JP2010000124A - Interface circuit and electrical stimulation measuring method - Google Patents

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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide an electrical stimulation signal control circuit which reduces potential variations of a microelectrode before and after an application of an electrical stimulation signal to a living body, applies the electrical stimulation signal, and detects bioelectrical signals accompanying the application of the electrical stimulation signal. <P>SOLUTION: The microelectrode, an input amplifier, and a main amplifier are connected to have a state in which an adder circuit is separated from an electrical stimulation signal generating device in the normal time by a control means which controls an interface circuit connected to the microelectrode, the electrical stimulation signal generating device for applying electrical stimulation signals to the microelectrode via the interface circuit, and the main amplifier for amplifying the bioelectrical signals from the microelectrode via the interface circuit by a switch. Then, the microelectrode, the input amplifier, and the main amplifier are separated, and simultaneously, the electrical stimulation signal generating device and the adder circuit are connected. The potential retained in a direct current potential retaining circuit is amplified by a retained potential amplifier with an amplification factor which is the reciprocal of an amplification factor of the input amplifier, added to the electrical stimulation signal from the electrical stimulation signal generating device, and applied to the microelectrode. <P>COPYRIGHT: (C)2010,JPO&INPIT

Description

本発明は、生体へのインタフェース回路及び電子刺激計測方法について、特に、生体組織や神経細胞等に対して電気刺激信号を印加するとともに、電気的刺激信号により励起される生体組織や神経細胞等の電気的活動を計測する際に有効な技術に関する。   The present invention relates to an interface circuit to a living body and an electronic stimulus measurement method, in particular, an electrical stimulus signal is applied to a living tissue, a nerve cell, etc. The present invention relates to a technique effective in measuring electrical activity.

従来、生体や脳の情報伝達メカニズムの解明を目的として、多点電極を用いて生体や神経細胞由来の電気信号（以下「生体電気信号」という）を計測することが広く行われている。また、近年は生体や脳との情報交信の実現を目指して、多点電極を介して外部から生体や神経細胞に対して情報を入力することを目的とするいわゆるブレイン・マシンインタフェースの技術について様々な研究が行われている。   2. Description of the Related Art Conventionally, for the purpose of elucidating the information transmission mechanism of a living body or a brain, it is widely performed to measure an electrical signal derived from a living body or a nerve cell (hereinafter referred to as “bioelectric signal”) using a multipoint electrode. In recent years, with the aim of realizing information communication with the living body and the brain, various technologies of so-called brain-machine interface, which aims to input information to the living body and nerve cells from the outside via multipoint electrodes, have been developed. Research has been conducted.

このような生体電気信号のインタフェースとして、例えば特許文献１には、生体や神経細胞とのインタフェースとなる多点電極と、多点電極で計測された微弱な生体電気信号を増幅するための増幅部と、増幅された生体電気信号を記録するための記録部と、生体への電気刺激信号を印加するための電気刺激信号印加部とから構成されるシステムが示されている。ここでは、同一の微小電極を介して、生体への電気刺激信号の送信と、生体から生体電気信号を検出して記録することとの双方を行うことができ、さらに電気刺激信号の送信の完了後、回路のスイッチを切替えることによってごく短時間で生体電気信号の検出を開始し、記録することを可能とするシステムが提案されている。   As such a bioelectric signal interface, for example, Patent Document 1 discloses a multipoint electrode serving as an interface with a living body or a nerve cell, and an amplifying unit for amplifying a weak bioelectric signal measured by the multipoint electrode. And a system comprising a recording unit for recording the amplified bioelectric signal and an electrical stimulation signal application unit for applying an electrical stimulation signal to the living body. Here, both the transmission of the electrical stimulation signal to the living body and the detection and recording of the biological electrical signal from the living body can be performed through the same microelectrode, and the transmission of the electrical stimulation signal is completed. Later, a system has been proposed that enables detection and recording of bioelectric signals in a very short time by switching the circuit switch.

また、近年、このような生体電気信号記録装置の生体への装着や設置を実現するために、システムのＩＣチップ化による小型化、省電力化の検討が進められている。例えば非特許文献１には、ＣＭＯＳプロセスを用いることにより、生体由来の電気信号の記録と生体への電気刺激信号の印加を１つのＩＣチップで行う技術が示されている。
特許第３５６６８６０号公報 Ｔａｋｅｓｈｉ ＹＯＳＨＩＤＡ、Ｔａｋａｙｕｋｉ ＭＡＳＨＩＭＯ、Ｍｉｈｏ ＡＫＡＧＩ、Ａｔｓｕｓｈｉ ＩＷＡＴＡ、Ｍａｓａｙｕｋｉ ＹＯＳＨＩＤＡ、Ｋａｚｕｍａｓａ ＵＥＭＡＴＳＵ、“Ａ ｄｅｓｉｇｎ ｏｆ ｎｅｕｒａｌ ｓｉｇｎａｌ ｓｅｎｓｉｎｇ ＬＳＩ ｗｉｔｈ ｍｕｌｔｉ−ｉｎｐｕｔｃｈａｎｎｅｌｓ“、ＩＥＩＣＥ Ｔｒａｎｓ．Ｆｕｎｄａｍｅｎｔａｌｓ、ｖｏｌ．Ｅ８７−Ａ、ｎｏ．２、ｐｐ．３７６−３８３、２００４ In recent years, in order to realize the mounting and installation of such a bioelectric signal recording apparatus on a living body, studies have been made on downsizing and power saving by making the system an IC chip. For example, Non-Patent Document 1 discloses a technique for recording an electrical signal derived from a living body and applying an electrical stimulation signal to the living body using a single IC chip by using a CMOS process.
Japanese Patent No. 3567860 Takeshi YOSHIDA, Takayuki MASHIMO, Miho AKAGI, Atsushi IWATA, Masayuki YOSHITA, Kazumasa UEMATSU, ICA. Fundamentals, vol. E87-A, no. 2, pp. 376-383, 2004

しかしながら、特許文献１の技術では、入力増幅器で増幅された生体電気信号を直流電位保持回路に保持し、スイッチが切り替わった場合に、直流電位保持回路に保持された電圧がそのまま電気刺激信号に加算されるため、スイッチの切替えと電気刺激信号の印加に伴う生体からの過渡応答が大きくなるという問題があった。また、電気信号発生装置と主増幅器とインタフェース回路とを制御するパーソナルコンピュータからの制御信号は、複数の微小電極のそれぞれに同時に送信されるため、複数の微小電極のうち任意の微小電極に対して、他の微小電極と異なるタイミングで電気信号を印加することはできない。さらに、特許文献１に記載されたインタフェース回路は、アナログスイッチ回路やサンプルホールド回路などの個別部品を組み合わせて構成したものであり、インタフェース回路が大きいため、生体への設置や装着は困難であった。   However, in the technique of Patent Document 1, when the bioelectric signal amplified by the input amplifier is held in the DC potential holding circuit and the switch is switched, the voltage held in the DC potential holding circuit is added to the electrical stimulation signal as it is. Therefore, there has been a problem that a transient response from a living body accompanying switching of a switch and application of an electrical stimulation signal becomes large. In addition, since the control signal from the personal computer that controls the electric signal generator, the main amplifier, and the interface circuit is simultaneously transmitted to each of the plurality of microelectrodes, any one of the plurality of microelectrodes can be controlled. An electric signal cannot be applied at a timing different from that of other microelectrodes. Furthermore, the interface circuit described in Patent Document 1 is configured by combining individual components such as an analog switch circuit and a sample-and-hold circuit. Since the interface circuit is large, it is difficult to install and attach to a living body. .

本発明は、このような状況に鑑みてなされたもので、生体への電気刺激信号の印加前後の微小電極の電位変動を小さくし、また、複数の微小電極のそれぞれに応じた制御により電気刺激信号を印加しそれに伴う生体電気信号を検出することを可能とする電気刺激信号制御回路および電気刺激信号制御方法を提供することを目的とする。   The present invention has been made in view of such a situation, and it is possible to reduce the potential fluctuation of the microelectrode before and after the application of the electrical stimulation signal to the living body, and to perform electrical stimulation by control according to each of the plurality of microelectrodes. An object of the present invention is to provide an electrical stimulation signal control circuit and an electrical stimulation signal control method capable of detecting a bioelectric signal accompanying the application of a signal.

