(57)【要約】【課題】  組織に対する各電極の接触状態が異なることによる生体及び視覚への影響を抑制することができる視覚再生補助装置を提供すること。【解決手段】  基板上に所定のパターンにて形成され患者の網膜を構成する細胞を電気刺激するために後眼部に設置される複数の電極と、該電極に接続され電気刺激パルス信号を前記電極から出力させる制御手段と、を備える視覚再生補助装置において、前記基板に形成される前記電極は所定の高さを有するとともに，生体組織に対する前記電極の接触状態をそろえるために前記基板から突出する電極高さが不均一とされること。【選択図】      図３
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
基板上に所定のパターンにて形成され患者の網膜を構成する細胞を電気刺激するために後眼部に設置される複数の電極と、該電極に接続され電気刺激パルス信号を前記電極から出力させる制御手段と、を備える視覚再生補助装置において、
前記基板に形成される前記電極は所定の高さを有するとともに，生体組織に対する前記電極の接触状態をそろえるために前記基板から突出する電極高さが不均一とされる
ことを特徴とする視覚再生補助装置。
【請求項２】
請求項１の視覚再生補助装置において、
前記基板上に形成される前記複数の電極は，強膜を切開して形成された強膜ポケット内に設置され、強膜ポケットの縁部の近傍に位置する前記基板上の前記電極の高さを，前記強膜ポケットの中央部に位置する電極の高さより低くすることを特徴とする視覚再生補助装置。
【請求項３】
請求項２の視覚再生補助装置において、前記複数の電極の電極高さは、周辺部に配置される電極から中央部に配置される電極に向かって徐々に高くなることを特徴とする視覚再生補助装置。
【請求項４】
請求項１〜３のいずれかの視覚再生補助装置において、前記電極の側面形状は、前記複数の電極の高さの不均一性に基づく表面積の差を抑制する目的で電極高さに応じて異なることを特徴とする視覚再生補助装置。
【請求項５】
請求項４の視覚再生補助装置において、前記凹部は前記電極側面に形成した溝であって，該溝の周縁部に所定の丸みが形成された溝であることを特徴とする視覚再生補助装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は患者の視覚を再生するための視覚再生補助装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、失明治療技術の一つとして、複数の電極が形成された基板を有する体内装置を体内に埋植し、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の研究がされている。このような視覚再生補助装置は、例えば、体外装置を用いて撮像された映像を所定の信号に変換して体内に設置された体内装置に送信し、電極から電気刺激パルス信号を出力して網膜を構成する細胞（又は組織）を電気刺激することにより、視覚の再生を試みる装置が知られている（例えば、特許文献１参照）。このような装置では、電極を患者眼の後眼部（例えば強膜内）に置き、網膜を構成する細胞を電気刺激する構成としている。
【特許文献１】特開２００４−５７６２８号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
このような視覚再生補助装置では、好適に網膜を構成する細胞を電気刺激することが望まれる。このためには、各電極の患者眼の細胞又は組織（例えば、強膜）に対する接触状態、例えば、組織に対する接触圧をできるだけ均等にし、各電極の刺激条件（状態）を揃えておくことが好ましい。
【０００４】
上記従来技術の問題点に鑑み、組織に対する各電極の接触状態が異なることによる生体及び視覚への影響を抑制することができる視覚再生補助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】
【０００５】
上記技術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。
