JP6632435B2 - 体内埋め込み型医療装置用の給電装置及び体内埋め込み型医療装置 - Google Patents

Description

本発明は、例えば、ペースメーカー等の体内埋め込み型医療装置に給電するための、体内埋め込み型医療装置用の給電装置、及び、体内埋め込み型医療装置に関する。

従来から、疾患治療のために体内に医療装置を埋め込むことが行われている。例えば、不整脈の治療のために、心臓のペースメーカーを体内に埋め込むことがある。このようなペースメーカーは、一般的に制御装置を駆動する電池を内蔵しており、制御装置により制御される電気パルスを、リード線を介して心筋に伝達する構造となっているが、電池が消耗した場合には交換する必要があった。この際には体内からペースメーカーを取出して、電池交換をしなければならず、患者に大きな負担となる。そのため、充電可能な二次電池を内蔵し、ペースメーカーを体内に埋め込んだまま、体外から二次電池に充電可能とした構造が開発されている。

例えば、下記特許文献１には、磁石を固着した大ギアと、大ギアに歯合する小ギアを有する発電機と、整流回路と、電力を充電する二次電源とを内包した、ペースメーカー等に応用可能な生体内電子機器が記載されている。また、体外には、交流電源に接続されたコイルを有する磁界発生装置が配置されており、該磁界発生装置により生じた回転磁界が、生体内電子機器の磁石に同期して大ギヤを回転させると共に、小ギヤを回転させて発電機により発電し、その電力が整流回路を介して二次電源に充電される。

上記生体内電子機器は、その内部に大小のギヤからなる機械的な発電構造が配置されているが、体外から電磁誘導により電力を供給するワイヤレス給電法を用いた構造もある。このような構造として、下記特許文献２には、内部にワイヤループが配置されると共に、充電可能な内部バッテリを有するペースメーカーが記載されている。また、体外から電力を充電する充電器は、中空のディスク状カプセルを有しており、同カプセルの内壁を回るように、複数のワイヤループが延在されている。なお、引用文献２の図１を参照すると、充電器内のワイヤループは、ペースメーカー内の制御装置やリード線の外周側に配置されるように、大きく巻回されている。そして、ペースメーカーが配置された体表面に充電器を接触させて、交流電流を印加すると、充電器のワイヤループから磁束が生じて、ペースメーカー内のワイヤループに電流が誘導され、ペースメーカー内の内部バッテリが充電される。

特許第３７４３１５２号公報 特表２００９−５２９９７５号公報

上記特許文献１の場合、生体内電子機器内の発電機を十分に発電すべく、体外に配置される磁界発生装置のコイルからの磁界を大きくすると、ペースメーカーに用いられる制御装置やリード線等に、誤作動等の悪影響を与えるおそれがあった。更に生体内電子機器内には、大小のギヤからなる機械的な発電構造が配置されているため、機器のコンパクト化を図りにくい。

一方、上記特許文献２の場合、充電器内のワイヤループは、ペースメーカー内の制御装置やリード線の外周側に配置されているので、充電器のワイヤループからの磁束が、ペースメーカー内のワイヤループのみならず、制御装置やリード線にも伝わり、それらの誤作動等のおそれがある。

したがって、本発明の目的は、給電コイルからの磁束の幅を狭めて、体内に埋め込まれる医療装置本体の受電コイル以外の部分に、磁気による影響を及ぼしにくくすることができる、体内埋め込み型医療用装置用の給電装置及び体内埋め込み型医療装置を提供することにある。

上記目的を達成するため、本発明の一つは、体内に埋め込まれる医療装置本体に電力を給電するための、体内埋め込み型医療装置用の給電装置であって、前記医療装置本体に設けられた受電コイルに体外から電磁誘導により無線給電する給電コイルを有しており、前記給電コイルは、導線がヘリカル巻されて筒状に形成された筒状コイルと、磁性材料からなると共に、前記筒状コイルの外周を囲むように配置された環状のリング部材とを有することを特徴とする。

本発明に係る埋め込み型医療装置用の給電装置においては、前記給電コイルは、筒状をなすコイルケースに収容されており、前記コイルケースは、その外部から軸方向端面を見たときに、前記筒状コイルの内側を通して、体表面上に設けたマーカーを視認可能となるように構成されていることが好ましい。

本発明に係る埋め込み型医療装置用の給電装置においては、前記コイルケースの少なくとも一端面が透明部材で構成され、及び／又は、前記コイルケースの前記筒状コイルの軸心に整合する部分が貫通空間となっていることが好ましい。

本発明のもう一つは、体内埋め込み型医療装置であって、体内に埋め込まれる医療装置本体と、前記医療装置本体に体外から給電を行う給電装置とを備え、前記医療装置本体は、受電コイルと、該受電コイルによって発生する電力を蓄える二次電池と、該二次電池によって駆動される駆動装置とを有し、前記給電装置は、前記受電コイルに電磁誘導により無線給電する給電コイルを有しており、前記給電コイルは、導線がヘリカル巻されて筒状に形成された筒状コイルと、磁性材料からなると共に、前記筒状コイルの外周を囲むように配置された環状のリング部材とを有することを特徴とする。

本発明に係る体内埋め込み型医療装置においては、前記医療装置本体の、前記二次電池及び前記駆動装置は、磁気を遮断するシールドケースに収容されており、前記受電コイルは、前記シールドケースの外側において、同シールドケースとの間に電気絶縁体を介在させて、前記医療装置本体と一体に構成されていることが好ましい。