上述した課題を解決するために、本発明は、微小電極と、微小電極に接続されるインタフェース回路と、インタフェース回路を介して微小電極に電気刺激信号を印加する電気刺激信号発生装置と、インタフェース回路を介して微小電極からの生体電気信号を増幅する主増幅器と、を備えた電気刺激計測装置におけるインタフェース回路であって、微小電極からの生体電気信号を定められた増幅率で増幅する入力増幅器と、入力増幅器から主増幅器に入力される生体電気信号の直流電位を保持する直流電位保持回路と、直流電位保持回路からの直流電位を、入力増幅器の増幅率の略逆数の増幅率で増幅する保持電位増幅器と、電気刺激信号発生装置からの電気刺激信号と保持電位増幅器からの直流電位とを加算する加算器と、入力増幅器と直流電位保持回路との間に接続される第１のスイッチ回路と、保持電位増幅器と主増幅器との間に接続される第２のスイッチ回路と、加算回路と電気刺激信号発生装置との間に接続される第３のスイッチ回路と、微小電極と加算回路との間に接続される第４のスイッチ回路とを備えることを特徴とする。   In order to solve the above-described problems, the present invention provides a microelectrode, an interface circuit connected to the microelectrode, an electrical stimulation signal generator for applying an electrical stimulation signal to the microelectrode via the interface circuit, and an interface circuit A main amplifier that amplifies the bioelectric signal from the microelectrode via an interface circuit in an electrical stimulation measurement device comprising: an input amplifier that amplifies the bioelectric signal from the microelectrode at a predetermined amplification rate; A DC potential holding circuit that holds the DC potential of the bioelectric signal input from the input amplifier to the main amplifier, and a holding that amplifies the DC potential from the DC potential holding circuit at an amplification factor that is approximately the inverse of the amplification factor of the input amplifier. A potential amplifier, an adder for adding the electrical stimulation signal from the electrical stimulation signal generator and the direct current potential from the holding potential amplifier, an input amplifier and a direct current A first switch circuit connected between the potential holding circuit, a second switch circuit connected between the holding potential amplifier and the main amplifier, and a connection between the adding circuit and the electrical stimulation signal generator. And a fourth switch circuit connected between the microelectrode and the addition circuit.

また、本発明は、上述のインタフェース回路は、ＣＭＯＳプロセスを用いて作成されたトリプルウェル構造により構成されることを特徴とする。   The present invention is characterized in that the above-described interface circuit has a triple well structure formed by using a CMOS process.

また、本発明は、上述のインタフェース回路は、接続された制御手段からの制御により、通常時は第３のスイッチ回路および第４のスイッチ回路をオフにするとともに第１のスイッチ回路および第２のスイッチ回路をオンにして微小電極に主増幅器が接続された状態とし、電気刺激を実行する場合には、第３のスイッチ回路をオンにするとともに第１のスイッチ回路および第２のスイッチ回路をオフにして微小電極から主増幅器を切り離した後、第４のスイッチ回路をオンにして電気刺激信号を印加し、電気刺激終了後一定時間、第４のスイッチ回路および第３のスイッチ回路がオンで第１のスイッチ回路および第２のスイッチ回路がオフの状態を保ち、その後通常時の状態に戻す制御が行われることを特徴とする。   Further, according to the present invention, the interface circuit described above turns off the third switch circuit and the fourth switch circuit in a normal state and controls the first switch circuit and the second switch circuit under the control of the connected control means. When the switch circuit is turned on and the main amplifier is connected to the microelectrode and electrical stimulation is performed, the third switch circuit is turned on and the first switch circuit and the second switch circuit are turned off. After disconnecting the main amplifier from the microelectrode, the fourth switch circuit is turned on to apply the electrical stimulation signal, and the fourth switch circuit and the third switch circuit are turned on for a certain time after the electrical stimulation is finished. Control is performed such that the first switch circuit and the second switch circuit are kept off and then returned to the normal state.

また、本発明は、微小電極と、微小電極に接続されるインタフェースモジュールと、インタフェースモジュールを介して微小電極に電気刺激信号を印加する電気刺激信号発生装置と、インタフェースモジュールを介して微小電極からの生体電気信号を増幅する主増幅器と、の組み合わせを複数組備えた電気刺激計測装置において複数のインタフェースモジュールを備えるインタフェース回路であって、インタフェースモジュールは、微小電極からの生体電気信号を定められた増幅率で増幅する入力増幅器と、入力増幅器から主増幅器に入力される生体電気信号の直流電位を保持する直流電位保持回路と、直流電位保持回路からの直流電位を、入力増幅器の増幅率の略逆数の増幅率で増幅する保持電位増幅器と、電気刺激信号発生装置からの電気刺激信号と保持電位増幅器からの直流電位とを加算する加算器と、入力増幅器と直流電位保持回路との間に接続される第１のスイッチ回路と、保持電位増幅器と主増幅器との間に接続される第２のスイッチ回路と、加算回路と電気刺激信号発生装置との間に接続される第３のスイッチ回路と、微小電極と加算回路との間に接続される第４のスイッチ回路とを備えることを特徴とする。   The present invention also provides a microelectrode, an interface module connected to the microelectrode, an electrical stimulation signal generator for applying an electrical stimulation signal to the microelectrode via the interface module, and a microelectrode via the interface module. An interface circuit including a plurality of interface modules in an electrical stimulation measuring apparatus including a plurality of combinations of a main amplifier for amplifying bioelectric signals, wherein the interface module is configured to amplify bioelectric signals from microelectrodes. An input amplifier that amplifies at a rate, a DC potential holding circuit that holds the DC potential of a bioelectric signal input from the input amplifier to the main amplifier, and a DC potential from the DC potential holding circuit that is substantially the inverse of the amplification factor of the input amplifier A holding potential amplifier that amplifies at an amplification factor of An adder for adding the stimulation signal and the DC potential from the holding potential amplifier, a first switch circuit connected between the input amplifier and the DC potential holding circuit, and a connection between the holding potential amplifier and the main amplifier A second switch circuit, a third switch circuit connected between the addition circuit and the electrical stimulation signal generator, and a fourth switch circuit connected between the microelectrode and the addition circuit. It is characterized by providing.

また、本発明は、上述のインタフェースモジュールは、ＣＭＯＳプロセスを用いて作成されたトリプルウェル構造により構成されることを特徴とする。   The present invention is characterized in that the above-mentioned interface module is constituted by a triple well structure formed by using a CMOS process.

また、本発明は、上述のインタフェースモジュールは、接続された制御手段からの制御により、組み合わせのそれぞれについて、通常時は第３のスイッチ回路および第４のスイッチ回路をオフにするとともに第１のスイッチ回路および第２のスイッチ回路をオンにして微小電極に主増幅器が接続された状態とし、電気刺激を実行する場合には、第３のスイッチ回路をオンにするとともに第１のスイッチ回路および第２のスイッチ回路をオフにして微小電極から主増幅器を切り離した後、第４のスイッチ回路をオンにして電気刺激信号を印加し、電気刺激終了後一定時間、第４のスイッチ回路および第３のスイッチ回路がオンで第１のスイッチ回路および第２のスイッチ回路がオフの状態を保ち、その後通常時の状態に戻す制御が行われることを特徴とする。   Further, according to the present invention, the interface module described above turns off the third switch circuit and the fourth switch circuit in the normal state and controls the first switch for each combination under the control of the connected control means. In a case where the main amplifier is connected to the microelectrode by turning on the circuit and the second switch circuit, and the electrical stimulation is executed, the third switch circuit is turned on and the first switch circuit and the second switch circuit are turned on. The switch circuit is turned off to disconnect the main amplifier from the microelectrode, and then the fourth switch circuit is turned on to apply the electrical stimulation signal. After the electrical stimulation is finished, the fourth switch circuit and the third switch Control is performed to keep the first switch circuit and the second switch circuit off while the circuit is on and then return to the normal state. And features.

