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Ausführungsbeispiele
gemäß der vorliegenden Erfindung beziehen sich
auf eine Vorrichtung und auf ein Verfahren zum Ansteuern von Elektroden. Weitere
Ausführungsbeispiele gemäß der Erfindung beziehen
sich auf eine Vorrichtung und ein Verfahren zum Messen einer elektrischen
Größe. Einige Ausführungsbeispiele beziehen
sich auf eine Ansteuerung und Beschaltung einer Elektrodenmatrix
im Zeitmultiplex mit einer erhöhten raumartigen (spatialen) Auflösung.
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Für
die Stimulation von Sinnesnerven, z. B. für die Prothetik
am erblindeten Auge, werden beispielsweise Elektrodenmatrizen verwendet,
um eine räumlich aufgelöste Stimulation darzustellen
und damit Sinneseindrücke hervorzurufen. Es ist zu erwarten,
dass eine verbesserte räumliche Auflösung der Stimulation
auch eine Verbesserung der Qualität der Sinneseindrücke
nach sich zieht. Eine solche Verbesserung der räumlichen
Auflösung und damit verbundene verbesserte Sinneseindrücke
erfordert jedoch üblicherweise eine weitere Verkleinerung
der Elektrodenabmessungen bzw. der Elektrodenabstände.
Für diesen Weg bedarf es einer weiteren technologischen
Weiterentwicklung der entsprechenden Herstellungstechnologien. Durch
die Zunahme der Verbindungsleitungen ist ebenfalls eine entsprechend
komplexere Aufbau- und Verbindungstechnik zu erwarten.
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Bei
konventionellen Elektrodenmatrizen (Anordnung von Elektroden beispielsweise
als ein Elektrodenfeld, das auch als Elektroden-Arrays bezeichnet
wird) werden typischerweise die Elektroden einzeln oder gegen eine
globale Gegenelektrode geschaltet, so dass sich eine unipolare Anordnung
ergibt. Alternativ sind einzelne Elektrodenpaare gegeneinander geschaltet,
so dass sich eine bipolare Anordnung er gibt. Bei der unipolaren
Anordnung erfolgt typischerweise eine Anregung in der Nähe
der einzelnen Elektrode, über die das Anregungssignal eingespeist
wird, währenddessen bei der bipolaren Anordnung eine Anregung
zwischen den Elektroden der einzelnen Elektrodenpaare (beispielsweise
in der Mitte) erfolgt. Im Allgemeinen werden dabei nicht alle Elektroden
gleichzeitig stimuliert, sondern es wird ein Zeitmultiplex beispielsweise
von einer Stromquelle auf mehrere Elektroden verteilt. In Maurits
Ortmanns et al.: „A 232-Channel Epiretinal Stimulator
ASIC", IEEE Journal of Solid-State Circuits, Vol. 42, No.
12, December 2007, pp. 2946–2959 ist ein epiretinaler Stimulator
mit 232 Kanälen mit einer bipolaren Stimulation beschrieben.
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Die
erreichbare Auflösung bei der Anregung von Regionen ist
bei einer unipolaren Anregung einerseits gleich der Anzahl der verwendeten
Elektroden, da jede Elektrode unabhängig voneinander angesteuert
und somit die entsprechende Region um die Elektrode angeregt werden
kann. Andererseits entspricht die Auflösung bei einer bipolaren
Elektrodenansteuerung gleich der Hälfte der Elektroden,
da jeweils zwei Elektroden erforderlich sind, um ein Gebiet zwischen
den Elektroden, anzuregen. Die Anzahl der verwendeten Elektroden,
die beispielsweise bei der Prothetik am erblindeten Auge verwendet werden
können, ist jedoch sehr begrenzt.
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Ausgehend
von diesem Stand der Technik besteht der Wunsch, für eine
gegebene Anzahl von Elektroden oder für eine gegebene Anordnung
von Elektroden eine Auflösung zu erreichen, die über
der Anzahl der Elektroden liegt.
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Diese
Aufgabe wird durch eine Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 23 und
ein Verfahren nach Anspruch 25 oder 28 gelöst.
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Einige
Ausführungsbeispiele gemäß der Erfindung
basieren auf den Kerngedanken, dass durch eine geeignete Ansteuerung
der Elektroden eine Anzahl an verfügbaren Stimulations-
oder Messorten über die Anzahl der Elektroden erhöht
werden kann. So ist es möglich, aufgrund der Umschaltung
zwischen der unipolaren Ansteuerung der Elektroden und der bipolaren
Ansteuerung der Elektroden möglich, die gleichen Elektroden
sowohl für die unipolare Anregung als auch für
die bipolare Anregung heranzuziehen. Somit ist es durch die genannte
Art der Erzeugung der Ansteuersignale die Möglichkeit der
beiden Ansteuerkonzepte in effizienter Weise zu verbinden.
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Bei
einigen Ausführungsbeispielen gemäß der
Erfindung kann die Ansteuerung der Elektroden unipolar erfolgen,
wenn eine Region um eine gegebene Elektrode angeregt werden soll,
und bipolar erfolgen, wenn eine Region zwischen zwei benachbarten
Elektroden angeregt werden soll. Dadurch ist es möglich,
dass nicht nur die Regionen um die einzelnen Elektroden herum anregbar
sind, sondern dass ebenfalls Zwischenräume zwischen den
Elektroden separat und gezielt angeregt werden können.
Dazu kann die erfindungsgemäße Vorrichtung beispielsweise
zwischen der unipolaren und bipolaren Anregung in Abhängigkeit
von der Position der anzuregenden Region nach Bedarf umschalten.
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Ausführungsbeispiele
der vorliegenden Erfindung umfassen somit eine Vorrichtung zum Ansteuern
einer Anordnung von Elektroden, die eine Einrichtung zum Bereitstellen
einer Mehrzahl von Elektrodenanregungssignalen aufweist, wobei die Einrichtung
zum Bereitstellen der Mehrzahl von Anregungssignalen umschaltbar
ist, um in umschaltbarer Weise ein Elektrodenanregungssignal zur
unipolaren Anregung oder ein Elektrodenanregungssignal zur bipolaren
Anregung bereitzustellen.
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Ausführungsbeispiele
der vorliegenden Erfindung umfassen ebenfalls ein Verfahren zum
Ansteuern von Elektroden, wobei das erfindungsgemäße
Verfahren ein Bereitstellen einer Mehrzahl von Elektrodenanregungssignalen
umfasst und ein Schalten zwischen Elektrodenanregungssignalen zur unipolaren
Anregung und Elektrodenanregungssignalen zur bipolaren Anregung
umfasst.
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Prinzipiell
kann das Verfahren anstelle zur Stimulation oder Anregung auch zur
Messung von lokalen Spannungen oder Strömen und daraus
abgeleiteter physikalischer Parameter verwendet werden, wobei erfindungsgemäß die
Messung sowohl unipolar als auch bipolar (umschaltbar) erfolgen
kann, so dass auch bei dieser Anwendung für eine gegebene Anzahl
von Elektroden das Ausschöpfen einer maximalen Auflösung
erreicht wird. Eine Messung kann beispielsweise auch zusammen mit
einer Stimulation durchgeführt werden.
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Bei
diesem Verfahren zum Messen einer physikalischen Größe,
wie beispielsweise einer Spannung oder eines elektrischen Stromes,
wird eine unipolare Verschaltung der Elektroden genutzt, um beispielsweise
die lokale Spannung (das lokale elektrische Potential) in einer
bestimmten Region um eine Elektrode zu messen, währenddessen
die bipolare Verschaltung der Elektroden genutzt werden kann, um
einen Potentialabfall in eine bestimmte Richtung oder zwischen zwei
Elektroden oder beispielsweise einen lokalen Potentialgradienten
zu messen.
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Einige
Ausführungsbeispiele umfassen zwei Teile bzw. zwei Aspekte:
- (1) Elektrodenansteuerung und
- (2) Organisation der Multiplexer für Anregungs- und
eventuell Messschaltung.
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Zunächst
soll die Elektrodenansteuerung beschrieben werden.
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In
einer möglichen Realisierung weist die Elektrodenmatrix
beispielsweise rechtwinklig angeordnete vertikalen Zeilen und horizontale
Reihen von Elektroden auf, so dass sich beispielsweise quadratische
Elemente von je 2 × 2 Elektroden ergeben. Diese Elektroden
werden auch als Kernelektroden des Elements bezeichnet. Jedes dieser
Elemente hat bei spielsweise einen Überlappungsbereich von
einer Elektrode Breite in vertikaler Richtung und einer Elektrode
Tiefe in horizontaler Richtung.
