及びその他のような再充電可能な埋め込み可能医療デバイスのための付属式外部充電器システムに関する。

埋め込み可能刺激デバイスは、不整脈を治療するためのペースメーカー、心細動を治療するための細動除去器、難聴を治療するための蝸牛刺激器、盲目を治療するための網膜刺激器、協働する体肢運動を生成するための筋肉刺激器、慢性疼痛を治療するための脊髄刺激器、慢性頭痛を治療するための後頭神経刺激器、運動障害及び心理的障害を治療するための皮質及び脳深部刺激器、及び尿失禁、睡眠時無呼吸、肩関節亜脱臼などを治療するための他の神経刺激器のような様々な生物学的障害の治療のために電気刺激を発生させて身体の神経及び組織に送出するデバイスである。

図１Ａ及び図１Ｂは、例えば、チタンで形成された生体適合性ケース３０を含む埋め込み可能パルス発生器（ＩＰＧ）１００を示している。ケース３０は、通常は、ＩＰＧが機能するのに必要な回路と電源又はバッテリとを保持する。ＩＰＧ１００は、電極１０６が電極アレイ１１０を形成するように１つ又はそれよりも多くの電極リード（２つのそのようなリード１０２ａ及び１０２ｂが示されている）を通じて電極１０６に結合される。電極１０６は、各電極に結合された個々の信号線１１２ａ〜１１２ｐも収容する可撓性本体１０８上に担持される。信号線１１２ａ〜１１２ｐは、リード１０２（又はリード延長部、図示していない）をＩＰＧ１００に取外し可能に接続することを可能にするあらゆる適切なデバイスとすることができインタフェース１１５を通じてＩＰＧ１００に接続される。インタフェース１１５は、例えば、リード上の対応するコネクタと嵌合するように構成されたリードコネクタ３８ａ及び３８ｂを含む電気機械コネクタ配置を含むことができる。図示の実施形態において、リード１０２ａ上にＥ１〜Ｅ８とラベル付けした８つの電極が存在し、かつリード１０２上にＥ₉〜Ｅ₁₆とラベル付けした８つの電極が存在するが、リード及び電極の個数は用途に特定であり、従って、変化する可能性がある。

図２に示すように、ＩＰＧ１００は、典型的に、プリント回路基板（ＰＣＢ）１６をＰＣＢ１６上に装着されたマイクロプロセッサ、集積回路、及びコンデンサーのような様々な電子構成要素２０と共に含む電子基板アセンブリ１４を含む。最終的に、電子回路は、神経刺激のような治療機能を実行する。貫通アセンブリ２４が、様々な電極信号を電子基板アセンブリ１４からリードコネクタ３８ａ、３８ｂまで経路指定し、これは、次に、リード１０２に結合される（図１Ａ及び図１Ｂを参照されたい）。ＩＰＧ１００は、取りわけリードコネクタ３８ａ、３８ｂを収容するヘッダコネクタ３６を更に含む。ＩＰＧ１００は、ヘッダコネクタ３６内に装着することができる携帯式又は手持ち式又は臨床医のプログラミング器（図示せず）のような外部デバイスに対するデータの送受信のためのテレメトリアンテナ又はコイル（図示せず）を更に含むことができる。これに代えて、一部の実施形態において、充電コイル１８は、充電コイルとテレメトリコイルの両方として利用することができる。通常、ＩＰＧ１００はまた、電源及び特に再充電可能バッテリ２６を含む。

図２には、ＩＰＧ１００内のバッテリ２６を再充電するのに使用される外部充電器１２も示されており、これに対して下記でより詳細に説明する。外部充電器１２は、それ自体が作動するのに電力を必要とし、従って、セルラー電話とほぼ同じく壁コンセント充電クレードル又は電源コード接続を用いて再充電可能なバッテリとすることもできるそれ独自のバッテリ７０を含むことができる。これに代えて、外部充電器１２は、バッテリを欠き、その代わりに壁コンセント内に接続されることによって直接に電力を引き込むことができる。

外部充電器１２は、その機能を実施するのに必要とされる回路７６を含む１つ又はそれよりも多くのプリント回路基板７２、７４を含むことができる。一実施形態においてかつ図２に示すように、回路７６の大部分は、米国特許公開第２００８／００２７５００号明細書により詳しく記載されているように、充電コイル１７によって生成される可能性がある干渉及び加熱を低減する直交回路基板７４上に位置付けることができる。外部充電器１２はまた、接合部１３で接続された上部分１５ａと下部分１５ｂに分割することができる典型的に硬質プラスチックで形成されたケース又はハウジング１５から構成される。ケース１５は、手持ち式又は身体着用式又は携帯式とすることができる。回路基板７２及び７４を機械的に所定位置に保持するためにクランプ１９を利用することができるが、他の手段も同様に使用することができる。

