JP4631083B2 - 埋込み可能な駆動部を備える医療装置、およびその異常検出方法 - Google Patents

Description

本発明は、埋込み可能な駆動部を備える医療装置に関し、特に、埋込み可能な駆動部に電磁誘導によって電力を伝送する医療装置に関する。

従来より、このような医療装置には、例えば埋込型人工心臓といった人工臓器や、ペースメーカといった体内埋込型医用電子機器、疾病を体内で治療する治療器、そして検査装置がある。

リード線等により皮膚を貫通させてのエネルギー伝送は、皮膚に穴をあけるという性質上、感染症の問題がある。また、リード線からのエネルギー供給により人工心臓といった医療装置を直接駆動させる場合、患者の行動範囲が制限される。このように、皮膚を介してのエネルギー伝送は患者のクオリティオブライフ（ＱＯＬ）という観点からさまざまな問題を含んでいる。そこで、皮膚を貫通することなくエネルギーを供給するため、体外と体内に置かれた二つのコイル間の電磁誘導作用を利用して、経皮的にエネルギーを伝送する方法がとられている。これを利用したエネルギー伝送システムは、経皮エネルギー伝送システム（ＴＥＴＳ： Ｔｒａｎｓｃｕｔａｎｅｏｕｓ Ｅｎｅｒｇｙ Ｔｒａｎｓｍｉｓｓｉｏｎ Ｓｙｓｔｅｍ、またはＴＥＴ）と呼ばれている。

このシステムの、体外と体内に置かれた二つのコイルにより、経皮トランスが構成される。そして、電力伝送部となる経皮トランスを介し、体外の電源装置から体内のポンプといった駆動部へと電力が伝送される。これまで、さまざまな経皮トランスが考案され、実験されてきた。例えば、空心コイルと呼ばれる銅線を円盤状に巻いたものを用いたもの、若しくは、実際に人間に装着した際にコイル間に生じるずれを防止するために形状を変え、傘型にしたものがある。しかし、これらの空心コイルはコイルの形状が大きくなってしまう。また、装着した際にずれやすいため結合度が下がり伝送効率が安定しない欠点がある。これに対し、結合度を上げるために磁性体を用いるコイルが考案された。磁性体はコイルに生じた磁束を閉じ込める働きをする。その例として、ポット形の磁性体を用いたもの、アモルファス磁性線をコイルの外側に放射状に貼ったものがある。いずれも磁性体を用いることで結合度は増加したが、磁路の途中に皮膚があるためそれほど結合度を高くすることはできない。そこで、体内側に２次コイルを埋込むための特殊な手術が必要だが、磁路に皮膚がないために高い結合度が得られる体外結合型トランスが用いられている。（非特許文献１から４）
越地耕二、益田幸一郎、周英明、宇都宮敏男、高野久輝、阿久津哲造：完全埋込式人工心臓駆動用経皮エネルギー伝送システムの開発．人工臓器 １８： ５３３−５３６， １９８９ 松木英敏、越地耕二：生体へのエネルギー伝送システム．平成４年電気学会全国大会講演会論文集：Ｓ．２１−４，１９９２ 三田村好矩：電磁駆動式完全埋込型人工心臓の開発と将来への課題：工学的側面．人工臓器 ２５： ７３８−７４３， １９９６ 柴建次、越地耕二：体内埋込型人工心臓駆動のためのエネルギー供給技術．日本時計学会Ｖｏｌ．４４ Ｎｏ．４

トランスが有する２個のコイルは、体外と体内に配置され、物理的には皮膚といった体組織を介して隔てられている。このため、体動等により体外トランスの結合異常が生じると、エネルギー伝送に支障をきたし、外部からのエネルギー供給が途絶えアクチュエータの停止に至る場合すらある。また、エネルギー伝送が可能であっても、体外回路や経皮エネルギー伝送用トランス自体に発熱が生じ、エネルギー供給システムや医療装置を装着した患者あるいは動物に悪影響をもたらす。よって結合異常が生じた際にはそれを確実に検出し、患者およびその周囲の人に報知する必要がある。

