特表 2023-517077 心室補助装置に無線電力伝送するシステム及び方法

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】公表特許公報(A)

(11)【公表番号】

(43)【公表日】2023-04-21

(54)【発明の名称】心室補助装置に無線電力伝送するシステム及び方法

(51)【国際特許分類】

   A61M 60/875 20210101AFI20230414BHJP

   A61M 60/183 20210101ALI20230414BHJP

   A61M 60/876 20210101ALI20230414BHJP

   A61M 60/878 20210101ALI20230414BHJP

【ＦＩ】

A61M60/875

A61M60/183

A61M60/876

A61M60/878

【審査請求】未請求

【予備審査請求】未請求

(21)【出願番号】P 2022554293

(86)(22)【出願日】2021-03-10

(85)【翻訳文提出日】2022-10-03

(86)【国際出願番号】 US2021021628

(87)【国際公開番号】W WO2021183599

(87)【国際公開日】2021-09-16

(31)【優先権主張番号】62/987,468

(32)【優先日】2020-03-10

(33)【優先権主張国・地域又は機関】US

(81)【指定国・地域】

(71)【出願人】

【識別番号】517073591

【氏名又は名称】ティーシー１ エルエルシー

(74)【代理人】

【識別番号】110001379

【氏名又は名称】弁理士法人大島特許事務所

(72)【発明者】

【氏名】ハンセン、ジョン フレディ

(72)【発明者】

【氏名】リー、エリック

【テーマコード（参考）】

4C077

【Ｆターム（参考）】

4C077AA04

4C077DD01

4C077EE01

4C077JJ09

4C077JJ15

4C077KK27

(57)【要約】

本開示は、無線電力伝送システムに関する。本開示の無線電力伝送システムは、外部送信共振器と、植込み型受信共振器とを備える。外部送信共振器は、電力を無線送信するように構成される。植込み型受信共振器は、外部送信共振器から無線送信された電力を受信し、受信した電力を使用して対象に植え込まれた心室補助装置（ＶＡＤ）に電力を供給するように構成される。外部送信共振器は、（ｉ）１つ以上のリッツ線のループ、及び（ｉｉ）複数の積層板のうちの一方を含み、植込み型受信共振器は、（ｉ）１つ以上のリッツ線のループ、及び（ｉｉ）複数の積層板のうちの他方を含む。
【選択図】図２Ａ

【特許請求の範囲】

【請求項1】

無線電力伝送システムであって、
電力を無線送信するように構成された外部送信共振器と、
前記外部送信共振器から無線送信された電力を受信し、受信した電力を使用して対象に植え込まれた心室補助装置（ＶＡＤ）に電力を供給するように構成された植込み型受信共振器と、を備え、
前記外部送信共振器は、（ｉ）１つ以上のリッツ線のループ、及び（ｉｉ）複数の積層板のうちの一方を含み、
前記植込み型受信共振器は、（ｉ）前記１つ以上のリッツ線のループ、及び（ｉｉ）前記複数の積層板のうちの他方を含む、無線電力伝送システム。

【請求項2】

請求項１に記載の無線電力伝送システムであって、
前記外部送信共振器は、前記１つ以上のリッツ線のループを含み、
前記１つ以上のリッツ線のループは、前記対象の上半身に巻き付けるように構成される、無線電力伝送システム。

【請求項3】

請求項２に記載の無線電力伝送システムであって、
前記外部送信共振器は、前記対象の肩から臀部にかけて、前記対象の上半身に斜めに巻き付けるように構成される、無線電力伝送システム。

【請求項4】

請求項１に記載の無線電力伝送システムであって、
前記外部送信共振器と一体に形成されたハブをさらに備え、
前記ハブは、電源から提供される第１の電力を前記外部送信共振器が受け取る第２の電力に変換するように構成された電力変換器を含む、無線電力伝送システム。

【請求項5】

請求項１に記載の無線電力伝送システムであって、
前記植込み型受信共振器は、前記対象の胸腔内に植え込まれるように構成される、無線電力伝送システム。

【請求項6】

請求項５に記載の無線電力伝送システムであって、
前記植込み型受信共振器は、前記心室補助装置（ＶＡＤ）のポンプに近接して配置される、無線電力伝送システム。

【請求項7】

請求項１に記載の無線電力伝送システムであって、
前記植込み型受信共振器は、前記対象の肺の下側かつ前記対象の横隔膜の上側に植え込まれるように構成される、無線電力伝送システム。

【請求項8】

請求項１に記載の無線電力伝送システムであって、
前記心室補助装置（ＶＡＤ）に電気的に接続される植込み型電池モジュールをさらに含む、無線電力伝送システム。

【請求項9】

請求項８に記載の無線電力伝送システムであって、
前記植込み型電池モジュールは、前記植込み型受信共振器と前記心室補助装置（ＶＡＤ）との間に電気的に接続され、
前記植込み型受信共振器は、前記植込み型電池モジュールを充電することによって前記心室補助装置（ＶＡＤ）に電力を供給するように構成される、無線電力伝送システム。