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Mit
den so definierten Elementen kann die Stimulation und/oder Messung
auf vier unterschiedliche Arten erfolgen:
- (a)
bipolar zwischen je zwei horizontal nebeneinander liegenden Elektroden,
- (b) bipolar zwischen je zwei vertikal nebeneinander angeordneten
Elektroden,
- (c) bipolar zwischen je zwei diagonal nebeneinander angeordneten
Elektroden, und
- (d) unipolar zwischen einer der vier Kernelektroden und einer
entfernt platzierten gemeinsamen Gegenelektrode.
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Dies
sind insgesamt 16 Stimulationswege und/oder Messstrecken innerhalb
eines durch den Überlappungsbereich erweiterten Elements
und können in beliebiger Reihenfolge nacheinander im Zeitmultiplex
verwendet werden. Im Allgemeinen ist allerdings eine parallele Anregung
aller zur Verfügung stehender Stimulationswege zur gleichen
Zeit nicht möglich.
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Die
mit diesen Wegen verbundenen Strompfade erfassen beispielsweise:
- (i) den Bereich zwischen je zwei horizontal
nebeneinander liegenden Elektroden,
- (ii) den Bereich zwischen je zwei vertikal nebeneinander liegenden
Elektroden,
- (iii) den Bereich zwischen je zwei diagonal nebeneinander liegenden
Elektroden und
- (iv) den Bereich unter den vier Kernelektroden oder in einer
Umgebung der vier Kernelektroden.
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Diese
16 Bereiche unterteilen das quadratische Element in 4 × 4
Stimulations- oder Messbereiche, so dass mit einer Elektrodenmatrix
von 2N-Elektroden in einer Reihe und 2M-Elektroden in einer Spalte
eine Auflösung von (4N – 1)·(4M – 1)
erreicht werden kann (M, N = 1, 2, 3, ...).
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Für
den Fall einer ungeraden Anzahl von 2N + 1 von Elektroden in einer
Spalte ist eine lineare Auflösung von 4N + 1-Bereiche möglich.
In gleicher Weise ist eine lineare Auflösung von 4M + 1-Bereiche
erreichbar, wenn in einer Zeile eine ungerade Zahl von 2M + 1 von
Elektroden vorhanden sind. Damit ergibt sich für ein Array
von P × Q Elektroden eine Auflösung von (2P +
1) × (2Q + 1) (P, Q = 0, 1, 2, 3, ...).
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Neben
der geschilderten Realisierung mit quadratischen Elementen aus 2 × 2
Kernelektroden können auch andere, größere
oder unregelmäßig geformte Grundelemente genutzt
werden (beispielsweise in Form von Dreiecken oder Sechsecken oder
anderen Vielecken).
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Die
Gegenelektrode, die bei der unipolaren Anregung verwendet wird,
kann auch dadurch gebildet werden, dass alle oder eine Teilmenge
der nicht zur Stimulation und/oder Messung verwendeten Elektroden
eine verteilte Gegenelektrode bilden.
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Die
zu einem Zeitpunkt zur Stimulation und/oder Messung benutzten Elektroden
(unipolar) oder Elektrodenpaare (bipolar) werden auch als aktive
Elektrode oder aktive Elektrodenpaare bezeichnet. In den soweit
aufgezählten Fällen kann eine Reduktion der gegenseitigen
Beeinflussung von simultan ablaufenden Stimulationen und/oder Messungen dadurch
erfolgen, dass jede aktive Elektrode (oder aktives Elektrodenpaar)
mit inaktiven Elektroden umgeben wird. Bei einer unipolaren Anregung
können diese als Gegenelektrode geschaltet sein, und im
bipolaren Fall auf eine Mittenspannung aller Elektrodenpaare gelegt
werden. Auf diese Weise ist eine Parallelisierung von Stimulationen
und/oder Messungen möglich.
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Der
Abstand zwischen zwei aktiven Elektroden oder Elektrodenpaaren kann
dabei durch eine oder mehrere inaktive Elektroden gebildet werden. Die
Anzahl der inaktiven Elektroden oder Elektrodenpaare kann beispielsweise
von dem zu stimulierenden Medium, der Messmethode oder auch der
Genauigkeitsanforderungen abhängen.
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Es
ist ebenfalls möglich, die Elektroden-Ansteuerung aus mehreren
Modulen aufzubauen, wobei die Module beispielsweise integrierte
Schaltungen aufweisen können, und in einem Modul ein oder mehrere
zusammenhängende, beispielsweise quadratische, Elemente
zusammengefasst sein können. Bei dieser modularen Aufbauweise
können neben den Anschlüssen für die
Kernelektroden der einzelnen Elemente noch eine Spalte an Anschlüssen
für die horizontalen Erweiterungselektroden und eine Zeile
von Anschlüssen für die vertikalen Erweiterungselektroden
vorgesehen sein. Diese Anschlüsse für die Erweiterungselektroden
bleiben elektrisch neutral (hochohmig), wenn sie nicht angesteuert
werden. Sie werden mit den entsprechenden Anschlüssen des
jeweils nächsten Nachbarmoduls und damit der physikalischen
Elektrode direkt verbunden. Für die Erweiterungselektroden
an den äußersten Rändern der Elektrodenmatrix
können eigene physikalische Elektroden vorgesehen sein.
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Ausführungsbeispiele
der vorliegenden Erfindung werden nachfolgend Bezug nehmend auf
die beiliegenden Zeichnungen näher erläutert.
Es zeigen:
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1:
eine schematische Darstellung der Ansteuervorrichtung für
Elektroden gemäß einem Ausführungsbeispiel
der vorliegenden Erfindung;
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2:
eine Veranschaulichung für eine erreichbare Verbesserung
der Auflösung;
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3:
eine schematische Darstellung einer Elektrodenansteuerung mit vier
Elementen mit je vier Elektroden;
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4: eine schematische Darstellung von horizontalen
Stimulationswegen und/oder Messstrecken;
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5: eine schematische Darstellung von vertikalen
Stimulationswegen und/oder Messstrecken für eines der vier
Elemente;
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6: eine schematische Darstellung von diagonalen
Stimulationswegen und/oder Messstrecken für eines der vier
Elemente;
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7: eine schematische Darstellung von unipolaren
Stimulationswegen und/oder Messstrecken für eines der vier
Elemente;
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8:
eine schematische Darstellung eines modularen Aufbaus unter Verwendung
von Anschlüssen für Erweiterungselektroden;
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9A–J:
eine schematische Darstellung von Ansteuerkonfigurationen für
einen Einzelcluster;
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10A–C: eine schematische Darstellung von
unipolaren Ansteuerkonfigurationen für ein Elektrodenarray;
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11A, B: eine schematische Darstellung von bipolar
diagonalen Ansteuerkonfigurationen für ein Array von Elektroden;
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12: eine schematische Darstellung einer alternativen
bipolar diagonalen Ansteuerkonfiguration für ein Array;
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13A–D: eine schematische Darstellung einer
Ansteuerkonfiguration für den rechten oder unteren Rand
eines Arrays.
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Bezüglich
der nachfolgenden Beschreibung sollte beachtet werden, dass bei
den unterschiedlichen Ausführungsbeispielen gleiche oder
gleichwirkende Element gleiche oder ähnliche Bezugszeichen aufweisen
und somit die Beschreibung dieser Funktionselemente in den verschiedenen,
in den nachfolgend dargestellten Ausführungsbeispielen
untereinander austauschbar sind.
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1 zeigt
eine Vorrichtung zum Ansteuern einer Anordnung 100 von
Elektroden, die eine Einrichtung 200 zum Bereitstellen
einer Mehrzahl von Elektrodenanregungssignalen aufweist. Die Einrichtung 200 zum
Bereitstellen der Mehrzahl von Anregungssignalen ist dabei umschaltbar,
um in umschaltbarer Weise ein Elektrodenanregungssignal zur unipolaren
Anregung oder ein Elektrodenanregungssignal zur bipolaren Anregung
bereitzustellen. Beispielhaft sind in 1 die Einrichtung 200 zwei Elektrodenanschlüsse
für zwei Elektroden gezeigt. Eine erste Elektrode 310a ist über
eine erste Verbindungsleitung 210a mit einem ersten Elektrodenanschluss 110a und
eine zweite Elektrode 310b ist über eine zweite
Verbindungsleitung 210b mit einem zweiten Elektrodenanschluss 110b verbunden.
