JPH10258129A - 心臓ペースメーカ装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】体内に埋め込まれた心臓ペースメーカから、電
池に充電する際の交流電磁界で乱されることなく充電監
視制御情報を正確に取り出すことができ、その監視検出
情報に基づいて過大な充電印加電圧の抑制をすることが
できる心臓ペースメーカ装置を提供すること。 【解決手段】体外からの充電開始コマンドを生体植え込
み機器５０が受信することにより、生体内の充電情報監
視手段１０５，１０６等が活性状態になり、体外の経皮
充電手段１が生体内の電池５３を充電するための交流電
磁界を間欠的に発生して、生体内の制御手段５５が充電
モード動作に推移し、体外の経皮充電手段１から充電停
止コマンドを受信することにより、生体内の充電情報監
視手段１０５，１０６等が非活性状態になり、生体内の
制御手段５５が非充電モード動作に推移する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、生体植え込み機器
用の体内電池を体外から充電するための体外充電器を有
する心臓ペースメーカ装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】心臓ペースメーカ等生体植え込み機器の
制御回路などへ給電をするためのデバイスとして、体積
当たりのエネルギ量の大きな一次電池が用いられてい
る。しかし、一次電池は充電できないので、電池が寿命
に達すると新しい電池が充填された機器の再植え込みな
どが必要なり、患者にとって精神的、肉体的負担が大き
い。このため、充電が可能な二次電池の導入が望まれて
いる。

【０００３】ただし、二次電池を有する生体植え込み機
器に対して体外から経皮充電を行うためには、二次電池
の充電状況に基づいて、充電動作を継続するか否か等を
判断するための情報を体外へ送信する必要がある。ま
た、使用する二次電池の特性に適合した充電方法が必要
であると共に、充電の際の異常発熱の対策等も必要であ
る。

【０００４】従来、このような充電制御を実施するに
は、インバータ回路により体外側から交流電磁界を連続
して発生させて体内側に送電し、体内側からは、二次電
池に対する充電監視情報や充電に伴う異常監視検出情報
などをテレメトリにより体外側装置に常時送信し、体外
側装置で異常による送電の停止などを含めた充電動作を
実行していた。

【０００５】そのような従来の心臓ペースメーカにおい
ては、充電のための体外側からの交流電磁界の送電と体
内側からのテレメトリ監視情報とが同時実施されると共
に、充電に伴う心臓ペースメーカの異常措置等を体外の
充電器による送電量を制御することにより実施される。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】しかし、送電動作の実
施中は、充電のための電磁界強度が非常に大きいので、
二次電池の監視情報などをテレメトリにより体外側に情
報転送する際のテレメトリ電磁界が、送電電磁界による
強い干渉を受ける。

【０００７】その結果、テレメトリによる経皮間転送情
報に誤りが生じたり、二次電池に対する正しい充電制御
ができなかったり、二次電池の過充電による電池自体や
他の電子回路部品の破壊に至らしめるなどの危険性があ
った。

【０００８】そこで本発明は、体内に埋め込まれた心臓
ペースメーカから、電池に充電する際の交流電磁界で乱
されることなく充電監視制御情報を正確に取り出すこと
ができ、その監視検出情報に基づいて過大な充電印加電
圧の抑制をすることができる心臓ペースメーカ装置を提
供することを目的とする。

【０００９】

【課題を解決するための手段】上記の目的を達成するた
め、本発明の心臓ペースメーカ装置は、生体内に植え込
まれる機器に対して電気エネルギを供給するために生体
内に埋め込まれる電池と、上記生体内の電池を充電する
ための交流電磁界を体外で発生して経皮的に上記電池に
送電するための経皮充電手段と、上記生体内において上
記電池の充電状況を監視してその充電監視制御情報を経
皮的に体外に送信するための充電情報監視手段と、上記
充電情報監視手段から送られてくる充電監視制御情報を
体外で受信してその信号の内容に応じて上記経皮充電手
段の動作を制御する充電制御手段と、上記充電により生
じる植え込み機器の発熱などの異常を監視検出する充電
異常監視検出手段と、上記充電異常監視検出手段により
検出した内容に応じて上記生体内の充電回路の入力を切
断し或いは電池の印加電圧が所定値を越えないよう抑制
して充電するための充電印加電圧抑制手段と、体外から
の充電開始コマンドを受信することにより起動して所定
の経過時間を監視する生体内の充電期間監視手段と、充
電開始コマンドを送信することにより起動して所定の経
過時間を監視する体外の充電期間監視手段とを有する、
生体植え込み機器及び体外充電器からなる心臓ペースメ
ーカ装置において、体外からの充電開始コマンドを上記
生体植え込み機器が受信することにより、上記生体内の
充電異常監視検出手段、充電情報監視手段および充電エ
ネルギ抑制手段が活性状態になり、上記体外の経皮充電
手段が上記生体内の電池を充電するための交流電磁界を
間欠的に発生して、その交流電磁界が発生していない時
間帯に上記体内の充電情報監視手段と上記体外の充電制
御手段との間で充電監視制御情報の送受信を行って充電
動作を行うため上記生体内の制御手段が充電モード動作
に推移し、上記体外の経皮充電手段から充電停止コマン
ドを受信することにより、上記生体内の充電情報監視手
段、充電エネルギ抑制手段及び充電異常監視検出手段が
非活性状態になり、上記生体内の制御手段が非充電モー
ド動作に推移すること特徴とする。