本発明に係る体内埋め込み型医療装置においては、前記医療装置本体は、Ｔｉ又はＴｉ合金からなる本体ケースを有し、該本体ケースの内側に前記シールドケースが配置されており、前記受電コイルは、前記シールドケースに収容されずに、前記本体ケースに収容されていることが好ましい。

本発明によれば、給電装置を構成する給電コイルは、導線がヘリカル巻されて筒状に形成された筒状コイルと、磁性材料からなると共に、筒状コイルの外周を囲むように配置された環状のリング部材とを有するので、給電コイルからの磁束の幅を狭くすることができ、体内に埋め込まれる医療装置の受電コイル以外の部分に、磁気による影響を及ぼしにくくすることができる。

本発明に係る体内埋め込み型医療装置用の給電装置、及び、体内埋め込み型医療装置の、一実施形態を示す断面説明図である。 同給電装置及び医療装置の概略構成を示すブロック図である。 同医療装置の一部断面説明図である。 同医療装置の使用方法の一例を示しており、人体の正面側から見た場合の説明図である。 同医療装置の使用方法の一例を示しており、人体の平面側（頭頂側）から見た場合の説明図である。 同給電装置及び医療装置を構成する受電コイルを示しており、（ａ）は電気絶縁体ない場合の斜視図、（ｂ）は斜視図である。 同受電コイルを示しており、（ａ）は断面図、（ｂ）は平面図である。 同給電装置及び医療装置を構成する給電コイルを示しており、（ａ）は分解斜視図、（ｂ）は斜視図である。 同給電コイルを示しており、（ａ）は断面図、（ｂ）は平面図である。 同給電コイルの斜視図である。 （ａ）は本発明における給電コイルの作用説明図、（ｂ）は従来の給電コイルの作用説明図である。 本発明に係る体内埋め込み型医療装置の、他の実施形態を示す一部断面説明図である。 実施例の給電コイル及び比較例の給電コイルに、交流電流を印加した場合における、コイル中心からの距離と磁束密度との関係を示すグラフである。

以下、図１〜１１を参照して、本発明に係る体内埋め込み型医療装置用の給電装置、及び、体内埋め込み型医療装置の、一実施形態について説明する。

図１及び図２に示すように、この実施形態における体内埋め込み型医療装置１０（以下、単に「医療装置１０」という）は、体内に埋め込まれる医療装置本体１５と、該医療装置本体１５に体外から給電を行う給電装置５０とを有している。なお、この実施形態の場合、前記給電装置５０が、本発明における体内埋め込み型医療装置用の給電装置をなしている。

また、この実施形態における医療装置１０は、心不全等の治療のために、体内に埋め込まれるペースメーカーに適用される。ただし、医療装置１０としては、ペースメーカーのみならず、例えば、人工心臓や、人工補助心臓、人工腎臓、その他の人工臓器に適用することができ、体内埋め込み型の医療機器であれば、特に限定はされない。

図１及び図２に示すように、医療装置本体１５（以下、「装置本体１５」という）は、受電コイル３０と、該受電コイル３０によって発生する電力を蓄える二次電池４０と、該二次電池４０によって駆動される駆動装置４１とを有している。

また、装置本体１５は、Ｔｉ又はＴｉ合金なる本体ケース２０と、該本体ケース２０の内側に配置された、磁気を遮断するシールドケース２５とを有している。図３を併せて参照すると、この実施形態における本体ケース２０は、この実施形態の場合、直線状に延びる隔壁２１と、曲面状の周壁２２とを有する箱状をなしている。

更に図１及び図３に示すように、この実施形態におけるシールドケース２５は、一側部が開口した箱状をなしており、その内部に、二次電池４０や、各種回路部品４３が実装された基板４２を有する駆動装置４１が収容されている。

上記シールドケース２５は、透磁率の高い材料、例えば、Ｆｅや、フェライト、Ｆｅ−Ｓｉ−Ｂ系のアモルファス金属、ミューメタル、Ｆｅ−Ｎｉ系合金（パーマロイ）、Ｆｅ−Ｃｏ系合金、ケイ素鋼、フェライト系ステンレス鋼、マルテンサイト系ステンレス鋼等を用いることができる。また、シールドケース２５が、金属材料で形成されている場合には、導電率も高い材料であることが好ましい。

透磁率の高い材料でシールドケース２５が形成されると、シールドケース２５を磁気が通過しやすくなるため、後述する給電装置５０の給電コイル５５や受電コイル３０からの磁気が、シールドケース２５に引き寄せられるように通過して（図１の磁束線Ｂ１，Ｂ２参照）、二次電池４０や駆動装置４１への磁気の影響を抑制可能となっている（この効果については、後述の作用効果の説明において詳述する）。

なお、上記シールドケース２５においては、受電コイル３０の導線３２の端部を、駆動装置４１の基板４２と接続させるために、一側部が開口しており、この開口した一側部を、受電コイル３０に隣接させて配置されている（図１参照）。ただし、図１及び図３に示すように、シールドケース２５の開口した一側部に、シールドケース２５と同様の上記材料からなり、受電コイル３０の導線３２の端部を挿通可能な挿通孔を設けた、シールド板２６を介在させてもよい。また、シールドケースの受電コイル側の一側部に、導線挿通用の挿通孔を設けて閉塞した形状とし、シールドケースの他側部を開口させた形状としてもよく、シールドケース２５の形状に特に限定はない。