外部充電器１２とＩＰＧ１００の間でエネルギ２９を無線伝送するためにかつ図２に示すように、充電器１２は、典型的には、誘導結合を通じてＩＰＧ１００内又はその上に位置付けられた類似の充電コイル１８に磁場の形態でエネルギ２９を供給する交流（ＡＣ）コイル１７を含む。この点に関して、外部充電器１２内のコイル１７は、好ましくは、ＩＰＧ１００内のコイル１８の平面に対して実質的に平行に置かれた平面内に巻かれる。そのような誘導エネルギ伝達の手段は、経皮的に、すなわち、患者の組織２５を通して行うことができる。ＩＰＧのコイル１８によって受け入れられたエネルギ２９は、整流されてＩＰＧ１００内のバッテリ２６を再充電するために使用することができ、それは、次に、ＩＰＧ１００を作動させる電子回路を給電する。これに代えて、受け入れられたエネルギ２９は、バッテリを全く欠く場合があるＩＰＧの電子回路に直接に給電するために使用することができる。エネルギ２９の供給は、例えば、外部充電器のケースの外部上に位置付けられた電源オン／オフボタン８０を含む簡単なユーザインタフェースの使用を通じて制御することができる。充電器１２のユーザインタフェースはまた、所定の実施に対して望ましい場合があるように、充電器のオン／オフステータス及び他の関連充電器ステータスを患者に警告するために１つ又は複数のＬＥＤ表示灯を含むことができる。

図３に示すように、外部充電器１２は、患者による使用中に様々な異なる充電シナリオに直面する場合がある。そのような充電シナリオは、埋め込み可能デバイスが外部充電器１２の充電コイル１７に対して様々な深さ及び角度で埋め込まれている場合に、１つ又はそれよりも多くの埋め込み可能デバイスに関わる場合がある。充電シナリオを更に複雑にすることに、埋め込み可能デバイスはまた、患者内で互いから様々な距離に位置付けられる場合がある。例えば、図３に示すシナリオ２００ａでは、互いから比較的小さい距離Ｄだけ離れて位置付けられ、かつ患者の皮膚２５の面に対して、従って、外部充電器１２内の充電コイル１７に対してそれぞれθ及びθ’のオフセット角度に向けられた充電コイル１８を有する２つの埋め込み可能デバイス１００ａ及び１００ｂが存在する。一部のそのようなシナリオでは、外部充電器１２内の充電コイル１７の電力は、埋め込み可能デバイスの向き及び／又は深さによって引き起こされる電力伝達の非効率性のために増加させなければならない。

図３に示すシナリオ２００ｂのような他のシナリオでは、比較的大きい距離Ｄ’にわたって埋め込まれた多数の埋め込み可能デバイス、例えば、埋め込み可能デバイス１００ｃ〜１００ｇが存在する場合がある。充電コイル１７に対するオフセット角度θ”が小さい場合であっても、患者が外部充電器を移動する心配をする必要なく全てのインプラントを同時に充電することができるように、かなり大きい直径、例えば、Ｄ’よりも大きい直径を有する充電コイル１７を使用するのが患者に対して望ましい場合がある。

単一外部充電コイルアセンブリを結合することができる外部コントローラを用いてインプラントを充電するためのシステムが提案されている。典型的には、外部コントローラは、データをインプラントにテレメトリ的に送信し、かつそこから受信するためだけに使用され、インプラントを充電するためのいずれの手段も別途含むことはない。インプラント充電に対するこの手法は、米国特許公開第２００９／０１１８７９６号明細書（「‘７９６公報」）に開示されている。

米国特許公開第２００８／００２７５００号明細書 米国特許公開第２００９／０１１８７９６号明細書 米国特許公開第２０１１／０２３４１５５号明細書

本発明者は、外部充電システムの多用性及び設計に更なる改善を加えることができると考えている。図２の外部充電器１２は、既に言及したある一定の埋め込み可能デバイス充電シナリオに対しては十分に大きくなく又は強力ではない場合がある。‘７９６公報の解決法は、インプラントを充電するために、それ以外は外部コントローラを必要としないのに外部コントローラの使用を必要とする。すなわち、患者は、充電を必要とする場合に彼らの外部コントローラを手元に持たなければならず、これは不便である。

従来技術による埋め込み可能パルス発生器（ＩＰＧ）と電極アレイがＩＰＧに結合される方式とを示す図である。 従来技術による埋め込み可能パルス発生器（ＩＰＧ）と電極アレイがＩＰＧに結合される方式とを示す図である。 従来技術による外部充電器からＩＰＧへの電力の無線伝達を示す図である。 従来技術による１対の例示的な外部充電器／インプラントシナリオを示す図である。 内部充電コイルと複数の外部付属品充電コイルとを有する外部充電器を含む改善された付属式外部充電システムの実施形態を示す図である。 内部充電コイルと複数の外部付属品充電コイルとを有する外部充電器を含む改善された付属式外部充電システムの実施形態を示す図である。 一実施形態による改善された付属式外部充電器システムの回路図である。 一実施形態による改善された付属式外部充電器システムの作動を詳描する流れ図である。

以下に続く説明は、改善された外部充電システムに関し、これは、様々なタイプの埋め込み可能医療デバイスシナリオを有する患者、及び外部デバイスと埋め込みデバイスの間の改善された結合、並びに改善された患者の快適性及び利便性から利益を得ることができる患者によって使用することができるものである。例えば、本発明は、埋め込み可能センサ、埋め込み可能ポンプ、ペースメーカー、細動除去器、蝸牛刺激器、網膜刺激器、後頭神経刺激器、協働する体肢運動を生成するように構成された刺激器、皮質及び脳深部刺激器、又は様々な病状のうちのいずれかを治療するように構成されたあらゆる他の神経刺激器を使用するシステムの一部として使用することができる。

