(57)【要約】【課題】小型化に有利な生体埋植装置を提供すること。【解決手段】  生体埋植装置１は、生体に埋植された状態で動作する刺激ユニット１００と、刺激ユニット１００へ給電信号を出力する給電ユニット１５０と、刺激ユニット１００と給電ユニット１５０を電気的に接続し、給電信号を伝送するケーブル１７０と、を備える。給電ユニット１５０は、刺激ユニット１００における動作を制御するための制御情報に基づいてマンチェスター符号で符号化されたデジタル信号を、給電信号として生成する。更に、刺激ユニット１００は、給電信号を直流電力に変換する整流回路１１０と、給電信号に重畳された符号に基づいてクロックを再生し、更に、給電信号において符号として重畳された制御情報をクロックを用いて抽出する、再生回路１３０と、を備えている。【選択図】      図６
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
生体に埋植された状態で動作する動作ユニットと、
前記動作ユニットへ給電信号を出力する給電ユニットと、
前記動作ユニットと前記給電ユニットを電気的に接続し、前記給電信号を伝送するケーブルと、
を備える生体埋植装置において、
前記給電ユニットは、前記動作ユニットにおける前記動作を制御するための制御情報に基づいてマンチェスター符号で符号化されたデジタル信号を、前記給電信号として生成し、
前記動作ユニットは、
前記給電信号を直流電力に変換する整流回路と、
前記給電信号に重畳された前記符号に基づいてクロックを再生し、更に、前記給電信号において前記符号として重畳された前記制御情報を前記クロックを用いて抽出する、再生回路と、を備えることを特徴とする生体埋植装置。
【請求項２】
前記給電ユニットは、前記制御情報の１ｂｉｔを、連続する２つのマンチェスター符号で符号化し、該符号化は、連続する２つのマンチェスター符号が同相である場合と、反転である場合と、で異なる値を表すことを特徴とする請求項１記載の生体埋植装置。
【請求項３】
前記再生回路は、マンチェスター符号によって符号化されたデジタル信号である前記給電信号における立ち上がり及び立下りのエッジをそれぞれ検出し、エッジが検出される毎に第１のクロックを発生させ、
更に、前記エッジが検出されてからの時間を計測する計時回路を有し、
前記エッジ検出からマンチェスター符号の１符号分の時間（２ｔ）の半分の時間（ｔ）が経過しても、前記第１のクロックが発生しない場合には、所定の時間（ｔ＋α  ；但し、ｔ≦ｔ＋α＜２ｔ）が前記計測開始から経過したタイミングで、第２のクロックを発生させる請求項１又は２記載の生体埋植装置。
【請求項４】
前記制御情報は、２つのマンチェスター符号が反転となるビットパターンが連続する数が、所定の整数（Ｎ）以下となるように制限されており、
前記計時回路は、各々のエッジ間の時間間隔値をホールドし、直近のエッジから遡って少なくともＮ＋１回分の前記エッジ間の時間間隔のホールド値うちの最小値を前記時間（ｔ）として、前記所定の時間（ｔ＋α）が設定される請求項３記載の生体埋植装置。
【請求項５】
前記整流回路からの整流回路出力と、接地と、に接続されるデカップリングコンデンサを含む平滑回路と、
前記整流回路と前記デカップリングコンデンサとの間における前記整流回路出力上に配置され、接続状態と遮断状態との間に切換え可能なスイッチ素子と、
それぞれの前記クロック信号に対して遅延させた遅延回路出力を、前記給電信号が正相と負相との間で切換わる可能性があるタイミングの直前から直後にわたって生成し出力する遅延回路と、を有し、
前記スイッチ素子は、前記遅延回路出力に基づいて、一定時間遮断状態に設定されることで、前記デカップリングコンデンサから前記整流回路へ電流が逆流することを防ぐ、請求項１から４のいずれかに記載の生体埋植装置。
【請求項６】
前記遅延回路は、前記クロック信号に対する遅延回路出力の遅延時間および前記遮断状態の持続時間を、事後的に調整可能である、請求項５記載の生体埋植装置。
【請求項７】
前記ケーブルは、少なくとも２本の配線を持ち、
前記給電ユニットは、正負の波形が対称な差動信号を、前記給電信号として生成すると共に、前記２本の配線を介して前記給電信号を出力し、
前記整流回路は、前記差動信号の電圧差分を取った差分信号を直流電力に変換する請求項１から６の何れかに記載の生体埋植装置。
【請求項８】
前記動作ユニットは、前記整流回路から出力される直流電力を消費して、生体組織に対して刺激電流を出力する刺激ユニットであって、