【００１０】なお、上記経皮充電手段が、上記電池の電
圧が所定の電圧値にまで上昇する期間においては上記電
池を定電流で充電し、上記所定の電圧値に達した後にお
いては上記所定の電圧を維持させるよう定電圧で充電を
行い、その充電電流が所定の電流値に低減すると交流電
磁界の発生を停止させることにより充電を終了するよう
にしてもよい。

【００１１】また、上記生体内の充電情報監視手段が、
上記電池の充電を所定の定電流で終了させるのに応じた
上記電池の所定電圧値（第１の電圧値、ＨＶ）より所定
電圧値だけ高電位の第２の電圧値（ＨＨＶ）を越えた充
電電圧値を検出すると、少なくとも上記第２の電圧値
（ＨＨＶ）を越える充電電圧を上記電池に印加しないよ
う電圧を抑制するようにしてもよい。

【００１２】そして、上記充電異常監視検出手段が、所
定の生体より高温度を温度検出器によって検出すると上
記生体内の二次電池を充電するための受電整流回路を切
断すると共に、上記体外の経皮充電手段の動作を停止さ
せるための充電停止要求情報を体外に送信するようにし
てもよい。

【００１３】また、上記体内の充電異常監視検出手段
が、上記体外からの充電開始コマンドを受信することに
より起動して所定の時間が経過した時発生する監視検出
信号（タイムアウト信号）を上記生体内の充電期間監視
手段により検出すると、上記体外からの経皮充電動作を
停止させることを要求するための充電停止要求情報を体
外に送信するようにしてもよい。

【００１４】また、上記充電制御手段が、充電開始コマ
ンドを上記植え込み機器に送信する時起動して所定の時
間が経過した時発生する監視検出信号（タイムアウト信
号）を上記充電器に設けた上記体外の充電期間監視手段
により検出すると、上記経皮充電動作を停止させ、充電
停止コマンドを上記植え込み機器に送信するようにして
もよい。

【００１５】また、上記体外の充電制御手段が、上記充
電器に設けられた充電の強制停止スイッチによる停止要
求を検出すると上記経皮充電動作を停止させ、充電停止
コマンドを上記植え込み機器に送信するようにしてもよ
い。

【００１６】

【発明の実施の形態】図面を参照して本発明の実施の形
態を説明する。図１は、生体植え込み機器５０と体外充
電器１からなる心臓ペースメーカ装置の全体構成図であ
る。

【００１７】２は、生体植え込み機器５０としての心臓
ペースメーカに経皮充電するために、体外に配置された
充電用の電源としての一次電池である。１０は、経皮充
電用の交流電磁界の強度を心臓ペースメーカに使用する
二次電池５３の電圧等に応じたものにするために、体外
側の一次電池２の電圧を変圧（昇降圧）するための変圧
回路であり、インダクタンス１１、スイッチング用トラ
ンジスタ１２、ダイオード１３、平滑用コンデンサ１４
などから構成される。

【００１８】変圧回路１０において、昇圧または降圧を
行って所望の直流電圧を得るには、スイッチング用トラ
ンジスタ１２を導通させるためのゲートに印加する制御
パルスのパルス幅を調整すればよい。

【００１９】２０は、経皮充電を行うための交流電磁界
を発生させるインバータ回路であり、基本的には４つの
スイッチング用トランジスタ２１〜２４を直並列にブリ
ッジ状に組み合わせて構成される。

【００２０】インバータ回路２０においては、変圧回路
１０から給電される直流電圧を、スイッチング用トラン
ジスタ２１〜２４を二つずつ（２１と２４及び２２と２
３）組み合わせて、互いに異なる時期に導通するよう制
御することにより、図１中のＡ，Ｂ間に交流電圧を発生
する。

【００２１】交流電圧の振幅を変化させたり発生を停止
するには、２組のスイッチング用トランジスタ２１，２
４及び２２，２３のゲートに印加する制御パルスの時間
幅を変化させたり、印加する制御パルスを停止させるこ
とにより実施することができる。２５は、平滑用コンデ
ンサである。

【００２２】３１は、インバータ回路２０により発生し
た交流電圧を基に、生体内に植え込まれた心臓ペースメ
ーカに送電をするための送電用コイルであり、そのコイ
ルは、電磁界の放射指向性を特定したり強度を強めるた
め、フェライト磁心などに編組される。

【００２３】７０は、生体の皮膚表面から生体内に植え
込まれた心臓ペースメーカまでの間に介在する筋又は脂
肪などの生体組織である（以下、「生体の皮膚７０」と
表現する）。

【００２４】５１は、生体内植え込み機器５０である心
臓ペースメーカのケースであり、チタニウムなどの金属
あるいは金属合金で構成され、その表面は、生体に炎症
が生じないよう、高分子樹脂などにより被覆されて構成
されている。

【００２５】５２は、植え込み機器ケース５１内に搭載
された受電用コイルであり、充電のための交流電磁界を
生体の皮膚７０および植え込み機器ケース５１を介し
て、体外の送電用コイル３１から受電する。

【００２６】６０は、受電用整流回路であり、ブリッジ
状に組み合わされた４つのダイオード６１〜６４と平滑
用コンデンサ６５とで構成され、受電用コイル５２で受
電した交流電圧を全波整流してリップルを除去する。

【００２７】５３は、植え込み機器５０としての心臓ペ
ースメーカに稼動及び制御のための電気エネルギを供給
する充電可能な二次電池であり、受電用整流回路６０の
直流出力により充電される。