そこで、本発明は、結合異常を検出することが可能な医療装置を提供することを目的とする。

上記の課題を解決するため、本発明は以下のものを提供する。

（１）体内埋込み可能な駆動部と、電源部と、当該電源部からの電力を前記駆動部へ伝送する電力伝送部と、を備える医療装置であって、前記電力伝送部は、前記電源部に接続される１次コイルと、前記駆動部に接続される体内埋込み型の２次コイルと、前記１次コイルおよび前記２次コイルの内部を貫く閉磁路を形成するための複数に分割されたコア部材から成り、前記閉磁路が複数の前記コア部材の接合面同士を接合することで形成されるコアと、前記コア部材の接合面に配置され、複数の前記コア部材の位置ずれに関する信号を出力するセンサコイルと、当該センサコイルから出力された信号に基づいて、前記コア部材の位置ずれを報知する報知手段と、を備えることを特徴とする医療装置。

（１）の発明によれば、複数のコア部材の接合面において、コア部材の位置ずれが生じた場合には、センサコイルに鎖交する磁束の差に変化が生じる。これにより、センサコイルの起電力の差にも変化が生じるため、コア部材の位置ずれを検出することができる。そして、位置ずれの検出結果をもとにしてコアの位置ずれを修正することにより、１次コイルおよび２次コイルによるトランスの磁束結合度をより高めることができる。したがって、電源部からの電力を、体内に埋込まれた駆動部に対しより効率よく伝送することができる。

埋込型の駆動部に対し電磁誘導により経皮的に電力を伝送する医療装置では、電力伝送部のトランスの結合異常が生じると駆動部の動作に支障をきたす。トランスの結合異常は、主にコアの位置のずれによって引き起こされるが、本発明によれば、結合異常の原因となるコアのずれを検出でき、このことは、電源部からの電力を体内の駆動部に対し効率よく伝送する正常な動作の維持に資する。

（２）前記センサコイルは、前記コア部材の接合面に、それぞれの囲む領域が異なるように配置された第３のコイルと第４のコイルとから成ることを特徴とする（１）に記載の医療装置。

（２）の発明によれば、ずれ検出部は、第３のコイルと第４のコイルの起電力の差に生じた変化を検出することができる。

（３）前記コア部材の接合面には、当該接合面を４等分する案内溝が形成され、当該案内溝により４等分された領域の対角上に位置する領域を囲むように前記第３のコイルと前記第４のコイルとが前記案内溝の中に埋め込まれていることを特徴とする（２）に記載の医療装置。

（３）の発明によれば、第３のコイルおよび第４のコイルは、案内溝の中に配置される。これによれば、接合面の上に第３のコイルおよび第４のコイルが突き出ることがないので、接合面同士の間隔をより小さくすることができる。

（４）前記報知手段は、報知器を備え、前記第３のコイル及び前記第４のコイルが発生する電圧の差が所定値を超えた場合、または前記電圧に特定の変化が生じた場合に、前記報知器を介して前記コア部材の位置ずれを報知することを特徴とする（２）または（３）に記載の医療装置。

（４）の発明によれば、前記コア部材の位置ずれが生じた場合に、報知することができる。

（５）前記センサコイルにより、複数の前記コア部材のスライド方向への位置ずれ、またはギャップ方向への位置ずれを検出することを特徴とする（１）乃至（４）のいずれかに記載の医療装置。

（５）の発明によれば、コア部材のスライド方向への位置ずれだけでなく、ギャップ方向への位置ずれをも検出することができる。

埋込型の駆動部に対し電磁誘導により経皮的に電力を伝送する医療装置では、電力伝送部のトランスの結合異常が生じると駆動部の動作に支障をきたす。トランスの結合異常は、主にコアの位置のずれによって引き起こされるが、本発明によれば、結合異常の原因となるコアのずれを検出でき、このことは、電源部からの電力を体内の駆動部に対し効率よく伝送する正常な動作の維持に資する。

本発明の医療装置によれば、駆動部に接続される２次コイルを、その中を閉磁路が貫く位置に配置するために、コアはギャップを有する。本発明によれば、このギャップにおいてコアの位置がずれた場合には、第３のコイルと第４のコイルに鎖交する磁束の差に変化が生じることにより、それぞれのコイルの起電力の差にも変化が生じ、ずれを検出することができる。このため、検出結果をもとに、コアのずれを修正し、１次コイルおよび２次コイルによるトランスの磁束結合度を維持することが可能となる。

