KR20160145148A - 개선된 경피성 에너지 전달 시스템 - Google Patents

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KR20160145148A
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존 루드저
스테판 슈왈츠바흐
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하트웨어, 인코포레이티드
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Abstract

본 발명은, 심장 펌프를 포함하는 하나 이상의 이식된 장치(102)로 전력을 공급하기 위해 충분한 양의 에너지를 생성하고 무선으로 전달하며, 동시에 시스템의 효율과, 안전과, 전반적인 사용상의 편리를 유지하는 개선된 경피성 에너지 전달(TET) 시스템(100)에 관한 것이다. 본 발명은 개선된 시스템을 위한 작동의 하나 이상의 방법과 관련이 있다.

Description

개선된 경피성 에너지 전달 시스템{IMPROVEMENTS IN TRANSCUTANEOUS ENERGY TRANSFER SYSTEMS}
본 발명은 경피성 에너지 전달(Transcutaneous Energy Transfer, TET) 시스템들 및 그러한 시스템들의 작동 방법에 관한 것이다.
본 출원은 인용에 의해 그 개시 내용이 본 명세서에 통합되는, 2014년 4월 15일자로 출원된 미국 가출원 제61/979,835호의 이익을 주장한다.
경피성 에너지 전달(TET) 시스템들은 인체 내에 내부적으로 이식된 펌프들과 같은 장치들에 전력을 공급하는데 사용된다. 체외의 송신 코일에 의해 생성된 자기장은 피부 장벽을 가로질러 체내에 이식된 자기 수신 코일에 전력을 전송할 수 있다. 그러면, 수신 코일은 수신된 전력을 이식된 펌프 또는 다른 내부 장치로 그리고 배터리를 충전하기 위해 체내에 이식된 하나 이상의 배터리들로 전송할 수 있다.
이러한 시스템들은, 시스템의 효율성, 안전성 및 사용의 종합적인 편의성을 유지하면서, 하나 이상의 이식된 장치들을 작동시키는 충분한 양의 에너지를 효율적으로 생성 및 무선으로 송신해야 한다.
이들 시스템들의 효율과 관련하여, 현재 TET 시스템들에 의해 겪고 있는 한가지 단점은, 송신 코일에 의해 생성된 자기장의 성질로부터 발생한다. 그러한 성질에 의해, 자기장은 송신 코일로부터 모든 방향으로 연장한다. 이와 같이, 송신 코일에 의해 발신되는 전자기장으로부터의 대부분의 에너지는 수신 코일에 효율적으로 또는 최적으로 집중되지 않는다. 이것은 무선 에너지 전송의 효율성(즉, 결합 계수)을 제한한다. 또 다른 문제는, 이식된 장치의 전력 및/또는 전류 요구가 일정하지 않고 오히려 다를 수 있다는 사실로부터 발생한다. 이와 같이, 이식된 장치에 가장 효율적으로 작동하기 위해 전력 및/또는 전류 요구에서 변화를 수용할 필요가 있다.
시스템의 편리함에 대해, 현재 TET 시스템들 중 하나의 문제는, 전력 전달 효율을 증가시키고, 열발생을 초래할 수 있는 송신 코일 손실들을 최소화하기 위해 송신 코일과 수신 코일 사이에서 최적의 축 방향 정렬(환자의 피부 표면에 근접한)과 반경 방향 정렬(환자의 피부의 표면을 가로질러)을 유지하는 것의 어려움으로부터 발생된다. 먼저, 몸체의 외부에 착용하는 송신 코일은, 예를 들어, 착용자의 동작에 의해, 위치가 이동될 수 있다. 또한, 일단, 송신 코일의 위치가 이동되면, 예를 들어, 정렬을 재설정하기 위해 코일을 어떤 방향으로 이동할지를 결정하는 것과 같은 코일의 위치 재결정은 어떤 형태의 안내없이는 어려울 수 있다. 이와 같이, 송신 코일의 위치 결정 또는 위치 재결정에서 착용자를 지원하는 시스템에 대한 필요성이 존재한다.
또한, 몸체의 외부에 착용된 송신 코일의 위치 변화는 시스템 착용자의 건강과 안전성에 대한 문제를 제기한다. 만약, 전출력으로 작동하는 동안 코일이 적절한 정렬의 밖으로 이동하게 되면, 전력 전송의 결합 계수가 감소될뿐만 아니라, 착용자에게 원치않는 과열을 유발할 수 있으며, 이러한 과열은 피부 또는 주변 조직에 해로울 수 있다.
따라서 본 발명이 이루고자 하는 기술적 과제는, 몸체에 이식된 장치로 전력을 공급하기 위해 충분한 양의 에너지를 생성하고 무선으로 전달할 수 있을 뿐만 아니라, 시스템의 개선된 효율성, 향상된 안전성, 향상된 편안함 및 전반적인 사용상의 편리성을 제공할 수 있는 개선된 경피성 에너지 전달 시스템을 제공하는 것이다.
또한, 외부 코일과 이식된 코일 사이의 유도 결합의 효율을 향상시키고, 에너지 전달의 효율을 최대화시킬 수 있는 개선된 경피성 에너지 전달 시스템을 제공하는 것이다.
본 개시의 일 태양은, 전력 소비 장치 및 상기 전력 소비 장치에 전기적으로 연결된 내부 코일을 포함하고, 동물의 몸체 내부에 장착을 위해 구성되어 있는 내부 컴포넌트; 상기 몸체의 외부에 장착을 위해 구성된 외부 코일; 상기 외부 코일 내의 전류 흐름을 측정하고, 측정된 전류 흐름에 기초하여 상기 외부 코일이 상기 내부 코일에 전자기적으로 결합되는지 여부의 표시를 제공하도록 작동하는 전류 모니터; 및 외부 코일이 내부 코일에 전자기적으로 결합된 것의 전류 모니터로부터의 표시에 응답하여 상기 외부 코일로 전력-레벨 교류 전위를 인가하는 구동 회로를 구비하는 경피성 에너지 전달 시스템을 제공한다. 또한, 상기 구동 회로는, 상기 전력-레벨 교류 전위를 인가하지 않을 때 상기 전력-레벨 교류 전위보다 낮은 테스트-레벨 교류 전위를 상기 외부 코일로 인가하도록 작동할 수 있다.
상기 구동 회로는 상기 외부 코일이 상기 내부 코일에 전자기적으로 결합되지 않은 것의 상기 전류 모니터로부터의 표시에 응답하여 상기 외부 코일로 전력-레벨 교류 전위의 인가를 중단할 수 있다. 구동 회로가 아직 전력-레벨 교류 전위를 인가하지 않을 때, 구동 회로는 일시적으로 테스트-레벨 교류 전위를 인가하도록 작동될 수 있다. 또 다른 예에서, 전류 모니터는 결합하는 정도를 나타내는 정보를 제공하도록 작동할 수 있고, 구동 회로는 결합 정도가 임계값을 초과할 때 전력-레벨 교류 전위를 인가하도록 작동될 수 있다.
본 개시의 다른 태양은, 동물의 몸체 내부에 장착을 위해 구성되는 내부 컴포넌트와, 상기 몸체의 외부에 장착을 위해 구성되는 외부 컴포넌트를 포함하는 경피성 에너지 전달 시스템을 제공한다. 상기 내부 컴포넌트는, 내부 코일; 상기 내부 코일로부터 전력의 수신을 위해 상기 내부 코일에 전기적으로 연결된 내부 장치; 및 그 작동과 관련된 하나 이상의 파라미터들을 나타내는 원격 측정 신호들을 전송하도록 작동하는 원격 측정 송신기를 구비하고, 상기 외부 컴포넌트는, 외부 코일; 상기 원격 측정 송신기로부터의 원격 측정 신호들을 수신하도록 구성된 원격 측정 수신기; 상기 외부 코일 내의 전류 흐름을 측정하고, 측정된 전류 흐름에 기초하여 상기 외부 코일이 상기 내부 코일에 전자기적으로 결합되어 있는지 여부의 표시를 제공하도록 작동하는 전류 모니터; 및 상기 원격 측정 수신기가 상기 원격 측정 신호들을 수신할 때 정상 모드에서, 그리고 상기 원격 측정 수신기가 상기 원격 측정 신호들을 수신하지 않을 때 안전 모드에서 작동하고, 상기 정상 모드와 상기 안전 모드 모두에서 상기 외부 코일에 전력을 인가함으로써 상기 외부 코일로 인가된 전력이 상기 내부 코일에 결합되게 작동하도록되어 있고, 상기 정상 모드에서 작동할 때 상기 원격 측정 신호들에 적어도 부분적으로 응답하여 상기 외부 코일로 인가되는 전력을 제어하게 작동하도록 된 구동 회로를 구비하는 외부 컴포넌트를 포함하는 경피성 에너지 전달 시스템을 제공한다.
상기 구동회로는 안전 모드에서 보다 정상 모드에서 외부 코일로 더 많은 전력을 인가하도록 작동할 수 있다. 안전 모드 내에서, 상기 구동 회로는 상기 내부 장치와 상기 원격 측정 송신기를 구동하는데 충분한 양의 전력을 외부 코일에 인가하도록 작동한다. 다른 예에서, 상기 구동 회로는 원격 측정 수신기가 상기 원격 측정 신호들을 수신하지 않을 때에만 상기 안전 모드에서 작동하도록 구성되고, 상기 전류 모니터는 상기 외부 코일이 상기 내부 코일에 유도 결합된 것을 나타낸다. 또한, 다른 예에서, 상기 외부 코일, 전류 모니터 및 구동 회로는 공통 하우징 내부에 배치될 수 있다. 또한, 다른 실시에에서, 상기 구동 회로는 상기 내부 장치에 적어도 20 W의 전력을 공급할 수 있도록 상기 외부 코일을 구동하게 작동할 수 있다.