（１）  基板上に所定のパターンにて形成され患者の網膜を構成する細胞を電気刺激するために後眼部に設置される複数の電極と、該電極に接続され電気刺激パルス信号を前記電極から出力させる制御手段と、を備える視覚再生補助装置において、前記基板に形成される前記電極は所定の高さを有するとともに，生体組織に対する前記電極の接触状態をそろえるために前記基板から突出する電極高さが不均一とされることを特徴とする。
（２）  （１）の視覚再生補助装置において、前記基板上に形成される前記複数の電極は，強膜を切開して形成された強膜ポケット内に設置され、強膜ポケットの縁部の近傍に位置する前記基板上の前記電極の高さを，前記強膜ポケットの中央部に位置する電極の高さより低くすることを特徴とする。
（３）  （２）の視覚再生補助装置において、前記複数の電極の電極高さは、周辺部に配置される電極から中央部に配置される電極に向かって徐々に高くなることを特徴とする。
（４）  （１）〜（３）のいずれかの視覚再生補助装置において、前記電極の側面形状は、前記複数の電極の高さの不均一性に基づく表面積の差を抑制する目的で電極高さに応じて異なることを特徴とする。
（５）  （４）の視覚再生補助装置において、前記凹部は前記電極側面に形成した溝であって，該溝の周縁部に所定の丸みが形成された溝であることを特徴とする。
【発明の効果】
【０００６】
本発明によれば、組織に対する各電極の接触状態が異なることによる生体及び視覚への影響を抑制することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００７】
本発明の実施の形態を図面を用いて説明する。図１は視覚再生補助装置の外観を示した概略図、図２は視覚再生補助装置における体内装置を示す図である。
【０００８】
視覚再生補助装置１は、図１及び図２に示すように、外界を撮影するための体外装置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とからなる。体外装置１０は、患者が掛けるバイザ１１と、バイザ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、一次コイルからなる送信手段１４等にて構成されている。
【０００９】
外部デバイス１３には、ＣＰＵ等の演算処理回路を有するデータ変調手段１３ａ、視覚再生補助装置１（体外装置１０及び体内装置２０）の電力供給を行うためのバッテリ１３ｂが設けられている。データ変調手段１３ａは、撮影装置１２にて撮影した被写体像を画像処理し、さらに得られた画像処理後のデータを、視覚を再生するための電気刺激パルス用データに変換する処理を行う。送信手段１４は、データ変調手段１３ａにて変換された電気刺激パルス用データ及び後述する体内装置２０を駆動させるための電力を所定の信号、本実施形態では、電磁波として体内装置２０側に伝送（無線送信）する。また、送信手段１４の中心には図示なき磁石が取り付けられている。磁石は後述する受信手段３１との位置固定に使用される。バイザ１１は眼鏡形状を有しており、図１に示すように、患者の眼前に装着して使用することができるようになっている。また、撮影装置１２はバイザ１１の前面に取り付けてあり、患者に視認させる被写体を撮影することができる。
【００１０】
次に、体内装置２０の構成を説明する。図２（ａ）は、体内装置２０の外観を示し、図２（ｂ）は刺激部４０の側方断面図である。図３は、電極４４の構成を示す斜視図である。体内装置２０は、大別して体外装置１０から送信される電気刺激パルス信号用データや電力を電磁波にて受け取る受信部３０と、網膜を構成する細胞を電気刺激する刺激部４０により構成される。
【００１１】
受信部３０には、体外装置１０からの電磁波を受信する２次コイルからなる受信手段３１と、体内装置２０の制御部３２が設けられている。制御部３２は、受信手段３１にて受信された電気刺激パルス用データと電力とを分けるとともに、電気刺激パルス用データと電力を基に、視覚を得るための電気刺激パルス信号と、電気刺激パルス信号と対応する（電気刺激パルス信号を出力させる）電極を指定する電極指定信号等を含む制御信号とに変換し、刺激部４０へ送信するための役割を持っている。