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Die
bereitgestellten Anregungssignale von der Einrichtung 200 bewirken
beispielsweise, dass sich zwischen der ersten Elektrode 310a und
der zweiten Elektrode 310b bei bipolarer Anregung ein Strom
I herausbildet, der beispielsweise zu einer Anregung einer Zwischenregion
R1 führt. Bei einer Umschaltung zur unipolaren Anregung
liefert die Einrichtung 200 beispielsweise ein Signal über
die erste Verbindungs leitung 210a an die erste Elektrode 310a, wobei
umgebende Elektroden (in 1 nicht gezeigt) als Gegenelektroden
geschalten sein können, so dass eine Anregung einer Umgebungsregion
R2 bei der unipolaren Anregung der ersten Elektrode 310a erfolgt.
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Demzufolge
führt die bipolare Anregung zu einer Anregung der Zwischenregion
R1, die zwischen zwei benachbarten Elektroden, beispielsweise zwischen
der ersten und zweiten Elektrode 310a, b, währenddessen
die unipolare Anregung zu einer Anregung der Umgebungsregion R2,
in der sich die angeregte Elektrode (die erste Elektrode 310a)
befindet, führt. Der Stromverlauf bei der unipolaren Anregung
kann beispielsweise in radialer Richtung von der angeregten Elektrode
(erste Elektrode 310a) erfolgen und weist somit keine Vorzugsrichtung
auf. Bei der bipolaren Anregung weist hingegen der Anregungsstrom
I eine Vorzugsrichtung, entlang derer die beiden Elektroden des
Elektrodenpaares (d. h. die erste und zweite Elektrode 310a,
b) voneinander separiert sind, auf.
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2 gibt
eine schematische Darstellung, wie durch eine Verwendung der erfindungsgemäßen Elektrodenansteuerung
eine effektive Erhöhung der Auflösung erreicht
werden kann. Die 2 zeigt dazu ein Gitter G, wobei
die Gitterpunkte Anregungszentren darstellen, die durch die erfindungsgemäße Elektrodenanregung
angeregt werden sollen. Das Gitter G weist dabei vertikale Linien
V (V1, V2, ...) und horizontale Linien H (H1, H2, ....) auf. Jedoch sind
bei der dargestellten Anordnung lediglich an Schnittpunkten von
geraden vertikalen und geraden horizontalen Linien V, H Elektroden
ausgebildet (sie können auch an den ungeraden Schnittpunkten
ausgebildet sein). Beispielsweise ist die erste Elektrode 310a an
dem Schnittpunkt der vierten vertikalen Linie V4 und der vierten
horizontalen Linie H4 ausgebildet und die zweite Elektrode 310b an
der Schnittlinie der vierten vertikalen Linie V4 und der zweiten
horizontalen Linie H2 ausgebildet. Die erste Elektrode 310a wird
durch weitere benachbarte Elektroden 310c, 310d,
..., 310k umgeben, wobei jede der benachbarten Elektroden
sich erst auf dem übernächsten Gitterplatz befindet.
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Die
erfindungsgemäße Ansteuerung der Elektroden regt
eine Elektrode auf einen Gitterpunkt unipolar an, sofern sich die
Elektrode auf dem anzuregenden Gitterpunkt ausgebildet ist. Sofern
jedoch ein Gitterpunkt angeregt werden soll, der sich zwischen zwei
mit Elektroden besetzten Gitterpunkten befindet, erfolgt eine bipolare
Anregung der beiden benachbarten Elektroden, d. h. jenes Elektrodenpaares
bzw. jener Elektroden, auf deren Verbindungslinie sich der anzuregenden
Gitterpunkt befindet. Wenn beispielsweise der Gitterpunkt (H3, V4)
angeregt werden soll, werden die erste und zweite Elektrode 310a,
b bipolar angeregt.
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Das
führt zu der besagten Erhöhung der Auflösung,
d. h. dass nicht nur die Gitterpunkte, an denen sich die Elektroden
befinden, angeregt werden können, sondern dass auch Zwischengebiete
zwischen jeweils zwei benachbarten Elektroden anregbar sind. Bei
einem Gitter aus P × Q Gitterpunkten (P, Q = 0, 1, 2, 3,
...) kann dadurch eine Auflösung von (2P + 1) × (2Q
+ 1) erreicht werden, d. h. die Auflösung bzw. wirksame
Auflösung wird nahezu vervierfacht.
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3 zeigt
eine Elektrodenmatrix aus rechtwinklig angeordneten vertikalen Zeilen
und horizontalen Reihen von Anschlüssen für Kernelektroden. Diese
Anschlüsse können beispielsweise an der Einrichtung 200 ausgebildet
sein (z. B. als Teil eines entsprechenden Chips) oder mit dieser
in elektrischer Verbindung stehen. Die Anschlüsse können
dann ihrerseits mit den Elektroden, wie in der 1 gezeigt, verbunden
sein, oder sind mit diesen verbindbar. In diesem Sinne bewirkt eine
Anregung der Anschlüsse eine Anregung der Elektroden. Die
Positionen der Elektrodenanschlüsse dienen in den folgenden
Figuren lediglich der Veranschaulichung und können auch
anders an der Einrichtung 200 angeordnet sein. Wichtig
ist jedoch, dass benachbart darge stellte Elektrodenanschlüsse
in den Figuren mit benachbarten Elektroden verbunden werden, so
dass bipolare Anregungen zwischen benachbarten und nicht zwischen
entfernt angeordneten Elektroden erfolgen.
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Ein
erstes beispielhaftes quadratisches Element 110 weist einen
ersten Elektrodenanschluss 110a, einen zweiten Elektrodenanschluss 110b,
einen dritten Elektrodenanschluss 110c und einen vierten
Elektrodenanschluss 110d auf. Ein zweites Element 120 weist
ebenfalls vier zu einem Quadrat angeordnete Elektrodenanschlüsse
auf, wobei ein erster Elektrodenanschluss 120a und ein
zweiter Elektrodenanschluss 120b des zweiten Elements 120 an das
erste Element 110 angrenzen bzw. dazu benachbart sind.
Ferner weist das Ausführungsbeispiel, wie es in 3 gezeigt
ist, ein drittes Element 130 und ein viertes Element 140 auf,
wobei das dritte Element 130 wiederum vier quadratisch
angeordnete Elektroden aufweist: einen ersten Elektrodenanschluss 130a,
einen zweiten Elektrodenanschluss 130b, einen dritten Elektrodenanschluss 130c und
einen vierten Elektrodenanschluss 130d. In analoger Weise weist
das vierte Element 140 ebenfalls vier quadratisch angeordnete
Elektrodenanschlüsse auf.
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Die
verschiedenen Anregungsarten können beispielhaft für
das erste Element 110 wie folgt beschrieben werden. Bei
der unipolaren Anregung werden die vier Elektrodenanschlüsse 110a,
b, c, d separat angesteuert, wobei beispielsweise in einem Zyklus
jeweils nur eines der vier Elektrodenanschlüsse angesteuert
bzw. aktiviert wird. Bei der bipolaren Anregung wird zwischen der
horizontalen Anregung, der vertikalen Anregung und der diagonalen
Anregung unterschieden, wobei bei der horizontalen Anregung zwei
horizontal benachbarte Elektrodenanschlüsse (bzw. zwei
Elektrodenanschlüsse für horizontal benachbarten
Elektroden) angeregt werden und bei der vertikalen Anregung zwei
vertikal zueinander angeordnete Elektrodenanschlüsse (bzw.
zwei Elektrodenanschlüsse für vertikal benachbarte
Elektroden) angeregt werden. In analoger Weise werden bei einer
diagonalen Anregung zwei diagonal benachbarte Elektrodenanschlüsse
(bzw. zwei Elektrodenanschlüsse für diagonal benachbarte
Elektroden) angeregt.
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Beispielsweise
können bei der horizontalen Anregung der erste Elektrodenanschluss 110a und der
vierte Elektrodenanschluss 110d derart angeregt werden,
dass zwischen dem ersten Elektrodenanschluss 110a und dem
vierten Elektrodenanschluss 110d ein Stromfluss ausgebildet
wird. Dazu kann beispielsweise der erste Elektrodenanschluss 110a mit einer
positiven Stromquelle und der vierte Elektrodenanschluss 110d mit
einer negativen Stromquelle verbunden werden. In ähnlicher
Weise kann auch der zweite Elektrodenanschluss 110b und
der dritte Elektrodenanschluss 110d bipolar horizontal
angeregt werden.
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Es
ist ebenfalls möglich, dass ein Elektrodenanschluss des
ersten Elements 110 und ein Elektrodenanschluss des zweiten
Elements 120 gemeinsam angeregt werden – beispielsweise
durch eine bipolare Anregung des dritten Elektrodenanschlusses 110c des
ersten Elements 110 und des zweiten Elektrodenanschlusses 120b des
zweiten Elements 120. Bezüglich des ersten Elements 110 der 3 ergeben
sich zwischen den einzelnen Elektrodenanschlüssen die folgenden
bipolar horizontalen Anregungen: 110a–110d, 110b–110c, 110c–120b, 110d–120a.