また、本発明は、微小電極と、微小電極に接続されるインタフェース回路と、インタフェース回路を介して微小電極に電気刺激信号を印加する電気刺激信号発生装置と、インタフェース回路を介して微小電極からの生体電気信号を増幅する主増幅器と、インタフェース回路、電気刺激信号発生装置、及び主増幅器を制御する制御手段と、を具備する電気刺激計測装置を用いた電気刺激計測方法であって、インタフェース回路は、微小電極からの生体電気信号を定められた増幅率で増幅する入力増幅器と、入力増幅器から主増幅器に入力される生体電気信号の直流電位を保持する直流電位保持回路と、直流電位保持回路からの直流電位を、入力増幅器の増幅率の略逆数の増幅率で増幅する保持電位増幅器と、電気刺激信号発生装置からの電気刺激信号と保持電位増幅器からの直流電位とを加算する加算器と、入力増幅器と直流電位保持回路との間に接続される第１のスイッチ回路と、保持電位増幅器と主増幅器との間に接続される第２のスイッチ回路と、加算回路と電気刺激信号発生装置との間に接続される第３のスイッチ回路と、微小電極と加算回路との間に接続される第４のスイッチ回路とを備えるものであり、制御手段が、通常時は第３のスイッチ回路および第４のスイッチ回路をオフにするとともに第１のスイッチ回路および第２のスイッチ回路をオンにして微小電極に主増幅器が接続された状態とし、電気刺激を実行する場合には、第３のスイッチ回路をオンにするとともに第１のスイッチ回路および第２のスイッチ回路をオフにして微小電極から主増幅器を切り離した後、第４のスイッチ回路をオンにして電気刺激信号を印加し、電気刺激終了後一定時間、第４のスイッチ回路および第３のスイッチ回路がオンで第１のスイッチ回路および第２のスイッチ回路がオフの状態を保ち、その後通常時の状態に戻す制御を行うことを特徴とする。   The present invention also provides a microelectrode, an interface circuit connected to the microelectrode, an electrical stimulation signal generator for applying an electrical stimulation signal to the microelectrode via the interface circuit, and a microelectrode via the interface circuit. An electrical stimulation measurement method using an electrical stimulation measurement apparatus comprising: a main amplifier that amplifies a biological electrical signal; an interface circuit; an electrical stimulation signal generator; and a control unit that controls the main amplifier. An input amplifier that amplifies the bioelectric signal from the microelectrode with a predetermined amplification factor, a DC potential holding circuit that holds the DC potential of the bioelectric signal input from the input amplifier to the main amplifier, and a DC potential holding circuit A holding potential amplifier that amplifies the DC potential of the input amplifier with an amplification factor that is approximately the inverse of the amplification factor of the input amplifier, An adder for adding the signal and the DC potential from the holding potential amplifier, a first switch circuit connected between the input amplifier and the DC potential holding circuit, and connected between the holding potential amplifier and the main amplifier. A second switch circuit, a third switch circuit connected between the adder circuit and the electrical stimulation signal generator, and a fourth switch circuit connected between the microelectrode and the adder circuit. The control means normally turns off the third switch circuit and the fourth switch circuit and turns on the first switch circuit and the second switch circuit to connect the main amplifier to the microelectrode. When the electrical stimulation is performed, the third switch circuit is turned on and the first switch circuit and the second switch circuit are turned off to disconnect the main amplifier from the microelectrode. The fourth switch circuit is turned on to apply the electrical stimulation signal, and the fourth switch circuit and the third switch circuit are turned on and the first switch circuit and the second switch circuit are turned off for a certain time after the electrical stimulation is finished. It is characterized in that control is performed to maintain this state and then return to the normal state.

また、本発明は、微小電極と、微小電極に接続されるインタフェースモジュールと、インタフェースモジュールを介して微小電極に電気刺激信号を印加する電気刺激信号発生装置と、インタフェースモジュールを介して微小電極からの生体電気信号を増幅する主増幅器と、インタフェースモジュール、電気刺激信号発生装置、及び主増幅器の複数組の組み合わせのそれぞれを制御する制御手段と、を備える電気刺激計測装置を用いた電気刺激計測方法であって、インタフェースモジュールは、微小電極からの生体電気信号を定められた増幅率で増幅する入力増幅器と、入力増幅器から主増幅器に入力される生体電気信号の直流電位を保持する直流電位保持回路と、直流電位保持回路からの直流電位を、入力増幅器の増幅率の略逆数の増幅率で増幅する保持電位増幅器と、電気刺激信号発生装置からの電気刺激信号と保持電位増幅器からの直流電位とを加算する加算器と、入力増幅器と直流電位保持回路との間に接続される第１のスイッチ回路と、保持電位増幅器と主増幅器との間に接続される第２のスイッチ回路と、加算回路と電気刺激信号発生装置との間に接続される第３のスイッチ回路と、微小電極と加算回路との間に接続される第４のスイッチ回路とを備えるものであり、制御手段は、組み合わせのそれぞれについて、通常時は第３のスイッチ回路および第４のスイッチ回路をオフにするとともに第１のスイッチ回路および第２のスイッチ回路をオンにして微小電極に主増幅器が接続された状態とし、電気刺激を実行する場合には、第３のスイッチ回路をオンにするとともに第１のスイッチ回路および第２のスイッチ回路をオフにして微小電極から主増幅器を切り離した後、第４のスイッチ回路をオンにして電気刺激信号を印加し、電気刺激終了後一定時間、第４のスイッチ回路および第３のスイッチ回路がオンで第１のスイッチ回路および第２のスイッチ回路がオフの状態を保ち、その後通常時の状態に戻す制御を行うことを特徴とする。   The present invention also provides a microelectrode, an interface module connected to the microelectrode, an electrical stimulation signal generator for applying an electrical stimulation signal to the microelectrode via the interface module, and a microelectrode via the interface module. An electrical stimulation measurement method using an electrical stimulation measurement apparatus comprising: a main amplifier that amplifies a biological electrical signal; and an interface module, an electrical stimulation signal generation device, and a control unit that controls each of a plurality of combinations of the main amplifier. The interface module includes an input amplifier that amplifies the bioelectric signal from the microelectrode with a predetermined amplification factor, and a DC potential holding circuit that holds the DC potential of the bioelectric signal input from the input amplifier to the main amplifier. , The DC potential from the DC potential holding circuit with an amplification factor that is approximately the reciprocal of the amplification factor of the input amplifier. A holding potential amplifier that widens, an adder that adds the electrical stimulation signal from the electrical stimulation signal generator and the DC potential from the holding potential amplifier, and a first amplifier connected between the input amplifier and the DC potential holding circuit. A switch circuit; a second switch circuit connected between the holding potential amplifier and the main amplifier; a third switch circuit connected between the adder circuit and the electrical stimulation signal generator; And a fourth switch circuit connected to the circuit, and the control means normally turns off the third switch circuit and the fourth switch circuit for each of the combinations and turns off the first switch circuit. In the case where the main amplifier is connected to the microelectrode by turning on the switch circuit and the second switch circuit and performing electrical stimulation, the third switch circuit is turned on. The first switch circuit and the second switch circuit are turned off to disconnect the main amplifier from the microelectrode, and then the fourth switch circuit is turned on to apply the electrical stimulation signal. Control is performed such that the switch circuit and the third switch circuit are turned on, the first switch circuit and the second switch circuit are kept off, and then returned to the normal state.