또한, 본 개시의 다른 태양은, 2차 축 및 상기 2차 축 주위에 나선형으로 연장하는 제2 도체를 포함하는 2차 코일; 자화성, 전기적 절연성 재료로 구성되고, 2차 코일에 근접하는 상기 2차 축을 가로질러 그리고 2차 코일의 후면으로 연장하는 제2 실드; 및 상기 2차 코일에 전기적으로 연결되는 전력 소비 장치를 포함하는 무선 에너지 전달 시스템의 이식된 컴포넌트가 제공된다. 제2 도체는 상기 2차 축에 대해 수직인 공통 방사상 라인 상에 실질적으로 배치되는 내부 및 외부 끝단들을 가질 수 있다. 상기 제2 실드는 상기 2차 축에 정렬되어 관통 연장하는 원형 구멍을 가질 수 있다. 다른 예에서, 이식된 컴포넌트는, 생체 적합성 외부 표면을 갖고, 2차 코일을 수용하며, 프런트 사이드와 리어 사이드를 가지는 이식 가능한 코일 하우징을 더 포함할 수 있다. 2차 코일의 프런트 사이드는 코일 하우징의 프런트 사이드를 향해 면할 수 있다. 추가적으로, 상기 코일 하우징은 상기 하우징의 프런트 사이드와 리어 사이드를 구별할 수 있는 하나 이상의 시각-인식 표시들을 포함할 수 있다.
또한, 본 개시의 다른 태양은, 1차 축 및 상기 1차 축을 연장하는 제1 도체를 가지는 외부 코일; 외부 코일에 인가된 전력이 내부 코일로 결합되도록 상기 외부 코일을 구동하기 위해 작동하는 구동 회로; 및 대략 0.3×106σ 미만의 전기 전도도를 가지는 강자성 또는 페리 자성 물질로 구성되고, 1차 축을 가로질러 연장하고, 대개 서로 에지-투-에지로 배열되고 서로 인접한 세그먼트들의 가장자리들 사이에 간격을 가지는 복수의 플레이트-형 세그먼트들을 포함하는 쉴드를 구비하는 무선 에너지 전달 시스템용 드라이버를 제공한다. 다른 예에서, 실드는 페라이트로 구성될 수 있고, 또한, 다른 예에서, 간격들의 적어도 일부는 상기 1차 축에 대해 실질적으로 방사상으로 연장될 수 있다.
또한, 본 개시의 또다른 태양은, 1차 축 및 상기 1차 축 주위에 나선형으로 연장하는 제1 도체를 포함하는 1차 코일; 상기 1차 코일을 구동하도록 작동하는 구동 회로; 자화성, 전기적 절연성 재료로 구성되고, 상기 1차 코일에 근접하는 상기 1차 축을 가로질러 연장하는 메인 실드; 및 자화성, 전기적 절연성 재료로 구성되고, 상기 1차 축 주위로 연장하며, 상기 1차 코일로부터 이격되어 면하는 상기 메인 실드의 리어 표면으로부터 돌출하는 실드 벽을 포함하며, 상기 실드 벽과 상기 메인 실드는 협력하여 대개 컵-형상 구조를 구획하고, 상기 구동 회로의 적어도 일부는 상기 실드 벽 내부에 배치되는 무선 에너지 전달 시스템용 드라이버를 제공한다.
일부 예들에서, 상기 구동 회로는, 공진 회로 내에서 상기 1차 코일에 연결되는 하나 이상의 커패시터들 및 상기 공진 회로에 전력을 공급하기 위해 상기 공진 회로에 연결되는 하나 이상의 전력 반도체들(power semiconductors)을 포함할 수 있으며, 상기 커패시터들 및 상기 전력 반도체들은 상기 실드 벽 내부에 배치될 수 있다.
또한, 본 개시의 다른 태양은, 1차 축 및 상기 1차 축 주위에 나선형으로 연장하는 제1 도체를 가지는 1차 코일; 상기 1차 코일을 구동하도록 작동하는 구동 회로; 및 자화성, 전기적 절연성 재료로 구성되고, 상기 1차 코일에 근접하는 상기 1차 축을 가로질로 연장하는 메인 실드를 포함하며, 상기 메인 실드는 상기 1차 축과 정렬되도록 관통 연장하는 구멍을 가질 수 있다. 상기 메일 실드를 통해 연장되는 상기 구멍은 정사각형일 수 있다.
도 1은 본 개시의 하나의 양상에 따른 경피성 에너지 전달(TET) 시스템의 구성도이다.
도 2는 본 개시의 하나의 양상에 따라 도 1의 TET 시스템을 위한 전원 시스템 회로의 구성도이다.
도 3은 본 개시의 하나의 양상에 따라 도 1의 TET 시스템을 위한 통신 시스템 회로의 구성도이다.
도 4는 본 개시의 하나의 양상에 따라 도 1의 TET 시스템의 외부 모듈의 분해도이다.
도 5a 내지 5c는 본 개시의 하나의 양상에 따른 도 4의 외부 모듈에 포함된 인쇄 회로 기판(Printed Circuit Board, PCB), 차폐 부재 및 외부 와이어 코일의 평면도들이다.
도 6은 본 개시의 하나의 양상에 따라 도 1의 TET 시스템의 이식 컴포넌트의 구성도이다.
도 7은 본 개시의 하나의 양상에 따라 도 1의 TET 시스템의 이식된 코일 모듈의 분해도이다.
도 8a 및 도 8b는 본 개시의 하나의 양상에 따른 도 7의 이식된 코일 모듈에 포함된 회로 기판의 구현의 평면도이다.
도 1은 몸체 내의 내부 공동(cavity), 즉, 환자(104)의 피부 아래에 이식된 치료용 전기 장치(102)에 전력을 공급하는데 사용되는 경피성 에너지 전달(TET) 시스템(100)을 개략적으로 도시한다. 이식된 전기 장치(102)는, 예를 들어, 심실 보조 장치(Ventricular Assist Device "VAD")로 혈액의 펌핑에 사용되는 것과 같은 펌프를 포함할 수 있다. 내부 또는 이식된 전기 장치(102)는, 예를 들어, 펌프를 제어할 수 있는 제어 회로를 포함할 수 있다.
도 1에 도시된 바와 같이, TET 시스템(100)은 환자(104)의 몸체 외부에 장착된 외부 전자 기기들(120)뿐만 아니라, 환자(104)의 몸체 내에 장착된 내부 또는 이식된 전자 기기들(150)을 모두 포함한다. 외부 전자 기기들(120)은, 예를 들어, 외부 배터리(125)와 건물용 전원(112)(예, AC 전원, 또는 건물의 콘센트로부터 공급되는 변환된 DC 전원)을 포함하는 하나 이상의 전원들에 전기적으로 연결된다. 외부 전원들은 임의의 장소로 대략 20 V와 250 V 사이의 입력 전압을 공급할 수 있다. 또한, 외부 전자 기기들(120)은 외부 1차 코일(130)에 결합되고, 이식된 전자 기기들(150)은 내부 또는 이식된 2차 코일(140)에 전기적으로 연결된다. 외부 코일(130) 및 이식된 코일(140)은 무선으로 에너지를 전달하기 위해 전자기 유도를 통해 유도적으로 서로 결합된다. 도 1의 예에서, 외부 코일(130)은 통상의 외부 모듈(110)에 외부 전자 기기들(120)과 함께 수용되지만, 이식된 코일(140)과 이식된 전자 기기들(150)은 함께 수용되지 않는다.
이식된 전자 기기들(150)은 이식된 배터리(155) 및 이식된 전기 장치(102)에 전기적으로 연결된다. 이식된 코일(140)에서 수신된 에너지는 이식된 배터리(155)에 저장되고, 이식된 의료 장치(102)에 제공되고, 또는 저장과 제공 모두는 이식된 전자 기기들(150)을 통한다. 부가적으로, 이식된 배터리에 저장된 에너지는 이식된 전자 기기들(150)을 통해 이식된 의료 장치(102)에 제공될 수 있다.
시스템(100)의 외부 전자 기기들(120)은 제어 회로(122), 무선 주파수(Radio Frequency, RF) 원격 측정 회로(124), 전원 선택 회로(126), 구동 회로(128) 및 사용자 인터페이스(129)를 포함할 수 있다. 전원 선택 회로(126)는 외부 코일(130)로 전력을 공급하는 외부 전원(예, 배터리(125), 건물용 전원(112))을 선택하도록 구성된다. 구동 회로(128)는 에너지가 외부 코일(130)로부터 이식된 코일로 전자기 유도를 통해 전송되도록 외부 코일(130)을 구동하도록 구성된다. 제어 회로(122)는 외부 코일과 이식된 코일 사이의 에너지의 무선 전송을 제어하기 위해 전원 선택 회로(126)와 구동 회로(128)를 제어하기 위한 명령들을 결정하고 실행하도록 구성된다. 이러한 제어는, 펄스 폭 및/또는 전송 주파수의 설정, 전원 선택 회로(126)에 의해 선택되는 전원의 제어, 외부 코일(130)을 구동하도록 구동 회로(128)에의 명령 등을 포함할 수 있다. 제어 회로(120)에 의한 결정은, 원격 측정 회로(124)로부터 수신된 신호, 외부 센서들(115)로부터 수신된 정보 및/또는 사용자 인터페이스(129)로부터의 입력에 기초할 수 있다.
시스템(100)의 이식된 전자 기기는 이식된 제어 회로(152)와 RF 원격 측정(154)뿐만 아니라 정류 회로(156), 전압 조절기 회로(158) 및 전원 선택 회로(159)를 포함할 수 있다. 정류 회로(156)는 이식된 코일(140)에서 생성된 AC 전력을 DC 전력으로 변환하도록 구성될 수 있다. 전압 조절기 회로는, 변환된 DC 전력 및 이식된 의료 장치(102)로 제공되기 전 이식된 배터리(155)로부터의 전력의 전압 레벨을 조절하도록 구성된다. 이식된 전력 스위칭 회로(159)는 이식된 의료 장치(102)가 이식된 배터리(155), 이식된 코일(140), 또는 둘 모두로부터 전력을 공급받을지 여부를 제어하도록 구성된다. 외부 제어 회로(122)의 용도와 유사하게, 이식된 제어 회로(152)는, 전압 조절기 회로(158)의 전압 조절 설정들과, 이식된 전력 스위칭 회로(159)에 의한 전원의 선택들 및 이식된 의료 장치(102)로 전력의 전체 전송을 제어하기 위한 명령들을 결정하고 실행하도록 구성된다. 일부 예들에서, 이식된 제어 회로(152)는, 예를 들어, 이식된 코일(140) 내에서 공진 회로 컴포넌트(145)의 공진 주파수의 조정을 명령하는 것에 의해 외부 코일(130)과 이식된 코일(140) 사이의 유도 결합의 효율을 또한 제어할 수 있다. 외부 회로(120)와 마찬가지로, 이식된 회로에서의 이러한 결정들은 RF 원격 측정(154) 신호들뿐만 아니라 내부 센서들(165)로부터 수신된 다른 정보에 기초할 수 있다.
