特許 6181305 埋込可能医療デバイスの通信コイルへのノイズ結合を最小にする誘導構成部品の配向及び配置

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】6181305

(24)【登録日】2017年7月28日

(45)【発行日】2017年8月16日

(54)【発明の名称】埋込可能医療デバイスの通信コイルへのノイズ結合を最小にする誘導構成部品の配向及び配置

(51)【国際特許分類】

   A61N 1/36 20060101AFI20170807BHJP

   A61N 1/362 20060101ALI20170807BHJP

【ＦＩ】

   A61N1/36

   A61N1/362

【請求項の数】14

【全頁数】16

(21)【出願番号】特願2016-528870(P2016-528870)

(86)(22)【出願日】2014年10月29日

(65)【公表番号】特表2016-536070(P2016-536070A)

(43)【公表日】2016年11月24日

(86)【国際出願番号】US2014062920

(87)【国際公開番号】WO2015069519

(87)【国際公開日】20150514

【審査請求日】2016年5月9日

(31)【優先権主張番号】61/902,089

(32)【優先日】2013年11月8日

(33)【優先権主張国】US

(31)【優先権主張番号】14/525,925

(32)【優先日】2014年10月28日

(33)【優先権主張国】US

(73)【特許権者】

【識別番号】507213592

【氏名又は名称】ボストン サイエンティフィック ニューロモデュレイション コーポレイション

(74)【代理人】

【識別番号】100086771

【弁理士】

【氏名又は名称】西島 孝喜

(74)【代理人】

【識別番号】100088694

【弁理士】

【氏名又は名称】弟子丸 健

(74)【代理人】

【識別番号】100094569

【弁理士】

【氏名又は名称】田中 伸一郎

(74)【代理人】

【識別番号】100095898

【弁理士】

【氏名又は名称】松下 満

(74)【代理人】

【識別番号】100130937

【弁理士】

【氏名又は名称】山本 泰史

(72)【発明者】

【氏名】オザワ ロバート ディー

(72)【発明者】

【氏名】モーゼン デイモン

(72)【発明者】

【氏名】ラモント ロバート ジー

【審査官】 松浦 陽

(56)【参考文献】

【文献】 米国特許出願公開第２００８／０１７２１０９（ＵＳ，Ａ１）

【文献】 特開平１０−３１４１３８（ＪＰ，Ａ）

【文献】 米国特許出願公開第２０１０／０２１１１３２（ＵＳ，Ａ１）

【文献】 国際公開第２０１３／１１５１５８（ＷＯ，Ａ１）

【文献】 特表２０１２−５３２５８４（ＪＰ，Ａ）

【文献】 米国特許出願公開第２０１１／０１１２６１２（ＵＳ，Ａ１）

【文献】 国際公開第２０１３／１１９４３９（ＷＯ，Ａ１）

(58)【調査した分野】（Int.Cl.，ＤＢ名）

Ａ６１Ｎ １／００−１／３９

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

埋込可能医療デバイスであって、
第１の平面において直交する最小及び最大寸法を有し、前記第１の平面と垂直な第１の軸の周りに巻回されたコイルと、
第１の電圧から第２の電圧を生成するように構成された昇圧コンバータと、
を備え、
前記昇圧コンバータは、前記第１の平面を構成するか又はこれと平行な第２の平面において第２の軸の周りに巻回されたインダクタを備え、前記第２の軸は前記最大寸法と平行であることを特徴とするデバイス。

【請求項2】

前記コイルは、磁気誘導によって外部デバイスにデータを送信するように、及び／又は該外部デバイスからデータを受信するように構成されている、請求項１に記載のデバイス。

【請求項3】

前記インダクタは前記第２の軸に沿った長さを有する、請求項１に記載のデバイス。

【請求項4】

前記インダクタは前記第２の軸に沿った長さを有していない、請求項１に記載のデバイス。

【請求項5】

前記インダクタは前記第２の軸に直交する寸法を有する、請求項４に記載のデバイス。

【請求項6】

バッテリをさらに備え、
前記第１の電圧は前記バッテリの電圧である、請求項１に記載のデバイス。

【請求項7】

少なくとも１つのレギュレータをさらに備え、
該少なくとも１つのレギュレータは、前記第２の電圧から、前記埋込可能医療デバイスの回路のための少なくとも１つの電源電圧を生成するように構成されている、請求項１に記載のデバイス。

【請求項8】

少なくとも１つの電極において治療電流を生成するように構成された電流発生回路をさらに備え、
前記第２の電圧は、前記電流発生回路のための電源電圧である、請求項１に記載のデバイス。

【請求項9】

回路基板をさらに備え、
前記コイル及び前記インダクタは、前記回路基板の同じ側にある、請求項１に記載のデバイス。

【請求項10】

前記インダクタは前記コイルの面積範囲の内部にある、請求項１に記載のデバイス。

【請求項11】

前記インダクタは前記第２の軸に沿った長さを有し、前記第２の軸は前記コイルの前記最大寸法から等距離にある、請求項１０に記載のデバイス。

【請求項12】

前記インダクタは前記第２の軸に沿った長さを有しておらず、前記インダクタは前記第２の軸に直交する寸法を有し、前記寸法は前記コイルの最大寸法から等距離にある、請求項１０に記載のデバイス。

