DE4104359A1 - Ladesystem fuer implantierbare hoerhilfen und tinnitus-maskierer - Google Patents
Ladesystem fuer implantierbare hoerhilfen und tinnitus-maskiererInfo
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Description
Die Erfindung betrifft ein Ladesystem für implantierbare Hörhilfen und Tinnitus-Mas
kierer mit einer mehrfach wiederaufladbaren Gleichspannungsquelle.
Es sind beispielsweise aus der DE-OS 19 40 803 oder der US-PS 41 34 408 Ladesysteme
für die Batterien von Herzschrittmachern bekannt. Das in diesen Systemen zur indukti
ven Energieübertragung genutzte Verfahren beruht auf zwei gekoppelten Spulen, ähn
lich einem Übertrager, wobei die eine Spule implantiert ist und die andere Spule extern
in die Nähe der implantierten Spule gebracht werden kann. Die implantierte Spule
speist direkt und somit breitbandig eine Gleichrichterschaltung. Diese Art der Ener
gieübertragung erlaubt wegen der schlechten Spulenkopplung nur relativ geringe La
deströme für die Batterie. Diese waren für die Batterien von Herzschrittmachern ausrei
chend, da für den Betrieb eines Herzschrittmachers nur wenig Energie vonnöten ist und
man daher mit geringen Batteriekapazitäten auskommt. Im Gegensatz dazu hat der Be
trieb einer Hörhilfe oder eines Tinnitus-Maskierers einen deutlich höheren Energiebe
darf, da diese Geräte permanent aktiv sind.
Ein implantierbares Hörgerät mit mehrfach wiederaufladbarer Gleichspannungsquelle
ist aus der DE 39 18 086 C1 bekannt. Das Ladesystem für die Gleichspannungsquelle ist
dort aber nicht erläutert.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Ladesystem für die Batterien von im
plantierten Hörhilfen zu schaffen, das die notwendigen Ladeströme zuverlässig zur
Verfügung stellt.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß mit einem Ladesystem der eingangs genannten
Art gelöst, das einen implantierbaren Eingangsresonanzkreis als Stromquelle für die zu
ladende Gleichspannungsquelle und einen außen am Körper anordbaren Sendereso
nanzkreis aufweist, der mit dem Empfangsresonanzkreis zur Energieübertragung vom
Körperäußeren ins Körperinnere induktiv koppelbar ist.
Durch die Resonanzkopplung der Spulen des Senderesonanzkreises und des Empfangs
resonanzkreises ist eine im Vergleich zu einer Breitbandkopplung wesentlich verbes
serte Energieübertragung möglich, so daß die notwendigen Ladeströme für die Batte
riekapazitäten einer Hörhilfe bzw. eines Tinnitus-Maskierers zur Verfügung stehen.
Die Sendespule des Senderesonanzkreises kann dabei zur Energieübertragung durch die
geschlossene Haut (transkutan) vom Körperäußeren ins Körperinnere mit der
Empfangsspule des implantierbaren Empfangsresonanzkreises konzentrisch in Deckung
bringbar sein. Vorteilhafterweise ist im implantierbaren Teil des Ladesystems eine Te
lemetrieschaltung zur Gewinnung von Information über die relative Position der Sen
despule zur Empfangsspule und/oder über den Ladezustand der Gleichspannungsquelle
vorgesehen. Nach einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung kann die Empfangsspule
einen über die Spule überstehenden Ferritkern aufweisen, dessen überstehendes Ende
zur magnetischen und mechanischen Kopplung mit der Sendespule durch die Haut nach
außen hindurchführbar ist. Es besteht also die Wahl zwischen einem nach außen über
haupt nicht in Erscheinung tretenden implantierbaren Energieversorgungsteil und ei
nem in der Energieübertragung noch leistungsfähigeren Ladesystem mit nach außen tre
tendem Ferritkern als Kopplungselement zwischen Sende- und Empfangsspule.
Der Empfangsresonanzkreis, eine Ladeelektronik sowie die Gleichspannungsquelle
können zusammen mit der Hörhilfe oder dem Tinnitus-Maskierer in einem gemeinsa
men Gehäuse untergebracht sein. Da die derzeit für Hörhilfen insbesondere in Frage
kommenden Nickel-Cadmium-Akkumulatoren in Knopfzellenbauweise jedoch nur eine
durchschnittliche Lebensdauer von fünf Jahren aufweisen, kann die Gleichspan
nungsquelle zweckmäßigerweise statt dessen auch in einem separaten Gehäuse unterge
bracht und mit der Hörhilfe bzw. dem Tinnitus-Maskierer lösbar galvanisch verbunden
sein. Dadurch kann beim Batteriewechsel ein Austausch des gesamten Systems vermie
den werden.