TET 시스템(100)은, 예를 들어, 환자(104)나 병원 임상 스태프에 의해 모니터링되는 시스템 파라미터들(예, 이식된 배터리 수명, 이식된 배터리에 저장된 전하, 알람들 등)을 수집하기 위한 임상 모니터(160)를 선택적으로 포함할 수 있다. 임상 모니터는 수집된 파라미터들을 저장하기 위해서뿐만 아니라 환자(104)의 이벤트 이력(예, 저유량 상태, 흐름 정지 상태, 방해중단 등)을 기록(logging)하기 위해, 내부 또는 외부 메모리를 포함할 수 있다. 임상 모니터(160)는 TET 시스템보다는, 예를 들어, 환자의 손목시계나 스마트폰, 또는 병원의 컴퓨터 데이터베이스와 같이, 오히려 다른 장치로부터 정보를 수신하거나 다른 장치로 정보를 송신하도록 결합될 수 있다. 또한, 임상 모니터(160)는 자신의 전용 전원 또는 배터리(170)에 의해 전력을 공급받을 수 있다.
일부 예들에서, 임상 모니터(160)는, TET 시스템(100)의 다른 컴포넌트들로부터의 데이터를 수신하고 모니터링하는 것 이외에 시스템(100)의 원하는 작동에 관한 설정 포인트들 또는 파라미터들(예, 유량)을 배달할 수 있다. 이러한 설정 포인트들은, 시스템(100)을 작동하기 위한 명령으로서, 외부 전자 기기들(120), 이식된 전자 기기들(150), 또는 둘 모두와 통신할 수 있으므로, 예를 들어, 이식된 의료 장치(102)를 작동하는 무선 에너지 전송을 구동하기 위한 펄스 폭 및/또는 주파수와 같은 시스템의 작동의 추가 파라미터들을 설정하는데 이용될 수 있다.
도 2는 이식된 의료 장치(102)로 전원을 공급하기 위한 도 1의 TET 시스템(100)의 전원 시스템 회로를 개략적으로 도시한다. 도 2에 도시된 바와 같이, 외부 전자 기기들(120)의 전원 선택 회로(126)는 외부 배터리(125) 및 건물용 전원(112)에 전기적으로 각각 결합된 두 개의 입력들을 포함한다. 제어 회로(122)로부터의 명령들에 기초하여, 전원 선택 회로(126)는 외부 전원들 중 하나로부터 구동 회로(128)의 입력으로 전력을 출력한다. 구동 회로(128)는 출력 전력을 증폭한다. 그러면, 증폭된 전력은 외부 코일(130)에 제공된다. 외부 코일은 외부 코일과 공진회로를 형성하는 하나 이상의 커패시터들(135)과 같은 추가 회로에 결합된다. 커패시터들의 용량은 대략 50 nF과 200 nF의 사이일 수 있다. 외부 코일(130)은 공진 회로의 공진 주파수에서 이식된 코일(140)에 유도적으로 결합하는 자기장을 생성한다.
상술한 바와 같이, 외부 전원 선택 회로(126)는 외부 제어 회로(122)에 의해 제어될 수 있다. 예를 들어, 외부 제어 회로(122)가 외부 전자 기기들(120)이 건물용 전원(112)에 연결되지 않은 것으로 결정하는 경우, 외부 제어 회로(122)는 외부 배터리 전원(125)으로부터 외부 코일(130)로 전력을 공급하도록 외부 전원 선택 회로(126)에 명령할 수 있다. 다른 예를 들어, 외부 제어 회로(122)가 외부 전자 기기들(120)이 건물용 전원(112)에 결합되어 있는 것으로 결정하는 경우, 외부 제어 회로(122)는 건물용 전원(112)으로부터 외부 코일(130)로 전력을 공급하도록 외부 전원 선택 회로(126)에 명령할 수 있다.
구동 회로(128)는 또한 외부 제어 회로(122)에 의해 제어될 수 있다. 예를 들어, 외부 제어 회로(122)는, 이식된 의료 장치(102)가 충분한 양의 전력을 공급받을 수 있는 충분한 전력이 이식된 코일(140)에서 유도적으로 생성하기 위하여 외부 코일(130)이 구동되어야만 하는 경우 적절한 설정(예, 전압, 전류, 펄스 폭)을 결정할 수 있다. 이식된 장치의 전력 요건들은 장치의 특성에 의존할 것이고, 또한 장치가 작동하는 동안 변화될 수 있다. 예를 들어, 일반적인 VAD용 시스템은 적어도 5 W, 적어도 10 W, 적어도 15 W, 또는 적어도 20 W의 연속적인 전력을 이식된 장치(102)로 송신하도록 구성될 수 있다.
이식된 전자 기기들(150)에서, 정류 회로(156)는 이식된 코일(140)에서 생성된 AC 전력을 수신하고, DC 전력을 제공하기 위해 AC 전력을 정류한다. 정류 회로(156)는 다이오드 브리지, 동기식 정류기 또는 AC를 DC로 정류하기 위해 업계에 알려진 다른 컴포넌트들을 포함할 수 있다. 그러면 정류 회로(156)의 DC 출력은 전압 조절기 회로(158)로 입력되며, 여기서, 항복 다이오드와 같은 전압 제한기에 의해 미리 설정된 한계 또는 임계 전압(예, 60 V)으로 한계가 정해진다. 전압은 벅 스위칭 제어기(Buck Switching controller), SEPIC(Single-Ended Primary-Inductor Converter) 또는 업계에 알려진 다른 컴포넌트들과 같이, 스텝 다운 DC-DC 변환기(252)를 사용하여, 이식된 의료 장치(102)의 전력을 위해 요구되는 전압 및 전류 레벨로 더 조정된다(예, 대략 18 V). 선택적으로, 일부 시스템들에서, 정류 회로 및 전압 조절기의 순서는 반대로될 수 있다. 예를 들어, DC-DC 변환기는 AC 전력의 전압 레벨을 변환하기 위해 이용되는 변압기로 대체될 수 있고, 그러면 변환된 AC 전력은 정류 회로에 의해 DC 전력으로 변환될 수 있다. 전압 조절기 회로(158)의 출력은 이식된 전원 선택 회로(159)의 입력들 중 하나에 제공된다. 이식된 전원 선택 회로(159)의 제2 입력은 이식된 배터리(155)에 전기적으로 연결된다. 도 2의 예에서, 이식된 배터리(155)는 DC-DC 스텝 업 또는 부스트 컨버터(254)의 입력에 결합되는 직류를 출력한다. 스텝 업 컨버터(254)는 이식된 배터리(155)에 의해 출력되는 전력의 전압 및 전류 레벨을 이식된 의료 장치(102)로 전력을 공급하기 위해 요구되는 레벨로 조절한다. 예를 들어, 스텝 업 컨버터(254)는 이식된 배터리(155)에 의해 출력되는 전력의 전압을 대략 12 V로부터 대략 18 V로 올릴 수 있다. 이식된 전원 선택 회로(159)는 이식된 의료 장치(102)에 전기적으로 연결되는 출력을 포함한다.
이식된 전원 선택 회로(159)는 이식된 배터리(155)와 이식된 코일(140) 중 하나로부터 이식된 의료 장치(102)로 전력을 공급하도록 스위칭 가능하게 구성된다. 외부 회로(120)의 스위칭 조절과 유사한 방식으로, 그러한 내부 스위칭은 이식된 제어 회로(152)로 제공되는 입력들에 기초하여 결정될 수 있다. 또한, 이식된 제어 회로(152)에 대한 입력들은 또한 이식된 코일(140)에서 수신된 전압의 양 및 이식된 전자 기기들(150)의 온도를 표시할 수 있다. 예를 들어, 이식된 제어 회로(152)가, 충분하지 않은 에너지가 이식된 코일(140)에서 수신되고, 또는 하나 이상의 내부 컴포넌트들의 온도가 너무 높아서 안정적으로 작동할 수 없다고 결정한 경우, 이식된 제어 회로(152)는 이식된 배터리(155)로부터 이식된 의료 장치(102)로 전력을 공급하도록 이식된 전원 선택 회로(159)에 명령할 수 있다.
이식된 의료 장치에 전력을 공급하기 위한 회로에 부가하여, 이식된 전자 기기들(150)은 또한 생성된 무선 에너지를 이용하여 이식된 배터리(155)를 충전하기 위한 충전 회로(256)를 포함한다. 충전 회로는 심지어 무선 에너지가 이식된 의료 장치(102)로 공급되는 동안에도 이식된 배터리(155)를 충전하는 것이 허용되도록 배치될 수 있다. 충전 회로(256)는 이식된 제어 회로(152)에 의해 제어되는 하나 이상의 스위치들을 포함할 수 있다.
일부 예들에서, 이식된 배터리(155)에 제공되는 전력은, 예를 들어, 이식된 의료 장치(102)로부터의 전력 요구의 변동에 기인하는 TET 구동 VAD 시스템들의 배터리 수명에 영향을 주는, 이식된 배터리의 일정한 방전 및 재충전(일반적으로 "마이크로 단절"이라 명명된)을 방지하도록 제어될 수 있다. 예를 들어, 개시 내용 전체가 본 명세서에 통합되는 미국 특허 제8,608,635호는, 이식된 VAD의 전력 요구에 기초하여 전송 코일에 의해 방출된 에너지를 동적으로 조절하는 TET 시스템을 설명한다.
도 3은 TET 시스템(100)의 전자 컴포넌트들 사이의 통신을 가능하게 하기 위한 통신 회로를 개략적으로 도시한다. 점선 312, 314 및 316의 각각은 컴포넌트들의 둘 사이의 무선 통신 채널을 나타낸다. 실선 322, 324 및 326의 각각은 유선 통신 채널을 나타낸다.
외부 전자 기기들(120)로부터 시작하면, 외부 전자 기기들(120)은 외부 코일(130)(채널 322를 통해), 외부 배터리(125)(채널 324를 통해), 임상 모니터(160)(채널 312를 통해), 및 이식된 전자 기기(150)(채널 314를 통해)의 각각에 통신가능하게 연결된다. 외부 전자 기기들(120)은 컴포넌트들에 유선으로 결합될 수 있고 그들 컴포넌트들과 함께 하우징을 공유하고(예, 본 예에서, 외부 배터리(125)는 모듈(110)에 함께 수납되고), 분리되게 수납된 컴포넌트들에 무선으로 결합될 수 있다(예, 본 예에서, 분리되게 수납된 임상 모니터 160). 외부 전자 기기들(120)과 임의의 이식된 컴포넌트(예, 이식된 전자 기기들(150)) 사이의 통신은 무선일 수 있다.