【００２８】５４は、二次電池５３が充電される際に、
充電電流をモニタするための既知の抵抗値を有する電流
監視抵抗器である。二次電池５３の内部インピーダンス
は一般に充電率により変化するので、二次電池５３に対
して定電流充電を行うためには、充電のための交流電磁
界の強度を絶えず適正に変化させる必要がある。この時
々の充電電流値は、電流監視抵抗器５４の両端に生ずる
電位差から換算することができる。

【００２９】５５は、心臓ペースメーカの各種状態を監
視したり動作制御などを行う主制御回路であり、マイク
ロプロセッサ（ＭＰＵ）等を内蔵している。この回路が
稼動するための電力は二次電池５３から供給される。

【００３０】５６は、二次電池５３の電圧や充電時の充
電電流として既知の抵抗値を有する電流監視抵抗器５４
の両端に生じる電位差を計測したり、それらの値を基に
二次電池５３の電圧が既定値に達したのか否かを判定し
て、充電動作をさらに継続するか、あるいは停止するか
の制御信号などを生成するための充電監視制御回路であ
る。

【００３１】５７は、充電監視制御回路５６からの出力
情報をテレメトリにより体外充電器１に送信するため
に、キャリア信号を変調して送信したり、体外充電器１
から充電停止コマンドなどを受信して復調するテレメト
リ送受信回路である。

【００３２】５８は、植え込み機器５０からテレメトリ
用の充電監視制御情報を体外側の送受信アンテナコイル
３２に送信したり、体外側から送信される充電停止コマ
ンドなどを植え込み機器５０で受信する送受信アンテナ
コイルである。

【００３３】充電監視制御回路５６からの送信信号は、
送受信アンテナコイル５８から植え込み機器ケース５１
と生体の皮膚７０とを介して体外に伝達され、体外側の
テレメトリ信号送受信アンテナコイル３２で受信され
る。

【００３４】３３は体外側のテレメトリ送受信回路であ
り、受信したテレメトリ信号を復調して充電監視制御情
報に変換したり、充電監視制御情報により充電制御回路
３５で充電動作を停止するとき植え込み機器５０側での
充電に係わる異常を監視検出する回路などを非活性に
し、心臓ペースメーカの制御モードを非充電モード（通
常のモード）に推移させてもよい様に充電停止コマンド
などをデレメトリ信号として変調して送信する。

【００３５】３４は、インバータ回路２０の動作を制御
するためのインバータ制御回路であり、充電監視制御情
報として、例えば充電に係わる異常を植え込まれた心臓
ペースメーカで検出しそのまま継続して充電動作を行う
と回路などが破損したり、心電信号に応じた正しいペー
シング出力信号の制御ができず生命の危機にも及ぶよう
な状況が想定されるときには、植え込み機器５０側から
充電動作を停止する旨の要求信号を受信したとき、イン
バータ回路２０のスイッチング用トランジスタ２１〜２
４の動作を停止するため、ゲートに印加する制御パルス
を非導通状態にさせるよう出力する。

【００３６】３５は、充電制御回路であり、充電監視制
御情報として、例えばさらに充電電流を増加させるべき
旨のテレメトリ信号を受信したとき、変圧回路１０のス
イッチング用トランジスタ１２の導通期間を増加させる
ようゲートに印加するパルスを制御する。

【００３７】３６は、植え込み機器内の二次電池５３に
ついて、充電監視情報を体外充電器１側でモニタした
り、必要な各種操作を実施するための表示・警報・操作
回路である。

【００３８】上述のように構成された体外充電器１にお
いては、インバータ回路２０により充電のための交流電
磁界が発生されるが、この交流電磁界は、インバータ回
路２０により一定期間を単位としていわゆるバースト的
に間欠した発生が制御される。

【００３９】図２は、体外充電器１から植え込み機器５
０（心臓ペースメーカ）に対して充電を行うときの、そ
れぞれの機器１，５０における充電制御動作の関連を示
している。

【００４０】１００は、植え込み機器５０において体外
充電器１からの充電が実施されていないときの動作であ
り、充電のための交流電磁界が体外充電器１で発生され
ていないので、充電監視制御や充電異常監視検出などの
実施の必要がない非充電モードの動作、すなわち通常モ
ードの動作である。

【００４１】２００は、体外充電器１から植え込み機器
５０に充電を行うに際し、植え込み機器５０との間で充
電動作に先立つ情報の授受を行う動作であり、充電のた
めの交流電磁界の発生を伴わない状態（通常の状態）で
テレメータリングが実施される。

【００４２】充電動作に先立って植え込み機器５０が非
充電モード動作１００の状態との情報の授受は次のよう
に実施される。まず、体外充電器１から植え込み機器５
０に通信のためのテレメータリングの動作要求信号
（）が送信され、その要求信号を植え込み機器５０が
受信し、テレメータリングの動作が可能な状態を判断す
ることにより、体外充電器１にテレメータリング受付可
能信号（）を送信する。

【００４３】次に、体外充電器１は、植え込み機器５０
に対し、機器の型名、製造番号、電池型番などの所定の
ＩＤ情報等の読み取り要求信号（）を送信し、その要
求信号を植え込み機器５０が受信することにより、植え
込み機器５０毎に予め付与されている所定のＩＤ情報を
植え込み機器５０が検索し、その情報を植え込み機器５
０のＩＤ情報等（）として体外充電器１に送信する。

