DE4104359A1 - Ladesystem fuer implantierbare hoerhilfen und tinnitus-maskierer - Google Patents

Ladesystem fuer implantierbare hoerhilfen und tinnitus-maskierer

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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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