WO2021149292A1 - 生体内植え込み型医療装置 - Google Patents

生体内植え込み型医療装置 Download PDF

Info

Publication number
WO2021149292A1
WO2021149292A1 PCT/JP2020/031478 JP2020031478W WO2021149292A1 WO 2021149292 A1 WO2021149292 A1 WO 2021149292A1 JP 2020031478 W JP2020031478 W JP 2020031478W WO 2021149292 A1 WO2021149292 A1 WO 2021149292A1
Authority
WO
WIPO (PCT)
Prior art keywords
power receiving
main body
power
receiving coil
magnetic flux
Prior art date
Application number
PCT/JP2020/031478
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
航陽 貝和
崇浩 長井
達也 細谷
Original Assignee
株式会社村田製作所
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by 株式会社村田製作所 filed Critical 株式会社村田製作所
Priority to JP2021572960A priority Critical patent/JPWO2021149292A1/ja
Publication of WO2021149292A1 publication Critical patent/WO2021149292A1/ja
Priority to US17/814,286 priority patent/US20220362561A1/en

Links

Images

Classifications

    • A—HUMAN NECESSITIES
    • A61—MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
    • A61N—ELECTROTHERAPY; MAGNETOTHERAPY; RADIATION THERAPY; ULTRASOUND THERAPY
    • A61N1/00—Electrotherapy; Circuits therefor
    • A61N1/18—Applying electric currents by contact electrodes
    • A61N1/32—Applying electric currents by contact electrodes alternating or intermittent currents
    • A61N1/36—Applying electric currents by contact electrodes alternating or intermittent currents for stimulation
    • A61N1/372—Arrangements in connection with the implantation of stimulators
    • A61N1/378—Electrical supply
    • A61N1/3787—Electrical supply from an external energy source
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02J—CIRCUIT ARRANGEMENTS OR SYSTEMS FOR SUPPLYING OR DISTRIBUTING ELECTRIC POWER; SYSTEMS FOR STORING ELECTRIC ENERGY
    • H02J50/00—Circuit arrangements or systems for wireless supply or distribution of electric power
    • H02J50/10—Circuit arrangements or systems for wireless supply or distribution of electric power using inductive coupling
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02J—CIRCUIT ARRANGEMENTS OR SYSTEMS FOR SUPPLYING OR DISTRIBUTING ELECTRIC POWER; SYSTEMS FOR STORING ELECTRIC ENERGY
    • H02J50/00—Circuit arrangements or systems for wireless supply or distribution of electric power
    • H02J50/10—Circuit arrangements or systems for wireless supply or distribution of electric power using inductive coupling
    • H02J50/12—Circuit arrangements or systems for wireless supply or distribution of electric power using inductive coupling of the resonant type
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02J—CIRCUIT ARRANGEMENTS OR SYSTEMS FOR SUPPLYING OR DISTRIBUTING ELECTRIC POWER; SYSTEMS FOR STORING ELECTRIC ENERGY
    • H02J50/00—Circuit arrangements or systems for wireless supply or distribution of electric power
    • H02J50/70—Circuit arrangements or systems for wireless supply or distribution of electric power involving the reduction of electric, magnetic or electromagnetic leakage fields