更に、前記動作ユニットは、前記整流回路と前記ケーブルとの接続部に、カップリングコンデンサを有する請求項１から６のいずれかに記載の生体埋植装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本開示は、生体に埋植される生体埋植装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来より、各種の生体埋植装置が提案されている。例えば、生体に埋植されたモジュールが、患者において機能が失われた部位に電気刺激を与えることで、失われた機能の再生、代替、リハビリテーション等を行うものが知られている。
【０００３】
この種の装置の例として、生体に埋植されており刺激電極を備えた刺激ユニットが、他のユニットから供給される電力および制御信号に基づいて動作するものが知られている。
【０００４】
例えば、特許文献１では、交流電力が、生体内に埋設される電気ケーブルを介して刺激ユニットへ供給される。交流電力は、制御信号に基づいた周期変調波である。刺激ユニットでは、アナログ回路で周期変調波から制御信号がデコードされると共に、周期変調波の周期が、刺激ユニットにおけるクロックとして利用される。また、刺激ユニットでは、整流回路で交流電力が直流へ変換される。そして、直流電力および制御信号の各々が、各部の動作に利用される。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２０１２−１２０５９０号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
特許文献１の回路構成において、交流周波数は、刺激ユニットにおいて整流後の直流が入力されるデカップリングコンデンサの容量に依存する。刺激ユニットを小型化させようとすると、デカップリングコンデンサの容量が制限され、それに伴って、交流周波数をより高く設計する必要が生じる。
【０００７】
このとき、特許文献１の回路において交流周波数が高くなると、制御情報をデコードすることは不利になる。例えば、交流周波数が高くなることで、より高速に動作するコンパレータ等が必要となり、消費電力が増大する。
【０００８】
本開示は、従来技術の問題点の少なくともいずれかに鑑みてなされたものであり、小型化に有利な生体埋植装置を提供することを技術課題とする。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本開示の第１態様に係る生体埋植装置は、生体に埋植された状態で動作する動作ユニットと、前記動作ユニットへ給電信号を出力する給電ユニットと、前記動作ユニットと前記給電ユニットを電気的に接続し、前記給電信号を伝送するケーブルと、を備える生体埋植装置において、前記給電ユニットは、前記動作ユニットにおける前記動作を制御するための制御情報に基づいてマンチェスター符号で符号化されたデジタル信号を、前記給電信号として生成し、前記動作ユニットは、前記給電信号を直流電力に変換する整流回路と、前記給電信号に重畳された前記符号に基づいてクロックを再生し、更に、前記給電信号において前記符号として重畳された前記制御情報を前記クロックを用いて抽出する、再生回路と、を備える。
【発明の効果】
【００１０】
本開示によれば、小型化に有利な生体埋植装置を提供できる。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１】１つの実施形態における生体埋植装置の体外装置を示した図である。
【図２】１つの実施形態における生体埋植装置の体内装置を、患者の眼球に対して装着した状態を示している。
【図３】図２の体内装置の概略構成を示した図である。
【図４】（ａ）は、刺激ユニットを底面側から見たときの正面図であり、（ｂ）は、刺激ユニットを側面から見たときの断面図である。
【図５】再生回路の概略動作を示すタイミングチャートであって、マンチェスター符号（給電信号）、制御情報（バイナリデータ）、および、クロックの対応関係を説明するための図である。
【図６】刺激ユニットのＩＣチップに実装される回路構成を示した図である。
【図７】クロック生成回路におけるクロック信号の生成方法を説明するためのタイミングチャートである。
【図８】遅延回路の動作を説明するためのタイミングチャートである。
【発明を実施するための形態】
【００１２】
以下、図面を参照しつつ、本開示の例示的な実施形態を説明する。
【００１３】
以下、本開示における１つの実施形態を、図面に基づいて説明する。以下では、生体内に埋植され、生体組織に対して電気刺激を与えるデバイスを、実施形態に係る生体埋植装置として説明する。
【００１４】
本実施形態の生体埋植装置は、患者において機能が失われた部位に対して刺激電流（電気刺激）を与える。これにより、失われた機能の再生、代替、リハビリテーション等を行うことができる。この種の装置としては、種々の装置（例えば、人工網膜、人工内耳、ペースメーカー等）が知られており、本開示の技術は、種々の装置に適宜適用され得る。
