JPH01305945A

JPH01305945A - エネルギー供給装置

Info

Publication number: JPH01305945A
Application number: JP63136434A
Authority: JP
Inventors: Naoki Uchiyama; 直樹内山; Ryoichi Kono; 小納　良一; Yasuhiro Ueda; 康弘植田; Takashi Tsukatani; 塚谷　隆志; Shuichi Takayama; 修一高山; Shoichi Gotanda; 正一五反田; Nobuhiko Watanabe; 渡辺　延彦
Original assignee: Olympus Optical Co Ltd
Current assignee: Olympus Corp
Priority date: 1988-06-02
Filing date: 1988-06-02
Publication date: 1989-12-11

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】［産業上の利用分野］本発明は生体に設置した人工臓器等の装置に超音波を利
用してエネルギーを供給するエネルギー供給装置に関す
る。

［従来の技術］人体内に留置した人工臓器、たとえば人工心臓に組み込
んだ蓄電器に超音波を利用して無線的に電力を給電する
方式が知られている。この方式は上記人工臓器に超音波
エネルギーを受ける超音波振動素子を設けるとともにそ
の素子に向けて超音波に発振する超音波発振素子を人体
外に設置してなり、体外の超音波発振素子で発振する超
音波を人体内の超音波振動素子で受けて、このエネルギ
ーを人工臓器の蓄電器に蓄電するようになっている。

［発明が解決しようとする課８］この種の人工臓器のエネルギー供給装置においてはその
人工臓器に組み込まれた超音波エネルギーを受ける素子
として圧電素子を用いる。

ところが、この圧電素子においては、人体外から送られ
る超音波エネルギーを受ける表面′（前面）の反対面（
裏面°）からも超音波エネルギーが同時に放射され名。

そして、この裏面側から放射する無用の超音波エネルギ
ーが生体゛もしくは人工臓器に悪い影響を与えることが
考えられる。また、人体外から放射する超音波の向きが
人工臓器に組み込まれた受信素子からはずれたとき、も
しくは余分な超音波エネルギーが受信素子から漏れると
きにも生体もしくは人工臓器に悪い影ツを与えることが
あった。

そこで、本発明は生体に設置される人工臓器等の装置に
組み込まれた超音波エネルギーを受ける素子の裏面側か
ら放射される超音波エネルギー、さらには生体外から送
られてくる超音波エネルギーの影響をなくし、安全かつ
確実に作動するエネルギー供給装置を提供することを目
的とする。

［課題を解決するための手段および作用］本発明では、
上記課題を解決するために、生体内に留置した人工臓器
等の装置に組み込まれた人体外からの超音波エネルギー
を受ける振動素子の、上記超音波エネルギーを受ける面
の反対面（裏面）側に超音波エネルギー吸収層を設けた
ことを特徴とするものである。

［実施例］第１図ないし第３図は本発明の第１の実施例を示すもの
である。この実施例は人工Ｉｌａ器用にエネルギー供給
装置を適用した例である。

第２図中１は患者の人体であり、この人体１内には人工
臓器としての人工心臓２が埋設されて留置されている。

この人工心臓２には駆動電源回路部３が付設されている
。駆動電源回路部３は第３図で示すように蓄電器４、整
流回路５および超音波を受けるための超音波振動子とし
ての圧電素子６からなり、また、人工心Ｊａ２は蓄電器
４から電力の供給を受ける人工心臓駆動回路７により駆
動されるものである。

一方、人体１の外部には体内に留置した人工心臓２に超
音波を利用して無線的にエネルギーを供給する人工臓器
用エネルギー供給装置１３が設置されている。すなわち
、上記人工心臓２に組み込まれ超音波エネルギーを受け
る圧電素子６に向けて超音波を発振する超音波発振索子
１４を設けてなり、この実施例で超音波発振索子１４は
球面状に配置してプローブホルダ１５に設けた複数の圧
電素子（超音波振動素子）１６・・・から構成されてい
て、これらの圧電素子１６・・・から発振する超音波を
前方の一点に集束させるようになっている。

また、この超音波発振素子１４の前面側はパウチ１７に
より覆われ、このパウチ１７内には液状の超音波伝達媒
体１８が充填されている。このパウチ１７の部分は生体
と同じ音響インピーダンスを有している。

上記人工臓器用エネルギー供給装置１３において、プロ
ーブホルダ１５のパウチ１７を第２図で示すように人体
１の体表面に密若し、その各圧電素子１６・・・の向き
を人工心１ｋ１２に組み込んだ圧電素子６の前面に向け
る。そして、第３図で示すように切換えスイッチ１９を
接点Ａ側に切り換える。