【００１２】
受信手段３１と制御部３２は、基板３３上に形成されている。なお、受信部３０には送信手段１４を位置固定させるための図示なき磁石が設けられている。また、帰還電極（不関電極、対向電極）３４は、その先端が眼内に置かれ網膜を挟んで電極４４に対向して配置されることにより、効率的よく細胞等を電気刺激するための部材である。
【００１３】
また、刺激部４０は、電気刺激パルス信号を出力する複数の電極４４、刺激制御部４２（制御手段）、これらが設置される基板４３で構成される。各電極４４は、所定のパターン（例えば、正方格子状、六方格子状等）で基板４３上に所定の高さで突出するように形成される。また、電極４４の各々が刺激制御部４２に接続される。刺激制御部４２は、制御部３２から送られてきた制御信号（電極指定信号を含む）に基づいて、対応する電気刺激パルス信号を電極４４の各々へ振り分けるマルチプレクサ機能を有する。
【００１４】
各電極４４は、生体適合性の高い導体である貴金属の薄膜形成又は貴金属塊からの切り出し成型等により形成される。本実施形態では、電極４４は、切り出しにより成型された円柱状の部材とされる。電極４４の外径は１００〜５００μｍとされ、基板４３から突出した電極４４の頂点までの高さ（以下電極高さと呼ぶ）は５０〜５００μｍ程度とされる。また、電極４４の先端（頭部）は、強膜等の患者眼の後眼部の組織と電極４４とが接触したときに、組織に負担とならないように丸みを持った形状とされる。また、電極４４の先端が丸くされ、電極４４の外周が円状とされるため、電極４４の表面からほぼ均等に電気刺激パルス信号が出力される。また、詳細は後述するが、電極４４の電極高さは、不均一とされ、電極高さが低い電極４４の側面には溝４５が形成される。
【００１５】
基板４３は、眼内、特に、層状の眼組織内に設置されるため、眼球の形状に沿うことが好ましく、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。このため、基板４３は、生体適合性が高く、所定の厚さにおいて折り曲げ可能（フレキシブル）な素材を長手方向に延びた平板状に加工したものを用いる。基板４３の厚みは、１０〜１００μｍとされる。この基板４３には、電極４４と刺激制御部４２とを電気的に接続する導線であるワイヤ４１が配置される。ワイヤ４１は、生体適合性の高い貴金属で形成され、ワイヤ４１の厚み（径）は、基板４３のフレキシブル性や長期設置性に好ましい程度の厚み、例えば、１０〜１００μｍとされる。なお、基板４３の側面の一部には、切り欠きが形成されており、基盤４３が長手方向に曲がり易くされる。これにより、基板４３が眼球に沿い易くなる。
【００１６】
刺激制御部４２は、各半導体素子の組合せにより機能を果たす半導体の集積回路であり、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を基板４３側にして接合されている。また、刺激制御部４２は、体液等の浸潤を抑制するため、気密ケースを用いて密封（ハーメチックシール）される。
【００１７】
また、体内において離れた位置に置かれる受信部３０と刺激部４０（刺激制御部４２）とは複数のワイヤ（導線）にて接続され電気的に接続されている。これらの複数の導線は取扱いがし易いように生体適合性を有する樹脂にて包埋され、ケーブル５０として用いられる。なお、図示は略すが、受信部３０は気密端子を有し、内部の電気回路と外部のケーブル５０、帰還電極３４は、この気密端子を介して接続される。さらに、容器の上から生体適合性がよく絶縁性を有する樹脂等でコーティングされる。
【００１８】