【００４４】植え込み機器５０のＩＤ情報を受信した体
外充電器１は、その情報を基に、植え込み機器５０に対
して充電動作を実施するのが妥当か否かの判断や、埋め
込まれている二次電池５３の種類などによる固有の充電
特性の設定準備などを実施し所定の条件に合った後に、
植え込み機器５０に対して充電開始コマンド（）を送
信する。

【００４５】図３は、体外充電器１からの充電開始コマ
ンドを受信した植え込み機器５０が、そのコマンドを受
信する以前に実行していた非充電モード動作を推移させ
て稼動する充電モード動作１０１全体の流れ図であり、
植え込み機器５０内に設けられた回路において制御が実
行される。

【００４６】１０２は、植え込み機器５０の非充電モー
ドとの共通監視検出手段であり、機器の動作状況を監視
検出する機能範囲が、非充電モード動作１００と充電モ
ード動作１０１において共通に稼動する。

【００４７】非充電モードとの共通監視検出手段１０２
は、体外充電器１から充電開始コマンドを受信する
と、植え込み機器５０が二次電池５３を充電するため体
外から強い交流電磁界を受電することにより異常が生じ
ないか否かを監視検出するための充電異常監視検出手段
１０３を活性状態にすると共に、二次電池５３を充電す
るため充電制御動作１０４を実施する。

【００４８】また、非充電モードとの共通監視検出手段
１０２は、体外充電器１が充電を停止するとき送信する
充電停止コマンドの受信受付けが可能な状態（充電停止
コマンド受付状態）１１４を設定すると共に、体外充電
器１が予め定められた規定の充電期間を超過しても充電
動作が終了しないと二次電池５３が過充電になって二次
電池５３の破損に到る危険があるため、充電期間監視タ
イマ１０７の起動を行う。

【００４９】充電制御動作１０４においては、体外の充
電器から送電される充電のための交流電磁界を受電用コ
イル５２で受電し、充電監視制御回路５６により二次電
池５３に充電するための電気エネルギを供給制御するた
めの動作を行う。

【００５０】１０５は、二次電池５３の充電動作期間に
おいて電池に対する充電電流値や電池の電圧値などの充
電情報を所定の期間毎にサンプリング検出して、それら
の情報を読み取る電池充電情報読み取り動作であり、電
流監視抵抗器５４に生ずる電位などから充電監視制御回
路５６を作動させて実施する。

【００５１】この充電情報の読み取り値は、充電監視情
報１０６として、テレメトリ送受信回路５７および送受
信アンテナコイル５８により体外側に充電監視制御情報
として送信される。

【００５２】なお、上記充電情報読み取り値が予め定め
られた所定の範囲を逸脱した値であるときには、充電に
係わる何がしかの異常があることが懸念されるため、そ
の旨充電異常監視検出手段１０３に信号が出力される。

【００５３】１０７は、充電期間監視タイマであり、体
外の充電器から充電開始コマンドを受信すると、その
起動が非充電モードとの共通監視検出手段１０２から実
施される。

【００５４】予め定められた規定の充電期間を超過して
も体外充電器１の充電動作が終了しないと、充電期間監
視タイマ１０７は、タイムアウト信号を出力し、充電異
常監視検出手段１０３にその旨の信号を送信すると共
に、体外充電器１に充電動作を停止するよう要求信号と
してインバリッド情報１１０を生成する。

【００５５】インバリッド情報１１０は、電池充電情報
として予め定めた有効な規定内であるバリッド情報を逸
脱した情報であり、充電監視情報１０６として体外充電
器１に送信される。

【００５６】また、充電期間監視タイマ１０７によるタ
イムアウト信号は、体内の植え込み機器５０が充電モー
ド動作１０１を終了して通常モード動作である非充電モ
ード動作１００に推移するために、充電モード動作解除
設定１１５を行う。

【００５７】１０８は、充電が実施されている期間に、
例えば二次電池５３が短絡したり受電用整流回路６０を
構成するダイオード６１〜６４や平滑用コンデンサ６５
等が短絡すると、その短絡部分に過大な電流が流れるの
で、異常に発熱しその部位が高温になるのを検出するた
めの温度検出手段である。温度検出手段１０８は、所定
の温度を検出すると、その旨の検出信号を充電異常監視
検出手段１０３に出力する。

【００５８】充電異常監視検出手段１０３は、温度検出
手段１０８からの検出信号を受け取ると、受電用整流回
路６０に入力される充電入力切断制御１１２を行うよう
指令を送出すると共に、体外充電器１の充電動作を停止
させるための要求としてインバリッド情報１１０の発生
を指定する。

【００５９】１１１は、充電のために二次電池５３に印
加される電圧が所定の電圧値より高電位の電圧であると
電池の特性が劣化したり電池を破損する危険があるの
で、電池に印加される電圧を電池充電情報読み取り動作
１０５で検出し、充電異常監視検出手段１０３に送信さ
れる信号などを基に、その印加電圧の最大値を抑制する
ための充電圧リミッタ手段である。

【００６０】１１４は、体外充電器１が充電のための交
流電磁界の発生を停止し充電動作を終了するとき植え込
み機器５０に送信する充電停止コマンドを植え込み機器
５０が受信し受け付けるための充電停止コマンド受付手
段であり、植え込み機器５０が充電モード動作で稼動し
ているときのみ稼動する。

【００６１】充電停止コマンド受付手段１１４は、体外
充電器１からの充電停止コマンドを受け付けると充電モ
ード動作解除設定１１５を行う。それにより、充電モー
ド動作１０１を終了し、非充電モード動作１００に推移
する。