更に図３に示すように、前記本体ケース２０の、前記隔壁２１に隣接した位置には、リード接続部２７が連設されている。このリード接続部２７の内部には、後述するリード４８，４９を接続するための一対のコネクター２８，２８が並列して配置されている。なお、リード接続部２７は透明樹脂で形成されており、一対のコネクター２８，２８を外部から視認可能となっている。

なお、上記本体ケースやシールドケースの形状や構造は一例であり、特に限定されない。例えば、リード接続部を本体ケースに一体的に形成して、本体ケース内に、コネクターを配置して、リードを接続するようにしてもよい。また、本体ケースの壁部を、例えば、Ｔｉやそれ以外の金属からなる多層構造等としてもよい（この実施形態については後述する）。

一方、図６及び図７に示すように、この実施形態における受電コイル３０は、円筒状をなした芯体３１と、該芯体３１の外周に、導線３２をヘリカル巻されて円筒状に形成されてなるコイル部材３３とを有しており、これらが電気絶縁体３５によって覆われた構造をなしている。ここでは図７（ａ）に示すように、コイル部材３３の外側（径方向外側）を電気絶縁体３５が覆うと共に、芯体３１の内側（径方向内側）にも電気絶縁体３５が充填されるようになっており、受電コイル３０全体が電気絶縁体３５に埋設されたような構造となっている。また、電気絶縁体３５の外周は、円柱形状をなしている。

そして、図１及び図３に示すように、この実施形態における受電コイル３０は、シールドケース２５には収容されずに、本体ケース２０に収容されており、かつ、シールドケース２５の外側において、同シールドケース２５との間に、電気絶縁体３５を介在させて、装置本体１５と一体となるように、生体適合性を有する接着剤等を介して固着されている。

なお、この実施形態の受電コイル３０は、装置本体１５と一体化されているが、装置本体１５と別体であってもよい。また、上述したように、この実施形態の受電コイル３０の内側には、電気絶縁体３５が充填されているが、受電コイル３０の内側は空隙としてもよい。なお、受電コイル３０の内側には、受電コイルによって受電効率を低下させる部材が配置されていないことが好ましい。

更に図６（ｂ）に示すように、前記電気絶縁体３５の所定位置には、一対の取出し孔３５ａ，３５ａが形成されており、該取出し孔３５ａから導線３２の端部が引き出されており、該導線３２は、後述する整流及びレギュレータ回路４４に接続されている（図２参照）。

また、図７（ａ）に示すように、この実施形態における導線３２は密巻きれると共に、多層巻きされている（ここでは２層巻）。ただし、導線３２は隙間をあけてヘリカル巻してもよく、また、一層巻や三層以上の多層巻としてもよく、特に限定はない。また、導線３２の線径は、０．０５〜０．１５ｍｍであることが好ましく、０．０８〜０．１２ｍｍであることがより好ましい。更に、前記コイル部材３３の外径は、４〜１５ｍｍであることが好ましく、５〜１０ｍｍであることがより好ましい。また、コイル部材３３の軸方向長さは、１〜５ｍｍであることが好ましく、２〜３ｍｍであることがより好ましい。

一方、前記芯体３１は、外径が２〜１３ｍｍであることが好ましく、３〜８ｍｍであることがより好ましい。また、芯体３１の厚さは、０．５〜１．５ｍｍであることが好ましく、０．８〜１．２ｍｍであることがより好ましい。また、芯体３１の軸方向長さは、１〜５ｍｍであることが好ましく、２〜３ｍｍであることがより好ましい。

また、この実施形態の芯体３１は円筒状をなしているが、芯体としては、円筒状のみならず、中実の円柱状や、中空の角筒状、中実の角柱状等であってもよく、特に限定はされない。更に芯体３１の材料としては、例えば、フェライトや、Ｆｅ、酸化鉄、酸化Ｃｒ、Ｎｉ、アモルファス、パーマロイ等の強磁性材料を用いることができる。この材料の中でも、比透磁率μ_ｓ（μ／μ_０）が、１０〜５００のものを用いることが好ましく、１００〜２００のものを用いることがより好ましい。なお、μは透磁率、μ_０は真空の透磁率である。

また、電気絶縁体３５は、その外径が５〜１５ｍｍであることが好ましく、軸方向長さは２〜５ｍｍであることが好ましい。また、電気絶縁体３５の材料としては、例えば、シリコーンゴムや、エポキシ樹脂等を用いることができる。

上記シールドケース２５内には、二次電池４０や、トランジスタや集積回路、抵抗、コンデンサ等の、各種回路部品４３が実装された基板４２を有する駆動装置４１が配設されている（図１及び図３参照）。図２に示すように、この実施形態における装置本体１５は、受電コイル３０に接続された整流及びレギュレータ回路４４と、該整流及びレギュレータ回路４４及び二次電池４０に接続された充電回路４５と、二次電池４０に接続された制御回路４６と、該制御回路４６に接続された通信回路４７とを有している。

前記整流及びレギュレータ回路４４は、整流回路とレギュレータ回路とを併せ持つものであって、受電コイル３０により受電した交流電流を、所定の直流電圧に変換して、該直流電圧を充電回路４５に供給する。また、充電回路４５は、整流及びレギュレータ回路４４から供給された直流電圧を適宜制御して二次電池４０に充電する。

