JP2002065866A - Compound electrode to be used for electric stimulation - Google Patents

Compound electrode to be used for electric stimulation

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JP2002065866A
JP2002065866A JP2000264538A JP2000264538A JP2002065866A JP 2002065866 A JP2002065866 A JP 2002065866A JP 2000264538 A JP2000264538 A JP 2000264538A JP 2000264538 A JP2000264538 A JP 2000264538A JP 2002065866 A JP2002065866 A JP 2002065866A
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electrodes
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Susumu Tate
▲すすむ▼ 舘
Taro Maeda
太郎 前田
Naoki Kawakami
直樹 川上
Hiroyuki Kajimoto
裕之 梶本
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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide an electrode for compensating the spatial dispersion of the skin impedance. SOLUTION: An electrode for electric stimulation from a skin surface is a compound electrode formed of plural fine electrodes, and the current of the fine electrodes is controlled. The fine electrodes are used for a constant current source. Dimension of the fine electrode is decided on the basis of the density of sweat glands.

Description

【発明の詳細な説明】DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION

【0001】[0001]

【発明の属する技術分野】本発明は、電気刺激に用いる
電極に係り、詳しくは、皮膚表面からの電気刺激全般に
用いることができる電極であり、例えば、電気的に触覚
を再現する場合、機能的電気刺激(リハビリ等に使用す
る)、経皮薬品投与(若干の電圧をかける場合がある)
等に使用され得る。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to an electrode used for electrical stimulation, and more particularly to an electrode which can be used for general electrical stimulation from the skin surface. Electrical stimulation (used for rehabilitation, etc.), transdermal drug administration (some voltage may be applied)
And so on.

【0002】[0002]

【従来の技術】ある目的をもって人間の皮膚を電気的に
刺激することは、長年の間、様々な分野で行なわれてい
るが、皮膚表面から通電する場合には、以下のような不
具合がある。皮膚表面の接触部分は角質(Stratum Corn
eum)中に汗腺(Sweat Duct)が分布しているため、汗腺
中に汗が存在するか否かで電流の経路は大きく変化す
る。特に汗が存在する場合、汗腺は導通状態となり(図
1(a))、そのため電流は汗腺に集中し、発生したジ
ュール熱により痛覚を生じる。
2. Description of the Related Art Electrical stimulation of human skin for a certain purpose has been carried out in various fields for many years. However, when electricity is supplied from the skin surface, the following problems occur. . The contact area on the skin surface is keratin (Stratum Corn
Since the sweat glands (Sweat Duct) are distributed in the eum), the current path greatly changes depending on whether or not sweat exists in the sweat glands. In particular, when sweat is present, the sweat glands are turned on (FIG. 1 (a)), so that current is concentrated on the sweat glands, and the generated Joule heat causes pain.

【0003】これに対して導電性ゲル層(Gel)を間に挟
むことによってこの状況を和らげる手法が知られている
(図1(b))。この場合、ゲルは抵抗層として働くこ
とにより、汗腺等による微細部分のコンダクタンス変化
を和らげる働きをする。ゲル層は高抵抗かつ薄くなけれ
ばならない。高抵抗であることにより、前記コンダクタ
ンス変化に対応し、薄いことにより異方導電性が保証さ
れるからである。
[0003] On the other hand, there is known a method of alleviating this situation by sandwiching a conductive gel layer (Gel) (FIG. 1B). In this case, the gel acts as a resistance layer, thereby mitigating a change in conductance of a minute portion due to a sweat gland or the like. The gel layer must be high resistance and thin. This is because the high resistance corresponds to the change in conductance, and the thinness ensures anisotropic conductivity.

【0004】しかしながら、これには、(1)高抵抗層
を挟むため、必要とされる電圧が上昇すること、(2)
一様な薄膜作成の困難さ、(3)アレイ電極を用いた場
合に電極間を「ゲルのみを通して」通電してしまうとい
う不具合がある。したがって、理想的なゲル(Smart Ge
l)というべきものに要請される能力が演繹される(図1
(c))。すなわち、皮膚の微細かつ局所的なインピー
ダンス変化を補償するように、能動的にゲルの局所的イ
ンピーダンスを変化させるものが必要である。
[0004] However, this involves (1) an increase in required voltage due to the interposition of the high resistance layer, and (2)
(3) When an array electrode is used, there is a problem in that a current flows between electrodes only through a gel. Therefore, the ideal gel (Smart Ge
l) The ability required for what should be called is deduced (Fig. 1
(C)). That is, there is a need for a device that actively changes the local impedance of the gel so as to compensate for minute and local changes in the impedance of the skin.