도 3의 예에서, 외부 전자 기기와 관련된 센서들(115)은, 건물용 전원(112)과 외부 배터리 전원(125)을 포함하는, 연결된 전원들에 대한 공급 전압과 공급 전류의 각각을 측정하도록 구성된다. 추가 센서들은, 외부 전원 선택 회로(126, 도 1 및 도 2 참조)로 공급되는 전류량뿐만 아니라 외부 코일(130) 및 연관된 전자 기기들의 온도를 측정하도록 구성된다. 이러한 감지된 값들에 부가하여, 외부 전자 기기들(120)은 이식된 코일(140)의 부하에서의 전압 및 전류, 이식된 정류 회로(156)에서의 전압 등과 같이, TET 시스템(100)과 연관된 다른 값을 나타내는 이식된 전자 기기들(150)로부터의 정보 신호들을 수신할 수 있다.
통신되게 결합된 컴포넌트들과 센서들(115, 165)로부터의 데이터를 축적하는 것을 넘어, 외부 전자 기기들(120)은 또한 임상 모니터(160)와 이식된 전자 기기들(150)과 같이, TET 시스템(100)의 다른 컴포넌트들과 수집된 데이터를 공유할 수 있다. 예를 들어, 외부 전자 기기들(120)은 모든 수신되고 측정된 값들을 추가의 모니터링, 기록(logging), 처리 및/또는 분석을 위해 임상 모니터(160)로 전송할 수 있다. 임상 모니터로의 통신은 간헐적일 수 있다.
이식된 전자 기기들(150)은 TET 시스템(100)의 이식된 컴포넌트들의 측정된 센서값들과 데이터를 수집하는 것에 대한 책임이 있다. 예를 들어, 이식된 전자 기기들(150)은 이식된 코일(140)의 부하에서의 전압과 전류에 관한 정보를 수신할 수 있다. 전술한 바와 같이, 이 데이터는, 시스템(100)의 송신기(외부의)와 수신기(이식된) 사이의 제어를 더 조정하고 효율을 최적화하기 위해 외부 전자 기기(150) 및/또는 임상 모니터(160)로 중계될 수 있다.
외부 전자 기기들(120), 이식된 전자 기기들(150) 및 임상 모니터(160)는 모두 예를 들어, 미국 특허 제8,608,635호에 기술된 모듈과 같은 RF 송신기 및/또는 수신기를 갖는 무선 주파수 원격 측정 모듈에 의해 통신할 수 있다. 예를 들어, 외부 전자 기기는, 의료 블루투스 통신 채널을 사용하여 임상 모니터(채널 312를 통해)와 통신할 수 있다. 외부 전자 기기는 의료용 임플란트 통신 서비스(Medical Implant Communication Service, MICS)를 이용하여 외부 전자 기기(채널 314를 통해) 및 임상 모니터(채널 316을 통해)와 통신할 수 있다.
모듈과 같은 외부 모듈(110)의 일 구성은 도 4 및 도 5a 내지 도 5c에 도시되어 있다. 도 4는 외부 모듈(110)의 분해도를 도시한다. 외부 모듈(110)은 외부 전자 기기들(120) 및 운반 시스템 또는 하우징(405) 내에 완전히 배치된 1차 코일(외부 코일 130)의 각각을 포함한다. 외부 모듈의 효율은 공통 하우징 내에 있는 전력 전자 기기들 및 1차 코일의 통합에 의해 개선된다. 분리되게 수납된 1차 코일과 구동 전자 기기들을 가진 TET 시스템에서, 코일과 구동 전자 기기들 사이의 거리(주로 1 m)는 케이블 손실 및 시스템 전체의 약화를 야기할 수 있다. 구동 전자 기기들과 1차 코일을 같은 장소에 위치시키면 그러한 케이블 손실들을 제거하고, 높은 Q와 더 높은 효율이 달성될 수 있다.
도 4의 예에서, 하우징(405)은 플라스틱과 같이 내구성이 있는 비전도성 재질로 제조된다. 하우징은 모듈(110)이 사용될 때, 환자(104)로부터 이격되어 면하는 "외향" 캡(407)과, 환자(104)를 향하여 면하는 "내향" 베이스(406)의 각각을 포함한다. 캡(407)과 베이스(406)는, 예를 들어, 압입 고정(press fitting), 스핀 용접, 초음파 용접, 접착제 등과 같은 임의의 적절한 체결 방식에 의해 서로 고정될 수 있다. 도 4의 예에서, 모듈(110)은 원형이지만, 모듈은 예를 들어, 정사각형, 직사각형 등과 같은 다른 형상을 가질 수 있다. 열적 분리층(409)은 하우징(405)의 베이스(406)에 통합되고, 또는 1차 코일과 환자의 피부 사이에 추가적인 단열을 제공하기 위해 하우징(405)의 내측으로 향하는 측면의 표면상에 추가적인 층이 부가된다. 열적 분리는 폴리머 재질(예, 실리콘)로 제조될 수 있으며, 환자의 피부 모공을 위한 통기성 표면을 제공할 수 있다.
외부 전자 기기들(120)은 모듈의 외향 끝단 근처(예, 캡(407) 내)에 배치되고 모듈(110)의 1차 축(A)에 대해 가로 또는 수직으로 연장되도록 인쇄 회로 기판(420, PCB) 상에 배열된다. 1차 축(A)은 바깥쪽 방향으로, 즉, 베이스(406)의 중심으로부터 캡(407)의 중심으로 연장한다. 1차 코일(430)은 모듈의 반대의 내향 끝단 근처(예, 베이스(406) 내부)에 배치된다. 이러한 배열은, 모듈의 전자 컴포넌트들이 TET 시스템(100)의 외부 코일(130)과 이식된 코일(140) 사이의 유도 결합을 방해하지 않는 것을 보장한다.
PCB(420)는 모듈(110)의 하우징(405)에 맞게 형성될 수 있다. 원형 모듈(110)의 예에서, PCB(420)는 원형 또는 고리형 형상일 수 있다. 도 5a는 1차 축(A) 상에 놓인 PCB(420)의 중심 내에서 대략 20 mm 내지 대략 35 mm 사이의 직경을 가지는 간격을 가지는 고리형의 PCB(420)의 평면도를 도시한다. 공진 회로를 형성하기 위해 외부 코일(130)에 결합되는 하나 이상의 캐패시터들(135)과 다른 컴포넌트들을 포함할 수 있는, 전자 회로 컴포넌트들은 간격의 주위에 배치된다. 비록, 간격은, 예를 들어, 원형 PCB로부터 생략될 수 있고, 1차 코일(130)은 다른 경로를 통해 결합될 수 있지만, PCB(420)의 중심에서의 간격은 전자 회로 컴포넌트들의 1차 코일(130)로의 결합을 허용하거나, 적어도 단순화시킨다. 또한, 아래에서 더 상세히 설명된 바와 같이, PCB(420)는, 1차 코일(130)을 다른 전자 회로 컴포넌트들에 결합하기 용이하도록 연결 포인트들(436, 438)을 포함한다.
모듈(110)의 하우징(405)은 70 mm 또는 그 이상의 직경을 가지는 1차 코일(130)을 포함하기에 충분히 넓을 수 있다. 예를 들어, 도 4의 하우징은 대략 90 mm 또는 그 이상의 외경을 갖는다. 이와 같이, PCB(420)는, PCB에 배치된 다른 컴포넌트들의 상부 또는 하부에 커패시터들을 물리적으로 쌓을 필요 없이 하우징(405)의 내부에 들어가도록 충분히 넓을 수 있다. 도 5a에 도시된 바와 같이, 커패시터들(135)은 PCB(420) 상의 다른 회로와 함께 배치될 수 있다. 결국, 도 4의 하우징은 유사한 디자인의 더 작은 직경의 하우징과 비교하여, 더 얇게 할 수 있다(즉, 1차 축을 따라). 도 4의 예에서, 하우징(405)은 대략 10 mm와 20 mm(예, 15 mm) 사이의 두께(1차 축(A)에서)를 가질 수 있다.
1차 코일(430)은 1차 축(A) 주위에 나선형 패턴으로 감싸진 단일 연속 도선(예, 리츠선)으로 구성된 실질적 평면 코일이다. 본 개시에서 사용된 바와 같이 용어 "나선형"은 1차 축에서 시작해 축 주위를 감싸는 곡선들뿐만 아니라, 축으로부터 반경 방향으로 떨어진 위치에서 시작하여 축 주위를 감싸서 코일의 중심에서 간격 또는 개구를 남기게 되는 곡선들 모두를 포함하는 것으로 이해되어야 한다. 코일(130)은 소정의 위치에서 5회와 15회 사이의 권회들에 의해 감싸진다. 주어진 값의 범위들에 기초하여, 그리고, 에어 코어 인덕터(air-core inductors)의 계산식
Figure pct00001
(여기서, d는 코일의 직경, l은 코일의 길이 및 n은 코일의 권회수이다)에 기초하여, 코일(130)은 소정의 위치에서 15 μH와 25 μH 사이의 인덕턴스를 가질 수 있다.
도 5c는 1차 코일(430)의 평면도를 도시한다. 1차 코일의 도선은 내부 끝단(432)과 외부 끝단(434)을 갖는다. 도 5c의 예에서, 도선 끝단들(432, 434)의 각각은 1차 축(A)으로부터 반경 방향으로 연장하는 공통 방사상 축(B)에 실질적으로 배치된다. 도 4에 도시된 바와 같이, 도선 끝단들(432, 434)의 각각은 상측 방향으로 감기고 코일(430)의 면으로부터 떨어지고 PCB(420)를 향할 수 있다. 각각의 도선 끝단은 납땜되거나, 그렇지 않으면 PCB(420) 상의 각각의 연결 포인트들(436, 438)에 연결될 수 있다.
1차 코일(130)에 의해 생성된 자기장으로부터 PCB(420)의 전자 기기들을 보호하기 위해, 모듈(110)은 PCB(420)와 1차 코일(130) 사이에 배치된 실드(450)를 포함한다. 실드(450)는, 1차 축(A)에 중심이 있고 1차 축을 가로질러 연장되는 고리형 디스크(453) 및 1차 축(A)에 대한 회전면을 가지고 고리형 디스크(453)의 내측 가장자리와 외측 가장자리로부터 바깥쪽 방향으로 1차 축(A)에 평행하게 각각 연장되는 벽을 구획하는 동심의 링들(457, 458)의 쌍을 포함한다.