【請求項10】

請求項８に記載の無線電力伝送システムであって、
前記植込み型受信共振器は、前記心室補助装置（ＶＡＤ）に直接電気的に接続される、無線電力伝送システム。

【請求項11】

無線電力伝送システムであって、
電力を無線送信するように構成された外部送信共振器と、
前記外部送信共振器から無線送信された電力を受信し、受信した電力を使用して対象に植え込まれた心室補助装置（ＶＡＤ）に電力を供給するように構成された植込み型受信共振器と、を備え、
前記植込み型受信共振器は、前記対象の胸腔内に植え込まれるように構成される、無線電力伝送システム。

【請求項12】

請求項１１に記載の無線電力伝送システムであって、
前記植込み型受信共振器は、前記心室補助装置（ＶＡＤ）のポンプに近接して配置される、無線電力伝送システム。

【請求項13】

請求項１１に記載の無線電力伝送システムであって、
前記植込み型受信共振器は、前記対象の肺の下側かつ前記対象の横隔膜の上側に植え込まれるように構成される、無線電力伝送システム。

【請求項14】

請求項１１に記載の無線電力伝送システムであって、
前記外部送信共振器は、（ｉ）１つ以上のリッツ線のループ、及び（ｉｉ）複数の積層板のうちの一方を含み、
前記植込み型受信共振器は、（ｉ）前記１つ以上のリッツ線のループ、及び（ｉｉ）前記複数の積層板のうちの他方を含む、無線電力伝送システム。

【請求項15】

請求項１４に記載の無線電力伝送システムであって、
前記外部送信共振器は、前記１つ以上のリッツ線のループを含み、
前記１つ以上のリッツ線のループは、前記対象の上半身に巻き付けるように構成される、無線電力伝送システム。

【請求項16】

請求項１５に記載の無線電力伝送システムであって、
前記外部送信共振器は、前記対象の肩から臀部にかけて、前記対象の上半身に斜めに巻き付けるように構成される、無線電力伝送システム。

【請求項17】

請求項１１に記載の無線電力伝送システムであって、
前記外部送信共振器と一体に形成されたハブをさらに備え、
前記ハブは、電源から提供される第１の電力を前記外部送信共振器が受け取る第２の電力に変換するように構成された電力変換器を含む、無線電力伝送システム。

【請求項18】

請求項１１に記載の無線電力伝送システムであって、
前記心室補助装置（ＶＡＤ）に電気的に接続される植込み型電池モジュールをさらに含む、無線電力伝送システム。

【請求項19】

請求項１８に記載の無線電力伝送システムであって、
前記植込み型電池モジュールは、前記植込み型受信共振器と前記心室補助装置（ＶＡＤ）との間に電気的に接続され、
前記植込み型受信共振器は、前記植込み型電池モジュールを充電することによって前記心室補助装置（ＶＡＤ）に電力を供給するように構成される、無線電力伝送システム。

【請求項20】

請求項１８に記載の無線電力伝送システムであって、
前記植込み型受信共振器は、前記心室補助装置（ＶＡＤ）に直接電気的に接続される、無線電力伝送システム。

【請求項21】

電力を無線送信する方法であって、
外部送信共振器から植込み型受信共振器に電力を無線送信するステップであって、前記外部送信共振器が、（ｉ）１つ以上のリッツ線のループ、及び（ｉｉ）複数の積層板のうちの一方を含む、該ステップと、
前記植込み型受信共振器が、前記外部送信共振器から無線送信された電力を受信するステップであって、前記植込み型受信共振器が、（ｉ）前記１つ以上のリッツ線のループ、及び（ｉｉ）前記複数の積層板のうちの他方を含む、該ステップと、
前記植込み型受信共振器が、前記外部送信共振器から受信した電力を使用して対象に植え込まれた心室補助装置（ＶＡＤ）に電力を供給するステップと、
を含む、方法。

