JP3110937B2 - 生体植え込み型心臓ペースメーカ - Google Patents

生体植え込み型心臓ペースメーカ

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JP3110937B2 JP06060376A JP6037694A JP3110937B2 JP 3110937 B2 JP3110937 B2 JP 3110937B2 JP 06060376 A JP06060376 A JP 06060376A JP 6037694 A JP6037694 A JP 6037694A JP 3110937 B2 JP3110937 B2 JP 3110937B2
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研二 小島
勝啓 白川
伸司 石田
克也 平地
宏二 桑名
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Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は、経皮的に充電される電
池を内蔵する生体植え込み型心臓ペースメーカに関す
る。
【0002】
【従来の技術】生体植え込み型心臓ペースメーカは、電
源として電池を内蔵する必要があるが、一般的な一次電
池では充電ができないので、電池が寿命に達すると電池
交換のために機器の再植え込みなどが必要となり、患者
にとって精神的、肉体的負担が大きい。
【0003】そこで、充電可能な二次電池を心臓ペース
メーカに内蔵させ、体外で交流電磁界を発生させて経皮
的に体内に送電することによって、二次電池を充電する
ようにしたものがある。
【0004】そのような心臓ペースメーカでは、心筋に
与えるペーシングパルス制御を行うための電子回路制御
モジュールと二次電池を金属ケース内に内蔵させ、体外
から送られてくる交流電磁界を受電するために平板又は
棒状コアに巻いたコイルを、ケース外に配置していた。
【0005】
【発明が解決しようとする課題】上述のように、電子回
路制御モジュールを金属ケース内に内蔵させ、交流電磁
界受電用コイルをケース外に配置することによって、充
電の際に電子回路制御モジュールへのノイズの侵入が少
なくなると共に、受電用コイルの受電効率、即ち送電用
コイルとの結合率及び電力伝達効率を高くすることがで
きる。
【0006】しかし、交流電磁界を受信することによっ
て受電用コイルが発熱をすることは避けられない。その
温度上昇は、実験によると5〜6℃に達するので、そこ
に接している生体組織が低温火傷をおこす恐れがある。
【0007】そこで本発明は、電子回路制御モジュール
へのノイズ侵入が少なく且つ受電用コイルの受電効率が
良いだけでなく、充電時の温度上昇が小さくて低温火傷
発生の恐れのない安全な生体植え込み型心臓ペースメー
カを提供することを目的とする。
【0008】
【課題を解決するための手段】上記の目的を達成するた
め、本発明の生体植え込み型心臓ペースメーカは、心筋
に与えるペーシングパルス制御を行うための電子回路制
御モジュールと、上記電子回路制御モジュールの電源と
なる充電可能な電池と、上記電池を充電するためのエネ
ルギとしての交流電磁界を外部から受電するための受電
用コイルと、上記受電用コイルから出力される交流電圧
を整流して上記電池に送る整流回路モジュールとを一体
的に設けた生体植え込み型心臓ペースメーカにおいて、
上記電子回路制御モジュールと電池を金属ケース内に収
容して、上記受電用コイルと整流回路モジュールとを上
記金属ケース外に配置し、高磁性材を上記受電用コイル
とケースの双方に密着するように受電用コイルとケース
との間に挟設して、少なくとも上記受電用コイルと高磁
性材と整流回路モジュールとを外面に露出しないように
生体親和性のある材料で被覆したことを特徴とする。
【0009】なお、上記受電用コイルと高磁性材とを共
に円盤状に形成して、高磁性材の一方の面を受電用コイ
ル面に密着させ、他方の面を金属ケース表面に密着させ
るとよく、上記高磁性材としてアモルファス合金を用い
るとよい。
【0010】
【作用】受電用コイルが、外部から送られてくる交流電
磁界を金属ケース外において受信し、それによって発生
した交流電圧が、金属ケース外において整流回路モジュ
ールにより直流に整流される。金属ケース内に送られる
のはその整流された電圧であり、それによって金属ケー
ス内の電池が充電される。
【0011】交流電磁界を受信することにより受電用コ
イルで発生する熱は、それに密着して配置された高磁性
材から、さらにそれに密着して配置された金属ケースへ
伝導されて分散され、生体組織側へ逃がされる。したが
って、発熱部の温度上昇は非常に小さい。
【0012】
【実施例】図面を参照して実施例を説明する。図1は、
本発明の実施例の生体植え込み型心臓ペースメーカを示
しており、生体信号を基にして心筋に与えるペーシング
パルス制御を行うための電子回路制御モジュール50
と、その電源となる充電可能な二次電池53とが、金属
製のケース51内に、密封された状態に収容されてい
る。56は、二次電池53から電子回路制御モジュール
50に給電をするための給電線である。
【0013】ケース51の素材としては、生体内で腐蝕
しない金属又は金属合金を用いるべきであり、例えばチ
タン等を用いるのが適している。ケース51の一つの壁
面は、中央部分が皿状に窪んで形成されており、そこに
薄いドーナツ型円盤状の熱伝導性の良い高磁性材からな
る高磁性材板55が密着して配置されている。
【0014】この高磁性材板55として、例えばアモル
ファス合金製のシートを用いれば薄くても強力な磁性を
得ることができる。ここでは、例えば厚さ20μmのア
モルファス合金シートが2枚重ねて用いられている。た