Definitions

  • the present invention relates to an in-vivo implantable medical device that is implanted (embedded) in a living body such as a human body or an animal and is used by wirelessly supplying electric power from outside the living body to supply electric power.
  • Patent Document 1 discloses an in-vivo implantable medical device used as a pacemaker.
  • This in-vivo implantable medical device includes a housing, a power receiving coil, a secondary battery, and a drive device.
  • the housing houses the power receiving coil, the secondary battery, and the drive device.
  • the power receiving coil receives electric power by interlinking magnetic flux from outside the body by electromagnetic induction.
  • the secondary battery stores the power received by the power receiving coil.
  • the drive device is driven by using a secondary battery as a power source.
  • the drive device has, for example, a control circuit that performs pacing based on electrocardiographic data.
  • Patent Document 2 discloses a wireless charging device used for a pacemaker or the like.
  • the housing for accommodating the power receiving coil is made of metal. Therefore, the magnetic flux generated for wireless power supply generates an eddy current in the housing, and the housing generates heat due to the eddy current loss. As a result, there is a risk that the living body into which the in-vivo implantable medical device is implanted will be adversely affected. Further, it is not easy to enhance the magnetic coupling between the power receiving coil and the power transmission coil, and it is difficult to improve the power efficiency in power receiving.
  • the wireless charging device disclosed in Patent Document 2 also has the same problem because the housing is made of metal.
  • the housing of the in-vivo implantable medical device is made of a non-metal material, eddy currents are not generated in the housing even in wireless power supply, and it is possible to suppress heat generation of the housing due to eddy current loss.
  • the magnetic coupling between the power receiving coil and the power transmitting coil is not hindered.
  • sapphire, ruby, glass, or ceramic which is known as a non-metallic material having excellent biocompatibility, and it is difficult to form a housing from these materials.
  • An object of the present invention is an in-vivo implantable medical treatment in which an eddy current is generated in a housing due to a magnetic flux generated for wireless power supply, the housing can be reduced from heat generation due to eddy current loss, and power efficiency in power reception is high. To provide the equipment.
  • the in-vivo implantable medical device of the present invention has a main body having an opening and a protruding portion provided so as to close the opening, and forms a closed internal space, and the internal space.
  • a power receiving coil which is arranged in a portion formed by the protruding portion in the above and receives power by interlinking an external magnetic circuit generated by an AC current flowing through an external power transmitting coil, is electrically connected to the power receiving coil.
  • a power receiving circuit is provided, and a circuit board is provided which is arranged in the internal space away from the protruding end of the protruding portion from the power receiving coil.
  • the main body portion is formed of a metal-based biocompatible material, and the protruding portion is provided.
  • the projecting portion has a structure in which a magnetic path in which the magnetic flux interlinks with the power receiving coil while avoiding the main body portion is formed with respect to the magnetic path through which the external magnetic flux passes. It is provided so as to reduce the eddy current loss due to the eddy current generated by the external magnetic flux interlinking with the main body.
  • the present invention it is possible to reduce the generation of eddy current in the housing due to the magnetic flux generated for wireless power supply and the heat generation of the housing due to the eddy current loss, and the power efficiency in receiving power is high in vivo implantable medical treatment.
  • the device is obtained.
  • FIG. 1 is an external perspective view of the in-vivo implantable medical device 10 according to the first embodiment of the present invention.
  • FIG. 2 is a cross-sectional view of the in-vivo implantable medical device 10.
  • FIG. 3 is a plan view of the coil substrate 12.
  • FIG. 4 is a cross-sectional view of the power feeding system according to the first embodiment of the present invention.
  • FIG. 5 is a block diagram showing a circuit configuration of a power supply system according to the first embodiment of the present invention.
  • FIG. 6 is a cross-sectional view of an in-vivo implantable medical device according to a modified example of the first embodiment of the present invention.
  • FIG. 7 is a cross-sectional view of the power feeding system according to the second embodiment of the present invention.
  • FIG. 1 is an external perspective view of the in-vivo implantable medical device 10 according to the first embodiment of the present invention.
  • FIG. 2 is a cross-sectional view of the in-vivo implantable medical device 10.
  • FIG. 3 is
  • FIG. 8 is a cross-sectional view of the power feeding system according to the third embodiment of the present invention.
  • FIG. 9 is a circuit diagram of a power supply system including a power transmission unit of the power transmission device and a power reception unit of the in-vivo implantable medical device of the in-vivo implantable medical device according to the fourth embodiment.
  • FIG. 10 is an equivalent circuit diagram of the power feeding system shown in FIG.
  • FIG. 1 is an external perspective view of the in-vivo implantable medical device 10 according to the first embodiment of the present invention.
  • FIG. 2 is a cross-sectional view of the in-vivo implantable medical device 10.
  • FIG. 3 is a plan view of the coil substrate 12. In FIG. 3, the drawing of the lead-out wiring from both ends of the power receiving coil 23 is omitted.
  • FIG. 4 is a cross-sectional view of the power feeding system according to the first embodiment of the present invention.
  • FIG. 5 is a block diagram showing a circuit configuration of a power supply system according to the first embodiment of the present invention.
  • the in-vivo implantable medical device 10 includes a housing 11, a coil substrate 12, a magnetic sheet 13, a circuit board 14, a power storage device 15, a feedthrough 16, and a biosensor 17.
  • the housing 11 has a main body portion 31 and a protruding portion 41.
  • the coil board 12 has a power receiving coil 23.
  • the main body 31 has an opening 22.
  • the protrusion 41 is provided so as to close the opening 22.
  • the housing 11 forms a sealed interior space 21.
  • the power receiving coil 23 is arranged in a portion formed by the protruding portion 41 in the internal space 21.
  • the power receiving coil 23 receives power by interlinking an external magnetic flux ⁇ generated by an alternating current flowing through a power transmission coil 63 (see FIG. 4) outside the housing 11.
  • the circuit board 14 is provided with a power receiving circuit 25 (see FIG. 5) electrically connected to the power receiving coil 23.
  • the circuit board 14 is arranged in the internal space 21 away from the protruding end of the protruding portion 41 from the power receiving coil 23.
  • the main body 31 is made of a metal-based biocompatible material.
  • the protrusion 41 is formed of a non-magnetic, non-metallic biocompatible material.
  • the protruding portion 41 has a structure in which a magnetic path is formed in which the magnetic flux is interlinked with the power receiving coil 23 while avoiding the main body 31 with respect to the magnetic path through which the external magnetic flux ⁇ passes, and the external magnetic flux ⁇ is interlinked with the main body 31. It is provided so as to reduce the eddy current loss due to the eddy current generated by the eddy current.
  • the main body 31 is composed of a top plate, a bottom plate, and a side wall.
  • the opening 22 is formed in the bottom plate portion of the main body portion 31.
  • the protruding portion 41 is provided so as to protrude from the bottom plate portion of the main body portion 31.
  • the protruding portion 41 is composed of a bottom plate portion and a side wall portion.
  • the bottom plate portion of the protruding portion 41 corresponds to the protruding end of the protruding portion 41.
  • the main body 31 and the protrusion 41 are joined, for example, with a biocompatible adhesive.
  • the thickness T of the main body 31 is longer than the length L in which the protruding portion 41 protrudes and shorter than the width W of the main body 31 (diameter of the top plate of the main body 31). That is, the dimension of the main body 31 in the protruding direction of the protruding portion 41 is longer than the length of the protruding portion 41 protruding, and shorter than the dimension of the main body 31 in an arbitrary direction orthogonal to the protruding direction of the protruding portion 41.
  • the width W of the main body 31 is, for example, about 30 mm.
  • the main body portion 31 and the protruding portion 41 are circular in a plan view (viewed from the protruding direction of the protruding portion 41), but may have a square shape or another shape in a plan view.
  • the metal-based biocompatible material forming the main body 31 is preferably a material containing titanium or a titanium alloy as a main component.
  • the main body 31 is made of pure titanium or a titanium alloy such as Ti-6Al-4V.
  • it is a sintered material of a mixture of the ceramic powder and the titanium alloy powder.
  • the metal-based biocompatible material is preferably a material containing titanium or a titanium alloy as a main component, but as a metal-based biocompatible material, a material containing chromium or molybdenum in stainless steel or Co. -Cr alloy etc. are also available.
  • the metal-based biocompatible material is preferably a material that can obtain durability against the environment, stress, and the like, and more preferably a material having a Young's modulus of 100 GPa or more, for example.
  • the non-metallic biocompatible material forming the protrusion 41 is preferably sapphire, ruby, glass, or ceramic.
  • the ceramic is preferably a fine ceramic represented by the chemical formula Al 2 O 3.
  • glass is preferable to use glass as a non-metallic biocompatible material. Further, as the non-metal biocompatible material, tempered glass having excellent durability may be used.
  • the protruding portion 41 is formed by cutting and digging, for example, a plate-shaped non-metallic biocompatible material.
  • a protruding portion 42 may be provided instead of the protruding portion 41.
  • the protrusion 42 is composed of a bottom plate portion 421 and a side wall portion 422 joined with a biocompatible adhesive.
  • the coil board 12, the magnetic sheet 13, and the circuit board 14 are laminated in this order on the bottom plate of the protrusion 41.
  • the coil substrate 12 is arranged so as to abut the bottom plate portion of the protruding portion 41. In other words, the coil substrate 12 is arranged outside the main body 31.
  • the coil substrate 12 is composed of an insulating substrate and a power receiving coil 23.
  • the power receiving coil 23 receives electric power by interlinking magnetic fluxes from outside the living body. As shown in FIG. 3, the power receiving coil 23 is formed, for example, in a single layer of an insulating substrate in a spiral shape with a conductor pattern.
  • the winding axis direction of the power receiving coil 23 substantially coincides with the protruding direction of the protruding portion 41.
  • the power receiving coil 23 is electrically connected to a conductor pattern (not shown) of the circuit board 14 described later.
  • the outer shapes of the coil substrate 12 and the power receiving coil 23 are circular in a plan view, but may have a square shape or another shape in a plan view. Further, the power receiving coil 23 may be formed on the main surface of the insulating substrate, or may be formed on the insulating substrate over a plurality of layers.
  • the magnetic sheet 13 is arranged between the power receiving coil 23 and the circuit board 14.
  • the magnetic sheet 13 is arranged in a portion formed by the protruding portion 41 in the internal space 21. In other words, the magnetic sheet 13 is arranged outside the main body 31.
  • the magnetic sheet 13 further avoids the main body 31 to form a magnetic path in which magnetic flux is linked in the power receiving coil 23.
  • the magnetic sheet 13 is smaller than the opening 22 of the main body 31 and larger than the outer shape of the power receiving coil 23 and the circuit board 14 in a plan view.
  • the magnetic sheet 13 may be arranged inside the main body 31 or may be larger than the opening 22 in a plan view. Further, the magnetic sheet 13 preferably does not come into contact with the main body 31, but may come into contact with the main body 31 to some extent.
  • the circuit board 14 has an insulating substrate on which a conductor pattern is formed, and a plurality of electronic components 24 mounted on the insulating substrate.
  • the electronic component 24 is, for example, a biosensor, an IC, or a passive element.
  • the conductor pattern and the electronic component 24 of the circuit board 14 constitute a circuit of a power supply system, a signal processing system, and an arithmetic system, which will be described later.
  • the power storage device 15 is provided on the circuit board 14 and is electrically connected to the conductor pattern of the circuit board 14.
  • the power storage device 15 is, for example, a thin secondary battery.
  • the power storage device 15 stores the electric power received by the power receiving coil 23.
  • the feedthrough 16 is provided on the side wall portion or the top plate portion of the main body portion 31.
  • the biosensor 17 is pulled out of the housing 11 via the feedthrough 16.