【請求項22】

請求項２１に記載の方法であって、
前記外部送信共振器は、前記対象の上半身に巻き付けるように構成される、方法。

【請求項23】

請求項２２に記載の方法であって、
前記外部送信共振器は、前記対象の肩から臀部にかけて、前記対象の上半身に斜めに巻き付けるように構成される、方法。

【請求項24】

請求項２１に記載の方法であって、
前記植込み型受信共振器は、前記対象の胸腔内に植え込まれるように構成される、方法。

【請求項25】

請求項２１に記載の方法であって、
前記植込み型受信共振器は、前記心室補助装置（ＶＡＤ）のポンプに近接して配置される、方法。

【請求項26】

請求項２１に記載の方法であって、
前記植込み型受信共振器は、前記対象の肺の下側かつ前記対象の横隔膜の上側に植え込まれるように構成される、方法。

【請求項27】

請求項２１に記載の方法であって、
植込み型電池モジュールが、前記心室補助装置（ＶＡＤ）に電気的に接続される、方法。

【請求項28】

請求項２７に記載の方法であって、
前記植込み型電池モジュールは、前記植込み型受信共振器と前記心室補助装置（ＶＡＤ）との間に電気的に接続される、方法。

【請求項29】

請求項２７に記載の方法であって、
前記植込み型受信共振器は、前記心室補助装置（ＶＡＤ）に直接電気的に接続される、方法。

【請求項30】

電力を無線送信する方法であって、
外部送信共振器から植込み型受信共振器に電力を無線送信するステップと、
心室補助装置（ＶＡＤ）が植え込まれた対象の胸腔内に植え込まれた前記植込み型受信共振器が、前記外部送信共振器から無線送信された電力を受信するステップと、
前記植込み型受信共振器が、前記外部送信共振器から受信した電力を使用して前記心室補助装置（ＶＡＤ）に電力を供給するステップと、
を含む、方法。

【請求項31】

請求項３０に記載の方法であって、
前記植込み型受信共振器は、前記心室補助装置（ＶＡＤ）のポンプに近接して配置される、方法。

【請求項32】

請求項３０に記載の方法であって、
前記植込み型受信共振器は、前記対象の肺の下側かつ前記対象の横隔膜の上側に植え込まれるように構成される、方法。

【請求項33】

請求項３０に記載の方法であって、
前記外部送信共振器は、（ｉ）１つ以上のリッツ線のループ、及び（ｉｉ）複数の積層板のうちの一方を含み、
前記植込み型受信共振器は、（ｉ）前記１つ以上のリッツ線のループ、及び（ｉｉ）前記複数の積層板のうちの他方を含む、方法。

【請求項34】

請求項３３に記載の方法であって、
前記外部送信共振器は、前記対象の上半身に巻き付けるように構成される、方法。

【請求項35】

請求項３４に記載の方法であって、
前記外部送信共振器は、前記対象の肩から臀部にかけて、前記対象の上半身に斜めに巻き付けるように構成される、方法。

【請求項36】

請求項３０に記載の方法であって、
植込み型電池モジュールが、前記心室補助装置（ＶＡＤ）に電気的に接続される、方法。

【請求項37】

請求項３６に記載の方法であって、
前記植込み型電池モジュールは、前記植込み型受信共振器と前記心室補助装置（ＶＡＤ）との間に電気的に接続される、方法。

【請求項38】

請求項３６に記載の方法であって、
前記植込み型受信共振器は、前記心室補助装置（ＶＡＤ）に直接電気的に接続される、方法。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

（関連出願の相互参照）
本出願は、２０２０年３月１０日出願の米国特許仮出願第６２／９８７、４６８号に基づく優先権を主張するものである。上記出願の開示内容の全体は、参照により本明細書中に援用される。

【0002】

（技術分野）
本開示は、一般に、無線電力伝送システムに関し、より詳細には、心室補助装置に電力を供給するために使用される無線電力伝送システムに関する。

【背景技術】

【0003】

ＶＡＤとして知られる心室補助装置は、植込み型の血液ポンプであり、一般に心不全またはうっ血性心不全と呼ばれる心臓が十分な循環を提供することができない症状を患っている患者において、短期（すなわち、数日または数か月）及び長期（すなわち、数年または生涯）の両方で使用される。心不全を患っている患者は、心臓移植を待つ間に、または、長期のＤＴ治療（destination therapy）として、ＶＡＤを使用することができる。別の例では、患者は、心臓手術後の回復期に、ＶＡＤを使用することができる。このように、ＶＡＤは、弱った心臓を補助したり（すなわち、部分的に補助したり）、自然の心臓の機能を効果的に置き換えたりすることができる。

【0004】

ＶＡＤへの電力供給には、無線電力伝送システムを使用することができる。このような無線電力伝送システムは、一般に、外部送信共振器と、患者の体内に植え込まれるように構成された植込み型受信共振器とを備える。このような無線電力伝送システムの課題の１つは、患者の体内の温度が過度に上昇するのを防ぐために、植込み型受信共振器から熱を放散させることである。さらに、無線電力伝送システムは、電力を効率的に伝送するとともに、患者の体内での位置決めが比較的容易であることが望ましい。

【発明の概要】

【課題を解決するための手段】

【0005】

本開示は、無線電力伝送システムに関する。本開示の無線電力伝送システムは、外部送信共振器と、植込み型受信共振器とを備える。外部送信共振器は、電力を無線送信するように構成される。植込み型受信共振器は、外部送信共振器から無線送信された電力を受信し、受信した電力を使用して対象に植え込まれた心室補助装置（ＶＡＤ）に電力を供給するように構成される。外部送信共振器は、（ｉ）１つ以上のリッツ線のループ、及び（ｉｉ）複数の積層板のうちの一方を含み、植込み型受信共振器は、（ｉ）１つ以上のリッツ線のループ、及び（ｉｉ）複数の積層板のうちの他方を含む。

