JP6048053B2

JP6048053B2 - Biological tissue stimulator

Info

Publication number: JP6048053B2
Application number: JP2012226019A
Authority: JP
Inventors: 鐘堂　健三; 健三鐘堂
Original assignee: Nidek Co Ltd
Current assignee: Nidek Co Ltd
Priority date: 2012-10-11
Filing date: 2012-10-11
Publication date: 2016-12-21
Anticipated expiration: 2032-10-11
Also published as: JP2014076195A

Description

本発明は、生体組織の一部に電気刺激を与えて、生体の機能を調節する生体組織刺激装置に関する。 The present invention relates to a biological tissue stimulating device that applies electrical stimulation to a part of biological tissue to adjust the function of the biological body.

生体内に埋植された刺激電極（以下、電極）で、生体組織の一部を電気刺激して、生体の機能を調節する生体組織刺激装置が研究されている。例えば、患者の耳小骨へ音の振動を伝達する人工内耳、患者の胸部に埋植されて心臓に電気刺激を与え不整脈の発生を抑制する心臓ペースメーカ、網膜を構成する細胞を電気刺激して視覚の再生を試みる視覚再生補助装置などが生体組織刺激装置として知られている。 Research has been made on a biological tissue stimulating device that regulates the function of a living body by electrically stimulating a part of the living tissue with a stimulating electrode (hereinafter referred to as an electrode) implanted in the living body. For example, a cochlear implant that transmits sound vibrations to the patient's ossicles, a cardiac pacemaker that is implanted in the patient's chest and applies electrical stimulation to the heart to suppress the occurrence of arrhythmia, and the cells that make up the retina are stimulated visually. A visual reproduction assisting device or the like that attempts to reproduce the image is known as a biological tissue stimulating device.

生体組織刺激装置を用いた生体組織の電気刺激では、電極から生体へと所要量の電荷が注入されることで、細胞に必要な刺激が与えられる。この時、電極から出力される１刺激分の刺激電流は、電気刺激部位の電荷の偏りを抑えるために、正負に振幅を持つ双極性の刺激電流（以下、双極性パルスと記す）とされることが好ましい。 In the electrical stimulation of biological tissue using the biological tissue stimulating device, a necessary amount of electric charge is injected from the electrode into the living body, so that necessary stimulation is given to the cells. At this time, the stimulation current for one stimulation output from the electrode is a bipolar stimulation current (hereinafter referred to as a bipolar pulse) having positive and negative amplitudes in order to suppress the bias of the electric stimulation site. It is preferable.

また生体組織刺激装置は、生体内の限られたスペースに埋植される。例えば視覚再生補助装置では、電極以外の電力供給源等は受信部として眼外に取り付け、複数の電極を備える刺激部を眼球に取り付ける。受信部と刺激部は、柔軟性を持つ樹脂などで絶縁されたケーブルで接続する。この時、ケーブルから漏れ出す電流で体液の電気分解等の影響を発生させないため、ケーブルには交流電流が流される。また生体内の微小領域に設置される受信部と刺激部が持つ回路は小型であることが好ましく、ＩＣ（集積回路）が用いられている（特許文献１参照）。 In addition, the biological tissue stimulating device is implanted in a limited space in the living body. For example, in the visual reproduction assisting device, a power supply source other than the electrodes is attached to the outside of the eye as a receiving unit, and a stimulating unit including a plurality of electrodes is attached to the eyeball. The receiving unit and the stimulating unit are connected by a cable insulated with a flexible resin or the like. At this time, since the current leaking from the cable does not cause an influence such as electrolysis of body fluid, an alternating current flows through the cable. Moreover, it is preferable that the circuit which the receiving part and stimulation part which are installed in the micro area | region in a biological body have is small, and IC (integrated circuit) is used (refer patent document 1).

特表２００８‐５３８９８０号公報Special table 2008-538980 gazette

ところで、生体組織刺激装置の受信部と刺激部が、交流電流のみを流すために結合コンデンサを介して接続されることで、互いに独立した電位を持つ場合には、受信部の電位変動の影響で刺激部の電位が変動しうる。一方、ＩＣ（集積回路）は内部に固有のＰＮ接続を持っており、通常は逆バイアスされている。しかし電位変動の影響でＰＮ接続が順バイアスされると、意図しない不正電流が電極から出力され、上述の双極性パルスの電荷バランスを崩す原因になる。これを防ぐために、ＩＣの電圧の許容範囲を広くとることも考えられるが消費電力の増加につながる。なお生体内に長期間置かれる装置では不要な消費電力が出来るだけ少ないことが求められる。 By the way, when the receiving unit and the stimulating unit of the biological tissue stimulating device are connected via a coupling capacitor to allow only an alternating current to flow, if the potentials are independent of each other, The potential of the stimulator can vary. On the other hand, an IC (integrated circuit) has a unique PN connection inside and is usually reverse-biased. However, if the PN connection is forward-biased due to the influence of potential fluctuation, an unintended incorrect current is output from the electrode, causing the charge balance of the bipolar pulse to be lost. In order to prevent this, it is conceivable to increase the allowable voltage range of the IC, but this leads to an increase in power consumption. It should be noted that an apparatus that is placed in the living body for a long time is required to reduce unnecessary power consumption as much as possible.

本発明は上記従来技術の問題点に鑑み、生体組織を刺激する刺激電流を安定して出力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 stably output a stimulation current for stimulating living tissue in view of the above-described problems of the prior art.

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）生体組織に埋植される複数の電極を備える刺激ユニットと、前記電極から出力させる刺激電流を供給する電力供給ユニットと、前記刺激ユニットと前記電力供給ユニットを電気的に接続するケーブルであって、前記刺激電流を前記電力供給ユニットから前記刺激ユニットへ供給するケーブルと、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、前記複数の電極のうち刺激電流を出力させる電極を指定するデマルチプレクサであって、刺激ユニットの電源電位と基準電位との間の電位にバイアスされるデマルチプレクサと、前記ケーブルに供給される刺激電流の情報を得るデコーダ又は電流検出手段と、
前記デコーダ又は前記電流検出手段で検出された前記刺激電流の情報に応じて、刺激電流を前記電極から流出させる場合には前記デマルチプレクサの入力端子の電位を前記電源電位側に変更し，刺激電流を前記電極から流入させる場合には前記デマルチプレクサの入力端子の電位を前記基準電位側に変更する電位変更手段と、を備えることを特徴とする。
（２）前記デマルチプレクサにおける寄生ダイオードの状態が逆バイアスに保たれるように、前記刺激電流の情報に基づいて前記デマルチプレクサの入力端子の電位を変更することを特徴とする（１）の生体組織刺激装置。
（３）前記電位変更手段は、前記デマルチプレクサの入力端子を前記電源電位側又は前記基準電位側に接続するスイッチ手段と、前記刺激電流の方向に応じて前記スイッチ手段の開閉動作を制御する制御手段と、を備える（１）又は（２）の生体組織刺激装置。
（４）前記刺激電流は正負の極性に振幅を持つ双極性のパルスであり、前記スイッチ手段は、前記デマルチプレクサの入力端子を前記電源電位側に接続する第１スイッチと，前記デマルチプレクサの入力端子を前記基準電位側に接続する第２スイッチとを持ち、前記制御手段は、前記刺激電流の正負の極性に応じて前記第１スイッチ及び前記第２スイッチのうち、一方を開状態とし他方を閉状態とする制御をする（３）の生体組織刺激装置。 (1) A stimulation unit including a plurality of electrodes implanted in a living tissue, a power supply unit that supplies a stimulation current to be output from the electrodes, and a cable that electrically connects the stimulation unit and the power supply unit A biological tissue stimulating device comprising: a cable for supplying the stimulation current from the power supply unit to the stimulation unit; wherein the stimulation unit designates an electrode for outputting the stimulation current among the plurality of electrodes. A multiplexer, a demultiplexer biased to a potential between the power supply potential of the stimulation unit and a reference potential; a decoder or current detection means for obtaining information of the stimulation current supplied to the cable;
When the stimulation current flows out from the electrode according to the information on the stimulation current detected by the decoder or the current detection means, the potential of the input terminal of the demultiplexer is changed to the power supply potential side , and the stimulation current And a potential changing means for changing the potential of the input terminal of the demultiplexer to the reference potential side.
(2) The living body according to (1), wherein the potential of the input terminal of the demultiplexer is changed based on the information on the stimulation current so that the state of the parasitic diode in the demultiplexer is maintained at a reverse bias. Tissue stimulator.
(3) The potential changing means is a switch means for connecting the input terminal of the demultiplexer to the power supply potential side or the reference potential side, and control for controlling the opening / closing operation of the switch means in accordance with the direction of the stimulation current. A biological tissue stimulating device according to (1) or (2).
(4) The stimulation current is a bipolar pulse having amplitudes of positive and negative polarities, and the switch means includes a first switch for connecting an input terminal of the demultiplexer to the power supply potential side, and an input of the demultiplexer . A second switch for connecting a terminal to the reference potential side, and the control means sets one of the first switch and the second switch in an open state according to the positive / negative polarity of the stimulation current, and sets the other to the other. The biological tissue stimulating device according to (3), which controls the closed state.