  • the biosensor 17 is electrically connected to the conductor pattern of the circuit board 14 in the housing 11 via the feedthrough 16.
  • the power supply system includes an in-vivo implantable medical device 10 and a power transmission device 50.
  • the in-vivo implantable medical device 10 is arranged in the living body, and the power transmission device 50 is arranged outside the living body.
  • the in-vivo implantable medical device 10 is arranged so that the protruding direction of the protruding portion 41 faces the outside of the living body.
  • the power transmission device 50 includes a housing 51, a coil board 52, a magnetic sheet 53, and a circuit board 54.
  • the housing 51 is formed of a non-metal material such as resin.
  • the coil board 52, the magnetic sheet 53, and the circuit board 54 are arranged in the internal space 61 of the housing 51.
  • the coil substrate 52 has an insulating substrate and a power transmission coil 63.
  • the circuit board 54 has an insulating substrate on which a conductor pattern (not shown) is formed, and a plurality of electronic components 64 mounted on the insulating substrate.
  • the power transmission coil 63 is formed in, for example, a single layer in an insulating substrate in a spiral shape with a conductor pattern.
  • the power transmission coil 63 is electrically connected to the conductor pattern of the circuit board 54.
  • the electronic component 64 is, for example, a power supply IC or a passive element.
  • the conductor pattern of the circuit board 54 and the electronic component 64 constitute the circuit of the power transmission device 50 described later.
  • the magnetic sheet 53 is provided so as to come into contact with the main surface of the coil substrate 52.
  • the power transmission device 50 is arranged close to the in-vivo implantable medical device 10 so that the power transmission coil 63 has a predetermined positional relationship with respect to the power reception coil 23. At that time, the power transmission device 50 is arranged so that the power transmission coil 63 is sandwiched between the magnetic sheet 13 and the magnetic sheet 53. In such an arrangement state, the power transmission coil 63 and the power reception coil 23 are magnetically coupled, and power is supplied from the power transmission device 50 to the in-vivo implantable medical device 10. This electric power is stored in the power storage device 15 and supplied to the electronic components 24 and the like.
  • the power transmission coil 63 and the power reception coil 23 are arranged so as to be sandwiched between the magnetic sheet 13 and the magnetic sheet 53 in power supply. As a result, the magnetic coupling between the power transmission coil 63 and the power reception coil 23 is strengthened, so that the power efficiency in power reception is improved.
  • the power transmission device 50 is provided with a power transmission coil 63, a power transmission circuit electrically connected to the power transmission coil 63, a communication circuit, a microprocessor, and the like.
  • the in-vivo implantable medical device 10 is provided with a power receiving coil 23, a power receiving circuit 25, and a power storage device 15.
  • the power receiving circuit 25 includes a matching circuit, an EMI filter, a rectifier circuit, and a charging circuit. These circuits constitute a power supply system circuit.
  • the in-vivo implantable medical device 10 is provided with a communication circuit, a microprocessor, and an I / O circuit. These circuits constitute a signal processing system and an arithmetic system circuit.
  • the communication circuit is electrically connected to the power receiving coil 23 via the capacitor C.
  • the above matching circuit is impedance matched.
  • the EMI filter removes electromagnetic noise components.
  • the rectifier circuit converts the AC power received by the power receiving coil 23 into DC power.
  • the charging circuit charges and controls the power storage device 15 with the DC power output from the rectifier circuit.
  • the above I / O circuit inputs and outputs signals to various sensors electrically connected to it.
  • the microprocessor performs predetermined signal processing and arithmetic processing.
  • the communication circuit outputs data to the power transmission device 50 or other external devices such as a measuring device and a medical treatment device. This data output is performed by superimposing a signal of a predetermined format on the current flowing through the power receiving coil 23.
  • the microprocessor and communication circuit operate using the power storage device 15 as a power source.
  • the in-vivo implantable medical device 10 can wirelessly receive power and communicate.
  • a control circuit that performs pacing based on electrocardiographic data and a signal obtained by sensing a biological signal are processed by a microprocessor and a predetermined circuit electrically connected to an I / O circuit.
  • a signal processing circuit and a biological signal generation circuit that gives an electric signal to a muscle may be configured.
  • the power receiving coil 23 is arranged in the portion formed by the protruding portion 41 in the internal space 21. Therefore, in the wireless power supply, the power transmission coil 63 and the power reception coil 23 arranged close to each other are arranged apart from the main body 31. As a result, with respect to the magnetic path through which the external magnetic flux ⁇ passes, a magnetic path in which the magnetic flux is linked is formed in the power receiving coil 23 while avoiding the main body 31.
  • the main body 31 is formed of a metal-based biocompatible material
  • the protruding portion 41 is formed of a non-metal biocompatible material. Therefore, it is possible to reduce the generation of eddy current in the housing 11 due to the interlinking of the external magnetic flux ⁇ with the housing 11 and the heat generation of the housing 11 due to the eddy current loss.
  • the power transmission coil 63 and the power receiving coil 23 face each other via a non-metal biocompatible material, not a metal biocompatible material. Therefore, the magnetic coupling between the power transmission coil 63 and the power reception coil 23 is not hindered, and high power efficiency in power reception can be obtained.
  • a metal-based biocompatible material that is easy to process is used for the main part of the housing 11, and a non-metal-based biocompatible material is used only for a part of the housing 11. Be done. Therefore, the fabrication of the housing 11 is not so difficult.
  • the magnetic sheet 13 is arranged between the power receiving coil 23 and the main body portion 31 and does not come into contact with the main body portion 31. Therefore, it becomes difficult for the external magnetic flux ⁇ to reach the main body portion 31, and the interlinkage of the external magnetic flux ⁇ with the main body portion 31 is further reduced.
  • the coil substrate 12 is arranged so as not to come into contact with the main body 31. Therefore, in the case of wireless power supply, the heat generated by the power receiving coil 23 is difficult to be transmitted to the main body 31, and the temperature rise of the main body 31 is suppressed.
  • FIG. 7 is a cross-sectional view of the power feeding system according to the second embodiment of the present invention.
  • This power supply system includes an in-vivo implantable medical device 70 and a power transmission device 80.
  • the in-vivo implantable medical device 70 includes a housing 71, a coil board 12, a circuit board 14, and a power storage device 15.
  • the housing 71 has a main body portion 32 and a protruding portion 41.
  • the main body 32 is formed in a thin box shape.
  • the main body 32 is composed of a top plate, a bottom plate, and a side wall.
  • the bottom plate portion of the main body portion 32 has an opening 22 near the end portion thereof.
  • the protrusion 41 is provided so as to close the opening 22.
  • the coil board 12, the circuit board 14, and the power storage device 15 are provided in the internal space 21 of the housing 71.
  • the coil substrate 12 is arranged on the bottom plate portion of the protruding portion 41.
  • the circuit board 14 and the power storage device 15 are arranged inside the main body 32.
  • the coil board 12, the circuit board 14, and the power storage device 15 are arranged so as to be arranged in the width direction of the main body 32.
  • the in-vivo implantable medical device 70 and the power transmission device 80 are not provided with a magnetic sheet.
  • the circuit board 14 and the power storage device 15 are arranged apart from the power receiving coil 23 in the width direction of the main body 32. Therefore, the external magnetic flux ⁇ does not reach the circuit board 14 and the power storage device 15 very much. As a result, the external magnetic flux ⁇ does not affect the circuit board 14 and the power storage device 15 even if the magnetic sheet is not provided.
  • FIG. 8 is a cross-sectional view of the power feeding system according to the third embodiment of the present invention.
  • This power supply system includes an in-vivo implantable medical device 90 and a power transmission device 50.
  • the in-vivo implantable medical device 90 differs from the in-vivo implantable medical device 70 according to the second embodiment in the following points.
  • a part of the circuit board 14 overlaps the power receiving coil 23 in a plan view.
  • the in-vivo implantable medical device 90 includes a magnetic sheet 13 that is in contact with the main surface of the coil substrate 12. The magnetic sheet 13 is arranged between the power receiving coil 23 and the circuit board 14.
  • the magnetic sheet 13 suppresses the arrival of the external magnetic flux ⁇ on the circuit board 14. Therefore, even if the circuit board 14 is arranged so as to overlap the power receiving coil 23 in a plan view, it is not affected by the external magnetic flux ⁇ .
  • an electromagnetic field resonance field is formed between the power receiving coil of the in-vivo implantable medical device and the power transmission coil outside the housing, and the in-vivo implant receives power from the power transmission coil.
  • the type medical device is shown.
  • FIG. 9 is a circuit diagram of a power supply system including a power transmission unit of the power transmission device and a power reception unit of the in-vivo implantable medical device of the in-vivo implantable medical device according to the fourth embodiment.
  • FIG. 10 is an equivalent circuit diagram of the power feeding system shown in FIG.
  • the input section of the power transmission section is equipped with an input power supply Vi.
  • the power transmission unit includes a power transmission coil np and an alternating current generation circuit electrically connected to the power transmission coil np.
  • the power receiving unit includes a power receiving coil ns and a power receiving circuit electrically connected to the power receiving coil ns.
  • the power transmission coil np and the power reception coil ns are helical coils, respectively, and the central part is the input / output part. Therefore, the power transmission coil np has equivalent inductances Lp, Lmp, Lrp and equivalent capacitance Crp, and constitutes a power transmission resonance circuit by these. Similarly, the power receiving coil ns has equivalent inductances Ls, Lms, Lrs and equivalent capacitance Crs, which constitute a power receiving resonant circuit. Since the winding axes of these two helical coils are almost aligned (almost coaxial), the electric field energy and the magnetic field energy interact with each other between the power transmitting coil np and the power receiving coil ns to cause electromagnetic waves. A field resonance field is formed.
  • the AC current generation circuit is equivalently a first switch circuit composed of a parallel connection circuit of a switching element Q1, a diode Dds1 and a capacitor Cds1, and an equivalent parallel connection circuit of a switching element Q2, a diode Dds2 and a capacitor Cds2. It includes a second switch circuit to be configured.
  • Switching elements Q1 and Q2 are switched and controlled by a switching control circuit (not shown).
  • the switching element Q1 and the switching element Q2 are alternately turned on / off to supply an AC voltage / AC current to the power transmission coil np.
  • the switching control circuit intermittently applies a DC voltage to the transmission resonance circuit to generate a resonance current by switching the switching element Q1 and the switching element Q2 at a predetermined operating frequency.
  • the voltage across the first switch circuit and the second switch circuit is made into a half-wave sinusoidal waveform every half cycle. For example, switching operation is performed at 6.78 MHz or 13.56 MHz, which are international ISM (Industrial, Scientific and Medical) bands.
  • the power receiving circuit is equivalently composed of a third switch circuit composed of a switching element Q3, a diode Dds3 and a parallel connection circuit of the capacitor Cds3, and equivalently composed of a parallel connection circuit of the switching element Q4, the diode Dds4 and the capacitor Cds4. It includes a fourth switch circuit and a smoothing capacitor Co.
  • the third switch circuit and the fourth switch circuit constitute a power receiving rectifier circuit that rectifies the resonance current generated in the power receiving coil ns.
  • the switching elements Q3 and Q4 are controlled by a switching control circuit (not shown), rectification is performed in synchronization with the change in the direction of the resonance current flowing through the power receiving coil ns, and a direct current is supplied to the load Ro.
  • the magnetic flux density is increased in the magnetic path where the magnetic flux is linked to the power receiving coil ns while avoiding the main body 31 (see FIG. 4). It is increased to obtain a large received power, and the eddy current loss due to the eddy current generated by the interlinking of the external magnetic flux ⁇ with the main body 31 is reduced.