一方、前記制御回路４６は、二次電池４０に接続されると共に、前記一対のコネクター２８，２８を介して、リード４８，４９に接続されている。各リード４８，４９は、その先端が図示しない電極を介して、心臓５の心房や心室に接続されている。そして、心臓５の心房や心室の心電が、リード４８，４９やコネクター２８を介して制御回路４６に入力され（センシング）、該心電データに基づいて、制御回路４６が心臓５に不整脈等があるかどうかを判断し、不整脈等があった場合には、制御回路４６から電気信号を発信して、該電気信号を、コネクター２８を介してリード４８，４９に伝達することで、心臓５の心房や心室が電気刺激される（ペーシング）。

また、制御回路４６に接続された通信回路４７は、アンテナ４７ａに接続されており、制御回路４６に入力された心電データや、センシングデータ、ペーシングデータ、或いは、二次電池４０の充電情報等を、アンテナ４７ａを介して外部モニター等の外部機器に送信したり、又は、外部から、制御回路４６や二次電池４０等の制御信号を受信する。

上記のうち、制御回路４６や通信回路４７、リード４８，４９が、本発明における「駆動装置」を構成している。なお、この実施形態の医療装置１０では、ペースメーカーとしても用いられるため、心臓に電気信号を伝達するリード４８，４９が必要となっているが、医療装置を、他の人工臓器等に用いる場合には、例えば、医療用チューブや、ポンプ、ポンプで駆動されるモーター、フィルター、センサー等を、駆動装置の構成部材としてもよい。なお、リード４８，４９は、上述したシールドケース２５内には配置されておらず、その基端部が装置本体１５のリード接続部２７のコネクター２８，２８に接続されている。すなわち、本発明において、駆動装置が「シールドケースに収容され」とは、必ずしも駆動装置の全部がシールドケースに収容されている態様のみならず、駆動装置の一部がシールドケースに収容されている態様も含むことを意味する。

なお、以上説明した、装置本体１５を構成する、整流及びレギュレータ回路４４、充電回路４５、制御回路４６、通信回路４７等は、あくまでも一例であり、その他の回路を配置しても勿論よい。

また、図４に示すように、体内に埋め込まれた装置本体１５を、人体の正面側から見た場合には、装置本体１５にコネクター２８を介して接続されたリード４８，４９は、コネクター２８から延びる部分が、装置本体１５の外周を回り込むように屈曲した後、装置本体１５を通過すると共に、静脈７内に挿入されて心臓５の心房や心室に接続される。このように装置本体１５を人体正面側から見た場合には、リード４８，４９が受電コイル３０に近接するように見えるが（図４参照）、実際にはリード４８，４９は受電コイル３０に近接しない位置となっている。すなわち、図５に示すように、人体を平面方向から見たときに（頭頂方向から見たときに）、リード４８，４９は、装置本体１５の背面側において、装置本体１５から次第に離れるように、緩やかな山型状をなすように湾曲して、静脈７に挿入されるようになっているので、リード４８，４９が受電コイル３０から離反した位置となり、リード４８，４９が給電装置５０の給電コイル５５や受電コイル３０からの磁界による影響を受けないようになっている。

ところで、電池交換式のペースメーカーにおいては、一般的にヨウ化リチウム電池等の全固体一次電池が用いられているが、この実施形態における前記二次電池４０としては、例えば、固体電解質に、リン酸リチウム、ガラスセラミックス（Ｌｉ_７Ｐ_３Ｓ_１１）等を用いた全固体二次電池を用いることが好ましい。なお、全固体二次電池は、単位面積あたりの電池容量が全固体一次電池に比べて、各段に大きくなると言われている。仮に、全固体一次電池と全固体二次電池の性能が同じであるとしても、１０年間使用可能な全固体一次電池に対して、１年に１回の充電で全固体二次電池を使用しようとすると、全固体二次電池の大きさは、全固体一次電池に比べて１／１０の寸法にできる。もし、全固体二次電池の性能が、全固体一次電池の２倍であれば、その寸法を１／２０にすることができる。

また、二次電池４０としては、電圧が３．０〜３．５Ｖで、容量が１２０ｍＡｈ以上であることが好ましい。

次に、本発明における体内埋め込み型医療装置用の給電装置について説明する。図１に示すように、この実施形態における体内埋め込み型医療装置用の給電装置５０（以下、単に「給電装置５０」という）は、上記装置本体１５に設けられた受電コイル３０に体外から電磁誘導により無線給電する給電コイル５５を有している。

図８〜１０に示すように、この給電コイル５５は、導線６１がヘリカル巻されて筒状に形成された筒状コイル６０と、磁性材料からなると共に、筒状コイル６０の外周を囲むように配置された環状のリング部材７０とを有している。

この実施形態における導線６１は、所定隙間をあけてヘリカル巻されて、円筒状をなした筒状コイル６０を形成しているが、密巻きしても勿論よい。なお、導線６１の線径は、０．１〜１．０ｍｍであることが好ましく、０．２〜０．５ｍｍであることがより好ましい。また、筒状コイル６０の外径は、１０〜５０ｍｍであることが好ましく、２０〜３０ｍｍであることがより好ましい。更に、筒状コイル６０の軸方向長さは、１０〜５０ｍｍであることが好ましく、２０〜３０ｍｍであることがより好ましい。また、筒状コイル６０の、隣接する導線６１，６１どうしの隙間は、０．０５〜０．５ｍｍであることが好ましく、０．１〜０．２ｍｍであることがより好ましい。

一方、前記リング部材７０は、この実施形態の場合、所定長さで伸びる円環状をなしているが、角形状をなした環状であってもよく、筒状コイル６０の外周全部を囲むことが可能であればよい。