【００６２】図４は、体外充電器１が植え込み機器５０
に充電開始コマンドを送信した後、体外充電器１が稼
動する充電動作全体の流れ図であり、体外充電器１に設
けられた回路において制御が実行される。

【００６３】２０２は、充電すべき二次電池５３の種類
などによって予め定められている所定の充電特性に基づ
き充電を行うための初期設定であり、その設定の後に、
インバータ制御回路３４、充電制御回路３５、変圧回路
１０およびインバータ回路２０をそれぞれ適切に稼動さ
せるための充電監視情報に基づく充電器出力制御２０５
が実施されると共に、予め定められた充電期間を監視す
るため充電期間監視タイマ２０６が起動される。

【００６４】２０３は、植え込み機器５０から送信され
る充電監視制御情報の受信内容が充電制御動作の停止を
要求するインバッリド情報であるか否かの判断過程であ
り、その内容が充電停止要求である場合には、充電監視
情報に基づく充電器出力制御２０５のその時点までの制
御過程などによる状況との照合判断２０８，２０９によ
り、強制終了の充電停止２１０か、或いは正常終了の充
電停止２１１の状態に移る。

【００６５】２０４は、植え込み機器５０から送信され
る充電監視制御情報が体外充電器１に対する充電停止を
要求するインバリッド情報でない場合において、二次電
池５３の充電監視情報が所定の指定パラメータ値の範囲
であるか否かの判断過程であり、その範囲を逸脱してい
ないときには、上記充電監視情報に基づく充電器出力制
御２０５が実施される。

【００６６】上記充電監視情報が上記指定パラメータ値
を逸脱しているときには、例えば、植え込み機器５０か
ら送信される充電監視情報１０６は正しく送信される
が、体外充電器１の送受信アンテナコイル３２に他の機
器からの突発的な雑音が重畳することによりテレメトリ
送受信回路３３で受信した充電監視情報に誤りが生じる
ことがある。

【００６７】２０７は、それに対応するために、上記指
定パラメータ値を逸脱した状態が充電のために間欠的に
発生する交流電磁界の間欠発生周期毎に累計した回数
が、所定の回数だけ連続しているか否かの判断過程であ
る。

【００６８】そして、上記パラメータ値を逸脱する状態
が所定の回数だけ連続すると、二次電池５３や受電用整
流回路６０などの故障によることが懸念されるので、強
制的に充電を終了させる充電停止２１０となる。

【００６９】なお、上記指定パラメータ値を逸脱する状
態が上記所定回数だけ連続しない場合には、上記指定パ
ラメータ値の逸脱は他の機器からの突発的な雑音の重畳
などによるためと考えられる。

【００７０】そこで、例えばその時受信した植え込み機
器５０からの充電監視情報を、充電のために間欠的に発
生する交流電磁界の前間欠発生期間に応じた充電監視情
報と置き換えて、充電器出力制御２０５を行う。

【００７１】上記充電監視情報に基づく充電器出力制御
２０５は、さらに二次電池５３の充電特性に応じた所定
の充電終了条件に合致するか否かの判断を行い、その旨
の信号を出力する。

【００７２】所定の充電終了条件を満たさないときに
は、照合判断２０９により、その後に送信される植え込
み機器５０からの充電監視制御情報を受信する状態に戻
る。また、上記所定の充電終了条件を満たす時には、上
記照合判断２０９により充電動作を正常に終了させる充
電停止２１１の状態に移る。

【００７３】２１２は、表示・警報・操作回路３６に設
けられた強制停止スイッチであり、充電動作を故意に停
止するときに操作するためのスイッチである。強制停止
スイッチ２１２が投入されると強制的に充電が停止する
充電停止２１０の状態になる。

【００７４】また、充電動作の開始時に起動された充電
期間監視タイマ２０６が所定の監視期間充電動作が終了
しないでタイムアウト信号を出力したときにも、強制的
に充電を停止する充電停止２１０の状態になる。

【００７５】上記２１０又は２１１のいずれの充電停止
状態になった時にも、充電停止コマンドが植え込み機器
５０に送信され、体外充電器１は充電動作終了２１３を
実行し、充電動作に先立ってテレメータリングにより得
た植え込み機器５０の型名、製造番号、二次電池５３の
型番などの所定のＩＤ情報をリセットする。

【００７６】図５は、生体内に植え込まれる機器５０に
対して電気エネルギを供給するために生体内に埋め込ま
れた二次電池５３の、充電特性と充電制御の内容を示し
ている。

【００７７】このような二次電池５３としては、機器を
小型化する要求から、一般には体積当たりの電気エネル
ギ密度の大きい例えばリチウム（Ｌi ）系素材を用いた
固体型電池が望まれており、その充電方法としては通常
定電流による方法が用いられている。

【００７８】しかし、このような固体型電池の充電特性
は、一般には充電エネルギ量を増加することにより電池
の電圧は上昇するが、充電に先立ってそれ以前に使用し
て消費された電気エネルギの量や充電を繰り返した回数
などにより、一定の充電エネルギ量でも二次電池の内部
インピーダンスが異なる。

【００７９】すなわち、一定の電流値（Ｉconst ）によ
る充電（定電流充電）において充電を開始した時間の経
過に伴う電池の電圧Ｖ_E は、充電期間の増加と共に上昇
するが、二次電池の内部インピーダンスの相違により電
圧Ｖ_E は異なる（図においては内部インピーダンスが小
さい場合の電圧Ｖ_E の特性を、内部インピーダンスが
大きい場合の特性をとして示している）。