本発明によれば、生体組織を刺激する刺激電流を安定して出力できる生体組織刺激装置を提供できる。 ADVANTAGE OF THE INVENTION According to this invention, the biological tissue stimulation apparatus which can output stably the stimulation current which stimulates a biological tissue can be provided.

本開示について図面を用いて説明する。なお以下では生体組織刺激装置として視覚再生補助装置の例を挙げて説明する。図１は視覚再生補助装置の外観図である。図２は視覚再生補助装置の体内装置の説明図であり、図２（ａ）は体内装置２０の外観図、図２（ｂ）は刺激ユニット１００の断面図である。 The present disclosure will be described with reference to the drawings. Hereinafter, an example of a visual reproduction assisting device will be described as a biological tissue stimulating device. FIG. 1 is an external view of a visual reproduction assisting device. 2A and 2B are explanatory views of the internal device of the visual reproduction assisting device, FIG. 2A is an external view of the internal device 20, and FIG. 2B is a cross-sectional view of the stimulation unit 100.

視覚再生補助装置１は、外界を撮影する体外装置１０と、網膜を構成する細胞に電気刺激を与え視覚の再生を促す体内装置２０からなる。体外装置１０は、患者が掛ける眼鏡１１と、眼鏡１１に取り付けられるＣＣＤカメラ等からなる撮影装置１２と、外部デバイス１３、送信手段１４等で構成される。 The visual reproduction assisting device 1 includes an extracorporeal device 10 that captures the outside world, and an in-vivo device 20 that stimulates visual reproduction by applying electrical stimulation to cells constituting the retina. The extracorporeal device 10 includes eyeglasses 11 worn by a patient, a photographing device 12 including a CCD camera attached to the eyeglasses 11, an external device 13, a transmission unit 14, and the like.

外部デバイス１３は、ＣＰＵ等の演算処理回路を持つデータ変調手段１３ａ、視覚再生補助装置１（体外装置１０及び体内装置２０）に電力供給をするバッテリー１３ｂを備える。データ変調手段１３ａは、撮影装置１２で撮影した被写体像を画像処理して、視覚再生のための電気刺激パルス用データを生成する。またデータ変調手段１３ａは、振幅変調等によって、電気刺激パルス用データを電力に重畳して電磁波を生成する。電磁波は送信手段１４の１次コイルで体内装置２０側に伝送（無線送信）される。送信手段１４の中心には体内装置２０の受信部３１との位置を固定するための磁石（図示を略す）がある。
眼鏡１１は患者の眼前に装着される。撮影装置１２は眼鏡１１の前面に取り付けられ、患者に視認させる被写体を撮影する。 The external device 13 includes a data modulation unit 13a having an arithmetic processing circuit such as a CPU, and a battery 13b that supplies power to the visual reproduction assisting device 1 (external device 10 and internal device 20). The data modulation means 13a performs image processing on the subject image photographed by the photographing device 12, and generates electrical stimulation pulse data for visual reproduction. Further, the data modulation means 13a generates electromagnetic waves by superimposing the electrical stimulation pulse data on the power by amplitude modulation or the like. The electromagnetic wave is transmitted (wirelessly transmitted) to the in-vivo device 20 side by the primary coil of the transmission means 14. At the center of the transmission means 14, there is a magnet (not shown) for fixing the position with the receiving unit 31 of the intracorporeal device 20.
The glasses 11 are worn in front of the patient's eyes. The imaging device 12 is attached to the front surface of the glasses 11 and images a subject to be visually recognized by the patient.

体内装置２０は、体外装置１０から送信された電磁波を受信する受信ユニット３０と、網膜を構成する細胞を電気刺激する刺激ユニット１００を持つ。
受信ユニット３０は、受信部３１、制御部３２、対向電極３４を持つ。受信部３１と制御部３２は基板３３に組み込まれる。受信部３１は体外装置１０からの電磁波を受信する２次コイルを持つ。制御部３２は、受信部３１で受信された電磁波から、電気刺激パルス用データと電力を抽出する。抽出された電力は刺激ユニット１００を駆動する電源Ｖａｃと、電極１０１に電流を供給する電流源Ｉａｃに用いられる。つまり受信ユニット３０は、刺激ユニット１００及び体内装置２０全体に電力供給をする電力供給ユニットになる。なお制御部３２は、刺激ユニット１００（後述するデマルチプレクサ１２０）を制御するための各種制御信号を、信号源Ｐである電気刺激パルス用データから抽出する。抽出された各種制御信号は刺激ユニット１００に送信される。 The intracorporeal device 20 includes a receiving unit 30 that receives an electromagnetic wave transmitted from the extracorporeal device 10 and a stimulation unit 100 that electrically stimulates cells constituting the retina.
The receiving unit 30 includes a receiving unit 31, a control unit 32, and a counter electrode 34. The receiving unit 31 and the control unit 32 are incorporated in the substrate 33. The receiving unit 31 has a secondary coil that receives electromagnetic waves from the extracorporeal device 10. The control unit 32 extracts electrical stimulation pulse data and power from the electromagnetic wave received by the reception unit 31. The extracted power is used for the power source Vac that drives the stimulation unit 100 and the current source Iac that supplies current to the electrode 101. That is, the receiving unit 30 is a power supply unit that supplies power to the stimulation unit 100 and the entire in-vivo device 20. The control unit 32 extracts various control signals for controlling the stimulation unit 100 (demultiplexer 120 described later) from the electrical stimulation pulse data that is the signal source P. Various extracted control signals are transmitted to the stimulation unit 100.

例えば制御部３２は、電気刺激パルス用データから、刺激電流を出力する電極１０１を指定する電極指定信号を生成する。なお電極１０１から出力される刺激電流は、正方向（プラス方向）と負方向（マイナス方向）に振幅を持つ矩形波を組み合せた二相性のパルス（双極性パルス）である。双極性パルスの強度や持続時間等が変更されることで、網膜を構成する細胞に様々なパターンの電気刺激が与えられる。また１刺激で正負両方の極性の電荷が与えられるので、生体内の電荷の偏りを相殺できる。 For example, the control unit 32 generates an electrode designation signal that designates the electrode 101 that outputs the stimulation current from the electrical stimulation pulse data. The stimulation current output from the electrode 101 is a biphasic pulse (bipolar pulse) in which rectangular waves having amplitudes in the positive direction (plus direction) and the negative direction (minus direction) are combined. By changing the intensity and duration of the bipolar pulse, various patterns of electrical stimulation are applied to the cells constituting the retina. In addition, since charges of both positive and negative polarities are given by one stimulus, it is possible to cancel the bias of charge in the living body.

