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JP3595646B2 - Biological implantation device - Google Patents

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JP3595646B2
JP3595646B2 JP6563597A JP6563597A JP3595646B2 JP 3595646 B2 JP3595646 B2 JP 3595646B2 JP 6563597 A JP6563597 A JP 6563597A JP 6563597 A JP6563597 A JP 6563597A JP 3595646 B2 JP3595646 B2 JP 3595646B2
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隆史 川上
研二 小島
國正 片山
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Description

【0001】
【発明の属する技術分野】
本発明は、生体植え込み機器用の体内電池を体外から充電するための体外充電器を有する心臓ペースメーカ装置等の生体植え込み装置に関する。
【0002】
【従来の技術】
心臓ペースメーカ等生体植え込み機器の制御回路などへ給電をするためのデバイスとして、体積当たりのエネルギ量の大きな一次電池が用いられている。しかし、一次電池は充電できないので、電池が寿命に達すると新しい電池が充填された機器の再植え込みなどが必要なり、患者にとって精神的、肉体的負担が大きい。このため、充電が可能な二次電池の導入が望まれている。
【0003】
ただし、二次電池を有する生体植え込み機器に対して体外から経皮充電を行うためには、二次電池の充電状況に基づいて、充電動作を継続するか否か等を判断するための情報を体外へ送信する必要がある。また、使用する二次電池の特性に適合した充電方法が必要であると共に、充電の際の異常発熱の対策等も必要である。
【0004】
従来、このような充電制御を実施するには、インバータ回路により体外側から交流電磁界を連続して発生させて体内側に送電し、体内側からは、二次電池に対する充電監視情報や充電に伴う異常監視検出情報などをテレメトリにより体外側装置に常時送信し、体外側装置で異常による送電の停止などを含めた充電動作を実行していた。
【0005】
そのような従来の心臓ペースメーカにおいては、充電のための体外側からの交流電磁界の送電と体内側からのテレメトリ監視情報とが同時実施されると共に、充電に伴う心臓ペースメーカの異常措置等を体外の充電器による送電量を制御することにより実施される。
【0006】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、送電動作の実施中は、充電のための電磁界強度が非常に大きいので、二次電池の監視情報などをテレメトリにより体外側に情報転送する際のテレメトリ電磁界が、送電電磁界による強い干渉を受ける。
【0007】
その結果、テレメトリによる経皮間転送情報に誤りが生じたり、二次電池に対する正しい充電制御ができなかったり、二次電池の過充電による電池自体や他の電子回路部品の破壊に至らしめるなどの危険性があった。
【0008】
又、生体内に植え込まれた心臓ペースメーカにより充電監視や該充電監視に基づく充電制御を生体内で行うと、生体内に植え込まれる機器としての条件の1つである機器の小型化や消費電力削減への限界となった。
そこで本発明は、体内に埋め込まれた心臓ペースメーカなどの生体植え込み機器から、充電監視や充電制御の機能をなるべく対外充電器に移行して、生体内での充電監視情報を外部の対外充電器に取り出し、体外充電器で判断をして体外側から生体内の充電動作を制御することにより、植え込み機器の制御に要する実行処理量を低減できる生体植え込み機器と対外充電器とからなる生体植え込み装置を提供することを目的とする。
【0009】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するために、本発明の生体植え込み装置は、体外で発生する交流電磁界を経皮受信して充電を行ない、生体内に植え込まれる機器に対して電気エネルギを供給する二次電池を含む生体植え込み機器と、前記交流電磁界を経皮送信して前記生体植え込み機器の二次電池を体外から充電する体外充電器とを有する心臓ペースメーカ装置において、前記生体植え込み機器が、前記二次電池への充電を受け付ける充電モードと、充電を受け付けない非充電モードとを有し、前記体外充電器からの充電開始コマンドを受信して、非充電モードから充電モードに遷移し、前記体外充電器からの充電停止コマンドを受信して、充電モードから非充電モードに遷移し、前記充電停止コマンドは、前記生体植え込み機器から受信する充電監視情報に基づいて前記体外充電器が充電を停止すると判断して発行される充電停止コマンドを含むことを特徴とする。
【0010】
なお、前記体外充電器による前記充電停止コマンドの発行は、充電異常と判断した充電強制終了と充電正常と判断した充電正常終了とを含むようにしてもよい。
【0011】
また、前記充電異常は、前記充電開始コマンドの発行時に計時を始めた充電期間監視タイマのタイムアウトが発生した場合、前記生体植え込み機器から充電停止要求のインバリッド情報を受信した場合、前記生体植え込み機器から受信する二次電池の充電情報の値が指定外となる回数が所定回連続した場合、を含むようにしてもよい。
【0012】
そして、前記生体植え込み機器は、前記充電開始コマンドの受信時に計時を始めた充電期間監視タイマのタイムアウトが発生した場合に、前記体外充電器からの前記充電停止コマンドを待たずに前記充電モードから非充電モードに変化するようにしてもよい。
【0013】
また、前記生体植え込み機器は、前記二次電池及び/又は前記二次電池を充電するための前記生体植え込み機器内の充電回路の温度を検出する温度検出手段を有し、前記温度検出手段が温度異常を検出した場合に、前記体外充電器からの前記充電停止コマンドを待たずに前記充電入力を切断するようにしてもよい。
【0014】
また、本発明の生体植え込み機器は、体外充電器から発生する交流電磁界を経皮受信して充電を行ない、生体内に植え込まれる機器に対して電気エネルギを供給する二次電池を含む生体植え込み機器において、前記二次電池への充電を受け付ける充電モードと、充電を受け付けない非充電モードとを有し、前記体外充電器からの充電開始コマンドを受信して、非充電モードから充電モードに遷移し、前記体外充電器からの充電停止コマンドを受信して、充電モードから非充電モードに遷移し、前記充電停止コマンドが、前記体外充電器に送信した充電監視情報に基づいて前記体外充電器が充電を停止すると判断して発行される充電停止コマンドを含むことを特徴とする
【0015】
また、本発明の体外充電器は、交流電磁界を経皮送信して生体植え込み機器の二次電池を体外から充電する体外充電器において、充電開始時に充電開始コマンドを前記生体植え込み機器に経皮発行し、前記生体植え込み機器から経皮受信する充電監視情報を監視して、充電を停止すると判断した場合に、充電停止コマンドを前記生体植え込み機器に経皮発行することを特徴とする
【0016】
【発明の実施の形態】
図面を参照して本発明の実施の形態を説明する。
図1は、生体植え込み機器50と体外充電器1からなる心臓ペースメーカ装置の全体構成図である。
【0017】
2は、生体植え込み機器50としての心臓ペースメーカに経皮充電するために、体外に配置された充電用の電源としての一次電池である。10は、経皮充電用の交流電磁界の強度を心臓ペースメーカに使用する二次電池53の電圧等に応じたものにするために、体外側の一次電池2の電圧を変圧(昇降圧)するための変圧回路であり、インダクタンス11、スイッチング用トランジスタ12、ダイオード13、平滑用コンデンサ14などから構成される。
【0018】
変圧回路10において、昇圧または降圧を行って所望の直流電圧を得るには、スイッチング用トランジスタ12を導通させるためのゲートに印加する制御パルスのパルス幅を調整すればよい。
【0019】
20は、経皮充電を行うための交流電磁界を発生させるインバータ回路であり、基本的には4つのスイッチング用トランジスタ21〜24を直並列にブリッジ状に組み合わせて構成される。
【0020】
インバータ回路20においては、変圧回路10から給電される直流電圧を、スイッチング用トランジスタ21〜24を二つずつ(21と24及び22と23)組み合わせて、互いに異なる時期に導通するよう制御することにより、図1中のA,B間に交流電圧を発生する。
【0021】
交流電圧の振幅を変化させたり発生を停止するには、2組のスイッチング用トランジスタ21,24及び22,23のゲートに印加する制御パルスの時間幅を変化させたり、印加する制御パルスを停止させることにより実施することができる。25は、平滑用コンデンサである。
【0022】
31は、インバータ回路20により発生した交流電圧を基に、生体内に植え込まれた心臓ペースメーカに送電をするための送電用コイルであり、そのコイルは、電磁界の放射指向性を特定したり強度を強めるため、フェライト磁心などに編組される。
【0023】
70は、生体の皮膚表面から生体内に植え込まれた心臓ペースメーカまでの間に介在する筋又は脂肪などの生体組織である(以下、「生体の皮膚70」と表現する)。
【0024】
51は、生体内植え込み機器50である心臓ペースメーカのケースであり、チタニウムなどの金属あるいは金属合金で構成され、その表面は、生体に炎症が生じないよう、高分子樹脂などにより被覆されて構成されている。
【0025】
52は、植え込み機器ケース51内に搭載された受電用コイルであり、充電のための交流電磁界を生体の皮膚70および植え込み機器ケース51を介して、体外の送電用コイル31から受電する。
【0026】
60は、受電用整流回路であり、ブリッジ状に組み合わされた4つのダイオード61〜64と平滑用コンデンサ65とで構成され、受電用コイル52で受電した交流電圧を全波整流してリップルを除去する。
【0027】
53は、植え込み機器50としての心臓ペースメーカに稼動及び制御のための電気エネルギを供給する充電可能な二次電池であり、受電用整流回路60の直流出力により充電される。
【0028】
54は、二次電池53が充電される際に、充電電流をモニタするための既知の抵抗値を有する電流監視抵抗器である。二次電池53の内部インピーダンスは一般に充電率により変化するので、二次電池53に対して定電流充電を行うためには、充電のための交流電磁界の強度を絶えず適正に変化させる必要がある。この時々の充電電流値は、電流監視抵抗器54の両端に生ずる電位差から換算することができる。
【0029】
55は、心臓ペースメーカの各種状態を監視したり動作制御などを行う主制御回路であり、マイクロプロセッサ(MPU)等を内蔵している。この回路が稼動するための電力は二次電池53から供給される。
【0030】
56は、二次電池53の電圧や充電時の充電電流として既知の抵抗値を有する電流監視抵抗器54の両端に生じる電位差を計測したり、それらの値を基に二次電池53の電圧が既定値に達したのか否かを判定して、充電動作をさらに継続するか、あるいは停止するかの制御信号などを生成するための充電監視制御回路である。