また、駆動信号発生器２４は比較的低周波の駆動信号を
発生する。この低周波の駆動信号は混合器２３を通して
アンプ２２により増幅され、圧電索子１６・・・に印加
され、その各圧電索子１６・・・で発振した超音波はパ
ウチ１７および人体１を通じて人体１内の圧電索子６に
集束してこの人体１内の圧電索子６を駆動する。このと
きに人工心１ａ２側の切換えスイッチ８は接点Ａ側にあ
るから、この人体１内の圧電素子６で生じた電気信号は
その接点Ａを通じてローパスフィルタ９およびバイパス
フィルタ１０に印加する。この駆動信号は低周波である
からローパスフィルタ９を通り整流回路５に印加される
。そして、この整流回路５により整流され、蓄電器４を
充電する。この動作を所定時間行なうことにより蓄電器
４の充電量を高め人工心臓２を常に駆動することができ
る。

このエネルギー供給装置１３においては体内に設置した
人工心臓２からの情報を知ることができる。つまり、体
内側の切換えスイッチ８を切り換える情報をエネルギー
供給装置１３から伝送し、切換えスイッチ８の接点をＢ
側に切り換える。また、外部のエネルギー供給装置１３
側でも切換えスイッチ１９の接点をＢ側に切り換える。

そして、人工心１１ａ２側の送信パルス発生器１２を駆
動して圧電索子６を駆動し、超音波を発振させる。この
超音波は上記エネルギー供給装置１３側における超音波
発振素子１４の圧電素子１６・・・により受信し、アン
プ２６により増幅したのち受信号処理回路２７により処
理し、人工心臓２の情報を知ることができる。このよう
にして人工心Ｐａ２から情報を得ながら逆に送信して人
工心臓２を制御できるようになっている。

一方、第１図は発明としての要部を示す。人体１内の人
工臓器としての人工心臓２に組み込まれている体外から
の超音波エネルギーを受ける超音波受信用の圧電素子６
はハウジング３０に固定されている。圧電素子６の超音
波エネルギー受信面６ａは生体と同じ音響インピーダン
スをもち、かつ生体不活性材料である高分子弾性材料、
たとえばシリコン材３１で覆われている。圧電素子６の
超音波エネルギー受信面６ａの反対の面（裏面）６ｂ側
にはハウジング３０と圧電素子６によって形成される空
間３２がある。この空間３２を形成することによって後
述するように超音波を遮断する手段を構成している。な
お、上記シリコン材３１は圧電素子６の超音波エネルギ
ー受信面６ａのみでなくハウジング３０全体を覆ってい
る。

このように構成された人工心臓２に組み込まれた圧電素
子６では特に、第３図における切換えスイッチ８をＢ側
に切り換えて、送信パルス発生器１２により、信号を人
体１側から人体外に送信するとき、圧電素子６における
エネルギー受信面６ａと反対の面（裏側）６ｂから放射
される超音波による信号は空間３２によって阻止され、
ハウジング３０より外に放射されることはない。これは
圧電素子６と空間３２内の空気との音響インピーダンス
が大きく異なるために、圧電素子６の反対の而（裏面）
６ｂで超音波信号が反射されるためである。

一方、圧電素子６の超音波エネルギー受信面６ａの側は
生体と同じ音響インピーダンスをもつシリコン３１材で
覆われているので、人体１中に圧電索子６で発生した超
音波信号を効率よく放射し、人体外のエネルギー供給装
置１３へ確実に超音波を送信する。

つまり、圧電素子６によって発生する超音波エネルギー
は人体１内で超音波エネルギー受信面６ａ側のみから放
射され、余分（不用）な方向には放射されないので安全
であり、駆動電源回路部３の働きをみだす方向に超音波
を放射することもなく確実に作動する。また、この超音
波を遮断する空間３２の作用は超音波エネルギーを受け
る場合にも同様に作用する。

第４図は本発明の第２の実施例を示すものである。なお
、第１の実施例と同じ構成部は同じ番号とし、その説明
は省略する。

圧電素子６の超音波エネルギー受信面６ａの反対の面（
裏面）６ｂ側とハウジング３０とによって形成される空
間３２内にはダンピング層３３が設けられている。ダン
ピング層３３は一般にはエポキシ系樹脂にタングステン
等の金属微粉末をまぜたものよりなっている。

このとき、圧゛型素子６の反対の面（裏面）６ｂより放
射される超音波はダンピング層３３内に放射されるが、
ダンピング層３３自身によってその超音波は減衰され、
ハウジング３０より外に放射されることはなくなる。し
たがって、第１の実施例と同じく超音波を遮断する効果
が得られる。