【請求項13】

前記インダクタは前記第１の軸に配置され、前記コイルの最大寸法から等距離にある、請求項１に記載のデバイス。

【請求項14】

前記インダクタは、前記第２の軸に巻回された終端巻線を有する環状体を備え、
前記終端巻線は前記第２の軸に沿った前記インダクタの長さを定める、請求項１に記載のデバイス。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、埋込可能パルス発生器等の埋込可能医療デバイスにおける無線通信の改善に関する。

【背景技術】

【0002】

埋込可能刺激デバイスは、様々な生物学的疾患を治療するために電気刺激をこれらの体内神経及び組織へ送出するものであり、刺激デバイスには、心不整脈を治療するペースメーカー、心細動を治療する除細動器、難聴を処置する蝸牛刺激器、盲目を処置する網膜刺激器、協働四肢運動を引き起こす筋肉刺激器、慢性疼痛を処置する脊髄刺激器、運動障害及び精神障害を治療する脳皮質及び脳深部刺激器、及び尿失禁、睡眠時無呼吸、肩亜脱臼などを治療する他の神経刺激器が含まれる。以下の説明は、一般に、米国特許第６，５１６，２２７号公報に開示されたような、脊髄刺激（ＳＣＳ）システムのようなシステム内の本発明の使用に着目する。しかしながら、本発明は、あらゆる埋込可能医療デバイス及びあらゆる埋込可能医療デバイスシステムに適用性を見出すことができる。

【0003】

脊髄刺激システムは、一般的に埋込可能パルス発生器（ＩＰＧ）を含み、例えば、２０１３年９月５日出願の米国仮特許出願番号６１／８７４，１９４「内部支持構造体を用いつ埋込可能医療デバイスのための構成」に記載されている。図１にはこの‘１９４出願のＩＰＧ１０が平面図及び断面図で示され、ＩＰＧが機能するために必要な回路２７及びバッテリ３４を保持する生体適合デバイスのケース３０を含む。ＩＰＧ１０は、電極アレイ１２を形成する１又は２以上の電極リード１４を介して電極１６に接続される。電極１６は、各電極１６に接続された個々の信号線２０を収納する可撓性本体１８上に保持される。また、信号線２０は、ＩＰＧ１０のヘッダ２８に固定されたリードコネクタ２４に挿入可能な近位接点２２に接続され、ヘッダは、例えばエポキシ樹脂で構成することができる。近位接点２２は、一旦挿入されると、リードコネクタ２４のヘッダ接点２６に接続し、次に、ヘッダ接点２６は、フィードスルーピン４８（図２）によってケース３０の内部の回路へ接続される。図示の実施形態では、２本のリード１４に分けられたた１６個の電極１６が存在するが、リード及び電極の数は、用途特有なので変えることができる。電極リード１４は、ＳＣＳ用途では、一般的に、患者の脊髄内で硬膜の右側及び左側に埋め込まれる。次に、近位電極２２は、ＩＰＧのケース３０が埋め込まれる遠位の位置まで患者の組織を通り抜け、リードコネクタ２４に接続される。

【0004】

図２は、ケース３０が取り外されたＩＰＧ１０の底面斜視図及び上面斜視図を示し、バッテリ３４、通信コイル４０、及びプリント基板（ＰＣＢ）４２を含む内部の構成部品を見ることができる。‘１９４出願で説明したように、これらの構成部品は、硬質（例えば、プラスチック）支持構造体３８を使用して固定及び一体化される。本例のバッテリ３４は、恒久的な非無線式再充電可能バッテリである。（バッテリ３４は再充電可能とすることもでき、その場合、通信コイル４０又は他の再充電コイルを使用し、無線で充電界磁を受信しかつ整流してバッテリ３４を充電する。）通信コイル４０は、磁気誘導によりＩＰＧ１０と患者の外部デバイス（図３）との間の双方向通信を可能にする。通信コイル４０の端部は、支持構造体３８内に成形されたコイルピン４４に半田付けされ、ＰＣＢ４２上に対する通信コイル４０の最終的な接続を助長する。ＰＣＢ４２は、ＩＰＧ１０の動作に必要な様々な回路２７を統合する。図１の断面図に示すように、通信コイル４０は、ＩＰＧ１０の底面に平面４０ｐで近接するが、ＰＣＢ４２は上面に平面４２ｐで近接する。

【0005】

図３は、磁気誘導リンク９０を介してＩＰＧ１０の通信コイル４０と通信するためのコイル１０８を備えた、外部コントローラ１００を示す。外部コントローラ１００は、手持ち可能で携帯式であることが好ましく、ユーザインタフェース（ディスプレイ、ボタン等）を含み、ユーザは、ＩＰＧ１０が供給している治療電流を調節すること（例えば、付与される刺激を増加又は減少させること、刺激を付与する電極を変更すること）、及びＩＰＧ１０からのステータス情報を評価することが可能になる。

【0006】

従来の脊髄刺激システムでは、データは、周波数偏移変調（ＦＳＫ）プロトコルを使用してリンク９０に沿って双方向に送信され、周波数偏移変調では、ビットのシリアルストリングが中心周波数（例えば、ｆｃ＝１２５ｋＨｚ）の近くの異なる周波数でもって無線で送信される。例えば、ＩＰＧ１０に「０」ビットを送信する場合、外部コントローラ１００（例えば、マイクロコントローラ）の制御回路１０２は、外部コントローラ１００の変調器／送信器回路１０４にそのビットをデジタル方式で供給する。変調器／送信器１０４は、コイル１０８を同調させて、例えば１２１ｋＨｚでビット持続時間（例えば、２５０マイクロ秒）の間で共振させる。この周波数は、リンク９０を介してＩＰＧ１０の通信コイル４０へ送信され、復調器／受信器回路４９は、その周波数ごとに、「０」ビットをデジタル「０」として復号し、これをＩＰＧの制御回路５０（例えば、マイクロコントローラ）に解釈のために報告する。「１」ビットは同様に送信されるが、例えば１２９ｋＨｚである異なる周波数で送信されることになる。ＩＰＧ１０から外部コントローラ１００へのデータの送信は、ＩＰＧ１０の変調器／送信器回路４７及び外部コントローラ１００の復調器／受信器回路１０６を介して同様に行う。