本発明の実施形態の医療装置を、埋込型人工心臓の例により図を参照して説明する。

［第１実施形態］
図１は、本実施形態の埋込型人工心臓１０のブロック図を示す。埋込型人工心臓１０は、主な構成要素として、駆動部としての体内埋込型の人工心臓駆動部３０、ＴＥＴの中核となり、人工心臓駆動部３０を駆動する電力を伝送するための電力伝送部１８、および人工心臓駆動部３０を駆動する電力を発生するための電源部１２を有する。

［人工心臓駆動部］
人工心臓駆動部３０はアクチュエータである人工心臓ポンプ３６、外部からの電力を整流して人工心臓ポンプに供給するための整流平滑回路３２、充放電により電力を一時的に蓄える２次電池３８、および、人工心臓ポンプ３６に対する電力の供給源を整流平滑回路３２または２次電池３８のうちのいずれかに切り替える切替回路３４を有する。ＴＥＴからのエネルギー伝送が絶たれた際には、体内に埋込んだバックアップ用の２次電池３８により、人工心臓ポンプ３６を駆動している。

整流平滑回路３２は、交流を直流に変換する回路である。代表的な整流平滑回路３２の種類としては、センタータップ全波方式整流回路とブリッジ全波方式整流回路が挙げられる。双方ともに全波整流を行うが、センタータップ全波整流方式の場合には、２次コイルである体内コイルが二つ必要となる。しかし、大きな損失を生むダイオードは高いシステム効率を考えた場合少ないほうが良いのでセンタータップ全波方式が好ましい。システム効率だけでなく体内に置くことを考えた場合、ダイオードの順方向電圧による損失は発熱となり生体組織に悪影響を及ぼす可能性もあるので、ダイオードは少ないほうが良いといえる。また、素子が少なく回路が簡単であることは故障の可能性が低減され、より安全であるともいえる。

［電源部］
電源部１２は、商用電力の変換装置、または、電池からなる電源１４と、電源１４に接続され、交流電力を発生するＤＣ−ＡＣインバータ回路としてのスイッチング回路１６と、を有する。

スイッチング回路１６は、直流を所望の周波数の交流に変換する回路である。ＴＥＴシステムではコイルの電磁誘導を利用するため、交流電圧を印加する必要がある。代表的なインバータ回路としては、プッシュプル型インバータ、フルブリッジ方インバータなどがある。プッシュプル型は、回路が簡単なため高いシステム効率を得ることができ、フルブリッジは、次に述べる経皮トランスを簡単化できる。高いエネルギー変換の観点からは、プッシュプル型がより好ましい。

［電力伝送部］
電力伝送部１８は、体外の１次コイル２２と、体内埋込み可能な２次コイル２４とを有するトランスを備えている。１次コイル２２は、電源部１２に接続され、２次コイル２４は、人工心臓駆動部３０に接続されている。このトランスは、皮膚を隔てて電力を伝送可能な経皮トランス４０（図２参照）となっている。また、電力伝送部１８は、経皮トランス４０のコアのずれを検出するためのセンサコイル２６、２８、および、これらの出力電圧を入力してコアのずれを検知する検知部２０を備える。

＜体外結合型経皮トランスの構成＞
図２は、経皮トランス４０の外観を示す図である。Ｃ型磁心からなる２個のコア部材４２、４４の組み合わせによりコア４１が構成され、このコア４１には、１次コイル２２が巻かれている。コア部材４２、４４の両端の接合面が、双方完全に重なるようにほぼ密着されることで、コイルに生じた磁束を円磁路に閉じ込めることができる。コア４１（磁心）には、例えば、トロイダル型（内径２２ｍｍ，外径３８ｍｍ，幅８ｍｍ）のフェライト（Ｍｎ−Ｚｎ、比透磁率２２００、ＦＤＫ社製）を使用することができる。コイル用巻き線との絶縁を確実なものにするため、例えば、コア部材４２、４４の、接合面を除く部分にフッ素樹脂製テープ（ニチアス社製）を巻くのが好ましい。これにリッツ線を９回巻きして１次コイル２２としている。ただし、プッシュプル型に対応するため、好ましくは、１次コイル２２として、９回巻きコイルを２個フェライトコアに設置する。