例えば制御部３２は、電気刺激パルス用データから双極性パルスの印加パターンを決定する制御信号を生成する。双極性パルスの印加パターンは、最初に（１ｓｔパルスで）電極１０１から正電流を出力し、次に（２ｎｄパルスで）電極１０１から負電流が出力されるアノーディックファーストと、１ｓｔパルスで電極１０１から負電流を出力し２ｎｄパルスで電極１０１から正電流を出力するカソーディックファースト等がある。
また制御部３２は、電気刺激パルス用データから、双極性パルスの印加パターン（刺激電流の設定値）に合わせて、後述するデマルチプレクサ２０の電位を調節するための電位信号等を生成する。
対向電極３４は網膜を介して各電極１０１に対向する位置に置かれる。なお受信ユニット３０にも送信手段１４との位置固定用の磁石が設けられる。 For example, the control part 32 produces | generates the control signal which determines the application pattern of a bipolar pulse from the data for electrical stimulation pulses. The application pattern of the bipolar pulse is as follows. First, a positive current is output from the electrode 101 (with a 1st pulse), and then a negative current is output from the electrode 101 (with a 2nd pulse). There is a cathodic first that outputs a negative current from the electrode 101 and outputs a positive current from the electrode 101 with a 2nd pulse.
Further, the control unit 32 generates a potential signal or the like for adjusting the potential of the demultiplexer 20 to be described later in accordance with the application pattern (stimulation current setting value) of the bipolar pulse from the electrical stimulation pulse data.
The counter electrode 34 is placed at a position facing each electrode 101 through the retina. The receiving unit 30 is also provided with a magnet for fixing the position with the transmitting means 14.

刺激ユニット１００は、複数の電極１０１、眼球に沿って配置される基板１０３、どの電極１０１から刺激電流を出力するかを制御する刺激制御部１１０を持つ。電極１０１と刺激制御部１１０は基板１０３に組み込まれる。 The stimulation unit 100 includes a plurality of electrodes 101, a substrate 103 disposed along the eyeball, and a stimulation control unit 110 that controls which electrode 101 outputs a stimulation current. The electrode 101 and the stimulus control unit 110 are incorporated in the substrate 103.

電極１０１は生体適合性が高い導体で形成される。例えば金や白金等の貴金属で形成される。基板１０３は、眼球（層状の眼組織内）に設置されるため、眼球の形状に沿って、層間（層内）に長期埋植されても患者の負担が少ないことが好ましい。例えば基板１０３は、生体適合性が高く、所要の厚さで湾曲可能な材料で長板状に加工される。基板内部に配線される複数のリード線１０３ａは、各電極１０１と刺激制御部１１０を電気的に接続する。 The electrode 101 is formed of a highly biocompatible conductor. For example, it is made of a noble metal such as gold or platinum. Since the substrate 103 is installed in the eyeball (in the layered eye tissue), it is preferable that the burden on the patient is small even if it is implanted in the interlayer (in the layer) for a long time along the shape of the eyeball. For example, the substrate 103 has a high biocompatibility and is processed into a long plate shape with a material that can be bent with a required thickness. A plurality of lead wires 103 a wired inside the substrate electrically connect each electrode 101 and the stimulation control unit 110.

刺激制御部１１０は、制御部３２から送信された電極指定信号等に基づき、双極性パルスを各電極１０１に振り分けるデマルチプレクサ１２０を持つ。デマルチプレクサ１２０は複数の回路が実装された周知のモノリシックＩＣ（集積回路）で構成される。モノリシックＩＣは所要の許容電圧範囲内で駆動されることが安定動作の為に必要となる。デマルチプレクサ１２０の構成及び動作制御の詳細な説明は後述する。 The stimulation control unit 110 has a demultiplexer 120 that distributes bipolar pulses to the respective electrodes 101 based on an electrode designation signal transmitted from the control unit 32 or the like. The demultiplexer 120 is configured by a known monolithic IC (integrated circuit) on which a plurality of circuits are mounted. It is necessary for stable operation that the monolithic IC is driven within a required allowable voltage range. A detailed description of the configuration and operation control of the demultiplexer 120 will be given later.

刺激制御部１１０は、蓋部材１０５と設置台１０６でハーメチックシール（密封）され、設置台１０６を介して基板１０３上に実装される。刺激制御部１１０は、半導体基板上に集積回路を機能させるパターン配線が形成された面が設置台１０６に接合される。設置台１０６は、絶縁性、気密性及び生体適合性を持つ素材で形成される。例えば設置台１０６は、セラミックスで平板状に形作られる。また設置台１０６には、刺激制御部１１０が持つパターン配線の端子部分と電気的に接続するための配線が、設置台１０６を貫通するように形成されている。
蓋部材１０５は、生体適合性と、高気密性を持つ金属等の素材で形成され、刺激制御部１１０が収まる空間を持つ。なお蓋部材１０５と設置台１０６は、刺激制御部１１０を密封するために、設置台１０６の接合箇所にメタライズ処理で金属層を形成して、蓋部材１０５と設置台１０６の金属同士を接合する。 The stimulation control unit 110 is hermetically sealed (sealed) by the lid member 105 and the installation table 106 and mounted on the substrate 103 via the installation table 106. In the stimulus control unit 110, a surface on which a pattern wiring that allows an integrated circuit to function is formed on a semiconductor substrate is bonded to the installation base 106. The installation base 106 is formed of a material having insulating properties, airtightness, and biocompatibility. For example, the installation base 106 is formed in a flat plate shape with ceramics. In addition, wiring for electrically connecting to the terminal portion of the pattern wiring of the stimulation control unit 110 is formed on the installation table 106 so as to penetrate the installation table 106.
The lid member 105 is formed of a material such as a metal having biocompatibility and high airtightness, and has a space in which the stimulation control unit 110 is accommodated. In addition, the lid member 105 and the installation base 106 form a metal layer by metallization processing at a joint portion of the installation base 106 in order to seal the stimulation control unit 110 and join the metals of the lid member 105 and the installation base 106 to each other. .

受信ユニット３０と刺激ユニット１００はケーブル５１で電気的に接続される。ケーブル５１は絶縁性と生体適合性を持つ樹脂の内側に複数の導線５０を内包する。樹脂にはシリコーン、ポリイミド、パリレン等が用いられる。またケーブル５１内の導線５０も生体適合性が高いものが使用されることが好ましく、白金、金等が材料に用いられる。 The receiving unit 30 and the stimulation unit 100 are electrically connected by a cable 51. The cable 51 includes a plurality of conductive wires 50 inside a resin having insulating properties and biocompatibility. Silicone, polyimide, parylene, etc. are used for the resin. Moreover, it is preferable that the conductor 50 in the cable 51 has high biocompatibility, and platinum, gold, etc. are used for the material.

ケーブル５１に内包された複数の導線５０は、刺激ユニット１００に電力を供給するために電源Ｖａｃに接続される導線（電力線）５０ａと、電極１０１に双極性パルス（電流）を供給するために電流源Ｉａｃに接続される導線５０ｂを持つ。また信号源Ｐからは刺激電流の向き（方向）に応じてデマルチプレクサ１２０の電位を制御する電位信号等の制御信号が生成され、変調により電源Ｖａｃの交流電圧に重畳されて変調波として、刺激ユニット１００（デマルチプレクサ１２０）側に伝送される（図３参照）。なお交流電圧に制御信号を重畳するための変調には、周知の変調方式（ＡＭ変調、ＦＭ変調、周波数変調等）が用いられる。なお一つの導線５０ａで複数の情報等が伝達されると消費電力や装置構成の簡略化に有利である。 A plurality of conductors 50 included in the cable 51 are a conductor (power line) 50a connected to the power source Vac to supply power to the stimulation unit 100, and a current to supply a bipolar pulse (current) to the electrode 101. A conductor 50b is connected to the source Iac. Further, a control signal such as a potential signal for controlling the potential of the demultiplexer 120 is generated from the signal source P in accordance with the direction (direction) of the stimulation current, and is superimposed on the alternating voltage of the power source Vac by modulation to generate a stimulation wave as a modulation wave. It is transmitted to the unit 100 (demultiplexer 120) side (see FIG. 3). A known modulation method (AM modulation, FM modulation, frequency modulation, or the like) is used for modulation for superimposing the control signal on the AC voltage. If a plurality of pieces of information are transmitted through one conductor 50a, it is advantageous for simplification of power consumption and apparatus configuration.