【0031】
57は、充電監視制御回路56からの出力情報をテレメトリにより体外充電器1に送信するために、キャリア信号を変調して送信したり、体外充電器1から充電停止コマンドなどを受信して復調するテレメトリ送受信回路である。
【0032】
58は、植え込み機器50からテレメトリ用の充電監視制御情報を体外側の送受信アンテナコイル32に送信したり、体外側から送信される充電停止コマンドなどを植え込み機器50で受信する送受信アンテナコイルである。
【0033】
充電監視制御回路56からの送信信号は、送受信アンテナコイル58から植え込み機器ケース51と生体の皮膚70とを介して体外に伝達され、体外側のテレメトリ信号送受信アンテナコイル32で受信される。
【0034】
33は体外側のテレメトリ送受信回路であり、受信したテレメトリ信号を復調して充電監視制御情報に変換したり、充電監視制御情報により充電制御回路35で充電動作を停止するとき植え込み機器50側での充電に係わる異常を監視検出する回路などを非活性にし、心臓ペースメーカの制御モードを非充電モード(通常のモード)に推移させてもよい様に充電停止コマンドなどをデレメトリ信号として変調して送信する。
【0035】
34は、インバータ回路20の動作を制御するためのインバータ制御回路であり、充電監視制御情報として、例えば充電に係わる異常を植え込まれた心臓ペースメーカで検出しそのまま継続して充電動作を行うと回路などが破損したり、心電信号に応じた正しいペーシング出力信号の制御ができず生命の危機にも及ぶような状況が想定されるときには、植え込み機器50側から充電動作を停止する旨の要求信号を受信したとき、インバータ回路20のスイッチング用トランジスタ21〜24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、充電監視制御情報として、例えばさらに充電電流を増加させるべき旨のテレメトリ信号を受信したとき、変圧回路10のスイッチング用トランジスタ12の導通期間を増加させるようゲートに印加するパルスを制御する。
【0037】
36は、植え込み機器内の二次電池53について、充電監視情報を体外充電器1側でモニタしたり、必要な各種操作を実施するための表示・警報・操作回路である。
【0038】
上述のように構成された体外充電器1においては、インバータ回路20により充電のための交流電磁界が発生されるが、この交流電磁界は、インバータ回路20により一定期間を単位としていわゆるバースト的に間欠した発生が制御される。
【0039】
図2は、体外充電器1から植え込み機器50(心臓ペースメーカ)に対して充電を行うときの、それぞれの機器1,50における充電制御動作の関連を示している。
【0040】
100は、植え込み機器50において体外充電器1からの充電が実施されていないときの動作であり、充電のための交流電磁界が体外充電器1で発生されていないので、充電監視制御や充電異常監視検出などの実施の必要がない非充電モードの動作、すなわち通常モードの動作である。
【0041】
200は、体外充電器1から植え込み機器50に充電を行うに際し、植え込み機器50との間で充電動作に先立つ情報の授受を行う動作であり、充電のための交流電磁界の発生を伴わない状態(通常の状態)でテレメータリングが実施される。
【0042】
充電動作に先立って植え込み機器50が非充電モード動作100の状態との情報の授受は次のように実施される。まず、体外充電器1から植え込み機器50に通信のためのテレメータリングの動作要求信号(▲1▼)が送信され、その要求信号を植え込み機器50が受信し、テレメータリングの動作が可能な状態を判断することにより、体外充電器1にテレメータリング受付可能信号(▲2▼)を送信する。
【0043】
次に、体外充電器1は、植え込み機器50に対し、機器の型名、製造番号、電池型番などの所定のID情報等の読み取り要求信号(▲3▼)を送信し、その要求信号を植え込み機器50が受信することにより、植え込み機器50毎に予め付与されている所定のID情報を植え込み機器50が検索し、その情報を植え込み機器50のID情報等(▲4▼)として体外充電器1に送信する。
【0044】
植え込み機器50のID情報を受信した体外充電器1は、その情報を基に、植え込み機器50に対して充電動作を実施するのが妥当か否かの判断や、埋め込まれている二次電池53の種類などによる固有の充電特性の設定準備などを実施し所定の条件に合った後に、植え込み機器50に対して充電開始コマンド(▲5▼)を送信する。
【0045】
図3は、体外充電器1からの充電開始コマンドを受信した植え込み機器50が、そのコマンドを受信する以前に実行していた非充電モード動作を推移させて稼動する充電モード動作101全体の流れ図であり、植え込み機器50内に設けられた回路において制御が実行される。
【0046】
102は、植え込み機器50の非充電モードとの共通監視検出手段であり、機器の動作状況を監視検出する機能範囲が、非充電モード動作100と充電モード動作101において共通に稼動する。
【0047】
非充電モードとの共通監視検出手段102は、体外充電器1から充電開始コマンド▲5▼を受信すると、植え込み機器50が二次電池53を充電するため体外から強い交流電磁界を受電することにより異常が生じないか否かを監視検出するための充電異常監視検出手段103を活性状態にすると共に、二次電池53を充電するため充電制御動作104を実施する。
【0048】
また、非充電モードとの共通監視検出手段102は、体外充電器1が充電を停止するとき送信する充電停止コマンドの受信受付けが可能な状態(充電停止コマンド受付状態)114を設定すると共に、体外充電器1が予め定められた規定の充電期間を超過しても充電動作が終了しないと二次電池53が過充電になって二次電池53の破損に到る危険があるため、充電期間監視タイマ107の起動を行う。
【0049】
充電制御動作104においては、体外の充電器から送電される充電のための交流電磁界を受電用コイル52で受電し、充電監視制御回路56により二次電池53に充電するための電気エネルギを供給制御するための動作を行う。
【0050】
105は、二次電池53の充電動作期間において電池に対する充電電流値や電池の電圧値などの充電情報を所定の期間毎にサンプリング検出して、それらの情報を読み取る電池充電情報読み取り動作であり、電流監視抵抗器54に生ずる電位などから充電監視制御回路56を作動させて実施する。
【0051】
この充電情報の読み取り値は、充電監視情報106として、テレメトリ送受信回路57および送受信アンテナコイル58により体外側に充電監視制御情報として送信される。
【0052】
なお、上記充電情報読み取り値が予め定められた所定の範囲を逸脱した値であるときには、充電に係わる何がしかの異常があることが懸念されるため、その旨充電異常監視検出手段103に信号が出力される。
【0053】
107は、充電期間監視タイマであり、体外の充電器から充電開始コマンド▲5▼を受信すると、その起動が非充電モードとの共通監視検出手段102から実施される。
【0054】
予め定められた規定の充電期間を超過しても体外充電器1の充電動作が終了しないと、充電期間監視タイマ107は、タイムアウト信号を出力し、充電異常監視検出手段103にその旨の信号を送信すると共に、体外充電器1に充電動作を停止するよう要求信号としてインバリッド情報110を生成する。
【0055】
インバリッド情報110は、電池充電情報として予め定めた有効な規定内であるバリッド情報を逸脱した情報であり、充電監視情報106として体外充電器1に送信される。
【0056】
また、充電期間監視タイマ107によるタイムアウト信号は、体内の植え込み機器50が充電モード動作101を終了して通常モード動作である非充電モード動作100に推移するために、充電モード動作解除設定115を行う。
【0057】
108は、充電が実施されている期間に、例えば二次電池53が短絡したり受電用整流回路60を構成するダイオード61〜64や平滑用コンデンサ65等が短絡すると、その短絡部分に過大な電流が流れるので、異常に発熱しその部位が高温になるのを検出するための温度検出手段である。温度検出手段108は、所定の温度を検出すると、その旨の検出信号を充電異常監視検出手段103に出力する。
【0058】
充電異常監視検出手段103は、温度検出手段108からの検出信号を受け取ると、受電用整流回路60に入力される充電入力切断制御112を行うよう指令を送出すると共に、体外充電器1の充電動作を停止させるための要求としてインバリッド情報110の発生を指定する。
【0059】
111は、充電のために二次電池53に印加される電圧が所定の電圧値より高電位の電圧であると電池の特性が劣化したり電池を破損する危険があるので、電池に印加される電圧を電池充電情報読み取り動作105で検出し、充電異常監視検出手段103に送信される信号などを基に、その印加電圧の最大値を抑制するための充電圧リミッタ手段である。
【0060】
114は、体外充電器1が充電のための交流電磁界の発生を停止し充電動作を終了するとき植え込み機器50に送信する充電停止コマンドを植え込み機器50が受信し受け付けるための充電停止コマンド受付手段であり、植え込み機器50が充電モード動作で稼動しているときのみ稼動する。
【0061】
充電停止コマンド受付手段114は、体外充電器1からの充電停止コマンドを受け付けると充電モード動作解除設定115を行う。それにより、充電モード動作101を終了し、非充電モード動作100に推移する。
【0062】
図4は、体外充電器1が植え込み機器50に充電開始コマンド▲5▼を送信した後、体外充電器1が稼動する充電動作全体の流れ図であり、体外充電器1に設けられた回路において制御が実行される。
【0063】
202は、充電すべき二次電池53の種類などによって予め定められている所定の充電特性に基づき充電を行うための初期設定であり、その設定の後に、インバータ制御回路34、充電制御回路35、変圧回路10およびインバータ回路20をそれぞれ適切に稼動させるための充電監視情報に基づく充電器出力制御205が実施されると共に、予め定められた充電期間を監視するため充電期間監視タイマ206が起動される。
【0064】
203は、植え込み機器50から送信される充電監視制御情報の受信内容が充電制御動作の停止を要求するインバッリド情報であるか否かの判断過程であり、その内容が充電停止要求である場合には、充電監視情報に基づく充電器出力制御205のその時点までの制御過程などによる状況との照合判断208,209により、強制終了の充電停止210か、或いは正常終了の充電停止211の状態に移る。
【0065】
204は、植え込み機器50から送信される充電監視制御情報が体外充電器1に対する充電停止を要求するインバリッド情報でない場合において、二次電池53の充電監視情報が所定の指定パラメータ値の範囲であるか否かの判断過程であり、その範囲を逸脱していないときには、上記充電監視情報に基づく充電器出力制御205が実施される。
【0066】
上記充電監視情報が上記指定パラメータ値を逸脱しているときには、例えば、植え込み機器50から送信される充電監視情報106は正しく送信されるが、体外充電器1の送受信アンテナコイル32に他の機器からの突発的な雑音が重畳することによりテレメトリ送受信回路33で受信した充電監視情報に誤りが生じることがある。