링들(457, 458)은 전자 기기들(캐패시터들을 포함)이 실드(450)에 의해 형성된 반 환형의 구멍 내에 완전히 배치되도록 PCB(420) 전자 기기들의 높이와 동일하거나 더 큰 길이로 1차 축(A)을 따라 연장할 수 있다.
디스크(453)와 링들(457, 458) 모두는, 대략 0.3×106σ 미만의 전기 전도도 및 대략 2,000 내지 약 12,000 사이의 상대 투자율을 가지는 강자성 또는 페리 자성 물질(예들 들어, 페라이트)로 구성된다. 디스크(453)는 대략 1 mm 내지 대략 2 mm 사이의 두께(1차 축(A) 방향에서)를 가지는 강성 플레이트일 수 있고, 링들(457, 458)은 각각 대략 0.5 mm 내지 대략 1 mm 사이의 두께(방사상 축(B) 방향에서)를 가지는 유연한 포일(Foil)로 제조될 수 있다. 다른 예시적인 모듈들(예, 간격없이 원형의 PCB를 가지는 모듈)은 중심에 구멍이 없는 원형의 실드 및 디스크의 외측 가장자리로부터 연장하는 단일 링을 포함할 수 있다. 이러한 예에서, PCB(420)의 전자 기기들(캐패시터들 포함)은 실드(450)에 의해 형성되는 규칙적인 형상의 구멍 내에 완전히 배치될 수 있다. 또 다른 예들은, 모듈(110)이 각각 원형 또는 고리형의 PCB를 포함하는지 여부에 따라, 강자성 또는 페리 자성 물질의 단일 피스로 만들어지고 규칙적인 또는 반 환형의 형상으로 성형되는 실드를 포함할 수 있다.
실드(450)는 1차 축(A)을 따라 PCB(420)와 외부 코일(430) 사이에 배치된다. 실드(450)의 디스크(453)는 환자 내에 이식된 2차 코일(140)을 향해 1차 코일로부터 방출되는 자기장을 다시 보내거나 집중시킨다. 이러한 집중은 TET 시스템(100)의 결합 계수를 증가시키고, 원치않는 유도 결합으로부터 PCB(420)의 전자 기기를 더 보호한다. 내측 링(457) 및 외측 링(458)은 환형의 PCB(420) 주위(통과하는 대신)에 자기장을 효과적으로 유도하여 추가적인 보호를 제공한다.
디스크(453)는 다수의 세그먼트들 또는 섹션들로 구성될 수 있다. 비록, 다른 디스크들은 다른 개수의 세그먼트들(예, 2 내지 8 세그먼트들)을 가질 수 있지만, 도 5b는 4등분의 세그먼트들(502 내지 508)을 가지는 디스크(453)의 평면도를 도시한다. 각 세그먼트는 대략 20 mm 내지 대략 35 mm 사이의 반경을 갖는다. 간격들(512 내지 518)은 서로 인접한 세그먼트들의 가장자리들 사이에 존재한다. 간격들(512 내지 518)은 조립하는 동안 디스크의 절단에 의해 형성될 수도 있고, 디스크(453)의 중심에서 1차 축(A)으로부터 실질적 반경 방향으로 연장할 수도 있다. 간격들은 0 mm로부터 0.5 mm까지의 범위를 가진다. 도 5b의 예에서, 각각의 세그먼트는 대략 1.5 mm의 두께(즉, 1차 축(A)을 따라)를 가진다. 상기와 같은 방식으로 디스크(453)를 구획하여 섹션화하는 것은 TET 시스템의 효율을 향상시키는 것으로 여겨진다. 디스크(453)의 중심에는 내부 구멍(525)이 있다. 도 5b의 예에서, 내부 구멍(525)은 정사각형이다. 이러한 형상은 1차 코일(130) 및 2차 코일(140)을 결합하기 위한 최적의 분산 영역 특성을 달성할 수 있는 것으로 여겨진다. 내부 구멍(525)의 크기는 20 mm로부터 35 mm까지의 범위일 수 있다. 그리고, 일부 예에서 다른 형상(예, 원형, 직사각형, 삼각형 등)으로 형성될 수도 있다.
링들(457, 458)의 각각은, PCB(420)의 각각의 연결 포인트들(436, 438)에 1차 코일(430)의 도선 끝단들(432, 434)을 결합하기 위해 링들을 통해 1차 코일의 도선을 통과하는 것을 허용하는 작은 슬릿(미도시)을 포함할 수 있다. 1차 코일(130)의 내부 둘레에서 내부 도선 끝단(432)은 내부 연결 포인트(436)로 내측 링(457)의 슬릿을 통과할 수 있다. 그리고, 1차 코일(130)의 외부 둘레에서 외부 도선 끝단(434)은 외부 연결 포인트(438)로 외측 링(458)의 슬릿을 통과할 수 있다. 슬릿들은 서로 방사상으로 정렬될 수 있으며, 그 결과, 도선 끝단들은 PCB(420)의 실질적 동일 영역에서 PCB(420)에 연결된다. 대안적인 예에서, 링들(457, 458)은 슬릿들을 포함하지 않을 수 있고, 각각의 도선 끝단들(432, 434)은 PCB(420)의 연결 포인트들(436, 438)로 연결되기 위해 각각의 링 상측 또는 주위에 감기도록 마련될 수 있다.
도 4에 또한 도시된 스페이서들(440)은 디스크(453)와 PCB(420) 사이에 배치된다. 디스크(453)의 전도성 때문에 발생될 수 있는 단락을 방지하기 위해, 스페이서들(440)은 PCB(420)와 디스크(453) 사이에 충분한 거리를 제공한다. 스페이서들은 바람직하게는 플라스틱과 같은 비전도성, 비자성 재료로 형성되고, 대략 1 mm 내지 대략 10 mm(예, 대략 6 mm의 두께) 사이의 두께를 가질 수 있다. 도 4의 예시적인 모듈은 4개의 스페이서들을 도시하고, 각각의 스페이서는 디스크(453)의 각각의 세그먼트(502 내지 508) 위에 배치된다. 다른 예들은 더 많거나, 더 적은 수의 스페이서들(예, 2개의 스페이서들, 8개의 스페이서들 등)을 포함할 수 있다.
도 4에 또한 도시된 캡(407)의 외향측에 복수의 발광 다이오드(LED)들(481 내지 486)을 포함하는 시각적 표시기(480)가 있다. 후술하는 바와 같이, 발광 다이오드들(481 내지 486)은 이식된 2차 코일(140)에 대한 외부 1차 코일(130)의 위치를 나타내고, 이식된 2차 코일(140)과 보다 좋게 정렬하기 위해 이동되어져야만 하는 이식된 2차 코일(140)의 방향 및/또는 거리를 더 나타내도록 구성된다. 도 4의 예시적인 모듈은 6개의 발광 다이오드들의 열을 도시한다. 그러나, 다른 예들은 업계에 알려진 다른 디스플레이 기술들일 수 있고, 또한, 더 많거나 더 적은 광들(예, 5개의 발광 다이오드들, 8개의 발광 다이오드들 등)을 포함할 수 있고, 광들은 다른 구성들(예를 들면, 격자(grid), 원(circle) 등)로 배치될 수 있다.
TET 시스템(100)의 이식된 컴포넌트들로 돌아가서, 도 6은 환자(140) 내에 이식된 컴포넌트들의 예시적인 구성의 개략도를 도시한다. 도 6에 도시된 바와 같이, 이식된 코일(140), 이식된 배터리(155), 이식된 의료 장치(102), 및 이식된 전자 기기들(150) 각각은 별도의 하우징에 배치되고 환자의 해부학적 구조에 맞추기 위해 환자의 몸체에 걸쳐 분산된다. 이식된 코일(140), 배터리(155) 및 의료 장치(102)의 각각은 분리된 전력 케이블을 통해 이식된 전자 기기들(150)에 전기적으로 연결된다.
전술한 바와 같이, 2차 코일(140)은 1차 코일(130)에 유도적으로 결합될 수 있다. 환자 내에서 2차 코일(140)의 위치 결정은 환자를 위해 2차 코일(140)에 근접하도록 외부 모듈(110)을 용이하게 장착하는 방식으로 수행될 수 있다. 예를 들어, 2차 코일(140)은 환자의 피부에 근접하게 위치될 수 있다. 또한, 2차 코일(140)은 외부 모듈(110)을 쉽게 장착하기 위해 환자의 몸체의 비교적 평평한 부분에 근접하게 위치될 수 있다. 도 6의 예에서, 2차 코일(140)은 환자의 흉부의 전면에 근접하게 위치하고, 그 결과, 환자의 흉부에 외부 모듈(110)을 장착하는 것이 용이하며, 2차 코일(140)에 근접하게 외부 모듈(110)을 놓을 수 있다.
도 7은 2차 코일(140)을 포함하는 이식된 코일 모듈(700)의 분해도를 도시한다. 도 7에 도시된 바와 같이, 2차 코일(140)은 서로 맞춰지는 캡(710)과 베이스(720)를 갖는 모듈(700)의 하우징(705) 내에 배치된다. 캡(710)과 베이스(720)를 함께 맞추는 것은 업계에 알려진 임의의 적당한 방식으로 수행될 수 있다. 예를 들어, 외부 모듈(110)의 결합과 관련하여 전술한 바와 같이, 외부 모듈(110)의 캡(408)과 베이스(406)를 맞추는 것과 동일하거나 또는 다르다. 하우징(705)은, 모듈(700) 또는 주변 조직을 과열시키는 것을 방지하기 위해 적당한 손실계수(dissipation factor)를 가지는 생체 적합성 재료로 제조될 수 있다. 하우징은 1차 코일(130)과 2차 코일(140) 사이의 유도 충전으로부터 생성되는 열에 기인하여 대략 2도(℃) 이상으로 증가하지 않는 것이 바람직하다.