２次コイル２４は、１次側のフェライトコア内部を貫く磁束を受ける。２次コイル２４には、例えば、０．０５ｍｍ１２０本銅のリッツ線を９回巻きしたものを、センタータップ方式に対応するため、２個使用する。

図３は、経皮トランス４０を生体に装着した時の外観を示す図である。２次コイルが完全に埋め込まれた生体には穴が開いており、経皮トランス４０のコア部材４２、４４がこの穴を通して結合され１次コイル２２および２次コイル２４を貫くコア４１を形成している。

［コアのずれによる結合異常］
ここで、経皮トランス４０の正常な結合状態について定義する。正常な結合状態とは、コア部材４２、４４の互いに対向して接触する面である接合面を、双方完全に重ねるよう密着することをいう。これ以外の状態を結合異常（コアのずれ）と定義する。結合異常の一つは、図４の（ａ）のように、コア部材４２、４４が、正常な結合状態から水平方向にスライドする場合である。この場合磁路は磁心の中を貫通する。ここでは、コア部材４２、４４が互いに対向する面である接合面に水平な方向で、かつ、半径方向に平行な長さ方向をｘ方向とし、垂直な方向をｙ方向とする。コアのずれには、これらｘ・ｙ方向へのずれ以外に、接合面に図４の（ｂ）のように、ギャップを生じる場合で、絶縁体や空気などの透磁率の低い物質を挟むことも含まれる。このような結合異常を、δ方向のずれとする。

［センサコイル］
図５は、１次コイル２２が巻かれた状態での、コア部材４２の外観を示す図である。コア部材４２は、他のコア部材４４と対向する接合面４８（４８ａ、４８ｂ）を有する。コア４１は、コア部材４２とコア部材４４が互いに対向する接合面を介して配置され、１次コイルおよび２次コイルの内部を貫く閉磁路を形成している。より具体的には、コア部材４２とコア部材４４は、それぞれの接合面を接触させながら配置される。

ここで、接合面４８ａ上には、２本の直線状の案内溝５０、５２が形成されている。案内溝５０、５２は、接合面を４等分するように互いに十字に直行して配置されている。案内溝５０、５２に沿って、１次コイルおよび２２、２次コイル２４とは別の、第３のコイルおよび第４のコイルであるセンサコイル５４、５６が設置されている。図６は、センサコイル５４、５６が設置された状態でのコア部材４２の外観を示す図である。センサコイル５４、５６は、コア部材の接合面上の、互いに異なる領域を囲んで配置される。より具体的には、センサコイル５４、５６は、４等分された接合面４８ａ上の互いに異なる対角上に位置する領域を囲み、それぞれ１回巻きで配置されている。センサコイル５４、５６は、図１に示すように検知部２０に接続されるが、図６では、検知部２０を省略し、センサコイル５４、５６が発生する電圧Ｖ_１、Ｖ_２の検出を模式的に示している。センサコイル５４、５６を取付けたコア４１を、センサコイル付フェライトコアと呼ぶ。

なお、案内溝５０、５２の幅は、例えば約０．４ｍｍ、深さは約３ｍｍが好ましい。案内溝５０は、例えば、厚さ０．３ｍｍのＢｕｅｈｌｅｒ社ダイヤモンド切削砥石により溝切りされる。

センサコイル５４、５６には、さらにずれ検出部としての検知部２０が接続される。検知部２０は、センサコイル５４、５６が発生する電圧Ｖ_１、Ｖ_２を測定することにより、コア４１の位置ずれ、すなわち、コア部材４２および４４の接合面での正常な位置からのずれを検出し報知する。より具体的には、検知部２０は、電圧増幅器、比較器、マイクロコンピュータといった制御器、および、警報音声出力器やランプといった報知器を備える。制御器は、センサコイル５４、５６が発生する電圧の差が所定の値を超えたことや、電圧に特定の変化を生じたことを判別した場合に、報知器を介してコア４１の位置ずれを報知する。