次に体内装置２０の回路構成について説明する。図３は体内装置２０の制御回路の説明図、図４はデマルチプレクサ１２０の回路構成の説明図である。
図３において、電力・制御信号供給回路（図番号を略す）は、電源Ｖａｃと、電源Ｖａｃに接続された信号源Ｐと、電源Ｖａｃの出力端に接続されるコンデンサＣ１、Ｃ２と、各コンデンサＣ１，Ｃ２に接続される導線５０ａと、導線５０ａに接続される整流回路１１１と、導線５０ａに並列接続される復調回路（デコーダ）１１２と、電位調整回路１１３を備える。なお電源Ｖａｃ、信号源Ｐ、コンデンサＣ１，Ｃ２は、受信ユニット３０側に設けられ、整流回路１１１、デコーダ１１２、電位調整回路１１３は刺激ユニット１００側に設けられている。 Next, the circuit configuration of the intracorporeal device 20 will be described. FIG. 3 is an explanatory diagram of a control circuit of the intracorporeal device 20, and FIG. 4 is an explanatory diagram of a circuit configuration of the demultiplexer 120.
In FIG. 3, a power / control signal supply circuit (not shown in the figure) includes a power source Vac, a signal source P connected to the power source Vac, capacitors C1 and C2 connected to the output terminal of the power source Vac, and each capacitor. A conductor 50a connected to C1 and C2, a rectifier circuit 111 connected to the conductor 50a, a demodulation circuit (decoder) 112 connected in parallel to the conductor 50a, and a potential adjustment circuit 113 are provided. The power source Vac, the signal source P, and the capacitors C1 and C2 are provided on the reception unit 30 side, and the rectifier circuit 111, the decoder 112, and the potential adjustment circuit 113 are provided on the stimulation unit 100 side.

電源Ｖａｃは、受信ユニット３０で抽出された電力を刺激ユニット１００に供給する。コンデンサＣ１，Ｃ２は電源Ｖａｃから出力された電力の直流成分をカットする。これにより交流電力のみが導線５０ａに伝達され、電力伝送に直流電圧が用いられることによる生体へのリスクが抑えられる。整流回路１１１は交流電力を直流電力に整流する。整流回路１１１にはダイオード等の周知の非線形素子が使用される。整流回路１１１で変換された直流電圧で刺激制御部１１０が駆動される。 The power source Vac supplies the power extracted by the receiving unit 30 to the stimulation unit 100. Capacitors C1 and C2 cut the DC component of the power output from power supply Vac. Thereby, only alternating current power is transmitted to the conducting wire 50a, and the risk to the living body due to the use of direct current voltage for power transmission is suppressed. The rectifier circuit 111 rectifies AC power into DC power. A known non-linear element such as a diode is used for the rectifier circuit 111. The stimulus control unit 110 is driven by the DC voltage converted by the rectifier circuit 111.

デコーダ１１２はケーブル５０を介して供給された変調波を復調して、各種制御信号を抽出する。デコーダ１１２は、入力側が導線５０ａに接続され、出力側がデマルチプレクサ１２０と電位調整回路１１３に接続される。なおデコーダ１１２、デマルチプレクサ１２０、電位調整回路１１３等、刺激ユニット１００に搭載される回路や素子は、刺激制御部１１０によって駆動制御される。 The decoder 112 demodulates the modulated wave supplied via the cable 50 and extracts various control signals. The decoder 112 has an input side connected to the conductor 50 a and an output side connected to the demultiplexer 120 and the potential adjustment circuit 113. The circuits and elements mounted in the stimulation unit 100 such as the decoder 112, the demultiplexer 120, and the potential adjustment circuit 113 are driven and controlled by the stimulation control unit 110.

以上の構成により、デコーダ１１２で抽出された制御信号によって、デマルチプレクサ１２０の一対の入力端子１２１と出力端子１２２のＯＮとＯＦＦが制御され、対応する電極１０１からの刺激電流の出力の有無が制御される。またデコーダ１１２で抽出された制御信号（電位信号）に基づき電位調節回路１１３によって、デマルチプレクサ１２０の電位が調節される。なお各種制御信号は、ＯＮ（Ｈｉｇｈレベルの電位）とＯＦＦ（Ｌｏｗレベルの電位）のシリアルデータとして、デマルチプレクサ１２０、電位調節回路１１３に伝送される。電位調節回路１１３の詳細な説明は後述する。 With the above configuration, the pair of input terminal 121 and output terminal 122 of the demultiplexer 120 are controlled to be turned on and off by the control signal extracted by the decoder 112, and whether or not the stimulation current is output from the corresponding electrode 101 is controlled. Is done. Further, the potential of the demultiplexer 120 is adjusted by the potential adjustment circuit 113 based on the control signal (potential signal) extracted by the decoder 112. Various control signals are transmitted to the demultiplexer 120 and the potential adjustment circuit 113 as ON (High level potential) and OFF (Low level potential) serial data. A detailed description of the potential adjustment circuit 113 will be described later.

刺激パルス信号供給回路（図番号を略す）は、刺激パルス信号を出力する電流源Ｉａｃと、電流源Ｉａｃの各出力端に接続されるコンデンサＣ３，Ｃ４と、各コンデンサＣ３，Ｃ４に接続される導線５０ｂと、デマルチプレクサ１２０を介して導線５０ｂに接続される電極１０１を備える。なお電流源ＩａｃとコンデンサＣ３，Ｃ４は受信ユニット３０側に設けられる。デマルチプレクサ１２０と電極１０１は刺激ユニット１００側に設けられる。 The stimulation pulse signal supply circuit (not shown in the figure) is connected to a current source Iac that outputs a stimulation pulse signal, capacitors C3 and C4 connected to output terminals of the current source Iac, and capacitors C3 and C4. A conductive wire 50b and an electrode 101 connected to the conductive wire 50b via the demultiplexer 120 are provided. The current source Iac and the capacitors C3 and C4 are provided on the receiving unit 30 side. The demultiplexer 120 and the electrode 101 are provided on the stimulation unit 100 side.

電流源Ｉａｃからは正負に極性を持つ刺激電流が出力される。コンデンサＣ３，Ｃ４は刺激電流に含まれる直流成分をカットする。刺激制御部１１０側に入力された刺激電流は、デマルチプレクサ１２０に入力される。デマルチプレクサ１２０は、複数の入力端子１２１と出力端子１２２を持つ。一対の入力端子１２１と出力端子１２２の導通状態と非導通状態の切り換えによって、正負の両方に極性を持つ双極性パルスを出力する電極１０１が指定される。なお図３では入力端子１２１ａと出力端子１２２ａが電気的に接続された例が示されている。 A stimulation current having positive and negative polarities is output from the current source Iac. Capacitors C3 and C4 cut the DC component included in the stimulation current. The stimulation current input to the stimulation control unit 110 side is input to the demultiplexer 120. The demultiplexer 120 has a plurality of input terminals 121 and output terminals 122. By switching between the conduction state and the non-conduction state of the pair of input terminal 121 and output terminal 122, the electrode 101 that outputs a bipolar pulse having both positive and negative polarities is designated. FIG. 3 shows an example in which the input terminal 121a and the output terminal 122a are electrically connected.

図４において、デマルチプレクサ１２０は、Ｐ型半導体基板１３０の所要領域に形成されるＮチャネルトランジスタ領域（ＮＭＯＳ領域）１３０ａと、Ｐチャネルトランジスタ領域（ＰＭＯＳ領域）１３０ｂの組み合わせを複数個持つ。一対のＮＭＯＳ領域１３０ａとＰＭＯＳ領域１３０ｂのＯＮとＯＦＦの切り換えによって、対応する電極１０１からの刺激電流の出力の有無が切り換えられる。 In FIG. 4, the demultiplexer 120 has a plurality of combinations of an N channel transistor region (NMOS region) 130 a and a P channel transistor region (PMOS region) 130 b formed in a required region of a P-type semiconductor substrate 130. By switching ON / OFF of the pair of NMOS region 130a and PMOS region 130b, the presence / absence of the output of the stimulation current from the corresponding electrode 101 is switched.