以上説明したように、本発明によれば、微小電極に接続されるインタフェース回路と、インタフェース回路を介して微小電極に電気刺激信号を印加する電気刺激信号発生装置と、インタフェース回路を介して微小電極からの生体電気信号を増幅する主増幅器とを、制御手段によるスイッチの制御によって、通常時には、微小電極と入力増幅器と主増幅器とが接続され、加算回路と電気刺激信号発生装置とが切り離された状態とし、その後、微小電極と入力増幅器と主増幅器とを切り離すと同時に電気刺激信号発生装置と加算回路とを接続し、直流電位保持回路に保持された電位を、入力増幅器の増幅率の略逆数となる増幅率の保持電位増幅器によって増幅し、電気刺激信号発生装置からの電気刺激信号に加算して、微小電極に印加するようにしたので、入力増幅器によって増幅されて保持された電位を、保持電位増幅器によって増幅前の電位としてから電気刺激信号に加算することができ、生体への電気刺激信号の印加前後の微小電極の電位変動を小さくすることが可能となる。   As described above, according to the present invention, the interface circuit connected to the microelectrode, the electrical stimulation signal generator for applying the electrical stimulation signal to the microelectrode via the interface circuit, and the microelectrode via the interface circuit The main amplifier that amplifies the bioelectric signal from the device is normally connected to the microelectrode, the input amplifier, and the main amplifier by the control of the switch by the control means, and the addition circuit and the electrical stimulation signal generator are disconnected. After that, the microelectrode, the input amplifier, and the main amplifier are disconnected, and at the same time, the electrical stimulation signal generator and the adding circuit are connected, and the potential held in the DC potential holding circuit is approximately the inverse of the amplification factor of the input amplifier. It is amplified by the holding potential amplifier of the amplification factor to be added to the electrical stimulation signal from the electrical stimulation signal generator and applied to the microelectrode Therefore, the potential amplified and held by the input amplifier can be added to the electrical stimulation signal after being converted to the potential before amplification by the holding potential amplifier, and the potential fluctuation of the microelectrode before and after application of the electrical stimulation signal to the living body Can be reduced.

また、本発明によれば、インタフェース回路は、ＣＭＯＳプロセスを用いて作成されたトリプルウェル構造により構成されるようにしたので、インタフェース回路を、生体への設置や装着が可能な大きさとすることが可能となる。   Further, according to the present invention, the interface circuit is configured by a triple well structure created by using a CMOS process, so that the interface circuit can be sized to be installed and mounted on a living body. It becomes possible.

また、本発明によれば、微小電極に接続されるインタフェース回路と、インタフェース回路を介して微小電極に電気刺激信号を印加する電気刺激信号発生装置と、インタフェース回路を介して微小電極からの生体電気信号を増幅する主増幅器とを制御する制御手段との組み合わせを複数組備え、制御手段により動作を制御するようにしたので、複数の微小電極のそれぞれについて、異なる制御を行うことが可能となる。   Further, according to the present invention, an interface circuit connected to the microelectrode, an electrical stimulation signal generator for applying an electrical stimulation signal to the microelectrode via the interface circuit, and bioelectricity from the microelectrode via the interface circuit Since a plurality of combinations with the control means for controlling the main amplifier for amplifying the signal are provided and the operation is controlled by the control means, different control can be performed for each of the plurality of microelectrodes.

以下、本発明の一実施形態について、図面を参照して説明する。
＜第１の実施形態＞
図１は、本発明の第１の実施形態によるインタフェース回路２を用いた生体電気信号記録システムの構成を示すブロック図である。
本実施形態による生体電気信号記録システムは、微小電極１と、インタフェース回路２と、電気刺激信号発生装置３と、主増幅器４と、制御手段であるパーソナルコンピュータ５とを備えている。 Hereinafter, an embodiment of the present invention will be described with reference to the drawings.
<First Embodiment>
FIG. 1 is a block diagram showing a configuration of a bioelectric signal recording system using an interface circuit 2 according to the first embodiment of the present invention.
The bioelectric signal recording system according to the present embodiment includes a microelectrode 1, an interface circuit 2, an electrical stimulation signal generator 3, a main amplifier 4, and a personal computer 5 serving as control means.

微小電極１は、生体の細胞等に設置された電極である。
インタフェース回路２は、微小電極１と、電気刺激信号発生装置３と、主増幅器４と、パーソナルコンピュータ５とに接続される。インタフェース回路２は、パーソナルコンピュータ５から送信される制御信号に基づいて、電気刺激信号発生装置３から入力される電気信号を、微小電極１を介して生体に印加し、一方、微小電極１から検出される生体由来の生体電気信号を、主増幅器４に出力する。また、インタフェース回路２は、トリプルウェル構造を有するＣＭＯＳ技術によって構成される。 The microelectrode 1 is an electrode installed on a living body cell or the like.
The interface circuit 2 is connected to the microelectrode 1, the electrical stimulation signal generator 3, the main amplifier 4, and the personal computer 5. The interface circuit 2 applies an electrical signal input from the electrical stimulation signal generator 3 to the living body via the microelectrode 1 based on a control signal transmitted from the personal computer 5, while detecting from the microelectrode 1. The bioelectric signal derived from the living body is output to the main amplifier 4. The interface circuit 2 is configured by CMOS technology having a triple well structure.

電気刺激信号発生装置３は、パーソナルコンピュータ５から送信される制御信号に応じて、電気刺激信号を出力する。
主増幅器４は、パーソナルコンピュータ５から送信される制御信号に応じて、インタフェース回路２を介して入力される生体電気信号を増幅し、パーソナルコンピュータ５に出力する。主増幅器４で増幅された生体電気信号は、アナログ・デジタル変換されて、パーソナルコンピュータ５の記録手段（例えば、ハードディスク）等に記録される。
パーソナルコンピュータ５は、インタフェース回路２と、電気刺激信号発生装置３と、主増幅器４とのそれぞれに制御信号を送信して動作を制御する。また、微小電極１から検出され、インタフェース回路２を介して主増幅器４で増幅された生体電気信号を記録する。 The electrical stimulation signal generator 3 outputs an electrical stimulation signal according to the control signal transmitted from the personal computer 5.
The main amplifier 4 amplifies the bioelectric signal input via the interface circuit 2 in accordance with the control signal transmitted from the personal computer 5 and outputs it to the personal computer 5. The bioelectric signal amplified by the main amplifier 4 is converted from analog to digital and recorded in a recording means (for example, a hard disk) of the personal computer 5.
The personal computer 5 controls the operation by transmitting a control signal to each of the interface circuit 2, the electrical stimulation signal generator 3, and the main amplifier 4. Further, the bioelectric signal detected from the microelectrode 1 and amplified by the main amplifier 4 via the interface circuit 2 is recorded.

図２は、図１に示すインタフェース回路２の具体的な構成を示すブロック図である。
インタフェース回路２は、加算回路２１と、入力増幅器２２と、直流電位保持回路２３と、スイッチ回路２４１と、スイッチ回路２４２と、スイッチ回路２４３と、スイッチ回路２４４とを備えている。 FIG. 2 is a block diagram showing a specific configuration of the interface circuit 2 shown in FIG.
The interface circuit 2 includes an adder circuit 21, an input amplifier 22, a DC potential holding circuit 23, a switch circuit 241, a switch circuit 242, a switch circuit 243, and a switch circuit 244.

ここで、スイッチ回路２４３の一端は、電気刺激信号発生装置３に接続され、他端は、加算回路２１の加算器２１１の入力端の一端に接続される。また、スイッチ回路２４２の一端は、主増幅器４に接続されており、他端は、加算回路２１の保持電位増幅器２１２の入力端に接続される。保持電位増幅器２１２の出力端は、加算器２１１の入力端の他端に接続される。加算器２１１の出力端は、スイッチ回路２４４の一端に接続され、スイッチ回路２４４の他端は、微小電極１と、入力増幅器２２の入力端の一端に接続される。入力増幅器２２の入力端の他端は、接地される。入力増幅器２２の出力端は、スイッチ回路２４１の一端に接続される。スイッチ回路２４１の他端は、分岐され、直流電位保持回路２３の一端およびスイッチ回路２４２の一端に接続される。直流電位保持回路２３の他端は、接地される。   Here, one end of the switch circuit 243 is connected to the electrical stimulation signal generator 3, and the other end is connected to one end of the input end of the adder 211 of the adder circuit 21. One end of the switch circuit 242 is connected to the main amplifier 4, and the other end is connected to the input terminal of the holding potential amplifier 212 of the adder circuit 21. The output terminal of the holding potential amplifier 212 is connected to the other terminal of the input terminal of the adder 211. The output terminal of the adder 211 is connected to one end of the switch circuit 244, and the other end of the switch circuit 244 is connected to the microelectrode 1 and one end of the input terminal of the input amplifier 22. The other end of the input end of the input amplifier 22 is grounded. The output end of the input amplifier 22 is connected to one end of the switch circuit 241. The other end of the switch circuit 241 is branched and connected to one end of the DC potential holding circuit 23 and one end of the switch circuit 242. The other end of the DC potential holding circuit 23 is grounded.

