JP5824801B2 - Biological tissue stimulator - Google Patents

Biological tissue stimulator Download PDF

Info

Publication number
JP5824801B2
JP5824801B2 JP2010271889A JP2010271889A JP5824801B2 JP 5824801 B2 JP5824801 B2 JP 5824801B2 JP 2010271889 A JP2010271889 A JP 2010271889A JP 2010271889 A JP2010271889 A JP 2010271889A JP 5824801 B2 JP5824801 B2 JP 5824801B2
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
power
stimulation
unit
circuit
stimulation unit
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Active
Application number
JP2010271889A
Other languages
Japanese (ja)
Other versions
JP2012120590A (en
JP2012120590A5 (en
Inventor
鐘堂 健三
健三 鐘堂
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Nidek Co Ltd
Original Assignee
Nidek Co Ltd
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Nidek Co Ltd filed Critical Nidek Co Ltd
Priority to JP2010271889A priority Critical patent/JP5824801B2/en
Priority to US13/311,006 priority patent/US20120143287A1/en
Priority to EP11009608.8A priority patent/EP2460559B1/en
Publication of JP2012120590A publication Critical patent/JP2012120590A/en
Publication of JP2012120590A5 publication Critical patent/JP2012120590A5/ja
Application granted granted Critical
Publication of JP5824801B2 publication Critical patent/JP5824801B2/en
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Images

Description

本発明は生体組織の一部に電気刺激を与えるための生体組織刺激装置に関する。   The present invention relates to a biological tissue stimulation apparatus for applying electrical stimulation to a part of biological tissue.

患者の耳小骨へ音の振動を伝達するための人工中耳、患者の胸部に埋植されて心臓に電気刺激を与えることで不整脈の発生を抑制する心臓ペースメーカ等、生体組織用の刺激電極(以下、電極)を体内に埋植し、生体組織の一部を電気刺激する生体組織刺激装置の研究がされている。また、近年このような生体組織刺激装置として、電極から電気刺激パルス信号(電荷)を出力して網膜を構成する細胞を電気刺激することにより、視覚の再生を試みる視覚再生補助装置が知られている(例えば、特許文献1参照)。   Stimulation electrodes for living tissues, such as artificial middle ears for transmitting sound vibrations to the patient's ossicles, cardiac pacemakers that are implanted in the patient's chest and suppress the occurrence of arrhythmia by applying electrical stimulation to the heart Hereinafter, research on a biological tissue stimulating device in which an electrode) is implanted in the body and a part of the biological tissue is electrically stimulated has been studied. In recent years, there has been known a visual regeneration assisting device that attempts to regenerate vision by outputting electrical stimulation pulse signals (charges) from electrodes and electrically stimulating cells constituting the retina as such a biological tissue stimulating device. (For example, refer to Patent Document 1).

また、特許文献1の生体組織刺激装置では、体内に埋植する体内装置の患者眼に直接取り付ける部分を出来るだけ小型とするために、体外装置から供給される電力(情報)を受信する受信ユニットと、多数の電極から刺激電流(双極性パルス信号)を出力して網膜を構成する細胞を電気刺激するための刺激ユニットとを、生体に対して個別に取り付けるようにしている。そして、受信ユニットと刺激ユニットをそれぞれ周知のハーメチックシールで密封している。これにより、体液の浸襲を防ぐと共に,各ユニットから発生する電気的な影響が生体に及ばないようにしている。一方、受信ユニットと刺激ユニットとは生体内に配線した複数のケーブル(導線)を介して電気的に接続され、ケーブルを介して受信ユニットから刺激ユニットへと交流電力が供給されるようにしている。   Further, in the living tissue stimulating device of Patent Document 1, a receiving unit that receives power (information) supplied from an extracorporeal device in order to make the portion directly attached to the patient's eye of the intracorporeal device implanted in the body as small as possible. And a stimulation unit for outputting stimulation current (bipolar pulse signal) from a large number of electrodes to electrically stimulate cells constituting the retina are individually attached to a living body. The receiving unit and the stimulation unit are each sealed with a known hermetic seal. As a result, invasion of body fluid is prevented, and electrical influences generated from each unit are prevented from affecting the living body. On the other hand, the receiving unit and the stimulation unit are electrically connected via a plurality of cables (conductive wires) wired in the living body, and AC power is supplied from the receiving unit to the stimulation unit via the cable. .

2010‐187747号公報2010-187747

しかし、従来技術のように生体内にケーブルが直接置かれる構成では、交流電力がケーブルを通過する際に発生するノイズの影響が、生体に直接与えられることになる。特に、刺激ユニットの状態を保持するために、受信ユニットから刺激ユニットへ交流電力が常時供給される場合には、ケーブルから発生するノイズやリーク電流による生体への影響が大きくなってしまう。   However, in the configuration in which the cable is directly placed in the living body as in the prior art, the influence of noise generated when AC power passes through the cable is directly given to the living body. In particular, when AC power is constantly supplied from the receiving unit to the stimulation unit in order to maintain the state of the stimulation unit, the influence on the living body due to noise and leakage current generated from the cable becomes large.

本発明は、上記従来技術の問題点に鑑み、生体への影響が少ないと共に効率良く電力供給を行うことができる生体組織刺激装置を提供することを技術課題とする。   An object of the present invention is to provide a living tissue stimulating apparatus that can efficiently supply power while having little influence on the living body in view of the problems of the conventional technology.

上記課題を解決するために、本発明は以下のような構成を備えることを特徴とする。   In order to solve the above problems, the present invention is characterized by having the following configuration.

(1) 患者の生体内に複数の電極を設置し,該電極から所定の電気刺激パルス信号を出力させて生体組織を刺激する刺激ユニットと、該刺激ユニットを駆動させるための交流電力を供給する交流電源と、該交流電源と前記刺激ユニットとを電気的に接続するためのケーブルと、を備える生体組織刺激装置において、前記刺激ユニットは、多数の刺激電極に電気刺激パルス信号を配分するためのデマルチプレクサ機能を備えるマルチプレクサであって、前記ケーブルを介して入力される制御信号に基づいて前記多数の刺激電極に対する電気刺激パルス信号の配分を設定するマルチプレクサと、該マルチプレクサを安定して動作させるための電源回路と、を備え、前記刺激ユニットの電源回路は前記ケーブルを介して供給される交流電力であって、前記制御信号による前記マルチプレクサの制御のタイミングにあわせて間欠的に供給される交流電力によって駆動されることを特徴とする。
(2) (1)の生体組織刺激装置において、前記刺激ユニットは前記交流電力を直流電力に整流する整流回路と、前記電源回路に接続されると共に該整流回路で生成された前記直流電力によって充電されるコンデンサと、を備え、該コンデンサは、前記交流電源からの前記交流電力の供給時に充電されて所定の電位を有し,前記交流電力の供給がないときにその充電電圧で前記刺激ユニットの状態を保持することを特徴とする。
(3) (2)の生体組織刺激装置において、前記刺激ユニットは、前記電源回路と前記コンデンサとの接続の有無を切換えるためのスイッチと、前記交流電源からの前記交流電力の供給の有無に基づき前記スイッチの動作制御を行うための第1制御部と、を備え、該第1制御部は、前記交流電源から前記刺激ユニットへの前記交流電力の供給時に前記スイッチをオンとして前記コンデンサを充電させ、前記交流電力の供給が無いときに前記スイッチをオフとして前記コンデンサの充電電圧で前記刺激ユニットの状態を保持することを特徴とする。
(1) A plurality of electrodes are installed in a patient's living body, a predetermined electrical stimulation pulse signal is output from the electrodes, and a living tissue is stimulated, and AC power for driving the stimulation unit is supplied. In a biological tissue stimulating apparatus comprising an AC power source and a cable for electrically connecting the AC power source and the stimulation unit, the stimulation unit distributes an electrical stimulation pulse signal to a number of stimulation electrodes. A multiplexer having a demultiplexer function, which sets distribution of electrical stimulation pulse signals to the plurality of stimulation electrodes based on a control signal input via the cable , and for stably operating the multiplexer comprising of a power supply circuit, a power supply circuit of said stimulation unit is an AC power to be subjected fed via the cable , Driven by AC power intermittently supplied in accordance with the control timing of the multiplexer by the control signal .
(2) In the living tissue stimulating device according to (1), the stimulation unit is connected to the rectifier circuit that rectifies the AC power into DC power, and is connected to the power supply circuit and is charged by the DC power generated by the rectifier circuit. A capacitor that is charged when the AC power is supplied from the AC power source and has a predetermined potential, and when the AC power is not supplied, the capacitor is charged with the charging voltage of the stimulation unit. The state is maintained.
(3) In the biological tissue stimulating device according to (2), the stimulation unit is based on a switch for switching presence / absence of connection between the power supply circuit and the capacitor and presence / absence of supply of the AC power from the AC power supply. A first control unit for controlling operation of the switch, and the first control unit turns on the switch to charge the capacitor when the AC power is supplied from the AC power source to the stimulation unit. The switch is turned off when the AC power is not supplied, and the state of the stimulation unit is maintained at the charging voltage of the capacitor.