【0006】

また、本開示は、無線電力伝送システムに関する。本開示の無線電力伝送システムは、電力を無線送信するように構成された外部送信共振器を備える。また、本開示の無線電力伝送システムは、外部送信共振器から無線送信された電力を受信するように構成された植込み型受信共振器を備える。植込み型受信共振器は、外部送信共振器から受信した電力を使用して対象に植え込まれた心室補助装置（ＶＡＤ）に電力を供給するように構成される。

【0007】

また、本開示は、電力を無線送信する方法に関する。本開示の方法は、外部送信共振器から植込み型受信共振器に電力を無線送信するステップであって、外部送信共振器が、（ｉ）１つ以上のリッツ線のループ、及び（ｉｉ）複数の積層板のうちの一方を含む、該ステップを含む。本開示の方法は、さらに、植込み型受信共振器が、外部送信共振器から無線送信された電力を受信するステップであって、植込み型受信共振器が、（ｉ）１つ以上のリッツ線のループ、及び（ｉｉ）複数の積層板のうちの他方を含む、該ステップを含む。本開示の方法は、さらに、植込み型受信共振器が、外部送信共振器から受信した電力を使用して対象に植え込まれた心室補助装置（ＶＡＤ）に電力を供給するステップを含む。

【0008】

また、本開示は、電力を無線送信する方法に関する。本開示の方法は、外部送信共振器から植込み型受信共振器に電力を無線送信するステップを含む。本開示の方法は、さらに、心室補助装置（ＶＡＤ）が植え込まれた対象の胸腔内に植え込まれた植込み型受信共振器が、外部送信共振器から無線送信された電力を受信するステップと、植込み型受信共振器が、外部送信共振器から受信した電力を使用して心室補助装置（ＶＡＤ）に電力を供給するステップとを含む。

【図面の簡単な説明】

【0009】

【図1】図１は、例示的な無線電力伝送システムの簡略化された電気回路図である。

【図2A】図２Ａは、心室補助装置（ＶＡＤ）に電力を供給する図１の無線電力伝送システムの例示的な構成を示す図である。

【図2B】図２Ｂは、心室補助装置（ＶＡＤ）に電力を供給する図１の無線電力伝送システムの別の例示的な構成を示す図である。

【図3A】図３Ａは、積層板を含む共振器の概略図である。

【図3B】図３Ｂは、図３Ａに示した共振器の分解図である。

【図4A】図４Ａは、心室補助装置（ＶＡＤ）とバッテリモジュールとが電気的に接続された図１の無線電力伝送システムの構成例を示す概略図である。

【図4B】図４Ｂは、心室補助装置（ＶＡＤ）とバッテリモジュールとが電気的に接続された図１の無線電力伝送システムの別の構成例を示す概略図である。

【図4C】図４Ｃは、心室補助装置（ＶＡＤ）とバッテリモジュールとが電気的に接続された図１の無線電力伝送システムの別の構成例を示す概略図である。

【図4D】図４Ｄは、心室補助装置（ＶＡＤ）とバッテリモジュールとが電気的に接続された図１の無線電力伝送システムの別の構成例を示す概略図である。

【図5】図５は、心室補助装置（ＶＡＤ）に電力を供給する図１の無線電力伝送システムの別の例示的な構成の概略図である。

【図6】図６は、電力を無線送信する例示的な方法のフローチャートである。

【図7】図７は、電力を無線送信する別の例示的な方法のフローチャートである。

【発明を実施するための形態】

【0010】

本開示は、無線電力伝送システムに関する。本開示の無線電力伝送システムの植込み型受信共振器は、熱の放散を向上させるために患者の胸腔内に植え込まれるように構成される。いくつかの実施形態では、本開示の無線電力伝送システムは、リッツ線のループを含む第１の共振器と、積層板を含む第２の共振器とを使用するハイブリッド型システムであり得る。

【0011】

次に図面を参照すると、図１は、例示的な無線電力伝送システム１００の簡略化された電気回路を示す。無線電力伝送システム１００は、外部送信共振器１０２と、植込み型受信共振器１０４とを備える。無線電力伝送システム１００は、コンデンサＣｘ、ＣｙがインダクタＬｘ、Ｌｙに電気的に直列接続される直列接続型であるが、無線電力伝送システム１００は、送信共振器１０２または受信共振器１０４に対して直列に接続してもよいし、並列に接続してもよい。

【0012】

この例示的な無線電力伝送システム１００では、電源Ｖｓが送信共振器１０２に電気的に接続されており、送信共振器１０２に電力を供給する。受信共振器１０４は、負荷１０６に接続されている。受信共振器１０４及び負荷１０６は、スイッチングまたは整流デバイス（図示せず）に電気的に接続されてもよい。