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Health & Medical Sciences (AREA)
  • Power Engineering (AREA)
  • Computer Networks & Wireless Communication (AREA)
  • Public Health (AREA)
  • Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
  • Animal Behavior & Ethology (AREA)
  • General Health & Medical Sciences (AREA)
  • Radiology & Medical Imaging (AREA)
  • Veterinary Medicine (AREA)
  • Nuclear Medicine, Radiotherapy & Molecular Imaging (AREA)
  • Biomedical Technology (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Electromagnetism (AREA)
  • Electrotherapy Devices (AREA)
  • Measurement Of The Respiration, Hearing Ability, Form, And Blood Characteristics Of Living Organisms (AREA)

Abstract

生体内植え込み型医療装置（１０）は、本体部（３１）及び突出部（４１）を有し、密閉された内部空間（２１）を形成する筐体（１１）と、内部空間（２１）における突出部（４１）によって形成された部分に配置され、外部にある送電コイルに交流電流が流れて発生する外部磁束を鎖交させて電力を受ける受電コイル（２３）と、受電コイル（２３）に電気的に接続された受電回路が設けられた回路基板（１４）と、を備える。本体部（３１）は金属系の生体適合材で形成され、突出部（４１）は非金属系の生体適合材で形成される。突出部（４１）は、外部磁束が通る磁路に対して、本体部（３１）を避けて受電コイル（２３）に磁束が鎖交する磁路を形成する構造であり、外部磁束が本体部（３１）に鎖交することにより発生する渦電流による渦電流損失を低減するように設けられる。