【００１５】
以下では、生体埋植装置の説明を、視覚再生補助装置の実施形態に基づいて説明を行う。視覚再生補助装置は、患者の失われた視覚機能を再生又は代替する。より詳細には、体内外で撮像された外界像に基づいて、機能が失われた視覚神経系に対して電気刺激を行うことで、疑似光覚（フォスフェン）による像を、患者に視覚させる。視覚再生補助装置には、脳刺激型、神経刺激型、網膜刺激型、等の種類があるが、ここでは、網膜刺激型の装置を実施例として示す。但し、生体埋植装置は、網膜刺激型以外の装置においても、適用可能である。
【００１６】
本実施形態における生体埋植装置は、外界像を得るための撮像部が体外に設けられた体外撮像型の装置である。このような生体埋植装置は、体外装置２０（図１参照）と、体内装置１０（図２，３参照）と、に大別される。図面に示す生体埋植装置は、脈絡膜上-経網膜刺激型(ＳＴＳ：Suprachoroidal Transretinal Stimulation)に適合した装置である。この場合、眼球強膜に切り込みを入れて形成した切開創（フラップ）から電極１０５（刺激ユニット１００）が挿入され、電極１０５が脈絡膜に位置される。その結果、網膜に電極１０５を直接接触させずに電気刺激が可能となる。
【００１７】
＜体外装置の概略構成＞
図１に示すように、体外装置２０は、眼鏡タイプのウェアラブルデバイスであり、本実施形態では顔に装着される。また、本実施形態の体外装置２０は、カメラ２０４、処理装置２０２、送信部２０６、を有する。
【００１８】
カメラ２０４（主には、ビデオカメラ）は、患者の前方の外界像を取得するために利用される。例えば、ＣＣＤカメラ等が利用されてもよい。カメラ２０４は、例えば、患者の頭の向きに応じた外界像が撮影されるように、患者の頭部に取り付けられることが好ましい。
【００１９】
処理装置２０２は、演算処理・制御処理を行う、プロセッサを有する。処理装置２０２は、カメラ２０４で取得される外界像（画像）を処理して、体内装置１０に送信する制御信号を生成する。生成された制御信号は、送信部２０６へ出力される。前述したように、制御信号には、体内装置１０の動作を制御するための制御情報が少なくとも含まれている。この制御情報は、本実施形態において体内装置１０によって出力される刺激電流の制御に利用される。
【００２０】
送信部２０６は、処理装置２０２で生成される信号を、体内装置１０（より詳細には、給電ユニット１５０：図２参照）に送信するために利用される。送信部２０６は、電磁波として、信号に含まれる情報を体内装置１０に伝送する。例えば、波長、周期、振幅、位相などの少なくとも何れかが信号に応じて変調された電磁波が、体内装置１０へ非接触（例えば、コイルリンク）で送信される。送信部２０６は、体内に埋植された受信部１５１（本実施形態では、給電ユニット１５０、図２，図３参照）の位置付近に固定される。
【００２１】
本実施例では、生体埋植装置の電源として、バッテリー２０３が体外装置２０に設けられている。各部への電力は、バッテリー２０３から供給される。電力は、送信部２０６から体内装置１０へ非接触で送信される。例えば、電力は、制御信号が重畳された状態で体内装置１０へ送信される。また、制御信号とは別の電力信号として体内装置１０へ非接触で送信されてもよい。本実施形態では、体外装置２０から体内装置１０への電力伝送は、継続的に実行される。
【００２２】
＜体内装置の概略構成＞
図２，図３に示すように、体内装置１０には、少なくとも、刺激ユニット１００（「動作ユニット」の一例）、給電ユニット１５０、および、ケーブル１７０が含まれる。図２，図３に示すように、体内装置１０は、更に、帰還電極１８０を有していてもよい。帰還電極１８０は、刺激ユニット１００と電気的に接続される。
【００２３】
刺激ユニット１００は、生体組織に埋植される複数の電極１０５を備える。本実施形態において、刺激ユニット１００は、図２に示すように、網膜（視覚神経系の一例）の近傍に設置（埋植）され、各々の電極１０５から網膜に対して刺激電流を出力する（換言すれば、電気刺激を行う）。刺激電流は、帰還電極１８０へ導かれる。このため、刺激する部位（組織）を挟むようにして、刺激ユニット１００と帰還電極１８０とは設置される。
【００２４】
刺激ユニット１００で消費される電力は、給電ユニット１５０からの給電信号によって供給される。給電信号は、刺激ユニット１００と給電ユニット１５０とを電気的に接続するケーブル１７０を介して伝送される。ケーブル１７０は、絶縁性および生体適合性を持つ外装でカバーされる。
【００２５】