【0013】

例示的な本実施形態では、送信共振器１０２は、コンデンサＣｘによって電源Ｖｓに接続されたコイルＬｘを含む。また、受信共振器１０４は、コンデンサＣｙによって負荷１０６に接続されたコイルＬｙを含む。コイルＬｘ（インダクタＬｘ）とコイルＬｙ（インダクタＬｙ）とは、結合係数ｋで接続される。Ｍｘｙは、２つのコイル間の相互インダクタンスである。相互インダクタンスＭｘｙは、結合係数ｋと下記の式（１）に示すような関係にある。

【0014】

【数1】

【0015】

動作中、送信共振器１０２は、電源Ｖｓから供給された電力を無線送信する。受信共振器１０４は、送信共振器１０２から無線送信された電力を受信し、受信した電力を負荷１０６に供給する。

【0016】

図２Ａ及び図２Ｂは、無線電力伝送システム１００を使用して、患者の身体２０４に植え込まれた機械的循環補助システム２０２に電力を供給する例示的な構成を示す。機械的循環補助システム２０２は、植込み型血液ポンプアセンブリ２０６を含む。この血液ポンプアセンブリ２０６は、血液ポンプ２０８、心室カフ２１０、及び流出カニューレ２１２を含む。受信共振器１０４は、血液ポンプアセンブリ２０６に電力を供給する。

【0017】

血液ポンプアセンブリ２０６は、図示のように左心室の頂部、右心室、または、心臓２１４の両心室に取り付けられた心室補助装置（ＶＡＤ）に実装することができる。血液ポンプアセンブリ２０６の一端は、心臓２１４に縫い付けられた血液ポンプアセンブリ２０６に結合された心室カフ２１０を介して、心臓２１４に取り付けられる。血液ポンプアセンブリ２０６の他端は、流出カニューレ２１２を介して上行大動脈または下行大動脈に接続される。血液ポンプアセンブリ２０６は、弱った心室から血液を効率的に分流させ、流出カニューレ２１２を介して大動脈に供給し、患者の血管系の残りの部分へ循環させる。

【0018】

心室補助装置（ＶＡＤ）用の電力伝送システムにおける課題の１つは、植込み型モジュールによって発生する熱を放散させることである。例えば、胸部領域に配置された植込み型コイルモジュールは、約０．４Ｗの熱収支を有し、それを超えると、２°Ｃを超える温度上昇が生じ得る。しかしながら、植込み型コイルモジュールの電気工学設計は、コイルの巻線だけで０．４Ｗを超える熱を放出する傾向がある。また、交流（ＡＣ）から直流（ＤＣ）への整流や、経皮エネルギー伝達システム（ＴＥＴＳ）の様々な電子機器、マイクロコントローラ、及び、デジタル信号プロセッサによっても熱が発生する。腹部の植え込み位置は、周囲組織における灌流が比較的高いために、熱の管理が容易であるが、それでも、植え込まれたモジュールから放出される熱の量を考慮すると、依然として許容しにくい。さらに、患者の腹部に受信共振器を植え込むためには比較的複雑な手術（例えば、横隔膜を貫通する手術）が必要となるため、外科的観点から、腹部への配置は望ましくない。

【0019】

したがって、図示の実施形態では、熱の管理を容易にするために、受信共振器１０４は、患者の胸腔２１７内に配置される。いくつかの実施形態では、受信共振器１０４は、患者の肺２２０の下側、かつ、横隔膜２２２の上側に配置される。あるいは、受信共振器１０４は、横隔膜２２２の上部に植え込んでもよい。その結果、受信共振器１０４は、一般に、肺２２０と熱的に接触し、熱は、肺循環を介して放散される。

【0020】

受信共振器１０４は、１つ以上のリッツ線２１６のループ、または、複数の積層板２１８を含む。例えば、いくつかの実施形態では、送信共振器１０２が１つ以上のリッツ線２１６のループを含み、受信共振器１０４が複数の積層板２１８を含む。あるいは、受信共振器１０４が１つ以上のリッツ線２１６のループを含み、送信共振器１０２が複数の積層板２１８を含む。さらに別の例では、送信共振器１０２及び受信共振器１０４の両方が、１つ以上のリッツ線２１６のループを含んでもよいし、または、送信共振器１０２及び受信共振器１０４の両方が複数の積層板２１８を含んでもよい。

【0021】

いくつかの実施形態では、受信共振器１０４は、（図２Ｂ及び図５に示すように）血液ポンプアセンブリ２０６に結合される。例えば、受信共振器１０４に含まれる１つ以上のリッツ線２１６のループは、心室カフ２１０の周りに巻き付けられる（図２Ｂに示す）。別の構成では（図５に示す）、受信共振器１０４に含まれる複数の積層板２１８は、血液ポンプ２０８に結合される。この場合、心室カフ２１０は、積層板２１８によって画定される開口を貫通して延びるように構成される。これらの構成では、受信共振器１０４は血液ポンプアセンブリ２０６と熱的に接触し、熱は血液ポンプアセンブリ２０６を通る大動脈流を介して放散される。