【0067】
207は、それに対応するために、上記指定パラメータ値を逸脱した状態が充電のために間欠的に発生する交流電磁界の間欠発生周期毎に累計した回数が、所定の回数だけ連続しているか否かの判断過程である。
【0068】
そして、上記パラメータ値を逸脱する状態が所定の回数だけ連続すると、二次電池53や受電用整流回路60などの故障によることが懸念されるので、強制的に充電を終了させる充電停止210となる。
【0069】
なお、上記指定パラメータ値を逸脱する状態が上記所定回数だけ連続しない場合には、上記指定パラメータ値の逸脱は他の機器からの突発的な雑音の重畳などによるためと考えられる。
【0070】
そこで、例えばその時受信した植え込み機器50からの充電監視情報を、充電のために間欠的に発生する交流電磁界の前間欠発生期間に応じた充電監視情報と置き換えて、充電器出力制御205を行う。
【0071】
上記充電監視情報に基づく充電器出力制御205は、さらに二次電池53の充電特性に応じた所定の充電終了条件に合致するか否かの判断を行い、その旨の信号を出力する。
【0072】
所定の充電終了条件を満たさないときには、照合判断209により、その後に送信される植え込み機器50からの充電監視制御情報を受信する状態に戻る。また、上記所定の充電終了条件を満たす時には、上記照合判断209により充電動作を正常に終了させる充電停止211の状態に移る。
【0073】
212は、表示・警報・操作回路36に設けられた強制停止スイッチであり、充電動作を故意に停止するときに操作するためのスイッチである。強制停止スイッチ212が投入されると強制的に充電が停止する充電停止210の状態になる。
【0074】
また、充電動作の開始時に起動された充電期間監視タイマ206が所定の監視期間充電動作が終了しないでタイムアウト信号を出力したときにも、強制的に充電を停止する充電停止210の状態になる。
【0075】
上記210又は211のいずれの充電停止状態になった時にも、充電停止コマンドが植え込み機器50に送信され、体外充電器1は充電動作終了213を実行し、充電動作に先立ってテレメータリングにより得た植え込み機器50の型名、製造番号、二次電池53の型番などの所定のID情報をリセットする。
【0076】
図5は、生体内に植え込まれる機器50に対して電気エネルギを供給するために生体内に埋め込まれた二次電池53の、充電特性と充電制御の内容を示している。
【0077】
このような二次電池53としては、機器を小型化する要求から、一般には体積当たりの電気エネルギ密度の大きい例えばリチウム(Li )系素材を用いた固体型電池が望まれており、その充電方法としては通常定電流による方法が用いられている。
【0078】
しかし、このような固体型電池の充電特性は、一般には充電エネルギ量を増加することにより電池の電圧は上昇するが、充電に先立ってそれ以前に使用して消費された電気エネルギの量や充電を繰り返した回数などにより、一定の充電エネルギ量でも二次電池の内部インピーダンスが異なる。
【0079】
すなわち、一定の電流値(Iconst )による充電(定電流充電)において充電を開始した時間の経過に伴う電池の電圧Vは、充電期間の増加と共に上昇するが、二次電池の内部インピーダンスの相違により電圧Vは異なる(図においては内部インピーダンスが小さい場合の電圧Vの特性を▲1▼、内部インピーダンスが大きい場合の特性を▲2▼として示している)。
【0080】
このことにより、電池の充電が完了したと見なすのを所定の電圧値(第1の電圧値、HV)に達したことのみでは、充電を完了するのに充分なエネルギ量が充電されたことが正確には判断できない。
【0081】
そこで、電池の電圧値が第1の電圧値HVに達した後、さらに第1の電圧値HVを一定に維持して充電(定電圧充電)を行うと、その時以前に充電されていた状況に応じ、充電電流が時間経過と伴に次第に低減する。
【0082】
上記電池の内部インピーダンスが大きい場合の▲2▼の特性は、電圧値HVに達する充電時間が短く、定電流充電モードの期間に充電されるエネルギは内部インピーダンスの小さい場合に比し少ないが、充電電圧値をHVにして充電する定電圧充電モードの期間においては、定電流充電モードの終了時の充電率が小さいため、充電率の増加による充電電流の低減量が内部インピーダンスが小さい場合の▲1▼に比べて小さい。
【0083】
このため、定電流充電モードの充電後の定電圧充電モードにおいて所定の充電電流値Imにまで充電電流値が低減する時間は、電池の内部インピーダンスの相違に比し著しい相違とはならない(Tch▲1▼、Tch▲2▼)と共に二次電池の充電エネルギ量、すなわち、充電率をほぼ一定にすることができる。
【0084】
このように二次電池53を充電制御し、充電動作を終了させる時間はTch▲1▼、Tch▲2▼で示されている。なお、充電開始時から充電期間監視手段107,206で設定されるタイマ設定時間Toutは、上記充電動作の終了時間Tch▲1▼、Tch▲2▼に比し適切な長時間を設定するのは周知のとおりである。
【0085】
なお、上記定電圧充電モードにおいて維持される二次電池53の充電印加電圧HVは、定電流充電モードにより大略十分な充電が実施されその充電エネルギ量に基づいた高い電圧値であるので、その電圧値HVより所定電圧値だけ高電位の電圧値、すなわち、第2の電圧値HHVを越えた高電位の電圧値を電池に印加すると、二次電池53を過充電したり短絡故障を生じさせるような危険がある。
【0086】
図6は、二次電池53を充電するために上記第2の電圧値HHVを越えた高電位の電圧が電池に印加しないようにするための充電印加電圧抑制回路300を示しており、この回路には、図1に示される受電用整流回路60の出力と電流監視抵抗器54との間に、所定の電位を越える電圧を抑制できる回路が追加されている。
【0087】
301は充電印加電圧抑制トランジスタであり、ゲート印加電圧に応じた出力電圧が電流監視抵抗器54を通して二次電池53に印加される。305は、カソード電極からアノード電極に電流を流すときその両極端子間に一定の電位差を生じるツエナーダイオードであり、トランジスタ301の出力を抵抗器304と直列に接続することによりそのカソード電極端子電圧を基準電圧としている。
【0088】
309は差動増幅器であり、その一方の入力Cは、トランジスタ301の出力電圧を抵抗器307および308を直列接続した接続点に接続され、他の一方の入力Dは、ツエナーダイオード305のカソード電極端子に接続した可変抵抗器306の中間端子に接続されている。
【0089】
これにより、差動増幅器309からは、ツエナーダイオード305に基づく基準電圧値に予め設定された可変抵抗器306の抵抗値分割比を乗じた電圧値と、トランジスタ301の出力電圧値を二つの抵抗器307,308の抵抗値の比で分割した電圧値との差電圧が、増幅率Aだけ増幅されて出力される。
【0090】
しかし、差動増幅器309の出力端子は抵抗器310とダイオード311を介してトランジスタ302のソース電極に接続されているので、トランジスタ302のゲート電極にはソース電極電圧より低い電圧は印加されない。
【0091】
トランジスタ301のゲート電極は、トランジスタ302のドレイン電極と接続されているので、差動増幅器309の入力Dに印加するための可変抵抗器306の抵抗値分割比を上記第2の電圧値HHVに相当する差動増幅器309の入力Cの電圧値と等しくなるように設定することにより、受電用整流回路60の出力が上記第2の電圧値HHVより大きいときでもそれ以上の高電圧を二次電池53に印加しないよう抑制することができる。
【0092】
図7は、受電用整流回路60の出力電圧とトランジスタ302のゲート印加電圧Vおよびドレイン電圧Vとの関連を示している。
差動増幅器309の出力は、その入力Dの電圧値が上記第2の電圧値HHVに相当するときの他の入力Cの電圧値と等しくなるよう設定されているので、受電用整流回路60の出力電圧と上記第2の電圧値HHVとの差電圧が増幅される。
【0093】
受電用整流回路60の出力電圧が上記第2の電圧値HHVより大きいと、差動増幅器309の出力VAMP はその差電圧に比例した正出力となり、上記第2の電圧値HHVより小さいとその差電圧に比例した負出力となる。
【0094】
しかし、差動増幅器309の出力VAMP が負出力になる条件においては、その出力が、抵抗器310とダイオード311とを介してトランジスタ302のソース電極と共通に二次電池53の負電極側に接続されているため、ダイオード311が導通して差動増幅器309の出力VAMP は零電位になる。
【0095】
トランジスタ302のゲート電極には差動増幅器309の出力VAMP が印加されている。このため、受電用整流回路60の出力電圧が上記第2の電圧値HHVより小さいときにはトランジスタ302は非導通であり、そのドレイン電極の電位Vは、抵抗器303を介して受電用整流回路60の出力電圧にほぼ等しい電圧となる。
【0096】
また、受電用整流回路60の出力電圧が上記第2の電圧値HHVより大きいときには、トランジスタ302は導通するが、その導通による抵抗器303を介してトランジスタ302に流れるドレイン電流は、上記受電用整流回路60の出力電圧と第2の電圧値HHVとの差電圧値に比例する。
【0097】
したがって、抵抗器303の両端における電位差はトランジスタ302の導通の度合いに比例して流れるドレイン電流値に比例し、ドレイン電極の電位Vは、上記受電用整流回路60の出力電圧から上記抵抗器303の両端に生ずる電位差だけ減じた電位となる。
【0098】
また、上記受電用整流回路60の出力電圧が上記第2の電圧値HHVより大きいとき、上記ドレイン電極の電位Vが一定の電位となるように、差動増幅器309の増幅度を設定することができる。
【0099】
図8は、受電用整流回路60の出力電圧とトランジスタ301のソース電位、すなわち、二次電池53に印加して充電するための充電電圧VCHとの関係を示している。
【0100】
トランジスタ301のゲート電極は、トランジスタ302のドレイン電極の電位Vが印加されるので、そのソース電位、即ち充電電圧Vchは二次電池53の充電開始直後の低電圧値LVから上記第2の電圧値HHVまでの受電用整流回路60の出力電圧は抑制せずに、上記第2の電圧値を越えた受電用整流回路60の出力電圧に対しては、上記第2の電圧値HHVを少なくとも越える充電電圧を二次電池53に印加しないように制御することができる。
【0101】
図9は、インバータ回路20で発生される交流電圧の例であり、T(例えば2秒)の期間は例えば10KHの交流電圧を連続してバースト的に発生させ、次のT(例えば0.5秒)の期間は交流電圧の発生を停止させていて、そのTとTを交互に繰り返している。
【0102】
このような交流電圧を体外側の送電用送電用コイル31に印加し、生体の皮膚70と植え込み機器ケース51を介して体内側の受電用イル52で受け、受電した交流電磁界により生成した交流電圧が植え込み機器に内蔵された受電用整流回路60により直流に変換されてTの期間二次電池53を充電する。
【0103】