本発明によれば、生体への影響が少ないと共に効率良く電力供給を行うことができる生体組織用刺激ユニット,及びこれを備える生体組織刺激装置を提供できる。   ADVANTAGE OF THE INVENTION According to this invention, the stimulation unit for biological tissues which can perform an electric power supply efficiently with little influence on a biological body, and a biological tissue stimulation apparatus provided with the same can be provided.

本発明の実施の形態を図面を用いて説明する。図1は生体組織用刺激装置100の回路ブロック図である。本実施形態の生体組織刺激装置100は、患者の体外に配置されて生体組織の電気刺激に必要となる情報(制御信号)を生成すると共に生体組織用刺激装置100全体を駆動させるための電力を供給する体外装置100aと、患者の体内に配置されて体外装置100aから供給される電力及び情報に基づき患者の生体組織の電気刺激を行う体内装置100bとから構成される。
なお、本実施形態では、体外装置100a全体の駆動制御を行うための体外装置制御部と、体内装置100b全体の駆動制御を行うための体内装置制御部とが用意されている。また、体内装置制御部は、刺激ユニット200全体の駆動制御を行うための刺激制御部(第1制御部)と、受信ユニット110全体の駆動制御を行うための受信制御部(第2制御部)とから構成される。なお、各制御部の図示は省略する。
Embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings. FIG. 1 is a circuit block diagram of a biological tissue stimulation apparatus 100. The biological tissue stimulating device 100 of the present embodiment generates information (control signal) that is arranged outside the body of a patient and is necessary for electrical stimulation of the biological tissue, and uses electric power for driving the entire biological tissue stimulating device 100. The system includes an extracorporeal device 100a to be supplied and an intracorporeal device 100b that is placed in the patient's body and performs electrical stimulation of the patient's biological tissue based on the power and information supplied from the extracorporeal device 100a.
In the present embodiment, an extracorporeal device control unit for performing drive control of the entire extracorporeal device 100a and an intracorporeal device control unit for performing drive control of the entire intracorporeal device 100b are prepared. The in-vivo device control unit includes a stimulation control unit (first control unit) for performing drive control of the entire stimulation unit 200, and a reception control unit (second control unit) for performing drive control of the entire reception unit 110. It consists of. In addition, illustration of each control part is abbreviate | omitted.

体外装置100aは、体内装置100bを動作させるための制御信号(例えば、電極指定信号用データ、電気刺激パルス信号用データなど)を生成するための信号生成部101と、交流電力を供給するための交流電源102と、制御信号に基づき交流電力の変調を行い電磁波を生成する変調回路103と、変調回路103から出力される電磁波を体内装置100b側に送信するための送信コイルL10とから構成される。なお、変調回路103による交流電力から電磁波への変調方式としては、振幅変調、周波数変調等の周知の変調方式が用いられる。これにより、コイルリンクにて好適に電磁波の送受信が行われるようになる。   The extracorporeal device 100a includes a signal generator 101 for generating a control signal (for example, electrode designation signal data, electrical stimulation pulse signal data, etc.) for operating the intracorporeal device 100b, and an AC power An AC power source 102, a modulation circuit 103 that modulates AC power based on a control signal to generate an electromagnetic wave, and a transmission coil L10 that transmits the electromagnetic wave output from the modulation circuit 103 to the in-vivo device 100b side. . A known modulation method such as amplitude modulation or frequency modulation is used as a modulation method from AC power to electromagnetic waves by the modulation circuit 103. Thereby, transmission / reception of electromagnetic waves is suitably performed by the coil link.

体内装置100bは、体外装置100aから供給された電磁波を受信して、電力及び制御信号を抽出する受信ユニット(電源ユニット)110と、生体組織への電気刺激を行うための電気刺激パルス信号を出力させる刺激ユニット200から構成される。また、受信ユニット110と刺激ユニット200とは、複数の導線をまとめた電力伝送手段であるケーブル120によって電気的に接続される。   The internal device 100b receives an electromagnetic wave supplied from the external device 100a, and outputs a receiving unit (power supply unit) 110 that extracts power and a control signal, and an electrical stimulation pulse signal for performing electrical stimulation to a living tissue. It comprises the stimulation unit 200 to be made. In addition, the receiving unit 110 and the stimulation unit 200 are electrically connected by a cable 120 that is a power transmission unit in which a plurality of conductive wires are combined.

受信ユニット110は、送信コイルL10から送信された電磁波を受信する受信コイルL20と、電磁波を復調するための復調回路111と、復調回路111による復調で得られる制御信号(例えば電極指定信号用データ、電気刺激パルス信号用データ等)と電力から周期変調波を生成する周期変調回路112とから構成される。   The reception unit 110 includes a reception coil L20 that receives an electromagnetic wave transmitted from the transmission coil L10, a demodulation circuit 111 for demodulating the electromagnetic wave, and a control signal (for example, electrode designation signal data, And a period modulation circuit 112 that generates a period modulation wave from electric power.

具体的には、受信コイルL20で受信された電磁波が復調回路111により復調されることで交流電力と制御信号が得られる。復調で得られた交流電力は図示を略す整流回路で直流電力に整流される。この直流電力は受信ユニット110自身の駆動に使用される他、後述する電極271から出力される電気刺激パルス信号(刺激電流)を生成するためのデコーダを動作させる電力として使用される。また、電気刺激パルス信号を出力する電極の切換時又は電気刺激パルス信号の出力条件を変えり時など、刺激ユニット200の状態を変化させる必要があるときに、周期変調回路112によって周期変調波が生成されて、周期変調回路112からケーブル120を介して刺激ユニット200側へと供給される。   Specifically, the AC power and the control signal are obtained by the demodulation circuit 111 demodulating the electromagnetic wave received by the receiving coil L20. The AC power obtained by demodulation is rectified to DC power by a rectifier circuit (not shown). This direct current power is used not only for driving the receiving unit 110 itself but also for operating a decoder for generating an electrical stimulation pulse signal (stimulation current) output from an electrode 271 described later. Further, when it is necessary to change the state of the stimulation unit 200, such as when switching the electrode that outputs the electrical stimulation pulse signal or when changing the output condition of the electrical stimulation pulse signal, the periodic modulation wave is generated by the periodic modulation circuit 112. Generated and supplied from the period modulation circuit 112 to the stimulation unit 200 via the cable 120.

なお、周期変調では二進数(0,1)で表される制御信号を、異なる周期(例えば、1.0μsと、0.9μs)の1周期毎の波形の組み合わせに変換する。その為、制御信号を波形の振幅変化として伝送する振幅変調、搬送波の周波数変化に変換して伝送する周波数変調等と比べて、周期変調では制御信号の伝送時間を短くでき、ケーブルに伝送する電力量を少なくできる。   In the period modulation, a control signal represented by a binary number (0, 1) is converted into a combination of waveforms for each period with different periods (for example, 1.0 μs and 0.9 μs). Therefore, compared with amplitude modulation that transmits the control signal as amplitude change of the waveform, frequency modulation that converts the frequency change of the carrier wave and transmits, periodic modulation can shorten the transmission time of the control signal, and power transmitted to the cable The amount can be reduced.