【0022】

この例示的な実施形態では、無線電力伝送システム１００は、送信共振器１０２が、（ｉ）１つ以上のリッツ線２１６のループ、及び（ｉｉ）複数の積層板２１８の一方であり、受信共振器１０４が、（ｉ）１つ以上のリッツ線２１６のループ、及び（ｉｉ）複数の積層板２１８の他方であるハイブリッド型システムとして構成される。例えば、図２Ａに示す実施形態では、無線電力伝送システム１００は、１つ以上のリッツ線２１６のループを含む送信共振器１０２と、複数の積層板２１８を含む受信共振器１０４とから構成される。対照的に、図２Ｂに示す実施形態では、無線電力伝送システム１００は、複数の積層板２１８を含む送信共振器１０２と、１つ以上のリッツ線２１６のループを含む受信共振器１０４とから構成される。一般に、リッツ線２１６のループの幾何学的形状は、比較的容易に変化させることができる。したがって、リッツ線２１６のループは、患者の身体２０４の周りに巻き付けたり（図２Ａに示すように）、血液ポンプアセンブリ２０６に巻き付けたりすることができる（図２Ｂに示すように）。比較すると、積層板２１８を含む共振器は、リッツ線２１６を含む共振器よりも高い電力伝達効率を有する。したがって、各タイプの共振器を１つずつ使用するハイブリッド型の無線電力伝送システムは、両方のタイプの共振器の利点を実現することができる。

【0023】

動作時、送信共振器１０２及び受信共振器１０４は、互いに近接して配置される。例えば、受信共振器１０４が患者の胸腔２１７内に配置される場合、送信共振器１０２は、患者の胸部領域の側面に配置されるか、または患者の胸部領域の周囲に巻き付けられる。

【0024】

図３Ａは、複数の積層板２１８を含む積層板型共振器３００である共振器１０２、１０４の構成を示す模式図である。図３Ｂは、図３Ａに示した積層板型共振器３００の分解図である。同様の積層板型共振器が、「Thin Self-Resonant Structures with a High-Q for Wireless Power Transfer" by Stein et al., March 4, 2018, Thayer School of Engineering, Dartmouth College, Hanover, NH.」に記載されている。分かりやすくするために、積層板２１８の厚さは誇張されている。実際には、各積層板２１８の厚さは、１０～２００μｍ（例えば、より具体的には、２０～７０μｍ）の範囲であり得る。積層板型共振器３００は、複数の積層板２１８を含んでいる。当業者であれば、積層板型共振器３００が任意の適切な数の積層板２１８を含んでもよいことを理解するであろう。積層板２１８は、磁性コア３０６に積層される。

【0025】

磁性コア３０６は、底部３１０と、周壁部３１２と、ポスト部３１４とを含む。図３Ａ及び図３Ｂに示すように、各積層板２１８は、ポスト部３１４を受け入れるように寸法決めされた開口部３２０を有し、ポスト部３１４を概ね取り囲むようにして、ポスト部３１４と磁性コア３０６の周壁部３１２との間に配置される。

【0026】

積層板２１８は、複数の誘電層３２２及び導電層３２４を交互に積層させることにより形成される。図３Ａ及び図３Ｂに示す実施形態では、各誘電層３２２は、略Ｏ字状の形状を有する環状プレートであり、内径と外径との間に延在する。各導電層３２４は、ノッチ３２６を画定するように略Ｃ字状の形状を有し、内径と外径との間に延在する。各導電層３２４は、ノッチ３２６を画定するために３６０°未満の角度（本明細書では「角度スパン」と称する）にわたって周方向に延在する。

【0027】

さらに、各導電層３２４は、誘電層３２２を挟んで互いに隣接する導電層３２４のノッチ３２６が互いに１８０°の角度をなすように、誘電層３２２を挟んで隣接する導電層３２４に対して反対方向に配向される。このような反対方向の配向により、誘電層３２２を挟んで互いに隣接する導電層３２４によって、２つのコンデンサが形成される。

【0028】

一実施形態では、１つの導電層３２４は、２つの端子３３２を有する底部導電層３３０である。この２つの端子３３２によって、積層板型共振器３００は、例えば、電源（送信共振器として機能する場合）や負荷１０６（受信共振器として機能する場合）に接続される。さらに、いくつかの実施態様では、積層体の頂部及び底部を形成する積層板２１８は、誘電層３２２ではなく、導電層３２４である。あるいは、誘電層３２２を、積層体の頂部及び／または底部に配置してもよい。

【0029】

動作中、電力が送信共振器として動作する積層板型共振器３００に供給されると、その電流は導電層３２４によって形成されたコンデンサを通って流れ、それにより、誘導電流ループが形成される。具体的には、積層板型共振器３００は、並列ＬＣ共振器として機能し、受信共振器１０４に電力を無線送信したり、送信共振器１０２から無線送信された電力を受信したりすることができる。