次に、電極４４の構成と配置について説明する。図示すように、本実施形態では基板４３から突出して形成された電極４４の電極高さが不均一とされている。電極４４の電極高を不均一とすることで、電極４４が患者眼の後眼部に設置された際に、生体組織に対する電極４４の接触状態をそろえ、生体組織に対する各電極の刺激条件が異なることによる生体及び視覚への影響を抑制するものとしている。刺激条件とは、電極から出力される電気刺激パルス信号以外のパラメータを指し、例えば、電極の組織に対する接触圧等が挙げられる。例えば、電極の接触圧が異なることにより、特定の電極位置の組織が刺激されてしまい患者が光覚を感じてしまう場合がある。
【００１９】
また、電極４４の電極高さに応じて、電極４４の側面には溝４５が形成される。溝４５は、電極４４の突出方向に対し直交して円周状に形成された凹部である。凹部が形成されることで、電極４４の表面積が拡大される。なお、電極４４１個に形成される溝４５の数は、図示するように電極４４の電極高さに応じて異なる。なお、電極高さが低くなることにより、電極の表面積（側面の面積）が小さくなってしまう。これに対して、電極高さが低い程、溝４５を多く形成することにより、電極高さに依らず、それぞれの電極４４で表面積がほぼ同じとなる。これにより、それぞれの電極４４において電荷注入能力をほぼ等しくできる。なお、溝４５の縁部分には、丸みが付けられており、電極４４から電気刺激パルス信号が出力される際に溝４５付近で電荷が集中することを低減している（電界集中を低減している）。これにより、溝４５付近の細胞等に電荷が集中し過ぎないようにできる。
【００２０】
なお、本実施形態の刺激部４０は、患者眼の強膜をポケット状に切開して形成した強膜ポケットに挿入されて後眼部に設置される。図中の矢印Ｉは、基板４３の挿入方向を示す。ここで、電極４４の電極高さは、電極４４及び基板４３が強膜ポケット内に設置された際に、それぞれの電極４４が組織に接触する際に生じる接触圧が略均等となるように、電極高さが定められる。具体的には、所定のパターンで配置された複数の電極４４において、周辺部の電極４４の電極高さを、中央部の電極４４の電極高さよりも低くする。さらには、基板４３の挿入方向に対して、前方及び左右方向（両側）に位置する電極４４の電極高さを中央部に位置する電極４４よりも低くする。これにより、強膜ポケットに電極４４及び基板４３が設置された際に、強膜ポケットの縁部の近接に位置する基板４３上の電極４４の高さが、強膜ポケットの中央部に位置する電極４４の高さよりも低くなる（後述する）。なお、電極４４の電極高さは、周辺部に配置される電極４４から中央部に配置される電極４４に向かって徐々に高くなっている。なお、本実施形態では、強膜ポケットに基板４３を挿入し易くするために、基板４３の先端部（挿入方向の前方）に丸みが付けられている。
【００２１】
次に、このような体内装置２０の設置状態を説明する。図４は、刺激部４０を患者眼Ｅの眼内に埋植した状態を示す模式図である。図４（ａ）は、患者眼Ｅの断面図であり、図４（ｂ）は、強膜ポケットＰの上面透過図、図４（ｃ）は、強膜ポケットＰの横断面図である。図４では、説明の簡便のため前述の部材の図示を一部略し、縮尺を一部変更した。
【００２２】
図４（ａ）に示すように、基板４３の先端部が強膜ポケットＰ内に挿入され、電極４４が強膜Ｅ３内に設置される。また、基板４３の刺激制御部４２部分は、強膜Ｅ３の外側に置かれる。そして、縫合等により基板４３を強膜Ｅ３に固定することで、刺激部４０が患者眼Ｅの後眼部に固定される。ここで、強膜ポケットＰは、患者眼の後眼部の一部をメス等で切開し、切開されたポケットの開口部から眼球の曲面に沿って強膜Ｅ３内を層状に切開することで形成される。
【００２３】
図４（ｂ）に示すように、強膜ポケットＰは、基板４３の先端部及び電極４４が収まる程度の大きさとされ、基板４３の先端部の形状を若干大きくした方形状とされる。強膜ポケットＰは、基板４３の挿入口となる開口部Ａ、開口部Ａの両端から周囲端部（縁部）Ｂに向かって所定の長さで切開されて形成された２つの周囲端部（縁部）Ｓ、周囲端部Ｓのそれぞれの端と繋がり開口部Ａの反対側に形成された周囲端部Ｂ、を持つ。端部Ｓ、Ｂは、強膜ポケットＰの縁部となる。なお、図において実線は切開（分離）箇所、点線は強膜Ｅ３が繋がっている（切開されていない）箇所を示す。