하나 이상의 커패시터들(745)(예, 전체적으로 고압 벌크 커패시터로서 작용), 실드(730), 및 2차 도선 코일(140)을 보유하는 회로 기판(740)의 각각은 하우징(705) 내에 완전히 배치되고, 모듈(700)의 2차 축(C)에 대해 가로 또는 수직으로 연장한다. 2차 축(C)은 내측 방향, 즉, 베이스(710)의 중심으로부터 캡(720)의 중심으로 연장한다. 2차 코일(140)은 바람직하게 환자의 피부에 가깝게 이식(그래서 외부 모듈(110)에 가까운)되도록 구성된 하우징(705)의 베이스(720)에 근접하여 배치되고, 커패시터들(745)을 가진 기판(740)은 바람직하게 환자의 피부로부터 멀리 떨어진 하우징(705)의 캡(710)에 근접하여 배치된다. 또한, 하우징(705)의 캡(710) 및/또는 베이스(720)는 하우징(705)의 어느 쪽이 전방을 향하고(즉, 2차 코일(140)이 그 측면에 배치되어 있고), 하우징(705)의 어느 쪽이 후방을 향하는지(즉, 프런트 사이드의 반대)를 표시하거나 구별하기 위해 하나 이상의 시각-인식 표시를 포함할 수 있다. 시각-인식 표시는, 외부 코일(130)과 이차 코일(140) 사이의 결합 계수를 최대화하기 위한 적절한 방향으로 2차 코일 모듈(800)의 이식을 보조한다.
커패시터들(745)은 더 크고 더 많이 통합된 영역에 걸쳐 열 손실을 분배하기 위하여 회로 기판(740) 주위에 균일하게 분포한다. 도 8a 및 도 8b는 회로 기판과 커패시터들의 대안적인 구성들을 도시한다. 도 8a에서, 캐패시터들(745)은, 중심에 개구(820)를 갖는 링 모양의 회로 기판(740)의 외부 둘레(810)에 위치된다. 커패시터들 각각은 핀들(예, 812, 814)을 통해 링에 전기적으로 연결된다. 도 8b에서, 캐패시터들(745)은 고체의 회로 기판(740)(중심 개구 없음)에 원형 패턴으로 배치된다. 두 가지 배열들 모두는 커패시터들의 고른 분포 때문에 열 손실을 균일하게 분배하는 것이 허용된다.
실드(730)는 기판(740)과 2차 코일(140) 사이에 배치된다. 외부 모듈(110)의 실드(450)에서와 같이, 실드(730)는 유도 결합으로부터 기판(740)을 보호하기 위해서뿐만 아니라 1차 코일(130)에서 생성된 자기장의 집중을 개선하는데 도움이 되며, 이에 의해, 1차 코일(130)과 2차 코일(140) 사이의 결합 계수를 증가시킨다.
도 7의 예에서, 이식된 코일(140)은 2차 축(C) 주위에 나선형 패턴으로 감싸진 단일 연속 도선(예, 리츠선)을 구비하는 실질적 평면 코일이다. 코일(140)은 소정의 위치에서 5회 내지 15회 사이의 권회들에 의해 감싸지며, 대략 80 mm 또는 그 이상과 같이, 1차 코일(130)의 직경과 실질적으로 동일한 직경을 가질 수 있다. 도선은, 내부 도선 끝단(742)과 외부 도선 끝단(744)의 각각에서 커패시터들(745)에 전기적으로 연결될 수 있다. 도선 끝단들(742, 744)을 커패시터들(745)에 연결하기 위해, 끝단들은 상방으로 감기고, (2차 축(C)을 가로지르는) 코일(740)의 면으로부터 이격되고 대체적으로 축 방향으로 기판(740)을 향할 수 있다. 도선 끝단들(742, 744)과 커패시터들(745) 사이의 전기적 연결은 각각의 도선 끝단을 커패시터들(745)을 보유하는 기판(740)상의 각각의 연결 포인트들(746, 748)에 납땜하도록 설정될 수 있다. 도 7에 도시된 바와 같이, 도선 끝단들(742, 744)의 각각과 연결 포인트들(746, 748)은 2차 축(C)으로부터 반경 방향으로 연장되는 공통 축(D)에 실질적으로 배치될 수 있다.
기판(740)은, 대략 30 mm에서 대략 70 mm 사이의 직경(예, 17.5 mm) 및 대략 1 mm의 두께(2차 축(C) 방향)의 원형 내부 구멍을 가지는 고리형일 수 있다. 전술한 바와 같이, 기판(740)은, 2차 코일(140)에 결합되고, 대략 100 nF와 150 nF 사이의 커패시턴스를 가지는 하나 이상의 커패시터들(745)을 포함할 수 있다. 2차 코일(140)과 커패시터들(745)은 함께 공진 회로를 형성한다. 공진 회로는 하우징(705) 내에 배치된 한 쌍의 부하 단자들(연결 포인트들(846, 848)일 수도 있음)을 갖는다. 일부 예들에서, 기판은, 예를 들어, 커패시터들의 선택적 결합을 통해서와 같이, 공진 회로의 공진 주파수를 조정하기 위한 추가 회로를 선택적으로 포함할 수 있고, 또한 이식된 코일 모듈(700)의 온도를 모니터링하기 위한 하나 이상의 온도 센서들을 선택적으로 포함할 수 있다. 도 7의 기판(740)은 링에 9개의 커패시터들을 보유하는 것으로 도시되어 있지만, 예를 들어, 유사한 형상과 크기의 다른 예의 기판들은 더 많은(예, 10개) 또는 더 적은(예, 2개 또는 3개) 커패시터들에 맞춰질 수 있고, 커패시터들은 다르게(예, 격자) 배열될 수 있다.
또한, 도 7은, 하우징(705)의 캡(710)과 베이스(720) 모두에 내장된 포트(715)를 추가적으로 보여준다. 포트는, 케이블들 또는 도선들(미도시)이 하우징(705) 내에 배치된 컴포넌트들을 이식된 전자 기기들(150)에 전기적으로 연결되도록 하나 이상의 전력 케이블들 또는 도선들(미도시)이 통과될 수 있게 구성된다. 예를 들어, 도체들을 가진 케이블은 하우징(705)에 배치된 부하 단자들을 이식된 전자 기기들(150)에 전기적으로 연결하기 위해 포트(715)를 통과할 수 있다. 이식된 코일(140)과 부하 단자들로부터의 거리를 줄이기 위해 케이블의 이식된 코일(140)(즉, 이식된 코일 모듈(700)) 측면 상에 커패시터들(755)을 포함하는 것이 바람직하다. 이것은, 결국, 케이블을 통한 임의의 전력 손실을 최소화한다. 도 6으로 돌아와서, 이식된 전자 기기들(150)은 이식된 코일(140)에 전기적으로 연결되지만, 이식된 코일(140)로부터 분리되게 수납된다. 이식된 전자 기기들(150)은, 전압 정류 기판 및 제어 기판 같이, 두개 이상의 회로 기판들 사이에 분리될 수 있다. 전압 정류 기판은, 도 1 및 도 2와 관련하여 상술되고, 이식된 코일에서 생성된 AC 전력을 DC 전력으로 정류하는 전압 정류 회로(156)를 포함할 것이다. 또한, 전압 정류 기판은 이식된 의료 장치(102)로 제공되는 전압을 요구되는 레벨로 조절하는 전술한 전압 조절기 회로(158)뿐만 아니라, 이식된 배터리(155)와 이식된 코일(140)로부터 이식된 의료 장치(102)로 전력을 공급하는 것을 스위칭하기 위한 이식된 전원 선택 회로(159)를 포함할 것이다.
제어 기판은, 이식된 의료 장치(102)의 구동을 담당하는 MOSFET 인버터와 같은 회로뿐만 아니라 이식된 전원 선택 회로(159)의 전원 선택의 명령을 담당하는 제어 회로(152)를 포함할 것이다. 제어 회로(152)는 이식된 코일(140)의 적절한 작동 파라미터들(예, 공진 주파수) 및 이식된 코일(140)로부터, 이식된 배터리(155)로부터, 또는 둘 모두로부터의 에너지를 사용하여 이식된 의료 장치(102)를 작동할지 여부를 결정한다. 제어 기판은 TET 시스템(100)에 대한 다양한 데이터를 추가적으로 수집하고 통신할 수 있다. 예를 들어, 제어 기판은 전원 선택 회로(159)의 온도에 대한 정보를 수신, 해석, 저장 및/또는 중계하도록 구성될 수 있다. 다른 예에 대해, 이식된 의료 장치(102)가, 도 7의 VAD와 같은, 이식 펌프인 경우, 제어 기판은, 펌프에 의해 나타나는 역기전력(back EMF), 및 펌프의 고정자에서의 전류와 같이 펌프에 있는 센서(165)로부터 전송된 정보를 처리하도록 구성될 수 있다. 그러한 정보의 저장은 제어 기판 상에 포함된 메모리 상에서 수행될 수 있으며, 정보는, 전술한 RF 원격 측정 회로(154)를 사용하여, 외부 전자 기기들(120)과 임상 모니터(160)와 같이 TET 시스템(100)의 다른 컴포넌트들로 전달될 수 있다.
대안적 실시예에서, 전압 정류 기판과 제어 기판은 별도로 수납될 수 있다. 이러한 예들에서, 이식된 코일 모듈(700)의 하우징(705)으로부터 연장하는 케이블(도 7과 관련하여 전술한)은 정류 하우징의 입력 단자에 전기적으로 연결하고, 거기서부터 정류 회로(156)의 입력 단자에 연결한다. 이와 같이, 정류 회로는 이식된 코일(140)과 이식된 의료 장치(102) 사이에서 전기적으로 연결됨으로써, 커패시터들(845)로부터 케이블의 도선을 따라 정류 회로(156)로 흐르는 부하 전류만이 이식된 의료 장치(102)로 흐른다. 다른 예들에서, 전압 정류 기판과 제어 기판은, 이식된 코일(140)의 하우징(705)으로부터 연장하는 케이블의 공통 하우징의 입력 단자에 전기적으로 연결된 상태에서, 함께 수납될 수 있다.
이식된 배터리(155)는 티타늄 또는 의료 등급의 플라스틱 케이싱 내에 수납된 리튬 이온 셀/배터리일 수 있다. VAD에 전력을 공급하는 경우, 배터리는 대략 12 V와 16.8 V 사이의 전하를 저장하도록 구성될 수 있다. 전술한 바와 같이, 이식된 배터리는 이식된 제어 회로(152)에 의한 결정에 기초한 응답으로서 이식된 의료 장치(102)에 전력을 공급하기 위해 이식된 의료 장치(102)에 연결된다. 이식된 배터리(155)는 또한 이식된 의료 장치(102)에서 필요한 전력을 초과하는 이식된 코일(140)에서 생성된 전력을 일시적으로 저장하기 위해 이식된 회로(150)의 전압 정류 기판을 통해 이식된 코일(140)에 전기적으로 연결될 수 있다. 과잉 전력은 이식된 의료 장치(102)의 작동에서 이후의 사용을 위해 이식된 배터리(155)를 충전하는데 사용될 수 있다.