ケーブル120は、生体適合性の良い貴金属、例えば、白金、白金イリジウム、ステンレス、チタン等による複数の導線(ワイヤー)が、生体適合性の良い絶縁性の樹脂、例えば、シリコーン、パリレン等で形成されたチューブによって一つに束ねられることで形成されている。なお、導線には、電気刺激パルス信号の電力を伝送するための導線、周期変調で生成された周期変調波を伝送するための導線対等が用意されている。なお、各導線自体にも上述したパリレン等の生体適合性がよく絶縁性を有する樹脂にて被膜が施されている。そして、ケーブル120に伝送される電力が周期変調波(交流電力)であることによって、ケーブルの絶縁性能が低下した場合でも体液等の電気分解は生じにくくなる。   The cable 120 is formed of a plurality of conductive wires (wires) made of a noble metal with good biocompatibility, such as platinum, platinum iridium, stainless steel, titanium, etc., and an insulating resin with good biocompatibility, such as silicone, parylene, etc. It is formed by being bundled together by a tube. In addition, as the conducting wire, a conducting wire for transmitting electric power of the electrical stimulation pulse signal, a conducting wire pair for transmitting a periodic modulated wave generated by periodic modulation, and the like are prepared. Each conductive wire itself is coated with a resin having a good biocompatibility such as the above-mentioned parylene and having an insulating property. And since the electric power transmitted to the cable 120 is a periodic modulated wave (AC power), even when the insulation performance of the cable is lowered, electrolysis of body fluids and the like is less likely to occur.

また、本実施形態では、周期変調波の波形の周期を利用してクロック信号が生成される構成となっている(詳細な構成は後述する)。これにより、別途、駆動制御用のクロック信号を生成するための構成を設ける必要がなくなるので、装置の小型化、低消費電力化に貢献できる。つまり、振幅が小さくなるタイミングで電力伝送効率が低下してしまう振幅変調、刺激ユニット200側に基準となるクロック信号を発生させるための構成が必要となる周波数変調又は位相変調等の他の変調方式と比べて、周期変調ではより簡単な構成で好適にクロック信号が生成されることになる。   In this embodiment, the clock signal is generated using the period of the waveform of the periodically modulated wave (detailed configuration will be described later). This eliminates the need for providing a separate configuration for generating a clock signal for driving control, thereby contributing to downsizing and low power consumption of the apparatus. That is, other modulation schemes such as amplitude modulation in which power transmission efficiency decreases at the timing when the amplitude decreases, and frequency modulation or phase modulation that requires a configuration for generating a reference clock signal on the stimulation unit 200 side Compared to the above, the periodic modulation suitably generates a clock signal with a simpler configuration.

なお、以上のような構成の受信ユニット110は側頭部に埋め込まれる。一方、刺激ユニット200は、例えば、強膜側に置かれて、強膜側から網膜E1を構成する細胞を電気刺激する(図示は省略する)。このような受信ユニット110と刺激ユニット200は、それぞれ周知のハーメチックシールによって生体組織と分離され、受信ユニット110と刺激ユニット200のそれぞれに交流電力(周期変調波)が供給されても、生体へのノイズやリーク電流等の影響は生じ難くなっている。   The receiving unit 110 configured as described above is embedded in the temporal region. On the other hand, the stimulation unit 200 is placed on the sclera side, for example, and electrically stimulates the cells constituting the retina E1 from the sclera side (not shown). The receiving unit 110 and the stimulation unit 200 are separated from the living tissue by a known hermetic seal, and even if AC power (periodically modulated wave) is supplied to each of the receiving unit 110 and the stimulation unit 200, The effects of noise and leakage current are less likely to occur.

一方、ケーブル120は、受信ユニット110との接続位置から、側頭部に沿って皮膚下を患者眼に向かって延ばされた後、患者の上瞼の内側を通して眼窩に入れられる。そして、強膜の外側を通して刺激ユニット200に接続される(図示は省略する)為、ケーブル120は、その径が細く柔軟であることが求められ、受信ユニット110や刺激ユニット200のように、ハーメチックシールによって交流電力(周期変調波)の供給により発生するノイズやリーク電流が生体に加えられることを防ぐことは困難である。   On the other hand, the cable 120 is extended from the connection position with the receiving unit 110 under the skin toward the patient's eye along the temporal region, and then is inserted into the eye socket through the inside of the patient's upper eyelid. Since the cable 120 is connected to the stimulation unit 200 through the outer side of the sclera (not shown), the cable 120 is required to be thin and flexible, and like the receiving unit 110 and the stimulation unit 200, hermetic. It is difficult to prevent noise and leakage current generated by the supply of AC power (periodically modulated wave) from being applied to the living body.

刺激ユニット200は、受信ユニット110から供給される周期変調波の振幅を検出する電力検出回路210と、周期変調波から制御信号を抽出すると共に,刺激ユニット200の同期を取るためのクロック信号を生成する信号生成回路220と、周期変調波(交流電力)を直流電力に整流するための整流回路230と、整流回路230で整流された電力を平滑化して直流電力の電位を安定させる安定化電源回路(電源回路)240と、電源回路240で駆動されると共に,信号生成回路220で抽出された制御信号(電極指定信号用データ、電気刺激パルス信号用データ等)に基づき指令信号(電極指定信号等、電気刺激パルス信号)を生成するための制御回路250と、制御回路250からの指令信号に基づき各電極271から出力される電気刺激パルス信号を制御するマルチプレクサ(デマルチプレクサ)260と、図示を略す導線にてマルチプレクサ260と個別に接続される複数の電極271が形成された基板270とから構成されている。   The stimulation unit 200 generates a clock signal for synchronizing the stimulation unit 200 while extracting the control signal from the power detection circuit 210 that detects the amplitude of the periodic modulation wave supplied from the reception unit 110 and the periodic modulation wave. Signal generating circuit 220, a rectifying circuit 230 for rectifying periodic modulated waves (AC power) into DC power, and a stabilized power supply circuit that smoothes the power rectified by the rectifying circuit 230 and stabilizes the potential of the DC power (Power supply circuit) 240 and a command signal (electrode designation signal, etc.) based on a control signal (electrode designation signal data, electrical stimulation pulse signal data, etc.) driven by the power supply circuit 240 and extracted by the signal generation circuit 220 , An electrical stimulation pulse signal), and the output from each electrode 271 based on a command signal from the control circuit 250. A multiplexer (demultiplexer) 260 which controls the electrical stimulation pulse signals, and a substrate 270. in which a plurality of electrodes 271 are formed to be individually connected to the multiplexer 260 at conductor illustration is omitted.

電力検出回路210は周知のコンパレータで構成されており、ケーブル120に接続されて周期変調波の振幅の有無を検出する。電力検出回路210の出力はスイッチSW1及びSW2に接続される。刺激制御部は、周期変調波の振幅の検出の有無に応じて各スイッチSW1及びSW2のONとOFFとを切換える。具体的には、刺激制御部は周期変調波が検出された場合はスイッチSW1とSW2をONにする。一方、周期変調波が検出されない場合にはスイッチSW1とSW2をOFFにする。   The power detection circuit 210 is composed of a known comparator, and is connected to the cable 120 to detect the presence or absence of the amplitude of the periodically modulated wave. The output of the power detection circuit 210 is connected to the switches SW1 and SW2. The stimulus control unit switches each of the switches SW1 and SW2 between ON and OFF depending on whether or not the amplitude of the periodically modulated wave is detected. Specifically, the stimulus control unit turns on the switches SW1 and SW2 when a periodic modulated wave is detected. On the other hand, when no periodic modulation wave is detected, the switches SW1 and SW2 are turned off.

整流回路230は、周知のダイオード,サイリスタ等の整流素子によるブリッジ回路等で構成されており、ケーブル120に接続される。また、整流回路230の出力はスイッチSW1を介して電源回路240に入力されると共に、整流回路230の出力はマルチプレクサ260に接続されて電源を供給する。また、整流回路230の出力側と電源回路240の入力側の間にはコンデンサC1が用意されており、スイッチSW1のONとOFFの切換動作によって、コンデンサC1の電源回路240(整流回路230)への接続の有無が切換えられるようになっている。つまり、周期変調波の供給時にスイッチSW1がONとされることで、整流回路230で整流された直流電力によってコンデンサC1が充電されて所定の電位を有するようになる。一方、周期変調波の供給が無い時にはスイッチSW1がOFFとされることで、コンデンサC1の充電電位によって刺激ユニット200の状態が保持されるようになる。   The rectifier circuit 230 is configured by a bridge circuit using a rectifier element such as a known diode or thyristor, and is connected to the cable 120. The output of the rectifier circuit 230 is input to the power supply circuit 240 via the switch SW1, and the output of the rectifier circuit 230 is connected to the multiplexer 260 to supply power. Further, a capacitor C1 is prepared between the output side of the rectifier circuit 230 and the input side of the power supply circuit 240, and to the power supply circuit 240 (rectifier circuit 230) of the capacitor C1 by the ON / OFF switching operation of the switch SW1. The connection of can be switched. That is, when the switch SW1 is turned on when the periodic modulation wave is supplied, the capacitor C1 is charged by the DC power rectified by the rectifier circuit 230 and has a predetermined potential. On the other hand, when the periodic modulation wave is not supplied, the switch SW1 is turned OFF, so that the state of the stimulation unit 200 is held by the charging potential of the capacitor C1.