そして、筒状コイル６０の外周に磁性材料からなるリング部材７０を配置することで、図１１（ｂ）に示すリング部材なしのものと比べて、図１１（ａ）に示すように、給電コイル５５の磁束密度Ｂがほぼ変わらないにも関わらず、磁束の幅Ｗが狭くなるという効果が得られる（なお、この効果については、後述の作用効果の説明において詳述する）。

また、この実施形態では、図９（ａ）に示すように、リング部材７０の軸方向先端と、前記筒状コイル６０の軸方向先端とがほぼ一致するように、筒状コイル６０の外周にリング部材７０が配置されている。ただし、筒状コイル６０の先端よりも、リング部材７０の先端の方が出っ張って配置されていてもよく、特に限定はされない。

更に、この実施形態では、リング部材７０の内側に配置された筒状コイル６０の導線６１の両端部が、リング部材７０の軸心に直交するように、リング部材７０の軸方向他端側から外径方向に向けて引き出されている（図９（ａ）参照）。ただし、筒状コイル６０の導線６１の両端部は、リング部材７０の軸方向に沿って引き出すようにしてもよく、特に限定はされない。

また、リング部材７０は、外径が２０〜６０ｍｍであることが好ましく、２５〜３５ｍｍであることがより好ましい。更に、リング部材７０の厚さは、０．５〜１０ｍｍであることが好ましく、１〜５ｍｍであることがより好ましい。また、リング部材７０の軸方向長さは、１０〜５０ｍｍであることが好ましく、２０〜３０ｍｍであることがより好ましく、筒状コイル６０の全長をカバーできる長さであることが好ましい。この実施形態では、リング部材７０の長さが筒状コイル６０の長さとほぼ同じで、筒状コイル全体をカバー可能となっているが（図９（ａ）参照）、リング部材７０を筒状コイル６０よりも長くしたり短くしたりしてもよい。

また、この実施形態のリング部材７０は、その内周が筒状コイル６０の外周に当接する寸法とされているが、リング部材７０の内周と、筒状コイル６０の外周との間に、所定隙間を設けてもよい。この場合の隙間としては、０．５〜３ｍｍであることが好ましく、１〜２ｍｍであることがより好ましい。

上記リング部材７０は磁性材料からなるが、例えば、Ｆｅや、酸化鉄、フェライトや、酸化Ｃｒ、Ｎｉ、アモルファス、パーマロイ等の強磁性材料を用いることができる。この材料の中でも、比透磁率μ_ｓ（μ／μ_０）が、５０以上のものを用いることが好ましく、１００〜５０００のものを用いることがより好ましく、１００〜５００のものを用いることが最も好ましい。なお、μは透磁率、μ_０は真空の透磁率である。リング部材７０の比透磁率μ_ｓが５０未満では、上述した給電コイル５５の磁束分布の幅狭効果を得にくくなり、５０００を超えると、磁束を幅狭にする効果が飽和するので、好ましくない。

また、図９（ａ）に示すように、リング部材７０及び筒状コイル６０を有する給電コイル５５は、筒状をなすコイルケース８０に収容されており、該コイルケース８０は、その外部から軸方向端面を見たときに、筒状コイル６０の内側を通して、体表面２（皮膚の表面）上に設けたマーカー３（図１参照）を視認可能となるように構成されている。

この実施形態のコイルケース８０は略円筒状をなし、その軸心が筒状コイル６０やリング部材７０の軸心と整合するように同軸状に配置されており、リング部材７０の外側（径方向外側）及び筒状コイル６０の内側（径方向内側）をカバーするように、給電コイル５５を収容している。また、コイルケース８０は、筒状コイル６０の軸心に整合する部分が貫通空間８１をなしており、コイルケース８０の軸方向基端側から、貫通空間８１を通して、体表面上のマーカー３を視認可能となっている（図９（ａ）参照）。

更に、コイルケース８０の軸方向先端側（体表面２に当接する端部側）の外周には、Ｒ状に出っ張った外周端部８３が形成されており、給電コイル５５を患者の体表面２に当接したときに、患者の体表面に安定して配置できるようになっている。また、コイルケース８０は、その少なくとも一端面が透明部材８５で閉塞されていてもよい。この実施形態では、コイルケース８０の軸方向先端側の内周に、前記貫通空間８１の先端側開口を閉塞する透明部材８５が取付けられており、コイルケース８０の軸方向基端側から、透明部材８５を通して、体表面２上のマーカー３を視認可能となっている（図９（ａ）参照）。なお、この透明部材８５は、コイルケース８０の軸方向基端側開口を閉塞するように取付けてもよい。

更に、この実施形態の場合、透明部材８５の、筒状コイル６０の軸心に整合する中央位置には、体表面２上のマーカー３との位置合わせ用の、マーカー８６が設けられている。この実施形態におけるマーカー８６は、円形状をなしているが（図９（ｂ）参照）、例えば、×印等であってもよく、特に限定はされない。

更に、コイルケース８０の軸方向基端側には、外部に連通する取出し孔８０ａが形成されている（図９（ａ）参照）。この取出し孔８０ａから、筒状コイル６０の導線６１の端部がケース外部に引き出され、インバータ回路８７を介して電源８８に接続されている（図２参照）。なお、電源８８から供給される電流は、インバータ回路８７によって所定の電圧及び周波数の交流電流に変換されて、筒状コイル６０へと供給されるようになっている。