【0007】

外部コントローラ１００とＩＰＧ１０との間の無線通信は、様々な方法で行うことができ、外部コントローラは、２０１３年９月６日出願の米国仮特許出願番号６１／８７４，８６３に記載するように様々に構成することができる。

【0008】

図４Ａは、米国特許公開第２０１３／０３３１９１０号に記載された、ＩＰＧ１０のアーキテクチャを示す。特に強調して示すのは、ＩＰＧ１０の様々な電力供給装置であり、極太線で示される。一次バッテリ３４は主電源電圧Ｖｂａｔを供給し、ここからＩＰＧ１０の他の全ての電源電圧が引き出される。Ｖｂａｔは比較的低く（例えば、約３ボルトであるが、ＩＰＧ１０の耐用年数を通じて使い果たされる）、ＩＰＧ１０の特定の回路はＶｂａｔの供給電圧よりも高い電源電圧を必要とするので、ＩＰＧ１０は昇圧回路を含む。具体的には、以下に詳細に説明するように、ＩＰＧ１０は、第１の昇圧コンバータ５２及び第２の昇圧コンバータ７０を含み、いずれもＶｂａｔを異なる電源電圧、すなわちＶｕｐ及びＶ＋に電圧変換するためにＤＣ−ＤＣコンバータを備える。

【0009】

第１の昇圧コンバータ５２は電源Ｖｕｐを発生し、電源Ｖｕｐは、アナログ回路６２、デジタル回路６４（マイクロコントローラ５０を含む）、及びメモリ６０を含むＩＰＧ１０の大部分の回路のための電源を構成する。Ｖｕｐは、これらの回路の各々に専用の別個の電源電圧Ｖａ、Ｖｄ、及びＶｆを得るために調整することができる（レギュレータ５４、５６及び５８毎に）。一例では、Ｖｕｐは、約３．２ボルトに等しいものとすることができ、低ドロップアウトレギュレータ５４、５６、５８は、約２．８ボルトの電源Ｖａ、Ｖｄ、及びＶｆを生成する。アナログ回路６２、デジタル回路６４、及びメモリ６４の詳細は、前記‘５１０出願に記載されており本明細書では詳細に説明しない。Ｖｕｐは、これを基準電圧Ｖｒｅｆと比較する監視及び調整ブロック５３で監視され、Ｖｕｐが低すぎるか否かを判定するようになっている。以下に説明するように、Ｖｕｐが低すぎる場合、このブロック５３は、制御信号ｂｏｏｓｔ１によって第１の昇圧コンバータ５３に作動するように指示する。

【0010】

第２の昇圧コンバータ７０は、１又は２以上の電極１６での治療電流パルス（Ｉｏｕｔ）を生成する電流発生回路７４への給電のための、コンプライアンス電圧Ｖ＋と呼ばれる異なる電源電圧を発生するために使用される。図４Ａでは、この電流発生回路は、デジタル制御信号（ＣＮＴＲ）に応じて所定の振幅、周波数、及び持続時間の電流パルスを供給する、１又は２以上のデジタルアナログ変換器（ＤＡＣ７４）を備える。所定の電流パルスは、前提とする患者に対して適宜、又は患者ごとに異なる場合があるので、Ｖ＋は一定ではなく、代わりに所定の電流パルスを供給するのに過度に低くなく、しかもバッテリ３４の電力を無駄にするほど過度に高くない、最適なレベルに設定される。具体的には、Ｖ＋監視及び調整回路７６は、デジタルアナログ変換器７４の両端の電圧降下を監視し、これを用いて第２の昇圧コンバータ７０を制御して、制御信号ｂｏｏｓｔ２に応じた適切な大きさの電源電圧Ｖ＋を発生するようになっている。同様に、コンプライアンス電圧の発生に関する詳細内容は、前記‘５１０出願に記載されている。