Description

生体内植え込み型医療装置
　本発明は、人体や動物などの生体内に植え込んで（埋め込んで）利用され、生体外からワイヤレスで電力を供給して給電する生体内植え込み型医療装置に関する。
　従来、生体内植え込み型医療装置に適用される様々な技術が提案されている。
　特許文献１には、ペースメーカとして用いられる生体内植え込み型医療装置が開示されている。この生体内植え込み型医療装置は、筐体、受電コイル、二次電池、及び駆動装置を備える。筐体は、受電コイル、二次電池、及び駆動装置を収容している。受電コイルは体外から電磁誘導により磁束を鎖交させて電力を受ける。二次電池は受電コイルが受けた電力を蓄える。駆動装置は二次電池を電源として駆動する。駆動装置は、例えば、心電データに基づいてペーシングを行う制御回路を有する。
　また、特許文献２には、ペースメーカ等に用いられるワイヤレス充電装置が開示されている。
特開２０１７－１６４１９２号公報 特許第５０４１６１０号公報
　特許文献１に開示された生体内植え込み型医療装置では、受電コイルを収容する筐体が金属製である。このため、ワイヤレス給電のために生成される磁束によって筐体に渦電流が発生し、渦電流損失により筐体が発熱する。その結果、生体内植え込み型医療装置を植え込まれた生体に悪影響が出るおそれがある。また、受電コイルと送電コイルとの磁気的な結合を高めることが容易ではなく、受電における電力効率を向上させることが難しい。特許文献２に開示されたワイヤレス充電装置でも、筐体が金属製であるため、同様の問題が生じる。
　一方、生体内植え込み型医療装置の筐体が非金属材料で形成されれば、ワイヤレス給電においても筐体に渦電流が発生せず、渦電流損失により筐体が発熱することを抑制できる。また、受電コイルと送電コイルとの磁気的な結合が妨げられることもない。しかし、一般に、生体適合性に優れた非金属材料として知られるサファイア、ルビー、ガラス、又はセラミックの加工は容易ではなく、これらの材料から筐体を形成することは困難である。
　本発明の目的は、ワイヤレス給電のために生成される磁束によって筐体に渦電流が発生し、渦電流損失により筐体が発熱することを低減でき、受電における電力効率が高い生体内植え込み型医療装置を提供することにある。
　本発明の生体内植え込み型医療装置は、開口部を有する本体部と前記開口部を塞ぐように設けられた突出部とを有し、密閉された内部空間を形成する筐体と、前記内部空間における前記突出部によって形成された部分に配置され、外部にある送電コイルに交流電流が流れて発生する外部磁束を鎖交させて電力を受ける受電コイルと、前記受電コイルに電気的に接続された受電回路が設けられ、前記受電コイルより前記突出部の突出端から離れて前記内部空間に配置された回路基板と、を備え、前記本体部は金属系の生体適合材で形成され、前記突出部は非金属系の生体適合材で形成され、前記突出部は、前記外部磁束が通る磁路に対して、前記本体部を避けて前記受電コイルに磁束が鎖交する磁路を形成する構造であり、前記外部磁束が前記本体部に鎖交することにより発生する渦電流による渦電流損失を低減するように設けられる。
　本発明によれば、ワイヤレス給電のために生成される磁束によって筐体に渦電流が発生し、渦電流損失により筐体が発熱することを低減でき、受電における電力効率が高い生体内植え込み型医療装置が得られる。
図１は本発明の第１の実施形態に係る生体内植え込み型医療装置１０の外観斜視図である。 図２は生体内植え込み型医療装置１０の断面図である。 図３はコイル基板１２の平面図である。 図４は本発明の第１の実施形態に係る給電システムの断面図である。 図５は本発明の第１の実施形態に係る給電システムの回路構成を示すブロック図である。 図６は本発明の第１の実施形態の変形例に係る生体内植え込み型医療装置の断面図である。 図７は本発明の第２の実施形態に係る給電システムの断面図である。 図８は本発明の第３の実施形態に係る給電システムの断面図である。 図９は、第４の実施形態に係る生体内植え込み型医療装置の、送電装置の送電部と生体内植え込み型医療装置の受電部とで構成される給電系の回路図である。 図１０は図９に示される給電系の等価回路図である。
　以降、本発明を実施するための複数の形態を示す。各実施形態は例示であり、異なる実施形態で示した構成の部分的な置換又は組み合わせが可能である。各々の実施形態では、その実施形態以前に説明した点と異なる点について説明する。特に、同様の構成による同様の作用効果については実施形態毎には逐次言及しない。
《第１の実施形態》
　図１は本発明の第１の実施形態に係る生体内植え込み型医療装置１０の外観斜視図である。図２は生体内植え込み型医療装置１０の断面図である。図３はコイル基板１２の平面図である。図３では、受電コイル２３の両端からの引き出し配線の図示を省略している。図４は本発明の第１の実施形態に係る給電システムの断面図である。図５は本発明の第１の実施形態に係る給電システムの回路構成を示すブロック図である。
　図１及び図２に示すように、生体内植え込み型医療装置１０は、筐体１１、コイル基板１２、磁性シート１３、回路基板１４、蓄電デバイス１５、フィードスルー１６、及び生体センサ１７を備える。筐体１１は本体部３１及び突出部４１を有する。コイル基板１２は受電コイル２３を有する。
　本体部３１は開口部２２を有する。突出部４１は開口部２２を塞ぐように設けられる。筐体１１は密閉された内部空間２１を形成する。受電コイル２３は、内部空間２１における突出部４１によって形成された部分に配置される。受電コイル２３は、筐体１１の外部にある送電コイル６３（図４参照）に交流電流が流れて発生する外部磁束φを鎖交させて電力を受ける。回路基板１４には、受電コイル２３に電気的に接続された受電回路２５（図５参照）が設けられる。回路基板１４は受電コイル２３より突出部４１の突出端から離れて内部空間２１に配置される。本体部３１は金属系の生体適合材で形成される。突出部４１は、磁性を有しない非金属系の生体適合材で形成される。突出部４１は、外部磁束φが通る磁路に対して、本体部３１を避けて受電コイル２３に磁束が鎖交する磁路を形成する構造であり、外部磁束φが本体部３１に鎖交することにより発生する渦電流による渦電流損失を低減するように設けられる。
　本体部３１は、天板部、底板部、及び側壁部で構成される。開口部２２は本体部３１の底板部に形成される。突出部４１は本体部３１の底板部から突出するように設けられる。突出部４１は底板部及び側壁部で構成される。突出部４１の底板部は上記の突出部４１の突出端に相当する。本体部３１と突出部４１は例えば生体適合性を有する接着剤で接合される。
　本体部３１の厚みＴは、突出部４１が突出する長さＬより長く、本体部３１の幅（本体部３１の天板部の直径）Ｗより短い。即ち、突出部４１の突出方向における本体部３１の寸法は、突出部４１が突出する長さより長く、突出部４１の突出方向に直交する任意の方向における本体部３１の寸法より短い。本体部３１の幅Ｗは例えば３０ｍｍ程度である。
　なお、本体部３１及び突出部４１は、平面視で（突出部４１の突出方向から見て）円形状であるが、平面視で方形形状又は他の形状を有してもよい。
　本体部３１を形成する金属系の生体適合材は、チタン又はチタン合金を主成分とする材料であることが好ましい。例えば、本体部３１は、純チタン、又はTi-6Al-4V等のチタン合金からなる。又は、セラミックの粉末と上記チタン合金の粉末との混合物の焼結材である。本体部３１に、このような金属系の生体適合材を用いることによって、生体への影響及び生体からの影響を抑制できる。また、本体部３１にチタン材を用いることによって、本体部３１の軽量化及び耐久性の向上を実現できる。
　金属系の生体適合材としては、上記のとおり、チタン又はチタン合金を主成分にする材料であることが好ましいが、金属系の生体適合材として、ステンレス鋼においてクロムやモリブデンを含む材料や、Co-Cr合金等も利用可能である。金属系の生体適合材としては、環境や応力等への耐久性が得られる材料であることが好ましく、例えば、ヤング率が100GPa以上の材料であることがより好ましい。