第５図は本発明の第３の実施例を示すものである。なお
、第１の実施例と同じ構成部は同じ番号とし、その説明
は省略する。

圧電素子６、ハウジング３０、シリコン材３１より構成
される人工臓器２に組み込まれた圧電素子部の裏側（こ
こでいう裏側とは圧電素子６の超音波エネルギー受信面
６ａの反対の面側）に上記圧電素子部より大きな超音波
吸収層３４を設ける。

超音波吸収層３４としてはたとえば第２の実施例による
ダンピング層やゴム材等がよい。

このように、超音波吸収層３４を設ければ圧電素子６の
裏面側６ｂより放射される超音波も超音波吸収層３４に
より吸収および減衰されるので、人体１等に影響を及ぼ
さなくなる。また、人体外のエネルギー供給装置１３よ
り送られる超音波エネルギーが、仮に、圧電素子６をは
ずれたとしても、その圧電素子６より大きい超音波吸収
層３４によってはずれた超音波エネルギーは吸収される
ので、人体１等に影響をおよぼすことはない。さらに、
人体外のエネルギー供給装置１３より送られる超音波エ
ネルギーの集束状態が悪く圧電素子６の回りから超音波
エネルギーがもれても超音波吸収層３４によって、その
もれた超音波エネルギーは吸収されるので、人体１等に
悪い影響が及ばなくなる。

なお、超音波吸収層３４は第６図に示すように圧電素子
６の超音波エネルギー受信面６ａより上側まで含むよう
にしたものであってもよい。また−層でなく独立に複数
層設けたり、圧電素子部の周囲に複数層設けてもよい。

第７図および第８図は本発明の第４の実施例を示すもの
である。第８図はその全体の構成を示している。なお、
前記実施例のものと同様個所には同じ番号を付す。人体
１内には人工心臓２を設け、この人工心臓２に駆動エネ
ルギーを供給するための蓄電器（バッテリー、充電式電
池等）４を接続している。人体１の体表面部には、その
一部を露出して経皮端子４１を埋込み、蓄電器４と整流
器５を経由して接続している。

上記経皮端子４１と対面して、体外側には超音波発振素
子１４が設置される。これを駆動するには、駆動信号発
生器２４と信号発生器２５からの信号を混合器２３を介
して、ｍｌのアンプ２２にて増幅し、切換えスイッチ１
９を経由して行なわれる。また、この経皮端子４１から
の体内データは、超音波発振索子１４から切換えスイッ
チ１９を経て、第２のアンプ２６にて増幅し、受信号処
理回路２７にて検出される。

また、第８図で示すように経皮端子４１は、体表面側に
シリコンゴム、ポリウレタンゴム等よりなる弾性膜４２
を設け、これに・密着して圧電素子６を設けている。ま
た、これの外側はノ＼イドロキシアパタイト、ベータＴ
ＣＰ等の生体と適合性があり、密着結合する材料からな
るバイオセラミックホルダ４３にて構成している。また
、このバイオセラミックスホルダ４３内において、圧電
素子６の裏面側には超音波遮断用の空間３２が形成され
ている。上記圧電素子６へ超音波発振素子１４からの超
音波が当てられることにより、機械的ひずみが生じ、こ
れがローパスフィルタ９、整流回路５、蓄電器４を経て
人工心臓駆動回路７へ送られ、人工心臓２を駆動する。

同時にバイパスフィルタ１０を経て信号検出部１１にて
駆動信号をモニタリングできる。また、切換えスイッチ
８の切り換えにより（図の状態）、体内側のデータ（血
圧、血流量、酸素分圧、炭酸ガス分圧、人工心臓の駆動
状態等）を送信パルス発生器１２から圧電索子６を駆動
して、体外の超音波発振素子１４を振動させて上記デー
タをモニタリングすることもできる。

人工心臓２の駆動エネルギーが不足した場合、第７図お
よび第８図のごとく超音波発振素子１４を経皮端子４１
に当て、上記のごとくエネルギーを伝送する。また、体
内側のデータについてもモニタリングすることができる
。、そして、圧電素子６の裏面に設けられた空間３２（こよ
り、圧電素子６の裏面から放射される超音波を遮断する
。

しかして、この構成によれば、感染がなく、かつ、電気
的にも安全である。また、経皮端子１４を用いているた
め圧電索子６．１６間の位置合わせを容易に行なうこと
ができ、操作が簡単である。