In analoger Weise ergeben sich für die Elektrodenanschlüsse
die folgenden bipolare vertikale Anregungen: 110b–110a, 110a–130b, 110c–110d, 110d–130c.
Für die bipolaren diagonalen Anregungen zwischen den Elektrodenanschlüssen
ergeben sich schließlich die folgenden Möglichkeiten: 110a–110c, 110d–120b, 130b–110d und 130c–120a.
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Das
beschriebene Schema kann entsprechend fortgesetzt werden, wenn Anregungen
weiterer Elemente oder Elektrodenanschlüsse innerhalb weiterer
benachbarter Elemente erfolgen sollen.
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4A–D
zeigen detaillierte schematische Darstellungen der horizontalen
Stimulationswege und/oder Messstrecken. 4A zeigt
eine bipolare horizontale Anregung zwischen dem zweiten Elektrodenanschluss 110b und
dem dritten Elektrodenanschluss 110c des ersten Elements 110, 4B zeigt eine
bipolare horizontale bipolare Anregung zwischen dem dritten Elektrodenanschluss 110c des ersten
Elements 110 und der zweiten Elektrodenanschluss 120b des
zweiten Elements 120. 4C zeigt
eine bipolar horizontale Anregung zwischen dem ersten Elektrodenanschluss 110a und
dem vierten Elektrodenanschluss 110d des ersten Elements 110,
und schließlich zeigt 4D eine
bipolar horizontale Anregung zwischen dem vierten Elektrodenanschluss 110d des
ersten Elements 110 und dem ersten Elektrodenanschluss 120a des
zweiten Elements 120.
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In
den schematischen Darstellungen der 5A–D
sind die entsprechend bipolar vertikalen Anregungswege und/oder
Messstrecken im Detail gezeigt. In 5A erfolgt
eine bipolar vertikale Anregung zwischen dem ersten Elektrodenanschluss 110a und
dem zweiten Elektrodenanschluss 110b des ersten Elements 110.
In 5B ist eine bipolar vertikale Anregung zwischen
dem dritten und vierten Elektrodenanschluss 110c, d des
ersten Elements 110 gezeigt. In 5C ist
eine vertikal bipolare Anregung zwischen der ersten Elektrodenanschluss 110a des
ersten Elements 110 und der zweiten Elektrodenanschluss 130b des
dritten Elements 130 gezeigt. In 5D ist
eine bipolar vertikale Anregung zwischen dem vierten Elektrodenanschluss 110d des
ersten Elements 110 und dem dritten Elektrodenanschluss 130c des
dritten Elements 130 gezeigt.
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Die
schematischen Darstellungen der 6A–D
zeigen die entsprechend bipolar diagonalen Anregungswege bezüglich
des ersten Elements 110. Im Detail zeigt 6A eine
bipolar diagonale Anregung zwischen dem ersten Elektrodenanschluss 110a und
dem dritten Elektrodenanschluss 110c des ersten Elements 110. 6B zeigt
eine bipolar diagonale Anregung zwischen dem vierten Elektrodenanschluss 110d des
ersten Elements 110 und dem zweiten Elektrodenanschluss 120b des
zweiten Elements 120. 6C zeigt
eine diagonal bipolare Anregung zwischen dem zweiten Elektrodenanschluss 130b des
dritten Elements 130 und dem vierten Elektrodenanschluss 110d des
ersten Elements 110. Schließlich zeigt 6D eine
bipolar diagonale Anregung zwischen dem dritten Elektrodenanschluss 130c des
dritten Elements 130 und dem ersten Elektrodenanschluss 120a des
zweiten Elements 120.
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Die 7A–D
zeigen ein Ausführungsbeispiel für unipolare Anregungen
der Elektroden des ersten Elements 110. 7A zeigt
eine unipolare Anregung des zweiten Elektrodenanschlusses 110b. 7B zeigt
eine unipolare Anregung des dritten Elektrodenanschlusses 110c des
ersten Elements 110. 7C zeigt
eine unipolare Anregung des ersten Elektrodenanschlusses 110a des
ersten Elements 110 und 7D zeigt
eine unipolare Anregung des vierten Elektrodenanschlusses 110D des
ersten Elements 110.
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Bei
den Darstellungen in den 3 bis 8 ist zu
beachten, dass die schraffiert dargestellten Punkte jeweils Anschlüsse
für Elektroden darstellen – nicht jedoch direkt
die Elektroden. Das heißt, jeder der Anschlüsse
kann mit einer Elektrode der Elektrodenanordnung verbunden werden,
wobei eine räumliche Anordnung der Elektroden beispielsweise der
beschriebenen räumlichen Anordnung der Anschlüsse
entsprechen kann.
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8 veranschaulicht
das modulare Konzept, bei dem mehrere Module zusammengeschaltet werden.
Bei dem Ausführungsbeispiel in 8 ist ein erstes
Modul 410 mit einem zweiten Modul 420, einem dritten
Modul 430 und einem vierten Modul 440 zusammengeschaltet.
Jedes dieser vier Module weist bei diesem Ausführungsbeispiel
jeweils vier Elemente auf, d. h. das erste Modul 410 weist
das erste Element 110, das zweite Element 120,
das dritte Element 130 und das vierte Element 140 auf,
wobei jedes dieser vier Elemente 110, 120, 130 und 140 jeweils
vier Elektrodenanschlüsse aufweist, die wiederum beispielsweise
quadratisch in einer 2 × 2-Anordnung angeordnet sind. Neben
den Anschlüssen für die Kernelektroden in den
Elementen weist jedes der Module (bzw. eines oder mehrere der Module) eine
zusätzliche Spalte von Anschlüssen für
horizontale Erweiterungselektroden 412 und eine Zeile von Anschlüssen
für vertikale Erweiterungselektroden 414 auf.
Diese Anschlüsse für die Erweiterungselektroden
bleiben entweder elektrisch neutral (hochohmig), wenn sie nicht
angesteuert werden, oder sind mit Anschlüssen der jeweils
benachbarten Module elektrisch verbunden, z. B. durch die elektrischen Verbindungen 413a und 415a.
Die elektrische Verbindung 413a verbinden dabei die horizontalen
Erweiterungselektrodenanschlüsse 412a des ersten Moduls 410 mit
benachbarten Elektrodenanschlüsse des zweiten Moduls 410b.
Ferner verbinden vertikale elektrische Verbindungen 415a die
vertikalen Erweiterungselektrodenanschlüsse 414a des
ersten Moduls 410a mit benachbarten Elektrodenanschlüssen des
dritten Moduls 410c.
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Für
die Erweiterungselektrodenanschlüsse an den äußersten
Rändern der Elektrodenmatrix, d. h. bei der in 8 dargestellten
Anordnung die horizontalen Erweiterungselektrodenanschlüsse 412b,
d und die vertikalen Erweiterungselektrodenanschlüsse 414d,
c, werden bei einigen Ausführungsbeispielen beispielsweise
eigene physikalische Elektroden vorgesehen.
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Die
elektrische Verbindung 413, 415 der Anschlüsse
für die Erweiterungselektroden zu den Anschlüssen
der benachbarten Module kann beispielsweise dadurch realisiert werden,
dass die Module, die beispielsweise als Chip ausgelegt sein können, ineinander
geschoben werden und dadurch die elektrische Verbindung hergestellt
wird. Wichtig ist jedoch, dass die Ansteuerung der Anschlüsse
für die Erweiterungselektroden jeweils nur von einem Modul aus
geschieht, d. h. wenn die Erweiterungselektrodenanschlüsse
eines Moduls angesteuert werden, so wird das benachbarte Modul die
entsprechen den Anschlüsse, die mit den Erweiterungselektroden
verbunden werden, nicht ansteuern bzw. hochohmig schalten. Damit
wird die Kontrolle über die Anschlüsse (zumindest
zu einem Zeitpunkt) jeweils nur von einem Modul aus geschehen.
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Die 9 bis 13 geben
weitere Veranschaulichungen für das modulare Erweiterungskonzept, wobei
jeweils ein aktiver Anschluss durch ein „x”, ein hochohmig
geschalteter Anschluss durch ein „o” gekennzeichnet
ist und ansonsten der entsprechende Anschluss beispielsweise auf
einem Mittenpotenzial liegen kann.
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Die 9A–J
zeigen die verschiedenen unipolaren und bipolaren Ansteuerungen
bzw. Ansteuerzustände eines beispielhaften Elements 110,
welches modular mit anderen gleichen Elementen zusammengeschaltet
werden kann oder Teil einer modularen Anordnung ist.