【0005】[0005]

【発明が解決しようとする課題】本発明は、皮膚インピ
ーダンスの空間的分散に対する補償を行なうような電極
を提供することを課題とするものである。
SUMMARY OF THE INVENTION An object of the present invention is to provide an electrode which compensates for the spatial dispersion of skin impedance.

【0006】[0006]

【課題を解決するための手段】本発明は、かかる課題を
解決するために創案されたものであって、皮膚表面から
電気刺激を行なうための電極において、該電極は複数の
微小電極を束ねることで形成されており、該それぞれの
微小電極を電流制御するように構成したことを特徴とす
るものであり、好ましくは、前記微小電極を定電流源と
したものである。
DISCLOSURE OF THE INVENTION The present invention has been made to solve the above-mentioned problem, and is an electrode for performing electrical stimulation from the skin surface, wherein the electrode is a bundle of a plurality of microelectrodes. Wherein each of the microelectrodes is configured to control the current, and preferably, the microelectrodes are used as a constant current source.

【0007】本発明は、微細部分のコンダクタンス変化
を補償するような働きを備えた電極に係り、微細電極を
用い、それぞれに対して電流制御を行なうことで等価的
にインピーダンス制御を行なうシステムを提供するもの
である(図1(d))。すなわち、複数の微細電極を束
ねて単一の複合電極として使用するものである。
The present invention relates to an electrode having a function of compensating for a change in conductance of a minute portion, and provides a system for equivalently controlling impedance by using a minute electrode and performing current control on each of the electrodes. (FIG. 1D). That is, a plurality of fine electrodes are bundled and used as a single composite electrode.

【0008】微小電極に要求されるサイズは汗腺の存在
密度から決定される。一つの望ましい態様(これには限
定されないが)では、一つの微小電極下に高々一つの汗
腺しか存在しない状態が良い。例えば、汗腺は指先皮膚
において1mmに3〜5個存在する。よって径0.3
mmの微細電極を用いれば、各電極上にはせいぜい1つ
の汗腺しか存在しない。機能的電気刺激のように電極全
体が数cmに及ぶ場合には、これを3〜20程度に分割
することも考えられる。微小電極の形状については、一
つの好ましい態様では、平面視円形状であるが、微小電
極の形状はこれには限定されず、例えば、微細線状であ
ってもよい。
[0008] The size required for the microelectrode is determined from the density of sweat glands. In one preferred (but not limited to) embodiment, there is at most one sweat gland under one microelectrode. For example, there are 3 to 5 sweat glands per mm 2 in the fingertip skin. Therefore, the diameter 0.3
With a fine electrode of mm, there is at most one sweat gland on each electrode. When the entire electrode covers several cm as in functional electrical stimulation, it may be possible to divide the electrode into about 3 to 20. In a preferred embodiment, the shape of the microelectrode is a circular shape in a plan view, but the shape of the microelectrode is not limited to this, and may be, for example, a fine linear shape.

【0009】[0009]

【発明の実施の形態】図4は電気触覚ディスプレイ装置
であり、1チャネル高速パルス信号(1MHz)と8チ
ャネル低速重み付け信号をアナログ乗算し、完全に同期
させた8チャネル刺激信号を得る。これをV−Iコンバ
ータで電流に変換し、被験者に通電する。被験者は指を
電極アレイに載せ、接地された指輪をはめる。電極アレ
イの重み付けを変化させることで皮膚下の感覚神経を選
択的に刺激し、これにより各種感覚を生成することがで
きる。これについては、特願平11−332177号に
詳述されている。
DETAILED DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS FIG. 4 shows an electro-tactile display device, which performs analog multiplication of a one-channel high-speed pulse signal (1 MHz) and an eight-channel low-speed weighting signal to obtain a completely synchronized eight-channel stimulus signal. This is converted into a current by a VI converter, and the subject is energized. The subject places his finger on the electrode array and wears a grounded ring. By changing the weight of the electrode array, sensory nerves under the skin can be selectively stimulated, and various sensations can be generated. This is described in detail in Japanese Patent Application No. 11-332177.

