DE202012000166U1 - A system for transferring energy to an implanted device - Google Patents
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Abstract
System zum Übertragen von Energie zu einer implantierten Vorrichtung, das System umfassend eine externe Sendespule (12), die zum Generieren eines sich verändernden Magnetfeldes an eine Energiequelle anschließbar ist, eine implantierbare Empfangsspule (14) zum Erzeugen einer Spannung, wenn die Empfangsspule induktiv an die externe Sendespule gekoppelt wird, wobei die Empfangsspule (14) elektrisch mit der implantierbaren Vorrichtung verbindbar ist, gekennzeichnet durch eine ferromagnetische Folie (18), die in der Nähe der Empfangsspule (14) auf der Seite der Empfangsspule (14), die von der Sendespule (12) wegweist, angeordnet ist.A system for transmitting energy to an implanted device, the system comprising an external transmit coil (12) connectable to a source of energy for generating a changing magnetic field, an implantable receive coil (14) for generating a voltage when the receive coil is inductively coupled to the source external transmitting coil is coupled, wherein the receiving coil (14) is electrically connectable to the implantable device, characterized by a ferromagnetic film (18) in the vicinity of the receiving coil (14) on the side of the receiving coil (14) from the transmitting coil (12) points away, is arranged.
Description
Die Erfindung betrifft ein System zum Übertragen von Energie an eine implantierte Vorrichtung.The invention relates to a system for transmitting energy to an implanted device.
Implantierte Vorrichtungen z. B. Kunstherzen oder Ventricular Assist Devices (VAD's) müssen mit Energie versorgt werden. Es ist bekannt, sogenannte TET-Vorrichtung (Transcutaneous Energy Transfer) zu verwenden, um Energie von einer externen Quelle an die implantierte Vorrichtung zu übertragen. Zu diesem Zweck wird eine externe Sendespule an eine Energiequelle angeschlossen, die beispielsweise eine Batterie sein kann. Die externe Sendespule erzeugt ein sich veränderndes Magnetfeld. Eine implantierbare Empfangsspule ist in dem Bereich dieses Magnetfeldes angeordnet und erzeugt somit eine Spannung, wenn sie induktiv mit der externen Sendespule gekoppelt wird. Die Empfangsspule ist elektrisch mit der implantierten Vorrichtung verbunden und versorgt diese Vorrichtung somit mit der generierten Spannung.Implanted devices z. Artificial Hearts or Ventricular Assist Devices (VADs) need to be powered. It is known to use so-called Transcutaneous Energy Transfer (TET) devices to transfer energy from an external source to the implanted device. For this purpose, an external transmitter coil is connected to a power source, which may be a battery, for example. The external transmitter coil generates a changing magnetic field. An implantable receiving coil is disposed in the region of this magnetic field and thus generates a voltage when it is inductively coupled to the external transmitting coil. The receiving coil is electrically connected to the implanted device and thus supplies this device with the generated voltage.
Es ist wünschenswert, Energie mit einem hohen Wirkungsgrad zu übertragen. Es ist ferner gewünscht in der Lage zu sein, Energie in einer Situation zu übertragen, in der die Sende- und Empfangsspulen nicht exakt übereinander angeordnet sind.It is desirable to transfer energy with high efficiency. It is further desired to be able to transmit energy in a situation where the transmit and receive coils are not exactly stacked.
Es ist Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein System zum Übertragen von Energie an eine implantierte Vorrichtung bereitzustellen, wobei das System einen hohen Wirkungsgrad hat und mit Hinblick auf eine Fehlausrichtung der Sende- und Empfangsspule tolerant ist.It is an object of the present invention to provide a system for transmitting energy to an implanted device, which system has high efficiency and is tolerant to misalignment of the transmit and receive coils.
Diese Aufgabe wird gelöst durch die Merkmale der Ansprüche 1 und 9 der Erfindung.This object is solved by the features of claims 1 and 9 of the invention.
Das erfindungsgemäße System zum Übertragen von Energie an eine implantierte Vorrichtung umfasst eine externe Sendespule, die an eine Energiequelle anschließbar ist. Die Sendespule dient dem Erzeugen eines sich verändernden Magnetfeldes. Das erfindungsgemäße System umfasst ferner eine implantierbare Empfangsspule zum Generieren einer Spannung, wenn diese induktiv mit der externen Sendespule gekoppelt wird. Die Empfangsspule ist elektrisch mit der implantierten Vorrichtung verbindbar.The system according to the invention for transmitting energy to an implanted device comprises an external transmitter coil which can be connected to an energy source. The transmit coil serves to generate a changing magnetic field. The system according to the invention further comprises an implantable receiving coil for generating a voltage when it is inductively coupled to the external transmitting coil. The receiver coil is electrically connectable to the implanted device.