また、圧電素子６．１６間の距離が小さく、伝送効率の
低下が少なくてすむ。さらに圧電素子６の裏面から放射
される超音波を空間３２で遮断でき、生体や人工臓器な
どに悪影響を与えずにすむ。

第９図は本発明の第５の実施例を示すものである。これ
は経皮端子５０に、係り、薬液注入手段を組み込んだハ
イドロキシアパタイト、ベータＴＣＰ等よりなる経皮端
子本体５１に、シリコンゴム、ポリウレタンゴム等より
なる弾性膜４２を設け、これ４に密着して圧電素子６を
設ける。経皮端子本体５１内にはポンプ駆動回路５２と
バイモルフポンプ等からなる注入ポンプ５３を設置して
なり、ポンプ駆動回路５２は圧電素子６と接続している
とともに、注入ポンプ５３と接続している。

さらに、経皮端子−本体５１内には薬液用リザーバ５４
を設け、注入ポンプ５３に薬液が送られる。

注入ポンプ５３からはカテーテル５５が導出され、動脈
等の血−管５６に接続している。弾性膜４１の圧電素子
６に対向して超音波発振素子１４が接触させるようにな
っている。この超音波発振索子１４は、ホルダー５７に
保持され、素子駆動信号発生器５８に接続されている。

また、この経皮端子本体５１内には圧電素子６の裏面側
には超音波遮断用の空間３２が形成されている。

しかして、薬液用リザーバ５４内にはあらかじめシリン
ジ５９からの供給によりインシュリン、抗癌剤等の薬剤
を入れておく。第４の実施例と同様に、超音波発振素子
１４から圧電素子６へ超音波エネルギーを伝送して、注
入ポンプ５３を駆動する。注入ポンプ５３の駆動により
、薬剤用リザーバ５４内の薬液をカテーテル５５内に送
出し、血管５６内に、インシュリンや抗癌剤等が注入さ
れ、糖尿病治療、抗癌治療等を可能とする。

そして、圧電素子６の裏面側に設けられた空間３２によ
りその圧電索子６の裏面から放射される超音波を遮断す
る。

なお、本発明は上記各実施例のもののみに限定されるも
のではない。たとえば圧電素子としては、チタン酸バリ
ュウム系、ＰＺＴ系、ＰＶｄＦ系等その祠料に限定され
ずに実現できる。また、生体内に設ける装置も人工心臓
以外の人工臓器、たとえば人工すい臓等でもよく、また
、人工臓器以外の装置でもよい。

し発明の効果］以上述べたように、本発明によれば、生体に設けられる
人工臓器等の装置側に組み込まれた超音波エネルギーを
受ける超音波振動素子の裏面側から放射される超音波エ
ネルギー、さらに、人体外から送られてくる超音波エネ
ルギーの影響をなくし、安全で確実に駆動するエネルギ
ー供給装置を提供することができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の第１の実施例を示す要部の説明図、第
２図および第３図は同じくその実施例の全体的な構成図
、第４図は本発明の第２の実施例を示す要部の説明図、
第５図は本発明の第３の実施例を示す要部の説明図、第
６図は本発明の第３の実施例の変形例を示す要部の説明
図、第７図および第８図は本発明の第４の実施例を示す
全体的な構成図、第９図は本発明の第５の実施例ヲ示す
全体的な構成図である。１・・・人体、２・・・人工心臓、６・・・圧電素子、
１３・・・エネルギー供給装置、１４・・・超音波発振
素子、１６・・・−圧電素子、３２・・・空間、３３・
・・ダンピング層。出願人代理人　弁理士　　坪井　４第１図第２図第６図第９図特許庁長官吉田文毅殿　　　　　　　　　　、ｒ波２、
発明の名称エネルギー供給装置　　　。３、補正をする者事件との関係　　特許出願人（０３７）オリンパス光学工業株式会社４、代理人東京都千代田区霞が関３丁目７番２号　ＵＢＥビル正の
内容２ページの上から５行目の「波に発振する」を発振する
Ｊに補正する。１４ページの最下行（２００行目の「弾性の」を「弾性
膜４２の」に補正する。

Claims

【特許請求の範囲】

　生体に設置する装置に超音波を利用してエネルギーを
供給するエネルギー供給装置において、体外に設置され
た超音波振動素子と、生体に設置した装置に組み込まれ
た超音波振動素子と、生体に設置した装置に組み込まれ
た上記超音波振動素子の、体外に設置した上記超音波振
動素子からの超音波エネルギーを受ける面の反対側に位
置して設けられた超音波を遮断する手段とを具備したこ
とを特徴とするエネルギー供給装置。