本発明の開示は、内部充電コイルに加えて、様々な形状及びサイズを有する複数の外部付属品充電コイルの１つに結合可能な出力ポートを含む外部充電器システムを説明する。そのようなシステムは、外部充電器のためのクレードル又はドッキングステーションを含むことができ、高い電力要件を有する大きい付属品充電コイルの使用を可能にする。所定の患者の充電要求に対して外部充電器の内部充電コイルが十分である場合には、外部充電器から付属品充電コイルを切り離すことができ、外部充電器は、典型的な外部コントローラによって必要とされる複雑な回路又はインタフェースなしに独立自己完結型外部充電器として機能することができる。外部充電器は、複数タイプの付属品充電コイルのうちのどのタイプが接続されているかを自動的に検出することができ、それに従ってその作動を調節することができる。この多用途設計は、多くの患者によってかれらの特定のインプラント充電シナリオが異なる場合であっても外部充電器システムが使用されることを可能にする。それに応じて、開示する外部充電器システムは、各々が特定の充電シナリオに合わせられた異なる外部充電器を製造するのと比較した場合に、製造することがより廉価で簡単である。

改善された付属品外部充電システム２１０の一実施形態を図４Ａに例示している。システム２１０は、改善された外部充電器２７５、及び外部充電器２７５に結合可能な少なくとも１つの外部付属品充電コイルアセンブリ２２０という２つの主要構成要素を含む。下記でより詳しく解説するように、付属品充電コイル２２０が外部充電器２７５に結合されると、システム２１０は、内部充電コイル１７を無効にし、接続された付属品充電コイル２２０のタイプをインテリジェントに決定し、この付属品充電コイル２２０を通じて電力を１つ又はそれよりも多くのＩＰＧ１００に送ることができる。下記でより詳しく解説するように、外部充電器２７５は、外部充電器２７５内のバッテリ７０のような再充電可能電源を使用するか、又はＡＣ−ＤＣアダプタ２９１によってＤＣレベルに整流されたＡＣ電源２９２（例えば、壁プラグ）を用いて電力を受け入れるクレードル又はドッキングステーション２７０内の電力ポート２７２を経由するかのいずれかによって付属品充電コイル２２０に給電することができる。外部充電器２７５は、そうでなければ独自の制御、電力、及びユーザインタフェースを欠く付属品充電コイル２２０内の充電コイル２５０を励磁することによって電力伝送を制御する。

外部充電器２７５のハウジング１５は、付属品充電コイル上のコネクタ２３０を差し込むことができるポート２７１を含む。コネクタ２３０は、充電コイルハウジング２４０の充電コイル２５０を含む部分にケーブル２３５によって接続される。図示の例では、付属品充電コイルアセンブリ２２０は、充電コイル２５０の円形形状を受け入れるようにほぼドーナツ形のものであるが、この形状は、下記でより詳しく解説するように、他の付属品充電コイルでは変えることができる。例えば、充電コイルハウジング２４０は、正方形又は更に円盤形のものとすることができ、中心孔を欠く可能性がある。

図４Ａに示す例示的な付属品充電コイル２２０内の充電コイル２５０は、好ましくは、２５／３８リッツ線（この場合に、各線は、３８ゲージ線の２５本の個々に絶縁されたストランドを含む）又は５０／４１リッツ線（４１ゲージ線の５０本の個々に絶縁されたストランド）のようなリッツ線から構成される。一例において、充電コイル２５０は、約４００マイクロヘンリーのインダクタンスを示し、このインダクタンスは、５．５ｃｍのコイル直径（ＣＤ）で巻かれた約７５回巻回の２５／３８リッツ線を使用することによって達成することができる。しかし、充電コイル２５０に関するこれらの値は、設計者に関する実施選択の問題であり、システムによって使用される各付属品充電コイルにおいて変更される可能性がある。コイル直径（ＣＤ）は、好ましくは、ＩＰＧ内の対応する充電コイル１８との結合の信頼性を最大にするために大きくされる。しかし、より大きいコイル直径は、より高い電力を必要とすることになり、これは下記でより詳しく解説する主題である。

外部充電コイルアセンブリ２２０のような付属品充電コイルは、多くの異なる方法で組み立てることができ、ここでは可撓性外部充電コイルアセンブリを形成するための１つの方法を詳細に説明する。図４Ａの断面で最も明快に分るように、組立ては、充電コイル２５０及び下記でより詳細に解説する温度感知サーミスタ２６０のような電子構成要素を保持するための基板２５５で始めることができる。基板２５５は、可撓性であり、かつ電子回路を担持するのに使用されるカプトン又はポリイミドのようないずれかのタイプの可撓性基板を含むことができる。充電コイル２５０は、指定された巻回数まで巻かれ、得られるコイル２５０が、可撓性を有する絶縁シリコーン母材中に巻線を含むように、シリコーンの堆積と同時に巻かれる。他の実施形態において、より堅固な付属品充電コイルを可能にするために、より硬質の筐体が好ましい場合がある。更に他の実施形態において、付属品充電コイルが患者の身体の湾曲面に適用される用途において、ある程度の「形状記憶」を有する付属品充電コイルが望ましい場合がある。