Die implantierbare Energieversorgung ist vorteilhafterweise mit der Hörhilfe bzw. dem
Tinnitus Maskierer losbar, galvanisch getrennt und induktiv verbunden, wobei zur in
duktiven Kopplung zwei Koppelspulen vorgesehen sein können, deren Über
setzungsverhältnis so gewählt ist, daß die Betriebsspannung für die Hörhilfe bzw. den
Tinnitus-Maskierer die Spannung der Gleichspannungsquelle übersteigt. Der Vorteil
dieser Ausgestaltung besteht darin, daß es keine galvanische Verbindung zwischen der
Gleichspannungsquelle und der Hörhilfe gibt, deren Kontaktflächen gegen das Eindrin
gen von Körperflüssigkeit abgedichtet werden müßten.
Das Gehäuse der Energieversorgung kann zur Implantation im Kopfbereich des Pa
tienten, vorzugsweise im Mastoid, ausgelegt sein.
Vorteilhaft ist auch die Anordnung einer Warneinrichtung im implantierbaren Teil des
Ladesystems, die Warnsignale in den Signalpfad der Hörhilfe einspeist, sobald der La
dezustand der Gleichspannungsquelle einen Minimalpegel unterschreitet. Der Träger
der Hörhilfe wird dadurch mittels akustischer Signale darauf aufmerksam gemacht, daß
er die Gleichspannungsquelle seines Gerätes nachladen muß.
Der externe Teil des Ladesystems kann ortsfest und netzgebunden oder aber bevorzugt
als portables Gerät mit nachladbaren Batterien ausgeführt sein.
Bevorzugte Ausführungsbeispiele der Erfindung sind nachstehend unter Bezugnahme
auf die Zeichnungen näher erläutert. Es zeigen:
Fig. 1 einen Schaltplan eines Ladesystems mit transkutaner Energieübertra
gung,
Fig. 2 einen schematischen Schnitt durch ein Ladesystem zur transkutanen
Energieübertragung,
Fig. 3 einen schematischen Schnitt durch eine Empfangs- und Sendespule
zur perkutanen Energieübertragung,
Fig. 4 eine schematische Darstellung einer Kopplung zwischen einem La
desystem und einer Hörhilfe.
Das in Fig. 1 dargestellte Ladesystem besteht aus einem implantierten Empfangsteil 10
und einem externen Sendeteil 11. Der Empfangsteil 10 ist gemeinsam mit einer Hörhilfe
12 in einem Gehäuse 13 untergebracht, das unter der Haut 14 im Körper angeordnet ist.
Der Empfangsteil 10 weist eine Empfangsspule 15 auf, die zusammen mit einem Kon
densator 16 einen Serienresonanzkreis bildet, der durch einen im Sendeteil 11 des La
desystems befindlichen zweiten Serienresonanzkreis bestehend aus einer Sendespule 17
und einem Kondensator 18 mit gleicher Resonanzlage angeregt wird. Die Empfangs
spule 15 und der Kondensator 16 sind Teile eines Wechselstrom-Ladekreises 19, der
sich, wie in Fig. 1 dargestellt, über einen Schalter 20 und je nach Phase über Dioden 21,
24 bzw. 22, 23 und eine Gleichspannungsquelle 25 schließt. Eine Zenerdiode 26 schützt
die Gleichspannungsquelle 25 und die nachfolgende Schaltung der Hörhilfe 12 vor zu
hoher Spannung des Ladekreises 19. Die Höhe des in der Empfangsspule 15 induzierten
Stromes ist von der Größe der im Ladekreis 19 liegenden ohmschen Widerstände, wie
dem Wicklungswiderstand der Empfangsspule 15, den differentiellen Widerständen der
Dioden 21 bis 24 und dem Innenwiderstand der Gleichspannungsquelle 25 abhängig. Da
der Innenwiderstand der Gleichspannungsquelle 25 im Vergleich zu den anderen Wi
derständen vernachlässigbar klein ist, erfolgt eine Stromeinprägung auf die Gleichspan
nungsquelle 25. Die Spannung der Gleichspannungsquelle 25 wird während des Ladens
über einen Komparator 27 überwacht. Bei Erreichen eines festeingestellten Spannungs
wertes wird mittels des Schalters 20 ein zusätzlicher Widerstand 28 in den Ladekreis 19
eingeschleift, der den Ladestrom begrenzt.
Bei der in Fig. 1 veranschaulichten Ausführungsform ist ferner eine Warneinrichtung 44
vorgesehen, die in den Signalpfad der Hörhilfe 12 Warnsignale einspeist, sobald der La
dezustand der Gleichspannungsquelle 25 einen vorgegebenen Minimalpegel unter
schreitet. Zusätzlich oder statt dessen kann eine Telemetrieschaltung 45 vorgesehen sein,
die Informationen über den Ladezustand der Gleichspannungsquelle 25 nach außen
gibt.