実施形態によれば、生体内に植え込まれた電池に対して体外側から交流電磁界を間欠的に発生させて経費充電を実施するのに、体外側からの充電開始コマンドにより生体内の植え込み機器が充電異常監視検出手段、充電情報監視手段、充電エネルギ抑制手段を活性状態にして充電のための交流電磁界の発生を停止している期間に体内電池の充電監視制御情報を体外側に送信し、その情報をもとに充電制御を行うようにしたことにより、充電のための交流電磁界の受電に係わる生体内の植え込み機器の各種異常の発生を的確に検出することができると共に体外充電器に充電動作の停止要求情報を送信することができる。その結果、生体内に植え込まれた電池の充電動作を安全に行うことができる。
【0104】
そして、電池の電圧を基準として定電流充電を行い、所定の電圧に上昇した後その電圧を基準とした定電圧充電を行う充電制御を容易に実施することができるので、電池の内部インピーダンスにより満了充電量の差が生じるなどのおそれがない。
【0105】
【発明の効果】
本発明によれば、体外充電器が充電動作を停止する場合に充電停止コマンドを体外側から送信するようにすることにより、生体内に植え込まれ機器は充電モード動作を解除することができ、充電モード動作に係わる手段を非活性状態にすることができるので、植え込み機器の制御に要する実行処理量を低減することができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の心臓ペースメーカ装置の実施の形態の全体構成図である。
【図2】本発明の実施の形態の生体植え込み機器と体外充電器の充電制御動作を示すブロック図である。
【図3】本発明の実施の形態の充電モード動作を示す流れ図である。
【図4】本発明の実施の形態の充電動作を示す流れ図である。
【図5】本発明の実施の形態の充電特性と充電方法を示す線図である。
【図6】本発明の実施の形態の充電エネルギ抑制回路の回路図である。
【図7】本発明の実施の形態の充電エネルギ抑制回路の特性を示す線図である。
【図8】本発明の実施の形態の充電エネルギ抑制回路の特性を示す線図である。
【図9】本発明の実施の形態の充電用交流電磁界(電圧)を例示する線図である。
【符号の説明】
1 体外充電器
50 植え込み機器
53 二次電池
55 主制御回路
103 充電異常検出手段
104 充電制御動作
105 電池充電情報読み取り動作
106 充電監視情報
300 充電エネルギ抑制回路
[0001]
TECHNICAL FIELD OF THE INVENTION
The present invention relates to a cardiac pacemaker having an extracorporeal charger for externally charging an internal battery for a biological implantable device.Biological implanting deviceAbout.
[0002]
[Prior art]
2. Description of the Related Art A primary battery having a large amount of energy per volume is used as a device for supplying power to a control circuit of a biological implantable device such as a cardiac pacemaker. However, since the primary battery cannot be charged, when the battery reaches the end of its life, re-implantation of a device filled with a new battery is required, and the mental and physical burden on the patient is great. For this reason, introduction of a rechargeable secondary battery is desired.
[0003]
However, in order to perform percutaneous charging of a living body implanted device having a secondary battery from outside the body, information for determining whether or not to continue the charging operation based on the charging status of the secondary battery is provided. Must be sent outside the body. In addition, a charging method suitable for the characteristics of the secondary battery to be used is required, and measures against abnormal heat generation during charging are required.
[0004]
Conventionally, in order to perform such charging control, an AC electromagnetic field is continuously generated from the outside of the body by an inverter circuit and transmitted to the inside of the body, and the inside of the body is used for charging monitoring information and charging of the secondary battery. The accompanying abnormality monitoring detection information and the like are constantly transmitted to the extracorporeal device by telemetry, and the extracorporeal device performs a charging operation including a stop of power transmission due to an abnormality.
[0005]
In such a conventional cardiac pacemaker, the transmission of an AC electromagnetic field from the outside of the body for charging and the telemetry monitoring information from the inside of the body are simultaneously performed, and abnormal measures of the cardiac pacemaker accompanying the charging are taken out of the body. This is implemented by controlling the amount of power transmitted by the charger.
[0006]
[Problems to be solved by the invention]
However, during the power transmission operation, the electromagnetic field strength for charging is very large, so that the telemetry electromagnetic field when transferring the monitoring information of the secondary battery to the outside of the body by telemetry is strong due to the transmission electromagnetic field. Receive interference.
[0007]
As a result, errors may occur in the transcutaneous transfer information by telemetry, incorrect charging control of the secondary battery may occur, and overcharging of the secondary battery may cause damage to the battery itself and other electronic circuit components. There was danger.
[0008]
In addition, when charge monitoring and charge control based on the charge monitoring are performed in a living body by a cardiac pacemaker implanted in the living body, downsizing and consumption of the device, which is one of the conditions as a device implanted in the living body, is achieved. This is the limit to power reduction.
Accordingly, the present invention provides a cardiac pacemaker implanted in the body.Biological implanting equipment such asFromTransfer of charge monitoring and charge control functions to external chargers as much as possibleCharge monitoring informationExternal external chargerTaken outIn addition, a living body implant comprising a living body implanted device and an external charger that can reduce the amount of execution processing required for controlling the implanted device by controlling the in-vivo charging operation from outside the body by making a determination with the extracorporeal chargerIt is intended to provide a device.