図４Ａの付属品充電コイル２２０の断面図には、磁気遮蔽材料２５６が示されている（しかし、上面図には示されていない）。磁気遮蔽材料２５６は、例えば、Ｍａｒｕｗａ Ｃｏ．によって製造されているＦＬＥＸ−μ ＦＥＲＲＩＴＥ ＳＨＥＥＴのような可撓性フェライト材料を含むことができる。米国特許公開第２０１１／０２３４１５５号明細書（「‘１５５公報」）により詳細に記載されているように、フェライト遮蔽は、充電コイル２５０によって生成された磁場を集束させるために、すなわち、患者に向う磁気充電場の大部分を反射するために使用することができ、それによって充電効率が高まるだけでなく、充電コイル２５０によって生成される磁気充電場から電子機器が遮蔽される。可撓性フェライト材料は、類似の遮蔽特性を有する同等の硬質フェライト材料（‘１５５公報に記載されている硬質フェライト材料のような）よりも薄くすることができ、従って、充電効率を更に促進するより薄く可撓性の高いコイルの構成が可能になる。より薄いアセンブリを可能にするために、硬質の付属品充電コイル内で可撓性フェライト遮蔽を使用することができる。断面図に示すように、磁気遮蔽材料２５６は、基板２５５と充電コイル２５０の間に装着することができる。更に、‘１５５公報に記載されているように、磁気遮蔽材料２５６は、同じ利益に向けて外部充電器２７５自体の内部に使用することができる。

サーミスタ２６０が、基板２５５上に置かれ、かつケーブル２３５に向けて誘導される適切なリード線２６５に取り付けることができる。下記でより詳しく解説するように、サーミスタ２６０は、安全温度が維持されることを確実にするために、充電中、すなわち、充電コイル２５０が励磁されている時の温度を感知するように設計される。サーミスタ２６０は、温度を外部充電器２７５に報告して戻すことができ、次に、外部充電器２７５は、温度が過度に高い（４１Ｃ又は約１０６Ｆを超える）場合に、更なる充電を一時的に無効にすることができる。実際の閾値温度は、サーミスタ２６０の配置、及びこれらのサーミスタ２６０が付属品充電コイル２２０の面温度にどれ程良好に相関するかに依存することになる。しかし、サーミスタ２６０は、厳密に必須であるわけではなく、更に、個数及び充電コイルハウジング２４０の回りの配置は変更することができる。例えば、図４Ａに示すように、サーミスタ２６０は、基板２５５の上部又は下部に現れるか（図４Ａの断面図に示すように）、又はハウジング２４０の反対側部に現れるようにすることができる。ハウジング２４０が円盤形のものである場合には、基板２５５も同じく円盤形にすることができ、サーミスタ２６０は、この配置では、これに代えて又はこれに加えてハウジングの中央に位置付けることができる。

電子構成要素が基板２５５に装着された状態で、リード線は、ケーブル２３５内の線に接続される。次に、充電コイルハウジング２４０が、得られる基板２５５の周囲に射出成形される。射出成形工程における充填材料としてシリコーンを使用することができ、軟質で可撓性を有する充電コイルハウジング２４０を提供する。結果は、快適であり、かつ患者の身体と共形になるように曲げることができる充電コイルハウジング２４０である。これは、患者が、充電中にハウジング２４０をＩＰＧ１００との適正なアラインメントに置く上でハウジング２４０上に重りを置かなければならない用途では特に重要である。充電コイルハウジング２４０は、一例では３．０ｍｍの厚み（ｔ）を有することができる。

基板２５５は、シリコーンの射出成形の前に充電コイル２５０及びあらゆる関連電子機器（例えば、温度センサ２６０）を安定化するのに有用とすることができるが、基板２５５は厳密に必要とされるわけではない。これらの構成要素を封入するためのハウジング２４０の射出成形は、基板２５５の利益なしでも行うことができる。

内部充電コイル１７及び外部充電コイル２５０を励磁するのに必要とされる電力を含む電子構成要素２７５を作動させるための電力は、バッテリ７０から取得することができる。バッテリ７０は、標準の使い捨てアルカリバッテリ（例えば、２つから４つのＡＡ又はＡＡＡバッテリ）を含むことができる。しかし、好ましい実施形態において、バッテリ７０は再充電可能であり、それによってバッテリのコスト及び廃棄物が低減される。特に、バッテリ７０には、リチウム（Ｌｉ）イオンバッテリ又はＬｉ−イオンポリマーバッテリが好ましい。そのようなバッテリは、高いセル電圧（例えば、４．２Ｖ）を有し、従って、１つのセルで、直列接続された多くのアルカリセルを置換することができる。そのようなバッテリは、アルカリセルのほぼ２倍とすることができる高いエネルギ容量も有する。従って、再充電可能なＬｉ−イオンバッテリ又はＬｉ−イオンポリマーバッテリ７０は、同じ形状因子で２倍のアルカリセル稼動時間を可能にするか、又はより小さい電子構成要素２７５の設計を可能にする約半分のパッケージサイズで同じ稼動時間を可能にするかのいずれかである。

これに代えて、電子構成要素２７５を作動させる電力は、クレードル２７０内に接続された壁コンセントから引くことができる。外部充電器２７５のハウジング１５は、外部充電器２７５がクレードル内に静置されている間にコイル２５０を励磁することを可能にする２つの端子２７３ａ及び２７３ｂを有することができる（図５を参照されたい）。外部充電コイル２５０がクレードル２７０を通じて励磁されている間に外部充電器２７５内の外部充電器バッテリ７０を同時に充電することができるが、両方のバッテリを同時に充電するほど十分な電力が取得不能である場合には、ＩＰＧバッテリ２６を充電するために外部充電コイル２５０に優先度を与えることができる。