また、コイルケース８０の外径（外周端部８３を除く筒状部外径）は、２５〜６５ｍｍであることが好ましく、３０〜５０ｍｍであることがより好ましい。更に、コイルケース８０の内径は、２０〜６０ｍｍであることが好ましく（リング部材７０の外径２０〜６０ｍｍと同じであることが好ましい）、３０〜４０ｍｍであることがより好ましい。また、コイルケース８０の軸方向長さは、１０〜５０ｍｍであることが好ましく、２０〜４０ｍｍであることがより好ましい。

上記のコイルケース８０の材料としては、例えば、シリコーンゴムや、エポキシ樹脂、ポリカーボネート、ナイロン等の絶縁材料で透明な樹脂を用いることができる。

次に、上記構成からなる医療装置１０及び給電装置５０の作用効果について説明する。

この実施形態の医療装置１０を構成する装置本体１５は、体内に埋め込まれてペースメーカーとして用いられるものであって、そのリード接続部２７に接続されたリード４８，４９が、静脈７を通して心臓５の心房や心室に接続される（図４参照）。また、装置本体１５が埋め込まれたときに、受電コイル３０が配置された箇所には、受電コイル３０の位置が把握できるように、体表面２上にマーカー３を付しておく（図１参照）。

そして、図２に示すように、心臓５の心房や心室の心電が、リード４８，４９やコネクター２８を介して制御回路４６に入力されて（センシング）、心臓５に不整脈等があるかどうかが判断され、不整脈等があった場合には、制御回路４６から電気信号を発信し、該電気信号がコネクター２８を介してリード４８，４９に伝達されて、心臓５の心房や心室が電気刺激されて（ペーシング）、心臓５の不整脈等が是正される。

その後、装置本体１５の動作によって、二次電池４０が消耗した場合には、給電装置５０により充電する。この際には、図１に示すように、給電装置５０のコイルケース８０の軸中心を、体表面２上に設けたマーカー３に整合させて、給電装置５０の一端部を体表面２上に当接させる。この状態では、装置本体１５側の受電コイル３０と、給電装置５０側の給電コイル５５とが、軸心どうしがほぼ一致した状態でもって、体表面２を介して間接的に対向配置される。

このとき、この実施形態においては、図９（ａ）に示すように、給電装置５０を構成するコイルケース８０は、その外部から軸方向端面を見たときに、筒状コイル６０の内側を通して、体表面２上に設けたマーカー３を視認可能となるように構成されているので、コイルケース８０の軸中心を、体表面２上のマーカー３に位置合わせしやすくなり、正確かつスムーズに給電装置５０の一端部を体表面２上の所定位置に当接させることができる。

更にこの実施形態においては、コイルケース８０の少なくとも一端面が透明部材８５で構成されていると共に、コイルケース８０の、筒状コイル６０の軸心に整合する部分が貫通空間８１となっているので、コイルケース８０の外部から軸方向端面を見たときの、体表面２上のマーカー３の視認性を高めることができ、マーカー３に対するコイルケース８０の位置合わせの精度を、より向上させることができる。

また、この実施形態においては、図９や図１０に示すように、透明部材８５の中央位置に、体表面２上のマーカー３との位置合わせ用の、マーカー８６が設けられているので、体表面２上のマーカー３に対して、透明部材８５の中央位置をしっかりと位置合わせすることができる。

上記のように、給電装置５０のコイルケース８０の軸中心を、体表面２上のマーカー３に位置合わせして、給電装置５０の一端部を体表面２に当接させ、装置本体１５側の受電コイル３０と給電装置５０側の給電コイル５５とを対向して配置させる（図１参照）。その後、給電装置５０側の電源８８をＯＮにすることで、インバータ回路８７を介して変換された交流電流が、給電装置５０の筒状コイル６０の導線６１に供給される。

すると、給電装置５０側の給電コイル５５に磁界が発生して、その磁束が、図１に示すように、装置本体１５側の受電コイル３０へと電磁誘導されて無線給電される。そして、受電コイル３０が受電した交流電流が、整流及びレギュレータ回路４４へ供給され、同整流及びレギュレータ回路４４によって、所定の直流電圧に変換されて充電回路４５へ供給されるので、該充電回路４５を通じて二次電池４０を充電することができる（図２参照）。

そして、この給電装置５０及び医療装置１０においては、給電コイル５５は、筒状コイル６０の外周を囲むように、磁性材料からなる環状のリング部材７０が配置された構造となっているので、給電コイル５５の端面から流出する磁束の幅Ｗ（図１１（ａ）参照）を狭くすることができる。

すなわち、図１１（ｂ）には、ヘリカル巻した筒状コイル６０の外周に、リング部材７０が配置されていない給電コイル５５Ａが示されている。これに対して、図１１（ａ）に示すように、筒状コイル６０の外周を囲むように環状のリング部材７０を配置した給電コイル５５は、その磁束密度Ｂが、給電コイル５５Ａの磁束密度Ｂとほぼ変わらないにも関わらず、磁束の幅Ｗが、給電コイル５５Ａの磁束の幅Ｗよりも狭くすることができる。これは、給電コイル５５の外側に配置されたリング部材７０によって、給電コイル５５から生じる磁気が、磁性材料からなり比透磁率μ_ｓが高いリング部材７０へと導かれやすくなって、同リング部材７０を通過するような傾向になるため、磁束の広がりが抑制されるからだと考えられる。