Das Schnittbild nach Fig. 2 zeigt ebenfalls ein Ladesystem zur transkutanen Energie
übertragung. Im Gegensatz zu Fig. 1 ist hier jedoch der Empfangsteil 10 des Ladesy
stems nicht in einem gemeinsamen Gehäuse mit der Hörhilfe, sondern in einem separa
ten Gehäuse 36 untergebracht. Das im Mastoid 29 implantierte Gehäuse 36 enthält die
Empfangsspule 15, eine Ladeelektronik 30, welche beispielsweise die Komponenten 20
bis 24 und 26 bis 28 der Fig. 1 einschließt, sowie die Gleichspannungsquelle 25. Letztere
ist über ein Verbindungskabel 31 mit der in Fig. 2 nicht dargestellten Hörhilfe verbun
den. Dadurch können die Hörhilfe im Ohr selbst und die implantierbare Energieversor
gungseinheit der Hörhilfe an einer besser zugänglichen Stelle, beispielsweise in einer
Ausnehmung des Mastoids hinter dem Ohr, angeordnet werden. Zum Laden der
Gleichspannungsquelle 25 wird außerhalb der Haut 14 die Sendespule 17 mit der
Empfangsspule konzentrisch in Deckung gebracht. Zur Kontrolle der relativen Lage der
als Primärspule wirkenden Sendespule 17 zu der die Sekundärspule bildenden
Empfangsspule 15 kann der Ladeelektronik 30 eine Telemetrieschaltung 38 zugeordnet
sein, die ein für die gegenseitige Ausrichtung der Spulen 15,17 kennzeichnendes Signal
nach außen liefert.
Fig. 3 zeigt eine der Fig. 2 entsprechende Schnittdarstellung für die perkutane Energie
übertragung. Die Empfangsspule 15 ist unter der Haut 14 im Mastoid 29 implantiert.
Die Spule 15 weist einen Ferritkern 32 auf, dessen über die Spule 15 überstehendes
Ende durch die Haut 14 hindurch nach außen geführt ist, wobei die Empfangsspule 15
und der Ferritkern 32 von biokompatiblem Material 33 vollständig umschlossen sind.
Zum Laden der Gleichspannungsquelle einer Hörhilfe, die über Zuleitungen 35 mit der
Empfangsspule 15 verbunden ist, wird von außen über das äußere Ende 34 des Ferrit
kerns 32 die Sendespule 17 geschoben. Der Ferritkern 32 dient damit sowohl der me
chanischen Fixierung der Sendespule 17 als auch der magnetischen Kopplung der bei
den Spulen 15 und 17. Eine solche perkutane Energieübertragung ist wirkungsvoller als
die transkutane Übertragung. Das über die Haut vorstehende Ferritkernende 34 kann
klein und unauffällig ausgebildet und an versteckter Stelle, insbesondere hinter der
Ohrmuschel, angeordnet sein.
In Fig. 4 ist das separate Gehäuse 36 für die Energieversorgung der in einem getrennten
Gehäuse 37 angeordneten Hörhilfe 12 dargestellt. Zu der Energieversorgung gehören
der die Empfangsspule 15 aufweisende Serienresonanzkreis, die Gleichspannungsquelle
25 und ein Oszillator 39. Als Gleichspannungsquelle 25 für eine Hörhilfe kommen ins
besondere Nickel-Cadmium-Akkumulatoren in Knopfzellenbauweise in Frage, die je
doch nur eine durchschnittliche Lebensdauer von fünf Jahren erreichen und dann er
setzt werden müssen. Dies macht eine auftrennbare elektrische Verbindung zwischen
dem Batteriegehäuse 36 und dem Gehäuse 37 der Hörhilfe 12 wünschenswert, um nicht
das gesamte System austauschen zu müssen. Die in Fig. 4 beispielhaft gezeigte Verbin
dung besteht aus zwei Koppelspulen 40 und 41 sowie einem Ferritstab 42; sie stellt eine
für die Energieübertragung durch Resonanzkopplung geeignete, lösbare Verbindung
dar.