【００８０】このことにより、電池の充電が完了したと
見なすのを所定の電圧値（第１の電圧値、ＨＶ）に達し
たことのみでは、充電を完了するのに充分なエネルギ量
が充電されたことが正確には判断できない。

【００８１】そこで、電池の電圧値が第１の電圧値ＨＶ
に達した後、さらに第１の電圧値ＨＶを一定に維持して
充電（定電圧充電）を行うと、その時以前に充電されて
いた状況に応じ、充電電流が時間経過と伴に次第に低減
する。

【００８２】上記電池の内部インピーダンスが大きい場
合のの特性は、電圧値ＨＶに達する充電時間が短く、
定電流充電モードの期間に充電されるエネルギは内部イ
ンピーダンスの小さい場合に比し少ないが、充電電圧値
をＨＶにして充電する定電圧充電モードの期間において
は、定電流充電モードの終了時の充電率が小さいため、
充電率の増加による充電電流の低減量が内部インピーダ
ンスが小さい場合のに比べて小さい。

【００８３】このため、定電流充電モードの充電後の定
電圧充電モードにおいて所定の充電電流値Ｉｍにまで充
電電流値が低減する時間は、電池の内部インピーダンス
の相違に比し著しい相違とはならない（Ｔch、Ｔch
）と共に二次電池の充電エネルギ量、すなわち、充電
率をほぼ一定にすることができる。

【００８４】このように二次電池５３を充電制御し、充
電動作を終了させる時間はＴch、Ｔchで示されてい
る。なお、充電開始時から充電期間監視手段１０３, ２
０６で設定されるタイマ設定時間Ｔout は、上記充電動
作の終了時間Ｔch、Ｔchに比し適切な長時間を設定
するのは周知のとおりである。

【００８５】なお、上記定電圧充電モードにおいて維持
される二次電池５３の充電印加電圧ＨＶは、定電流充電
モードにより大略十分な充電が実施されその充電エネル
ギ量に基づいた高い電圧値であるので、その電圧値ＨＶ
より所定電圧値だけ高電位の電圧値、すなわち、第２の
電圧値ＨＨＶを越えた高電位の電圧値を電池に印加する
と、二次電池５３を過充電したり短絡故障を生じさせる
ような危険がある。

【００８６】図６は、二次電池５３を充電するために上
記第２の電圧値ＨＨＶを越えた高電位の電圧が電池に印
加しないようにするための充電印加電圧抑制回路３００
を示しており、この回路には、図１に示される受電用整
流回路６０の出力と電流監視抵抗器５４との間に、所定
の電位を越える電圧を抑制できる回路が追加されてい
る。

【００８７】３０１は充電印加電圧抑制トランジスタで
あり、ゲート印加電圧に応じた出力電圧が電流監視抵抗
器５４を通して二次電池５３に印加される。３０５は、
カソード電極からアノード電極に電流を流すときその両
極端子間に一定の電位差を生じるツエナーダイオードで
あり、トランジスタ３０１の出力を抵抗器３０４と直列
に接続することによりそのカソード電極端子電圧を基準
電圧としている。

【００８８】３０９は差動増幅器であり、その一方の入
力Ｃは、トランジスタ３０１の出力電圧を抵抗器３０７
および３０８を直列接続した接続点に接続され、他の一
方の入力Ｄは、ツエナーダイオード３０５のカソード電
極端子に接続した可変抵抗器３０６の中間端子に接続さ
れている。

【００８９】これにより、差動増幅器３０９からは、ツ
エナーダイオード３０５に基づく基準電圧値に予め設定
された可変抵抗器３０６の抵抗値分割比を乗じた電圧値
と、トランジスタ３０１の出力電圧値を二つの抵抗器３
０７，３０８の抵抗値の比で分割した電圧値との差電圧
が、増幅率Ａだけ増幅されて出力される。

【００９０】しかし、差動増幅器３０９の出力端子は抵
抗器３１０とダイオード３１１を介してトランジスタ３
０２のソース電極に接続されているので、トランジスタ
３０２のゲート電極にはソース電極電圧より低い電圧は
印加されない。

【００９１】トランジスタ３０１のゲート電極は、トラ
ンジスタ３０２のドレイン電極と接続されているので、
差動増幅器３０９の入力Ｄに印加するための可変抵抗器
３０６の抵抗値分割比を上記第２の電圧値ＨＨＶに相当
する差動増幅器３０９の入力Ｃの電圧値と等しくなるよ
うに設定することにより、受電用整流回路６０の出力が
上記第２の電圧値ＨＨＶより大きいときでもそれ以上の
高電圧を二次電池５３に印加しないよう抑制することが
できる。

【００９２】図７は、受電用整流回路６０の出力電圧と
トランジスタ３０２のゲート印加電圧Ｖ_G およびドレイ
ン電圧Ｖ_D との関連を示している。差動増幅器３０９の
出力は、その入力Ｄの電圧値が上記第２の電圧値ＨＨＶ
に相当するときの他の入力Ｃの電圧値と等しくなるよう
設定されているので、受電用整流回路６０の出力電圧と
上記第２の電圧値ＨＨＶとの差電圧が増幅される。

【００９３】受電用整流回路６０の出力電圧が上記第２
の電圧値ＨＨＶより大きいと、差動増幅器３０９の出力
Ｖ_AMP はその差電圧に比例した正出力となり、上記第２
の電圧値ＨＨＶより小さいとその差電圧に比例した負出
力となる。