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In 9A sind
zunächst die vier möglichen unipolaren Anregungen
bzw. Anregungszustände des Elements 110, das vier
quadratisch dargestellte Elektrodenanschlüsse aufweist,
gezeigt. An einer ersten Seite (z. B. auf der rechten Seite) sind
Anschlüsse für horizontale Erweiterungselektroden 412 vorgesehen
und an einer zweiten Seite (z. B. auf der unteren Seite) sind jeweils
Anschlösse für vertikale Erweiterungselektroden 414 vorgesehen.
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In 9B,
C sind die möglichen bipolar horizontalen Anregungen bzw.
Anregungszustände (s. auch 4)
gezeigt, wobei zusätzlich zu den in der 4 gezeigten
Anregungen auch die Möglichkeiten angegeben sind, bei denen
der zweite Elektrodenanschluss 110b oder der erste Elektrodenanschluss 110a hochohmig
geschaltet sind. Wie in der 4 auch
werden bei der bipolaren Anregung die aktiven Anschlüsse
(oder Elektroden) gegenpolig geschaltet. Zum Beispiel zeigt 9B links
eine bipolare Anregung an zwei Anschlüssen eines Elements
und in der Mitte ist eine bipolare Anregung gezeigt, bei der der das
Element selbst einen Anschluss für die bipolare Anregung
zur Verfügung stellt und gibt das zweite bipolare Elektrodenanregungssignal
auf den Anschluss eines benachbarten Elements. Auf der rechten Seite
ist ein Anregungsmuster gezeigt, bei dem das Element einen Anschluss
zur Ansteuerung durch ein benachbartes Element freigibt. Die Freigabe
kann beispielsweise dadurch geschehen, dass dieses Element den besagten
Anschluss hochohmig schaltet.
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In
den 9D, E sind die möglichen bipolar vertikalen
Anregungen gezeigt, die den in 5 dargestellten
Anregungsschemen entsprechen. Zusätzlich zu den vier Möglichkeiten,
die bereits in 5 gezeigt sind, sind
auch in diesem Fall die mögliche hochohmige Schaltung lediglich
des zweiten Elektrodenanschlusses 110b und die mögliche
hochohmige Schaltung des dritten Elektrodenanschlusses 110c gezeigt,
um einem benachbarten Element eine Ansteuerung des hochohmig geschalteten
Elements zu ermöglichen.
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In
den 9F, G sind die möglichen bipolar diagonalen
Anregungen, wie sie auch schon in 6 teilweise
beschrieben wurden. Zusätzlich zu den in 6 gezeigten
Anregungen, die jeweils die ersten beiden Anregungsmöglichkeiten
in den 9F und 9G entsprechen,
ist es auch hier möglich, lediglich den zweiten Elektrodenanschluss 110b oder
lediglich den dritten Elektrodenanschluss 110c oder lediglich
den ersten Elektrodenanschluss 110a hochohmig zu schalten.
Alternativ zu der Anregung, wie sie in der 6D gezeigt
ist und der zweiten Darstellung in der 9G entspricht,
ist es möglich, zusätzlich den zweiten Elektrodenanschluss 110b hochohmig
zu schalten, so dass sich das letzte Anregungsschema in der 9G ergibt.
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Die
in den 9A–G gezeigten Möglichkeiten
für die Anregungen eines Elements 110 entsprechen
dabei jenen Anregungen, die zumindest einen Elektrodenanschluss
des Elements 110 umfasst. Zusätzlich zu diesen
Möglichkeiten ist es ferner möglich, Elektrodenanschlüsse
anzuregen, die lediglich die Elektrodenanschlüsse 412, 414 für
die Erweiterungselektroden umfassen. Diese Möglichkeiten
sind in den 9H–9J gezeigt,
wobei die 9H die bipolaren Anregungen über
die Anschlüsse für die Erweiterungselektroden
zeigt. Zunächst wird in der 9H die
Anregung für die beiden Elektrodenanschlüsse 412 für
die horizontalen Erweiterungselektroden gezeigt. In der zweiten
Darstellung ist die bipolare Anregung eines Elektrodenanschlusses
für eine horizontale Erweiterungselektrode und eines optional vorhandenen
neunten Anschlusses 119, der beispielsweise an Chipübergängen
und/oder an der rechten unteren Kante eines Elektrodenarrays vorhanden
sein kann, gezeigt. Die dritte Darstellung in der 9H zeigt
die bipolare Anregung zwischen den beiden Anschlüssen 414 für
die vertikalen Erweiterungselektroden und schließlich die
letzte Darstellung die bipolare Anregung zwischen einem Anschluss 414 für
eine vertikale Erweiterungselektrode und dem optionalen neunten
Anschluss 119.
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Die
zu den aktiven Elektrodenanschlüssen benachbarten Elektrodenanschlüsse
können beispielsweise auf das Mittenpotenzial gelegt sein
und jene Anschlüsse, die den Anschlüsse, die auf
dem Mittenpotential liegen, folgen, können beispielsweise hochohmig
geschaltet werden. Das wäre beispielsweise der erste Elektrodenanschluss 110a für
die erste Möglichkeit, der zweite Elektrodenanschluss 110b für
die zweite Möglichkeit, der dritte Elektrodenanschluss 110c für
die dritte Möglichkeit, und schließlich der zweite
Elektrodenanschluss 110b für die vierte Möglichkeit
der bipolaren Anregungen in der 9H.
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In
den 9I, J sind die möglichen unipolaren Anregungen
gezeigt, wobei wiederum lediglich Anregungen von Anschlüssen
für vertikale und horizontale Erweiterungselektroden hier
dargestellt sind Die 9I zeigt zwei Anregungsmuster,
in denen jeweils einer der beiden horizontalen Erweiterungselektrodenanschlüsse 412 angeregt
ist. Im ersten Fall ist zusätzlich der zweite Elektrodenanschluss 110b hochohmig
geschaltet, der dritte Elektrodenanschluss 110c liegt auf
dem Mittenpotenzial und der erste Anschluss 412 für
die horizontale Erweiterungselektrode ist unipolar angeregt. Bei
dem nächsten Anregungsmuster, das in der 9I gezeigt
ist, entspricht dem gerade beschriebenen Anregungszyklus, wobei
jetzt der erste Elektrodenanschluss 110a hochohmig geschaltet
ist, der vierte Elektrodenanschluss 110d liegt auf dem
Mittenpotential und der Elektrodenanschluss 412 für
die horizontale Erweiterungselektrode ist angeregt. Optional existiert
eine Anregung lediglich des neunten Elektrodenanschlusses 119 (sofern
vorhanden).
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In
der 9J sind die entsprechenden unipolaren Anregungen
für Anschlüsse 414 von vertikalen Erweiterungselektroden
dargestellt, wobei zunächst in der ersten Darstellung ein
erster Erweiterungselektrodenanschluss angeregt und der zweite Elektrodenanschluss 110b hochohmig
geschaltet. Bei der zweiten Darstellung ist ein zweiter Erweiterungselektrodenanschluss
angeregt und der dritte Elektrodenanschluss 110c ist hochohmig
geschaltet. Alle verbleibenden Anschlüsse liegen auf dem
Mittenpotential.
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Der
Sinn und Zweck der Anregungsmuster kann wie folgt beschrieben werden.
Beispielsweise kann eine Anregung verschiedene Bereiche umfassen.
So kann beispielsweise ein gegebenes Element angesteuert werden,
um nacheinander zwei oder mehr der in der 9A–9J gezeigten
Anregungszustände anzunehmen. Verschiedene der Anregungszustände
können nämlich eine Anregung verschiedener Bereiche
bewirken. Ferner kann abhängig davon, ob ein bestimmter
Bereich angeregt werden soll, entschieden werden, ob in seinem Anregungszustand
eine Anregung erfolgen soll oder nicht. Im Übrigen können
die Anregungszustände benachbarter Elemente, zum Beispiel
in räumlich periodischer und zeitlich veränderlicher
Weise koordiniert werden.
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Werden
beispielsweise drei benachbarte Elemente betrachtet, so kann beispielsweise
zu einem ersten Zeitpunkt ein erstes der drei Elemente einen Anregungszustand
aufweisen, wie er in 9B links gezeigt ist. Ein zweites
der betrachteten Elemente kann zu dem ersten Zeitpunkt den Anregungszustand
aufweisen, der in der 9B in der Mitte gezeigt ist,
und ein drittes der drei benachbarten Elemente kann zu dem ersten
Zeitpunkt den Zustand aufweisen, wie er in 9B rechts
gezeigt ist.