図４Ｂは、外部充電器２７５に接続された異なる付属品充電コイル３２０を有するシステム２１０を示している。図４Ｂでは、外部充電コイルアセンブリ３２０は、図４Ａに示す付属品充電コイル２２０の直径よりも各々大きい断面幅（例えば、６インチ）及び長さ（例えば、１０インチ）を有する大きい矩形コイル３５０、並びに大きい基板３５５、ハウジング３４０を含み、時に磁気遮蔽材料（図示せず）を含む。大きい付属品充電コイル３２０は、深く埋め込まれた（例えば、約１２ｃｍの深さ）刺激器を有する患者、又は比較的大きい面積にわたって散在する多数のインプラントを有する患者における使用に望ましい場合がある。大きい付属品充電コイル３２０を用いた充電は、充電場が患者の組織を通じてより深く侵入することを可能にし、大きい有効面積を与えるので、一部の患者に対してより有益である場合がある。

しかし、より大きいコイルサイズの場合には、より厳しい電力要件がもたらされる。他の実施形態において、付属品充電コイル３２０は、約４ワットの電力を引き込む可能性がある。バッテリ７０を過度に急速に消耗させるのを回避するために、付属品充電コイル３２０を用いた充電は、好ましくは、外部充電器２７５がクレードル２７０内に静置され、電力を壁プラグ２９２を通じて壁コンセントから直接に引き込む状態で行うことができる。必要に応じて、付属品充電コイル３２０は、外部充電器２７５及びクレードル２７０を壁プラグの近くに位置付けるという要件に適合させるために長いケーブル２３５を有することができる。

大きいコイルサイズは、より複雑な加熱の懸念を呈する場合もある。従って、外部充電コイルアセンブリ３２０の周りに、図４Ａの外部充電コイルアセンブリ２２０（２個）に示したものよりも多いサーミスタ２６０（例えば、６個）が配置される。好ましい実施形態において、サーミスタ２６０は、外部充電コイルアセンブリ３２０の周りに実質的に均等に離間され、それによって外部充電コイルアセンブリ３２０の様々な場所における温度を外部充電器２７５によってモニタすることが可能になる。外部充電コイルアセンブリ３２０の周りの様々な場所において、様々なファクタによってもたらされる「ホットスポット」が生じる可能性があるので、このモニタリングは重要である場合がある。充電コイル３５０によって生成される比較的強い磁場によって発生する干渉を考えると、サーミスタ２６０から値を読み取り、それに応じて充電を調節するのは困難である場合がある。従って、一実施形態において、サーミスタ２６０からデータを読み取る間に、外部充電コイル３５０は一時的に無効にされる。サーミスタ２６０は、約３０秒間隔で読み取ることができる。図４Ｂには示していないが、付属品充電コイル３２０は、熱を均等に分散させて、使用中に付属品充電コイル３２０内に生じるホットスポットによってもたらされる問題を軽減するために、熱伝導材料、例えば、熱パッドを含むことができる。

ここで図５に移ると、図４Ａ及び図４Ｂの付属品充電コイル２２０及び３２０を含む付属式外部充電器システム２１０の回路図がより詳細に示されている。付属品充電コイルの各々の内部に存在する基本的な回路を示すために、付加的な付属品充電コイル４２０が示されている。

上述したように、外部充電器２７５は内部コイル１７を有し、ＩＰＧバッテリを充電するための独立型コードレス外部充電器として使用することができる。外部充電器２７５は、バッテリ７０と、バッテリ７０を制御方式で充電するバッテリ充電回路９２とを更に含む。スイッチ２８２とコイルドライバ２８４とを含む外部充電器２７５の様々な要素を制御するために、マイクロコントローラ１６０が使用される。（マイクロコントローラ１６０は、コンピュータシステム内の論理を処理することができる集積回路又は非集積回路を含むことができる。）スイッチ２８２は、コイルドライバ２８４に対する電源をバッテリ７０とクレードル２７０によって接点２７３ａ及び２７３ｂに供給されるＤＣ電圧との間で切り換える。上述したように、大きい電力引き込みを必要とする大きいコイルでは、外部充電器２７５は、好ましくは（又は更に余儀なく）、クレードル２７０によって供給される電力で作動させることができる。外部充電器２７５がクレードル２７０から電力を受けていない場合には、コイルドライバ２８４に給電するのに、余儀なくバッテリ７０に依存することが必要である場合がある。

付属式外部充電器システム２１０は、付属品充電コイルが外部充電器２７５上のポート２７１内に挿入されているか否かを決定することができる。ポート２７１は、十分な個数のコネクタピンを有するあらゆる個数の公知の円筒コネクタを含むことができる。一実施形態において、ポート２７１は、コイル電力（ＣＯＩＬ）、サーミスタ電力（ＴＰ）、サーミスタデータ（ＴＤ）、接地（ＧＮＤ）、及び接地ループバック（ＧＬ）信号という５つの接続を有する。ＧＬ信号２７４は、コイル４２０に示すように、付属品充電コイル内でＧＮＤに短絡される。付属品充電コイルが外部充電器２７５に接続されると、ＧＬは、この短絡を通じて接地され、それによって外部充電器２７５内のスイッチ２９５のゲートが接地されてスイッチが切られ、それによって内部充電コイル１７が接断される。一方、付属品充電コイルが接続されない時には、スイッチ２９５のゲートは、プルアップ抵抗２８８を通じてハイにプルアップされ、それによってスイッチ２９５が入れられ、内部充電コイル１７及びその同調コンデンサー２８６がコイルドライバ２８４に接続される。このようにして、外部充電器２７５は、ポート２７１に接続された場合に付属品充電コイルを駆動することになり、他の場合はそれ自体の内部充電コイル１７を駆動することになる。