【0030】

積層板型共振器３００の共振周波数は、例えば、６．７８ＭＨｚ程度とすることができる。具体的には、積層板型共振器３００の共振周波数は、積層板型共振器３００のインダクタンスとキャパシタンスとの積の平方根に反比例する。インダクタンス及びキャパシタンスは、積層板型共振器３００の設計に基づいて決定される。したがって、積層板型共振器３００の設計を変更することによって、共振周波数を変更することができる。

【0031】

無線電力伝送システム１００が機能するためには、送受信の共振器１０２、１０４の共振周波数が互いに重なり合う必要がある。リッツ線のループを含む共振器の共振周波数は、一般に、最大２．８ＭＨｚであり、積層板を含む共振器の共振周波数は、約６．７８ＭＨｚであり得る。また、共振器１０２、１０４の共振周波数は、共振器１０２、１０４のインダクタンスとキャパシタンスとの積の平方根に反比例し、インダクタンスはコイル径に比例する。積層板を含む共振器１０２、１０４の場合、キャパシタンスは積層板の面積に比例する。積層板の半径方向の幅が同じであれば、キャパシタンスもコイル径に比例する。積層板２１８が血液ポンプアセンブリ２０６を取り囲む実施形態では、積層板２１８の共振周波数がリッツ線２１６のループの共振周波数の上限範囲内に収まるように、積層板２１８のコイル径を増大させる。共振周波数の重なりをさらに容易にするために、誘電層３２２の材料の誘電率を調整するか、または誘電層３２２の厚さを調整することによって、積層板２１８間のキャパシタンスを変更することができる。

【0032】

無線電力伝送システム１００は、血液ポンプアセンブリ２０６に電気的に接続された植込み型バッテリモジュール４０２をさらに備えることができる。図４Ａ～図４Ｄは、受信共振器１０４、バッテリモジュール４０２、及び血液ポンプアセンブリ２０６の例示的な構成の概略図である。これらの実施形態では、第１の電気ケーブル４０４及び第２の電気ケーブル４０６を使用して電気接続を提供することができる。図４Ａ～図４Ｄでは、１つ以上のリッツ線２１６のループを含む受信共振器１０４が例として使用される。当業者であれば、１つ以上のリッツ線２１６のループを含む受信共振器１０４の代わりに複数の積層板２１８を含む受信共振器１０４を使用し、バッテリモジュール４０２及び血液ポンプアセンブリ２０６に接続してもよいことを理解するであろう。

【0033】

図４Ａ及び図４Ｂでは、第１の電気ケーブル４０４を用いて、受信共振器１０４が血液ポンプアセンブリ２０６に直接電気的に接続されている。これにより、受信共振器１０４及びバッテリモジュール４０２の両方が、血液ポンプアセンブリ２０６に電力を直接供給することができ、互いにバックアップとして機能することができる。例えば、受信共振器１０４は、第１の電気ケーブル４０４を介して血液ポンプアセンブリ２０６に電気的に接続されており、第１の電気ケーブル４０４の第１の端部４０８が受信共振器１０４に接続され、第１の電気ケーブル４０４の第２の端部４１０が血液ポンプアセンブリ２０６に接続されている。また、バッテリモジュール４０２は、第２の電気ケーブル４０６を介して血液ポンプアセンブリ２０６に電気的に接続されており、第２の電気ケーブル４０６の第１の端部４１２がバッテリモジュール４０２に接続され、第２の電気ケーブル４０６の第２の端部４１４が血液ポンプアセンブリ２０６に接続されている。

【0034】

図４Ｃ及び図４Ｄでは、バッテリモジュール４０２は、受信共振器１０４と血液ポンプアセンブリ２０６との間に電気的に接続されている。例えば、バッテリモジュール４０２は、第１の電気ケーブル４０４を介して受信共振器１０４に電気的に接続されており、第１の電気ケーブル４０４の第１の端部４０８が受信共振器１０４に接続され、第１の電気ケーブル４０４の第２の端部４１０がバッテリモジュール４０２に接続されている。また、バッテリモジュール４０２は、第２の電気ケーブル４０６を介して血液ポンプアセンブリ２０６に電気的に接続されており、第２の電気ケーブル４０６の第１の端部４１２がバッテリモジュール４０２に接続され、第２の電気ケーブル４０６の第２の端部４１４が血液ポンプアセンブリ２０６に接続されている。