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Zu
einem zweiten Zeitpunkt kann ein erstes der drei Elemente einen
Anregungszustand aufweisen, wie er in 9B rechts
gezeigt ist. Ein zweites der betrachteten Elemente kann zu dem zweiten
Zeitpunkt den Anregungszustand aufweisen, der in der 9B in
links gezeigt ist, und ein drittes der drei benachbarten Elemente
kann zu dem zweiten Zeitpunkt den Zustand aufweisen, wie er in 9B in
der Mitte gezeigt ist.
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Zu
einem dritten Zeitpunkt kann ein erstes der drei Elemente einen
Anregungszustand aufweisen, wie er in 9B in
der Mitte gezeigt ist. Ein zweites der betrachteten Elemente kann
zu dem dritten Zeitpunkt den Anregungszustand aufweisen, der in
der 9B in rechts gezeigt ist, und ein drittes der drei
benachbarten Elemente kann zu dem dritten Zeitpunkt den Zustand
aufweisen, wie er in 9B links gezeigt ist.
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Somit
können zu verschiedenen Zeitpunkten verschiedene Bereiche
angeregt werden.
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10A–C zeigen mögliche Anregungsmuster
für einen Array von 3 × 3 Anschlusselementen,
wobei von oben nach unten eine unipolare Anregung, eine bipolar
horizontale und eine bipolar vertikale Anregung gezeigt sind. Die
Anregungsmuster können beispielsweise durch mehrere Elemente,
die zu einem Array miteinander kombiniert sind, erzeugt werden,
wobei die unterschiedlichen Anregungsmuster, wie sie in den 9A–J
gezeigt sind, kombiniert werden. Die Kombination kann dabei durch
ein Verbinden der Elemente – beispielsweise durch eine
ineinanderschieben von Chips – geschehen. Die Ansteuerung
jedes der Elemente kann separat erfolgen, wobei eine zentrale Steuer-
und Regeleinrichtung eine koordinierende Funktion der einzelnen
Elemente (Chips) übernehmen kann. Damit kann das Array derart
erzeugt werden, dass einzelne Anregungsmuster wie sie in der 9 gezeigt sind, (bildlich gesprochen)
beispielsweise zusammengeschoben werden, so dass sich das Array
ergibt. Die Anschlüsse für die Erweiterungselektroden übernehmen
jeweils die Kontrolle über die benachbarten Elektroden
(siehe 8).
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Bei
dem in der 10A gezeigten Anregungsmuster
werden vier Elemente, wie sie in der 9A gezeigt
sind, miteinander kombiniert. Da die Anregungsmuster der 9A insgesamt
vier Möglichkeiten bieten, ergeben sich somit auch vier
Muster die eine unipolare Anregung für den Array beschreiben.
Weitere unipolare Anregungsmuster ergeben sich dadurch, dass die
jeweils rechte obere, linke untere und rechte untere Anschlusselektrode
angeregt sind.
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In
der 10B sind mögliche Anregungsmuster
für die bipolar horizontale Anregung gezeigt, wobei in
diesem Fall die Anregungsmuster der 9B und 9C miteinander
kombiniert werden. Damit ergeben sich beispielsweise insgesamt sechs Muster,
wobei die 10B nur drei der sechs Muster zeigt,
bei dem die Anregungsmuster der in der 9B gezeigten
Möglichkeiten „ineinander geschoben” bzw.
miteinander kombiniert wurden. Die verschiedenen Möglichkeiten
stellen nun beispielsweise alle möglichen Kombinationen
der in der 9B und 9C gezeigten
Anregungsmuster dar, so dass bei jeder dieser Kombinationen jeweils
zwei angeregte Elektrodenpaare durch inaktive Elektroden voneinander
getrennt sind, die beispielsweise auf einem Mittenpotenzial liegen.
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Somit
ist in der 10B wiederum ein Array mit 3 × 3
Elementen angeregt, wobei bei den links übereinander dargestellten
Elemente in einem Anregungszustand I jeweils die linken und rechten
(oberen) Anschlusselektroden angeregt sind, und bei den in der Mitte übereinander
angeordneten Elemente jeweils die rechte obere Anschlusselektrode
angeregt ist und ferner die Anschlüsse für eine
Erweiterungselektroden angeregt sind, wobei die Erweiterungselektrodeanschlüsse
rechts neben der angeregten Elektrode angeordnet sind. Dementsprechend
werden in den rechts dargestellten übereinander liegenden
Elementen die links oben dargestellten Elektrodenanschlüsse
hochohmig geschaltet.
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10C zeigt verschiedene mögliche Anregungsmuster,
die möglich sind, bei einer bipolar vertikalen Anregung,
d. h. in diesem Fall werden die Anregungsmuster der 9D und 9E miteinander kombiniert,
wobei sich wiederum sechs Muster ergeben, von denen in der 10C lediglich drei mögliche gezeigt sind
und zwar solche, bei denen die Anregungsmuster der 9D übereinander
angeordnet werden. Konkret wird zunächst das erste Anregungsmuster
der 9D und das zweite Anregungsmuster der 9D kombiniert
(z. B. vertikal ineinander geschoben). Durch einfache Kombinatorik
der verschiedenen Möglichkeiten, die Anregungsmuster der 9D und 9E ineinander
zu schieben, ergeben sich die verbleibenden Muster für
eine bipolar vertikale Anregung.
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11A zeigt eine der Möglichkeiten für eine
bipolar diagonale Anregung für ein Array von Elementen.
Dieses Array kann wiederum dadurch erhalten werden, dass die verschiedenen
Anregungsmuster, wie sie in der 9F und 9G gezeigt sind,
miteinander kombiniert werden. Beispielhaft soll das Erzeugen des
Musters anhand der ersten Zeile des Arrays der 11A gezeigt werden. Von links beginnend wird zunächst
das erste Anregungsmuster der 9F verwendet,
rechts daran anschließend das vierte Muster der 9F (die
Anregung erfolgt durch den nach oben benachbarten Erweiterungselektrodenanschluss),
dann das erste Muster der 9G, das
zweite Muster der 9F, das dritte Muster der 9F,
das vierte Muster der 9G, das dritte Muster der 9G,
das erste Muster der 9F, das vierte Muster der 9F,
usw. Angefangen von dem achten Muster der ers ten Zeile ergibt sich
somit die Wiederholung W der Musterabfolge.
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Bei
dem in der 11A gezeigten Ausführungsbeispiel
kann sowohl eine Fortsetzung in horizontaler als auch in vertikaler
erfolgen. Dementsprechend sind die Anschlüsse 510 Teil
eines benachbarten Elements, in dem der Anschluss entsprechend angeregt
ist. Sofern eine solche Fortsetzung nicht vorgesehen ist, können
zum Randabschluss ferner die unipolaren Anregungen der 9A verwendet werden.
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In
analoger Weise kann das Array in der zweiten Zeile dadurch aufgebaut
werden, dass zunächst das zweite Muster der 9F,
dann das dritte Muster der 9F, dann
das vierte Muster der 9G, das dritte Muster der 9G,
das erste Muster der 9F, das vierte Muster der 9F, das
erste Muster der 9G, das zweite Muster der 9F,
usw.
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Das
dadurch erhaltene Array weist somit 7 × 7 Elemente auf,
so dass sich ab dem achten Element eine Wiederholung W ergibt. Insgesamt
können durch eine einfache Anwendung der Kombinatorik der
Anregungsmuster der 9F und 9G sieben
solche Arrays (mit der Periode 7) erzeugt werden. Neben den bipolar
diagonalen Anregungsmuster, wie sie in den 9F und 9G gezeigt
sind, können dazu auch Anregungsmuster verwendet werden,
wie sie in den 9A bis 9J gezeigt
sind, um Randbereich abzuschließen. Zur Erzeugung dieses
vollständigen (einschließlich Rand) Arrays sind zwar
Anregungsmuster, wie sie in der 11B links gezeigt
sind, nicht jedoch ein Anregungsmuster, wie sie in der 11B rechts gezeigt ist.
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In 12 sind weitere Möglichkeiten
zur Erzeugung eines Arrays von Elementen mit bipolar diagonaler
Anregungen gezeigt, wobei bei diesen Möglichkeiten die
Auswahl aus dem Anregungsmuster der 9F und 9G und
eventuell für die rechten und unteren Erweiterungselektroden
die Anregungs muster der 9H bis 9J derart
gewählt wurde, dass sich eine Wiederholung bereits ab dem
fünften Element ergibt.