ＮＭＯＳ領域１３０ａは、半導体基板１３０の表面の所要領域に形成されるＮ型不純物拡散領域（ソースＳ）１３１と、Ｎ型不純物拡散領域（ドレインＤ）１３２と、Ｎ型不純物拡散領域１３１、１３２の間のＰ型半導体基板１３０表面上に絶縁膜（図示を略す）を介在させて形成されるゲート電極１３３を備える。またＮＭＯＳ領域１３０ａには、Ｐ型半導体基板１３０に電気的接続を与える為のＰ型不純物拡散領域１３８が設けられる。 The NMOS region 130a includes an N-type impurity diffusion region (source S) 131, an N-type impurity diffusion region (drain D) 132, and N-type impurity diffusion regions 131 and 132 formed in a required region on the surface of the semiconductor substrate 130. A gate electrode 133 is formed on the surface of the P-type semiconductor substrate 130 therebetween with an insulating film (not shown) interposed therebetween. The NMOS region 130 a is provided with a P-type impurity diffusion region 138 for providing electrical connection to the P-type semiconductor substrate 130.

ＰＭＯＳ領域１３０ｂは、Ｐ型半導体基板１３０の表面に形成されたＮ型ウェル１３４内に形成される。ＰＭＯＳ領域１３０ｂは、Ｎ型ウェル１３４表面に形成されたＰ型不純物拡散領域（ソースＳ）１３５と、Ｐ型不純物拡散領域（ドレインＤ）１３６と、Ｐ型不純物拡散領域１３５、１３６の間のＮ型ウェル１３４表面上に絶縁膜（図示を略す）を介在させて形成されるゲート電極１３７から形成される。またＰＭＯＳ領域１３０ｂのＮ型ウェル１３４内には電気的接続を与えるＮ型不純物拡散領域１３９が設けられる。 The PMOS region 130 b is formed in an N-type well 134 formed on the surface of the P-type semiconductor substrate 130. The PMOS region 130 b includes a P-type impurity diffusion region (source S) 135 formed on the surface of the N-type well 134, a P-type impurity diffusion region (drain D) 136, and an N between the P-type impurity diffusion regions 135 and 136. The gate electrode 137 is formed on the surface of the mold well 134 with an insulating film (not shown) interposed therebetween. An N-type impurity diffusion region 139 that provides electrical connection is provided in the N-type well 134 of the PMOS region 130b.

Ｎ型不純物拡散領域１３９は電源ラインＶｃｃに接続され、Ｐ型不純物拡散領域１３８は基準電位ＶＧＮＤに接続される。これにより基板１３０と、Ｎ型ウェル１３４間に逆バイアスが与えられる。
Ｐ型不純物拡散領域（ソースＳ）１３５とＮ型不純物拡散領域（ソースＳ）１３１は入力端子１２１ａに接続される。Ｎ型不純物拡散領域（ドレインＤ）１３２とＰ型不純物拡散領域１３６は出力端子１２２ａに接続される。ゲート電極１３３、１３７は、図示を略す制御回路を介してデコーダ１１２の出力端に接続される。なおゲート電極１３３とゲート電極１３７の間には、電位を反転させる周知の反転素子１１５が設けられる。 N-type impurity diffusion region 139 is connected to power supply line Vcc, and P-type impurity diffusion region 138 is connected to reference potential VGND. As a result, a reverse bias is applied between the substrate 130 and the N-type well 134.
P-type impurity diffusion region (source S) 135 and N-type impurity diffusion region (source S) 131 are connected to input terminal 121a. N-type impurity diffusion region (drain D) 132 and P-type impurity diffusion region 136 are connected to output terminal 122a. The gate electrodes 133 and 137 are connected to the output terminal of the decoder 112 via a control circuit (not shown). Note that a known inversion element 115 that inverts the potential is provided between the gate electrode 133 and the gate electrode 137.

以上の構成により、基板１３０とＮ型ウェル１３４が逆バイアスされた状態で、デコーダ１１２からＨｉｇｈレベルの信号が入力されると、ＮＭＯＳ領域１３０ａのゲート（Ｇ）１３３にスレッシュホールドよりも高い電位が加えられる。これによりＮＭＯＳ領域１３０ａのソース（Ｓ）１３１とドレイン（Ｄ）１３２間にＮチャネルＮｃｈが形成され、電流が導通可能になる。一方、ＰＭＯＳ領域１３０ｂのゲート（Ｇ）１３７には、反転素子１１５を介してＬｏｗレベルの電位が加えられる。これによりソース（Ｓ）１３５とドレイン（Ｄ）１３６間にＰチャネルＰｃｈが形成され、電流が導通可能になる。 With the above configuration, when a high level signal is input from the decoder 112 with the substrate 130 and the N-type well 134 being reverse-biased, a potential higher than the threshold is applied to the gate (G) 133 of the NMOS region 130a. Added. As a result, an N channel Nch is formed between the source (S) 131 and the drain (D) 132 of the NMOS region 130a, and current can be conducted. On the other hand, a low level potential is applied to the gate (G) 137 of the PMOS region 130 b via the inverting element 115. As a result, a P channel Pch is formed between the source (S) 135 and the drain (D) 136, and current can be conducted.

一方、デコーダ１１２にＬｏｗレベルの信号が入力されると、ＮＭＯＳ領域１３０ａのゲート（Ｇ）１３３にスレッシュホールドよりも低い電位が加えられ、ＮＭＯＳ領域１３０ａのソース（Ｓ）１３１とドレイン（Ｄ）１３２間が開放される。また反転素子１１５を介して、ＰＭＯＳ領域１３０ｂのゲート（Ｇ）１３７にスレッシュホールドよりも高い電位が加えられ、ＰＭＯＳ領域１３０ｂのソース（Ｓ）１３５とドレイン（Ｄ）１３６間が開放される。
以上のようにして、一対のＰＭＯＳ領域１３０ｂとＮＭＯＳ領域１３０ａが導通状態になると、デマルチプレクサ１２０の対応する出力端子１２２を介して、対応する電極１０１から刺激電流（双極性パルス）が出力される。 On the other hand, when a low level signal is input to the decoder 112, a potential lower than the threshold is applied to the gate (G) 133 of the NMOS region 130a, and the source (S) 131 and drain (D) 132 of the NMOS region 130a. The space is released. Further, a potential higher than the threshold is applied to the gate (G) 137 of the PMOS region 130b through the inverting element 115, and the source (S) 135 and the drain (D) 136 of the PMOS region 130b are opened.
As described above, when the pair of PMOS region 130b and NMOS region 130a become conductive, a stimulation current (bipolar pulse) is output from the corresponding electrode 101 via the corresponding output terminal 122 of the demultiplexer 120. .