このように、この給電装置５０や医療装置１０においては、前記給電コイル５５は、筒状コイル６０の外周を囲むように、磁性材料からなる環状のリング部材７０が配置されているので、給電コイル５５の磁束の幅Ｗを狭くすることができ、体内に埋め込まれる装置本体１５に対して、受電コイル３０以外の部分、例えば、駆動装置４１の回路部品４３やリード４８，４９に、磁気による影響を及ぼしにくくすることができる。

また、この医療装置１０においては、受電コイル３０を有しており、この受電コイル３０を利用して、給電装置５０によって体外から給電を行う構造となっている。すなわち、医療装置１０は、上記特許文献１の生体内電子機器のように、内部に大小のギヤからなる機械的な発電構造を有する構造に比べて、機械的な構造を必要とせずに二次電池４０を充電することができるので、医療装置１０のコンパクト化を図ることができ、患者の負担軽減を図ることができる。

更に、この実施形態における医療装置１０では、装置本体１５の、二次電池４０及び駆動装置４１は、磁気を遮断するシールドケース２５に収容されており、受電コイル３０は、シールドケース２５の外側において、同シールドケース２５との間に電気絶縁体３５を介在させて、装置本体１５と一体に構成されている。

この場合、給電装置５０によって、受電コイル３０を介して無線給電する際に、給電コイル５５からの磁束が、シールドケース２５の壁部に引き寄せられるように通過する。ここでは、図１に示すように、給電コイル５５から二次電池４０や駆動装置４１側へ向かう磁束（図１中、給電コイル５５の左側の磁束）であって、給電コイル５５の軸心から離れた磁束Ｂ１は、シールドケース２５の、体表面２側に配置された壁部２５ａに引き寄せられて通過し、給電コイル５５の軸心寄りの磁束Ｂ２は、シールドケース２５の、体表面２とは離れた位置の壁部２５ｂに引き寄せられて通過することとなる。

このように、給電コイル５５からの磁束が、シールドケース２５の壁部に引き寄せられるように通過するので、二次電池４０や駆動装置４１の各種回路部品４３等への磁気による影響を抑制することができる。

また、受電コイル３０は、シールドケース２５の外側において、同シールドケース２５との間に電気絶縁体３５を介在させて、装置本体１５と一体に構成されているので、医療装置１０をよりコンパクト化することができ、また、医療装置１０を体内に埋め込むときにも、比較的容易に埋め込むことが可能となる。

更にこの実施形態の医療装置１０においては、装置本体１５は、Ｔｉ又はＴｉ合金からなる本体ケース２０を有し、該本体ケース２０の内側にシールドケース２５が配置されており、受電コイル３０は、シールドケース２５に収容されずに、本体ケース２０に収容された構造をなしている。これによれば、生体適合性の高いＴｉ又はＴｉ合金からなる本体ケース２０内に、受電コイル３０が収容されているので、コンパクトで、取扱いやすく埋め込み作業性のよい、体内埋め込み型の医療装置１０を得ることができる。

図１２には、本発明に係る体内埋め込み型医療装置の、他の実施形態について説明する。

この実施形態における体内埋め込み型医療装置１０Ａ（以下、単に「医療装置１０Ａ」という）は、本体ケース２０Ａの構造が前記実施形態と異なっている。

すなわち、この実施形態における本体ケース２０Ａは、その壁部が、外層２３ａと、この外層２３ａの内側に配置された内層２３ｂとを有する二層構造をなしている。前記外層２３ａは、Ｔｉ又はＴｉ合金で形成されている。一方、内層２３ｂは、Ｔｉよりも電気抵抗が低い金属、例えば、Ｃｕ、Ａｌ、Ｎｉ、Ｆｅ、Ｚｎや、それらの合金を用いることができる。その結果、本体ケース２０内への磁束磁気の侵入を遮断可能となっている。なお、Ｆｅ合金の中でも、ステンレスは電気抵抗がＴｉよりも大きいので好ましくない。また、外層２３ａの内側に、上記のＣｕ、Ａｌ、Ｎｉ、Ｆｅ、Ｚｎ等の金属からなるメッキを施してもよい。

また、図１２に示すように、前記本体ケース２０Ａの周壁２２の、前記隔壁２１に対向する位置には、略円弧状をなした凹部２４が形成されている。この凹部２４に、受電コイル３０の電気絶縁体３５が嵌合して、受電コイル３０が、本体ケース２０Ａの外側において、本体ケース２０Ａとの間に、電気絶縁体３５を介在させて、本体ケース２０と一体となるように構成されている。前記凹部２４の位置や形状等は一例であり、特に限定はされないが、コネクター２８に接続されるリード４８，４９とはなるべく離れた位置であることが好ましい。

なお、本発明は、上述した実施形態に限定されるものではなく、本発明の要旨の範囲内で、各種の変形実施形態が可能であり、そのような実施形態も本発明の範囲に含まれる。

図１や図３と同様の構造をなした給電装置及び体内埋め込み型医療装置を製造した。

（体内埋め込み型医療装置の製造）
受電コイル３０を構成する芯体３１は、フェライトで形成されており、外径が７ｍｍ、厚さが０．２ｍｍ、軸方向長さは５ｍｍである。また、コイル部材３３は、線径０．０８ｍｍの導線３２を２層で１００回巻回して形成されたものであって、その外径は７．１６ｍ（内径は７ｍｍ）、軸方向長さは５ｍｍである。更に、電気絶縁体３５は、シリコーン樹脂で形成されており、その外径は１０ｍｍ、軸方向長さは６ｍｍである。

また、装置本体１５を構成するシールドケース２５は、フェライトで形成されており、本体ケース２０はＴｉで形成されている。更に、二次電池４０は、電圧が３．２Ｖ、容量が１５０ｍＡｈの全固体二次電池である。