　突出部４１を形成する非金属系の生体適合材は、サファイア、ルビー、ガラス、又はセラミックであることが好ましい。突出部４１に、このような非金属系の生体適合材を用いることによって、生体への影響及び生体からの影響を抑制できる。
　環境に対する耐久性の面で、上記セラミックとしては、化学式Al2O3で表されるファインセラミックスであることが好ましい。加工の容易性に重点をおく場合には、非金属系の生体適合材にはガラスを用いることが好ましい。また、非金属系の生体適合材には、耐久性に優れた強化ガラスを用いてもよい。
　突出部４１は、例えば板状の非金属系の生体適合材を切削して掘り込むことで形成される。
　なお、図６に示すように、突出部４１に代えて、突出部４２が設けられてもよい。突出部４２は、生体適合性を有する接着剤で接合された底板部４２１及び側壁部４２２で構成される。
　コイル基板１２、磁性シート１３、及び回路基板１４は、突出部４１の底板部にこの順に積層される。
　コイル基板１２は突出部４１の底板部に当接するように配置される。換言すると、コイル基板１２は本体部３１の外部に配置される。コイル基板１２は絶縁性基体及び受電コイル２３で構成される。受電コイル２３は生体外からの磁束を鎖交させて電力を受ける。図３に示すように、受電コイル２３は、例えば絶縁性基体内の一層に渦巻き（スパイラル）状に導体パターンで形成される。受電コイル２３の巻回軸方向は突出部４１の突出方向に実質的に一致する。受電コイル２３は後述の回路基板１４の導体パターン（図示せず）に電気的に接続される。
　なお、コイル基板１２及び受電コイル２３の外形は、平面視で円形状であるが、平面視で方形形状又は他の形状を有してもよい。また、受電コイル２３は、絶縁性基体の主面上に形成されてもよいし、絶縁性基体に複数層に亘って形成されてもよい。
　磁性シート１３は受電コイル２３と回路基板１４との間に配置される。磁性シート１３は、内部空間２１における突出部４１によって形成された部分に配置される。換言すると、磁性シート１３は本体部３１の外部に配置される。磁性シート１３により、本体部３１をさらに避けて受電コイル２３に磁束が鎖交する磁路が形成される。磁性シート１３は、平面視で、本体部３１の開口部２２より小さく、受電コイル２３の外形及び回路基板１４より大きい。受電コイル２３の外形より大きい磁性シート１３を受電コイル２３と回路基板１４との間に配置することで、外部磁束φが回路基板１４及び蓄電デバイス１５に影響を及ぼすことを防止できる。
　なお、磁性シート１３は、本体部３１の内部に配置されてもよいし、平面視で開口部２２より大きくてもよい。また、磁性シート１３は、本体部３１に接触しないことが好ましいが、本体部３１に幾分接触してもよい。
　回路基板１４は、導体パターンが形成された絶縁性基体、及びこの絶縁性基体に実装された複数の電子部品２４を有する。電子部品２４は、例えば、生体センサ、ＩＣ、受動素子である。回路基板１４の導体パターン及び電子部品２４は、後述の電源系、信号処理系、及び演算系の回路を構成する。
　蓄電デバイス１５は、回路基板１４上に設けられ、回路基板１４の導体パターンに電気的に接続される。蓄電デバイス１５は例えば薄型の二次電池である。蓄電デバイス１５は、受電コイル２３が受けた電力を蓄電する。
　フィードスルー１６は本体部３１の側壁部又は天板部に設けられる。生体センサ１７はフィードスルー１６を介して筐体１１外へ引き出される。生体センサ１７は、フィードスルー１６を介して筐体１１内の回路基板１４の導体パターンに電気的に接続される。
　図４に示すように、第１の実施形態に係る給電システムは生体内植え込み型医療装置１０及び送電装置５０を備える。生体内植え込み型医療装置１０は生体内に配置され、送電装置５０は生体外に配置される。生体内植え込み型医療装置１０は、突出部４１の突出方向が生体の外側を向くように配置される。
　送電装置５０は、筐体５１、コイル基板５２、磁性シート５３、及び回路基板５４を備える。筐体５１は樹脂等の非金属材料から形成される。コイル基板５２、磁性シート５３、及び回路基板５４は筐体５１の内部空間６１に配置される。コイル基板５２は絶縁性基体及び送電コイル６３を有する。回路基板５４は、導体パターン（図示せず）が形成された絶縁性基体、及びこの絶縁性基体に実装された複数の電子部品６４を有する。送電コイル６３は、例えば絶縁性基体内の一層にスパイラル状に導体パターンで形成される。送電コイル６３は回路基板５４の導体パターンに電気的に接続される。電子部品６４は、例えば、電源用ＩＣ、受動素子である。回路基板５４の導体パターン及び電子部品６４は後述の送電装置５０の回路を構成する。磁性シート５３はコイル基板５２の主面に当接するように設けられる。
　送電装置５０は、送電コイル６３が受電コイル２３に対して所定の位置関係となるように、生体内植え込み型医療装置１０に近接して配置される。その際、送電装置５０は、送電コイル６３が磁性シート１３と磁性シート５３との間に挟まれるように配置される。このような配置状態で、送電コイル６３と受電コイル２３とは磁気的に結合し、送電装置５０から生体内植え込み型医療装置１０に電力が供給される。この電力は、蓄電デバイス１５に蓄電され、電子部品２４等に供給される。
　送電コイル６３及び受電コイル２３は、給電において、磁性シート１３と磁性シート５３との間に挟まれるように配置される。これにより、送電コイル６３と受電コイル２３との間の磁気的な結合が強まるので、受電における電力効率が向上する。
　図５に示すように、送電装置５０には、送電コイル６３、それに電気的に接続された送電回路、通信回路、及びマイクロプロセッサ等が設けられる。生体内植え込み型医療装置１０には、受電コイル２３、受電回路２５、及び蓄電デバイス１５が設けられる。受電回路２５は、整合回路、ＥＭＩフィルタ、整流回路、及び充電回路を有する。これらの回路によって電源系の回路が構成される。また、生体内植え込み型医療装置１０には、通信回路、マイクロプロセッサ、及びＩ／Ｏ回路が設けられる。これらの回路によって信号処理系及び演算系の回路が構成される。上記通信回路はキャパシタＣを介して受電コイル２３に電気的に接続される。
　上記整合回路はインピーダンス整合をとる。ＥＭＩフィルタは電磁ノイズ成分を除去する。整流回路は、受電コイル２３が受けた交流電力を直流電力に変換する。充電回路は整流回路から出力される直流電力で蓄電デバイス１５を充電制御する。
　上記Ｉ／Ｏ回路は、それに電気的に接続される各種センサに対する信号の入出力を行う。マイクロプロセッサは所定の信号処理及び演算処理を行う。通信回路は、送電装置５０、又は計測装置、診療装置等の他の外部装置に対してデータを出力する。このデータ出力は、受電コイル２３に流れる電流に所定フォーマットの信号を重畳させることによって行われる。マイクロプロセッサや通信回路は蓄電デバイス１５を電源として動作する。
　このような回路構成により、生体内植え込み型医療装置１０はワイヤレスで受電や通信を行うことができる。
　なお、マイクロプロセッサと、Ｉ／Ｏ回路に電気的に接続された所定の回路とによって、例えば、心電データに基づいてペーシングを行う制御回路や、生体信号をセンシングして得られた信号を処理する信号処理回路、筋肉に電気信号を与える生体信号発生回路が構成されてもよい。
　第１の実施形態によれば、受電コイル２３は、内部空間２１における突出部４１によって形成された部分に配置される。このため、ワイヤレス給電において、近接して配置された送電コイル６３及び受電コイル２３は、本体部３１から離れて配置される。その結果、外部磁束φが通る磁路に対して、本体部３１を避けて受電コイル２３に磁束が鎖交する磁路が形成される。本体部３１は金属系の生体適合材で形成され、突出部４１は非金属系の生体適合材で形成される。従って、外部磁束φが筐体１１に鎖交することによって筐体１１に渦電流が発生し、渦電流損失により筐体１１が発熱することを低減できる。