このように、センサコイル５４、５６が発生する電圧の差を検出し、この電圧の差の検出結果に基づいて前記コアの位置ずれを検出する手順を通じて、コア４１のずれによる異常検出が可能となる。

［動作］
センサコイル付フェライトコアにおいて、コア部材４２とコア部材４４の接合面４８にずれが存在しない場合（すなわち正常な結合状態の場合）には、４等分された接合面４８ａのそれぞれを鎖交する磁束の量が等しい。したがって、各センサコイル５４、５６に発生する誘導起電力（以下、信号という）Ｖ_１およびＶ_２の大きさも等しい。

接合面においてコアの位置がずれる場合、フェライトコアの比透磁率が大きいため、磁束が双方の接合面の重なっている部分に集中する。これにより、ずれが存在すると接合面上の鎖交磁束に不均衡が生じ、センサコイル５４とセンサコイル５６に鎖交する磁束の差に変化が生じる。したがって、それぞれのセンサコイル５４、５６の起電力Ｖ_１およびＶ_２に差が生じる。この差の信号である差信号によりコア４１のずれを電気的に検出することができる。このようにして、より客観的なずれの検出を即時に行うことが可能となる。そして、検出結果に基づいてコアのずれを修正することにより、１次コイル２２および２次コイル２４による経皮トランス４０の磁束結合度を維持、または高めることができる。このことにより、電源部１２からの電力を、体内に埋込まれた人工心臓駆動部３０に対しより効率よく伝送することができる。

また、対角線上の位置関係にある２個のセンサコイル５４、５６について、信号の差をとる（以下差信号という）ことにより、複合的なずれに対応することができる。この差信号を観測することで、どちらの方向へどれだけずれたのか判断できる。

［測定例１］
電源１４としての直流安定化電源、スイッチング回路１６、１次コイル２２、２次コイル２４、整流平滑回路３２、および、人工心臓ポンプ３６の代替としての電子負荷を図１のように接続した。なお、切替回路３４と２次電池３８とは省略した。そして、コア部材４２とコア部材４４とを正常結合状態からｘ方向・δ方向へそれぞれずらしていった際の経皮トランス４０の入出力電圧・電流を測定した。ここで、入力電圧とは直流安定化電源の電圧、入力電流とは直流安定化電源から出る電流、出力電圧とは電子負荷に印加される電圧、出力電流とは電子負荷に入る電流を言う。また、これにより入出力電力、効率を算出した。

また、図１のような回路において、正常結合状態からｘ方向・δ方向へそれぞれずらしていった際の１次コイル２２、２次コイル２４およびスイッチング回路１６が内蔵するＦＥＴの温度および室温を測定した。ここで、１次コイル２２は、体外で皮膚に直接触れる部分、２次コイル２４は、体内に埋込まれる部分である。また、スイッチング素子となるＦＥＴは、体外の回路で最も発熱の大きい部分であることが分かっている。

図７に、ｘ方向ずれと、ＤＣ−ＤＣエネルギー伝送効率・入出力電力の推移を示す。図中、菱形は入力電圧、四角は出力電圧、そして三角は伝送効率を示す。ｘ方向のずれが生じた際、４ｍｍ程度までは伝送効率は大きく低下することはない。図８に、δ方向ずれとＤＣ−ＤＣエネルギー伝送効率・入出力電力の推移を示す。図中、菱形は伝送効率、四角は入力電圧、そして三角は出力電圧を示す。δ方向は、わずかなずれでもＤＣ−ＤＣ効率が大きく低下する。

図７から、ｘ方向のずれについて、６ｍｍまでは、入出力電力・効率に大きな変化が生じていないことが分かる。

また図８から、δ方向ずれに対して、正常結合状態では効率が約８８％だったのに対してδ＝０．７ｍｍにおいて効率約６３％と大きく低下していくことが分かる。この際測定した範囲では出力電圧を一定にするために入力電力が、正常結合時２５．１Ｗに対して３４．３Ｗと増加する。これは、エネルギー伝送は可能であることを意味する。しかし、δ＝０．７ｍｍのギャップをもたせたところ、１０分ほどで発熱によりスイッチング回路用ＦＥＴが壊れた。