【００９４】しかし、差動増幅器３０９の出力Ｖ_AMP が
負出力になる条件においては、その出力が、抵抗器３１
０とダイオード３１１とを介してトランジスタ３０２の
ソース電極と共通に二次電池５３の負電極側に接続され
ているため、ダイオード３１１が導通して差動増幅器３
０９の出力Ｖ_AMP は零電位になる。

【００９５】トランジスタ３０２のゲート電極には差動
増幅器３０９の出力Ｖ_AMP が印加されている。このた
め、受電用整流回路６０の出力電圧が上記第２の電圧値
ＨＨＶより小さいときにはトランジスタ３０２は非導通
であり、そのドレイン電極の電位Ｖ_D は、抵抗器３０３
を介して受電用整流回路６０の出力電圧にほぼ等しい電
圧となる。

【００９６】また、受電用整流回路６０の出力電圧が上
記第２の電圧値ＨＨＶより大きいときには、トランジス
タ３０２は導通するが、その導通による抵抗器３０３を
介してトランジスタ３０２に流れるドレイン電流は、上
記受電用整流回路６０の出力電圧と第２の電圧値ＨＨＶ
との差電圧値に比例する。

【００９７】したがって、抵抗器３０３の両端における
電位差はトランジスタ３０２の導通の度合いに比例して
流れるドレイン電流値に比例し、ドレイン電極の電位Ｖ
_D は、上記受電用整流回路６０の出力電圧から上記抵抗
器３０３の両端に生ずる電位差だけ減じた電位となる。

【００９８】また、上記受電用整流回路６０の出力電圧
が上記第２の電圧値ＨＨＶより大きいとき、上記ドレイ
ン電極の電位Ｖ_D が一定の電位となるように、差動増幅
器３０９の増幅度を設定することができる。

【００９９】図８は、受電用整流回路６０の出力電圧と
トランジスタ３０１のソース電位、すなわち、二次電池
５３に印加して充電するための充電電圧Ｖ_CHとの関係を
示している。

【０１００】トランジスタ３０１のゲート電極は、トラ
ンジスタ３０２のドレイン電極の電位Ｖ_D が印加される
ので、そのソース電位、即ち充電電圧Ｖ_chは二次電池５
３の充電開始直後の低電圧値ＬＶから上記第２の電圧値
ＨＨＶまでの受電用整流回路６０の出力電圧は抑制せず
に、上記第２の電圧値を越えた受電用整流回路６０の出
力電圧に対しては、上記第２の電圧値ＨＨＶを少なくと
も越える充電電圧を二次電池５３に印加しないように制
御することができる。

【０１０１】図９は、インバータ回路２０で発生される
交流電圧の例であり、Ｔ₀ （例えば２秒）の期間は例え
ば１０ＫＨ_Z の交流電圧を連続してバースト的に発生さ
せ、次のＴ₁ （例えば０．５秒）の期間は交流電圧の発
生を停止させていて、そのＴ ₀ とＴ₁ を交互に繰り返し
ている。

【０１０２】このような交流電圧を体外側の送電用送電
用コイル３１に印加し、生体の皮膚７０と植え込み機器
ケース５１を介して体内側の受電用イル５２で受け、受
電した交流電磁界により生成した交流電圧が植え込み機
器に内蔵された受電用整流回路６０により直流に変換さ
れてＴ₀ の期間二次電池５３を充電する。

【０１０３】

【発明の効果】本発明によれば、生体内に植え込まれた
電池に対して体外側から交流電磁界を間欠的に発生させ
て経皮充電を実施するのに、体外側からの充電開始コマ
ンドにより生体内の植え込み機器が充電異常監視検出手
段、充電情報監視手段、充電エネルギ抑制手段を活性状
態にして充電のための交流電磁界の発生を停止している
期間に体内電池の充電監視制御情報を体外側に送信し、
その情報をもとに充電制御を行うようにしたことによ
り、充電のための交流電磁界の受電に係わる生体内の植
え込み機器の各種異常の発生を適格に検出することがで
きると共に体外充電器に充電動作の停止要求情報を送信
することができる。その結果、生体内に植え込まれた電
池の充電動作を安全に行うことができる。

【０１０４】そして、電池の電圧を基準として定電流充
電を行い、所定の電圧に上昇した後その電圧を基準とし
た定電圧充電を行う充電制御を容易に実施することがで
きるので、電池の内部インピーダンスにより満了充電量
の差が生じるなどのおそれがない。

【０１０５】また、体外充電器が充電動作を停止する場
合に充電停止コマンドを体外側から送信するようにする
ことにより、生体内に植え込まれ機器は充電モード動作
を解除することができ、充電モード動作に係わる手段を
非活性状態にするこができるので、植え込み機器の制御
に要する実行処理量を低減することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の心臓ペースメーカ装置の実施の形態の
全体構成図である。

【図２】本発明の実施の形態の生体植え込み機器と体外
充電器の充電制御動作を示すブロック図である。

【図３】本発明の実施の形態の充電モード動作を示す流
れ図である。

【図４】本発明の実施の形態の充電動作を示す流れ図で
ある。

【図５】本発明の実施の形態の充電特性と充電方法を示
す線図である。

【図６】本発明の実施の形態の充電エネルギ抑制回路の
回路図である。

【図７】本発明の実施の形態の充電エネルギ抑制回路の
特性を示す線図である。

【図８】本発明の実施の形態の充電エネルギ抑制回路の
特性を示す線図である。

【図９】本発明の実施の形態の充電用交流電磁界（電
圧）を例示する線図である。

【符号の説明】

１ 体外充電器 ５０ 植え込み機器 ５３ 二次電池 ５５ 主制御回路 １０３ 充電異常検出手段 １０４ 充電制御動作 １０５ 電池充電情報読み取り動作 １０６ 充電監視情報 ３００ 充電エネルギ抑制回路