電源回路240は、平滑化コンデンサ等で構成され、整流回路230からの直流電力を一定値に安定させる。このような電源回路240は刺激ユニット200全体の電源として使用され、刺激ユニット200(制御回路250、信号生成回路220等)の動作を安定させる。また電源回路240の出力は制御回路250に接続される。更に、電源回路240の出力側にはコンデンサC2が設けられており、スイッチSW2のONとOFFの切換動作によって電源回路240(制御回路250)への接続の有無が切換えられるようになっている。これにより、周期変調波の供給時にスイッチSW2がONとされることで、電源回路240の直流電力でコンデンサC2が充電されて所定の電位を持つようになる。一方、周期変調波の供給が無い時にはスイッチSW2がOFFとされることで、コンデンサC2の充電電位により刺激ユニット200の状態が保持されるようになる。   The power supply circuit 240 is composed of a smoothing capacitor or the like, and stabilizes the DC power from the rectifier circuit 230 at a constant value. Such a power supply circuit 240 is used as a power supply for the stimulation unit 200 as a whole, and stabilizes the operation of the stimulation unit 200 (control circuit 250, signal generation circuit 220, etc.). The output of the power supply circuit 240 is connected to the control circuit 250. Further, a capacitor C2 is provided on the output side of the power supply circuit 240, and the presence / absence of connection to the power supply circuit 240 (control circuit 250) is switched by the ON / OFF switching operation of the switch SW2. As a result, the switch SW2 is turned ON when the periodic modulation wave is supplied, so that the capacitor C2 is charged with the DC power of the power supply circuit 240 and has a predetermined potential. On the other hand, when the periodic modulation wave is not supplied, the switch SW2 is turned OFF, so that the state of the stimulation unit 200 is held by the charging potential of the capacitor C2.

以上のように、刺激ユニット200への周期変調波の供給時に2つのコンデンサC1及びC2が充電され、周期変調波の供給が無い時に2つのコンデンサC1及びC2の充電電位によって刺激ユニット200の状態が保持されるようにすることで、刺激ユニット200への電力供給の有無に関わらず、刺激ユニット200(マルチプレクサ260)の状態が保持されるようになる。   As described above, when the periodic modulated wave is supplied to the stimulation unit 200, the two capacitors C1 and C2 are charged, and when the periodic modulated wave is not supplied, the state of the stimulation unit 200 is determined by the charged potentials of the two capacitors C1 and C2. By maintaining the state, the state of the stimulation unit 200 (multiplexer 260) is maintained regardless of whether power is supplied to the stimulation unit 200 or not.

つまり、マルチプレクサ260の状態変化時のみに間欠的に供給される電力によって刺激ユニットの状態が保持されるので、刺激ユニット200の状態を保持するためだけの電力供給が不要となる。これによりケーブル120に加えられる電力を少なくでき、ノイズの発生又はリーク電流の発生リスクが低減されるようになる。また、体外装置100aからの供給される電力が効率よく利用されるようになる。   That is, since the state of the stimulation unit is held by the power that is intermittently supplied only when the state of the multiplexer 260 changes, it is not necessary to supply power only to hold the state of the stimulation unit 200. As a result, the electric power applied to the cable 120 can be reduced, and the risk of occurrence of noise or leakage current is reduced. In addition, the power supplied from the extracorporeal device 100a is used efficiently.

制御回路250は電源回路240から供給される直流電力で駆動され、信号生成回路220で抽出された制御信号(電極指定信号データ等)に基づき、指令信号(電極指定信号等)を生成する。なお生成された指令信号はマルチプレクサ260の動作制御を行うための信号とされる。   The control circuit 250 is driven by DC power supplied from the power supply circuit 240 and generates a command signal (electrode designation signal or the like) based on the control signal (electrode designation signal data or the like) extracted by the signal generation circuit 220. The generated command signal is a signal for controlling the operation of the multiplexer 260.

次に信号生成回路220の構成を説明する。図2は信号生成回路の構成の説明図である。信号生成回路220は、周期変調波の波形を整形して1周期毎の波形を抽出すると共に周期変調波の周期(例えば、立ち上がり/立下り)を検出してクロック信号を生成する比較器(コンパレータ)221と、比較器221で抽出された周期変調波の周期を電圧に変換するための3つの周期・電圧変換回路223(223a,223b,223c)と、3つの周期・電圧変換回路223のうち、連続して検出される2つの変換回路からの検出結果を比較する3つのウィンドウコンパレータ224a〜224cからなるコンパレータ224と、コンパレータ224からの出力信号と、比較器221で生成されたクロック信号に基づき二進数の制御信号(電極指定信号データ等)を生成する信号生成部225とから構成される。   Next, the configuration of the signal generation circuit 220 will be described. FIG. 2 is an explanatory diagram of the configuration of the signal generation circuit. The signal generation circuit 220 shapes the waveform of the periodically modulated wave to extract a waveform for each period, and detects a period (for example, rising / falling) of the periodically modulated wave to generate a clock signal. ) 221, three period / voltage conversion circuits 223 (223 a, 223 b, 223 c) for converting the period of the periodic modulated wave extracted by the comparator 221 into a voltage, and among the three period / voltage conversion circuits 223 Based on the comparator 224 composed of three window comparators 224a to 224c for comparing the detection results from the two conversion circuits detected in succession, the output signal from the comparator 224, and the clock signal generated by the comparator 221 And a signal generation unit 225 that generates a binary control signal (electrode designation signal data or the like).

なお、比較器221と各周期・電圧変換回路223a〜223cとはスイッチSW3でその接続状態が順次切換えられるようになっている。また、比較器221の出力は信号生成部225にも接続されており、これにより信号生成部225はクロック信号に基づき制御信号を生成するようになる。また、各ウィンドウコンパレータ224a〜224cに対して周期・電圧変換回路が2つ接続されている。具体的には、ウィンドウコンパレータ224aに対して周期・電圧変換回路223a,223bが接続され、ウィンドウコンパレータ224bに対して周期・電圧変換回路223b,223cが接続され、ウィンドウコンパレータ224cに対して周期・電圧変換回路223c,223aが接続される。また、各ウィンドウコンパレータ224a〜224cと信号生成部225とはスイッチSW4でその接続状態が順次切換えられるようになっている。なお、スイッチSW3とSW4の切換タイミングは、比較器221で生成されるクロック信号に基づき行われる。   Note that the connection state of the comparator 221 and each of the period / voltage conversion circuits 223a to 223c is sequentially switched by a switch SW3. The output of the comparator 221 is also connected to the signal generation unit 225, so that the signal generation unit 225 generates a control signal based on the clock signal. Two period / voltage conversion circuits are connected to each of the window comparators 224a to 224c. Specifically, the period / voltage conversion circuits 223a and 223b are connected to the window comparator 224a, the period / voltage conversion circuits 223b and 223c are connected to the window comparator 224b, and the period / voltage is connected to the window comparator 224c. Conversion circuits 223c and 223a are connected. In addition, the connection states of the window comparators 224a to 224c and the signal generator 225 are sequentially switched by a switch SW4. Note that the switching timing of the switches SW3 and SW4 is based on the clock signal generated by the comparator 221.

以上のような構成によって、比較器221による周期変調波の波形整形によって1周期の波形が検出されると、比較器221で抽出された1波形分の周期情報はスイッチSW3で接続された電圧変換回路223(図2では回路223aが接続されている)で電圧情報に変換される。具体的には、電圧変換回路223はコンデンサを備えており、波形の周期に応じてコンデンサが所定の電位に充電される(周期ごとに電位が決定される)。得られた電位情報はウィンドウコンパレータ224に入力される。そして、信号生成部225では、ウィンドウコンパレータ224の出力に基づき制御信号を生成する。   With the configuration as described above, when a waveform of one cycle is detected by waveform shaping of the periodically modulated wave by the comparator 221, the period information for one waveform extracted by the comparator 221 is converted into a voltage converted by the switch SW3. The voltage information is converted by the circuit 223 (the circuit 223a is connected in FIG. 2). Specifically, the voltage conversion circuit 223 includes a capacitor, and the capacitor is charged to a predetermined potential according to the waveform cycle (the potential is determined for each cycle). The obtained potential information is input to the window comparator 224. Then, the signal generation unit 225 generates a control signal based on the output of the window comparator 224.