だし本発明では、一枚又は複数枚の、パーマロイ金属、
ニッケル或いはコバルト又はそれらの合金など各種材質
の熱伝導性の良い高磁性材を用いることができる。
【0015】高磁性材板55の表面側には、図2に示さ
れるように、高磁性材板55と同形状のドーナツ状円盤
形に形成された受電用コイル52が、図1に示されるよ
うに、高磁性材板55と面どうしで密着するように配置
されている。受電用コイル52は、例えば線径0.1mm
の導線を渦巻き状に例えば100〜200回、単層又は
複数層に巻回して全体として円盤状に形成されている。
【0016】したがって、受電用コイル52とケース5
1との間に高磁性材板55が挟まれて、それらがすべて
密着した配置になっており、それらが、熱伝導性の良い
例えば伝熱セメントのような接着剤によって接合されて
いて、受電用コイル52に発生する熱が、高磁性材板5
5を通ってケース51に伝導される。
【0017】ドーナツ状の高磁性材板55と受電用コイ
ル52の中央部分には、交流電圧を直流に整流するため
の整流回路モジュール60が配置されており、その入力
端は受電用コイル52に接続され、出力端は、ケース5
1の壁を貫通するガラス封止リード66を経て、ケース
51内の二次電池53に接続されている。
【0018】したがって、外部(体外)から送られてく
る交流電磁界を受電用コイル52が受信すると、それに
並置された高磁性材板55によって受電効率が大幅に高
められた状態で受電用コイル52に交流電圧が生じ、そ
の出力が整流回路モジュール60で整流されて、直流成
分がケース51内に送られて二次電池53を充電する。
【0019】ケース51の周囲と受電用コイル52、高
磁性材板55及び整流回路モジュール60は、例えばエ
ポキシ樹脂、シリコン樹脂、ポリウレタン樹脂、ポリエ
チレン樹脂、ポリエステル樹脂、ポルアセタール樹脂又
はそれらの複合材料などのような、生体親和性の高い高
分子樹脂材59によって、表面に露出しないように被覆
されている。したがって、この装置が植え込まれた周辺
の生体組織が炎症等をおこさない。
【0020】なお、ケース51の周囲は必ずしも完璧に
被覆しなくてもよいが、少なくとも受電用コイル52と
高磁性材板55及び整流回路モジュール60は、生体側
と全く接触しないように完璧に被覆することが望まし
い。
【0021】被覆材59の一部分は、図3にも示される
ように、部分的に突出して形成されていて、心房用と心
室用のリードを接続するためのコネクタ70がそこに形
成されている。
【0022】図1に示される71は、コネクタ70内に
導電片を固定するための止めねじ、72は、コネクタ7
0と電子回路制御モジュール50との間を接続するガラ
ス封止リードである。
【0023】図4は、二次電池53を体外側から充電す
るための充電回路の構成を示している。1は、体外に配
置された充電器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1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
ている。
【0024】変圧回路10において、昇圧又は降圧を行
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。
【0025】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ている。
【0026】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、図示のA, B間に交流電圧を発生す
る。
【0027】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。
【0028】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機器に送電を
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。
【0029】100は、生体の皮膚表面から生体内に植
え込まれた機器までの間に介在する筋又は脂肪などの生
体組織である(ここでは以下「生体の皮膚100」と表
現する)。51は、生体に植え込まれる心臓ペースメー
カの金属ケースである。
【0030】52は、金属ケース51外に配置された円
盤状の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100を介して体外の送電用コイル31
から受電する。55は、受電用コイル52に並置された
高磁性材板である。
【0031】60は受電用整流回路モジュールであり、
ブリッジ状に組み合わされた4つのダイオード61〜6
4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。
【0032】53は、植え込み機器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。
充電のやり方は、定電圧充電と定電流充電のいずれを採
用してもよい。56は、電子回路制御モジュール50へ
の給電線である。
【0033】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。57は、充電電流のモニタ情報をテ
レメトリにより体外側の充電器に送信するために、キャ
リア信号を変調して送信するテレメトリ送信回路であ
り、58は送信アンテナコイルである。
【0034】テレメトリ送信回路57からの送信信号
は、送信アンテナコイル58から金属ケース51と生体
の皮膚100とを介して体外に伝達され、体外側のテレ
メトリ信号受信アンテナコイル32で受信される。33
は、受信したテレメトリ信号を復調するためのテレメト
リ受信回路である。