Gemäß der Erfindung ist eine erste ferromagnetische Folie, bevorzugt in paralleler Weise, in der Nähe der Empfangsspule auf der Seite der Empfangsspule, die von der Sendespule wegweist, angeordnet. Ferner ist bevorzugt, eine zweite ferromagnetische Folie in der Nähe der Sendespule auf der Seite der Sendespule, die von der Empfangsspule wegweist, angeordnet. Anstelle einer ferromagnetischen Folie in der Nähe der Sendespule kann ein ferromagnetisches Material mit einer größeren Dicke verwendet werden, das zu einer stärkeren Konzentration des durch die Sendespule generierten Magnetfeldes führen würde. Eine derartige Anwendung würde einen besseren Wirkungsgrad erreichen, während sie weniger tolerant gegenüber einer Fehlausrichtung der Sende- und Empfangsspule relativ zueinander sein würde.According to the invention, a first ferromagnetic film, preferably in a parallel manner, is arranged in the vicinity of the receiving coil on the side of the receiving coil facing away from the transmitting coil. Further, it is preferable to arrange a second ferromagnetic film in the vicinity of the transmitting coil on the transmitting coil side facing away from the receiving coil. Instead of a ferromagnetic foil in the vicinity of the transmitting coil, a ferromagnetic material with a greater thickness could be used, which would lead to a greater concentration of the magnetic field generated by the transmitting coil. Such an application would achieve better efficiency while being less tolerant of misalignment of the transmit and receive coils relative to one another.
Durch das Verwenden eines ferromagnetischen Materials im Bereich der Sende- und/oder Empfangsspule ist es möglich, das durch die Sendespule erzeugte Magnetfeld in Richtung der Empfangsspule zu lenken, wobei der Wirkungsgrad des Systems verbessert wird. Jedoch würde die Verwendung eines ferromagnetischen Materials, das zu stark ist zu einem sehr stark fokussierten Magnetfeld führen. In einem solchen System würde die Energieübertragung leiden, wenn die Sende- und Empfangsspulen nicht exakt übereinander angeordnet sind. Somit ist gemäß der Erfindung das erste und/oder zweite ferromagnetische Material eine Folie, so dass das Magnetfeld nicht zu stark fokussiert wird, so dass eine höhere Toleranz gegenüber eine Fehlausrichtung der Spulen erreicht werden kann.By using a ferromagnetic material in the region of the transmitting and / or receiving coil, it is possible to direct the magnetic field generated by the transmitting coil in the direction of the receiving coil, wherein the efficiency of the system is improved. However, the use of a ferromagnetic material that is too strong would lead to a very highly focused magnetic field. In such a system, the energy transfer would suffer if the transmit and receive coils are not exactly superimposed. Thus, according to the invention, the first and / or second ferromagnetic material is a foil, so that the magnetic field is not focused too much, so that a higher tolerance against misalignment of the coils can be achieved.
Die Verwendung einer Folie aus ferromagnetischem Material hat ferner den Vorteil, dass solch eine Folie einfach an die Form der Empfangs- oder Sendespule angepasst werden kann. In einer bevorzugten Ausführungsform ist die erste und zweite ferromagnetische Folie flexibel und kann somit leicht an die Form der Sende- und/oder Empfangsspule angepasst werden, die auch flexibel sein kann. Flexible Empfangsspulen können besser in den Körper des Patienten eingepasst werden und sind z. B. aus
In einer bevorzugten Ausführungsform ist mindestens ein Kondensator zum Ausbilden des elektrischen Schwingkreises zwischen der ersten ferromagnetischen Folie von der Sendespule aus betrachtet oder hinter der zweiten ferromagnetischen Folie von der Empfangsspule aus betrachtet, angeordnet. Somit ist die erste ferromagnetische Folie zwischen dem mindestens einen Kondensator und der Sendespule angeordnet und/oder die zweite ferromagnetische Folie ist zwischen dem mindestens einen Kondensator und der Empfangsspule angeordnet.In a preferred embodiment, at least one capacitor for forming the electrical resonant circuit between the first ferromagnetic film viewed from the transmitting coil or behind the second ferromagnetic film viewed from the receiving coil, arranged. Thus, the first ferromagnetic sheet is disposed between the at least one capacitor and the transmitting coil, and / or the second ferromagnetic sheet is disposed between the at least one capacitor and the receiving coil.