도 6의 예시적인 구성에 대한 대안적인 실시예에서, 이식된 코일은 이식된 의료 장치에 장착된 하우징에 배치될 수 있다. 예를 들어, 도 9는 VAD(102)의 평평한 끝단(902)에 장착된 이식된 코일 하우징(905)을 가지는 이식된 의료 장치(102)(이 예에서는, 환자의 심장 기능의 지원을 위한 심실 보조 장치 또는 VAD)의 사시도를 도시한다. VAD(102)의 평평한 끝단(902)은 바람직하게 심장으로부터 이격되게 면하고 환자의 흉부를 향하도록 배치됨으로써, 이식된 코일은 환자의 피부에 가깝게 위치된다. 또한, 그 안에 배치된 이식된 코일(140)이 환자의 흉부를 향하여 면해서 코일 실드가 이식된 코일과 VAD(102) 사이에 위치될 수 있도록 이식된 코일 하우징(905)이 바람직하게 장착된다. 이것은, 이식된 코일(140)이 환자의 흉부에 장착된 외부 모듈(110)에 근접하게 위치되게 하고, 외부 코일과 이식된 코일 사이의 결합을 최대화하는 한편, 전자기 TET 필드로부터 자성 컴포넌트들과 VAD의 전도성 표면들을 추가적으로 보호한다. 도 9의 대안적인 구성은 VAD를 위한 히트 싱크를 제공하는 데 유리하다. 이식된 전자 기기들은 또한 VAD(102)에 장착된다. 이식 코일 하우징(905), 이식된 전자 기기들(907)과 VAD(102) 사이에 추가적인 장치 포켓과 케이블이 없기 때문에, 이것은 VAD와 TET 시스템의 이식을 훨씬 더 간단하게 한다.
위에서 전체적으로 기술된 TET 시스템은 시스템의 작동의 몇 가지 측면들을 더 개선하는 추가적인 특징들을 포함할 수 있다. 이러한 특징의 하나는 작동을 위한 정상, 시동 및 안전 모드 루틴들뿐만 아니라 어떤 모드를 작동할 것인지를 결정하기 위한 테스트 루틴들의 구현이다. 테스트 루틴들은 다른 전류량을 사용하는 외부 코일(130)을 구동하는 TET 시스템(100)을 제공한다. 정상 모드 작동하에서, TET 시스템(100)의 외부 컴포넌트들이 이식된 컴포넌트들과 적절한 통신을 할 때, 구동 회로(128)는 외부 코일(130)을 구동하기 위해 전력-레벨 교류 전위(예, 전류의 최대량)를 인가한다. 전술한 바와 같이, 정상 작동하에서 TET 시스템은 적어도 5 W, 적어도 10 W, 적어도 15 W 또는 적어도 20 W의 연속적인 전력을 생성할 수 있다. 이러한 전원은, 이식된 의료 장치의 모든 전력 요구들, RF 원격 측정 요구, 메인 및 백업 전자 시스템 요건들을 작동하는데 사용될 수 있고, 또한 이식된 배터리를 충전하는 전력을 공급하는데 사용될 수 있다. 그러나, 만약, 무선 에너지 전송 코일 또는 RF 원격 측정 코일과 같은, 하나 이상의 외부 컴포넌트들이 하나 이상의 대응되는 이식된 컴포넌트들과 적절히 연결되지 않으면, 외부 코일(130)을 구동하기 위해 적은 전류가 인가될 수 있다. 전류의 감소량은 적절하게 연결되지 않은 특정 컴포넌트 또는 컴포넌트들에 기초할 수 있다.
시동 루틴은 시동 모드와 정상 모드 중 하나 내에서 TET 시스템(100)을 작동하는 것을 결정할 수 있고, 외부 제어 회로(122)에 의해 제어될 수 있다. 시동 루틴에서, TET 시스템(100)은 외부 코일(130)과 이식된 코일(140) 사이의 결합 정도를 테스트하기 위해 외부 코일(130)을 구동하는 테스트-레벨 교류 전위를 인가함에 의해 시동 모드를 시작할 수 있다. 테스트-레벨 교류 전위는 이식된 시스템 또는 코일을 감지하기에 충분하지만, 이식된 장치를 작동하기에는 충분하지 않은 전력을 생성한다. 예를 들어, 테스트-레벨 교류 전위는 대략 250 mW 이하를 생성할 수 있다. 외부 제어 회로(122)의 센서들(115)은 외부 코일(130)과 이식된 코일(140) 사이의 유도 결합의 정도를 검출하기 위해 작동하는 결합 검출 회로를 포함할 수 있다. 이러한 검출은, 외부 코일(130)에 흐르는 전류를 측정하기 위한 전류 모니터를 적어도 부분적으로 사용하여 수행될 수 있다. 검출된 결합에 관한 정보는 결합 검출 회로로부터 외부 제어 회로(122)로 제공될 수 있다. 외부 제어 회로(122)는 제공된 결합 정보에 기초하여 시동 모드를 계속할지 또는 정상 모드로 전환할지를 결정할 수 있다.
만약, 외부 제어 회로(122)가 정상 모드에 있고, 외부 코일(130)과 이식된 코일(140)이 적절히 결합되었는지에 대한 명령(또는 다른 결정들)을 수신하지 못한 경우, 외부 제어 회로(122)는 외부 코일(130)을 구동하기 위한 전력-레벨 교류 전위의 인가를 중단하도록 구동 회로(128)에 명령할 수 있고, 시동 모드로의 전환을 촉진할 수 있으며, 외부 코일(130)에 테스트-레벨 교류 전위를 인가할 수 있다. 테스트-레벨 교류 전위는 외부 코일(130)과 이식된 코일(140)이 적절하게 또는 충분하게 결합되었는지 여부를 결정하도록 단속적으로 인가될 수 있다. 테스트-레벨 교류 전위는, 외부 코일(130)과 이식된 코일(140) 사이의 유도 결합의 부족에도 불구하고, 환자에게 해를 입히기에 충분할 정도(예, 환자의 피부 또는 조직의 과열)로 강한 자기장의 생성없이 유도 결합의 존재를 결정할 수 있는 충분한 전류를 제공할 수 있다. 추가적으로, 테스트-레벨 교류 전위는, 전력의 불필요한 소비를 방지하고, 동시에, 외부 코일(130)과 이식된 코일(140) 사이의 결합의 모니터링과 평가를 지속하기 위해 외부 제어 회로(122)를 활성화시킨다.
안전 모드 루틴에서, 무선 송신 전력의 레벨은, 외부 전자 기기들의 RF 원격 측정 회로(124)와 이식된 전자 기기들의 RF 원격 측정 회로(154)가 서로 적절하게 통신하고 있는지 여부에 기초하여 결정될 수 있다. 예를 들어, 만약, 외부 RF 원격 측정 회로(124)의 수신기가 이식된 RF 원격 측정 회로(154)의 송신기로부터의 RF 원격 측정 신호를 수신하고 있지 않다고 외부 제어 회로(122)가 결정한 경우, 외부 제어 회로(122)는 외부 코일(130)에 상대적으로 낮은 전력-레벨 교류 전위를 인가하도록 구동회로(128)에 명령할 수 있다. 즉, 정상 모드의 작동과 비교해 안전 모드에서 구동 회로(128)는 외부 코일(130)에 적은 전류(짧은 펄스 폭)를 인가할 것이다. 낮은 전력-레벨 교류 전위는, 이식된 의료 장치(102)를 작동하기에 충분한 전력을 생성하기 때문에, 외부 코일(130)을 구동하기에 충분히 강할 것이다. 예를 들어, VAD와 관련하여, VAD의 전력 수요는 환자의 혈류의 요구(의료진에 의해 차례로 프로그램될 수 있는)에 의해 정의될 수 있다. 이러한 전력 수요는 대략 2 W로부터 대략 5 W까지 다양할 수 있다.
외부 제어 회로는 시동과 안전 모드 루틴들 모두를 구현하도록 구성될 수 있다. 그러한 조건에서, 코일이 적절하게 결합되어 있다고 결합 검출 회로가 판정하고, 외부 RF 원격 측정 회로(124)가 이식된 전자 기기들로부터의 RF 원격 측정 신호를 수신하고 있지 않다고 외부 제어 회로가 결정하는 경우에만, 구동 회로(128)는 외부 코일(130)로 낮은 전력-레벨 교류 전위를 인가하도록 작동될 수 있다.
TET 시스템의 다른 특징은, 외부 코일과 이식된 코일 사이의 에너지 전달의 효율을 최대화하기 위해, 사용자가 외부 코일과 이식된 코일을 적절하게 정렬하는 것을 보조하기 위한 정렬 프로토콜이다.
외부 제어 회로(122)는, 센서들(115)로부터 수신된 정보에 기초하여, 외부 코일(130)과 이식된 코일(140) 사이의 결합된 후의 결합의 정도를 결정할 수 있다. 상기 정보는 입력 신호의 형태로 수신될 수 있다. 이러한 하나의 신호는 외부 코일(130)에 결합된 전압 또는 전류 모니터에 의해 제공될 수 있고, 외부 코일(130)에서의 전압의 양 및/또는 전류의 양을 나타낼 수 있다. 이러한 다른 신호는 외부 RF 원격 측정 회로(124)에 의해 제공될 수 있고, 코일들 사이의 전력 전송(예, 결합 계수, 또는 전류 효율)을 나타낼 수 있다. 원격 측정 신호는 이식된 코일(140)의 전류를 측정할 수 있는 이식된 센서(165)에 그 자체가 결합된 이식된 RF 원격 측정 회로(154)로부터 수신될 수 있다.
외부 제어 회로(122)는 외부 코일(130)과 이식된 코일(140) 사이의 결합의 정도에 관해 환자에게 경고한다.