【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、例えば充電が完
了して充電を停止すべき旨のテレメトリ信号を受信した
とき、インバータ回路20のスイッチングトランジスタ
21〜24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、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1
2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。36は、二次電池53の充電状態の情報を
体外側充電器10,20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。
【0037】このように構成された実施例の生体植え込
み型心臓ペースメーカによれば、体内の受電用コイル5
2が金属ケース51の外に設けられていて、しかもそれ
に高磁性材板55が並設されているので、体外から送ら
れてくる交流電磁界の受電効率が良く、送電用コイル3
1との結合率(電圧比)が0.8〜0.9、電力伝達効
率が0.4〜0.45という高い値を得ることができ
る。したがって、送電側の消費電力は例えば0.7W程
度と、非常に低い値にすることができる。
【0038】また、受電用コイル52が金属ケース51
内にあるのに対して、電子回路制御モジュール50が金
属ケース51内に収容されているので、充電用の交流電
磁界による電子回路制御モジュール50へのノイズの侵
入が少ない。特に、金属ケース51内には整流後の直流
成分しか入らないので、ケース51内は非常にノイズの
生じ難い環境になっている。
【0039】そして、熱伝導性の良い円盤状の高磁性材
板55を、その両面が受電用コイル52と金属ケース5
1とに密着するように両者の間に挟設したので、受電用
コイル52で生じる熱が高磁性材板55を通って金属ケ
ースへ拡散されて生体に伝えられる。その結果、発熱部
の温度上昇は例えば2〜3℃にとどまり、低温火傷等の
発生する恐れがない。
【0040】
【発明の効果】本発明によれば、電子回路制御モジュー
ルへのノイズ侵入が少なく且つ受電用コイルの受電効率
が良いだけでなく、受電用コイルにおける発熱が高磁性
材板を通って金属ケースへ拡散されるので、発熱部の温
度上昇が小さくて、低温火傷が発生する恐れがなく、安
全性が非常に高い。
【0041】そして、受電用コイルと高磁性材とを共に
円盤状に形成してその盤面どうしを密着させることによ
り、広い熱伝導面積により速やかな熱伝導を行うことが
でき、高磁性材としてアモルファス合金を用いれば、高
い磁性と良好な熱伝導性を得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】実施例の生体植え込み型心臓ペースメーカの側
面断面図である。
【図2】実施例の生体植え込み型心臓ペースメーカの受
電部の部分分解斜視図である。
【図3】実施例の生体植え込み型心臓ペースメーカの斜
視図である。
【図4】実施例の充電回路図である。
【符号の説明】
50 電子回路制御モジュール 51 金属ケース 52 受電用コイル 53 二次電池 55 高磁性材板 59 高分子樹脂材 60 整流回路モジュール
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 白川 勝啓 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 石田 伸司 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 平地 克也 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 (56)参考文献 特開 平5−317433(JP,A) 特開 昭49−64283(JP,A) 実開 平1−93930(JP,U) 実開 昭49−112090(JP,U) 特公 昭51−11772(JP,B1) (58)調査した分野(Int.Cl.7,DB名) A61N 1/378

Claims (3)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】心筋に与えるペーシングパルス制御を行う
    ための電子回路制御モジュールと、上記電子回路制御モ
    ジュールの電源となる充電可能な電池と、上記電池を充
    電するためのエネルギとしての交流電磁界を外部から受
    電するための受電用コイルと、上記受電用コイルから出
    力される交流電圧を整流して上記電池に送る整流回路モ
    ジュールとを一体的に設けた生体植え込み型心臓ペース
    メーカにおいて、 上記電子回路制御モジュールと電池を金属ケース内に収
    容して、上記受電用コイルと整流回路モジュールとを上
    記金属ケース外に配置し、高磁性材を上記受電用コイル
    とケースの双方に密着するように受電用コイルとケース
    との間に挟設して、少なくとも上記受電用コイルと高磁
    性材と整流回路モジュールとを外面に露出しないように
    生体親和性のある材料で被覆したことを特徴とする生体
    植え込み型心臓ペースメーカ。
  2. 【請求項2】上記受電用コイルと高磁性材とが、共に円
    盤状に形成されていて、高磁性材の一方の面が受電用コ
    イル面に密着し、他方の面が上記金属ケース表面に密着
    している請求項1記載の生体植え込み型心臓ペースメー
    カ。
  3. 【請求項3】上記高磁性材としてアモルファス合金が用
    いられている請求項1又は2記載の生体植え込み型心臓
    ペースメーカ。
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