図５には、サーミスタ電力（ＴＰ）を受けて、外部充電器２７５の温度をサーミスタデータ信号ＴＤに沿ってマイクロコントローラ１６０に報告する内部サーミスタ２６１も示されている。例示的な付属品充電コイル４２０内には、同じく電力（ＴＰ）を受けてＴＤを通じて外部温度を報告する外部サーミスタ２６０が示されている。サーミスタ２６１及び２６０は、Ｄａｌｌａｓ Ｓｅｍｉｃｏｎｄｕｃｔｏｒによって供給されているＭａｘｉｍ ＤＳ１８２５デジタルサーミスタを含むことができる。ＤＳ１８２５は、通信に１つの線（ＴＤ）だけしか必要とせず、各サーミスタは、そのオンボードＲＯＭ内に固有の６４ビットシリアルコードを格納することができる。ＤＳ１８２５は、４ビットアドレスを用いてプログラムすることができ、それによって１６個までのサーミスタを単一の線（ＴＤ）を通じて一意的にプログラムすることが可能になる。ＤＳ１８２５の単線通信機能は、外部サーミスタ２６０の各々が同じ電力信号、データ信号、及び接地信号を共有することを可能にし、３つの線のみを用いて複数のサーミスタの使用を可能にする。

充電パラメータを適切に設定することができるように、外部充電器２７５がどのタイプの付属品充電コイル（例えば、２２０、３２０、又は４２０）が接続されたかを決定する機能を有することを可能にするために、サーミスタ２６０のアドレスをプログラムすることも有利である場合がある。この点に関して、図５に示すように、付属品充電コイル２２０がアドレス０（すなわち、「００００」）及び１（すなわち、「０００１」）を用いてプログラムされた２つのサーミスタ２６０を含むと仮定する。付属品充電コイル３２０がアドレス２〜７（すなわち、「００１０」から「０１１１」）を用いてプログラムされた６つのサーミスタ２６０を含むと更に仮定する。付属品充電コイル４２０がアドレス８（すなわち、「１０００」）及びアドレス９（すなわち、「１００１」）を用いてプログラムされた２つのサーミスタ２６０を含むと更に仮定する。これらを知った上で、各アドレスを特定のタイプの付属品充電コイルに関連付けるテーブル２６２をマイクロコントローラ１６０に格納するか又はそれに対してアクセス可能にすることができる。すなわち、テーブル２６２は、アドレス０及び１が小さい円形付属品充電コイル２２０に対応し、アドレス２〜７が大きい矩形付属品充電コイル３２０に対応し、かつアドレス８及び９が付属品充電コイル４２０に対応することを反映する。

付属品充電コイルが外部充電器２７５に接続されたことが検出されると（例えば、上述したように）、マイクロプロセッサ１６０は、従って、信号線ＴＤを通じてサーミスタの様々なアドレスを問い合わせることができる。確認応答又は温度が、例えば、０又は１というプログラミングされたアドレスを有するサーミスタ２６０から報告されない場合には、マイクロコントローラ１６０は、付属品充電コイル２２０が接続されていないことを認識することになる。一方、２から７までの範囲にわたるプログラミングされたアドレスを有するサーミスタに関する確認応答又は温度の報告が戻された場合には、マイクロコントローラ１６０は、大きい付属品充電コイル３２０が接続されたことを認識することになり、それに従ってこのコイルによる充電処理を制御することができる。例えば、大きいコイル３２０が検出された場合には、マイクロコントローラ１６０は、コイルドライバ２８４によって供給される電力を増大させることができ、このコイルを駆動するのに使用される電力をクレードル２７０によって供給されるものに制限することができ、安全温度設定値をこのコイルに適するように変更することができる等々のことを行うことができる。

開示するサーミスタのアドレス指定機能を様々な付属品充電コイルを識別して制御するための手段として使用することは容易で好適であるが、この方式は例示的な方式に過ぎないことに注意しなければならない。外部充電器がそれに接続された付属品充電コイルのタイプを決定することを可能にする他の方式も同じく使用することができる。例えば、付属品充電コイル２２０、３２０、４２０などの各々は、コイルのアドレスを定めるプログラム可能なメモリ、ヒューズ、又はアンチヒューズを含むことができる。これらのアドレスは、次に、接続された付属品充電コイルの特定のタイプを外部充電器２７５に通知し、かつそれに応じてこのコイルを制御するために、標準の方法で問い合わせることができると考えられる。更に、当該付属品充電コイルを決定するために、サーミスタ２６０の各々の６４ビットシリアルコードを読み取って、外部充電器２７５に格納し、かつ同様にテーブル２６２に追加することができる。

より洗練された実施形態において、外部充電器２７５は、接続された付属品コイルがテーブル２６２内のエントリに符合しない場合に患者に警告することができ、それによって患者は、自身の特定の埋め込み可能デバイスシナリオに不適切な付属品充電コイルを使用するのを防ぐことができる。

開示する改善された外部充電器システムは、従って、単一外部充電器２７５を用いてポート２７１を通じて様々なタイプの付属品充電コイルを駆動する。図５に示す例示的な付属品コイルは、従来技術の独立型の専用外部充電器を用いては利用することができない機能を有する付属式外部充電器システム２１０を提供することができる。例えば、小さいコイルアセンブリ２２０（図４Ａ）は、単一インプラントを伴う状況において、又は患者が外部充電器を自身の身体に接して長い期間にわたって容易又は快適に保持することができない場合に、より快適な充電を可能にする小さくて薄いコイルを含むことができる。小さいコイルアセンブリ２２０は、約７ｃｍの直径及び１Ｗの電力要件を有することができる。大きいコイルアセンブリ３２０は、大きい有効面積を必要とする多数のインプラントが存在するシナリオ、又はインプラントが深く埋め込まれており、強い外部充電場が望ましいシナリオにおいて良好な充電を可能にすることができる。大きいコイルアセンブリ３２０は、約１０インチ×６インチの寸法を有し、約４Ｗの電力要件を有することができる。後頭神経刺激（ＯＮＳ）付属品充電コイル（図示せず）は、そのようなインプラントが自然に位置付けられると考えられる患者の首の背後と共形になるように湾曲形状に形成することができる可撓性材料で製造することができ、約２Ｗの電力要件を有することができる。