図９に、ｘ方向ずれと温度の推移を示す。ここでは、室温に対してどれだけ温度が上昇するかを示している。これによると、ｘ方向にフェライトコアが２ｍｍずれた際に、ＦＥＴの室温に対する温度上昇が１０．９℃となり１０℃を超える。図１０に、δ方向ずれと温度の推移を示す。これも、図９と同様に室温に対する上昇温度を示している。０．２ｍｍのギャップ（δ方向ずれ）が発生した時点で、ＦＥＴ上昇温度が１８．３℃となる。０．５ｍｍのギャップでは、ＦＥＴ上昇温度が３８．９℃となった。なお、０．７ｍｍのギャップをつくり同様の実験を行ったところ、１０分ほどでＦＥＴが発熱により壊れた。

図９から、ｘ方向ずれ２ｍｍに対し、室温に対する１次コイルの温度上昇が７℃となる。これを実際に生体に装着したことを想定した場合に、その温度上昇を室温中の半分程度として考えると、生体装着時の温度上昇は３．５℃となる。発熱に関しては“体温＋４℃”を超えると、組織の壊死が始まることが報告されていることから、これを危険と判断し、スライド方向ずれの許容範囲を２ｍｍとする。

図１０から、δ方向ずれ０．２ｍｍに対して、室温に対するスイッチング回路用ＦＥＴの温度上昇が１８℃（実際の温度は４２．３℃）となる。スイッチング回路用ＦＥＴは人体に直接触れるものではないが、人体のすぐ傍にあることが多い。実際の温度は、４１℃以下に抑える必要があることが報告されているため、δ方向ずれに対し０．２ｍｍは許容できない。ここでは、δ方向ずれの許容範囲を、０．１ｍｍとする。

次に、センサコイル付フェライトコアであるコア４１を用い、対角線上に選ぶ２個のセンサコイル５４、５６に生じる誘導起電力の差（差信号）を、検知部２０としての演算増幅器を用いて演算させ、結果を測定する。このような測定を、正常結合状態からｘ方向（７ｍｍまで）・δ方向（０．７ｍｍまで）へ、それぞれずらしながら測定を行った。

図１１に、ｘ方向センサコイル差信号波形について示す。グラフは対角線状に選んだ２組の差信号を示すこともできるが、共に同じような結果が得られたため、一組のセンサコイル５４、５６についてのみ示す。差信号は、正常結合時には最大振幅０．３Ｖとごく小さい。しかし、ずれが増大していくにつれ、出力される差信号電圧は大きくなり、７ｍｍずれに対して最大振幅４．１Ｖと推移することが分かる。スライド方向のずれに対しては、ｘ方向ずれとほぼ同様の結果が得られた。図１２に、ｘ方向ずれに対する差信号の波高値の推移を示す。これは、ｘ方向の各ずれ量に対して得られた差信号電圧の最大値をプロットしたものである。

図１１に示すように、ｘ方向のずれの量が増えるにつれて最大振幅は増加した。ただし、ずれ５ｍｍ以上で振幅が大きく変わらないのは、接合面が小さくなると、磁性体の性質より、磁束を保とうとするため、磁束密度Ｂが増加してしまい、この結果、差信号波形が単純な鎖交面積の差分ではなくなってしまうためと考えられる。なお、先に示したｘ方向のずれの許容範囲のしきい値である２ｍｍは、最大振幅１．３Ｖであり正常時の０．３Ｖに対して十分に大きく、検出は十分に可能であると考えられる。

［測定例２］
図１３に示すように、センサコイル付フェライトコアのコア部材４２、４４間の片方の接合面に、直径０．０８１ｍｍの糸６０を、ｘ軸と平行な向きにフェライトコア端から２ｍｍの位置に挿入し、差信号を測定した。

図１４に、フェライトコアの片側の接合面に糸６０を挿入した場合の差信号波形と正常結合時の差信号波形を示す。これは、片側の接合面にごみが入り込むといった、頻繁に発生しうる結合異常を想定したものである。この場合、接合面に斜めにギャップが開くため、対角線状に選んだ２個の面の漏れ磁束に不均衡が生じ、結合異常を判断するに十分な差信号出力が得られた。