入力増幅器２２は、微小電極１から出力される生体電気信号を増幅する。ここで、入力増幅器２２の増幅率をαとする。
加算回路２１は、加算器２１１と保持電位増幅器２１２とを備えている。保持電位増幅器２１２は、直流電位保持回路２３の出力電圧を、入力増幅器２２の増幅率の略逆数の増幅率で増幅する。ここでは、１／αとなる。
直流電位保持回路２３には、入力増幅器２２から出力される生体信号の直流電位が保持される。 The input amplifier 22 amplifies the bioelectric signal output from the microelectrode 1. Here, the amplification factor of the input amplifier 22 is α.
The adder circuit 21 includes an adder 211 and a holding potential amplifier 212. The holding potential amplifier 212 amplifies the output voltage of the DC potential holding circuit 23 with an amplification factor that is approximately the inverse of the amplification factor of the input amplifier 22. Here, 1 / α.
The DC potential holding circuit 23 holds the DC potential of the biological signal output from the input amplifier 22.

第１のスイッチ回路であるスイッチ回路２４１は、入力増幅器２２と直流電位保持回路２３との間に接続される。
第２のスイッチ回路であるスイッチ回路２４２は、保持電位増幅器２１２と主増幅器４との間に接続される。
第３のスイッチ回路であるスイッチ回路２４３は、加算器２１１と電気刺激信号発生装置３との間に接続される。
第４のスイッチ回路であるスイッチ回路２４４は、微小電極１と加算器２１１との間に接続される。 The switch circuit 241 that is the first switch circuit is connected between the input amplifier 22 and the DC potential holding circuit 23.
The switch circuit 242 as the second switch circuit is connected between the holding potential amplifier 212 and the main amplifier 4.
A switch circuit 243 that is a third switch circuit is connected between the adder 211 and the electrical stimulation signal generator 3.
A switch circuit 244 that is a fourth switch circuit is connected between the microelectrode 1 and the adder 211.

ここで、スイッチ回路２４１、スイッチ回路２４２、スイッチ回路２４３、スイッチ回路２４４は、パーソナルコンピュータ５からの制御信号により、図３に示すタイミングで制御される。通常時、生体からの生体電気信号記録時（時刻＜ｔ１、またはｔ４＜時刻）は、スイッチ回路２４１およびスイッチ回路２４２がオン、スイッチ回路２４３およびスイッチ回路２４４がオフになっている。このとき、微小電極１と入力増幅器２２と主増幅器４とが接続され、加算回路２１と電気刺激信号発生装置３とは切り離されている。   Here, the switch circuit 241, the switch circuit 242, the switch circuit 243, and the switch circuit 244 are controlled at a timing shown in FIG. 3 by a control signal from the personal computer 5. Normally, at the time of recording a bioelectric signal from a living body (time <t1 or t4 <time), the switch circuit 241 and the switch circuit 242 are turned on, and the switch circuit 243 and the switch circuit 244 are turned off. At this time, the microelectrode 1, the input amplifier 22, and the main amplifier 4 are connected, and the adder circuit 21 and the electrical stimulation signal generator 3 are disconnected.

微小電極１に電気刺激信号を印加するときは、まず時刻ｔ１においてスイッチ回路２４１およびスイッチ回路２４２がオフに、スイッチ回路２４３がオンになる。スイッチ回路２４４はオフのままである。このとき、主増幅器４の入力電位は、直流電位保持回路２３により、切り離す直前の入力増幅器２２の出力電位に保持される。直流電位保持回路２３から加算器２１１への出力は、増幅器２１２を介して１／α倍されるため、切り離す直前の微小電極の電位となる。   When an electrical stimulation signal is applied to the microelectrode 1, first, at time t1, the switch circuit 241 and the switch circuit 242 are turned off and the switch circuit 243 is turned on. The switch circuit 244 remains off. At this time, the input potential of the main amplifier 4 is held by the DC potential holding circuit 23 at the output potential of the input amplifier 22 immediately before being disconnected. Since the output from the DC potential holding circuit 23 to the adder 211 is multiplied by 1 / α through the amplifier 212, it becomes the potential of the microelectrode immediately before separation.

さらに、時刻ｔ２においてスイッチ回路２４４をオンにした後、時刻ｔ３において電気刺激信号発生装置３から電気刺激信号が出力されて微小電極１に印加され、生体組織や細胞の電気的活動が励起される。時刻ｔ３に電気刺激信号が出力された後、一定時間、スイッチ回路２４１およびスイッチ回路２４２はオフ、スイッチ回路２４３およびスイッチ回路２４４はオンの状態に保たれる。このとき、直流電位保持回路２３の出力電位が保持電位増幅器２１２によって１／α倍した電位が、微小電極１に印加される。   Further, after the switch circuit 244 is turned on at time t2, an electrical stimulation signal is output from the electrical stimulation signal generating device 3 and applied to the microelectrode 1 at time t3, and the electrical activity of living tissue or cells is excited. . After the electrical stimulation signal is output at time t3, the switch circuit 241 and the switch circuit 242 are kept off and the switch circuit 243 and the switch circuit 244 are kept on for a certain time. At this time, a potential obtained by multiplying the output potential of the DC potential holding circuit 23 by 1 / α by the holding potential amplifier 212 is applied to the microelectrode 1.

次に、本実施形態による生体電気信号記録システムの動作例を説明する。通常時（時刻＜ｔ１時点）には、スイッチ回路２４１およびスイッチ回路２４２がオン、スイッチ回路２４３およびスイッチ回路２４４がオフになっており、微小電極１と入力増幅器２２と主増幅器４とが接続され、加算回路２１と電気刺激信号発生装置３とが切り離された状態となっている。こここでは、微小電極１から検出された生体電気信号が、入力増幅器２２によって増幅されて、また主増幅器４によって増幅されてパーソナルコンピュータ５に入力される。パーソナルコンピュータ５は、入力される生体電気信号を記録する。   Next, an operation example of the bioelectric signal recording system according to the present embodiment will be described. At normal time (time <t1), the switch circuit 241 and the switch circuit 242 are on, the switch circuit 243 and the switch circuit 244 are off, and the microelectrode 1, the input amplifier 22, and the main amplifier 4 are connected. The adder circuit 21 and the electrical stimulation signal generator 3 are separated from each other. Here, the bioelectric signal detected from the microelectrode 1 is amplified by the input amplifier 22 and amplified by the main amplifier 4 and input to the personal computer 5. The personal computer 5 records the input bioelectric signal.

その後、スイッチ回路２４１およびスイッチ回路２４２をオフに、スイッチ回路２４３をオンにすることで、微小電極１と入力増幅器２２と主増幅器４とを切り離すと同時に、加算回路２１と電気刺激信号発生装置３とを接続する。これにより、直流電位保持回路２３に保持された電位が、入力増幅器２２の増幅率の略逆数となる増幅率をもつ保持電位増幅器２１２によって増幅され、電気刺激信号発生装置３からの電気刺激信号に加算される。そして、スイッチ回路２４４をオンにした後、パーソナルコンピュータ５からの制御信号に応じて、電気刺激信号発生装置３が、電気刺激信号を出力する。ここで、直流電位保持回路２３から出力される電位が、電気刺激信号発生装置３に加算され、微小電極に印加される。その後、スイッチ回路２４１およびスイッチ回路２４２がオン、スイッチ回路２４３およびスイッチ回路２４４がオフになり、生体電気信号の記録が再開される。   Thereafter, by turning off the switch circuit 241 and the switch circuit 242 and turning on the switch circuit 243, the microelectrode 1, the input amplifier 22, and the main amplifier 4 are separated, and at the same time, the adder circuit 21 and the electrical stimulation signal generator 3 And connect. As a result, the potential held in the DC potential holding circuit 23 is amplified by the holding potential amplifier 212 having an amplification factor that is approximately the inverse of the amplification factor of the input amplifier 22, and is converted into an electrical stimulation signal from the electrical stimulation signal generator 3. Is added. Then, after the switch circuit 244 is turned on, the electrical stimulation signal generator 3 outputs an electrical stimulation signal in accordance with a control signal from the personal computer 5. Here, the potential output from the DC potential holding circuit 23 is added to the electrical stimulation signal generator 3 and applied to the microelectrode. Thereafter, the switch circuit 241 and the switch circuit 242 are turned on, the switch circuit 243 and the switch circuit 244 are turned off, and recording of the bioelectric signal is resumed.