本実施形態では、図３に示すように、１つの給電ユニット１５０に対し、複数個の刺激ユニット１００が設けられている。図３の例では、刺激ユニット１００の数に応じて制御ユニット１００と給電ユニット１５０とを接続する配線の数を抑制するために、複数の刺激ユニット１００の少なくとも一部の間で、配線が共有化されている。
【００２６】
各々の刺激ユニット１００は、給電ユニット１５０から給電される。また、本実施形態では、図４（ａ）に示すように、各刺激ユニット１００の一面に、複数の電極１０５が設置される。電極数を増やすうえでボトルネックとなり得る回路（例えば、デマルチプレクサ）が、各刺激ユニット１００へそれぞれ設けられることで、結果として、電極配置密度を増大でき、患者に視覚させる像を高解像度化させやすくなる。
【００２７】
複数の刺激ユニット１００が設けられており、更に、各々の刺激ユニット１００に複数の電極１０５が配置された装置構成では、各々の刺激ユニット１００に、整流回路、および、デマルチプレクサ等を持つ刺激回路、等を実装する必要がある。そこで、図４（ｂ）に示すように、刺激ユニット１００と同程度のサイズを持つワンチップのＩＣ（ＩＣチップ１０１）が、各刺激ユニット１００に設けられている。ＩＣチップ１０１には、整流回路および刺激回路等が実装されている（詳細は後述）。刺激ユニット１００において、ＩＣチップ１０１は、電極１０５の接地面と反対の面に設置される。また、ＩＣチップ１０１は、ケース１０７によって気密封止される。
【００２８】
ここで、各々が複数の電極１０５を持つ刺激ユニット１００が複数設けられた装置構成において、各々の刺激ユニット１００の直径は、例えば、全電極数を２００個以上とする場合は、１ｍｍ程度かそれ以下に抑制することが望まれる。よって、部品（例えば、基準クロックを生成するための水晶振動子、比較的大容量のコンデンサ等）を実装するスペースを確保できない場合が考えられる。例えば、特許文献１記載の装置では、刺激ユニット側に、比較的大容量のコンデンサ（ｎＦオーダー）を設置する余裕があったが、刺激ユニット１００の直径を、１ｍｍ程度かそれ以下に抑制しようとすると、ＩＣチップ以外の部品搭載が難しいので、ＩＣチップ内に実装可能な、トータルで１００ｐＦオーダーとなるような、小容量のコンデンサが現実的な選択肢となる。これに伴い、給電信号における交流周波数はより高い周波数を採用する必要が生じる。
【００２９】
＜体内装置の詳細＞
本実施形態では、給電ユニット１５０が、制御情報を電力に重畳して給電信号を生成し、刺激ユニット１００へ出力する。刺激ユニット１００は、給電信号に基づいて給電される。また、刺激ユニット１００は、クロック・データ・リカバリ機能を持つ回路を有しており、これにより、給電信号から、制御信号、および、クロックが、取り出される。
【００３０】
給電ユニット１５０は、制御信号を電力に重畳して給電するうえで、符号化を行う。本実施形態では、
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によって符号化される。本実施形態においいて、刺激ユニット１００が同期を取るためのタイミング情報には、符号化された信号のエッジ（立ち上がり、立下り）が用いられる。
【００３１】
＜給電ユニットの回路構成＞
図３に示すように、給電ユニット１５０は、受信部１５１と、エンコーダ１５２と、を少なくも有する。本実施形態では、配線が複数の刺激ユニット１００で共通化されており、各ユニットに対して常時給電が行われる。つまり、給電に基づいて取得される制御情報についても、各刺激ユニット１００へ常時入力される。この場合、例えば、刺激ユニット１００毎に予め定められた識別コードと対応付けられたコマンドのみを処理するように各々の刺激ユニット１００が設定されており、これにより、各刺激ユニット１００が独立に制御されてもよい。
【００３２】
受信部１５１は、コイルリンクで体外装置２０から送信された電力および制御情報を取得する。給電ユニット１５０は図示無き整流回路を有していてもよく、体内装置１０が受信した電力は、一旦、直流電力に変換される。エンコーダ１５２は、直流電力を、制御情報に基づいてマンチェスター符号化し、ケーブル１７０を介して刺激ユニット１００へ給電する。このとき、ケーブル１７０を介して刺激ユニット１００へ供給される信号が、本実施形態における給電信号となる。
【００３３】
本実施形態の給電ユニット１５０（詳細にはエンコーダ１５２）では、マンチェスター符号を用いて刺激ユニット１００の制御情報を符号化し、電力に重畳する。符号化された信号の一単位は、Ｌｏｗレベルの信号と、Ｈｉレベルの信号と、のペアによって表現される。つまり、［Ｌｏｗ→Ｈｉ］のペア（以下［Ｕｐ］と表記）と、［Ｈｉ→Ｌｏｗ］のペア（以下、［Ｄｏｗｎ］と表記（図５では、Ｄｗｎと表記））と、の組合せにより、給電信号が形成される。なお、以下では、［Ｕｐ］および［Ｄｏｗｎ］を、まとめてマンチェスター符号と称す場合がある。