［案内溝による効率変化］
フェライトコアに案内溝を入れた影響について、効率の面から検討を行った。図１５は、フェライトコアに案内溝を入れた場合と入れない場合の効率を示す。これによると、案内溝を入れた影響は誤差の範囲と考えることができる。

このように、フェライトコア断面の接合状態によって、接合面に設置した各センサコイルの誘導起電力が異なることが確認され、センサコイルの誘導起電力を測定することによって、フェライトコアのスライド方向に関する接合状態を十分に検出可能であることが分かった。

［第２実施形態］
次に、上述の実施形態の埋込型人工心臓１０において、コア４１にセンサコイルをさらに追加してセンサコイルを４個とした、本発明の第２実施形態を説明する。

図１６は、本実施形態にかかるコア４１のコア部材４２の外観を示す図である。コア部材４２の接合面４８ａには、第３のコイルおよび第４のコイルであるセンサコイル５４、５６に加え、第５のコイルおよび第６のコイルであるセンサコイル５８、５９が配置されている。センサコイル５８、５９も、案内溝５０、５２に沿ってそれぞれ１回巻きで配置されており、また、センサコイル５４、５６、５８、５９は、コア部材の接合面上の互いに異なる領域を囲んで配置される。

センサコイル５４、５６に加え、センサコイル５８、５９も検知部２０（図１参照）に接続されるが、図１６では、検知部２０を省略し、センサコイル５８、５９が発生する電圧Ｖ_３、Ｖ_４の検出を模式的に示している。センサコイル５４、５６、５８、５９は、例えば図１６に示すように、接合面を４等分する領域を囲んで配置されることにより、コアの位置ずれがない状態で電圧Ｖ_１、Ｖ_２、Ｖ_３、Ｖ_４がいずれも等しい状態となり、コアの位置ずれが検出しやすい。本実施形態における他の構成は、第１実施形態と同じであるため同一の符号を用い、説明を省略する。

この構成によれば、センサコイルの数が２個よりも多くなるので、２個のセンサコイルが配置される線上の１軸方向のずれだけでなく、平面上の多方向のずれに対する方向及び大きさをより正確に検出することができる。すなわち、ずれの状態をより正確に把握することが可能となる。

［測定例３］
第２実施形態に係るセンサコイル付フェライトコアのコア部材４２、４４を、図１７に示すように、ｘ・ｙそれぞれに同時に、すなわち、接合面の対角線方向にずらし、センサコイルの出力電圧差を測定した。

図１８、図１９にｘ・ｙそれぞれのずれが同時に発生した場合（以下複合的なずれと言う）の出力波形を示す。図１８は、差信号（（Ｖ_１）と（Ｖ_２））の波形を示し、図１９は、（（Ｖ_３）と（Ｖ_４））の波形を示す。また、４分の０はずれがないことを意味し、４分の４は、一方の接合面の角が、他方の接合面での対角線の中心に位置するようにずれていることを意味する。

複合的なずれについては、差信号として、対角線上に選んだ２個のセンサコイルの信号の差である２種類の差信号を用い、これにより複合的なずれの検出を行った。一方の差信号（（Ｖ_１）と（Ｖ_２））では、面積が均等に減少しているためほとんど変化が得られなかったが（図１８）、他方の差信号（（Ｖ_３）と（Ｖ_４））には、結合異常を判断するのに十分な変化が生じた（図１９）。これにより、複合的なコアのずれに対しても、結合異常は十分に検出可能であると結論付けることができる。

以上、実施形態について説明したが、本発明はこれに限られない。上述の実施の形態では、コア部材に案内溝を設けた例を説明したが、本発明は、案内溝があるものに限られず、第３のコイルおよび第４のコイルが接合面上の互いに異なる領域を囲んで配置されるものであればよい。しかし、案内溝の中に配置されることで、ギャップ面の上に第３のコイルおよび第４のコイルが突き出ることを防止でき、ギャップ長をより小さくすることができる。

また、実施形態では、案内溝は、前記接合面上を４等分して配置される直線状であるとして説明したが、本発明はこれに限られない。第３のコイルおよび第４のコイルは、接合面上の互いに異なる領域を囲んで配置されたものであればよい。すなわち、接合面上は等分されるものに限らず、また、コイルが囲む領域は互いに重なる部分があってもかまわない。