【００２４】
なお、強膜ポケットＰの強膜Ｅ３は、強膜Ｅ３の内側（脈絡膜Ｅ２）に向かって閉じる復元力（弾性力、収縮力）を持っている。特に、端部Ｓ、Ｂ等の近傍の強膜Ｅ３は、強膜Ｅ３が切開されていないため、空間が広がりにくい。従って、端部Ｓ、Ｂ等の近傍では、強膜ポケットＰの中央部に比べて復元力が高い。このため、強膜ポケットＰ内に設置される基板４３及び電極４４は、強膜Ｅ３から内側に向かって圧迫されることとなる。なお、内側の強膜Ｅ３も復元力を有しており、電極４４等からの押圧力に対して抗力を有する。
【００２５】
図４（ｃ）に示すように、強膜ポケットＰ内に設置された基板４３と電極４４は、強膜Ｅ３により内側に向かって圧迫される。このとき、端部Ｓの近傍では、強膜Ｅ３の復元力（強膜Ｅ３によって電極４４を挟待する力）が高くなる。これにより、端部Ｓに位置する電極４４は、中央部の電極４４よりも強く圧迫される。
【００２６】
このため、前述のように、周辺部の電極４４（図では両側）の電極高さを、中央部の電極４４よりも低くすることで、強膜Ｅ３と電極４４（図では横一列の７個）の接触圧を略均等としている。また、電極４４の電極高さを周辺部から中央部に向かって徐々高くすることで、強膜ポケットＰが開かれることにより湾曲する強膜Ｅ３の面への電極４４の接触が好適に行われる。なお、周辺部から中央部に向かう電極高さの変化が、強膜Ｅ３の湾曲に沿うように定められることが好ましい。
【００２７】
なお、以上の説明では、端部Ｓを横断する強膜ポケットＰの断面図を参照し、基板４３の両側部の電極高さについて説明したが、基板４３の先端部に位置する電極４４においても同様である。この場合、端部Ｂの近傍に位置する周辺部の電極４４から中央部に位置する電極４４に向かって電極高さが徐々に高くなる。これにより、強膜ポケットＰ内に電極４４を設置した際に、強膜Ｅ３への電極４４の接触圧がほぼ同等とされる。また、先端部（前方）の電極４４が低いため、基板４３及び電極４４を強膜ポケットＰに挿入し易くなる。
【００２８】
以上のように、強膜ポケット内に設置されたそれぞれの電極４４と脈絡膜Ｅ２との接触状態が各電極位置によらずそろえられる。このため、生体組織に対する各電極の接触状態が異なることによる生体及び視覚への影響が抑制される。これにより、各電極の刺激条件がそろえられ、好適に網膜を構成する細胞が電気刺激される。
【００２９】
なお、本実施形態では、電極４４を強膜Ｅ３内に置くものとしているが、これに限るものではなく、強膜Ｅ３と脈絡膜Ｅ２の間に置いてもよい。
【００３０】
一方、帰還電極３４は図４（ａ）に示すように眼内（硝子体内）に置かれる。このため、網膜Ｅ１は電極４４と帰還電極３４との間に位置することとなる。電極４４から出力された電気刺激パルス信号は帰還電極３４へと向かうため、電気刺激パルス信号は、網膜Ｅ１を通過することとなる。
【００３１】
また、受信手段３１は、体外装置１０に設けられた送信手段１４からの信号（電気刺激パルス用データ及び電力）を受信可能な生体内の所定位置に設置される。例えば、図１に示すように、患者の側頭部の皮膚の下に受信部３０（図では受信手段３１のみ示している）を埋め込むとともに、皮膚を介して受信部３０と対向する位置に送信手段１４を設置しておく。受信部３０には、送信手段１４と同様に磁石が取り付けられているため、埋植された受信部３０上に送信手段１４を位置させることにより、磁力によって送信手段１４と受信部３０とが引き合い、送信手段１４が側頭部に保持されることとなる。
【００３２】
なお、ケーブル５０は、側頭部に埋め込まれた受信部３０から側頭部に沿って皮膚下を患者眼に向かって延び、患者の上まぶたの内側を通して眼窩に入れられる。眼窩に入れられたケーブル５０は、図４（ａ）に示すように強膜Ｅ３の外側を通り、基板４３に設置された刺激制御部４２に接続される。
【００３３】
以上のような構成を備える視覚再生補助装置１において、図５に示す視覚再生補助装置１の制御系ブロック図に基づいて、その動作を説明する。
【００３４】