【００３４】
なお、本実施形態では、便宜上、一単位のマンチェスター符号における時間的な長さを、「１周期」と称する場合がある。
【００３５】
本実施形態では、給電ユニット１５０（詳細にはエンコーダ１５２）によって、［Ｕｐ］［Ｄｏｗｎ］の各信号における電荷の総和が略ゼロとなるように、符号化が行われる。つまり、Ｌｏｗレベルの信号は負相、Ｈｉレベルの信号は正層で符号化され、一単位（一周期）分のＬｏｗレベルの信号と、Ｈｉレベルの信号と、の総電荷は略ゼロとなる。つまり、直流成分が無い給電信号を実現できる。その結果、ケーブル１７０等に体液が侵潤し、給電信号が生体へリークしたとしても、生体内での電荷バランスが偏ってしまうことを抑制でき、生体への悪影響を抑制できる。
【００３６】
本実施形態では、制御情報に相当するバイナリデータが、［Ｕｐ］および［Ｄｏｗｎ］の組合せとして、電力に重畳される。連続する２つのマンチェスター符号によって、「０」および「１」が表される。例えば、図５の例では、連続する２つのマンチェスター符号が同じである場合「０」を表し、連続する２つのマンチェスター符号が互いに異なる場合「１」を表す。換言すれば、この場合は、２連続の［Ｕｐ］、および、２連続の［Ｄｏｗｎ］が、「０」であり、［Ｕｐ］の次に［Ｄｏｗｎ］、［Ｄｏｗｎ］の次に［Ｕｐ］、が「１」である（図５参照）。勿論、マンチェスター符号の組合せと、「０」「１」の各値との対応関係は、上記と反対であってもよい。
【００３７】
なお、以下では、連続する２つのマンチェスター符号が同じである場合、その２つのマンチェスター符号の関係を「同相」と称し、２つのマンチェスター符号が互いに異なる場合、その２つのマンチェスター符号の関係を「反転」と称する場合がある。
【００３８】
符号化されたデジタル信号から、クロックの再生および制御情報のデコードを行ううえで、max CID length（データ列に出現する連続した同じビットパターンの最大長）が定められていることが必要である。マンチェスター符号の場合、２つの符号が「反転」するビットパターンのときに、符号の切れ目を特定する必要が生じる。この制約に基づき、「反転」するビットパターンに対してmax CID lengthが設定される。一例として、以下の説明では、「反転」が連続する回数の最大値（Ｎ）は、Ｎ＝３に設定されているものとする。
【００３９】
ここで、制御情報の１ｂｉｔを、１つのマンチェスター符号で表すことも考えられるが、この場合、「反転」に対応するビットパターンは「０１」（または「１０」）であり、「０１」（または「１０」）が連続する回数を制限することとなるので、そもそもの制御情報のデータフォーマットが複雑化しやすくなる。
【００４０】
これに対し、連続する２つのマンチェスター符号が同相である場合と、反転である場合とで、異なる値を表す場合は、「反転」に対応するビットパターンは１（または０）であり、１つの数字が連続する回数が制限されればよいので、制御情報のデータフォーマットが簡潔になる。
【００４１】
但し、上記の通り制御情報のデータフォーマットは複雑化するものの、制御情報の１ｂｉｔを、１つのマンチェスター符号で表す実施形態についても、本開示は適用可能である。
【００４２】
また、本実施形態において、給電ユニット１５０（詳細にはエンコーダ１５２）によって生成される給電信号は、正負の波形が対称な差動信号である。つまり、給電ユニット１５０（詳細にはエンコーダ１５２）は、マンチェスター符号により符号化されており、且つ、正負の波形が互いに対象な２つの信号を、パラレルに生成する。ケーブル１７０は、全ての刺激ユニット１５０に対して少なくとも２つの信号線を有し、２つの信号線を介して差動信号はパラレルに送信される。差動信号は、刺激ユニット側で電圧差分を取ることによって、各々の信号の倍の電圧を得ることができる。つまり、差動信号を用いることによって、電源電圧を効率よく、刺激ユニット１００へ給電できる。
【００４３】
＜刺激ユニットの回路構成＞
前述したように、本実施形態の刺激ユニット１００には、ＩＣチップ１０１が設置されており、該ＩＣチップ１０１に各種の回路が実装されている。図６に示すように、少なくとも、整流回路１１０と、刺激回路１２０と、デコーダ１３０と、がＩＣチップ１０１に実装されている。更に、カップリングコンデンサ１４１，１４２、デカップリングコンデンサ１４５、及び、スイッチ素子１４７がＩＣチップ１０１に実装されていてもよい。ＩＣチップ１０１は、例えば、ＣＭＯＳチップであってもよい。
【００４４】