[0009]
[Means for Solving the Problems]
In order to achieve the above object, the present inventionLiving body implantationThe equipment isA body implanting device including a secondary battery that percutaneously receives an AC electromagnetic field generated outside the body, charges the device, and supplies electric energy to a device implanted in a living body, and transcutaneously transmits the AC electromagnetic field. A cardiac pacemaker device having an extracorporeal charger for charging a secondary battery of the living body implanted device from outside the body, wherein the living body implanted device has a charging mode in which charging to the secondary battery is accepted and a non-charging mode in which charging is not accepted. Having a charging mode, receiving a charging start command from the extracorporeal charger, transitioning from the non-charging mode to the charging mode, receiving a charging stop command from the extracorporeal charger, and not charging from the charging mode. Mode, and the charge stop command is issued upon determining that the extracorporeal charger stops charging based on the charge monitoring information received from the living body implanted device. It is including a charge stop commandIt is characterized by the following.
[0010]
In addition,The issuance of the charge stop command by the extracorporeal charger includes a forcible termination of charging determined to be abnormal and a normal termination of charging determined to be normal.You may do so.
[0011]
Also,The charging abnormality is received from the living body implanting device when the charging period monitoring timer that started timing at the time of issuing the charging start command has timed out, when the invalidation information of the charging stop request is received from the living body implanting device, Includes the case where the number of times that the value of the rechargeable battery charge information is out of the specified range continues for a predetermined number of times.You may do so.
[0012]
AndThe living body implanted device, when the timeout of the charging period monitoring timer that started timing at the time of receiving the charge start command, occurs, without waiting for the charge stop command from the extracorporeal charger, from the charge mode to the non-charge mode. Changes toYou may make it.
[0013]
Further, the living body implanting device may include the secondary battery and / orIn the bio-implant device for charging the secondary batteryHaving a temperature detecting means for detecting the temperature of the charging circuit, when the temperature detecting means detects a temperature abnormality, so as to disconnect the charging input without waiting for the charging stop command from the extracorporeal charger Is also good.
[0014]
Also,A living body implanting device of the present invention percutaneously receives an AC electromagnetic field generated from an extracorporeal charger, performs charging, and includes a secondary battery that supplies electric energy to a device implanted in a living body. In the, having a charging mode to accept charging to the secondary battery, and a non-charging mode not accepting charging, receiving a charging start command from the extracorporeal charger, transition from the non-charging mode to the charging mode Receiving a charge stop command from the extracorporeal charger, transitioning from the charging mode to the non-charging mode, and the extracorporeal charger is charged based on the charge monitoring command transmitted to the extracorporeal charger. It includes a charge stop command issued when it is determined that.
[0015]
Also,The extracorporeal charger of the present invention is an extracorporeal charger that percutaneously transmits an alternating electromagnetic field to charge a secondary battery of a living body implanted device from outside the body, and issues a charge start command to the living body implanted device at the start of charging. Monitoring charge monitoring information percutaneously received from the living body implanting device, and issuing a charge stop command to the living body implanting device percutaneously when it is determined to stop charging..
[0016]
BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION
An embodiment of the present invention will be described with reference to the drawings.
FIG. 1 is an overall configuration diagram of a cardiac pacemaker device including a living body implanting device 50 and an extracorporeal charger 1.
[0017]
Reference numeral 2 denotes a primary battery as a charging power source arranged outside the body for percutaneously charging a cardiac pacemaker as the living body implanting device 50. 10 transforms (steps up / down) the voltage of the primary battery 2 outside the body in order to make the strength of the AC electromagnetic field for transdermal charging correspond to the voltage of the secondary battery 53 used for the cardiac pacemaker. And a switching circuit, which is composed of an inductance 11, a switching transistor 12, a diode 13, a smoothing capacitor 14, and the like.
[0018]
In order to obtain a desired DC voltage by performing a step-up or step-down operation in the transformer circuit 10, the pulse width of a control pulse applied to a gate for conducting the switching transistor 12 may be adjusted.
[0019]
Reference numeral 20 denotes an inverter circuit that generates an AC electromagnetic field for performing percutaneous charging, and is basically configured by combining four switching transistors 21 to 24 in series and parallel in a bridge shape.
[0020]
In the inverter circuit 20, the DC voltage supplied from the transformer circuit 10 is controlled by conducting two different switching transistors 21 to 24 (21 and 24 and 22 and 23) at different times. , An AC voltage is generated between A and B in FIG.
[0021]
In order to change the amplitude of the AC voltage or stop the generation thereof, the time width of the control pulse applied to the gates of the two sets of switching transistors 21, 24 and 22, 23 is changed, or the applied control pulse is stopped. Can be carried out. 25 is a smoothing capacitor.
[0022]
Reference numeral 31 denotes a power transmission coil for transmitting power to a cardiac pacemaker implanted in the living body based on the AC voltage generated by the inverter circuit 20, and the coil specifies the radiation directivity of the electromagnetic field. In order to increase the strength, it is braided into a ferrite core or the like.
[0023]
Reference numeral 70 denotes a living tissue such as muscle or fat interposed between the skin surface of the living body and the cardiac pacemaker implanted in the living body (hereinafter, referred to as “living body skin 70”).
[0024]
Reference numeral 51 denotes a case of a cardiac pacemaker, which is an implantable device 50, which is made of a metal such as titanium or a metal alloy, and whose surface is coated with a polymer resin or the like so as not to cause inflammation in the living body. ing.
[0025]
Reference numeral 52 denotes a power receiving coil mounted in the implantable device case 51, which receives an AC electromagnetic field for charging from the power transmitting coil 31 outside the body via the skin 70 of the living body and the implantable device case 51.
[0026]
Reference numeral 60 denotes a power receiving rectifier circuit, which is composed of four diodes 61 to 64 and a smoothing capacitor 65 combined in a bridge shape. The AC voltage received by the power receiving coil 52 is full-wave rectified to remove ripples. I do.
[0027]
Reference numeral 53 denotes a chargeable secondary battery that supplies electrical energy for operation and control to the cardiac pacemaker as the implantable device 50, and is charged by a DC output of the power receiving rectifier circuit 60.
[0028]
Reference numeral 54 denotes a current monitoring resistor having a known resistance value for monitoring a charging current when the secondary battery 53 is charged. Since the internal impedance of the secondary battery 53 generally varies depending on the charging rate, in order to perform constant-current charging on the secondary battery 53, it is necessary to constantly and appropriately change the intensity of an AC electromagnetic field for charging. . The charging current value at this time can be converted from a potential difference generated between both ends of the current monitoring resistor 54.
[0029]
Reference numeral 55 denotes a main control circuit for monitoring various states of the cardiac pacemaker and for controlling the operation, and has a built-in microprocessor (MPU) and the like. Power for operating this circuit is supplied from the secondary battery 53.
[0030]
56 measures the voltage difference between the both ends of the current monitoring resistor 54 having a known resistance value as the voltage of the secondary battery 53 and the charging current at the time of charging, and determines the voltage of the secondary battery 53 based on those values. This is a charge monitoring control circuit for determining whether or not a predetermined value has been reached and generating a control signal or the like for further continuing or stopping the charging operation.
[0031]
57 transmits and modulates a carrier signal to transmit the output information from the charge monitoring control circuit 56 to the extracorporeal charger 1 by telemetry, and receives and demodulates a charge stop command and the like from the extracorporeal charger 1. It is a telemetry transmission / reception circuit.
[0032]
Reference numeral 58 denotes a transmission / reception antenna coil that transmits charging monitoring control information for telemetry from the implanted device 50 to the transmission / reception antenna coil 32 outside the body, and receives a charging stop command or the like transmitted from the outside of the body.
[0033]
The transmission signal from the charging monitoring control circuit 56 is transmitted from the transmitting / receiving antenna coil 58 to the outside of the body via the implanted device case 51 and the skin 70 of the living body, and is received by the telemetry signal transmitting / receiving antenna coil 32 outside the body.
[0034]
Reference numeral 33 denotes a telemetry transmission / reception circuit on the outside of the body, which demodulates a received telemetry signal and converts the demodulated telemetry signal into charge monitoring control information, or stops the charging operation by the charge control circuit 35 based on the charge monitoring control information. A circuit for monitoring and detecting abnormalities relating to charging is deactivated, and a charge stop command or the like is modulated and transmitted as a delemetry signal so that the control mode of the cardiac pacemaker may be shifted to a non-charging mode (normal mode). .
[0035]
Numeral 34 denotes an inverter control circuit for controlling the operation of the inverter circuit 20. When an abnormality related to charging is detected by the implanted cardiac pacemaker and the charging operation is continuously performed as charging monitoring control information, for example, When a situation is assumed in which the pacing output signal cannot be properly controlled in accordance with the electrocardiographic signal and the pacing output signal cannot be controlled, and the situation may be endangered, a request signal from the implantable device 50 to stop the charging operation. Is received, a control pulse to be applied to the gate is output to make it non-conductive in order to stop the operation of the switching transistors 21 to 24 of the inverter circuit 20.
[0036]
Reference numeral 35 denotes a charge control circuit, which is applied to the gate so as to increase the conduction period of the switching transistor 12 of the transformer circuit 10 when receiving, for example, a telemetry signal indicating that the charge current should be further increased as charge monitoring control information. Control the pulse to be applied.
[0037]
Reference numeral 36 denotes a display / alarm / operation circuit for monitoring the charge monitoring information of the secondary battery 53 in the implanted device on the extracorporeal charger 1 side and performing various necessary operations.
[0038]
In the extracorporeal charger 1 configured as described above, an AC electromagnetic field for charging is generated by the inverter circuit 20, and this AC electromagnetic field is generated by the inverter circuit 20 in a so-called burst in units of a certain period. Intermittent occurrences are controlled.