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Bei
der 12A ist beispielsweise in der
ersten Zeile des Arrays folgende Auswahl getroffen: von links nach
rechts und oben nach unten ergibt sich die Sequenz: erstes Muster
der 9F, viertes Muster der 9F, zweites
Muster der 9G, drittes Muster der 9G,
erstes Muster der 9F, .... In der zweiten Zeile
ergibt sich die Sequenz: drittes Muster der 9G, erstes
Muster der 9F, viertes Muster der 9F,
drittes Muster der 9G, usw. Durch zwei Verschiebungen
von zwei Elektrodenanschlüssen in horizontaler und vertikaler
Richtung ergeben sich noch drei weitere Muster, die aus dem in der 12A dargestellten Muster erhalten werden können.
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12B zeigt ebenfalls eines von vier Anregungsmustern
für eine bipolar diagonale Anregung, die wiederum aus den
Mustern der 9F und 9G erhalten
werden kann. Beispielhaft soll wiederum die erste und zweite Zeile
des Arrays, das in der 12B gezeigt
ist, durch das Kombinieren der Anregungsmuster der 9F und 9G erzeugt werden.
Beginnend von links nach rechts und oben nach unten wird zunächst
das zweite Muster der 9F verwendet, dann das dritte
Muster der 9F, das erstes Muster der 9G,
das erste Muster der 9G, das zweite Muster der 9F, ....
In der zweiten Zeilen ergibt sich folgende Sequenz: das erste Muster
der 9G, das zweite Muster der 9F, das
dritte Muster der 9F, das dritte Muster der 9F,
das erste Muster der 9G, usw.
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Insgesamt
werden durch weitere Variationen der Anregungsmuster, wie sie in
der 12 gezeigt sind, insgesamt acht
Muster generiert, die sich jeweils durch zwei Verschiebungen der
Elektrodenanschlüsse in horizontaler und vertikaler Richtung
ergeben. Im Vergleich zu dem Anregungsmuster der 11 ergeben
sich in der 12 zwar mehr Anregungsmuster,
diese sind jedoch einfacher zu implementieren. Bei spielsweise ist
es möglich, diese mit Sondermustern (9H–J)
für die rechte und untere Kante des Arrays zu kombinieren.
Dies ist bei dem bipolar diagonalen Anregungen mit sieben Mustern, wie
sie in der 11A gezeigt sind, nicht möglich.
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Die 13 zeigt mögliche Ansteuerungen für
die rechte oder untere Kante oder den rechten oder unteren Rand
des Arrays unter Nutzung von Anschlüssen für Erweiterungselektroden
der Chips. 13A zeigt zunächst
die unipolaren Anregungsmuster, die für die Ränder
genutzt werden können. 13B zeigt
eine mögliche Kombination mit einer bipolar horizontalen
Anregung. Konkret ist ein Array gezeigt von 2 × 3 Elementen
gezeigt, wobei in der ersten Zeile links beginnend zunächst
das erste Muster der 9B, dann das zweite Muster der 9B und
schließlich das erste Muster der 13A verwendet
wurde. In der zweiten Zeile des beispielhaften Arrays der 13B wurde zunächst das erste Muster der 9B,
dann das zweite Muster der 9B und
schließlich das erste Muster der 13A verwendet.
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Die 13B gibt somit ein Beispiel für eine mögliche
Kombination einer bipolaren und unipolaren Anregung, wobei die bipolare
(in diesem Fall bipolar horizontal) Anregung durch Anschlüsse
B1 erfolgt und die unipolare Anregung durch Anschlüsse B2
erfolgt. Bei weiteren Ausführungsbeispielen ist es möglich
weitere Kombinationen zwischen bipolaren und unipolaren Anregungen
zu realisieren.
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13C zeigt ähnlich zu den Mustern, wie
in der 13A gezeigt sind, weitere bipolare
Anregungsmuster, die ebenfalls zur Ansteuerung an dem rechten bzw.
unteren Rand genutzt werden können. Die vier dargestellten
Anregungsmuster sind ebenfalls in der 9H dargestellt.
Die in der zweiten Zeile der 13C dargestellten
bipolaren Anregungsmustern können für eine komplette
Abdeckung der Chipkanten am Arrayrand erforderlich sein, wobei für diesen
Fall fünf Erweiterungselektrodenanschlüsse benutzt
werden (einschließlich des neunten Elektrodenanschlusses 119).
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13D zeigt schließlich weiteres unipolares
Anregungsmuster, das zur Vervollständigung der Stimulationspositionen
erforderlich sein kann. Es kann mit den bipolar diagonalen Mustern
kombiniert werden, um ein alternatives Array zu erhalten. Bei dem
in der 13D gezeigten Stimulationsmustern wird
lediglich die neunte Elektrodenanschluss 119 angeregt und
alle weiteren Elektroden des Elements 110 verbleiben auf
dem Mittenpotenzial.
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Zur
Organisation der Multiplexer für Anregungs- und eventuell
Messschaltungen ergeben sich aus den gezeigten Anregungsmustern
die folgenden Möglichkeiten.
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Für
die Stimulation und/oder Messung kann je quadratischem Element eine
Stimulations- und/oder Messeinrichtung aufgebaut sein, die einen positiven
und einen negativen Anschluss aufweist. Dabei ist es möglich,
dass mehrere quadratische Elemente unabhängig voneinander
angeregt oder stimuliert werden können und somit eine parallele
Arbeitsweise ermöglicht wird. In einer bevorzugten Realisierung
(wie beispielsweise bei dem Retinaimplantat) weist die Einrichtung 200 zum
Bereitstellen der Mehrzahl von Elektrodenanregungssignalen zwei
Stromquellen auf, eine für positive und die andere für
negative Ströme. Alternativ können auch zwei Spannungssignale
für jedes der beispielhaften quadratischen Elemente bereitgestellt
werden. Zur Stimulation der Retina (Netzhaut) ist die Anordnung
der Elektroden 100 auf der Retina angeordnet, aber die
Einrichtung 200 zum Bereitstellen der Elektrodenanregungssignale
kann davon entfernt angeordnet sein, wobei Verbindungskabel genutzt
werden können, um eine Verbindung zwischen den Elektroden
einerseits und den Elektrodenanschlüssen 110, 120, 130,
... anderseits herzustellen.
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Wird
in einem Element keine Stimulation vorgenommen, so werden beispielsweise
alle Kernelektroden an das Gegenelektrodenpotenzial geschaltet oder
sind hochohmig, die Erweiterungselektroden sind ebenfalls hochohmig.
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Bei
der unipolaren Ansteuerung wird eine der Kernelektroden angesteuert
(beispielsweise eine Kernelektrode pro Element) und die verbleibenden Kernelektroden
sind an das Gegenpotenzial geschaltet oder sind hochohmig. Die Erweiterungselektroden sind
in diesem Fall immer hochohmig. Die Stimulation und/oder Messung
kann zwischen der angewählten Elektrodenanschluss und der
Gegenelektrode erfolgen. Je nach erforderlichem Abstand der aktiven Elektroden
kann der nächste angesteuerte Elektrodenanschluss (beispielsweise
in einem folgenden Zyklus) die gleiche oder eine andere Position
im Element haben. Zwischen zwei angesteuerten Elektroden können
auch mehrere Elemente ausgebildet sein, die nicht stimuliert werden
oder mittels derer keine Messung vorgenommen wird.
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Bei
der bipolaren Ansteuerung werden zwei Elektroden (beispielsweise
pro Element) angesteuert, die auch beide Erweiterungselektroden
sein können. Die nicht angesteuerten Kernelektroden sind
an das Gegenpotenzial geschaltet oder sind hochohmig. Die von einem
Nachbarelement her angesteuerten Elektroden sind von dem jeweiligen
Element her hochohmig zu schalten. D. h. beispielsweise wenn über
die Erweiterungselektroden eine Elektrodenanschluss in einem Nachbarelement
angesteuert werden soll, dann ist der Elektrodenanschluss des Nachbarelements
hochohmig zu schalten (wird nicht angesteuert). Die nicht angesteuerten
Erweiterungselektroden sind beispielsweise immer hochohmig. Die Stimulation
und/oder Messungen erfolgt zwischen den beiden ausgewählten
Elektroden (Elektrodenpaaren). Je nach erforderlichem Abstand der
aktiven Elektrodenpaare kann das nächste angesteuerte Elektrodenpaar
die gleiche oder eine andere Position im Element aufweisen. Zwischen
zwei angesteuerten Elektrodenpaaren können – wie
auch bei der unipo laren Anregung – auch mehrere Elemente
vorhanden sein, die nicht stimuliert werden oder die nicht zur Messung
verwendet werden.
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Um
eine solche Ansteuerung zu realisieren, ist jede Kernelektrode wahlweise über
einen Schalter mit einem oder keinem der folgenden Elemente verbunden:
(a) dem positiven Anschluss der Stimulations- und/oder Messeinrichtung
oder (b) dem negativen Anschluss der Stimulations- und/oder Messeinrichtung.