ところで図４に示されるように、ＰＭＯＳ領域１３０ｂのソース（Ｓ）135とドレイン（Ｄ）１３６間には内部抵抗Ｒ２が存在する。ＮＭＯＳ領域１３０ａのソース（Ｓ）１３１とドレイン（Ｄ）１３２間には内部抵抗Ｒ１が存在する。この内部抵抗Ｒ１、Ｒ２の値は、デマルチプレクサ１２０の電位によって変化する。図５にデマルチプレクサ１２０の内部抵抗Ｒの変化特性を示す。ここで縦軸は抵抗値、横軸はデマルチプレクサ１２０の入力端子１２１の電位Ｖｓである。またＰＭＯＳ領域１３０ｂの内部抵抗Ｒ２の変化特性のグラフをｒ２、ＮＭＯＳ領域１３０ａの内部抵抗Ｒ１の変化特性のグラフをｒ１、デマルチプレクサ１２０全体の内部抵抗の変化特性のグラフをＲとする。このように内部抵抗Ｒ１，Ｒ２の抵抗値の変化特性ｒ１、ｒ２は、ＮＭＯＳ領域１３０ａとＰＭＯＳ領域１３０ｂとで逆となる。つまり電流の方向に関わらずデマルチプレクサ１２０には所定値以上の内部抵抗Ｒによる電圧降下が生じることになる。 Incidentally, as shown in FIG. 4, an internal resistance R2 exists between the source (S) 135 and the drain (D) 136 of the PMOS region 130b. An internal resistance R1 exists between the source (S) 131 and the drain (D) 132 of the NMOS region 130a. The values of the internal resistors R1 and R2 vary depending on the potential of the demultiplexer 120. FIG. 5 shows a change characteristic of the internal resistance R of the demultiplexer 120. Here, the vertical axis represents the resistance value, and the horizontal axis represents the potential Vs of the input terminal 121 of the demultiplexer 120. Also, r2 is a graph of the change characteristic of the internal resistance R2 of the PMOS region 130b, r1 is a graph of the change characteristic of the internal resistance R1 of the NMOS region 130a, and R is a graph of the change characteristic of the internal resistance of the entire demultiplexer 120. As described above, the change characteristics r1 and r2 of the resistance values of the internal resistors R1 and R2 are reversed between the NMOS region 130a and the PMOS region 130b. That is, a voltage drop due to the internal resistance R exceeding a predetermined value occurs in the demultiplexer 120 regardless of the current direction.

一方、同一の基板１３０にＮＭＯＳ領域１３０ａとＰＭＯＳ領域１３０ｂの両方が形成されていると、各Ｐ領域と各Ｎ領域の間に寄生ダイオードが形成される。例えば、Ｐ型の基板１３０とＮ型のソース１３１又はドレイン１３２間に寄生ダイオードＤ１が形成される。Ｎ型ウェル１３４とP型のソース１３９又はドレイン１３６の間に寄生ダイオードＤ２が形成される。これらの寄生ダイオードＤ１，Ｄ２は、デマルチプレクサ１２０が、基準電位ＶＧＮＤと電源ラインＶｃｃの間の許容電圧範囲内で駆動されている状態では、逆バイアス状態が保たれる。 On the other hand, when both the NMOS region 130a and the PMOS region 130b are formed on the same substrate 130, a parasitic diode is formed between each P region and each N region. For example, the parasitic diode D 1 is formed between the P-type substrate 130 and the N-type source 131 or drain 132. A parasitic diode D2 is formed between the N-type well 134 and the P-type source 139 or drain 136. These parasitic diodes D1 and D2 are maintained in a reverse bias state when the demultiplexer 120 is driven within an allowable voltage range between the reference potential VGND and the power supply line Vcc.

しかし交流電流が供給されるケーブル５１を介して、受信ユニット３０と刺激ユニット１００の電位（直流電位）が独立している場合には、生体内での受信ユニット３０の電位変動の影響で、デマルチプレクサ１２０（入力端子１２１と出力端子１２２）の基準電位が変動する場合がある。基準電位が高くなる（低くなる）と、内部抵抗Ｒで生じる電圧降下で、デマルチプレクサ１２０の電位が基準電位以下、又は電源ラインＶｃｃの電位以上となり、通常は逆バイアスされるべき寄生ダイオード等が、順バイアスされてしまうおそれがある。寄生ダイオード等が順バイアスされると、意図しない不正電流Ｉｄが発生し、電極１０１から出力された不正電流Ｉｄが双極性パルスの電荷バランスを崩す原因となる。 However, when the potential of the receiving unit 30 and the stimulation unit 100 (DC potential) is independent via the cable 51 to which an alternating current is supplied, due to the influence of the potential variation of the receiving unit 30 in the living body, The reference potential of the multiplexer 120 (input terminal 121 and output terminal 122) may fluctuate. When the reference potential increases (decreases), the voltage drop caused by the internal resistance R causes the potential of the demultiplexer 120 to be lower than the reference potential or higher than the potential of the power supply line Vcc. There is a risk of forward bias. When a parasitic diode or the like is forward-biased, an unintended incorrect current Id is generated, and the incorrect current Id output from the electrode 101 causes the charge balance of the bipolar pulse to be lost.

そこで本実施形態では、電位調節回路１１３によって、デマルチプレクサ１２０の電位が電源電位Ｖｃｃと基準電位ＶＧＮＤとの間に収められるようにする。電位調節回路１１３は、入力端子１２１と電源ラインＶｃｃを接続するスイッチＳＷ１と、入力端子１２１と基準電位ＶＧＮＤとを接続するスイッチＳＷ２を持つ。 Therefore, in the present embodiment, the potential adjustment circuit 113 causes the potential of the demultiplexer 120 to fall between the power supply potential Vcc and the reference potential VGND. The potential adjustment circuit 113 includes a switch SW1 that connects the input terminal 121 and the power supply line Vcc, and a switch SW2 that connects the input terminal 121 and the reference potential VGND.

電位調節回路１１３に、デコーダ１１２からの電位信号が入力されると、刺激ユニット１００側で、電流源Ｉａｃから出力される双極性パルスの電流の向きが認識される。刺激制御部１１０は、電位調節回路１１３のスイッチＳＷ１とＳＷ２を、双極性パルスの電流の向きに応じて切り換える。 When the potential signal from the decoder 112 is input to the potential adjustment circuit 113, the direction of the current of the bipolar pulse output from the current source Iac is recognized on the stimulation unit 100 side. The stimulus control unit 110 switches the switches SW1 and SW2 of the potential adjustment circuit 113 according to the direction of the bipolar pulse current.

例えば、図４の電流源Ｉａｃから、アノーディックの電流Ｉが出力されると、デマルチプレクサ１２０の内部抵抗Ｒによる電圧降下の影響で、ＮＭＯＳ領域１３０ａのドレイン（Ｄ）１３２の電位が基準電位ＶＧＮＤよりも下がり、寄生ダイオードＤ１が順バイアスされるおそれがある。この場合、電位調節回路１１３の電源ラインＶｃｃに接続されるスイッチＳＷ１がＯＮにされ、基準電位ＶＧＮＤに接続されるスイッチＳＷ２がＯＦＦにされる。これによりデマルチプレクサ１２０の電位が上昇する（持ち上げられる）。これにより内部抵抗Ｒによる電圧降下の影響で、出力端子１２２ａの電位が下がっても、基準電位ＶＧＮＤ以下に下がる可能性はほとんどないので、ダイオードＤ１の逆バイアス状態が保たれる。 For example, when the anodic current I is output from the current source Iac in FIG. 4, the potential of the drain (D) 132 of the NMOS region 130 a becomes the reference potential VGND due to the influence of the voltage drop due to the internal resistance R of the demultiplexer 120. The parasitic diode D1 may be forward biased. In this case, the switch SW1 connected to the power supply line Vcc of the potential adjustment circuit 113 is turned on, and the switch SW2 connected to the reference potential VGND is turned off. As a result, the potential of the demultiplexer 120 is raised (raised). As a result, even if the potential of the output terminal 122a drops due to the voltage drop due to the internal resistance R, there is almost no possibility of dropping below the reference potential VGND, so that the reverse bias state of the diode D1 is maintained.

一方、電流源Ｉａｃから出力される電流Ｉの極性が反転され、カソーディックとなると、ＰＭＯＳ領域１３０ｂのドレイン１３６の電位が、電源ラインＶｃｃの電位よりも上昇して、寄生ダイオードＤ２が順バイアスされるおそれがある。このとき、電位調節回路１１３のスイッチＳＷ１がＯＦＦされ、スイッチＳＷ２がＯＮにされる。これにより出力端子１２２ａの電位が上昇しても、デマルチプレクサ１２０の電位が電源ラインＶｃｃの電圧を超える可能性はほとんどないので、ダイオードＤ２の逆バイアス状態が保たれる。 On the other hand, when the polarity of the current I output from the current source Iac is inverted and becomes cathodic, the potential of the drain 136 of the PMOS region 130b rises higher than the potential of the power supply line Vcc, and the parasitic diode D2 is forward biased. There is a risk. At this time, the switch SW1 of the potential adjustment circuit 113 is turned off and the switch SW2 is turned on. As a result, even if the potential of the output terminal 122a rises, there is almost no possibility that the potential of the demultiplexer 120 exceeds the voltage of the power supply line Vcc, so that the reverse bias state of the diode D2 is maintained.