すなわち、改善された付属式外部充電器システム２１０は、様々な患者、例えば、ＳＣＳ治療、ＤＢＳ治療、又はＯＮＳ治療を受けている患者によって使用することができ、所定の患者は、自身の特定の埋め込み可能デバイスシナリオに対応する付属品充電コイルを購入して使用することだけが必要である。これに代えて、一部の患者は、独立型携帯外部充電器２７５のみを使用することができ、自身の充電要求に対して付属品充電コイルを必要としない。更に、各全ての埋め込み可能医療デバイスシナリオに対して独特の外部充電器を設計する代わりにシステム２１０内で機能する外部充電器２７５をただ１つだけ製造することで済むことにより、システムの製造業者には更に好都合である。

ここで図６に移ると、改善された付属式外部充電器システム２１０の作動を詳描する流れ図が示されている。最初に、患者は、充電セッションを開始するために外部充電器２７５を起動する（段階６００）。次に、外部充電器２７５は、外部充電器に結合された付属品充電コイルが存在するか否かを決定する（段階６０５）。そうである場合に、システムは、外部充電器の内部充電コイル１７を無効にし（段階６１５）、接続されている付属品充電コイルのタイプを識別し（段階６２０）、接続された付属品充電コイルのアイデンティティに基づいて充電ルーチン及びパラメータを決定する（段階６２５）。次に、システム２１０は、この付属品コイルに対して決定した充電ルーチンに従って接続された付属品充電コイルを通じて埋め込み可能医療デバイスを充電することになる（段階６３０）。充電セッション中に定期的に、システム２１０は、付属品充電コイルが切り離されたか否かを決定することになる（段階６３５）。そうでない場合に、システム２１０は、埋め込み可能医療デバイスを充電し続けることになる（段階６３０）。付属品充電コイルが切り離されている場合には、システム２１０は、外部充電器の内部充電コイル１７を用いて充電を開始することができる（段階６１０）。これに代えて、システム２１０は、付属品充電コイルが切り離されている場合に充電を完全に休止することができる（図６には示していない）。

段階６０５に戻ると、外部充電器２７５により、接続された付属品充電コイルが存在しないと最初に決定された場合には、外部充電器は、自体の内部充電コイル１７を用いて充電を開始することができ（段階６１０）、そのようにして充電を続けながら、付属品充電コイルがその後に接続されたか否かを決定するために定期的に検査を行い（段階６０５）、付属品充電コイルが接続された場合には、システム２１０は、直前に解説したようにそのような付属品コイルを用いて充電を開始することができる（段階６１５〜６３０）。

本発明の特定の実施形態を図示して記述したが、以上の解説は、本発明をこれらの実施形態に限定するように意図していないことを理解しなければならない。当業者には、本発明の精神及び範囲から逸脱することなく様々な変形及び修正を加えることができることが明らかであろう。すなわち、本発明は、特許請求の範囲によって定められる本発明の精神及び範囲に入ることができる代替物、修正物、及び均等物を網羅するように意図している。

９２ バッテリ充電回路
２１０ 付属品外部充電システム
２７０ クレードル
２７５ 外部充電器
３２０ 外部充電コイルアセンブリ

Claims (32)