以上の動作により、電気刺激信号の印加前後における微小電極１の電位は、電気刺激信号を印加する直前の微小電極１の直流電位に保たれるため、微小電極１の電位変動は最小に抑え、微小電極の直流電位のオフセット補償を行うことが可能となる。また、これらをＣＭＯＳプロセスにより作成されたＩＣチップで実現するため、インタフェース回路を、生体への設置や装着が可能な大きさとすることが可能となる。   With the above operation, the potential of the microelectrode 1 before and after the application of the electrical stimulation signal is maintained at the direct current potential of the microelectrode 1 immediately before the electrical stimulation signal is applied. It becomes possible to perform offset compensation of the DC potential of the microelectrode. In addition, since these are realized by an IC chip created by a CMOS process, the interface circuit can be sized so that it can be installed and mounted on a living body.

＜第２の実施形態＞
図４は、本発明の第２の実施形態のインタフェース回路２−２を用いた生体電気信号記録システムの構成を示すブロック図である。第２の実施形態の生体電気信号記録システムは、第１の実施形態と同様に構成されており、同様の構成、動作については説明を省略する。 <Second Embodiment>
FIG. 4 is a block diagram showing a configuration of a bioelectric signal recording system using the interface circuit 2-2 according to the second embodiment of the present invention. The bioelectric signal recording system of the second embodiment is configured in the same manner as in the first embodiment, and the description of the same configuration and operation is omitted.

インタフェース回路２−２は、加算器２１１ａと増幅器２１２ａとからなる加算回路２１ａ、入力増幅器２２ａ、直流電位保持回路２３ａ、スイッチ回路２４１ａ、スイッチ回路２４２ａ、スイッチ回路２４３ａ、スイッチ回路２４４ａを備え、これらの組み合わせをインタフェースモジュールとしてｎ個（ｎは任意の数）備えている。これらのインタフェースモジュールが、微小電極１ａ〜ｎ、電気刺激信号発生装置３ａ〜ｎ、主増幅器４ａ〜ｎのそれぞれに対応付けられて接続されており、インタフェース回路２−２、電気刺激信号発生装置３ａ〜ｎ、主増幅器４ａ〜ｎは、パーソナルコンピュータ５−２から送信される制御信号によって動作が制御される。また、インタフェース回路２−２は、トリプルウェル構造を有するＣＭＯＳ技術によって実現できる。それぞれの電気刺激信号発生装置３ｉ、主増幅器４ｉと、スイッチ回路２４１ｉ、スイッチ回路２４２ｉ、スイッチ回路２４３ｉ、スイッチ回路２４４ｉ（ｉ＝ａ〜ｎ）の開閉は、パーソナルコンピュータ５により独立または同期して制御される。   The interface circuit 2-2 includes an adder circuit 21a including an adder 211a and an amplifier 212a, an input amplifier 22a, a DC potential holding circuit 23a, a switch circuit 241a, a switch circuit 242a, a switch circuit 243a, and a switch circuit 244a. There are n combinations (where n is an arbitrary number) as interface modules. These interface modules are connected in association with the microelectrodes 1a to n, the electrical stimulation signal generators 3a to n, and the main amplifiers 4a to 4n, respectively, and the interface circuit 2-2 and the electrical stimulation signal generator 3a. The operations of the main amplifiers 4a to 4n are controlled by a control signal transmitted from the personal computer 5-2. The interface circuit 2-2 can be realized by a CMOS technology having a triple well structure. Opening and closing of each electrical stimulation signal generator 3i, main amplifier 4i, switch circuit 241i, switch circuit 242i, switch circuit 243i, and switch circuit 244i (i = a to n) is controlled independently or synchronously by the personal computer 5. Is done.

このように、本実施形態によれば、複数の微小電極の中の一つ以上の任意の微小電極を選択して、生体祖織、あるいは細胞に対して順次電気刺激を与え、複数の電気刺激に対する複数の生体電気信号を微小電極で検出して記録することを、ＣＭＯＳプロセスにより作成されたＩＣチップで行うことが可能となる。   As described above, according to the present embodiment, one or more arbitrary microelectrodes among a plurality of microelectrodes are selected, and electrical stimulation is sequentially applied to a living tissue or a cell. It is possible to detect and record a plurality of bioelectric signals with respect to a microelectrode with an IC chip created by a CMOS process.

以上説明したように、本発明によれば、微小電極を介して生体への電気刺激信号の出力と生体電気信号の入力をする際に、電気刺激信号の印加による微小電極の電位の変動を抑えることが可能となる。また、本発明によれば、電気刺激と生体電気信号の記録をする際、生体へのインタフェース回路の設置が可能となり、微小電極とインタフェース回路との距離を短くして、ノイズの混入を抑えることが可能となる。さらに、本発明によれば、複数の微小電極の電位の変動を、電極毎に制御することが可能になる。   As described above, according to the present invention, when the electrical stimulation signal is output to the living body and the biological electrical signal is input through the microelectrode, the fluctuation of the potential of the microelectrode due to the application of the electrical stimulation signal is suppressed. It becomes possible. In addition, according to the present invention, when recording electrical stimulation and bioelectric signals, it is possible to install an interface circuit to the living body, and the distance between the microelectrode and the interface circuit is shortened to suppress noise contamination. Is possible. Furthermore, according to the present invention, it is possible to control the fluctuation of the potentials of a plurality of microelectrodes for each electrode.

本発明の第１の実施形態によるインタフェース回路を用いた生体電気信号記録システムの構成を示すブロック図である。It is a block diagram which shows the structure of the bioelectric signal recording system using the interface circuit by the 1st Embodiment of this invention. 本発明の第１の実施形態のインタフェース回路の構成を示すブロック図である。It is a block diagram which shows the structure of the interface circuit of the 1st Embodiment of this invention. スイッチ回路２４１、スイッチ回路２４２、スイッチ回路２４３、スイッチ回路２４４のオンとオフのタイミングを示すタイミングチャートである。4 is a timing chart showing ON and OFF timings of the switch circuit 241, the switch circuit 242, the switch circuit 243, and the switch circuit 244. 本発明の第２の実施形態によるインタフェース回路の構成を示すブロック図である。It is a block diagram which shows the structure of the interface circuit by the 2nd Embodiment of this invention.

符号の説明Explanation of symbols

１、１ａ〜ｎ・・・・・・・・・・微小電極
２・・・・・・・・・・・・・・・インタフェース回路
２１、２１ａ〜ｎ・・・・・・・・加算回路
２１１、２１１ａ〜ｎ・・・・・・加算器
２１２、２１２ａ〜ｎ・・・・・・保持電位増幅器
２２、２２ａ〜ｎ・・・・・・・・入力増幅器
２３、２３ａ〜ｎ・・・・・・・・直流電位保持回路
２４１、２４１ａ〜ｎ、２４２、２４２ａ〜ｎ、２４３、２４３ａ〜ｎ、２４４、２４４ａ〜ｎ・・・・・・・・・・・・スイッチ回路
３、３ａ〜ｎ・・・・・・・・・・電気刺激信号発生回路
４、４ａ〜ｎ・・・・・・・・・・主増幅器 1, 1a to n ... Microelectrode 2 ... Interface circuit 21, 21a to n ... Adder circuit 211, 211a to n ··· adder 212, 212a to n ··· holding potential amplifier 22, 22a to n ··· input amplifier 23, 23a to n ··· ... DC potential holding circuits 241, 241a to n, 242, 242a to n, 243, 243a to n, 244, 244a to n ... Switch circuits 3, 3a to n: Electrical stimulation signal generation circuit 4, 4a-n: Main amplifier

Claims (8)