以上のように、双極性パルスの刺激電流の向きに応じて、電位調節回路１１３のスイッチＳＷ１とスイッチＳＷ２のＯＮとＯＦＦを交互に切り換えることで、デマルチプレクサ１２０の電位変動を許容電圧範囲内に抑えられる。そして寄生ダイオードが順バイアスされないことで、不正電流Ｉｄの発生が抑えられ、電極１０１から出力される双極性パルスの電荷バランスが保たれる。 As described above, the switch SW1 and the switch SW2 of the potential adjustment circuit 113 are alternately switched on and off in accordance with the direction of the stimulation current of the bipolar pulse, so that the potential fluctuation of the demultiplexer 120 is within the allowable voltage range. It can be suppressed. Since the parasitic diode is not forward-biased, the generation of the improper current Id is suppressed, and the charge balance of the bipolar pulse output from the electrode 101 is maintained.

次に以上の構成を備える生体組織刺激装置の動作を説明する。撮影装置１２で撮影された画像データは、データ変調手段１３ａで電気刺激パルス用データに変換されると共に、データ変調手段１３ａの変調で、バッテリー１３ａから供給される電力に重畳されて、送信手段１４を介して体内装置２０側に送信される。体内装置２０では、制御部３２が、受信された電磁波から電力と電気刺激パルス用データを復調する。電力は刺激ユニット１００を駆動させる交流電力を供給する電源Ｖａｃと、電極１０１から双極性パルス（電流）を出力させる電流源Ｉａｃに用いられる。制御部３２は電気刺激パルス用データから電極指定信号、電位信号等の制御信号を抽出し、信号源Ｐから出力させる。信号源Ｐから出力された制御信号は、変調により電源Ｖａｃから供給された電力に重畳され、変調波としてケーブル５１を介して刺激ユニット１００に送信される。 Next, the operation of the biological tissue stimulating apparatus having the above configuration will be described. The image data photographed by the photographing device 12 is converted into electrical stimulation pulse data by the data modulation means 13a, and is superimposed on the power supplied from the battery 13a by the modulation of the data modulation means 13a to be transmitted by the transmission means 14. To the in-vivo device 20 side. In the in-vivo device 20, the control unit 32 demodulates power and electrical stimulation pulse data from the received electromagnetic wave. The power is used for a power source Vac that supplies AC power for driving the stimulation unit 100 and a current source Iac that outputs a bipolar pulse (current) from the electrode 101. The control unit 32 extracts control signals such as an electrode designation signal and a potential signal from the electrical stimulation pulse data, and outputs them from the signal source P. The control signal output from the signal source P is superimposed on the power supplied from the power source Vac by modulation, and is transmitted to the stimulation unit 100 via the cable 51 as a modulated wave.

刺激ユニット１００では、デコーダ１１２で変調波が復調されて、制御信号が抽出される。刺激ユニット１００の整流回路１１１は、受信ユニット３０から送信された交流電圧を直流電圧に整流する。デコーダ１１２で抽出された制御信号は、デマルチプレクサ１２０と電位調節回路１１３に入力される。デマルチプレクサ１２０は制御信号に基づき、一対のＰＭＯＳ領域１３０ｂとＮＭＯＳ領域１３０ａの導通状態と非導通状態を切り換えて、対応する電極１０１から刺激電流が出力されるようにする。 In the stimulation unit 100, the modulation wave is demodulated by the decoder 112, and the control signal is extracted. The rectifier circuit 111 of the stimulation unit 100 rectifies the AC voltage transmitted from the reception unit 30 into a DC voltage. The control signal extracted by the decoder 112 is input to the demultiplexer 120 and the potential adjustment circuit 113. Based on the control signal, the demultiplexer 120 switches the conduction state and the non-conduction state of the pair of PMOS region 130b and NMOS region 130a so that the stimulation current is output from the corresponding electrode 101.

一方、電位調節回路１１３は、制御信号（電位信号）に基づき、双極性パルスの刺激電流の極性（方向）に応じて、スイッチＳＷ１とＳＷ２のＯＮとＯＦＦが切り換えられる。例えば、電極１０１から刺激電流が流れ出るアノーディックの場合、電位調節回路１１３は、スイッチＳＷ１をＯＮとし、スイッチＳＷ２をＯＦＦとする。アノーディックの場合に、デマルチプレクサ１２０の電位を予め引き上げておくことで、内部抵抗Ｒによる電圧降下が生じたとしても、出力端子１２２の電位を基準電位ＶＧＮＤよりも高くできる。 On the other hand, in the potential adjustment circuit 113, the switches SW1 and SW2 are turned on and off according to the polarity (direction) of the stimulation current of the bipolar pulse based on the control signal (potential signal). For example, in the case of anodic in which the stimulation current flows out from the electrode 101, the potential adjustment circuit 113 turns on the switch SW1 and turns off the switch SW2. In the case of anodic, by raising the potential of the demultiplexer 120 in advance, even if a voltage drop due to the internal resistance R occurs, the potential of the output terminal 122 can be made higher than the reference potential VGND.

一方、電極１０１から刺激電流が流入されるカソーディックの場合、電位調節回路１１３は、スイッチＳＷ１をＯＦＦとし、スイッチＳＷ２をＯＮとする。刺激電流が電極１０１から流入される方向に流れるときに、デマルチプレクサ１２０の電位を予め引き下げておくことで、内部抵抗Ｒによる電圧降下が生じたとしても、出力端子１２２の電位を電源電位Ｖｃｃよりも低くできる。以上のような制御によって、デマルチプレクサ１２０が許容電圧範囲で駆動されることで、寄生ダイオード等が順バイアスされ、流れ出た不正電流Ｉｄで双極性パルスの電荷バランスが崩れることが防止される。 On the other hand, in the case of a cathodic in which a stimulation current flows from the electrode 101, the potential adjustment circuit 113 turns off the switch SW1 and turns on the switch SW2. Even if a voltage drop due to the internal resistance R occurs by reducing the potential of the demultiplexer 120 in advance when the stimulation current flows in the direction of flowing in from the electrode 101, the potential of the output terminal 122 is made higher than the power supply potential Vcc. Can also be lowered. With the control as described above, the demultiplexer 120 is driven within the allowable voltage range, whereby the parasitic diode and the like are forward-biased, and the charge balance of the bipolar pulse is prevented from being lost due to the flowing incorrect current Id.

なお上記の構成では、信号源Ｐから複数の制御信号が同時に送信されている。このような場合に、電位信号の処理が優先されるようにすると良い。このようにすると、電位調節回路１１３によるスイッチＳＷ１、ＳＷ２のＯＮとＯＦＦの切り換えによって、電位調節が完了した状態で、より安定して双極性パルスが出力されるようになる。 In the above configuration, a plurality of control signals are simultaneously transmitted from the signal source P. In such a case, it is preferable to give priority to the processing of the potential signal. In this way, bipolar switches can be output more stably when the potential adjustment is completed by switching the switches SW1 and SW2 on and off by the potential adjustment circuit 113.