また、第３のコイルおよび第４のコイルは１回巻きとして説明したが、本発明はこれに限られず複数回巻いたものでもよい。

また、センサコイルは２個または４個の場合について説明したが、本発明はこれに限られず、センサコイルの数を２個以上の任意の数、例えば３個または５個とすることもできる。

本発明の第１実施形態にかかる埋込型人工心臓の構成を示すブロック図である。 本発明の第１実施形態にかかる体外結合型経皮トランスの外観を示す図である。 本発明の第１実施形態にかかる体外結合型経皮トランスの適用例の外観を示す図である。 ずれ方向の定義を示す図である。 本発明の第１実施形態にかかるフェライトコアの接合面上に設けられた案内溝の外観を示す図である。 本発明の第１実施形態にかかるフェライトコアの接合面上に配置された第３のコイルおよび第４のコイルを示す図である。 ｘ方向ずれと効率・入出力電力の関係を示すグラフである。 δ方向ずれと効率・入出力電力の関係を示すグラフである。 ｘ方向ずれと温度上昇の関係を示すグラフである。 δ方向ずれと温度上昇の関係を示すグラフである。 ｘ方向ずれと差信号波形の関係を示すグラフである。 ｘ方向ずれと差信号波高値の推移の関係を示すグラフである。 不均等なずれを発生するため、糸を挿入した状態でのコアの外観を示す図である。 糸を挿入した際の差信号波形を示す図である。 案内溝を切った場合の効率の影響を示すグラフである。 本発明の第２実施形態にかかるフェライトコアの接合面上に設けられた案内溝の外観を示す図である。 複合的なずれの状態を示す図である。 複合的なずれと差信号波形の関係を示すグラフである。 複合的なずれと差信号波形の関係を示すグラフである。

符号の説明

１０ 埋込型人工心臓
１２ 電源部
１４ 電源
１６ スイッチング回路
１８ 電力伝送部
２０ 検知部
２２ １次コイル
２４ ２次コイル
２６、２８ センサコイル
３０ 人工心臓駆動部
３２ 整流平滑回路
３４ 切替回路
３６ 人工心臓ポンプ
３８ ２次電池
４０ 経皮トランス
４１ コア
４２ コア部材
４４ コア部材
４８ 接合面
５０、５２ 案内溝
５４、５６、５８、５９ センサコイル
６０ 糸

Claims (5)

1. 体内埋込み可能な駆動部と、電源部と、当該電源部からの電力を前記駆動部へ伝送する電力伝送部と、を備える医療装置であって、
   前記電力伝送部は、
   前記電源部に接続される１次コイルと、
   前記駆動部に接続される体内埋込み型の２次コイルと、
   前記１次コイルおよび前記２次コイルの内部を貫く閉磁路を形成するための複数に分割されたコア部材から成り、前記閉磁路が複数の前記コア部材の接合面同士を接合することで形成されるコアと、
   前記コア部材の接合面に配置され、複数の前記コア部材の位置ずれに関する信号を出力するセンサコイルと、
   当該センサコイルから出力された信号に基づいて、前記コア部材の位置ずれを報知する報知手段と、
   を備えることを特徴とする医療装置。
2. 前記センサコイルは、前記コア部材の接合面に、それぞれの囲む領域が異なるように配置された第３のコイルと第４のコイルとから成ることを特徴とする請求項１に記載の医療装置。
3. 前記コア部材の接合面には、当該接合面を４等分する案内溝が形成され、当該案内溝により４等分された領域の対角上に位置する領域を囲むように前記第３のコイルと前記第４のコイルとが前記案内溝の中に埋め込まれていることを特徴とする請求項２に記載の医療装置。
4. 前記報知手段は、報知器を備え、
   前記第３のコイル及び前記第４のコイルが発生する電圧の差が所定値を超えた場合、または前記電圧に特定の変化が生じた場合に、前記報知器を介して前記コア部材の位置ずれを報知することを特徴とする請求項２または３に記載の医療装置。
5. 前記センサコイルにより、複数の前記コア部材のスライド方向への位置ずれ、またはギャップ方向への位置ずれを検出することを特徴とする請求項１乃至４のいずれか一項に記載の医療装置。

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