이러한 경고는, 예를 들어, 시각적 또는 청각적 표시와 같이 인간이 인지할 수 있는 신호를 활성화하는 것에 의해 시각적으로 전달될 수 있다. 시각적 표시기의 예에서, 표시기는 다수의 광들 또는 LED들(예, 도 4의 외부 모듈(420)의 외향 캡(407)에 있는 LED들(481 내지 486))를 포함할 수 있다. 예를 들어, 활성화된 광들의 개수는 결합의 정도를 나타낼 수 있다. 임의의 주어진 결합의 정도를 위해 활성화되는 광들의 개수는, 예를 들어, 결합의 정도가 클수록 더 많은(또는, 대안적으로, 더 적은) 광들이 활성화되도록 미리 설정될 수 있다.
전술한 개시는 이식된 VAD를 가지는 사용자의 사용을 위한 TET 시스템을 일반적으로 설명한다. 그럼에도 불구하고, 본 개시는, 무선 전력 전송의 경피성 단계를 가지는 임의의 시스템에 유사하게 적용될 수 있다. 이와 같이, 본 개시는, 어떤 인간 또는 다른 동물에 이식되는 임의의 전력 소비 장치(예, 보청기들(hearing aids), 심박 조율기들(pacemakers), 인공 심장들(artificial hearts) 등)를 구동하기 위해 유사하게 적용될 수 있다.
비록, 본 발명은 본 명세서에서 특정한 실시예들을 참조하여 설명되었지만, 이러한 실시예들은 본 발명의 원리와 적용을 단지 예시하는 것으로 이해되어 져야한다. 따라서, 다양한 변형이 예시적인 실시예에서 이루어질 수 있고, 다른 배열이 첨부된 특허 청구 범위에 의해 정의되는 본 발명의 정신 및 범위를 벗어나지 않고 창작될 수 있음이 이해되어 져야한다.

Claims (18)

  1. (a) 전력 소비 장치 및 상기 전력 소비 장치에 전기적으로 연결된 내부 코일을 포함하고, 동물의 몸체 내부에 장착을 위해 구성되어 있는 내부 컴포넌트;
    (b) 상기 몸체의 외부에 장착을 위해 구성된 외부 코일;
    (c) 상기 외부 코일 내의 전류 흐름을 측정하고, 측정된 전류 흐름에 기초하여 상기 외부 코일이 상기 내부 코일에 전자기적으로 결합되는지 여부의 표시를 제공하도록 작동하는 전류 모니터; 및
    (d) 상기 외부 코일이 상기 내부 코일에 전자기적으로 결합된 것의 결합 검출 회로로부터의 표시에 응답하여 상기 외부 코일로 전력-레벨 교류 전위를 인가하고, 상기 전력-레벨 교류 전위를 인가하지 않을 때 상기 전력-레벨 교류 전위보다 낮은 테스트-레벨 교류 전위를 상기 외부 코일로 인가하도록 작동하는 구동 회로를 구비하는 경피성 에너지 전달 시스템.
  2. 청구항 1에 있어서,
    상기 구동 회로는, 상기 외부 코일이 상기 내부 코일에 전자기적으로 결합되지 않은 것의 상기 결합 검출 회로로부터의 표시에 응답하여 상기 외부 코일로의 전력-레벨 교류 전위의 인가를 중단하도록 작동하는 시스템.
  3. (a) 동물의 몸체 내부에 장착을 위해 구성되고:
    내부 코일;
    상기 내부 코일로부터 전력의 수신을 위해 상기 내부 코일에 전기적으로 연결된 내부 장치; 및
    그 작동과 관련된 하나 이상의 파라미터들을 나타내는 원격 측정 신호들을 전송하도록 작동하는 원격 측정 송신기를 구비하는 내부 컴포넌트,
    (b) 상기 몸체의 외부에 장착을 위해 구성되고:
    외부 코일;
    상기 원격 측정 송신기로부터의 원격 측정 신호들을 수신하도록 구성된 원격 측정 수신기;
    상기 외부 코일 내의 전류 흐름을 측정하고, 측정된 전류 흐름에 기초하여 상기 외부 코일이 상기 내부 코일에 전자기적으로 결합되어 있는지 여부의 표시를 제공하도록 작동하는 전류 모니터; 및
    상기 원격 측정 수신기가 상기 원격 측정 신호들을 수신할 때 정상 모드에서, 그리고 상기 원격 측정 수신기가 상기 원격 측정 신호들을 수신하지 않을 때 안전 모드에서 작동하고, 상기 정상 모드와 상기 안전 모드 모두에서 상기 외부 코일에 전력을 인가함으로써 상기 외부 코일로 인가된 전력이 상기 내부 코일에 결합되게 작동하도록 되어 있고, 상기 정상 모드에서 작동할 때 상기 원격 측정 신호들에 적어도 부분적으로 응답하여 상기 외부 코일로 인가되는 전력을 제어하게 작동하도록 된 구동 회로를 구비하는 외부 컴포넌트를 포함하는 경피성 에너지 전달 시스템.
  4. 청구항 3에 있어서,
    상기 구동 회로는, 안전 모드에서 보다 정상 모드에서 외부 코일로 더 많은 전력을 인가하도록 작동하는 시스템.
  5. 청구항 3에 있어서,
    상기 구동 회로는, 정상 모드에서, 상기 내부 장치와 상기 원격 측정 송신기를 구동하는데 충분한 양의 전력을 외부 코일에 인가하도록 작동하는 시스템.
  6. 청구항 3에 있어서,
    상기 외부 코일이 상기 내부 코일에 전자기적으로 결합되어 있는지의 여부의 표시를 제공하도록 작동하는 결합 검출 회로를 더 포함하고,
    상기 구동 회로는 원격 측정 수신기가 상기 원격 측정 신호들을 수신하지 않을 때에만 상기 안전 모드에서 작동하도록 구성되고, 상기 결합 검출 회로는 상기 외부 코일이 상기 내부 코일에 유도적으로 결합된 것을 나타내는 시스템.
  7. 청구항 3에 있어서,
    상기 외부 코일, 전류 모니터 및 구동 회로는 공통 하우징 내부에 배치된 시스템.
  8. 청구항 3에 있어서,
    상기 구동 회로는 상기 내부 장치에 적어도 20W의 전력을 공급할 수 있도록 상기 외부 코일을 구동하도록 작동하는 시스템.
  9. 2차 축 및 상기 2차 축 주위에 나선형으로 연장하고 상기 2차 축에 대해 수직인 공통 방사상 라인 상에 실질적으로 배치되는 내측 및 외측 끝단들을 가지는 제2 도체를 포함하는 2차 코일;
    자화성, 전기적 절연성 재료로 구성되고, 2차 코일에 근접하는 상기 2차 축을 가로질러 그리고 2차 코일의 후면으로 연장하는 제2 실드; 및
    상기 2차 코일에 전기적으로 연결되는 전력 소비 장치를 포함하는 무선 에너지 전달 시스템의 이식된 컴포넌트.
  10. 청구항 9에 있어서,
    상기 제2 실드는 상기 2차 축에 정렬되어 관통 연장하는 원형 구멍을 가지는 이식된 컴포넌트.
  11. 청구항 9에 있어서,
    생체 적합성 외부 표면을 갖는 이식 가능한 코일 하우징을 더 포함하고,
    상기 하우징은 상기 2차 코일을 수용하고, 프런트 사이드와 리어 사이드를 가지며, 상기 2차 코일의 프런트 사이드는 상기 코일 하우징의 프런트 사이드를 향해 면하고, 상기 코일 하우징은 상기 하우징의 프런트 사이드와 리어 사이드를 구별할 수 있는 하나 이상의 시각-인식 표시들을 가지는 이식된 컴포넌트.
  12. 1차 축 및 상기 1차 축을 연장하는 제1 도체를 가지는 외부 코일;
    상기 외부 코일에 인가된 전력이 내부 코일로 결합되도록 상기 외부 코일을 구동하기 위해 작동하는 구동 회로; 및
    대략 0.3×106σ 미만의 전기 전도도를 가지는 강자성 또는 페리 자성 물질로 구성되고, 1차 축을 가로질러 연장하고, 대개 서로 에지-투-에지로 배열되고 서로 인접한 세그먼트들의 가장자리들 사이에 간격을 가지는 복수의 플레이트-형 세그먼트들을 포함하는 쉴드를 구비하는 무선 에너지 전달 시스템용 드라이버.
  13. 청구항 12에 있어서,
    간격들의 적어도 일부는 상기 1차 축에 대해 실질적으로 방사상으로 연장하는 드라이버.
  14. 청구항 12에 있어서,
    실드는 페라이트로 구성되는 드라이버.
  15. 1차 축 및 상기 1차 축 주위에 나선형으로 연장하는 제1 도체를 포함하는 1차 코일;
    상기 1차 코일을 구동하도록 작동하는 구동 회로;
    자화성, 전기적 절연성 재료로 구성되고, 상기 1차 코일에 근접하는 상기 1차 축을 가로질러 연장하는 메인 실드; 및
    자화성, 전기적 절연성 재료로 구성되고, 상기 1차 축 주위로 연장하며, 상기 1차 코일로부터 이격되어 면하는 상기 메인 실드의 리어 표면으로부터 돌출하는 실드 벽을 포함하며,
    상기 실드 벽과 상기 메인 실드는 협력하여 대개 컵-형상 구조를 구획하고, 상기 구동 회로의 적어도 일부는 상기 실드 벽 내부에 배치되는 무선 에너지 전달 시스템용 드라이버.
  16. 청구항 15에 있어서,
    상기 구동 회로는, 공진 회로 내에서 상기 1차 코일에 연결되는 하나 이상의 커패시터들 및 상기 공진 회로에 전력을 공급하기 위해 상기 공진 회로에 연결되는 하나 이상의 전력 반도체들(power semiconductors)을 포함하며,
    상기 커패시터들 및 상기 전력 반도체들은 상기 실드 벽 내부에 배치되는 드라이버.
  17. 1차 축 및 상기 1차 축 주위에 나선형으로 연장하는 제1 도체를 가지는 1차 코일;
    상기 1차 코일을 구동하도록 작동하는 구동 회로; 및
    자화성, 전기적 절연성 재료로 구성되고, 상기 1차 코일에 근접하는 상기 1차 축을 가로질로 연장하는 메인 실드를 포함하며,
    상기 메인 실드는 상기 1차 축과 정렬되도록 관통 연장하는 구멍을 가지는 무선 에너지 전달 시스템용 드라이버.
  18. 청구항 17에 있어서,
    상기 구멍은 정사각형인 드라이버.
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