【0010】このような電気触覚ディスプレイにおいて
は、皮膚インピーダンスの局所的な分散という問題点が
ある。特に、電極下に汗腺が存在する場合、汗腺に電流
が集中することによりジュール熱が発生し、急激な痛み
を生じることがある。本発明では、電極自体を微細な電
極の集合で構成し、それぞれを電流制御することにより
電流の局所的集中を防ぐようにしている。
In such an electro-tactile display, there is a problem that the skin impedance is locally dispersed. In particular, when a sweat gland exists under the electrode, current concentrates on the sweat gland, causing Joule heat to occur, which may cause sudden pain. In the present invention, the electrodes themselves are formed of a set of fine electrodes, and current control is performed on each of the electrodes to prevent local concentration of current.

【0011】図2は、本発明に係る複合電極の一つの実
施例を示している。径0.3mmの微小電極1を7つ束
ねて、径1mmの複合電極2を構成している。より詳し
くは、一つの微小電極を中心として、6つの微小電極を
放射状に配設することで複合電極を構成している。微小
電極1は平面視円形状のステンレス3から形成されてお
り、その回りには絶縁体4が被覆されている。したがっ
て、一つの電極2を構成する複数の微小電極1は、互い
に絶縁体4を介して隣接しており、さらに各微小電極1
の隙間には詰め物5が充填されている。それぞれの微小
電極1を電流制御することで単一の電極2として用い、
皮膚インピーダンスの空間的分散に対応するようになっ
ている。複数の微小電極の配設は、図2のものに限定さ
れるものではなく、例えば、微小電極を列状に配設する
ことで一つの電極を構成してもよい。
FIG. 2 shows one embodiment of the composite electrode according to the present invention. Seven microelectrodes 1 having a diameter of 0.3 mm are bundled to form a composite electrode 2 having a diameter of 1 mm. More specifically, a composite electrode is formed by radially disposing six microelectrodes around one microelectrode. The microelectrode 1 is formed from a stainless steel 3 having a circular shape in a plan view, and an insulator 4 is coated therearound. Therefore, the plurality of microelectrodes 1 constituting one electrode 2 are adjacent to each other with the insulator 4 interposed therebetween.
Is filled with a filling 5. Each microelectrode 1 is used as a single electrode 2 by controlling the current,
It corresponds to the spatial dispersion of skin impedance. The arrangement of the plurality of microelectrodes is not limited to that of FIG. 2. For example, one electrode may be configured by arranging microelectrodes in a row.

【0012】実施例のものでは、複数の微小電極1から
なる電極2をさらにアレイ状に配設することでアレイ電
極6を構成している。これは、アレイ電極6の重み付け
の変化によって、神経軸索の延びる方向に対応して選択
的に神経軸索を刺激すると共に、刺激深度を変化させて
皮膚表面に対して深度の異なる神経軸索を選択的に刺激
するためであり、アレイ電極6の重み付けの選択は、ア
レイ電極6を構成する各電極2の陰陽の選択及び各電極
2の配設の選択によって行なう。神経軸索を選択的に刺
激する触覚ディスプレイについては、前述したように特
願平11−332177号に開示されている。
In the embodiment, the array electrodes 6 are formed by further arranging the electrodes 2 composed of a plurality of microelectrodes 1 in an array. This means that, by changing the weighting of the array electrodes 6, the nerve axons are selectively stimulated in accordance with the direction in which the nerve axons extend, and the nerve axons having different depths with respect to the skin surface by changing the stimulation depth. Is selectively stimulated, and the selection of the weight of the array electrode 6 is performed by selecting the yin and yang of each electrode 2 constituting the array electrode 6 and selecting the arrangement of each electrode 2. A tactile display for selectively stimulating nerve axons is disclosed in Japanese Patent Application No. 11-332177 as described above.

【0013】前述したように、汗腺は指先皮膚におい
て、1mmに3〜5個存在する。よって径0.3mm
の微細電極を用いれば各電極上にはせいぜい1つの汗腺
しか存在しない。したがって、各微細電極を電流制御す
ることによって電流の局所集中を防ぐことができる。
As described above, there are 3 to 5 sweat glands per 1 mm 2 in the fingertip skin. Therefore 0.3mm in diameter
With only one microelectrode, there is at most one sweat gland on each electrode. Therefore, local concentration of current can be prevented by controlling the current of each fine electrode.

【0014】微細電極を大量に作成することにより、膨
大な制御回路が必要となる可能性が問題となる。しかし
ながら、一つの電極を構成する個々の微細電極は全て同
一の電流を出力すれば良いので、簡単な回路を付加する
ことで本発明に係る電極を実現することができる。
[0014] By producing a large number of fine electrodes, there is a problem that a huge control circuit may be required. However, the individual fine electrodes constituting one electrode only need to output the same current, so that the electrode according to the present invention can be realized by adding a simple circuit.