[0039]
FIG. 2 shows the relationship between the charge control operations of the devices 1 and 50 when charging the implantable device 50 (cardiac pacemaker) from the extracorporeal charger 1.
[0040]
Reference numeral 100 denotes an operation when charging from the extracorporeal charger 1 is not performed in the implantable device 50. Since no AC electromagnetic field for charging is generated in the extracorporeal charger 1, charging monitoring control or abnormal charging is performed. This is an operation in a non-charge mode in which it is not necessary to perform monitoring detection or the like, that is, an operation in a normal mode.
[0041]
Reference numeral 200 denotes an operation for exchanging information prior to the charging operation with the implantable device 50 when the implantable device 50 is charged from the extracorporeal charger 1 and in a state where no AC electromagnetic field for charging is generated. (Normal state) Telemetering is performed.
[0042]
Prior to the charging operation, information exchange between the implantable device 50 and the state of the non-charging mode operation 100 is performed as follows. First, an operation request signal (1) for telemetry for communication is transmitted from the extracorporeal charger 1 to the implantable device 50, and the implantable device 50 receives the request signal and sets a state where the telemetering operation is possible. By making a determination, a telemetering acceptable signal ((2)) is transmitted to the extracorporeal charger 1.
[0043]
Next, the extracorporeal charger 1 transmits a read request signal (3) to the implanted device 50, such as predetermined ID information such as a device type name, a serial number, and a battery model number, and implants the request signal. When the device 50 receives the information, the implantable device 50 searches for predetermined ID information given in advance for each implantable device 50, and uses the information as ID information of the implantable device 50 ((4)) or the like ((4)). Send to
[0044]
The extracorporeal charger 1 that has received the ID information of the implanted device 50 determines whether or not it is appropriate to perform the charging operation on the implanted device 50 based on the information, and determines whether the rechargeable battery 53 is embedded. Preparation for setting a unique charging characteristic according to the type of the device, etc., is performed, and a predetermined condition is met, and then a charging start command (5) is transmitted to the implanted device 50.
[0045]
FIG. 3 is a flowchart of the entire charging mode operation 101 in which the implantable device 50 that has received the charging start command from the extracorporeal charger 1 shifts and operates the non-charging mode operation that was being executed before receiving the command. Yes, control is performed in a circuit provided in the implantable device 50.
[0046]
Reference numeral 102 denotes a common monitoring / detection unit for monitoring the operation status of the implanted device 50 in the non-charge mode. The function range for monitoring and detecting the operation status of the device is commonly operated in the non-charge mode operation 100 and the charge mode operation 101.
[0047]
Upon receiving the charge start command {circle around (5)} from the extracorporeal charger 1, the common monitoring / detection unit 102 in the non-charge mode receives the strong AC electromagnetic field from outside the implantable device 50 to charge the secondary battery 53. The charging abnormality monitoring and detecting means 103 for monitoring and detecting whether or not an abnormality occurs is activated, and a charging control operation 104 for charging the secondary battery 53 is performed.
[0048]
In addition, the common monitoring / detection unit 102 in the non-charging mode sets a state (charge stop command receiving state) 114 in which reception of a charge stop command transmitted when the external charger 1 stops charging is possible (charge stop command receiving state). If the charging operation is not completed even if the charger 1 exceeds a predetermined charging period, the rechargeable battery 53 may be overcharged and the rechargeable battery 53 may be damaged. The timer 107 is started.
[0049]
In the charging control operation 104, an alternating electromagnetic field for charging transmitted from a charger outside the body is received by the power receiving coil 52, and the charge monitoring control circuit 56 supplies electric energy for charging the secondary battery 53. Perform operation for control.
[0050]
Reference numeral 105 denotes a battery charging information reading operation in which charging information such as a charging current value and a battery voltage value for the battery is sampled and detected at predetermined intervals during a charging operation period of the secondary battery 53 and the information is read. The operation is performed by operating the charge monitoring control circuit 56 from the potential generated in the current monitoring resistor 54 and the like.
[0051]
The read value of the charging information is transmitted as charging monitoring information 106 to the outside of the body by the telemetry transmitting / receiving circuit 57 and the transmitting / receiving antenna coil 58 as charging monitoring control information.
[0052]
If the charge information read value is out of a predetermined range, there is a concern that there is some abnormality related to charging. Is output.
[0053]
Reference numeral 107 denotes a charging period monitoring timer. When a charging start command {circle around (5)} is received from a charger outside the body, its activation is performed by the common monitoring and detection unit 102 in the non-charging mode.
[0054]
If the charging operation of the extracorporeal charger 1 does not end even after a predetermined charging period has elapsed, the charging period monitoring timer 107 outputs a time-out signal and sends a signal to that effect to the charging abnormality monitoring detecting means 103. At the same time, the invalid information 110 is generated as a request signal to the external charger 1 to stop the charging operation.
[0055]
The invalid information 110 is information that deviates from valid information that is within valid rules predetermined as battery charging information, and is transmitted to the extracorporeal charger 1 as charging monitoring information 106.
[0056]
In addition, the timeout signal from the charging period monitoring timer 107 performs the charging mode operation release setting 115 so that the implantable device 50 in the body ends the charging mode operation 101 and shifts to the non-charging mode operation 100 which is the normal mode operation. .
[0057]
Reference numeral 108 denotes an excessive current in the short-circuited portion when, for example, the secondary battery 53 is short-circuited or the diodes 61 to 64 or the smoothing capacitor 65 constituting the power receiving rectifier circuit 60 are short-circuited during charging. Is a temperature detecting means for detecting abnormal heat generation due to abnormal flow of heat. When detecting the predetermined temperature, the temperature detecting means 108 outputs a detection signal to that effect to the charging abnormality monitoring detecting means 103.
[0058]
Upon receiving the detection signal from the temperature detecting unit 108, the charging abnormality monitoring detecting unit 103 sends a command to perform the charging input disconnection control 112 input to the power receiving rectifier circuit 60, and performs the charging operation of the extracorporeal charger 1. Of the invalid information 110 is specified as a request to stop the process.
[0059]
111 is applied to the secondary battery 53 because if the voltage applied to the secondary battery 53 for charging is higher than a predetermined voltage value, the characteristics of the battery may be deteriorated or the battery may be damaged. The voltage is detected by the battery charge information reading operation 105, and the charge for suppressing the maximum value of the applied voltage is determined based on a signal transmitted to the charge abnormality monitoring and detection means 103 and the like.ElectricThis is a voltage limiter.
[0060]
114 is a charge stop command receiving means for receiving and receiving a charge stop command to be transmitted to the implantable device 50 when the extracorporeal charger 1 stops generating an AC electromagnetic field for charging and ends the charging operation. It operates only when the implanted device 50 is operating in the charging mode operation.
[0061]
The charge stop command accepting unit 114 performs a charge mode operation release setting 115 upon receiving a charge stop command from the external charger 1. As a result, the charging mode operation 101 ends, and the mode shifts to the non-charging mode operation 100.
[0062]
FIG. 4 is a flowchart of the entire charging operation in which the extracorporeal charger 1 operates after the extracorporeal charger 1 transmits the charging start command (5) to the implantable device 50. The control is performed by a circuit provided in the extracorporeal charger 1. Is executed.
[0063]
202 is an initial setting for performing charging based on a predetermined charging characteristic predetermined according to the type of the secondary battery 53 to be charged, and the like. After the setting, the inverter control circuit 34, the charging control circuit 35, Charger output control 205 based on charge monitoring information for appropriately operating the transformer circuit 10 and the inverter circuit 20 is performed, and a charge period monitoring timer 206 is started to monitor a predetermined charge period. .
[0064]
203 is a process of determining whether or not the received content of the charge monitoring control information transmitted from the implantable device 50 is the invalid information for requesting the stop of the charge control operation. If the content is a charge stop request, Based on the comparison 208 and 209 of the state of the charger output control 205 based on the charge monitoring information with the control process up to that point, the state shifts to the forced stop 210 or the normal stop 211.
[0065]
Reference numeral 204 denotes whether the charge monitoring information of the secondary battery 53 is within a predetermined specified parameter value range when the charge monitoring control information transmitted from the implantable device 50 is not invalid information for requesting the external charger 1 to stop charging. This is the process of judging whether or not it is out of the range, and the charger output control 205 based on the charge monitoring information is performed.
[0066]
When the charge monitoring information deviates from the designated parameter value, for example, the charge monitoring information 106 transmitted from the implanted device 50 is correctly transmitted, but the transmission / reception antenna coil 32 of the extracorporeal charger 1 transmits the transmission monitoring information 106 from another device. The charge monitoring information received by the telemetry transmission / reception circuit 33 may be erroneous due to the superimposition of the sudden noise.
[0067]
207 indicates whether or not the number of times that the state deviating from the specified parameter value is intermittently generated for charging is intermittently generated for each intermittent occurrence cycle of the alternating electromagnetic field for a predetermined number of times in order to cope with this. It is a judgment process.
[0068]
If the state of deviating from the parameter value continues for a predetermined number of times, there is a concern that the secondary battery 53 or the power receiving rectifier circuit 60 may be out of order. .
[0069]
If the state of deviating from the specified parameter value does not continue for the predetermined number of times, it is considered that the deviating of the specified parameter value is due to sudden superimposition of noise from another device.