微小電極と、前記微小電極に接続されるインタフェース回路と、前記インタフェース回路を介して前記微小電極に電気刺激信号を印加する電気刺激信号発生装置と、前記インタフェース回路を介して前記微小電極からの生体電気信号を増幅する主増幅器と、を備えた電気刺激計測装置における前記インタフェース回路であって、
前記微小電極からの生体電気信号を定められた増幅率で増幅する入力増幅器と、
前記入力増幅器から前記主増幅器に入力される生体電気信号の直流電位を保持する直流電位保持回路と、
前記直流電位保持回路からの直流電位を、前記入力増幅器の前記増幅率の略逆数の増幅率で増幅する保持電位増幅器と、
前記電気刺激信号発生装置からの電気刺激信号と前記保持電位増幅器からの直流電位とを加算する加算器と、
前記入力増幅器と前記直流電位保持回路との間に接続される第１のスイッチ回路と、
前記保持電位増幅器と前記主増幅器との間に接続される第２のスイッチ回路と、
前記加算回路と前記電気刺激信号発生装置との間に接続される第３のスイッチ回路と、
前記微小電極と前記加算回路との間に接続される第４のスイッチ回路と
を備えることを特徴とするインタフェース回路。 A microelectrode, an interface circuit connected to the microelectrode, an electrical stimulation signal generator for applying an electrical stimulation signal to the microelectrode via the interface circuit, and a living body from the microelectrode via the interface circuit A main amplifier for amplifying an electrical signal, and the interface circuit in the electrical stimulation measuring device comprising:
An input amplifier that amplifies the bioelectric signal from the microelectrode at a predetermined amplification rate;
A DC potential holding circuit for holding a DC potential of a bioelectric signal input from the input amplifier to the main amplifier;
A holding potential amplifier that amplifies the DC potential from the DC potential holding circuit with an amplification factor that is approximately the inverse of the amplification factor of the input amplifier;
An adder for adding the electrical stimulation signal from the electrical stimulation signal generator and the DC potential from the holding potential amplifier;
A first switch circuit connected between the input amplifier and the DC potential holding circuit;
A second switch circuit connected between the holding potential amplifier and the main amplifier;
A third switch circuit connected between the adder circuit and the electrical stimulation signal generator;
An interface circuit comprising: a fourth switch circuit connected between the microelectrode and the adder circuit. 前記インタフェース回路は、ＣＭＯＳプロセスを用いて作成されたトリプルウェル構造により構成される
ことを特徴とする請求項１に記載のインタフェース回路。 The interface circuit according to claim 1, wherein the interface circuit includes a triple well structure created using a CMOS process. 前記インタフェース回路は、接続された制御手段からの制御により、通常時は前記第３のスイッチ回路および前記第４のスイッチ回路をオフにするとともに前記第１のスイッチ回路および前記第２のスイッチ回路をオンにして前記微小電極に前記主増幅器が接続された状態とし、電気刺激を実行する場合には、前記第３のスイッチ回路をオンにするとともに前記第１のスイッチ回路および前記第２のスイッチ回路をオフにして前記微小電極から前記主増幅器を切り離した後、前記第４のスイッチ回路をオンにして電気刺激信号を印加し、電気刺激終了後一定時間、前記第４のスイッチ回路および前記第３のスイッチ回路がオンで前記第１のスイッチ回路および前記第２のスイッチ回路がオフの状態を保ち、その後通常時の状態に戻す制御が行われる
ことを特徴とする請求項１または請求項２に記載のインタフェース回路。 The interface circuit normally turns off the third switch circuit and the fourth switch circuit and controls the first switch circuit and the second switch circuit under the control of the connected control means. When the main amplifier is connected to the microelectrode and the electrical stimulation is performed, the third switch circuit is turned on and the first switch circuit and the second switch circuit are turned on. Is turned off to disconnect the main amplifier from the microelectrode, and then the fourth switch circuit is turned on to apply an electrical stimulation signal, and after the electrical stimulation is finished, the fourth switch circuit and the third switch The first switch circuit and the second switch circuit are kept off while the switch circuit is turned on, and then control is performed to return to the normal state. Interface circuit according to claim 1 or claim 2, characterized in that. 微小電極と、前記微小電極に接続されるインタフェースモジュールと、前記インタフェースモジュールを介して前記微小電極に電気刺激信号を印加する電気刺激信号発生装置と、前記インタフェースモジュールを介して前記微小電極からの生体電気信号を増幅する主増幅器と、の組み合わせを複数組備えた電気刺激計測装置において前記複数のインタフェースモジュールを備える前記インタフェース回路であって、
前記インタフェースモジュールは、
前記微小電極からの生体電気信号を定められた増幅率で増幅する入力増幅器と、
前記入力増幅器から前記主増幅器に入力される生体電気信号の直流電位を保持する直流電位保持回路と、
前記直流電位保持回路からの直流電位を、前記入力増幅器の前記増幅率の略逆数の増幅率で増幅する保持電位増幅器と、
前記電気刺激信号発生装置からの電気刺激信号と前記保持電位増幅器からの直流電位とを加算する加算器と、
前記入力増幅器と前記直流電位保持回路との間に接続される第１のスイッチ回路と、
前記保持電位増幅器と前記主増幅器との間に接続される第２のスイッチ回路と、
前記加算回路と前記電気刺激信号発生装置との間に接続される第３のスイッチ回路と、
前記微小電極と前記加算回路との間に接続される第４のスイッチ回路と
を備えることを特徴とするインタフェース回路。 A microelectrode, an interface module connected to the microelectrode, an electrical stimulation signal generator for applying an electrical stimulation signal to the microelectrode via the interface module, and a living body from the microelectrode via the interface module The interface circuit including the plurality of interface modules in an electrical stimulation measuring apparatus including a plurality of combinations of a main amplifier that amplifies an electrical signal,
The interface module is
An input amplifier that amplifies the bioelectric signal from the microelectrode at a predetermined amplification rate;
A DC potential holding circuit for holding a DC potential of a bioelectric signal input from the input amplifier to the main amplifier;
A holding potential amplifier that amplifies the DC potential from the DC potential holding circuit with an amplification factor that is approximately the inverse of the amplification factor of the input amplifier;
An adder for adding the electrical stimulation signal from the electrical stimulation signal generator and the DC potential from the holding potential amplifier;
A first switch circuit connected between the input amplifier and the DC potential holding circuit;
A second switch circuit connected between the holding potential amplifier and the main amplifier;
A third switch circuit connected between the adder circuit and the electrical stimulation signal generator;
An interface circuit comprising: a fourth switch circuit connected between the microelectrode and the adder circuit. 前記インタフェースモジュールは、ＣＭＯＳプロセスを用いて作成されたトリプルウェル構造により構成される
ことを特徴とする請求項４に記載のインタフェース回路。 The interface circuit according to claim 4, wherein the interface module includes a triple well structure created using a CMOS process. 前記インタフェースモジュールは、接続された制御手段からの制御により、前記組み合わせのそれぞれについて、通常時は前記第３のスイッチ回路および前記第４のスイッチ回路をオフにするとともに前記第１のスイッチ回路および前記第２のスイッチ回路をオンにして前記微小電極に前記主増幅器が接続された状態とし、電気刺激を実行する場合には、前記第３のスイッチ回路をオンにするとともに前記第１のスイッチ回路および前記第２のスイッチ回路をオフにして前記微小電極から前記主増幅器を切り離した後、前記第４のスイッチ回路をオンにして電気刺激信号を印加し、電気刺激終了後一定時間、前記第４のスイッチ回路および前記第３のスイッチ回路がオンで前記第１のスイッチ回路および前記第２のスイッチ回路がオフの状態を保ち、その後通常時の状態に戻す制御が行われる
ことを特徴とする請求項４または請求項５に記載のインタフェース回路。 The interface module normally turns off the third switch circuit and the fourth switch circuit and controls the first switch circuit and the fourth switch circuit for each of the combinations under control from a connected control unit. When the second switch circuit is turned on so that the main amplifier is connected to the microelectrode and electrical stimulation is performed, the third switch circuit is turned on and the first switch circuit and After turning off the second switch circuit and disconnecting the main amplifier from the microelectrode, the fourth switch circuit is turned on and an electrical stimulation signal is applied. The switch circuit and the third switch circuit are on, and the first switch circuit and the second switch circuit are off Maintaining, interface circuit according to claim 4 or claim 5 then control for returning to the state at the normal time, characterized in that takes place. 微小電極と、