【0011】

第１の昇圧コンバータ５２（Ｖｕｐを生成する）及び第２の昇圧コンバータ７０（Ｖ＋を生成する）の両者は基本回路が同じであり、図４Ｂに示す公知のインダクタベースの昇圧コンバータを備えることができる。パルス幅変調器８０は、制御信号ｂｏｏｓｔｌ又はｂｏｏｓｔ２によって有効にされると、トランジスタ８４のゲートに送られるクロック信号（ＣＬＫ）のパルス幅（ＰＷ）を変調する。トランジスタ８４がオンの場合、電流（Ｉ）はインダクタ８２を通過する。トランジスタ８４がオフの場合、インダクタ８２の電流は、ダイオード８６を通ってコンデンサ８８に放電され、コンデンサのトッププレートは、第１の昇圧コンバータ５２ではＶｕｐを成し、第２の昇圧コンバータ７０ではコンプライアンス電圧Ｖ＋を成す。コンデンサ８８がすでにバッテリ電圧Ｖｂａｔに充電されるので、インダクタ８２からの追加電荷は、Ｖｕｐ又はＶ＋を電圧Ｖｂａｔよりも高い値に昇圧させるが、ダイオード８６は、この過剰電荷が回路へ逆向きに逃げるのを防止する。コンデンサ８８は、電荷を蓄積することに加えて、さらにＶｕｐ及びＶ＋をフィルタ処理して安定化させる。従って、トランジスタ８４のゲートがオンとオフの間で周期的に振動する際に、Ｖｕｐ又はＶ＋は、ゲートパルス列のデューティサイクルで決まる比率で昇圧し続ける。制御信号ｂｏｏｓｔ１又はｂｏｏｓｔ２が無効にされると、トランジスタ８４のゲートでの振動が停止し、これにより各電源が接続された回路によって電荷が消費されるのでＶｕｐ又はＶ＋が降下する。もちろん、第１及び第２の昇圧コンバータ５２及び７０で使用される電気回路値の詳細は、これらの異なる機能及びこれらが生成する必要がある電圧に応じて異なるはずである。制御信号ｂｏｏｓｔｌ及びｂｏｏｓｔ２は、デジタル方式又はアナログ方式とすることができ、所望の電源電圧を生成するために昇圧コンバータがどの程度作動する必要があるかを示す、デジタル値又はアナログ値を含むことができる。

【0012】

昇圧コンバータにはＩＰＧで動作可能なテレメトリ回路を妨害するおそれがあることが公知である。コンプライアンス電圧Ｖ＋を生成する第２の昇圧コンバータ７０を考慮してこの問題を考察する、米国特許公開第２０１０／０２１１１３２号公報を参照されたい。その理由は、昇圧コンバータは、動作時にインダクタ８２を流れる電流Ｉによって磁界８５を生成し、この磁界８５は、ＩＰＧの通信コイル４０に結合するからである。通信コイル４０が高品質係数及び良好な帯域外ノイズ除去性能を有していても、インダクタ８２が生成する磁界８５は、依然として通信コイルのほぼ帯域内にある（例えば、１００ｋＨｚから１５０ｋＨｚ）周波数成分を有する可能性がある。さらに、磁界８５に存在する周波数成分は、どんなときでも昇圧コンバータが生成する電源電圧に依存するので、制御が困難な場合がある。インダクタ８２による干渉が激しい場合、テレメトリは信頼できない可能性がある。通信コイル４０で受信したテレメトリ信号の大きさが非常に小さい場合に、通信コイル４０によるデータ受信時のインダクタ８２による干渉が特に問題となる。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0013】

【特許文献1】米国仮特許出願第６１／８７４，１９４号

【特許文献2】米国特許公開第２０１３／０３３１９１０号明細書

【特許文献3】米国特許公開第２０１０／０２１１１３２号明細書

【図面の簡単な説明】

【0014】

【図1】従来技術による、埋込可能パルス発生器（ＩＰＧ）を示す。

【図2】従来技術による、ケースを取り外した状態のＩＰＧを示す。

【図3】従来技術による、外部コントローラと通信するＩＰＧ、及び各々に含まれる電気回路を示す。

【図4A】ＩＰＧの電源アーキテクチャを示す。

【図4B】より高い電源電圧を発生させるために使用される昇圧コンバータ回路を示し、ＩＰＧの通信コイルと干渉する場合があるインダクタを含む。

【図5A】本発明の態様による、ＩＰＧの通信コイル内の昇圧コンバータのインダクタの好適な配向及び配置を示す。

【図5B】本発明の態様による、ＩＰＧの通信コイル内の昇圧コンバータのインダクタの好適ではない配向及び配置を示す。

【図5C】好ましい配向及び配置を示す断面図である。

【図6A】図５Ａの配向に関連する長さを有する、昇圧コンバータに使用可能なインダクタのデザインを示す。

【図6B】図５Ｂの配向に関連する長さを有する、昇圧コンバータに使用可能なインダクタのデザインを示す。

【図7A】従来技術による、ＩＰＧのコイルと外部コントローラのコイルとの間の誘導結合を示す。

【図7B】従来技術による、ＩＰＧのコイルと外部コントローラのコイルとの間の誘導結合を示す。

【図8A】開示された技術を１つの形状の通信コイルに適用した図である。

【図8B】開示された技術を別の形状の通信コイルに適用した図である。

【図9A】開示された技術を軸に沿って長さを有していないインダクタに適用した図である。

【図9B】開示された技術を軸に沿って長さを有していないインダクタに適用した図である。

【発明を実施するための形態】

【0015】

ＩＰＧ１０のデザインは、特に、通信コイル４０と、昇圧コンバータ５２又は７０のいずれかのインダクタ８２との間の結合に関する。図２に示すように、ケース３０の内部のバッテリ３４のサイズに起因して、ＰＣＢ４２及び通信コイル４０は、バッテリ３４とヘッダ２８との間のケース３０内の比較的小さな容積Ｖに追いやられる。通信コイル４０及びＰＣＢ４２の両者は、この容積Ｖ内で可能な限り大きくして、通信コイル４０の面積を増大させて（これにより外部との通信が改善する）、ＩＰＧ電子機器のためのＰＣＢ４２の面積を最大にすることが好ましい。

