임플란트된 의료 디바이스에 저주파 경피성 에너지 전달(ＴＥＴ) document_id A220517006924

관련 응용들에 대한 크로스 참조 본 발명은 동일자로 출원된 4개의 공동 계류중인 공동소유의 출원들에 관련하고, 각각의 공개는 그 전체가 본원에서 인용되며, 이들은, James Giordano, Daniel F. Dlugos, Jr. 0026# William L. Hassler, Jr.의 "TRANSCUTANEOUS ENERGY TRANSFER PRIMARY COIL WITH A HIGH ASPECT FERRITE CORE"; William L. Hassler, Jr., Ed Bloom 의 "MEDICAL IMPLANT HAVING CLOSED LOOP TRANSCUTANEOUS ENERGY TRANSFER(TET) POWER TRANSFER REGULATION CIRCUITRY"; William L. Hassler, Jr. et al. 의 "MAGNETIC RESONANCE IMAGING(MRI) COMPATIBLE REMOTELY ADJUSTABLE GASTRIC BAND"; Resha H. Desai, William L. Hassler, Jr. 의 "SPATIALLY DECOUPLED TWIN SECONDARY COILS FOR OPTIMIZING TRANSCUTANEOUS ENERGY TRANSFER(TET) POWER TRANSFER CHARACTERISTICS"; 및 William L. Hassler, Jr. 의 "LOW FREQUENCY TRANSCUTANEOUS TELEMETRY TO IMPLANTED MEDICAL DEVICE" 이다. 본 발명은 일반적으로 경피성 에너지 전달(TET)을 수신하는 의료적으로 임플란트 가능한 디바이스들에 관한 것으로, 특히 전력전달을 최적화하는 이러한 임플란트 디바이스들에 관한 것이다. TET 시스템들에서, 전원은 신체의 피부와 같은 물리적 경계 외부에 있는 1차코일에 전기적으로 접속된다. 2차코일은 신체 내부와 같은 경계의 다른 측에 제공된다. 피하 디바이스(subcutaneous device)를 사용해서, 1차코일 및 2차코일 둘 다는 일반적으로 피부의 외층 및 내층에 가까이 놓여진다. 1차코일로부터 에너지가 교류 자계 형태로 2차코일에 전달된다. 2차코일은 AC자계로 전달된 에너지를, 2차코일에 부하로서 작용하는 임플란트 디바이스용 전력으로 변환한다. TET 시스템에서, 1차코일 및 2차코일은 경계 또는 피부의 격리된 두 측에 놓여진다. 이렇게 따로 떨어져 있어 코일들 간의 상대적 거리 및 공간적 방위에 변동이 생긴다. 간격의 변동은 2차코일에 도달하는 AC 자계 강도에 변경을 가져올 수 있고, 이에 따라 임플란트 디바이스에 전력변동 및 서지를 야기할 수 있다. 의료 응용에서 사용되는 것과 같은, 임플란트 디바이스들은 일반적으로 각종 기능들을 수행하기 위해 마이크로제어기에 의존한다. 이들 마이크로제어기들은 일관된 신뢰성 있는 전원을 필요로 한다. 공급되는 전력의 변동, 이를테면 전압 또는 전류 레벨의 갑작스런 변화는 디바이스를 오류로 수행하거나, 또는 전혀 기능할 수 없게 할 수도 있다. 따라서, 종래의 TET 시스템들에 연관된 한 문제는 최적의 결합위치로부터의 1차코일 또는 2차코일의 물리적 변위가, 임플란트된 디바이스에 공급되는 출력전력에 수락불가한 영향을 야기할 수 있다. TET의 사용으로부터 이익을 얻을 수 있는 임플란트 가능 디바이스의 예로서는 인공 괄약근, 특히, 고정된 양끝으로 식도-위 경계부위의 바로 안쪽의 환자의 복부를 에워싸는 중공 탄성 벌룬(hollow elastometric balloon)을 포함하는 조정가능한 위 밴드이다. 이들 벌룬들은 이에 식염수의 주입을 통해 팽창 및 수축할 수 있다. 공지의 조정가능 위 밴드들에서, 이 식염수는 피부 표면 밑에 위치한 포트에 도달하게 주사기 바늘을 사용하여 피하 포트에 주입되어야 한다. 포트는 카테테르(catheter)를 통해 밴드와 수압으로 연통한다. 효과적이긴 하지만, 환자에게 불편과 불쾌할 뿐만 아니라 감염의 위험이 증가할 수도 있기 때문에, 주사기 바늘로 유체용량을 조정해야 하는 것을 피하는 것이 바람직하다. 