[0070]
Thus, for example, the charger output control 205 is performed by replacing the received charge monitoring information from the implantable device 50 with the charge monitoring information corresponding to the previous intermittent generation period of the AC electromagnetic field generated intermittently for charging. .
[0071]
The charger output control 205 based on the charge monitoring information further determines whether or not a predetermined charge end condition according to the charge characteristics of the secondary battery 53 is met, and outputs a signal to that effect.
[0072]
When the predetermined charge termination condition is not satisfied, the state returns to the state of receiving the charge monitoring control information from the implanted device 50 transmitted thereafter by the collation determination 209. Further, when the predetermined charging termination condition is satisfied, the state shifts to a charging stop state 211 in which the charging operation is normally terminated by the collation determination 209.
[0073]
Reference numeral 212 denotes a forced stop switch provided in the display / alarm / operation circuit 36, which is a switch operated when the charging operation is intentionally stopped. When the forcible stop switch 212 is turned on, a state of the charge stop 210 is reached in which the charge is forcibly stopped.
[0074]
Also, when the charging period monitoring timer 206 started at the start of the charging operation outputs a time-out signal without terminating the charging operation for the predetermined monitoring period, the charging is stopped 210 forcibly stopping the charging.
[0075]
When the charging is stopped in any of the above 210 or 211, a charging stop command is transmitted to the implanted device 50, and the extracorporeal charger 1 executes the charging operation end 213 and obtains the result by telemetering prior to the charging operation. The predetermined ID information such as the model name and the serial number of the implanted device 50 and the model number of the secondary battery 53 is reset.
[0076]
FIG. 5 shows the charging characteristics and the contents of charge control of the secondary battery 53 embedded in the living body to supply electric energy to the device 50 implanted in the living body.
[0077]
As such a secondary battery 53, a solid-state battery using, for example, a lithium (Li 2) -based material having a large electric energy density per volume is desired in view of a demand for downsizing the device. For this, a method using a constant current is usually used.
[0078]
However, the charging characteristics of such a solid-state battery generally indicate that the voltage of the battery is increased by increasing the amount of charging energy. The internal impedance of the secondary battery varies depending on the number of repetitions, etc., even for a fixed amount of charging energy.
[0079]
That is, in charging (constant current charging) with a constant current value (Iconst), the voltage VERises with an increase in the charging period, but due to the difference in the internal impedance of the secondary battery, the voltage VEAre different (in the figure, the voltage V when the internal impedance is small)EAre shown as (1), and the characteristics when the internal impedance is large are shown as (2)).
[0080]
This means that the charging of the battery is considered to have been completed only when the predetermined voltage value (first voltage value, HV) is reached, and the energy amount sufficient to complete the charging is charged. I cannot judge it exactly.
[0081]
Then, after the voltage value of the battery reaches the first voltage value HV, if the charging (constant-voltage charging) is further performed while maintaining the first voltage value HV constant, the state where the battery was charged before that time is obtained. Accordingly, the charging current gradually decreases with time.
[0082]
The characteristic of (2) when the internal impedance of the battery is large is that the charging time to reach the voltage value HV is short and the energy charged during the constant current charging mode is smaller than when the internal impedance is small. During the period of the constant voltage charging mode in which the charging is performed with the voltage value set to HV, the charging rate at the end of the constant current charging mode is small. Smaller than ▼.
[0083]
Therefore, in the constant voltage charging mode after the charging in the constant current charging mode, the time during which the charging current value decreases to the predetermined charging current value Im is not significantly different from the difference in the internal impedance of the battery (Tch ▲). Together with 1) and Tch 2), the charging energy amount of the secondary battery, that is, the charging rate can be made substantially constant.
[0084]
The time for controlling the charging of the secondary battery 53 and ending the charging operation is indicated by Tch <1> and Tch <2>. It should be noted that the charging period monitoring means from the start of charging107It is well known that the timer set time Tout set by the timer 206 is set to an appropriate longer time than the end times Tch (1) and Tch (2) of the charging operation.
[0085]
Note that the charging applied voltage HV of the secondary battery 53 maintained in the constant voltage charging mode is a high voltage value based on the charging energy amount, which is substantially sufficient charging in the constant current charging mode. When a voltage value higher than the value HV by a predetermined voltage value, that is, a voltage value higher than the second voltage value HHV is applied to the battery, the secondary battery 53 may be overcharged or short-circuit failure may occur. Risk.
[0086]
FIG. 6 shows a charge application voltage suppression circuit 300 for preventing a high-potential voltage exceeding the second voltage value HHV from being applied to the battery in order to charge the secondary battery 53. Is provided between the output of the power receiving rectifier circuit 60 shown in FIG. 1 and the current monitoring resistor 54, a circuit capable of suppressing a voltage exceeding a predetermined potential.
[0087]
Reference numeral 301 denotes a charge application voltage suppression transistor, and an output voltage corresponding to the gate application voltage is applied to the secondary battery 53 through the current monitoring resistor 54. Reference numeral 305 denotes a Zener diode that generates a constant potential difference between the two terminals when a current flows from the cathode electrode to the anode electrode. The output of the transistor 301 is connected in series with the resistor 304 to reference the cathode electrode terminal voltage. Voltage.
[0088]
Reference numeral 309 denotes a differential amplifier. One input C of the differential amplifier is connected to a connection point where the output voltage of the transistor 301 is connected in series with the resistors 307 and 308, and the other input D is a cathode electrode of the Zener diode 305. It is connected to the intermediate terminal of the variable resistor 306 connected to the terminal.
[0089]
As a result, the differential amplifier 309 outputs a voltage value obtained by multiplying a reference voltage value based on the Zener diode 305 by a preset resistance value dividing ratio of the variable resistor 306 and an output voltage value of the transistor 301 by two resistors. The difference voltage from the voltage value divided by the ratio of the resistance values of 307 and 308 is amplified by the amplification factor A and output.
[0090]
However, since the output terminal of the differential amplifier 309 is connected to the source electrode of the transistor 302 via the resistor 310 and the diode 311, a voltage lower than the source electrode voltage is not applied to the gate electrode of the transistor 302.
[0091]
Since the gate electrode of the transistor 301 is connected to the drain electrode of the transistor 302, the resistance dividing ratio of the variable resistor 306 for applying to the input D of the differential amplifier 309 corresponds to the second voltage value HHV. Is set so as to be equal to the voltage value of the input C of the differential amplifier 309, so that even when the output of the power receiving rectifier circuit 60 is larger than the second voltage value HHV, a high voltage higher than the second voltage value HHV is applied Can be suppressed so as not to be applied.
[0092]
FIG. 7 shows the output voltage of the power receiving rectifier circuit 60 and the gate applied voltage V of the transistor 302.GAnd drain voltage VDThe relationship is shown.
Since the output of the differential amplifier 309 is set to be equal to the voltage value of the other input C when the voltage value of the input D corresponds to the second voltage value HHV, the output of the differential rectifying circuit 60 The difference voltage between the output voltage and the second voltage value HHV is amplified.
[0093]
If the output voltage of the power receiving rectifier circuit 60 is higher than the second voltage value HHV, the output VAMPIs a positive output proportional to the difference voltage, and if smaller than the second voltage value HHV, a negative output is proportional to the difference voltage.
[0094]
However, the output V of the differential amplifier 309AMPIs negative, the output is connected to the negative electrode side of the secondary battery 53 in common with the source electrode of the transistor 302 via the resistor 310 and the diode 311, so that the diode 311 becomes conductive. And the output V of the differential amplifier 309AMPBecomes zero potential.
[0095]
The output V of the differential amplifier 309 is applied to the gate electrode of the transistor 302.AMPIs applied. For this reason, when the output voltage of the power receiving rectifier circuit 60 is smaller than the second voltage value HHV, the transistor 302 is non-conductive, and the potential VDIs substantially equal to the output voltage of the power receiving rectifier circuit 60 via the resistor 303.
[0096]
When the output voltage of the power receiving rectifier circuit 60 is higher than the second voltage value HHV, the transistor 302 conducts. However, the drain current flowing through the resistor 302 through the resistor 303 due to the conduction causes the transistor 302 to conduct. It is proportional to the difference voltage value between the output voltage of the circuit 60 and the second voltage value HHV.
[0097]
Therefore, the potential difference between both ends of the resistor 303 is proportional to the value of the drain current flowing in proportion to the degree of conduction of the transistor 302, and the potential VDIs a potential obtained by subtracting the output voltage of the power receiving rectifier circuit 60 by a potential difference generated between both ends of the resistor 303.
[0098]
When the output voltage of the power receiving rectifier circuit 60 is higher than the second voltage value HHV, the potential VDCan be set to a constant potential.
[0099]
FIG. 8 shows the output voltage of the power receiving rectifier circuit 60 and the source potential of the transistor 301, that is, the charging voltage V applied to the secondary battery 53 for charging.CHThe relationship is shown.
[0100]
The gate electrode of the transistor 301 is connected to the potential V of the drain electrode of the transistor 302.DIs applied, its source potential, that is, the charging voltage VchIndicates that the output voltage of the power receiving rectifier circuit 60 from the low voltage value LV immediately after the start of charging of the secondary battery 53 to the second voltage value HHV is not suppressed and the power receiving rectifier exceeds the second voltage value. The output voltage of the circuit 60 can be controlled so that a charging voltage exceeding at least the second voltage value HHV is not applied to the secondary battery 53.