【0016】

その結果、図５Ａを参照すると、通信コイル４０は、前述のような異なる平行な面４０ｐ及び４２ｐではあるが、ＰＣＢ４２の周辺の周りに実施される。昇圧コンバータ５２又は７０のインダクタ８２はＰＣＢ４２に取り付けられることになるので、インダクタ８２は、このインダクタ８２が存在する平面８２ｐ（図５Ｃ）に投影された通信コイル４０の面積範囲Ａ（図５Ａ）の内部にある。インダクタ８２は、通信コイル４０の面積範囲Ａの内部にあるので、通信コイル４０の外側に配置される場合に比較して、通信コイル４０に近接するので、干渉する可能性が高い。詳細には、ＩＰＧ１０の通信コイル４０は、直交する最小寸法Ｘ及び最大寸法Ｙを有するので、インダクタ８２は、少なくとも若干、最大寸法Ｙに近接する必要がある。図示のように、通信コイル４０の面積範囲Ａ、並びに寸法Ｘ及びＹは、コイルの中心円周４０ｃに対して決定されるが、コイルの内周又は外周に対して決定することもできる。

【0017】

本発明者は、特に、インダクタ８２の長さがＬの場合、通信コイル４０に対する昇圧コンバータのインダクタ８２の配向及び配置が、ＩＰＧ１０のインダクタ８２の通信コイル４０との干渉に影響を及ぼすことに気付いている。図６Ａ及び図６Ｂは、昇圧コンバータ５２又は７０で使用可能なインダクタ８２に関する異なる構成を示す。図６Ａは、らせん状インダクタ８２Ａを示し、インダクタ８２Ａの平面８２ｐ（図５Ｃ）において軸８２Ａａの周りに巻回される。図６Ｂのインダクタ８２Ｂは、例えば、村田製作所で製造された８３００シリーズのパワーインダクタ、又はＣｏｏｐｅｒ Ｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｉｅｓで製造されたＭｉｃｒｏ−Ｐａｃ Ｐｌｕｓのパワーインダクタを示す。このインダクタのデザインでは、インダクタンスは、主としてインダクタ８２Ｂのパッケージ９４の内部のトロイド巻線９２によって規定される。しかしながら、端部９６ａ及び９６ｂは、同様に平面８２ｐの軸８２Ｂａの周りに巻回されて終端する。何れの場合も、軸８２ａの周りの巻線がインダクタ８２の長さＬを定める（インダクタ８２Ａ及び８２Ｂの巻線の直径を構成し得る寸法Ｚも示されるが、この寸法Ｚは、差し当たりは無視する。寸法Ｚは図９Ａ及び図９Ｂに関連して以下に説明する）。

【0018】

また、図６Ａ及び図６Ｂには、昇圧コンバータが作動する場合に、インダクタ８２Ａ及び８２Ｂから発生する磁束線が点線で示されている。最大の磁界強度８２ｍａｘと見なすことができ、これは当業者であれば理解できるように、磁束密度が最大となる位置にある。図６Ａのインダクタ８２Ａに関して、最大磁界強度８２Ａｍａｘは、インダクタ８２Ａの内側の軸８２Ａａに沿うラインに発生する。同様に、図６Ｂのインダクタ８２Ｂに関して、最大の磁場強度８２Ｂｍａｘは、終端巻線９６ａ及び９６ｂの軸８２Ｂａに沿って発生するが、２つの別々のラインで発生する（実際には、最大磁界強度８２Ｂｍａｘは、同様にトロイド９２を通って円形形状に進むが、磁場は、トロイドの内部に閉じ込められて外部に延在しないので無視できる）。また、磁界強度は、比較的強く（最大ではないが）、軸８２ａに沿ってインダクタ８２の長さＬの端部から延び、ここでは磁束密度は依然として比較的高い。

【0019】

本発明者は、図６Ａ及び図６Ｂに示すようなインダクタ８２は、その配向に応じて、すなわち、その長さＬ又は軸８２ａが、通信コイル４０の最小Ｘ及び最大Ｙ寸法と平行であるか又は直交するかに応じて、通信コイル４０と干渉することを見出した。詳細には、本発明者は、Ｖｕｐの生成に使用する第１の昇圧コンバータ５２のインダクタ８２が特に問題となることを見出したが、前述の‘１３２公開公報に説明されるように、Ｖ＋の生成に使用する第２昇圧コンバータ７０のインダクタ８２も依然として考慮する。

【0020】

図５Ａには、通信コイル４０に対するインダクタ８２の好適で干渉が最小限の配向が示され、インダクタの長さＬ（軸８２ａ）は、最大寸法Ｙと平行でありかつ最小寸法Ｘに直交する。対照的に、インダクタの長さＬ（軸８２ａ）が最大寸法Ｙに垂直でありかつ最小寸法Ｘと平行である図５Ｂのインダクタ８２の配向は、通信コイル４０により多くのノイズを引き起こす。簡略化のため、昇圧コンバータ５２又は７０のうちの一方の１つのインダクタ８２を示しているが、好ましくは、開示された好適な配向及び配置は両方のインダクタ８２に適用される。

【0021】

昇圧コンバータのインダクタ８２の配向は、通信コイル４０に付与されるノイズに関して著しく異なる必要があることは自明ではなく、その理由は、通信コイル４０とのデータ通信を助けると理解されている従来の理解では、インダクタ８２は、概して通信コイル４０と良好に結合しないからである。公知のように、ＩＰＧ１０の通信コイル４０と外部コントローラ１００のコイル１０８との間の良好な誘導結合は（図３）、図７Ａに示すように、これらのコイルが巻回された軸４０ａと１０８ａとが平行である場合に生じる（好ましくは、同一直線上にある）。２０１３年１０月４日出願の米国特許出願番号６１／８８７，２３７を参照されたい。結合は、これらの軸４０ａと１０８ａとの間の角度θが大きくなる従って低減し（図７Ｂ）、軸４０ａと１０８ａとが直交する場合に最小となる。インダクタ８２の軸８２ａと通信コイル４０の軸４０ａとが直交するので、インダクタ８２からのノイズ結合が有意になることはないので、通信コイル４０に対するインダクタ８２の配向又は配置が問題になることはない。