（給電装置の、実施例の製造）
給電コイル５５を構成する筒状コイル６０は、線径０．８ｍｍの導線６１を、０．２ｍｍの隙間をあけてヘリカル巻してなるものであって、その外径は３０ｍｍ、軸方向長さは３０ｍｍである。また、その外周に配置されるリング部材７０は、比透磁率μ_ｓが５０００のＦｅで形成されたものであって、外径は４８ｍｍ、厚さは２．５ｍｍ、軸方向長さは３０ｍｍである。更に、コイルケース８０は、ポリカーボネートで形成されており、その外径は５０ｍｍ、軸方向長さは４０ｍｍである。

（給電装置の、比較例の製造）
給電装置の比較例として、前記実施例の給電装置に対して、リング部材７０がない以外は同様の構造、すなわち、図１１（ｂ）に示す給電コイル５５Ａを有する、比較例の給電装置を製造した。

（磁束密度の比較実験）
上記の実施例の給電装置、及び、比較例の給電装置について、１Ａの交流電流を印加して、コイル中心からの距離に対する磁束密度の変化を測定した。その結果が図１３に示されている。

同図１３に示すように、実施例の給電装置、及び、比較例の給電装置は、両者ともに、コイル中心からコイル端（１５ｍｍ）をやや超えた位置までは（約１８ｍｍ）、ほぼ同じ磁束密度であり、かつ、その磁束密度の変化（波形）もほぼ同じ傾向となっている。しかし、コイル中心から約１８ｍｍを超えたあたりから磁束密度に差異が生じ、リング部材なしの比較例の給電装置よりも、リング部材ありの実施例の給電装置の方が、磁束密度が低下している。このことから、実施例の給電装置の方が、比較例の給電装置よりも、コイル中心から離れた位置では、磁束の幅が狭くなることが分かる。したがって、装置本体１５の駆動装置４１の回路部品４３等に、磁気による影響を及ぼしにくくすることができることが把握できた。

また、実施例の給電装置によって、装置本体１５の二次電池４０を充電することが確認できた。なお、この実施例の二次電池４０のように、例えば、電圧が３．２Ｖ、容量が１５０ｍＡｈの全固体二次電池を用いた場合において、０．４Ｗ、２００ｍＡで充電した際には、おおむね４５分で充電することが可能となる。

２ 体表面
３ マーカー
１０，１０Ａ 体内埋め込み型医療装置（医療装置）
１５ 医療装置本体（装置本体）
２０，２０Ａ 本体ケース
２５ シールドケース
３０ 受電コイル
３１ 芯体
３２ 導線
３３ コイル部材
３５ 電気絶縁体
４０ 二次電池
４１ 駆動装置
４８，４９ リード
５０ 体内埋め込み型医療装置用の給電装置（給電装置）
５５，５５Ａ 給電コイル
６０ 筒状コイル
６１ 導線
７０ リング部材
８０ コイルケース
８１ 貫通空間
８５ 透明部材

Claims (3)

1. 体内に埋め込まれる医療装置本体に電力を給電するための、体内埋め込み型医療装置用の給電装置であって、
   前記医療装置本体に設けられた受電コイルに体外から電磁誘導により無線給電する給電コイルを有しており、
   前記給電コイルは、導線がヘリカル巻されて筒状に形成された筒状コイルと、
   磁性材料からなると共に、前記筒状コイルの外周を囲むように配置された環状のリング部材とを有しており、
   前記給電コイルは、筒状をなすコイルケースに収容されており、
   前記コイルケースは、前記筒状コイルの軸心に整合する貫通空間と、この貫通空間の、軸方向の一端側の開口を閉塞する透明部材とを有しており、前記透明部材には、体表面上に設けたマーカーとの、位置合わせ用のマーカーが設けられており、
   前記コイルケースの外部から軸方向の一端を見たときに、前記貫通空間を通して、前記透明部材の前記位置合わせ用のマーカー、及び、前記体表面上に設けたマーカーを視認可能となるように構成されていることを特徴とする、体内埋め込み型医療装置用の給電装置。
2. 体内に埋め込まれる医療装置本体と、
   前記医療装置本体に体外から給電を行う給電装置とを備え、
   前記医療装置本体は、受電コイルと、該受電コイルによって発生する電力を蓄える二次電池と、該二次電池によって駆動される駆動装置とを有し、
   前記給電装置は、前記受電コイルに電磁誘導により無線給電する給電コイルを有しており、
   前記給電コイルは、導線がヘリカル巻されて筒状に形成された筒状コイルと、
   磁性材料からなると共に、前記筒状コイルの外周を囲むように配置された環状のリング部材とを有しており、
   前記医療装置本体の、前記二次電池及び前記駆動装置は、磁気を遮断するシールドケースに収容されており、該シールドケースは、一側部が開口した箱状をなしており、
   前記受電コイルは、前記シールドケースの開口した一側部に隣接して配置され、前記シールドケースの外側において、同シールドケースとの間に電気絶縁体を介在させて、前記医療装置本体と一体に構成されていることを特徴とする体内埋め込み型医療装置。
3. 前記医療装置本体は、Ｔｉ又はＴｉ合金からなる本体ケースを有し、該本体ケースの内側に前記シールドケースが配置されており、
   前記受電コイルは、前記シールドケースに収容されずに、前記本体ケースに収容されている、請求項２記載の体内埋め込み型医療装置。