前記微小電極に接続されるインタフェース回路と、
前記インタフェース回路を介して前記微小電極に電気刺激信号を印加する電気刺激信号発生装置と、
前記インタフェース回路を介して前記微小電極からの生体電気信号を増幅する主増幅器と、
前記インタフェース回路、前記電気刺激信号発生装置、及び前記主増幅器を制御する制御手段と、を具備する電気刺激計測装置を用いた電気刺激計測方法であって、
前記インタフェース回路は、
前記微小電極からの生体電気信号を定められた増幅率で増幅する入力増幅器と、
前記入力増幅器から前記主増幅器に入力される生体電気信号の直流電位を保持する直流電位保持回路と、
前記直流電位保持回路からの直流電位を、前記入力増幅器の前記増幅率の略逆数の増幅率で増幅する保持電位増幅器と、
前記電気刺激信号発生装置からの電気刺激信号と前記保持電位増幅器からの直流電位とを加算する加算器と、
前記入力増幅器と前記直流電位保持回路との間に接続される第１のスイッチ回路と、
前記保持電位増幅器と前記主増幅器との間に接続される第２のスイッチ回路と、
前記加算回路と前記電気刺激信号発生装置との間に接続される第３のスイッチ回路と、
前記微小電極と前記加算回路との間に接続される第４のスイッチ回路と
を備えるものであり、
前記制御手段が、通常時は前記第３のスイッチ回路および前記第４のスイッチ回路をオフにするとともに前記第１のスイッチ回路および前記第２のスイッチ回路をオンにして前記微小電極に前記主増幅器が接続された状態とし、電気刺激を実行する場合には、前記第３のスイッチ回路をオンにするとともに前記第１のスイッチ回路および前記第２のスイッチ回路をオフにして前記微小電極から前記主増幅器を切り離した後、前記第４のスイッチ回路をオンにして電気刺激信号を印加し、電気刺激終了後一定時間、前記第４のスイッチ回路および前記第３のスイッチ回路がオンで前記第１のスイッチ回路および前記第２のスイッチ回路がオフの状態を保ち、その後通常時の状態に戻す制御を行う
ことを特徴とする電気刺激計測方法。 Microelectrodes,
An interface circuit connected to the microelectrode;
An electrical stimulation signal generator for applying electrical stimulation signals to the microelectrodes via the interface circuit;
A main amplifier for amplifying a bioelectric signal from the microelectrode via the interface circuit;
An electrical stimulation measurement method using an electrical stimulation measurement device comprising the interface circuit, the electrical stimulation signal generation device, and a control means for controlling the main amplifier,
The interface circuit is
An input amplifier that amplifies the bioelectric signal from the microelectrode at a predetermined amplification rate;
A DC potential holding circuit for holding a DC potential of a bioelectric signal input from the input amplifier to the main amplifier;
A holding potential amplifier that amplifies the DC potential from the DC potential holding circuit with an amplification factor that is approximately the inverse of the amplification factor of the input amplifier;
An adder for adding the electrical stimulation signal from the electrical stimulation signal generator and the DC potential from the holding potential amplifier;
A first switch circuit connected between the input amplifier and the DC potential holding circuit;
A second switch circuit connected between the holding potential amplifier and the main amplifier;
A third switch circuit connected between the adder circuit and the electrical stimulation signal generator;
A fourth switch circuit connected between the microelectrode and the addition circuit,
The control means normally turns off the third switch circuit and the fourth switch circuit and turns on the first switch circuit and the second switch circuit to turn the main amplifier on the microelectrode. When the electrical stimulation is executed, the third switch circuit is turned on, the first switch circuit and the second switch circuit are turned off, and the main electrode is turned off from the microelectrode. After disconnecting the amplifier, the fourth switch circuit is turned on to apply the electrical stimulation signal. After the electrical stimulation is finished, the fourth switch circuit and the third switch circuit are turned on for a certain period of time. An electrical stimulation measurement method comprising: controlling the switch circuit and the second switch circuit to be in an off state and then returning to a normal state. 微小電極と、
前記微小電極に接続されるインタフェースモジュールと、
前記インタフェースモジュールを介して前記微小電極に電気刺激信号を印加する電気刺激信号発生装置と、
前記インタフェースモジュールを介して前記微小電極からの生体電気信号を増幅する主増幅器と、
前記インタフェースモジュール、前記電気刺激信号発生装置、及び前記主増幅器の複数組の組み合わせのそれぞれを制御する制御手段と、を備える電気刺激計測装置を用いた電気刺激計測方法であって、
前記インタフェースモジュールは、
前記微小電極からの生体電気信号を定められた増幅率で増幅する入力増幅器と、
前記入力増幅器から前記主増幅器に入力される生体電気信号の直流電位を保持する直流電位保持回路と、
前記直流電位保持回路からの直流電位を、前記入力増幅器の前記増幅率の略逆数の増幅率で増幅する保持電位増幅器と、
前記電気刺激信号発生装置からの電気刺激信号と前記保持電位増幅器からの直流電位とを加算する加算器と、
前記入力増幅器と前記直流電位保持回路との間に接続される第１のスイッチ回路と、
前記保持電位増幅器と前記主増幅器との間に接続される第２のスイッチ回路と、
前記加算回路と前記電気刺激信号発生装置との間に接続される第３のスイッチ回路と、
前記微小電極と前記加算回路との間に接続される第４のスイッチ回路と
を備えるものであり、
前記制御手段は、前記組み合わせのそれぞれについて、通常時は前記第３のスイッチ回路および前記第４のスイッチ回路をオフにするとともに前記第１のスイッチ回路および前記第２のスイッチ回路をオンにして前記微小電極に前記主増幅器が接続された状態とし、電気刺激を実行する場合には、前記第３のスイッチ回路をオンにするとともに前記第１のスイッチ回路および前記第２のスイッチ回路をオフにして前記微小電極から前記主増幅器を切り離した後、前記第４のスイッチ回路をオンにして電気刺激信号を印加し、電気刺激終了後一定時間、前記第４のスイッチ回路および前記第３のスイッチ回路がオンで前記第１のスイッチ回路および前記第２のスイッチ回路がオフの状態を保ち、その後通常時の状態に戻す制御を行う
ことを特徴とする電気刺激計測方法。 Microelectrodes,
An interface module connected to the microelectrode;
An electrical stimulation signal generator for applying electrical stimulation signals to the microelectrodes via the interface module;
A main amplifier for amplifying a bioelectric signal from the microelectrode via the interface module;
A control means for controlling each of a plurality of combinations of the interface module, the electrical stimulation signal generator, and the main amplifier, and an electrical stimulation measurement method using an electrical stimulation measurement device comprising:
The interface module is
An input amplifier that amplifies the bioelectric signal from the microelectrode at a predetermined amplification rate;
A DC potential holding circuit for holding a DC potential of a bioelectric signal input from the input amplifier to the main amplifier;
A holding potential amplifier that amplifies the DC potential from the DC potential holding circuit with an amplification factor that is approximately the inverse of the amplification factor of the input amplifier;
An adder for adding the electrical stimulation signal from the electrical stimulation signal generator and the DC potential from the holding potential amplifier;
A first switch circuit connected between the input amplifier and the DC potential holding circuit;
A second switch circuit connected between the holding potential amplifier and the main amplifier;
A third switch circuit connected between the adder circuit and the electrical stimulation signal generator;
A fourth switch circuit connected between the microelectrode and the addition circuit,
The control means normally turns off the third switch circuit and the fourth switch circuit and turns on the first switch circuit and the second switch circuit for each of the combinations. When the main amplifier is connected to the microelectrode and electrical stimulation is performed, the third switch circuit is turned on and the first switch circuit and the second switch circuit are turned off. After disconnecting the main amplifier from the microelectrode, the fourth switch circuit is turned on to apply an electrical stimulation signal, and after the electrical stimulation is finished, the fourth switch circuit and the third switch circuit The first switch circuit and the second switch circuit are kept in an off state when turned on, and then controlled to return to a normal state. Electrical stimulation measurement method.
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