【0022】

それにも関わらず、図５Ａに示すインダクタ８２と通信コイル４０との間の結合の低減は、前述した理由によりこの結合が有意でないと見なされる場合でも、インダクタ８２及び通信コイル４０からの磁束のオーバーラップの最小化に起因する。インダクタ８２が図５Ａの配向である場合、インダクタ８２の長さＬの端部と通信コイル４０との間の距離Ｄ１は、図５Ｂの配向での距離Ｄ２よりも大きく、これらの距離は、インダクタ８２を通信コイル４０の各最大寸法Ｙから等距離に配置して測定したものである。さらに、インダクタ８２の磁場の強度は、その軸８２ａに沿って最も強いので、図５Ｂの短い距離Ｄ２がはるかに問題となる。インダクタ８２と通信コイル４０とが同じ平面にない場合（ＩＰＧ１０の場合のように）、距離Ｄ１及びＤ２は、図５Ａ及び図５Ｂに示すように平面的とならないことに留意されたい。（同様に、インダクタ８２の寸法Ｚ（図６Ａ及び図６Ｂ）は、通信コイル４０の最小寸法Ｘよりも非常に小さいと想定するが、このことは実際の実施において常に当てはまるものではない）。この距離Ｄ１及びＤ２は、通信コイル４０の中心円周以外に関して決定することもできる。

【0023】

図５Ａは、インダクタ８２の最適な配向を示すだけでなく、追加的に、通信コイル４０の面積範囲Ａでのインダクタ８２の最適な配置を示し、インダクタ８２は通信コイルの軸４０ａに配置される。この配置により、インダクタ８２の長さＬの両端部は、通信コイル４０の最大寸法Ｙ及び最小寸法Ｙの両方から等距離となる。本発明者は、この配置は、前述のように通信コイル４０との干渉を引き起こす傾向がある第１の昇圧コンバータ５２のインダクタにとってより重要であると考えている。

【0024】

このインダクタ８２の最適配置は、ＰＣＢ４２上に存在する他の回路によっては不可能な場合があり、必須ではない。他の実施例では、最適に配向されたインダクタ８２は、通信コイル４０の面積範囲Ａの内部の領域Ｒの内部に配置することができ、この領域Ｒは、Ｙ寸法に対する閾値距離（Ｄｙ）及びＸ寸法に対する閾値距離（Ｄｘ）によって限定することができる。好ましい実施形態では、ＤｘはＤｙよりも大きく、比較的強い磁界が、インダクタ８２の長さＬの端部から軸８２ａに沿って放射され、結果的にこの軸８２ａに沿った通信コイル４０に対する大きな距離が好ましいことが認められる。

【0025】

領域Ｒ（並びに距離Ｄｘ及びＤｙ）は、図５Ａ及び５Ｂのインダクタ８２の配向及び配置を参照して決めることができる。例えば、Ｒは境界として定めることができ、この境界では、インダクタ８２と通信コイル４０との間の結合は、図５Ａの配向及び配置に比べて一定量（例えば、５０％）だけ増大し、又は結合は、図５Ｂの配向及び配置に比べて一定量（例えば、５０％）だけ減少する。好ましい配置領域Ｒの境界を設定するために、他の測定基準又は閾値を利用することもできる。また、領域Ｒは、１次元に限定することができる。例えば、１つの実施例では、Ｄｙ＝Ｄ１であり、最適に配向されたインダクタ８２の配置を、コイル４０の長いＹ部分と平行でかつこれらから等距離にある軸Ｒ’に沿って有効に規制する。このような配置は、昇圧コンバータ５２のインダクタ８２及びＩＰＧ１０の第２の昇圧コンバータ７０に対して好適であり、重要度の高い第１の昇圧コンバータ５２のインダクタは、コイル４０の軸４０ａに又は軸Ｒ’の近くに配置され、重要度が低い第２の昇圧コンバータ７０のインダクタ８２は、同様に軸Ｒ’に沿って配置されるが、コイル４０の短い部分Ｘの近くに配置される。

【0026】

前記で触れたように、通信コイル４０に対する昇圧コンバータのインダクタ８２の好適な配向及び配置は、インダクタ８２が通信コイル４０と同じ平面４０ｐにあること、すなわち、インダクタ８２の軸８２ａが通信コイル４０の平面４０ｐにあることを必要としない。代わりに、ＩＰＧ１０に関して図５Ｃに示すように、インダクタ８２の軸８２ａは、通信コイル４０の平面４０ｐと平行な異なる平面８２ｐに配置することができる。インダクタ８２及び通信コイル４０の両者は、ＩＰＧ１０のＰＣＢ４２の同じ側に近接するが、これは必須ではなく、例えば、インダクタ８２は、他の回路２７の一部としてＰＣＢ４２の反対側に近接することができる。また、昇圧コンバータ５２及び７０内のインダクタ８２は、ＰＣＢ４２の異なる側に現われることができ、一方は図５Ｃに示すように配置され、他方は回路２７の一部を構成する。ＩＰＧの他の実施例では、インダクタ８２及び通信コイル４０の１又は２以上は、同一平面内に存在することができる。例えば、インダクタ８２及び通信コイル４０の１又は２以上は、両方ともＰＣＢ４２の同じ側に固定して、インダクタ８２をコイル４０の巻線の内側にすることができる。