1. １つ又はそれよりも多くの埋め込み可能医療デバイスを充電するための外部充電器システムであって、
   前記１つ又はそれよりも多くの埋め込み可能医療デバイスに給電する第１の場を選択的に与えるように構成された内部第１充電コイルを含む外部充電器と、
   前記１つ又はそれよりも多くの埋め込み可能医療デバイスに給電する第２の場を選択的に与えるように構成された第２充電コイルを各々が含む複数の外部充電コイルアセンブリと、
   を含み、
   各外部充電コイルアセンブリが、前記外部充電器のポートで該外部充電器に取り付け可能であり且つ該外部充電器から切り離し可能である、
   ことを特徴とするシステム。
2. 少なくとも１つの外部充電コイルアセンブリが、可撓性を有することを特徴とする請求項１に記載のシステム。
3. 少なくとも１つの外部充電コイルアセンブリが、硬質であることを特徴とする請求項１に記載のシステム。
4. 前記外部充電器は、前記第１充電コイルと前記外部充電コイルアセンブリの前記第２充電コイルとを励磁して前記第１及び第２の場をそれぞれ生成するためのコイルドライバを更に含むことを特徴とする請求項１に記載のシステム。
5. 前記外部充電器に外部充電コイルアセンブリが取り付けられていない場合に、前記第１充電コイルを用いて前記第１の場を前記１つ又はそれよりも多くの埋め込み可能医療デバイスに供給することを特徴とする請求項１に記載のシステム。
6. 前記外部充電器に取り付けられた外部充電コイルアセンブリの第２充電コイルを用いて前記第２の場を前記１つ又はそれよりも多くの埋め込み可能医療デバイスに供給することを特徴とする請求項５に記載のシステム。
7. 少なくとも１つの外部充電コイルアセンブリが、少なくとも１つのサーミスタを含むことを特徴とする請求項１に記載のシステム。
8. 前記サーミスタの少なくとも１つが、前記外部充電コイルアセンブリのうちの１つに対するアドレスを符号化するのに使用されることを特徴とする請求項７に記載のシステム。
9. 前記外部充電器は、前記複数の外部充電コイルアセンブリのうちのどれが前記ポートで該外部充電器に取り付けられたかを自動的に決定するためのマイクロコントローラを更に含むことを特徴とする請求項１に記載のシステム。
10. 前記マイクロコントローラは、どのアセンブリが取り付けられたかをそのアセンブリに対する少なくとも１つのアドレスを読み取ることによって決定することを特徴とする請求項９に記載のシステム。
11. 前記マイクロコントローラは、前記取り付けられたアセンブリに従ってシステムの作動を調節することを特徴とする請求項９に記載のシステム。
12. 前記システムの作動を調節することは、前記取り付けられたアセンブリ内の前記第２充電コイルによって供給される前記第２の場の強度を調節することを含むことを特徴とする請求項１１に記載のシステム。
13. 前記外部充電器は、前記取り付けられたアセンブリ内の前記第２充電コイルによって供給される前記第２の場の前記強度を調節するためのコイルドライバ回路を更に含むことを特徴とする請求項１２に記載のシステム。
14. 前記システムの作動を調節することは、前記取り付けられたアセンブリに対する温度設定値を調節することを含むことを特徴とする請求項１１に記載のシステム。
15. 前記複数の外部充電コイルアセンブリの各々が、前記外部充電器によって認識可能な少なくとも１つの固有アドレスを含むことを特徴とする請求項１に記載のシステム。
16. 前記外部充電器は、ユーザインタフェースとバッテリを更に含むことを特徴とする請求項１に記載のシステム。
17. 前記外部充電器内の前記バッテリを充電するように構成されたクレードルを更に含むことを特徴とする請求項１６に記載のシステム。
18. 前記クレードルは、前記外部充電器に給電するように更に構成され、
    前記外部充電器に供給される電力を使用して、前記ポートに取り付けられた外部充電コイルアセンブリの前記第２の場を生成することができる、
    ことを特徴とする請求項１７に記載のシステム。
19. 前記ポートに取り付けられた外部充電コイルアセンブリの前記第２の場は、前記外部充電器に供給される前記電力又は前記バッテリのいずれかを用いて生成されることを特徴とする請求項１７に記載のシステム。
20. 各外部充電コイルアセンブリが、前記１つ又はそれよりも多くの埋め込み可能医療デバイスに供給される電力を集束させるための磁気遮蔽材料を更に含むことを特徴とする請求項１に記載のシステム。
21. 外部充電器システムを用いて１つ又はそれよりも多くの埋め込み可能医療デバイスを充電する方法であって、
    外部充電器に外部充電アセンブリが結合されているか否かを決定する段階と、
    前記外部充電器に外部充電アセンブリが結合されている場合に、該外部充電器に結合された該外部充電アセンブリのタイプを決定する段階と、
    前記取り付けられた外部充電アセンブリを用いて前記１つ又はそれよりも多くの埋め込み可能医療デバイスを無線充電する段階と、
    を含み、
    前記充電する段階は、前記取り付けられた外部充電アセンブリの前記決定されたタイプに少なくとも部分的に基づいて制御される、
    ことを特徴とする方法。
22. 前記外部充電器に外部充電アセンブリが結合されていない場合に、該外部充電器を用いて前記１つ又はそれよりも多くの埋め込み可能医療デバイスを無線充電する段階、
    を更に含むことを特徴とする請求項２１に記載の方法。
23. 前記１つ又はそれよりも多くの埋め込み可能医療デバイスは、前記外部充電器内の第１コイルによって充電されることを特徴とする請求項２２に記載の方法。
24. 前記外部充電器での充電セッションを開始する段階を最初の段階として更に含むことを特徴とする請求項２１に記載の方法。
25. 前記充電セッションを開始する段階は、前記外部充電器のユーザインタフェースで選択を受け入れる段階を含むことを特徴とする請求項２４に記載の方法。
26. 前記充電する段階は、前記取り付けられた外部充電アセンブリに外部充電器によって供給される電力を調節することによって制御されることを特徴とする請求項２１に記載の方法。
27. 前記充電する段階は、前記取り付けられた外部充電アセンブリに対する温度設定値を調節することによって制御されることを特徴とする請求項２１に記載の方法。
28. 前記外部充電器は、前記外部充電アセンブリに結合するためのポートを含むことを特徴とする請求項２１に記載の方法。
29. 前記タイプは、前記外部充電アセンブリのアドレスを前記外部充電器において読み取ることによって決定されることを特徴とする請求項２１に記載の方法。
30. 前記１つ又はそれよりも多くの埋め込み可能医療デバイスは、取り付けられた外部充電アセンブリ内の第２コイルによって充電されることを特徴とする請求項２１に記載の方法。
31. 前記１つ又はそれよりも多くの埋め込み可能医療デバイスを充電するための電力が、前記外部充電器内のバッテリによって供給されることを特徴とする請求項２１に記載の方法。
32. 前記１つ又はそれよりも多くの埋め込み可能医療デバイスを充電するための電力が、前記外部充電器に結合されたＡＣ電源によって供給されることを特徴とする請求項２１に記載の方法。

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