　また、送電コイル６３と受電コイル２３とは、金属系の生体適合材ではなく、非金属系の生体適合材を介して対向する。このため、送電コイル６３と受電コイル２３との間の磁気的な結合が妨げられることはなく、受電における高い電力効率が得られる。
　また、第１の実施形態によれば、加工が容易な金属系の生体適合材が筐体１１の主な部分に用いられ、非金属系の生体適合材が筐体１１の一部だけに用いられる。このため、筐体１１の作製はそれほど困難ではない。
　また、磁性シート１３は、受電コイル２３と本体部３１との間に配置され、本体部３１に接触しない。このため、外部磁束φが本体部３１により到達しにくくなり、外部磁束φが本体部３１に鎖交することがより低減される。
　また、コイル基板１２は本体部３１に接触しないように配置される。このため、ワイヤレス給電の場合に受電コイル２３で発生した熱が本体部３１に伝わり難く、本体部３１の温度上昇が抑制される。
《第２の実施形態》
　図７は本発明の第２の実施形態に係る給電システムの断面図である。この給電システムは生体内植え込み型医療装置７０及び送電装置８０を備える。生体内植え込み型医療装置７０は、筐体７１、コイル基板１２、回路基板１４、及び蓄電デバイス１５を備える。筐体７１は本体部３２及び突出部４１を有する。
　本体部３２は薄型の箱状に形成される。本体部３２は、天板部、底板部、及び側壁部で構成される。本体部３２の底板部はその端部の傍に開口部２２を有する。突出部４１は開口部２２を塞ぐように設けられる。コイル基板１２、回路基板１４、及び蓄電デバイス１５は筐体７１の内部空間２１に設けられる。コイル基板１２は突出部４１の底板部上に配置される。回路基板１４及び蓄電デバイス１５は本体部３２の内部に配置される。コイル基板１２、回路基板１４、及び蓄電デバイス１５は、本体部３２の幅方向に並ぶように配置される。生体内植え込み型医療装置７０及び送電装置８０には磁性シートが設けられていない。
　第２の実施形態によれば、回路基板１４及び蓄電デバイス１５は本体部３２の幅方向に受電コイル２３から離れて配置される。このため、外部磁束φは回路基板１４及び蓄電デバイス１５にあまり到達しない。その結果、磁性シートが設けられていなくても、外部磁束φは回路基板１４及び蓄電デバイス１５に影響を及ぼさない。
《第３の実施形態》
　図８は本発明の第３の実施形態に係る給電システムの断面図である。この給電システムは生体内植え込み型医療装置９０及び送電装置５０を備える。
　生体内植え込み型医療装置９０は第２の実施形態に係る生体内植え込み型医療装置７０と次の点で異なる。回路基板１４の一部は平面視で受電コイル２３に重なる。生体内植え込み型医療装置９０はコイル基板１２の主面に当接した磁性シート１３を備える。磁性シート１３は受電コイル２３と回路基板１４の間に配置される。
　第３の実施形態によれば、磁性シート１３が回路基板１４への外部磁束φの到達を抑制する。このため、回路基板１４は、平面視で受電コイル２３に重なるように配置されても、外部磁束φの影響を受けない。
《第４の実施形態》
　第４の実施形態では、生体内植え込み型医療装置の受電コイルと、その筐体の外部にある送電コイルとの間に電磁界共鳴フィールドを形成して、送電コイルから電力を受電する生体内植え込み型医療装置について示す。
　図９は、第４の実施形態に係る生体内植え込み型医療装置の、送電装置の送電部と生体内植え込み型医療装置の受電部とで構成される給電系の回路図である。図１０は図９に示される給電系の等価回路図である。
　送電部の入力部には入力電源Viを備える。送電部は、送電コイルnpと、この送電コイルnpに電気的に接続された交流電流発生回路とを備える。受電部は、受電コイルnsと、この受電コイルnsに電気的に接続された受電回路とを備える。
　送電コイルnp及び受電コイルnsはそれぞれヘリカル状のコイルであり、それぞれ中央部を入出力部としている。そのため、送電コイルnpは等価的インダクタンスLp，Lmp，Lrp及び等価的キャパシタンスCrpを有し、これらによって送電共振回路を構成している。同様に、受電コイルnsは等価的インダクタンスLs，Lms，Lrs及び等価的キャパシタンスCrsを有し、これらによって受電共振回路を構成している。そして、この二つのヘリカル状コイルは巻回軸がほぼ揃っている（ほぼ同軸）であることにより、送電コイルnpと受電コイルnsとの間に、電界エネルギー及び磁界エネルギーが相互に作用して電磁界共鳴フィールドが形成される。
　上記交流電流発生回路は、等価的にスイッチング素子Q1、ダイオードDds1及びキャパシタCds1の並列接続回路で構成される第１スイッチ回路と、等価的にスイッチング素子Q2、ダイオードDds2及びキャパシタCds2の並列接続回路で構成される第２スイッチ回路とを備える。
　スイッチング素子Q1，Q2は図外のスイッチング制御回路によってスイッチング制御される。スイッチング素子Q1及びスイッチング素子Q2は交互にオン／オフされることにより、送電コイルnpに交流電圧交流電流を供給する。
　上記スイッチング制御回路はスイッチング素子Q1及びスイッチング素子Q2を所定の動作周波数でスイッチングすることで、直流電圧を上記送電共振回路に断続的に与えて共振電流を発生させる。これにより、第１スイッチ回路及び第２スイッチ回路の両端電圧を半周期毎の半波の正弦波状の波形とする。例えば、国際的なISM（Industrial, Scientific and Medical）バンドである6.78MHzや13.56MHzでスイッチング動作させる。
　上記受電回路は、等価的にスイッチング素子Q3、ダイオードDds3及びキャパシタCds3の並列接続回路で構成される第３スイッチ回路、等価的にスイッチング素子Q4、ダイオードDds4及びキャパシタCds4の並列接続回路で構成される第４スイッチ回路、及び平滑用キャパシタCoを備える。第３スイッチ回路及び第４スイッチ回路は、受電コイルnsに生じる共振電流を整流する受電整流回路を構成する。
　スイッチング素子Q3，Q4は図外のスイッチング制御回路によって制御され、受電コイルnsに流れる共振電流の方向の変化に同期して整流が行われ、負荷Roに直流電流が供給される。
　第４の実施形態では、受電共振回路を備えて受電コイルnsに共振電流を流すことにより、本体部３１（図４参照）を避けて受電コイルnsに磁束が鎖交する磁路において磁束密度を大きくして、大きな受電電力を得て、かつ、外部磁束φが本体部３１に鎖交することにより発生する渦電流による渦電流損失を低減する。
　最後に、上記の実施形態の説明は、すべての点で例示であって、制限的なものではない。当業者にとって変形及び変更が適宜可能である。本発明の範囲は、上記の実施形態ではなく、特許請求の範囲によって示される。さらに、本発明の範囲には、特許請求の範囲内と均等の範囲内での実施形態からの変更が含まれる。
Ｃ，Cds1，Cds2，Cds3，Cds4…キャパシタ
Co…平滑用キャパシタ
Crp，Crs…等価的キャパシタンス
Dds1，Dds2，Dds3，Dds4…ダイオード
Lp，Lmp，Lrp，Ls，Lms，Lrs…等価的インダクタンス
np…送電コイル
ns…受電コイル
Q1，Q2，Q3，Q4…スイッチング素子
Ro…負荷
Vi…入力電源
１０，７０，９０…生体内植え込み型医療装置
１１，７１…筐体
１２…コイル基板
１３…磁性シート
１４…回路基板
１５…蓄電デバイス
１６…フィードスルー
１７…生体センサ
２１…内部空間
２２…開口部
２３…受電コイル
２４…電子部品
２５…受電回路
３１，３２…本体部
４１，４２…突出部
５０，８０…送電装置
５１…筐体
５２…コイル基板
５３…磁性シート
５４…回路基板
６１…内部空間
６３…送電コイル
６４…電子部品
４２１…底板部
４２２…側壁部