また、刺激制御部はクロック信号に基づきスイッチSW3とSW4の切換動作を行う。なお、比較器221で生成されるクロック信号は、刺激制御部及び制御回路250が刺激ユニット200の駆動制御を行うために必要な同期信号とされる。   Further, the stimulus control unit performs the switching operation of the switches SW3 and SW4 based on the clock signal. The clock signal generated by the comparator 221 is a synchronization signal necessary for the stimulus control unit and control circuit 250 to control the drive of the stimulus unit 200.

以上のような構成により、信号生成回路220の比較器221で抽出される周期変調波の1波形分毎の周期を利用して、簡単に制御信号とクロック信号が生成される。これにより、別途クロック信号を生成するための回路を設ける必要が無く、体内装置の小型化に有利となる、また、限られた電力供給で動作される刺激ユニット200において、電力が効率よく使用されるようになる。   With the configuration as described above, a control signal and a clock signal are easily generated using the period of one waveform of the periodically modulated wave extracted by the comparator 221 of the signal generation circuit 220. As a result, it is not necessary to provide a circuit for generating a separate clock signal, which is advantageous for downsizing the in-vivo device, and power is efficiently used in the stimulation unit 200 operated with a limited power supply. Become so.

ここで、信号生成回路220の動作を詳細に説明する。例えば、始めのクロック信号では、刺激制御部の制御によって、スイッチSW3が周期・電圧変換回路223aに接続され、スイッチSW4がウィンドウコンパレータ224bに接続される。そして、比較器によって抽出された周期変調波の1周期分の波形は、周期・電圧変換回路223aに入力されて1周期分の電圧情報に変換され、ウィンドウコンパレータ224aに入力される。   Here, the operation of the signal generation circuit 220 will be described in detail. For example, in the first clock signal, the switch SW3 is connected to the period / voltage conversion circuit 223a and the switch SW4 is connected to the window comparator 224b under the control of the stimulus control unit. Then, the waveform of one period of the periodic modulation wave extracted by the comparator is input to the period / voltage conversion circuit 223a, converted into voltage information for one period, and input to the window comparator 224a.

次に、刺激制御部は、比較器221で生成される次のクロック信号で、スイッチSW3と電圧変換回路223bとを接続し、スイッチSW4とウィンドウコンパレータ224cとを接続させる。そして、周期・電圧変換回路223bにより変換された次の周期分の電圧情報は、同じようにウィンドウコンパレータ224aに入力される。このように、1つのウィンドウコンパレータ224aに2周期分の電圧情報が入力されると、ウィンドウコンパレータ224aは、先の電圧情報(周期情報)に対する後の電圧情報(周期情報)の違いの有無を検出して制御信号を生成する。例えば、電圧に変化がある場合(検出波形の周期に違いがある場合)には「0」、電圧に変化が無い場合(検出波形の周期が同じ場合)には「1」として制御信号を生成する。そして、刺激制御部により、比較器221で生成される次のクロック信号でスイッチSW4がウィンドウコンパレータ224aに接続されると、ウィンドウコンパレータ224aによる検出結果が信号生成部225に出力されるようになる。信号生成部225では、クロック信号に基づくスイッチSW4の切換動作が十分に完了した状態で、ウィンドウコンパレータ224aで抽出された「0」または「1」の二進数の制御信号をマルチプレクサの動作制御のために随時、制御回路250へと送信する。   Next, the stimulus control unit connects the switch SW3 and the voltage conversion circuit 223b with the next clock signal generated by the comparator 221, and connects the switch SW4 and the window comparator 224c. The voltage information for the next period converted by the period / voltage conversion circuit 223b is similarly input to the window comparator 224a. As described above, when voltage information for two cycles is input to one window comparator 224a, the window comparator 224a detects whether there is a difference in later voltage information (period information) with respect to the previous voltage information (period information). Then, a control signal is generated. For example, the control signal is generated as “0” when there is a change in voltage (when the period of the detection waveform is different), and “1” when there is no change in the voltage (when the period of the detection waveform is the same). To do. Then, when the switch SW4 is connected to the window comparator 224a by the next clock signal generated by the comparator 221, the detection result of the window comparator 224a is output to the signal generator 225 by the stimulus control unit. In the signal generation unit 225, in a state where the switching operation of the switch SW4 based on the clock signal is sufficiently completed, the binary control signal “0” or “1” extracted by the window comparator 224a is used for controlling the operation of the multiplexer. At any time, the data is transmitted to the control circuit 250.

以上のような動作を繰り返して、クロック信号に基づきスイッチSW3とスイッチSW4の動作が切換えられることによって、周期変調で生成された周期変調波の1周期毎の情報(電位情報)が各ウィンドウコンパレータ224a〜224cに2波形分ずつ入力されるようになる。そして、2波形分の電圧情報の変化の有無により制御信号が抽出されるようになる。   By repeating the operations as described above and switching the operations of the switches SW3 and SW4 based on the clock signal, information (potential information) for each period of the periodically modulated wave generated by the periodic modulation is displayed in each window comparator 224a. ˜224c is input by two waveforms. And a control signal comes to be extracted by the presence or absence of the change of the voltage information for two waveforms.

なお、制御回路250では、信号生成部225から送信された二進数の制御信号を所定のビット数で纏めることにより指令信号を生成する。そして、刺激制御部は、制御回路250で生成された指令信号に基づきマルチプレクサ260の状態を切換える制御を行う。なお、指令信号としては、マルチプレクサ260全体の状態を切換えるための信号、動作点を指定するための信号、電気刺激パルス信号を出力させる電極271を指定するための電極指定信号等がある。そして、マルチプレクサ260は、指令信号に基づき、例えば指定された電極271から電気刺激パルス信号を出力させる。   The control circuit 250 generates a command signal by collecting the binary control signals transmitted from the signal generation unit 225 with a predetermined number of bits. Then, the stimulus control unit performs control to switch the state of the multiplexer 260 based on the command signal generated by the control circuit 250. The command signal includes a signal for switching the entire state of the multiplexer 260, a signal for designating an operating point, an electrode designation signal for designating an electrode 271 for outputting an electrical stimulation pulse signal, and the like. Then, the multiplexer 260 outputs an electrical stimulation pulse signal from, for example, a designated electrode 271 based on the command signal.

次に、以上のような構成を備える回路の動作を説明する。なお、図3は交流電源112の駆動状態とマルチプレクサ260の状態変化との関係の説明図であり、ここでは、図3(a)に刺激ユニット200の周期変調波の受信状態が、図3(b)にマルチプレクサ260の状態変化が示されている。図4は信号生成回路220による制御信号の生成のためのタイミングチャートであり、図4(a)に信号生成回路220で検出された周期変調波の波形(1波形ごと)の周期が示されており、図4(b)には波形の周期の検出結果に基づき生成された制御信号が示されている。   Next, the operation of the circuit having the above configuration will be described. FIG. 3 is an explanatory diagram of the relationship between the driving state of the AC power source 112 and the state change of the multiplexer 260. Here, FIG. 3A shows the reception state of the periodic modulated wave of the stimulation unit 200 in FIG. The state change of the multiplexer 260 is shown in b). FIG. 4 is a timing chart for generating a control signal by the signal generation circuit 220. FIG. 4A shows the period of the waveform (one waveform) of the periodic modulation wave detected by the signal generation circuit 220. FIG. 4B shows a control signal generated based on the detection result of the waveform period.