図６に示した２つの給電ライン１７１，１７２は、ケーブル１７０の一部であり、差動信号（給電信号）が伝送されてくる。差動信号は、整流回路１１０および再生回路１３０の双方に入力される。
【００４５】
刺激ユニット１００と、２つの給電ライン１７１，１７２とは、カップリングコンデンサ１４１，１４２を介して、接続されている。カップリングコンデンサ１４１，１４２は、ケーブル１７０等に体液が侵潤し、給電信号が生体へリークしたとしても、刺激ユニット１００内の回路を、直流的に切り離すことができ、刺激電極等との間での不適正な電流を防止できる。
【００４６】
＜整流回路＞
整流回路１１０は、マンチェスター符号によって符号化された信号（つまり、給電信号）を、直流信号に変換する。本実施形態において、整流回路１１０は、全波整流回路である。よって、給電信号が正相と負相の間で切換わるタイミングを除き、給電信号を直流に変換できる。本実施形態において整流回路１１０は、ＩＣチップ１０１に内蔵されたトランジスタ（例えば、ＣＭＯＳトランジスタ）等を含んで構成される。  
【００４７】
また、整流回路１１０は、入力される差動信号の電圧差分を取ることで、給電信号に対して電圧を増幅した差分信号を生成し、差分信号を直流電力に変換する。これにより、大きな電圧の直流電力を、容易に生成できる。直流電力は、整流回路出力を介して、刺激回路１２０等に供給される。
【００４８】
また、整流回路１１０からの整流回路出力と、接地と、に接続されるデカップリングコンデンサ１４５が設けられており、これによって、平滑回路が形成されている。平滑回路によって、電圧が安定した直流電力を得ることができる。
【００４９】
更に、整流回路１１０と、デカップリングコンデンサ１４５との間の配線（つまり、整流回路出力）には、スイッチ素子１４７が設けられている。スイッチ素子１４７がＯＮ（接続状態に設定）されている間、平滑回路が形成される。
【００５０】
本実施形態では、整流回路１１０に入力される給電信号が正相と負相との間で切換わる可能性があるタイミングで、スイッチ素子１４７が一時的にＯＦＦ（遮断状態に設定）される。詳細には、マンチェスター符号の１符号分の時間（２ｔ）の半分の時間（ｔ）毎に１回、スイッチ素子１４７が一時的にＯＦＦ（遮断状態に設定）される。このタイミングは、［Ｌｏｗ→Ｈｉ］における立ち上がり、［Ｈｉ→Ｌｏｗ］における立ち下りのタイミングと略同期している。スイッチ素子１４７の状態は、例えば、図７，８のタイミングチャートにおける「ＳＴｍｇ」の行に示されている。
【００５１】
小型化に伴い、整流回路１１０は、ＩＣチップ１０１に内蔵されたトランジスタ（例えば、ＣＭＯＳトランジスタ）で構成されることが考えられる。このトランジスタは、給電信号によってＯＮ・ＯＦＦするように構成されるので、給電信号の電圧がトランジスタのＯＮ・ＯＦＦ閾値以上であれば、トランジスタはＯＮする。給電電圧がデカップリングコンデンサ１４５の充電電圧以上の時は、デカップリングコンデンサ１４５を充電する方向に電流が流れるが、給電電圧がデカップリングコンデンサ１４５の充電電圧以下の時は、デカップリングコンデンサ１４５の電荷が放電される方向に電流が流れる。つまり、［Ｌｏｗ→Ｈｉ］における立ち上がり、［Ｈｉ→Ｌｏｗ］における立ち下りのタイミングでは、電流が逆方向に流れてしまうおそれがある。そこで、整流回路出力上のスイッチ素子１４７を、上記の各タイミングで一時的にＯＦＦすることで、電流が逆流することを抑制できる。
【００５２】
＜再生回路＞
再生回路１３０は、給電ライン１７１，１７２から入力される給電信号から制御信号をデコードする。また、再生回路１３０は、マンチェスター符号を読みだすタイミングクロックを、給電信号から再生する。制御信号に基づいて、少なくとも刺激回路１２０による刺激電流の出力が制御される。
【００５３】
本実施形態において、再生回路１３０は、コンパレータ１３１と、クロック生成回路１３３と、デコーダ１３４と、を有してもよい。より望ましくは、図６に示すように、再生回路１３０は、更に、遅延回路１３５を有してもよい。
【００５４】
＜コンパレータ＞
給電ライン１７１，１７２からの給電信号は、コンパレータ１３１へ入力される。ここで、コンパレータ１３１は、２つの給電ライン１７１，１７２からの信号の差分を２値化して、正相と負相の信号を生成し、クロック生成回路１３３とデコーダ１３４とのそれぞれに対して出力する。
【００５５】
＜クロック生成回路＞
クロック生成回路１３３は、入力信号（給電信号）において重畳されたマンチェスター符号に基づいて、タイミングクロック（単に、「クロック」ともいう）を生成（再生）する。クロックは、刺激ユニット１００内の各回路が同期を取るために利用される。一例として、本実施形態では、スイッチ素子１４７のＯＮ・ＯＦＦ・タイミングの生成、制御情報のデコード、および、刺激電流の出力動作等におけるタイミングの基準として、クロックが利用される。