이를 위해서, 본원의 공동 계류중인 출원들에서, 임플란트된 주입기는 피하 포트로 주입해야 할 필요없이 식염수의 흐름을 조절한다. 그 대신 이 시스템은, 복부 내에 위 밴드에 접속된 임플란트 내 펌프에 전력을 공급하는 2차코일에 외부 1차코일로부터의 AC 자속 에너지를 전달한다. 디바이스에 전력을 공급하는데에 있어 TET가 필요하지 않더라도, 이들 디바이스들의 장기간 특성은 TET의 사용에서 오는 것이며 감소된 크기 및 복잡도의 임플란트된 디바이스를 가능하게 한다. 또한, 이들 디바이스들은 조정 이외에는 전력을 공급받지 않는 상태에 있어, 배터리를 필요로 하지 않는 등의 추가 이점을 제공한다. 다수의 이점이 있는 결과를 달성하기 위해 환자의 피부의 표면 밑에, 예를 들면, 심박조정기 또는 조정가능 위 밴드와 같은 의료 디바이스를 외과적으로 임플란트하는 것이 공지되어 있다. 환자 내부에서 활동적으로 동작하기 위해서, 이들 의료 임플란트들은 신뢰성 있고, 일관된 전원을 필요로 한다. 현재, 의료 임플란트들은 일회용 배터리들에 의해서, 또는 배터리들을 재충전하기 위해 TET 시스템을 사용하는 재충전가능 배터리들에 의해서, 또는 직접 TET 시스템에 의해 전력을 공급받는다. 임플란트를 동작시키기 위해 TET 시스템의 2차코일에 충분한 전력을 전달하기 위해서, 통상 TET 시스템들은 100kHz 내지 약 30MHz의 주파수들에서 동작해 왔다. 이들 고주파 레벨들에서, 1차코일이 발생하는 교류 전자기장은 2차코일만이 아니라 그 근처의, 금속 임플란트 케이스를 포함하는 금속 물체들 어느 것이든 결합한다. 이러한 기생 결합은 임플란트 케이스 내에 에디 전류를 발생한다. 이들 에디 전류는 2차코일에 전달되는 유효전력량을 감소시키고, 이에 의해 임플란트를 구동시키기 위해 1차코일로부터 필요로 되는 전력량이 증가하게 된다. 또한, 에디 전류는 금속 케이스의 가열을 야기할 수 있다. 통상의 본체 온도보다 2℃ 이상 금속 임플란트 케이스를 가열하는 것은 임플란트 수령자에 상해를 가하는 영향을 미칠 수 있다. 금속 물체에서 발생된 에디 전류의 레벨은 제2 전력으로 상승된 교류 자장 주파수에 직접적으로 비례한다. 따라서, 에너지 전달 신호의 주파수가 클수록, 에디 전류가 커지고 에너지 전달 손실이 커진다. 또한, TET 시스템을 100kHz 이상의 주파수들로 동작시키는 것은 시스템이 FCC 규칙에 따를 것을 요한다. 임플란트에 TET 시스템을 사용하였을 때의 에디 전류 및 전력 전달 손실에 연관된 문제들을 감소시키기 위해서, 통상적으로 세라믹 외장 케이스와 같은 비금속 물질로 임플란트를 에워싸거나, 임플란트의 외장 케이스 밖에 2차코일을 두고 케이스 내로 연장하는 한 쌍의 리드로 코일을 연결하는 것이 필요하였다. 또는, TET 시스템들은 내부 임플란트 배터리들을 연속적으로 재충전하도록 동작하는 저에너지 세류 충전 시스템(low energy trickle charge system)들로서 사용되었다. 그러나, 에디 전류 문제에 대한 이들 해결책들 각각은 고가이거나, 성가시거나, 임플란트 디바이스의 복잡도를 증가시킨다. 따라서, 임플란트에 전력을 공급할 때의 에디 전류의 문제를 감소시키고 FCC 규칙을 최소화하기 위해서, 저 주파수들에서 동작하는 에너지 전달 시스템을 갖추는 것이 바람직하다. 특히, 현저한 전력손실 또는 에디 전류의 발현없이 임플란트 내에 2차코일이 수용될 수 있는 고전력, 저주파수 TET 시스템을 제공하는 것이 바람직하다. 배터리들을 재충전하는 등의 이러한 TET가 임플란트에 전력을 공급하는 것이 일반적으로 공지된 절차이긴 하나, 이를테면 조정가능 위 밴드와 같은 인공 괄약근 시스템에 TET를 사용함에 있어선 다수의 해결할 문제가 있다. 조정가능 위 밴드들은 병적으로 과도하게 살이 찐 환자들에게 가장 효과적이다. 부수적인 불쾌감을 감소시키는, 임플란트를 피하에 부착하는 안전한 위치를 제공한다는 것은 임플란트가 피부의 두꺼운 층 및 지방조직 밑에 있음을 의미한다. 따라서 TET를 사용함에 있어 해결할 주요 문제는, 임플란트에 전달되는 유효 전력량을 감소시키는 이러한 두꺼운 층의 피부조직을 통해 1차코일과 2차코일간에 자기 에너지를 전달하는 것이다.