図１に示す撮影装置１２により撮影された被写体の撮影データ（画像データ）は、データ変調手段１３ａに送られる。データ変調手段１３ａは、撮影した被写体を患者が認識するために必要となる所定のデータパラメータ（電気刺激パルス用データ）に変換し、さらに電磁波として伝送するのに適した変調信号を生成し、送信手段１４より電磁波として体内装置２０側に送信する。
【００３５】
また同時に、データ変調手段１３ａは、バッテリ１３ｂから供給されている電力を前述した変調信号（電気刺激パルス用データ）の帯域と異なる帯域の電磁波として前記変調信号と合わせて体内装置２０側に送信する。
【００３６】
体内装置２０側では、体外装置１０より送られてくる変調信号と電力とを受信手段３１にて受け取り、制御部３２に送る。制御部３２では受けとった信号から、電力を得ると共に変調信号が使用する帯域の信号を抽出するとともに、この変調信号に基づいて電気刺激パルス用パラメータ信号と制御信号とを形成し、電極指定信号である制御信号を刺激制御部４２に送信する。
【００３７】
刺激制御部４２は、受け取った信号に基づき電力及び制御信号を抽出する。刺激制御部４２は、制御信号に基づき制御部３２から供給される電気刺激パルス信号を各電極４４に分配し、出力させる。各電極４４から出力される電気刺激パルス信号は、帰還電極３４へと向かって強膜Ｅ３，脈絡膜Ｅ２，網膜Ｅ１を通過する。そして、網膜Ｅ１を構成する細胞が効率的に刺激され、患者は視覚（擬似光覚）を得る。
【００３８】
なお、以上説明した本実施形態では、電極（刺激部）を、強膜ポケット内に設置する構成としたが、これに限るものではない。電極を患者眼の後眼部に設置し、網膜を構成する細胞を電気刺激できる構成であればよく、電極を網膜下や網膜上に設置する構成であってもよい。この場合、曲面を持つ網膜に沿うような電極高さとした刺激部を用いる。例えば、網膜下に刺激部を設置する場合、刺激部側からみて凸面の網膜に接触する電極の接触圧を略均等とするために、あるパターンで配置された電極の周辺部の電極高さを中央部よりも高くする。また、網膜上に至芸部を設置する場合、刺激部側からみて凹面の網膜に接触する電極の接触圧を略均等とするために、あるパターンで配置された電極の周辺部の電極高さを中心部よりも低くする。
【００３９】
なお、以上説明した本実施形態では、電極の側面に凹部である溝を設け、電極高さの異なる電極の表面積を略均一とする構成としたが、これに限るものではなく、電極の高さの不均一性に基づく表面積の差を抑制する目的で電極高さに応じて異なる側面形状を形成されていればよい。例えば、凹部の形状は溝に限るものではなく、孔、切り欠き等の表面積が拡大される凹部であればよい。また、溝等の凹部ではなく、凸部や、凹凸の組み合わせによって電極全体の形状を形成してもよい。
【００４０】
なお、以上説明した本実施形態では、電極高さの異なる複数の電極において、電極に凹部を設け電極が持つ電荷注入能力を略均一とする構成としたが、これに限るものではない。電極が持つ電荷注入能力が充分なものであれば、言い換えると、電極の表面積が充分大きけれは、電極高さが異なる電極において凹部を形成する構成でなくともよい。
【図面の簡単な説明】
【００４１】
【図１】視覚再生補助装置の外観を示した概略図である。
【図２】視覚再生補助装置の体内装置を示した概略図である。
【図３】電極４４の構成を示す斜視図である。
【図４】刺激部４０を体内に設置した状態を示した図である。
【図５】視覚再生補助装置の制御系を示したブロック図である。
【符号の説明】
【００４２】
１  視覚再生補助装置
１０  体外装置
２０  体内装置
３０  受信部
３１  受信手段
３２  制御部
３４  帰還電極
４０  刺激部
４２  刺激制御部
４３  基板
４４  電極
４５  溝
【図１】
2010082289.tif 000003
【図２】
2010082289.tif 000004
【図３】
2010082289.tif 000005
【図４】
2010082289.tif 000006
【図５】
2010082289.tif 000007