【0035】

図５は、心室補助装置（ＶＡＤ）に電力を供給する無線電力伝送システム１００の他の構成を示す。この実施形態では、送信共振器１０２は、１つ以上のリッツ線２１６のループ（図２Ａに示す）を含み、無線電力伝送システム１００の受信共振器１０４は、複数の積層板２１８（図２Ａに示す）を含む。受信共振器１０４は、血液ポンプアセンブリ２０６に近接して配置される。また、受信共振器１０４は、肺２２０の下側かつ横隔膜２２２の上側に配置される。無線電力伝送システム１００はさらに、送信共振器１０２と一体的に形成されたハブ５０２を備える。ハブ５０２及び送信共振器１０２は、ウェアラブルアクセサリ５０４内に含まれ得る。ウェアラブルアクセサリ５０４は、例えばメッセンジャーバッグであり得る。したがって、送信共振器１０２は、患者の肩部５０６からその反対側の患者の臀部５０８にかけて、患者の身体２０４に巻き付けるように構成されている。例えば、受信共振器１０４が心臓２１４の左室心尖部またはその近傍に配置される場合、最適には、ウェアラブルアクセサリ５０４は左肩から右臀部にかけて装着される。いくつかの実施形態では、ウェアラブルアクセサリ５０４は、プラスチックピンやプラスチックメッシュなどの、ねじれに対するウェアラブルアクセサリ５０４の剛性を高める構造的な非磁性部品を含み得る。このような構成では送信共振器１０２の磁界が部分的に相殺されないように、ウェアラブルアクセサリ５０４が８の字にねじれるのを防止することが望ましい。このような補強要素は、ウェアラブルアクセサリ５０４がわずかに撓むことを依然として可能にする。すなわち、ウェアラブルアクセサリ５０４を楕円と見なした場合、楕円の長軸及び短軸の長さは、快適性のために変化させることができる。

【0036】

例示的な実施形態では、ハブ５０２は、電源から供給された電力を、送信共振器１０２に供給する電力に変換するように構成された電力変換器（図示せず）を含み得る。電力変換器は、電源から供給される直流電力（ＤＣ電力）を、無線電力伝送システム１００の動作周波数の交流電力（ＡＣ電力）に変換するように構成され得る。直流電力（ＤＣ電力）は、外部バッテリから供給するようにしてもよい。ハブは、任意選択で、壁コンセントから供給される交流電力（ＡＣ電力）を、バッテリが供給するのと同じ直流電圧を有する直流電力（ＤＣ電力）に変換する電力変換器を含み得る。あるいは、電力変換器は、ハブ５０２とは別個の構成要素、例えば、別個の電力モジュールなどに配置してもよい。

【0037】

図６は、電力を無線送信する例示的な方法６００のフローチャートである。本方法６００は、外部送信共振器から植込み型受信共振器に電力を無線送信するステップ６０６であって、外部送信共振器が、（ｉ）１つ以上のリッツ線のループ、及び（ｉｉ）複数の積層板のうちの一方を含む、該ステップを含む。本方法６００はさらに、植込み型受信共振器が、外部送信共振器から無線送信された電力を受信するステップ６０８であって、植込み型受信共振器が、（ｉ）１つ以上のリッツ線のループ、及び（ｉｉ）複数の積層板のうちの他方を含む、該ステップを含む。本方法６００はさらに、植込み型受信共振器が、外部送信共振器から受信した電力を使用して心室補助装置（ＶＡＤ）に電力を供給するステップ６１０を含む。

【0038】

図７は、電力を無線送信する別の例示的な方法７００のフローチャートである。本方法７００は、外部送信共振器から植込み型受信共振器に電力を無線送信するステップを含む。本方法７００はさらに、心室補助装置（ＶＡＤ）が植え込まれた対象の胸腔内に植え込まれた植込み型受信共振器が、外部送信共振器から無線送信された電力を受信するステップ７０８を含む。本方法７００はさらに、植込み型受信共振器が、外部送信共振器から受信した電力を使用して心室補助装置（ＶＡＤ）に電力を供給するステップ７１０を含む。

【0039】

本明細書に開示される実施形態及び実施例を、特定の実施形態を参照して説明したが、これらの実施形態及び実施例は、本開示の原理及び適用の単なる例示であることを理解されたい。したがって、特許請求の範囲によって定義される本開示の精神及び範囲から逸脱することなく、例示的な実施形態及び実施例に対して様々な変更を加えること、及び、他の構成を考案できることを理解されたい。したがって、本出願は、これらの実施形態及びその均等物の改変及び変形を包含することを意図している。

【0040】

本明細書は、実施例を用いて、最良の実施の形態（ベストモード）を含む本発明の内容を開示し、かつ、本発明を当業者が実施（任意の装置またはシステムの作製及び使用、並びに組み込まれた任意の方法の実施を含む）することを可能にする。本発明の特許される技術範囲は、特許請求の範囲の請求項の記載によって定義され、当業者が想到可能な別の実施形態も含まれ得る。そのような別の実施形態は、各請求項の文言と相違しない構成要素を含む場合、または、各請求項の文言とは実質的に相違しない均等な構成要素を含む場合、その請求項の範囲内に含まれるものとする。

【図1】

【図2A】

【図2B】

【図3A】

【図3B】

【図4A】

【図4B】

【図4C】

【図4D】

【図5】

【図6】

【図7】

【国際調査報告】