[0101]
FIG. 9 is an example of an AC voltage generated by the inverter circuit 20.0The period of (for example, 2 seconds) is, for example, 10 KHZIs continuously generated in a burst manner, and the next T1(For example, 0.5 seconds), the generation of the AC voltage is stopped,0And T1Is repeated alternately.
[0102]
Such an AC voltage is applied to the power transmission coil 31 for power transmission outside the body, and is received by the power receiving il 52 inside the body via the skin 70 of the living body and the implantable device case 51, and the AC generated by the received AC electromagnetic field. The voltage is converted to DC by the power receiving rectifier circuit 60 built in the implanted device, and T0The secondary battery 53 is charged during the period.
[0103]
BookEmbodimentAccording to the above, in order to carry out cost charging by intermittently generating an AC electromagnetic field from the outside of the battery implanted in the living body, the implanting device in the living body is issued by a charge start command from the outside of the body. Charging abnormality monitoring detecting means, charging information monitoring means, charging energy control means to activate the charging energy suppressing means and transmit the charging monitoring control information of the internal battery to the outside of the body during the period in which the generation of the AC electromagnetic field for charging is stopped, By performing charging control based on that information, it is possible to accurately detect the occurrence of various abnormalities in implanted devices in the living body related to receiving the AC electromagnetic field for charging, and to use the extracorporeal charger. The charging operation stop request information can be transmitted. As a result, the charging operation of the battery implanted in the living body can be performed safely.
[0104]
Then, it is possible to easily perform the charging control in which the constant current charging is performed based on the voltage of the battery and the voltage is raised to a predetermined voltage and then the constant voltage charging is performed based on the voltage. There is no fear that a difference in charge amount occurs.
[0105]
【The invention's effect】
According to the present inventionBy transmitting a charge stop command from outside the body when the external charger stops charging operation, it is implanted in the living body.WasSince the device can release the charging mode operation and deactivate the means relating to the charging mode operation, the amount of execution processing required for controlling the implanted device can be reduced.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is an overall configuration diagram of an embodiment of a cardiac pacemaker device of the present invention.
FIG. 2 is a block diagram showing a charge control operation of the living body implanted device and the extracorporeal charger according to the embodiment of the present invention.
FIG. 3 is a flowchart showing a charging mode operation according to the embodiment of the present invention.
FIG. 4 is a flowchart showing a charging operation according to the embodiment of the present invention.
FIG. 5 is a diagram showing charging characteristics and a charging method according to the embodiment of the present invention.
FIG. 6 is a circuit diagram of a charging energy suppression circuit according to the embodiment of the present invention.
FIG. 7 is a diagram showing characteristics of the charging energy suppression circuit according to the embodiment of the present invention.
FIG. 8 is a diagram showing characteristics of the charging energy suppression circuit according to the embodiment of the present invention.
FIG. 9 is a diagram illustrating a charging AC electromagnetic field (voltage) according to the embodiment of the present invention.
[Explanation of symbols]
1 extracorporeal charger
50 implanting equipment
53 rechargeable battery
55 Main control circuit
103 Charge abnormality detection means
104 Charge control operation
105 Battery charge information reading operation
106 Charge monitoring information
300 Charge energy suppression circuit

Claims (7)

体外で発生する交流電磁界を経皮受信して充電を行ない、生体内に植え込まれる機器に対して電気エネルギを供給する二次電池を含む生体植え込み機器と、前記交流電磁界を経皮送信して前記生体植え込み機器の二次電池を体外から充電する体外充電器とを有する生体植え込み装置において、A percutaneously receiving and charging an alternating electromagnetic field generated outside the body, and a living body implanting device including a secondary battery for supplying electric energy to a device to be implanted in a living body; And an extracorporeal charger for charging the secondary battery of the biological implantable device from outside the body,
前記生体植え込み機器が、  The living body implantation device,
前記二次電池への充電を受け付ける充電モードと、充電を受け付けない非充電モードとを有し、    It has a charging mode for receiving charging to the secondary battery and a non-charging mode for not receiving charging,
前記体外充電器からの充電開始コマンドを受信して、非充電モードから充電モードに遷移し、    Receiving a charge start command from the extracorporeal charger, transition from the non-charge mode to the charge mode,
前記体外充電器からの充電停止コマンドを受信して、充電モードから非充電モードに遷移し、    Receiving a charge stop command from the extracorporeal charger, transition from the charging mode to the non-charging mode,
前記充電停止コマンドは、前記生体植え込み機器から受信する充電監視情報に基づいて前記体外充電器が充電を停止すると判断して発行される充電停止コマンドを含むことを特徴とする生体植え込み装置。  The living body implanting device, wherein the charge stop command includes a charge stop command that is issued when the extracorporeal charger stops charging based on charge monitoring information received from the living body implanting device.
前記体外充電器による前記充電停止コマンドの発行は、充電異常と判断した充電強制終了と充電正常と判断した充電正常終了とを含むことを特徴とする請求項1記載の生体植え込み装置。2. The living body implanting device according to claim 1, wherein the issuance of the charge stop command by the extracorporeal charger includes forced charging termination determined as abnormal charging and normal charging termination determined as normal charging. 3. 前記充電異常は、前記充電開始コマンドの発行時に計時を始めた充電期間監視タイマのタイムアウトが発生した場合、前記生体植え込み機器から充電停止要求のインバリッド情報を受信した場合、前記生体植え込み機器から受信する二次電池の充電情報の値が指定外となる回数が所定回連続した場合、を含むことを特徴とする請求項2記載の生体植え込み装置。The charging abnormality is received from the living body implanting device when the charging period monitoring timer that started timing at the time of issuing the charging start command has timed out, when the invalid information of the charge stop request is received from the living body implanting device, The living body implanting device according to claim 2, further comprising a case where the number of times that the value of the charging information of the secondary battery becomes out of the specified range is repeated a predetermined number of times. 前記生体植え込み機器は、前記充電開始コマンドの受信時に計時を始めた充電期間監視タイマのタイムアウトが発生した場合に、前記体外充電器からの前記充電停止コマンドを待たずに前記充電モードから非充電モードに変化することを特徴とする請求項1記載の生体植え込み装置。The living body implanted device, when a timeout of the charging period monitoring timer that started timing at the time of receiving the charging start command occurs, without waiting for the charging stop command from the extracorporeal charger, from the charging mode to the non-charging mode. The living body implanting device according to claim 1, wherein: 前記生体植え込み機器は、前記二次電池及び/又は前記二次電池を充電するための前記生体植え込み機器内の充電回路の温度を検出する温度検出手段を有し、前記温度検出手段が温度異常を検出した場合に、前記体外充電器からの前記充電停止コマンドを待たずに前記充電入力を切断することを特徴とする請求項1記載の生体植え込み装置。The living body implanting device has temperature detecting means for detecting a temperature of the secondary battery and / or a charging circuit in the living body implanting device for charging the secondary battery, and the temperature detecting means detects a temperature abnormality. 2. The living body implanting device according to claim 1, wherein, when the charge input is detected, the charge input is cut off without waiting for the charge stop command from the extracorporeal charger. 体外充電器から発生する交流電磁界を経皮受信して充電を行ない、生体内に植え込まれる機器に対して電気エネルギを供給する二次電池を含む生体植え込み機器において、In a living body implanting device including a secondary battery that percutaneously receives and charges an AC electromagnetic field generated from an extracorporeal charger and supplies electric energy to a device implanted in a living body,
前記二次電池への充電を受け付ける充電モードと、充電を受け付けない非充電モードとを有し、  It has a charging mode for receiving charging to the secondary battery and a non-charging mode for not receiving charging,
前記体外充電器からの充電開始コマンドを受信して、非充電モードから充電モードに遷移し、  Receiving a charge start command from the extracorporeal charger, transition from the non-charge mode to the charge mode,
前記体外充電器からの充電停止コマンドを受信して、充電モードから非充電モードに遷移し、  Receiving a charge stop command from the extracorporeal charger, transition from the charging mode to the non-charging mode,
前記充電停止コマンドが、前記体外充電器に送信した充電監視情報に基づいて前記体外充電器が充電を停止すると判断して発行される充電停止コマンドを含むことを特徴とする生体植え込み機器。  The living body implanting device, wherein the charge stop command includes a charge stop command issued upon determining that the extracorporeal charger stops charging based on the charge monitoring information transmitted to the extracorporeal charger.
交流電磁界を経皮送信して生体植え込み機器の二次電池を体外から充電する体外充電器において、An extracorporeal charger that transmits an alternating electromagnetic field transcutaneously and charges the secondary battery of a biological implantable device from outside the body,
充電開始時に充電開始コマンドを前記生体植え込み機器に経皮発行し、  Issue a percutaneous charge start command to the living body implanted device at the start of charging,
前記生体植え込み機器から経皮受信する充電監視情報を監視して、充電を停止すると判断した場合に、充電停止コマンドを前記生体植え込み機器に経皮発行することを特徴とする体外充電器。  An extracorporeal charger characterized by monitoring charge monitoring information received percutaneously from the living body implanting device and issuing a charge stop command transdermally to the living body implanting device when it is determined to stop charging.
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