【００５６】
＜クロックの再生＞
本実施形態におけるクロック生成回路１３３は、以下の２つのクロック信号の再生手法（生成手法）を組み合わせて、クロック信号を再生（生成）する。
【００５７】
図５に示すように、第１の再生手法として、クロック生成回路１３３は、入力信号（給電信号）におけるエッジ（立ち下り、および、立ち上がりの各々）を検出し、エッジの検出タイミングで、クロック信号（ＥｄｇｅＤｅｔ）を出力する。つまり、給電信号におけるエッジの到来毎に、クロック信号（ＥｄｇｅＤｅｔ）は出力される。
【００５８】
ここで、連続する２つのマンチェスター符号が「同相」である場合、エッジの検出タイミングは、符号化された信号の略半周期（ｔ）毎に１回、１周期（２ｔ）で２回到来する。結果、「同相」である場合、第１の再生手法で再生されるクロック信号（ＥｄｇｅＤｅｔ）から、マンチェスター符号の周期の切れ目を特定できる（換言すれば、制御情報の読み取りタイミングを得ることができる）。
【００５９】
一方で、連続する２つのマンチェスター符号が「反転」である場合、エッジの検出タイミングは、符号化された信号の一周期毎に１回到来し、このタイミングは、マンチェスター符号の周期の切れ目に対してずれている。このため、「反転」である場合は、第１の再生手法で再生されるクロック信号（ＥｄｇｅＤｅｔ）から、マンチェスター符号の周期の切れ目を特定できない。切れ目が特定できないと、各々のマンチェスター符号を、正しく判別できず、制御情報を正しく読み取れない。そこで、第１の再生手法とは別の再生手法が必要となる。
【００６０】
第２の再生手法として、クロック生成回路１３３は、入力される給電信号のエッジ毎に、計時を開始し、計時開始から新たなエッジが検出されず、且つ、所定の時間（ｔ＋α  ；但し、ｔ≦ｔ＋α＜２ｔ）が経過したタイミングで、クロック信号（ＬＤｅｔ）を出力する（図５参照。ここではα＝０）。ここで、符号化された１周期分の信号におけるデューティー比は、必ずしも１：１であるとは限らない。そこで、上記の計時に基づいてクロック信号（ＬＤｅｔ）を出力するタイミングは、符号化された信号の半周期（ｔ）よりもやや遅れたタイミング（＋α）であることが好ましい。これにより、第１の再生手法では適正にクロック信号（ＥｄｇｅＤｅｔ）を出力できないマンチェスター符号が「反転」である期間においてもクロック信号（ＬＤｅｔ）を出力でき、更に、第１の再生手法と合わせると、マンチェスター符号の略半周期tごとに出力される、タイミングクロックを生成できる。
【００６１】
ここで、第２の再生手法を実現するための具体例を、図７を参照して示す。
【００６２】
例えば、クロック生成回路１３３は、図示無き計時回路を有してもよい。計時回路は、エッジ検出からの時間を計測する。また、計時回路にはホールド回路が設けられており、計時回路による計測値が、次のエッジ検出をトリガとしてホールドされる。
【００６３】
計時回路は、時間経過に比例して増加する電気的なパラメータを持つ、種々の回路によって実現され得る。例えば、コンデンサに、時間に比例した電荷が蓄積され、コンデンサの電位として時間を計測する回路であってもよい。計時回路の計測値であって、連続する２回のエッジ検出の間の時間間隔を示す値は、ホールド回路によって、その後、予め定められた回数のエッジ検出が行われる間、ホールドされる。
【００６４】
計時回路は、直近のエッジ検出のタイミングからの計測中の値を、直近のエッジから遡って少なくともＮ＋１回分のエッジ間の時間間隔を示す値（つまり、ホールド値）と、比較する（Ｎは、max CID length）。
【００６５】
ここで、前述の通り、「反転」が連続する回数の最大値（Ｎ：本実施形態のmax CID length）が、「Ｎ＝３」として設定されているので、直前の４回分のエッジ検出の期間にホールドされたホールド回路の出力の中には、必ず、略半周期（ｔ）と対応するものが存在している。そこで、直近のエッジ検出のタイミングからの計測中の値を、直前の４回分のエッジ検出の期間にホールドされたホールド値のうち、最も小さなものと比較を行い、その結果、最小の値を、計測中の値がαだけ上回ったタイミングを検出し、クロック信号（ＬＤｅｔ）を発生させてもよい。
【００６６】
＜制御信号のデコード＞
デコード回路１３４は、クロック生成回路１３３からのクロックを用いて、給電信号から制御情報をデコードする。詳細には、各クロック信号ＥｄｇｅＤｅｔ，ＬＤｅｔに基づいて、各々のマンチェスター符号の周期の切れ目（つまり、読み込みタイミング）が特定される。そこで、クロック生成回路１３３は、周期の切れ目が特定された、連続する２つのマンチェスター符号を比較し、比較の結果として、「同相」である場合は「０」、「反転」である場合は「１」とする、シリアルな制御信号を生成し、例えば、刺激回路１２０へ出力する。なお、各クロック信号ＥｄｇｅＤｅｔ，ＬＤｅｔの立下りで同期をとって、デコードが行われることが好ましい。