【0027】

昇圧コンバータのインダクタ８２の好適な配向及び配置は、直交する最大及び最小寸法Ｘ及びＹが容易に認識できない通信コイル４０と一緒に使用することができる。例えば、図８Ａには、米国特許公開第２０１１／０１１２６１０号に開示されるような、略半円形に成形された通信コイル４０を備えるＩＰＧ１０’が示される。通信コイル４０の形状は矩形ではないが、直交する最小及び最大寸法Ｘ及びＹは、点線で示すように通信コイル４０を矩形で境界付けすることで（全周に沿って）同様に特定することができる。１つの実施例では、インダクタ８２の好適な配向は、本開示による教示を用いて、インダクタ８２の軸８２ａを最大寸法Ｙと平行かつ通信コイル４０（Ｄ１）に対して等間隔に配向することによって常にもたらされる。インダクタ８２のこの配置は、図５Ａの配向及び配置に類似した最小寸法Ｘの最大範囲で生じることが好ましい。図８Ｂには、楕円形状の通信コイル４０に対する同じ原理が示され、この場合でもインダクタ８２の好適な配向及び配置が示される。前述したように、図８Ａ及び図８Ｂに示したインダクタ８２の配向及び配置に対する他の変形例を実施することができる。

【0028】

開示された技術の実施例は、図６Ａ及び図６Ｂに示すインダクタ８２とは異なる形状のインダクタに適用することもできる。例えば、図９Ａの断面図において、インダクタ８２Ｃは、軸８２Ｃａの周りに巻回されかつ本質的に単一の平面８２Ｃｐに巻回された平らなコイル（通信コイル４０に類似する）を備えるように示される。このインダクタ８２Ｃは、軸８２Ｃａに沿った長さＬを有していないが（巻線の厚さは無視）、各巻線の間の軸８２Ｃａに垂直な寸法Ｚを有する（寸法Ｚは、前記で触れたようにインダクタ８２Ｃの直径を構成することができる）。

【0029】

この寸法Ｚにも関わらず、インダクタ８２Ｃの好適な配向は、図９Ｂに示すように、インダクタの軸８２Ｃａが依然として最大寸法Ｙと平行である配向とすることができる。図９Ａの磁束線で示すように、このことは同様にインダクタ８２Ｃの磁界強度の理解の結果である。インダクタ８２Ｃの磁界強度は、中心で最も強いが（８２Ｃｍａｘ）、軸８２Ｃａに沿っても比較的強く、インダクタ８２Ｃの中心から同じ距離にある巻線の周りの磁界よりも強くすることができる。このため、インダクタ８２Ｃを図９Ｂに示す配向にすることは、インダクタの巻線と通信コイル４０との間の距離Ｄ３を最大にしない場合でも好適とすることができる。領域Ｒは、この配向に関してインダクタ８２Ｃを周りに配置でき、同時に依然として通信コイル４０に対する低い結合を適切にもたらし、前述の説明と矛盾しないことが分かる。