体外装置100aで生成された電磁波が送信コイルL10から送信され、体内装置100bの受信コイルL20(受信ユニット110)で受信されると、復調回路111で電磁波が復調されて交流電力と制御信号とが得られる。そして、刺激ユニット200の状態を切換える時に、周期変調回路112によって制御信号に基づき周期変調波が生成される。そして、刺激ユニット200の切換時のみに周期変調波が刺激ユニット200を駆動する電力としてケーブル120に供給されるようになる。これにより、生体へのノイズの影響が抑えられると共に、体内装置100bで交流電力が効率良く使用されるようになる。   When the electromagnetic wave generated by the extracorporeal device 100a is transmitted from the transmission coil L10 and received by the receiving coil L20 (reception unit 110) of the intracorporeal device 100b, the electromagnetic wave is demodulated by the demodulation circuit 111, and AC power and a control signal are generated. can get. Then, when the state of the stimulation unit 200 is switched, the period modulation circuit 112 generates a period modulation wave based on the control signal. Then, only when the stimulation unit 200 is switched, the periodically modulated wave is supplied to the cable 120 as electric power for driving the stimulation unit 200. As a result, the influence of noise on the living body can be suppressed, and AC power can be used efficiently in the in-vivo device 100b.

一方、刺激ユニット200側では、電力検出回路210で周期変調波の振幅の有無の検出が行われる。ここで、時間t1で、周期変調波の波形が抽出されるとスイッチSW1とSW2がONとなり、整流回路230で周期変調波が整流されてコンデンサC1が充電されると共に、電源回路240の電位によってコンデンサC2が充電されて所定の電位を有するようになる。また、整流回路230でマルチプレクサ260が駆動されると共に、電源回路240によって制御回路250及びマルチプレクサ260を含む刺激ユニット200全体が駆動されるようになる。   On the other hand, on the stimulation unit 200 side, the power detection circuit 210 detects the presence or absence of the amplitude of the periodically modulated wave. Here, when the waveform of the periodically modulated wave is extracted at time t1, the switches SW1 and SW2 are turned ON, the periodically modulated wave is rectified by the rectifier circuit 230, the capacitor C1 is charged, and the potential of the power supply circuit 240 is increased. The capacitor C2 is charged and has a predetermined potential. In addition, the multiplexer 260 is driven by the rectifier circuit 230, and the entire stimulation unit 200 including the control circuit 250 and the multiplexer 260 is driven by the power supply circuit 240.

一方、信号生成回路220では、時間t1以降で、比較器221によって周期変調波の1周期分毎の波形の周期が抽出されると共にクロック信号が生成される。そして、比較器221で連続して抽出される波形の周期の前後の比較によって制御信号が生成される。なお、図4(a)では信号生成回路220で検出された波形の周期が1.0μsの場合を期間A,周期0.9μsの場合を期間Bとしている。また、図4(b)に示すように、本実施形態では、前後の波形の周期が同じ場合には「1」が出力され、前後の波形の周期が異なる場合には「0」が出力されるとするが、このような信号生成回路220による制御信号の生成方法は一例であり、前後の波形の周期が異なる場合に「1」、同じ場合に「0」が出力されるようにしてもよい。また、本実施形態では2波形分の周期の比較結果に基づき制御信号が生成されるので、図4(b)では、制御信号は2クロック分遅れて出力されている。そして、このような制御信号及びクロック信号の生成は、時間t2で周期変調波の波形が検出されなくなるまで継続して行われる。   On the other hand, in the signal generation circuit 220, after the time t1, the comparator 221 extracts the period of the waveform for each period of the period modulation wave and generates the clock signal. Then, a control signal is generated by comparison before and after the period of the waveform continuously extracted by the comparator 221. In FIG. 4A, the period A is the period when the period of the waveform detected by the signal generation circuit 220 is 1.0 μs, and the period B is the case where the period is 0.9 μs. In addition, as shown in FIG. 4B, in this embodiment, “1” is output when the preceding and following waveforms have the same period, and “0” is output when the preceding and following waveforms have different periods. However, the method of generating the control signal by the signal generation circuit 220 is an example, and “1” is output when the periods of the preceding and succeeding waveforms are different, and “0” is output when they are the same. Good. In this embodiment, since the control signal is generated based on the comparison result of the period of two waveforms, in FIG. 4B, the control signal is output with a delay of two clocks. The generation of the control signal and the clock signal is continuously performed until the waveform of the periodically modulated wave is not detected at time t2.

以上のようにして抽出された制御信号(指令信号)が制御回路250に入力されると、制御回路250は逐次受信される二進数の情報を一つの指令信号に纏める。そして、刺激制御部は、制御回路250で生成された指令信号に基づき、マルチプレクサ260の状態を切換える。そして、マルチプレクサ260は、指令信号に基づき、指定された電極271から電気刺激パルス信号を出力させるための動作制御を行う。   When the control signal (command signal) extracted as described above is input to the control circuit 250, the control circuit 250 collects binary information that is sequentially received into one command signal. Then, the stimulus control unit switches the state of the multiplexer 260 based on the command signal generated by the control circuit 250. Then, the multiplexer 260 performs operation control for outputting an electrical stimulation pulse signal from the designated electrode 271 based on the command signal.

一方、時間t2で周期変調波が検出されなくなると、刺激制御部は、電力検出回路210の駆動によりスイッチSW1とSW2とをOFFにする。これにより、刺激ユニット200の回路が開放状態となり、コンデンサC1及びC2の電位によって、刺激ユニット200(制御回路250とマルチプレクサ260)の状態が保持されるようになる(図3参照)。つまり、受信ユニット110からの電力供給が無くても刺激ユニット200の状態が保持されるようになる。   On the other hand, when the periodic modulated wave is no longer detected at time t2, the stimulus control unit turns off the switches SW1 and SW2 by driving the power detection circuit 210. As a result, the circuit of the stimulation unit 200 is opened, and the state of the stimulation unit 200 (the control circuit 250 and the multiplexer 260) is held by the potentials of the capacitors C1 and C2 (see FIG. 3). That is, the state of the stimulation unit 200 is maintained even when there is no power supply from the receiving unit 110.

同様に、時間t3からt4の間で周期変調波(交流電力)の供給時にマルチプレクサ260の状態が切換えられ、時間t4以降で周期変調波の波形の振幅が検出されなくなると、コンデンサC1及びC2の電位によって制御回路250とマルチプレクサ260の状態が保持されるようになる。これにより、体内装置100bに供給された電力が効率よく利用されるようになる。   Similarly, when the state of the multiplexer 260 is switched during the supply of the periodic modulated wave (AC power) between time t3 and t4, and the amplitude of the waveform of the periodic modulated wave is not detected after time t4, the capacitors C1 and C2 The states of the control circuit 250 and the multiplexer 260 are held by the potential. As a result, the power supplied to the in-vivo device 100b can be used efficiently.

次に、以上のような構成を備える生体組織刺激装置を、患者の視覚の一部又は全部を再生する視覚再生補助装置に使用する場合を例に挙げて説明する。図5は視覚再生補助装置の制御系のブロック図である。なお、上記の生体組織刺激装置100と同じ構成には同じ図番号を付して説明する。   Next, a case where the biological tissue stimulating apparatus having the above-described configuration is used as a visual reproduction assisting apparatus that reproduces part or all of a patient's vision will be described as an example. FIG. 5 is a block diagram of a control system of the visual reproduction assisting device. In addition, the same figure number is attached | subjected and demonstrated to the same structure as said biological tissue stimulation apparatus 100. FIG.

視覚再生補助装置1は、外界を撮影するための体外装置1aと、網膜E1を構成する細胞(図5参照)に電気刺激を与え視覚の再生を促す体内装置1bとからなる。体外装置1aは、患者が掛ける眼鏡形状のバイザ(図示を略す)と、バイザに取り付けられるCCDカメラ等からなる撮影装置3と、撮影装置3で撮影された被写体像(画像データ)を制御信号に変換する信号生成部101と、体内装置1bに電力供給を行うための交流電源102と、制御信号に基づき交流電力を変調するための変調回路103と、体外装置1aで生成された画像データ及び電力を体内装置1bに送信するための送信コイルL10等で構成される。なお、送信コイルL10の中心には図示なき磁石が取り付けられており、後述する体内装置1b側の受信コイルL20との位置固定に使用される。   The visual reproduction assisting device 1 includes an extracorporeal device 1a for photographing the outside world, and an in-vivo device 1b that applies electrical stimulation to the cells (see FIG. 5) constituting the retina E1 to promote visual reproduction. The extracorporeal device 1a uses, as control signals, a spectacle-shaped visor (not shown) worn by a patient, a photographing device 3 including a CCD camera attached to the visor, and a subject image (image data) photographed by the photographing device 3. A signal generator 101 for conversion, an AC power source 102 for supplying power to the in-vivo device 1b, a modulation circuit 103 for modulating AC power based on a control signal, and image data and power generated by the extracorporeal device 1a Is configured with a transmission coil L10 and the like. A magnet (not shown) is attached to the center of the transmission coil L10, and is used to fix the position with the reception coil L20 on the intracorporeal device 1b side described later.