Die in der Gleichspannungsquelle 25 gespeicherte Energie wird mittels des Oszillators
39 in eine Wechselschwingung umgewandelt und in die als Sendespule wirkende Kop
pelspule 40 gespeist. Die Koppelspule 40 ist Teil eines Serienschwingkreises, dessen Re
sonanzfrequenz mit der Oszillatorfrequenz übereinstimmt. In die Mitte der Koppelspule
40 ist der Ferritstab 42 axial eingelassen. Der Ferritstab 42 ragt etwa um die Spulen
länge aus der Koppelspule 40 heraus. Die als Empfangsspule wirkende Koppelspule 41
wird über diesen vorstehenden Teil des Ferritstabes 42 geschoben und so magnetisch
und mechanisch mit der Sendeseite verbunden. Die in der Koppelspule 41 induzierte
Wechselspannung steht über einen in Fig. 4 nicht dargestellten Gleichrichter zum Be
trieb der Hörhilfe 12 zur Verfügung. Durch entsprechende Wahl des Windungszahlen
verhältnisses der beiden Koppelspulen 40, 41 kann für die Versorgung der Hörhilfe 12
eine höhere Spannung als die zur Verfügung stehende Batteriespannung erzeugt wer
den. Ein besonderer Vorteil der erläuterten Anordnung ist, daß es keine galvanische
Verbindung zwischen der Gleichspannungsquelle und der Hörhilfe gibt, deren Kontakt
flächen gegen das Eindringen von Körperflüssigkeit abgedichtet werden müssen. Beide
Teile der Verbindung sind von einem biokompatiblen Material vollständig umschlossen
und stellen zwei voneinander getrennte Systeme dar. Die Energieübertragung geschieht
über die magnetische Kopplung, und sie wird durch das Abdichtungsmaterial nicht be
hindert.
Bei dem in dem Gehäuse 13 bzw. 37 untergebrachten Gerät 12 kann es sich statt
um eine Hörhilfe auch um einen Tinnitus-Maskierer handeln. Während vorstehend Se
rienresonanzkreise vorgesehen sind, kann grundsätzlich auch mit Parallelresonanzkrei
sen gearbeitet werden.
Claims (10)
1. Ladesystem für implantierbare Hörhilfen und Tinnitus-Maskierer mit einer mehr
fach wiederaufladbaren Gleichspannungsquelle, gekennzeichnet durch einen im
plantierbaren Empfangsresonanzkreis (15, 16) als Stromquelle für die zu ladende
Gleichspannungsquelle (25) und einen außen am Körper anordbaren Sendereso
nanzkreis (17, 18), der mit dem Empfangsresonanzkreis zur Energieübertragung
vom Körperäußeren ins Körperinnere induktiv koppelbar ist.
2. Ladesystem nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Sendespule (17) des
Senderesonanzkreises (17, 18) zur Energieübertragung durch die geschlossene Haut
(transkutan) vom Körperäußeren ins Körperinnere mit der Empfangsspule (15) des
implantierbaren Empfangsresonanzkreises (15, 16) konzentrisch in Deckung bring
bar ist.
3. Ladesystem nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der implantier
bare Teil des Ladesystems eine Telemetrieschaltung (38, 45) zur Gewinnung von
Information über die relative Position der Sendespule (17) zur Empfangsspule (15)
und/oder über den Ladezustand der Gleichspannungsquelle (25) aufweist.
4. Ladesystem nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet,
daß die Empfangsspule (15) einen über die Spule überstehenden Ferritkern (32)
aufweist, dessen überstehendes Ende zur magnetischen und mechanischen Kopp
lung mit einer Sendespule (17) durch die Haut (14) nach außen hindurchführbar ist.
5. Ladesystem nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet,
daß der Empfangsresonanzkreis (15, 16), eine Ladeelektronik (30) sowie die
Gleichspannungsquelle (25) zusammen mit der Hörhilfe (12) oder dem Tinnitus-
Maskierer in einem gemeinsamen Gehäuse (13) untergebracht sind.
6. Ladesystem nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die
Gleichspannungsquelle (25), gegebenenfalls in Kombination mit dem Empfangsre
sonanzkreis (15, 16) und der Ladeelektronik (30), in einem separaten Gehäuse (36)
untergebracht ist und mit der Hörhilfe (12) bzw. dem Tinnitus-Maskierer lösbar
galvanisch verbunden ist.
7. Ladesystem nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die implantierbare
Energieversorgung mit der Hörhilfe (12) bzw. dem Tinnitus-Maskierer lösbar, gal
vanisch getrennt und induktiv verbunden ist.
8. Ladesystem nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß zur induktiven Kopp
lung zwei Koppelspulen (40, 41) vorgesehen sind, deren Übersetzungsverhältnis so
gewählt ist, daß die Betriebsspannung für die Hörhilfe (12) bzw. den Tinnitus-Mas
kierer die Spannung der Gleichspannungsquelle (25) übersteigt.
9. Ladesystem nach einem der Ansprüche 6 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß das
Gehäuse (36) der Energieversorgung zur Implantation im Kopfbereich, vorzugs
weise im Mastoid (29), ausgelegt ist.
10. Ladesystem nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß der
implantierbare Teil des Ladesystems eine Warneinrichtung (44) aufweist, die
Warnsignale in den Signalpfad der Hörhilfe (12) einspeist, sobald der Ladezustand
der Gleichspannungsquelle (25) einen Minimalpegel unterschreitet.
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