【００６７】
＜遅延回路＞
遅延回路１３５は、給電信号の電位が大きく増減する、符号化された信号の略半周期（ｔ）のタイミングの前後一定期間において、スイッチ素子１４７を一時的にＯＦＦするために利用される。スイッチ素子１４７の状態は、例えば、図７，８のタイミングチャートにおける「ＳＴｍｇ」の行に示されている。
【００６８】
遅延回路１３５は、クロック信号ＥｄｇｅＤｅｔ，ＬＤｅｔが発せられてから、所定期間遅れたタイミングで、スイッチ素子１４７のＯＦＦ信号を発する（図８参照）。
【００６９】
給電信号の電位が大きく増減する期間は、給電信号のエッジが検出されるタイミングに対して前後するので、クロック信号から所定期間遅れたタイミングを作ることにより、次の電圧変化の際に、余裕を持ってスイッチ素子１４７をＯＦＦしておくことができる。従って、好適に、刺激回路等の電源電圧を安定化でき、不正な刺激電流の出力が抑制される。
【００７０】
本実施形態では、クロック信号ＥｄｇｅＤｅｔの出力からスイッチ素子１４７のＯＦＦ信号を発するまでの時間（ＳｅｔＳｔａｒｔ）と、クロック信号ＬＤｅｔの出力からスイッチ素子１４７のＯＦＦ信号を発するまでの時間（ＳｅｔＳｔａｒｔＬ）と、が個別に設定され得る。更に、スイッチ素子１４７がＯＦＦしている期間（ＳｅｔＰＷ）についても、クロック信号ＥｄｇｅＤｅｔの場合と、クロック信号ＬＤｅｔの場合と、で個別に設定されてもよい。
【００７１】
また、刺激ユニット１００には、水晶振動子クロックのような高精度の部材が存在しないので、各クロック信号ＥｄｇｅＤｅｔ，ＬＤｅｔからスイッチ素子１４７のＯＦＦ信号を発するまでの時間（ＳｅｔＳｔａｒｔ，ＳｅｔＳｔａｒｔＬ）、および、ＯＦＦしている期間（ＳｅｔＰＷ）には、装置毎に有意な製造誤差が生じることが考えられる。そこで、遅延回路には、各クロック信号ＥｄｇｅＤｅｔ，ＬＤｅｔからスイッチ素子１４７のＯＦＦ信号を発するまでの時間（ＳｅｔＳｔａｒｔ，ＳｅｔＳｔａｒｔＬ）、および、ＯＦＦしている期間（ＳｅｔＰＷ）を、製造後、事後的に調整するための調整部が設けられていてもよい。例えば、事後的にパラメータを調整できる、可変抵抗、可変容量コンデンサ等が、調整部として遅延回路に設けられていてもよい。
【００７２】
＜刺激回路＞
刺激回路１２０は、例えば、電力に基づいて、刺激電流を生成する。例えば、双極性のパルス信号を刺激電流として生成してもよい。刺激回路１２０は、制御信号再生回路１３４によって取り出された制御信号に基づいて、刺激電流を出力させる電極１０５を選択する。このような機能は、例えば、デマルチプレクサを含む回路によって実現可能である。
【００７３】
＜まとめ＞
以上のように、本実施形態では、水晶振動子等のディスクリート部品を必要としない刺激ユニット１００を、コンデンサの容量を抑制しながら実現できる。これにより、刺激ユニット１００内の電子回路を、ＣＭＯＳチップなどのワンチップにまとめることも可能となり、より効率よくデバイスを小型化できる。
【００７４】
＜変形例＞
以上、実施形態に基づいて説明を行ったが、本開示は、必ずしも上記実施形態に限定されるものではなく、種々の変形が許容され得る。
【００７５】
例えば、上記実施形態では、給電信号として、
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によって符号化された信号を生成する場合について説明した。しかし、マンチェスター符号に限定されるものではなく、給電信号にＤＣ成分を持たせずに、制御情報を重畳しうる、他の符号化方式が適用されてもよい。
【００７６】
また、例えば、上記実施形態では、生体埋植装置として、生体組織を電気的に刺激するデバイスを例示したが、刺激を行わない生体埋植装置に対しても、本開示は適用されうる。例えば、生体埋植装置は、生体組織の状態をモニターする監視デバイスであってもよいし、体の動きを補助するアクチュエータを備えたデバイスであってもよい。
【符号の説明】
【００７７】
１  生体埋植装置
１００      刺激ユニット
１１０      整流回路
１３０      再生回路
１５０      給電ユニット
１７０      ケーブル
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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