体内装置1bは、受信コイルL20で受信した電磁波から電力と刺激信号を生成する受信ユニット110と、複数の電極271から出力される電気刺激パルス信号によって網膜E1を構成する細胞を電気刺激する刺激ユニット200とがケーブル120を介して接続されている。なお、本実施形態のケーブル120の直径は細くされ、患者の眼球に沿って好適に配置される。   The in-vivo device 1b includes a receiving unit 110 that generates electric power and a stimulation signal from the electromagnetic wave received by the receiving coil L20, and a stimulation unit that electrically stimulates cells constituting the retina E1 with electric stimulation pulse signals output from the plurality of electrodes 271. 200 is connected via a cable 120. In addition, the diameter of the cable 120 of this embodiment is made thin, and it arrange | positions suitably along a patient's eyeball.

受信ユニット110は、刺激ユニット200(マルチプレクサ260)の状態を切換えるときに、得られた電力の一部を周期変調して周期変調波を生成してケーブル120を介して刺激ユニット200へと送る。つまり、刺激ユニット200(マルチプレクサ260)には、その状態を切換えるときのみ効率よく交流電力が供給されるようになる。   When switching the state of the stimulation unit 200 (multiplexer 260), the reception unit 110 periodically modulates a part of the obtained electric power to generate a periodic modulated wave, and sends it to the stimulation unit 200 via the cable 120. That is, AC power is efficiently supplied to the stimulation unit 200 (multiplexer 260) only when the state is switched.

以上の構成を備える視覚再生補助装置1の動作を説明する。撮影装置3で撮影された被写体像(画像データ)は信号生成部101で制御信号に変換される。そして、変調回路103は交流電源102からの交流電力を制御信号に基づき振幅変調して、電磁波を生成する。送信コイルL10は生成された電磁波を体内装置1b側へと送信させる。   The operation of the visual reproduction assisting apparatus 1 having the above configuration will be described. A subject image (image data) photographed by the photographing device 3 is converted into a control signal by the signal generation unit 101. Then, the modulation circuit 103 modulates the amplitude of the AC power from the AC power source 102 based on the control signal to generate an electromagnetic wave. The transmission coil L10 transmits the generated electromagnetic wave to the in-vivo device 1b side.

体内装置1b側では、受信コイルL20で受信された電磁波が受信ユニット110で復調されて電力と制御信号とが生成される。この時、生成された電力は電極271から出力される電気刺激パルス信号と受信ユニット110自身の動作のために使用される。そして、刺激ユニット200の状態の切換時のみに、電力の一部が制御信号(電極指定信号データ)に基づき周期変調されて周期変調波として送信される。つまり、ケーブル120には周期変調波(交流電力)が(必要時のみ)間欠的に供給されるようになる。   On the in-vivo device 1b side, the electromagnetic wave received by the receiving coil L20 is demodulated by the receiving unit 110 to generate power and a control signal. At this time, the generated power is used for the electrical stimulation pulse signal output from the electrode 271 and the operation of the receiving unit 110 itself. Then, only when the state of the stimulation unit 200 is switched, a part of the power is periodically modulated based on the control signal (electrode designation signal data) and transmitted as a periodically modulated wave. That is, a periodic modulated wave (AC power) is intermittently supplied to the cable 120 (only when necessary).

一方、刺激ユニット200側では周期変調波から制御信号とクロック信号とが抽出されて、指令信号が生成されることでマルチプレクサ260の状態が切換えられると共に、受信ユニット110で得られた残りの電力から生成された電気刺激パルス信号が電極271から出力される。また、刺激ユニット200側では、周期変調波の電力を利用して(図示を略すコンデンサが充電され、電力の供給の生むに関わらずその状態が保持されるようになる。   On the other hand, on the stimulation unit 200 side, the control signal and the clock signal are extracted from the periodically modulated wave, and the command signal is generated, whereby the state of the multiplexer 260 is switched and the remaining power obtained by the receiving unit 110 is used. The generated electrical stimulation pulse signal is output from the electrode 271. Further, on the stimulation unit 200 side, the power of the periodically modulated wave is used (a capacitor (not shown) is charged, and the state is maintained regardless of whether power is supplied).

以上のようにすることで、刺激ユニットの状態を切換え時のみ、ケーブルを介して効率よく周期変調波(交流電力)が供給されるので、生体に対するノイズの影響が抑えられると共に、リーク電流の発生リスクを低減できるようになり、装置の信頼性が向上される。   As described above, since the periodic modulation wave (AC power) is efficiently supplied via the cable only when the state of the stimulation unit is switched, the influence of noise on the living body can be suppressed and the generation of leakage current Risk can be reduced and the reliability of the device is improved.

また、周期変調波の波形の周期を利用してクロック信号が生成されるので、刺激ユニット側にクロック信号を生成するための回路を別途設ける必要がなくなり、刺激ユニットの小型化に有利となる。また、マルチプレクサ等に効率よく電力が供給されるようになる。   In addition, since the clock signal is generated using the period of the waveform of the periodically modulated wave, it is not necessary to separately provide a circuit for generating the clock signal on the stimulation unit side, which is advantageous for downsizing the stimulation unit. In addition, power is efficiently supplied to the multiplexer and the like.

更に、本実施形態では周期変調で生成された周期変調波の伝送によって、電力と制御信号、更にはクロック信号が同時に得られることになる。その為、1対の導線でこれらの情報が伝送されるので、ケーブル内の配線の本数を減らすことができる。これによりケーブルの柔軟性が向上され、患者の体内に好適に配置することができるようになる。   Furthermore, in the present embodiment, power, a control signal, and further a clock signal are obtained simultaneously by transmission of a periodically modulated wave generated by periodic modulation. Therefore, since these pieces of information are transmitted by a pair of conducting wires, the number of wires in the cable can be reduced. As a result, the flexibility of the cable is improved, and the cable can be suitably placed in the patient's body.

なお、本実施形態では外部の交流電源から体内装置側に電力が供給されているが、これに限られるものではない。電源が体内装置に用意されている場合にも、本発明が適用されることで、生体への影響を抑えて、効率よく電力が使用されるようになり、生体内で生体組織刺激装置が長期間好適に使用されるようになる。   In the present embodiment, power is supplied from the external AC power source to the in-vivo device, but the present invention is not limited to this. Even when a power source is provided in the in-vivo device, the present invention is applied to suppress the influence on the living body, so that the power can be used efficiently, and the living tissue stimulating device is long in the living body. The period is preferably used.

生体組織用刺激装置の回路ブロック図である。It is a circuit block diagram of the stimulation apparatus for biological tissues. 信号生成回路の構成の説明図である。It is explanatory drawing of a structure of a signal generation circuit. 交流電源の駆動状態とマルチプレクサの状態変化の関係の説明図である。It is explanatory drawing of the relationship between the drive state of alternating current power supply, and the state change of a multiplexer. 信号生成回路による制御信号生成のタイミングチャートである。It is a timing chart of control signal generation by a signal generation circuit. 視覚再生補助装置の制御系のブロック図である。It is a block diagram of the control system of a visual reproduction auxiliary device.