【0015】図3は、本発明に係る電極の回路の一例で
ある。電流制御を同時に電極個数分行なうため、カレン
トミラー回路を用いている。図3から明らかなように、
従来の単一電極に比べてトランジスタ数が2×N(Nは
微細電極個数)増えるだけであり、コスト的な問題は少
ない。本発明に係る電極を構成する回路は図3のものに
限定されるものではなく、また、電極基板上にトランジ
スタを作り込むものであってもよい。
FIG. 3 shows an example of an electrode circuit according to the present invention. A current mirror circuit is used to perform current control for the number of electrodes at the same time. As is clear from FIG.
Compared with the conventional single electrode, the number of transistors only increases by 2 × N (N is the number of fine electrodes), and there is little cost problem. The circuit constituting the electrode according to the present invention is not limited to the one shown in FIG. 3, and a transistor may be formed on an electrode substrate.

【0016】[0016]

【発明の効果】本発明によれば、電極自体を微細な電極
の集合で構成し、各微細電極を電流制御することによっ
て電流の局所的集中を防ぐことができ、皮膚インピーダ
ンスの空間的分散に対する補償を行なうことができ、も
って、汗腺等による微細部分のコンダクタンス変化を補
償することができる。
According to the present invention, local concentration of current can be prevented by forming the electrode itself as a set of fine electrodes and controlling the current of each fine electrode. Compensation can be performed, thereby compensating for a change in conductance of a minute portion due to sweat glands or the like.

【図面の簡単な説明】[Brief description of the drawings]

【図1】経皮電気刺激における、(a)は電極、皮膚
(角質、汗腺)のモデル化、(b)は導電性ゲルのイン
ピーダンス安定化の働き、(c)は演繹されるより高性
能なゲル、(d)は微小電流源アレイ(複合電極)によ
る実装をそれぞれ示している。
FIG. 1 (a) modeling of electrodes, skin (keratin, sweat glands), (b) function of stabilizing impedance of conductive gel, (c) higher than deduced in transcutaneous electrical stimulation (D) shows mounting with a microcurrent source array (composite electrode).

【図2】本発明に係る複合電極の一つの実施の形態を示
す図である。
FIG. 2 is a view showing one embodiment of a composite electrode according to the present invention.

【図3】本発明に係る複合電極の一つの回路構成を示す
図である。
FIG. 3 is a diagram showing one circuit configuration of the composite electrode according to the present invention.

【図4】電気刺激のシステム構成図である。FIG. 4 is a system configuration diagram of electrical stimulation.

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (71)出願人 500409297 梶本 裕之 神奈川県横浜市戸塚区下倉田町828−362 (72)発明者 舘 ▲すすむ▼ 茨城県つくば市梅園2丁目31番14号 (72)発明者 前田 太郎 東京都台東区谷中 1丁目2番19号 (72)発明者 川上 直樹 鳥取県鳥取市大工町頭九番地 (72)発明者 梶本 裕之 横浜市戸塚区下倉田町828−362 Fターム(参考) 4C053 BB02 JJ13 JJ24 JJ32  ──────────────────────────────────────────────────続 き Continuing from the front page (71) Applicant 500409297 Hiroyuki Kajimoto 828-362 Shimokurata-cho, Totsuka-ku, Yokohama-shi, Kanagawa-ken Inventor Taro Maeda 1-2-19-1 Yanaka, Taito-ku, Tokyo (72) Inventor Naoki Kawakami, Ninety-nine, Carpenter-cho, Tottori-shi, Tottori, Japan (Reference) 4C053 BB02 JJ13 JJ24 JJ32

Claims (3)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】皮膚表面から電気刺激を行なうための電極
において、該電極は複数の微小電極から形成された複合
電極であり、該それぞれの微小電極を電流制御するよう
に構成したことを特徴とする電気刺激に用いる複合電
極。
1. An electrode for performing electrical stimulation from the skin surface, wherein the electrode is a composite electrode formed from a plurality of microelectrodes, and each of the microelectrodes is configured to control current. Composite electrode used for electrical stimulation.
【請求項2】請求項1において、前記微小電極を定電流
源としたことを特徴とする複合電極。
2. The composite electrode according to claim 1, wherein said microelectrode is a constant current source.
【請求項3】請求項1,2いずれかにおいて、前記微小
電極の寸法は、汗腺の存在密度によって決定されること
を特徴とする電極。
3. The electrode according to claim 1, wherein the size of the microelectrode is determined by the density of sweat glands.
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