Somit kann der mindestens eine Kondensator in einem Bereich angeordnet werden, in dem verringerte oder gar keine Wirbelströme in dem Kondensator durch das Magnetfeld der Sendespule generiert werden. Somit können durch die erste und zweite ferromagnetische Folie der mindestens eine Kondensator und andere elektrische Komponenten des Systems vor dem Magnetfeld geschützt werden.Thus, the at least one capacitor can be arranged in a region in which reduced or no eddy currents are generated in the capacitor by the magnetic field of the transmitting coil. Thus, the at least one capacitor and other electrical components of the system can be protected from the magnetic field by the first and second ferromagnetic films.
Durch das Anordnen des mindestens einen Kondensators in diesem Bereich hinter der ersten und/oder zweiten ferromagnetischen Folie kann ein kompaktes Design des Systems erreicht werden. Das ist besonders wichtig in der Empfangsspule, die in den Körper des Patienten implantiert werden muss. Ein weiterer Vorteil des Platzierens des mindestens einen Kondensators hinter der zweiten ferromagnetischen Folie ist, dass der Kondensator nicht an einer anderen Stelle der implantierten Vorrichtung angeordnet werden muss. Z. B. ist es bekannt, Kondensatoren in der Nähe einer implantierten Batterie anzuordnen und diese Kondensatoren über ein Kabel mit der Empfangsspule zu verbinden, um den elektrischen Schwingkreis auszubilden. In so einem System werden in dem Schwingkreis große Verluste aufgrund des ohmschen Widerstandes Kabels auftreten. Durch die oben genannten Merkmale der Erfindung kann dieser Nachteil vermieden werden.By placing the at least one capacitor in this area behind the first and / or second ferromagnetic foil, a compact design of the system can be achieved. This is especially important in the receiving coil, which must be implanted in the body of the patient. Another advantage of placing the at least one capacitor behind the second ferromagnetic foil is that the capacitor does not need to be located at a different location of the implanted device. For example, it is known to arrange capacitors in the vicinity of an implanted battery and to connect these capacitors via a cable to the receiving coil to form the electrical resonant circuit. In such a system, large losses will occur in the resonant circuit due to the ohmic resistance of the cable. By the above-mentioned features of the invention, this disadvantage can be avoided.
Es ist bevorzugt, dass die zweite ferromagnetische Folie eine Dicke von weniger als 1 mm aufweist. Durch die Verwendung einer ferromagnetischen Folie, die eine solche Dicke aufweist, kann ein guter Kompromiss zwischen einem hohen Wirkungsgrad und einer akzeptablen Toleranz gegenüber einer Fehlausrichtung der Spulen erreicht werden. Experimente des Anmelders haben gezeigt, dass sogar, wenn eine Fehlausrichtung von 4 cm zwischen der Sende- und Empfangsspule besteht, eine akzeptable Energieübertragung von bis zu 20 W mit einem axialen Abstand von 1,5 cm–4,5 cm zwischen den Spulen erreicht werden kann.It is preferred that the second ferromagnetic film has a thickness of less than 1 mm. By using a ferromagnetic film having such a thickness, a good compromise between high efficiency and acceptable coil misalignment tolerance can be achieved. Applicant's experiments have shown that even if there is a 4 cm misalignment between the transmit and receive coils, an acceptable energy transfer of up to 20 watts with an axial distance of 1.5 cm-4.5 cm between the coils can be achieved can.