100 生体組織刺激装置
100a 体外装置
100b 体内装置
110 受信ユニット
112 周期変調回路
120 ケーブル
200 刺激ユニット
210 電力検出回路
220 信号生成回路
221 比較器
223 周期・電圧変換回路
224 ウィンドウコンパレータ
225 信号生成部
230 整流回路
240 電源回路
250 制御回路
260 マルチプレクサ
270 基板
271 電極
DESCRIPTION OF SYMBOLS 100 Biological tissue stimulating device 100a External device 100b In-vivo device 110 Receiving unit 112 Periodic modulation circuit 120 Cable 200 Stimulation unit 210 Power detection circuit 220 Signal generation circuit 221 Comparator 223 Period / voltage conversion circuit 224 Window comparator 225 Signal generation unit 230 Rectification circuit 240 power supply circuit 250 control circuit 260 multiplexer 270 substrate 271 electrode

Claims (3)

患者の生体内に複数の電極を設置し,該電極から所定の電気刺激パルス信号を出力させて生体組織を刺激する刺激ユニットと、該刺激ユニットを駆動させるための交流電力を供給する交流電源と、該交流電源と前記刺激ユニットとを電気的に接続するためのケーブルと、を備える生体組織刺激装置において、
前記刺激ユニットは、多数の刺激電極に電気刺激パルス信号を配分するためのデマルチプレクサ機能を備えるマルチプレクサであって、前記ケーブルを介して入力される制御信号に基づいて前記多数の刺激電極に対する電気刺激パルス信号の配分を設定するマルチプレクサと、該マルチプレクサを安定して動作させるための電源回路と、を備え、
前記刺激ユニットの電源回路は前記ケーブルを介して供給される交流電力であって、前記制御信号による前記マルチプレクサの制御のタイミングにあわせて間欠的に供給される交流電力によって駆動されることを特徴とする生体組織刺激装置。
A stimulation unit that installs a plurality of electrodes in a living body of a patient and outputs a predetermined electrical stimulation pulse signal from the electrodes to stimulate living tissue, and an AC power source that supplies AC power for driving the stimulation unit A biological tissue stimulating device comprising: a cable for electrically connecting the AC power source and the stimulation unit;
The stimulation unit is a multiplexer having a demultiplexer function for distributing electrical stimulation pulse signals to a plurality of stimulation electrodes, and the electrical stimulation for the plurality of stimulation electrodes is performed based on a control signal input via the cable. A multiplexer for setting the distribution of the pulse signal , and a power supply circuit for stably operating the multiplexer,
Power supply circuit of said stimulation unit is an AC power to be subjected fed via the cable, characterized in that it is driven by the AC power is intermittently supplied in accordance with the timing of the control of the multiplexer by the control signal A biological tissue stimulating device.
請求項1の生体組織刺激装置において、
前記刺激ユニットは前記交流電力を直流電力に整流する整流回路と、前記電源回路に接続されると共に該整流回路で生成された前記直流電力によって充電されるコンデンサと、を備え、
該コンデンサは、前記交流電源からの前記交流電力の供給時に充電されて所定の電位を有し,前記交流電力の供給がないときにその充電電圧で前記刺激ユニットの状態を保持することを特徴とする生体組織刺激装置。
The biological tissue stimulating apparatus of claim 1,
The stimulation unit includes a rectifier circuit that rectifies the AC power into DC power, and a capacitor that is connected to the power supply circuit and is charged by the DC power generated by the rectifier circuit,
The capacitor is charged when the AC power is supplied from the AC power source and has a predetermined potential. When the AC power is not supplied, the capacitor holds the state of the stimulation unit at the charging voltage. A biological tissue stimulating device.
請求項2の生体組織刺激装置において、
前記刺激ユニットは、前記電源回路と前記コンデンサとの接続の有無を切換えるためのスイッチと、前記交流電源からの前記交流電力の供給の有無に基づき前記スイッチの動作制御を行うための第1制御部と、を備え、
該第1制御部は、前記交流電源から前記刺激ユニットへの前記交流電力の供給時に前記スイッチをオンとして前記コンデンサを充電させ、前記交流電力の供給が無いときに前記スイッチをオフとして前記コンデンサの充電電圧で前記刺激ユニットの状態を保持することを特徴とする生体組織刺激装置。
The biological tissue stimulating device according to claim 2,
The stimulation unit includes a switch for switching presence / absence of connection between the power supply circuit and the capacitor, and a first control unit for controlling operation of the switch based on presence / absence of supply of the AC power from the AC power supply. And comprising
The first control unit turns on the switch to charge the capacitor when the AC power is supplied from the AC power source to the stimulation unit, and turns off the switch when the AC power is not supplied. A living tissue stimulating device, characterized in that the state of the stimulation unit is maintained by a charging voltage.
JP2010271889A 2010-12-06 2010-12-06 Biological tissue stimulator Active JP5824801B2 (en)

Priority Applications (3)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2010271889A JP5824801B2 (en) 2010-12-06 2010-12-06 Biological tissue stimulator
US13/311,006 US20120143287A1 (en) 2010-12-06 2011-12-05 Living tissue stimulation apparatus
EP11009608.8A EP2460559B1 (en) 2010-12-06 2011-12-06 Living tissue stimulation apparatus

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2010271889A JP5824801B2 (en) 2010-12-06 2010-12-06 Biological tissue stimulator

Publications (3)

Publication Number Publication Date
JP2012120590A JP2012120590A (en) 2012-06-28
JP2012120590A5 JP2012120590A5 (en) 2014-01-23
JP5824801B2 true JP5824801B2 (en) 2015-12-02

Family

ID=46502728

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
JP2010271889A Active JP5824801B2 (en) 2010-12-06 2010-12-06 Biological tissue stimulator

Country Status (1)

Country Link
JP (1) JP5824801B2 (en)

Families Citing this family (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2019181166A (en) * 2018-03-30 2019-10-24 株式会社ニデック Living body stimulation apparatus

Family Cites Families (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH05293187A (en) * 1992-04-15 1993-11-09 Nec San-Ei Instr Co Ltd Electric stimulating device
JP3731881B2 (en) * 2002-05-23 2006-01-05 有限会社ティーエム Non-invasive charging system for artificial organs, power storage device used in this system, and power supply device
WO2010065465A2 (en) * 2008-12-02 2010-06-10 Proteus Biomedical, Inc. Analyzer compatible communication protocol

Also Published As

Publication number Publication date
JP2012120590A (en) 2012-06-28

Similar Documents

Publication Publication Date Title
JP4970069B2 (en) Visual reproduction assist device
JP4767571B2 (en) Visual reproduction assist device
US20130079844A1 (en) Implantable Neurostimulation Electrode Interface
JP4969882B2 (en) Visual reproduction assist device
EP2460559B1 (en) Living tissue stimulation apparatus
CN103313754A (en) Systems and methods for treatment of dry eye
CN104220129A (en) Control of neural modulation therapy using cervical impedance
CN108472490A (en) Conductive communication in medical apparatus system
JP5405848B2 (en) Visual reproduction assist device
TW201225910A (en) Implantable closed-loop micro-stimulation device
Jung et al. Towards a chip scale neurostimulator: System architecture of a current-driven 98 channel neurostimulator via a two-wire interface
US9592395B2 (en) Electrical isolation in an implantable device
CN110337313A (en) Device and method for the sense physiological signals during stimulation therapy
JP5824801B2 (en) Biological tissue stimulator
JP2004298298A (en) Visual sense regeneration auxiliary device
JP5866758B2 (en) Biological tissue stimulator
JP4264320B2 (en) Visual reproduction assist device
WO2012013212A1 (en) Implantable electrode device, in particular for sensing an intracardiac electrogram
US20120215308A1 (en) Power transfer in a medical implant
JP2006068404A (en) Artificial eye system
US20220305272A1 (en) Optimized piezoelectric transducer-based energy harvesting module, in particular for charging the battery of an implantable medical device such as a leadless autonomous cardiac capsule
JP2020081720A (en) Visual sensation regeneration aid apparatus
US20100010561A1 (en) Battery charging structure of implantable pulse generator and pacemaker using the same
CN203539880U (en) Cardiac pacemaker
US8615303B2 (en) Power transfer to a medical implant located adjacent to tissue while preventing short circuits through the tissue

Legal Events

Date Code Title Description
A521 Request for written amendment filed

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523

Effective date: 20131129

A621 Written request for application examination

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A621

Effective date: 20131129

A977 Report on retrieval

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A971007

Effective date: 20140711

A131 Notification of reasons for refusal

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131

Effective date: 20140812

A521 Request for written amendment filed

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523

Effective date: 20141010

A131 Notification of reasons for refusal

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131

Effective date: 20150224

A521 Request for written amendment filed

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523

Effective date: 20150427

TRDD Decision of grant or rejection written
A01 Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model)

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A01

Effective date: 20150915

A61 First payment of annual fees (during grant procedure)

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A61

Effective date: 20150928

R150 Certificate of patent or registration of utility model

Ref document number: 5824801

Country of ref document: JP

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R150

R250 Receipt of annual fees

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250

R250 Receipt of annual fees

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250

R250 Receipt of annual fees

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250

R250 Receipt of annual fees

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250

R250 Receipt of annual fees

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250

R250 Receipt of annual fees

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250