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 片山 國正 神奈川県足柄上郡中井町井ノ口1500番地 株式会社カージオペーシングリサーチ・ラ ボラトリー内 (72)発明者 桑名 宏二 神奈川県足柄上郡中井町井ノ口1500番地 株式会社カージオペーシングリサーチ・ラ ボラトリー内

Claims (7)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】生体内に植え込まれる機器に対して電気エ
   ネルギを供給するために生体内に埋め込まれる電池と、
   上記生体内の電池を充電するための交流電磁界を体外で
   発生して経皮的に上記電池に送電するための経皮充電手
   段と、上記生体内において上記電池の充電状況を監視し
   てその充電監視制御情報を経皮的に体外に送信するため
   の充電情報監視手段と、上記充電情報監視手段から送ら
   れてくる充電監視制御情報を体外で受信してその信号の
   内容に応じて上記経皮充電手段の動作を制御する充電制
   御手段と、上記充電により生じる植え込み機器の発熱な
   どの異常を監視検出する充電異常監視検出手段と、上記
   充電異常監視検出手段により検出した内容に応じて上記
   生体内の充電回路の入力を切断し或いは電池の印加電圧
   が所定値を越えないよう抑制して充電するための充電印
   加電圧抑制手段と、体外からの充電開始コマンドを受信
   することにより起動して所定の経過時間を監視する生体
   内の充電期間監視手段と、充電開始コマンドを送信する
   ことにより起動して所定の経過時間を監視する体外の充
   電期間監視手段とを有する、生体植え込み機器及び体外
   充電器からなる心臓ペースメーカ装置において、 体外からの充電開始コマンドを上記生体植え込み機器が
   受信することにより、上記生体内の充電異常監視検出手
   段、充電情報監視手段および充電エネルギ抑制手段が活
   性状態になり、上記体外の経皮充電手段が上記生体内の
   電池を充電するための交流電磁界を間欠的に発生して、
   その交流電磁界が発生していない時間帯に上記体内の充
   電情報監視手段と上記体外の充電制御手段との間で充電
   監視制御情報の送受信を行って充電動作を行うため上記
   生体内の制御手段が充電モード動作に推移し、 上記体外の経皮充電手段から充電停止コマンドを受信す
   ることにより、上記生体内の充電情報監視手段、充電エ
   ネルギ抑制手段及び充電異常監視検出手段が非活性状態
   になり、上記生体内の制御手段が非充電モード動作に推
   移すること特徴とする心臓ペースメーカ装置。
2. 【請求項２】上記経皮充電手段が、上記電池の電圧が所
   定の電圧値にまで上昇する期間においては上記電池を定
   電流で充電し、上記所定の電圧値に達した後においては
   上記所定の電圧を維持させるよう定電圧で充電を行い、
   その充電電流が所定の電流値に低減すると交流電磁界の
   発生を停止させることにより充電を終了する請求項１記
   載の心臓ペースメーカ装置。
3. 【請求項３】上記生体内の充電情報監視手段が、上記電
   池の充電を所定の定電流で終了させるのに応じた上記電
   池の所定電圧値（第１の電圧値、ＨＶ）より所定電圧値
   だけ高電位の第２の電圧値（ＨＨＶ）を越えた充電電圧
   値を検出すると、少なくとも上記第２の電圧値（ＨＨ
   Ｖ）を越える充電電圧を上記電池に印加しないよう電圧
   を抑制する請求項１又は２記載の心臓ペースメーカ装
   置。
4. 【請求項４】上記充電異常監視検出手段が、所定の生体
   より高温度を温度検出器によって検出すると上記生体内
   の二次電池を充電するための受電整流回路を切断すると
   共に、上記体外の経皮充電手段の動作を停止させるため
   の充電停止要求情報を体外に送信する請求項１、２又は
   ３記載の心臓ペースメーカ装置。
5. 【請求項５】上記体内の充電異常監視検出手段が、上記
   体外からの充電開始コマンドを受信することにより起動
   して所定の時間が経過した時発生する監視検出信号（タ
   イムアウト信号）を上記生体内の充電期間監視手段によ
   り検出すると、上記体外からの経皮充電動作を停止させ
   ることを要求するための充電停止要求情報を体外に送信
   する請求項１、２又は３記載の心臓ペースメーカ装置。
6. 【請求項６】上記充電制御手段が、充電開始コマンドを
   上記植え込み機器に送信する時起動して所定の時間が経
   過した時発生する監視検出信号（タイムアウト信号）を
   上記充電器に設けた上記体外の充電期間監視手段により
   検出すると、上記経皮充電動作を停止させ、充電停止コ
   マンドを上記植え込み機器に送信する請求項１、２、
   ３、４又は５記載の心臓ペースメーカ装置。
7. 【請求項７】上記体外の充電制御手段が、上記充電器に
   設けられた充電の強制停止スイッチによる停止要求を検
   出すると上記経皮充電動作を停止させ、充電停止コマン
   ドを上記植え込み機器に送信する請求項１、２、３、４
   又は５記載の心臓ペースメーカ装置。