また上記では、電位調節回路１１３を用いて、デマルチプレクサ１２０（入力端子１２１）の電位を、電源側と接地側とに切り換え接続することで、デマルチプレクサ１２０の電位を調節している。これ以外にも、刺激パルスの電流の設定値に応じて、スイッチＳＷ１、ＳＷ２のＯＮとＯＦＦを切り換えることで、デマルチプレクサ１２０（入力端子１２１）の電位が調節されても良い。この場合、電流値に応じて入力端子１２１に加えられる電位Ｖｓがリニアに可変されても良い。 Further, in the above description, the potential of the demultiplexer 120 is adjusted by switching and connecting the potential of the demultiplexer 120 (input terminal 121) between the power supply side and the ground side using the potential adjustment circuit 113. In addition, the potential of the demultiplexer 120 (input terminal 121) may be adjusted by switching the switches SW1 and SW2 on and off according to the set value of the stimulation pulse current. In this case, the potential Vs applied to the input terminal 121 may be linearly varied according to the current value.

またデマルチプレクサ１２０に流れる電流の測定値に基づいて、入力端子１２１の電位が調節されても良い。この場合には、図6の変用例に示されるように、導線５０ｂに流れる刺激電流の電流量及び方向を検出する電流検出部１１３ａを設ける。電流検出部１１３ａは、抵抗Ｒ５と、抵抗Ｒ５で生じた電圧降下から電流値を検出する検出回路１３０と、デマルチプレクサ１２０の入力端子１２１に電圧を加える電源Ｖｄを備える。 Further, the potential of the input terminal 121 may be adjusted based on the measured value of the current flowing through the demultiplexer 120. In this case, as shown in the modified example of FIG. 6, a current detector 113a that detects the amount and direction of the stimulation current flowing through the conductor 50b is provided. The current detection unit 113a includes a resistor R5, a detection circuit 130 that detects a current value from a voltage drop generated in the resistor R5, and a power supply Vd that applies a voltage to the input terminal 121 of the demultiplexer 120.

以上の構成により導線５０ｂに刺激電流が流れると、電流検出部１１３ａの抵抗Ｒ５で生じる電圧降下によって、検出回路１３０は、刺激電流の電流量を検知する。また抵抗Ｒ５で生じた電圧降下の極性によって電流の方向を検知する。そして刺激電流の電流量と方向の検知結果に基づき、電源Ｖｄの電位とその極性を調節する。なお電源Ｖｄの電位は入力端子１２１に加えられる。このようにするとより精度良くデマルチプレクサ１２０の電位調節を行えるようになる。 When a stimulation current flows through the conductive wire 50b with the above configuration, the detection circuit 130 detects the amount of stimulation current due to a voltage drop generated by the resistor R5 of the current detection unit 113a. Further, the direction of the current is detected by the polarity of the voltage drop generated in the resistor R5. Then, the potential of the power supply Vd and its polarity are adjusted based on the detection result of the amount and direction of the stimulation current. Note that the potential of the power supply Vd is applied to the input terminal 121. In this way, the potential of the demultiplexer 120 can be adjusted with higher accuracy.

なお上記では正負に極性を持つ双極性パルスを電極から出力させる例を示した。これ以外にも、１度の電気刺激で電極から正（負）方向の電流を出力させた後、２回目の電気刺激で電極から反対極性の負（正）方向の電流を出力させても良い。更には、電極から正負一方向のみの電流が出力される場合にも、上記の構成によってスイッチ部のＯＮとＯＦＦとが切り換えられることで、デマルチプレクサ１２０の電位を許容電圧範囲に収めることができ、安定動作を維持できるようになる。 In the above example, a bipolar pulse having positive and negative polarities is output from the electrode. In addition, after a positive (negative) current is output from the electrode by one electrical stimulation, a negative (positive) current of the opposite polarity may be output from the electrode by the second electrical stimulation. . Furthermore, even when current in only one positive / negative direction is output from the electrode, the potential of the demultiplexer 120 can be kept within the allowable voltage range by switching the ON / OFF of the switch unit by the above configuration. , Stable operation can be maintained.

また上記では生体組織刺激装置として、視覚再生補助装置を例に挙げて説明した。これ以外にも、本発明の構成は、生体内に埋植されて患者の生体組織の一部に電気刺激を与える電極を備え、生体の機能を調節する周知の生体組織刺激装置に適用可能である。例えば、患者の耳小骨に音の信号を伝達する人工内耳、患者の胸部に埋植されて心臓に電気刺激を与えて不整脈の発生を抑制するペースメーカ等に、本発明の構成が適用されることで、電極から刺激電流がより安定して出力されるようになる。 In the above description, the visual reproduction assisting device has been described as an example of the biological tissue stimulating device. In addition to this, the configuration of the present invention can be applied to a well-known biological tissue stimulating apparatus that includes an electrode that is implanted in a living body and applies electrical stimulation to a part of the biological tissue of a patient and adjusts the function of the living body. is there. For example, the configuration of the present invention is applied to a cochlear implant that transmits a sound signal to a patient's ossicle, a pacemaker that is implanted in the patient's chest and applies electrical stimulation to the heart to suppress arrhythmia. Thus, the stimulation current is more stably output from the electrode.

生体組織刺激装置の外観図である。It is an external view of a biological tissue stimulating device. 生体組織刺激装置の体内装置の説明図である。It is explanatory drawing of the internal device of a biological tissue stimulating device. 体内装置の制御回路の説明図である。It is explanatory drawing of the control circuit of an intracorporeal device. デマルチプレクサの回路構成の説明図である。It is explanatory drawing of the circuit structure of a demultiplexer. デマルチプレクサの内部抵抗の変化特性の説明図である。It is explanatory drawing of the change characteristic of the internal resistance of a demultiplexer. 生体組織刺激装置の変用例の回路構成の説明図である。It is explanatory drawing of the circuit structure of the example of a change of a biological tissue stimulation apparatus.

Ｐ信号源
ＳＷ１，ＳＷ２スイッチ
１視覚再生補助装置
１０体外装置
２０体内装置
３０受信ユニット
５１ケーブル
１００刺激ユニット
１０１電極
１１２復調回路（デコーダ）
１１３、１１３ａ電位調整回路
１１０刺激制御部１１０
１２０デマルチプレクサ
１２１入力端子
１２２出力端子 P signal source SW1, SW2 switch 1 visual reproduction assisting device 10 extracorporeal device 20 internal device 30 receiving unit 51 cable 100 stimulating unit 101 electrode 112 demodulating circuit (decoder)
113, 113a Potential adjustment circuit 110 Stimulation control unit 110
120 Demultiplexer 121 Input terminal 122 Output terminal

Claims

A stimulation unit comprising a plurality of electrodes implanted in a biological tissue;
A power supply unit for supplying a stimulation current to be output from the electrode;
A cable for electrically connecting the stimulation unit and the power supply unit, the cable supplying the stimulation current from the power supply unit to the stimulation unit;
A biological tissue stimulating apparatus comprising:
The stimulation unit is a demultiplexer that designates an electrode that outputs a stimulation current among the plurality of electrodes, the demultiplexer being biased to a potential between a power supply potential of the stimulation unit and a reference potential;
A decoder or current detection means for obtaining information on the stimulation current supplied to the cable;
When the stimulation current flows out from the electrode according to the information on the stimulation current detected by the decoder or the current detection means, the potential of the input terminal of the demultiplexer is changed to the power supply potential side , and the stimulation current A potential changing means for changing the potential of the input terminal of the demultiplexer to the reference potential side,
A biological tissue stimulating device comprising:

The biological tissue stimulation according to claim 1, wherein the potential of the input terminal of the demultiplexer is changed based on the information on the stimulation current so that the state of the parasitic diode in the demultiplexer is maintained at a reverse bias. apparatus.

The potential changing means includes
Switch means for connecting the input terminal of the demultiplexer to the power supply potential side or the reference potential side;
Control means for controlling the opening and closing operation of the switch means according to the direction of the stimulation current;
The biological tissue stimulating device according to claim 1 or 2.

The stimulation current is a bipolar pulse having an amplitude of positive and negative polarity,
The switch means has a first switch for connecting the input terminal of the demultiplexer to the power supply potential side, and a second switch for connecting the input terminal of the demultiplexer to the reference potential side,
4. The living tissue stimulating apparatus according to claim 3, wherein the control means performs control so that one of the first switch and the second switch is in an open state and the other is in a closed state according to positive and negative polarities of the stimulation current.