Wenn keine Verbindung zu einem Anschluss besteht, so ist die Kernelektrode
hochohmig.
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Jede
Erweiterungselektrode kann über einen Schalter wahlweise
mit einem oder keinem der folgenden Elemente verbunden sein: (a)
dem positiven Anschluss der Stimulations- und/oder Messeinrichtung,
(b) dem negativen Anschluss der Stimulations- und/oder Messeinrichtung
oder (c) der Gegenelektrode. Wenn keine Verbindung besteht, ist
die Erweiterungselektrode hochohmig.
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Ausführungsbeispiel
weisen ebenfalls eine Messeinrichtung auf, wobei eine Vielzahl von
Elektroden dazu benutzt werden, um beispielsweise ein Potenzialfeld
entlang einer Oberfläche auszumessen oder aber durch Einprägen
eines Einprägesignals, beispielsweise einen Widerstandswert
entlang einer Fläche zu messen. Dazu können beispielsweise
die beteiligten (aktiven) Elektroden dazu benutzt werden, um einen
bestimmten Stromfluss durch eine Schicht durchzuleiten und verbleibende
Elektroden können dazu benutzt werden, um einen Spannungsabfall entlang
des Stromflusses zu messen. Die Messungen können dabei
wie beschrieben entweder bipolar zwischen zwei Punkten geschehen
oder unipolar derart, dass ein Elektrodenanschluss als zentraler Elektrodenanschluss
wirkt und umgebende Elektroden als zweiten Anschluss dienen.
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Ausführungsbeispiele
können somit nicht nur dazu verwendet werden, um eine Nervenstimulation in
einem Auge durchzufüh ren, sondern auch zur Messung von
Spannungen bei eingeprägten Strömen (oder umgekehrt),
so dass bei der raumaufgelösten Sensorik beispielsweise
die Leitfähigkeit oder den PH-Wert von Flüssigkeiten
und/oder an Oberflächen zu ermitteln.
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Ferner
ist es möglich, die Elektrodenanordnung dazu zu nutzen,
um eine Potenzialverteilung entlang einer Oberfläche auszumessen,
wobei die unipolare Schaltung der Elektroden dazu benutzt werden
kann, um einen Potenzialwert an einer bestimmten Position (lokales
Potenzial) zu messen, währenddessen die bipolare Schaltung
dazu benutzt werden kann, um den Potenzialabfall in einer bestimmten
Richtung zu messen. Durch mehrfaches Schalten verschiedener Anordnung
kann somit sowohl der Potenzialwert an einem bestimmten Ort als auch
der Potenzialabfall ermitteln werden.
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Ausführungsbeispiele
auch dazu benutzt werden, um Messungen z. B. an einer Siliziumoberfläche
durchzuführen, um beispielsweise die räumliche
Verteilung des Schichtwiderstandes zu erfassen. Bei anderen Ausführungsbeispielen
kann eine elektrochemische Potenzialmessung am Messpunkt vorgenommen
werden.
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Ausführungsbeispiele
lassen sich damit wie folgt zusammenfassen: Es ist sowohl eine unipolare als
auch eine bipolare Anregung eines Elektrodenarrays möglich,
wobei Elektroden die zwischen angeregten Elektroden ausgebildet
sind auf ein festes Potenzial gesetzt werden. Effektiv wird damit
eine höhere Pseudoauflösung erreicht und außerdem
werden aktive Zentren oder aktive Strecken durch den Abschirmeffekt
der auf dem festen Potenzial sitzenden Elektroden erreicht. Die
Elektroden, die auf dem festen Potenzial sitzen, können
gleichzeitig dazu benutzt werden, um Ströme abzuleiten,
so dass sie keinen weiteren negativen Effekt verursachen können. Damit
werden die Anregungen unabhängig voneinander, da sie sich
nicht gegenseitig beeinflussen (Abschirmeffekt). Die Elektroden,
die auf dem festen Potenzial sitzen, wirken somit als neutrale Elektroden und
können beispielsweise auf ein Massepotenzial oder 0 Volt
gesetzt werden. Beispielsweise ist es möglich, für
die Anregung eine Spannung von +10 Volt zu nutzen, und das Mittenpotenzial
auf 0 Volt zu legen. Bei weiteren Ausführungsbeispielen
können jedoch auch andere Spannungen verwendet werden, so
dass sich beispielsweise Spannungsdifferenzen zwischen den angeregten
Elektroden von mehr als 5 oder mehr als 10 Volt oder ungefähr
10 oder ungefähr 20 Volt ergeben.
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Durch
eine Verwendung der erfindungsgemäßen Verfahren
wird eine effektive Vervielfachung der Auflösung einer
physikalischen Elektrodenmatrix erreicht – beispielsweise
bis zu einer Vervierfachung gegenüber einer reinen unipolaren
und eine Verachtfachung der Auflösung gegenüber
einer naiven bipolaren Anordnung. Der Multiplexbetrieb der Elektroden
reduziert gleichzeitig einen erforderlichen Schaltungsumfang. Weiterhin
ist es vorteilhaft, dass die Verringerung der erforderlichen Elektrodenzahl ebenfalls
zu einer Verringerung des Aufwandes für die Aufbau- und
Verbindungstechnik zwischen der Elektrodenmatrix und elektronischen
Schaltkreisen führt.
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Beispielsweise
kann die erfindungsgemäße Vorrichtung dazu benutzt
werden, um z. B. 24, 48 oder noch mehr Elektroden anzusteuern (z.
B. 192 Elektroden). Das Konzept der Erweiterungselektroden oder
der Ansteuerung von Erweiterungselektroden dient dazu, dass einzelne
Elemente, die eine Gruppe von Elektroden umfassen, zu Modulen miteinander
kombiniert werden können, so dass sich flexible Erweiterungsmöglichkeiten
ergeben. Insbesondere die bipolare Anregung erfordert die Erweiterungselektroden,
da es im Allgemeinen vorkommt, dass zwischen den Elementen ebenfalls
ein Elektrodenpaar anzuregen ist. Deshalb ist es erforderlich, dass
während eines Ansteuerzyklus ein Cluster oder ein Element
sich Elektroden von einem benachbarten Cluster oder benachten Element
leiht und diese ansteuert, währenddessen die geliehenen
Elektroden von dem anderen Cluster jeweils frei gegeben sind bzw.
hochohmig geschaltet werden. Durch die Unterteilung in Elementen
ist eine möglichst hohe Parallelität erreichbar,
so dass eine möglichst hohe Anzahl von Elektroden gleichzeitig
und unabhängig von einander angesteuert werden können,
ohne dass gegenseitige Störungen auftreten können.
Ferner kann die Anregung der Elektroden derart erfolgt, dass auf
einem positiven Impuls ein negativer Impuls erfolgt (biphasische
Anregung), so dass die mit dem positiven Impuls eingebrachten Ladungsträger
durch den negativen Impuls wiederum abgeführt werden und
es so zu einer Stimulation der entsprechend Region kommt – ohne
eine Ionisierung der Region zu bewirken. Dies ist insbesondere bei
der unipolaren Anregung vorteilhaft.
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Bei
Ausführungsbeispielen können ferner pro Element
zwei getrennt Stromquellen zur Verfügung gestellt werden,
die jeweils von der Ansteuererschaltung des jeweiligen Elements
kontrolliert werden. Die Ansteueranschlüsse, wie sie in
den 4 bis 13 gezeigt
sind, umfassen Anschlüsse des Ansteuerchips – nicht
jedoch die Elektroden selbst. Vielmehr werden die Elektroden mit
diesen Ansteueranschlüssen verbunden, wobei die Elektroden
jedoch nicht auf dem Chip ausgebildet zu sein brauchen, sondern
sind im Allgemeinen entfernt davon angeordnet sind. Die einzelnen
Ansteuerchips können wie beschrieben ineinander geschoben
werden. Insgesamt ergeben sich damit die 23 oder 24 verschiedene Muster,
die nacheinander genutzt werden können, um eine Stimulierung
der entsprechenden Regionen durchzuführen. Es ist ebenfalls
möglich, dass eine hybride Arbeitsweise derart gewählt
wird, dass bipolare und unipolare Anregungen zur gleichen Zeit durchgeführt
werden. Die gezeigten Muster zeigen lediglich die maximal mögliche
Anzahl von parallelen Anregungen. Natürlich ist es im Allgemeinen
möglich, dass weitaus weniger Anregungszentren während
eines gegebenen Zyklus angeregt werden.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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-
Zitierte Nicht-Patentliteratur
-
- - „A
232-Channel Epiretinal Stimulator ASIC”, IEEE Journal of
Solid-State Circuits, Vol. 42, No. 12, December 2007, pp. 2946–2959 [0003]