Es ist ferner bevorzugt, dass die Sendespule und/oder die erste ferromagnetische Folie in einem flexiblen Gehäuse angeordnet sind. Alternativ oder zusätzlich hierzu können die Empfangsspule und die zweite ferromagnetische Folie in einem flexiblen Gehäuse angeordnet sein, das ein biokompatibles Material, z. B. ein biokompatibles Silikon aufweisen kann. Z. B. können die Spulen in das flexible Gehäuse eingegossen sein. Durch die Verwendung eines flexiblen Gehäuses für die Spulen ist es möglich, die Form der Spulen an die Anatomie des menschlichen Körpers anzupassen, wodurch ein höherer Komfort und eine bessere Energieübertragung erreicht wird.It is further preferred that the transmitting coil and / or the first ferromagnetic foil are arranged in a flexible housing. Alternatively or additionally, the receiving coil and the second ferromagnetic foil can be arranged in a flexible housing, which is a biocompatible material, for. B. may have a biocompatible silicone. For example, the coils may be molded into the flexible housing. By using a flexible housing for the coils, it is possible to adapt the shape of the coils to the anatomy of the human body, thereby achieving greater comfort and better energy transfer.
In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform ist die Sende- und/oder Empfangsspule integriert in eine Platine und ist hierauf lithographisch aufgebracht. Somit können Fertigungstoleranzen reduziert werden, Es ist ferner bevorzugt, dass in dieser Ausführungsform die erste und/oder zweite ferromagnetische Folie durch Aufdampfen auf die Platine aufgebracht ist.In a further preferred embodiment, the transmitting and / or receiving coil is integrated in a circuit board and is then applied lithographically. Thus, manufacturing tolerances can be reduced, It is also preferred that in this embodiment, the first and / or second ferromagnetic film is deposited by vapor deposition on the board.
Zum zusätzlichen Erhöhen der Toleranz gegenüber einer Fehlausrichtung der Spulen kann der Durchmesser der internen und externen Spule unterschiedlich sein, z. B. kann eine Sendespule mit einem größeren Durchmesser als die Empfangsspule verwendet werden.To additionally increase the tolerance to misalignment of the coils, the diameter of the internal and external coils may be different, e.g. For example, a transmitting coil with a larger diameter than the receiving coil can be used.
Es ist ferner bevorzugt, dass die Sende- und/oder Empfangsspule flach gewickelt sind.It is further preferred that the transmitting and / or receiving coil are wound flat.
Eine unabhängige Erfindung betrifft ein System zum Übertragen von Energie an eine implantierte Vorrichtung, wobei das System eine externe Sendespule aufweist, die an eine Energiequelle zum Erzeugen eines sich verändernden Magnetfeldes anschließbar ist, und eine implantierbare Empfangsspule zum Erzeugen einer Spannung, wenn diese induktiv mit der externen Sendespule gekoppelt wird, wobei die Empfangsspule elektrisch mit der implantierten Vorrichtung verbindbar ist.An independent invention relates to a system for transmitting energy to an implanted device, the system having an external transmitter coil connectable to a source of energy for generating a varying magnetic field, and an implantable receiver coil for generating a voltage when inductive with the device external transmitting coil is coupled, wherein the receiving coil is electrically connectable to the implanted device.
Gemäß der zweiten unabhängigen Erfindung ist die Empfangsspule an ein ferromagnetisches Netz angebracht, wobei das ferromagnetische Netz an der Seite der Empfangsspule, die von der Sendespule wegweist, angeordnet ist.According to the second independent invention, the receiving coil is attached to a ferromagnetic network, the ferromagnetic network being disposed on the side of the receiving coil facing away from the transmitting coil.
Es ist bevorzugt, dass eine Tasche durch das ferromagnetische Netz ausgebildet ist, in der die Empfangsspule angeordnet ist, wobei die Seite der Tasche, die von der Sendespule wegweist, ein ferromagnetisches Material aufweist und die andere Seite der Tasche kein ferromagnetisches Material aufweist. Somit hat in dieser zweiten Erfindung das ferromagnetische Netz oder die Tasche eine ähnliche Funktion wie die ferromagnetische Folie der ersten Erfindung.It is preferred that a pocket is formed by the ferromagnetic mesh in which the receiving coil is disposed, the side of the pocket facing away from the transmitting coil having a ferromagnetic material and the other side of the pocket not having ferromagnetic material. Thus, in this second invention, the ferromagnetic mesh or pocket has a similar function to the ferromagnetic sheet of the first invention.
Im Folgenden wird eine bevorzugte Ausführungsform der Erfindung in Zusammenhang mit den Figuren erläutert.In the following, a preferred embodiment of the invention will be explained in connection with the figures.
Gemäß
Die Sendespule
In
Eine unabhängige Erfindung betrifft ein System zum Übertragen von Energie an eine implantierte Vorrichtung, wobei das System eine externe Sendespule
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