【0030】

通信コイル４０との干渉を低減することに焦点を当てたが、昇圧コンバータのインダクタ８２の配向及び配置に関する開示された教示は、インダクタ８２と、ＩＰＧの他のコイル又はインダクタとの、例えば、図８Ａに示され外部の充電器から無線で電力を受信するために用いる充電コイル４１との干渉を防止するのを助けることに留意されたい。同様に、開示された教示は、ＩＰＧにおけるインダクタ、コイル、又は巻回された終端を備えた他の構成部品（昇圧コンバータに関連しない）を、通信コイル４０との干渉を防止する方法でもって配向及び配置するために用いることもできる。
以下に本発明の実施形態を記載する。
（実施形態１）埋込可能医療デバイスであって、
第１の平面において直交する最小及び最大寸法を有し、第１の軸の周りに巻回されたコイルと、
第１の電圧から第２の電圧を生成するように構成された昇圧コンバータと、を備え、
前記昇圧コンバータは、前記第１の平面を構成するか又はこれと平行な第２の平面において第２の軸の周りに巻回されたインダクタを備え、前記第２の軸は前記最大寸法と平行であることを特徴とするデバイス。
（実施形態２）前記コイルは、磁気誘導によって外部デバイスにデータを送信するように、及び／又は該外部デバイスからデータを受信するように構成されている、実施形態１に記載のデバイス。
（実施形態３）前記インダクタは前記第２の軸に沿った長さを有する、実施形態１に記載のデバイス。
（実施形態４）前記インダクタは前記第２の軸に沿った長さを有していない、実施形態１に記載のデバイス。
（実施形態５）前記インダクタは前記第２の軸に直交する寸法を有する、実施形態４に記載のデバイス。
（実施形態６）バッテリをさらに備え、前記第１の電圧は前記バッテリの電圧である、実施形態１に記載のデバイス。
（実施形態７）少なくとも１つのレギュレータをさらに備え、
該少なくとも１つのレギュレータは、前記第２の電圧から、前記埋込可能医療デバイスの回路のための少なくとも１つの電源電圧を生成するように構成されている、実施形態１に記載のデバイス。
（実施形態８）前記少なくとも１つの電源電圧は、前記埋込可能医療デバイスの１又は２以上のデジタル又はアナログ回路に給電される、実施形態７に記載のデバイス。
（実施形態９）少なくとも１つの電極において治療電流を生成するように構成された電流発生回路をさらに備え、前記第２の電圧は、前記電流発生回路のための電源電圧である、実施形態１に記載のデバイス。
（実施形態１０）前記昇圧コンバータは、前記電流発生回路の両端の電圧降下を受け、前記昇圧コンバータは、前記電圧降下に応じて前記電流発生回路のための前記電源電圧を生成するように構成されている、実施形態９のデバイス。
（実施形態１１）回路基板をさらに備え、前記コイル及び前記インダクタは、前記回路基板の同じ側にある、実施形態１に記載のデバイス。
（実施形態１２）前記コイルは矩形である、実施形態１に記載のデバイス。
（実施形態１３）前記インダクタは前記コイルの面積範囲の内部にある、実施形態１に記載のデバイス。
（実施形態１４）前記インダクタは前記第２の軸に沿った長さを有し、前記第２の軸は前記コイルの前記最大寸法から等距離にある、実施形態１３に記載のデバイス。
（実施形態１５）前記インダクタは前記第２の軸に沿った長さを有しておらず、前記インダクタは前記第２の軸に直交する寸法を有し、前記寸法は前記コイルの最大寸法から等距離にある、実施形態１３に記載のデバイス。
（実施形態１６）前記インダクタは前記第１の軸に配置され、前記コイルの最大寸法から等距離にある、実施形態１に記載のデバイス。
（実施形態１７）前記インダクタは、前記第２の軸に巻回された終端巻線を有する環状体を備え、前記終端巻線は前記第２の軸に沿った前記インダクタの長さを定める、実施形態１に記載のデバイス。
（実施形態１８）前記直交する最小及び最大寸法は、前記コイルを矩形に境界付けすることで特定される、実施形態１に記載のデバイス。
（実施形態１９）埋込可能医療デバイスであって、
第１の平面において直交する最小及び最大寸法を有し、第１の軸の周りに巻回された通信コイルと、
前記第１の平面を構成するか又はこれと平行な第２の平面の第２の軸の周りに巻回されたインダクタと、を備え、
前記インダクタは、前記通信コイルの面積範囲の内部にあり、前記第２の軸は前記最大寸法と平行であることを特徴とするデバイス。
（実施形態２０）前記通信コイルは、磁気誘導によって外部デバイスにデータを送信するように、及び／又は該外部デバイスからデータを受信するように構成されている、実施形態１９に記載のデバイス。
（実施形態２１）前記インダクタは前記第２の軸に沿った長さを有する、実施形態１９に記載のデバイス。
（実施形態２２）前記インダクタは前記第２の軸に沿った長さを有していない、実施形態１９に記載のデバイス。
（実施形態２３）前記インダクタは前記第２の軸に直交する寸法を有する、実施形態２２に記載のデバイス。
（実施形態２４）第１の電圧から第２の電圧を生成するように構成された昇圧コンバータをさらに備え、前記インダクタは、前記昇圧コンバータの構成部品を備える、実施形態１９に記載のデバイス。
（実施形態２５）バッテリをさらに備え、前記第１の電圧は前記バッテリの電圧である、実施形態２４に記載のデバイス。
（実施形態２６）少なくとも１つのレギュレータをさらに備え、
該少なくとも１つのレギュレータは、前記第２の電圧から、前記埋込可能医療デバイスの回路のための少なくとも１つの電源電圧を生成するように構成されている、実施形態２５に記載のデバイス。
（実施形態２７）少なくとも１つの電極において治療電流を生成するように構成された電流発生回路をさらに備え、前記第２の電圧は、前記電流発生回路のための電源電圧である、実施形態２４に記載のデバイス。
（実施形態２８）回路基板をさらに備え、前記通信コイル及び前記インダクタは、前記回路基板の同じ側にある、実施形態１９に記載のデバイス。
（実施形態２９）前記通信コイルは矩形である、実施形態１９に記載のデバイス。
（実施形態３０）前記インダクタは前記第２の軸に沿った長さを有し、前記第２の軸は前記通信コイルの前記最大寸法から等距離にある、実施形態１９に記載のデバイス。
（実施形態３１）前記インダクタは前記第２の軸に沿った長さを有しておらず、前記インダクタは前記第２の軸に直交する寸法を有し、前記寸法は前記通信コイルの最大寸法から等距離にある、実施形態１９に記載のデバイス。
（実施形態３２）前記インダクタは前記第１軸に配置され、前記通信コイルの最大寸法から等距離にある、実施形態１９に記載のデバイス。
（実施形態３３）前記インダクタは、前記第２の軸に巻回された終端巻線を有する環状体を備え、前記終端巻線は前記第２の軸に沿った前記インダクタの長さを定める、実施形態１９に記載のデバイス。
（実施形態３４）前記直交する最小及び最大寸法は、前記通信コイルを矩形に境界付けすることで特定される、実施形態１９に記載のデバイス。

【符号の説明】

【0031】

１０’ ＩＰＧ
２８ ヘッダ
３４バッテリ
４０ 通信コイル
４１ 充電コイル
４２ ＰＣＢ
５２、７０ 昇圧コンバータ
８２ インダクタ
８２ａ 軸
Ｘ 最小寸法
Ｙ 最大寸法
Ｄ１、Ｄ２ 距離
Ｌ 長さ

【図1】

【図2】

【図3】

【図4A】

【図4B】

【図5A】

【図5B】

【図5C】

【図6A】

【図6B】

【図7A】

【図7B】

【図8A】

【図8B】

【図9A】

【図9B】