Claims (7)

  1. 　開口部を有する本体部と前記開口部を塞ぐように設けられた突出部とを有し、密閉された内部空間を形成する筐体と、
    　前記内部空間における前記突出部によって形成された部分に配置され、外部にある送電コイルに交流電流が流れて発生する外部磁束を鎖交させて電力を受ける受電コイルと、
    　前記受電コイルに電気的に接続された受電回路が設けられ、前記受電コイルより前記突出部の突出端から離れて前記内部空間に配置された回路基板と、を備え、
    　前記本体部は金属系の生体適合材で形成され、前記突出部は非金属系の生体適合材で形成され、
    　前記突出部は、前記外部磁束が通る磁路に対して、前記本体部を避けて前記受電コイルに磁束が鎖交する磁路を形成する構造であり、前記外部磁束が前記本体部に鎖交することにより発生する渦電流による渦電流損失を低減するように設けられる、生体内植え込み型医療装置。
  2. 　受電共振回路を備えて前記受電コイルに共振電流を流すことにより、前記本体部を避けて前記受電コイルに磁束が鎖交する前記磁路において磁束密度を大きくして、大きな受電電力を得て、かつ、前記外部磁束が前記本体部に鎖交することにより発生する渦電流による渦電流損失を低減する、請求項１に記載の生体内植え込み型医療装置。
  3. 　前記受電コイルと前記回路基板との間に配置された磁性シートを備え、前記本体部を避けて前記受電コイルに磁束が鎖交する磁路を形成する、請求項１又は２に記載の生体内植え込み型医療装置。
  4. 　前記磁性シートは、前記内部空間における前記突出部によって形成された部分に配置され、前記本体部を避けて前記受電コイルに磁束が鎖交する磁路を形成する、請求項３に記載の生体内植え込み型医療装置。
  5. 　前記非金属系の生体適合材は、サファイア、ルビー、ガラス、又はセラミックである、請求項１から４の何れかに記載の生体内植え込み型医療装置。
  6. 　前記金属系の生体適合材は、チタン又はチタン合金を主成分とする材料である、請求項１から５の何れかに記載の生体内植え込み型医療装置。
  7. 　前記突出部の突出方向における前記本体部の寸法は、前記突出部が突出する長さより長く、前記突出部の突出方向に直交する任意の方向における前記本体部の寸法より短い、請求項１から６の何れかに記載の生体内植え込み型医療装置。
PCT/JP2020/031478 2020-01-23 2020-08-20 生体内植え込み型医療装置 WO2021149292A1 (ja)

Priority Applications (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2021572960A JPWO2021149292A1 (ja) 2020-01-23 2020-08-20
US17/814,286 US20220362561A1 (en) 2020-01-23 2022-07-22 Vivo-implantable medical device

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2020-009290 2020-01-23
JP2020009290 2020-01-23

Related Child Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
US17/814,286 Continuation US20220362561A1 (en) 2020-01-23 2022-07-22 Vivo-implantable medical device

Publications (1)

Publication Number Publication Date
WO2021149292A1 true WO2021149292A1 (ja) 2021-07-29

Family

ID=76992927

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
PCT/JP2020/031478 WO2021149292A1 (ja) 2020-01-23 2020-08-20 生体内植え込み型医療装置

Country Status (3)

Country Link
US (1) US20220362561A1 (ja)
JP (1) JPWO2021149292A1 (ja)
WO (1) WO2021149292A1 (ja)

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2023102368A1 (en) * 2021-12-01 2023-06-08 Tc1 Llc Systems and methods for conductivity coatings on wireless power resonators
WO2024090147A1 (ja) * 2022-10-26 2024-05-02 株式会社村田製作所 ワイヤレス受電装置及び電子機器

Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US20090171420A1 (en) * 2007-12-28 2009-07-02 David Brown Housing for an Implantable Medical Device
JP5041610B2 (ja) * 2010-11-01 2012-10-03 則雄 宮内 無線充電装置とその無線充電方法
JP2018501021A (ja) * 2015-01-09 2018-01-18 アクソニクス モジュレーション テクノロジーズ インコーポレイテッド 神経刺激充電デバイスとの使用のための取り付けデバイスおよび関連方法

Patent Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US20090171420A1 (en) * 2007-12-28 2009-07-02 David Brown Housing for an Implantable Medical Device
JP5041610B2 (ja) * 2010-11-01 2012-10-03 則雄 宮内 無線充電装置とその無線充電方法
JP2018501021A (ja) * 2015-01-09 2018-01-18 アクソニクス モジュレーション テクノロジーズ インコーポレイテッド 神経刺激充電デバイスとの使用のための取り付けデバイスおよび関連方法

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2023102368A1 (en) * 2021-12-01 2023-06-08 Tc1 Llc Systems and methods for conductivity coatings on wireless power resonators
WO2024090147A1 (ja) * 2022-10-26 2024-05-02 株式会社村田製作所 ワイヤレス受電装置及び電子機器

Also Published As

Publication number Publication date
JPWO2021149292A1 (ja) 2021-07-29
US20220362561A1 (en) 2022-11-17

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US10668197B2 (en) Resonant power transmission coils and systems
US20220362561A1 (en) Vivo-implantable medical device
US10476317B2 (en) Integrated implantable TETs housing including fins and coil loops
JP7248031B2 (ja) 生体内埋め込み型医療装置
Harrison Designing efficient inductive power links for implantable devices
EP2067148B1 (en) An apparatus, a system and a method for enabling electromagnetic energy transfer
JP6521992B2 (ja) 通信を有する共振電力伝送システム
US20170063164A1 (en) Mobile wireless power system
JP6843240B2 (ja) 透磁性ハウジング及びハウジングの周りに配置された誘導コイルを備える植込み型医療装置
US9842686B2 (en) Split winding repeater
JP6696573B2 (ja) 無線モジュール、ｒｆｉｄシステムおよびワイヤレス給電装置
CN107072539B (zh) 具有接收天线的器件和相关的功率传输系统
US10918875B2 (en) Implantable medical device with a flux concentrator and a receiving coil disposed about the flux concentrator
Na et al. An improved wireless power transfer system with adaptive technique for implantable biomedical devices
WO2023189492A1 (ja) 生体内埋め込み型医療機器
EP4162511A1 (en) Systems and methods for wireless power resonators with core cavity
Chlebowski et al. Integrated LTCC packaging for use in biomedical devices
US20230084621A1 (en) Wireless power transfer for ventricular assist device using magnetically coupled resonators
WO2024097127A1 (en) Systems and methods for implantable device enclosures

Legal Events

Date Code Title Description
121 Ep: the epo has been informed by wipo that ep was designated in this application

Ref document number: 20915713

Country of ref document: EP

Kind code of ref document: A1

ENP Entry into the national phase

Ref document number: 2021572960

Country of ref document: JP

Kind code of ref document: A

NENP Non-entry into the national phase

Ref country code: DE

122 Ep: pct application non-entry in european phase

Ref document number: 20915713

Country of ref document: EP

Kind code of ref document: A1