(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
外部デバイスであって、
被験者の眼の前に配置されるように構成されたマウントと、
前記マウントに結合されたレーザーであって、３８０〜７５０ｎｍの外側の輻射線を前記眼へ放出するように構成された前記レーザーと、
前記マウントに結合された部分的に透明な鏡と
を備えた前記外部デバイスと、
前記被験者の眼に全体が埋め込まれるように構成された眼球内デバイスであって、
前記レーザーからの前記輻射線を受け、それに応答して電圧降下を生成するように構成されたエネルギー受信機と、
複数の刺激電極と、
複数の光センサーであって、各光センサーは、光子を検出し、それに応答して信号を生成するように構成された、前記複数の光センサーと、
前記エネルギー受信機に結合され、前記光センサーへの可視光の屈折を容易にする複数のマイクロレンズと、
前記エネルギー受信機および前記光センサーに結合された駆動回路であって、前記光センサーから前記信号を受け、前記光センサーからの前記信号に応答して前記眼の網膜に電流を加えるように前記電圧降下を使用して前記電極を駆動するように構成された前記駆動回路と
を備えた前記眼球内デバイスと
を備え、前記外部デバイスは、前記マウントに結合されたセンサーであって、前記被験者の瞼が閉じたときを検出するように構成された前記センサーを備え、前記レーザーは、前記瞼が閉じたときに前記被験者の眼への前記輻射線の放出を中止するように構成された、装置。
【請求項２】
外部デバイスであって、
被験者の眼の前に配置されるように構成されたマウントと、
前記マウントに結合されたレーザーであって、３８０〜７５０ｎｍの外側の輻射線を前記眼へ放出するように構成された前記レーザーと、
前記マウントに結合された部分的に透明な鏡と
を備えた前記外部デバイスと、
前記被験者の眼に全体が埋め込まれるように構成された眼球内デバイスであって、
前記レーザーからの前記輻射線を受け、それに応答して電圧降下を生成するように構成されたエネルギー受信機と、
複数の刺激電極と、
複数の光センサーであって、各光センサーは、光子を検出し、それに応答して信号を生成するように構成された、前記複数の光センサーと、
前記エネルギー受信機および前記光センサーに結合された駆動回路であって、前記光センサーから前記信号を受け、前記光センサーからの前記信号に応答して前記眼の網膜に電流を加えるように前記電圧降下を使用して前記電極を駆動するように構成された前記駆動回路と
を備えた前記眼球内デバイスと
を備え、前記眼球内デバイスは、前記エネルギー受信機に結合され、前記光センサーへの可視光の屈折を容易にする複数のマイクロレンズを備えた、装置。
【請求項３】
前記光センサーは、前記レーザーからの前記輻射線に概ね無反応である、請求項１又は２に記載の装置。
【請求項４】
前記眼球内デバイスは、可視光のみの前記光センサーへの透過を可能とするように構成されたフィルターを備えた、請求項１又は２に記載の装置。
【請求項５】
前記電極は、露出した先端を有する針電極を備えた、請求項１又は２に記載の装置。
【請求項６】
前記複数の刺激電極は、少なくとも１００の電極を備えた、請求項１又は２に記載の装置。
【請求項７】
前記眼球内デバイスは、網膜上の位置に埋め込まれるように構成された、請求項１又は２に記載の装置。
【請求項８】
前記マウントは、周辺不可視光の前記光センサーへの透過を妨げるように構成されたフィルターをさらに備えた、請求項１又は２に記載の装置。 
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
関連出願の相互参照
本願は、参照により本明細書に組み込まれる、２００９年２月９日に出願した「Ｒｅｔｉｎａｌ  Ｐｒｏｓｔｈｅｓｉｓ（網膜人工器官）」と題するＧｒｏｓｓによる米国特許出願第１２／３５８，１５０号の優先権を主張するものである。
【０００２】
本発明の実施形態は一般に、埋め込み型医療用具に関し、特に網膜人工器官に関する。
【背景技術】
【０００３】
変性網膜疾患による、網膜の機能不良は、失明および視力障害の主な原因である。網膜人工器官の埋め込みは、網膜に関連する失明に苦しむ人々に一部の有益な視覚を回復するための技術である。
【０００４】
網膜は、眼の後部の内側部分を覆う多層の光感受性構造体である。網膜は、たとえば桿状体および円錐体のような、光を取り込み、光の信号を、視神経を通じて脳に伝送される神経信号に変換する光受容細胞を含む。桿状体は、光感受性の低解像力の黒白視覚に関与し、一方、円錐体は、高解像力の色覚に関与する。ほとんどの円錐体は、網膜の中心を定める中心窩内にある。
【０００５】
Ｒｉｚｚｏらによる米国特許第６，９７６，９９８号明細書では、安全で効果的な網膜人工器官として説明される外部電力源の眼球デバイスを説明する。このデバイスは、電子部品を備えた網膜人工器官の必要とされるすべての機能を実行するものとして説明され、これら電子部品は、眼球の壁面の外側に配置され、外部パワー・ソースによりワイヤレスに給電され、眼の自然な動きによって決まり、網膜で収束する自然入射光によりトリガーされる視覚を患者にもたらす。外部パワー・ソースによる光起動式の網膜下人工器官が説明されており、この人工器官においては、眼に入る自然光が視覚の詳細を網膜下人工器官に搬送し、一方、ワイヤレスの無線周波数の伝送が網膜の刺激に必要な電力を提供し、この電力は、入射光の輝度からしか得られない場合には不十分である。
【０００６】
Ｍｉｃｈｅｌｓｏｎによる米国特許第４，６２８，９３３号明細書では、網膜の機能不良による失明に対する視覚人工器官であって、その１つの表面に感光性デバイスの稠密アレイを有する小型デバイスを含む視覚人工器官を説明する。複数の電極が、デバイスの対向側表面から伸び、感光性デバイスの出力に接続される。デバイスは、眼の後眼房に挿入されるように適合され、光学経路の焦点面に概ね配置されて、網膜に作用する。アンカー手段は、デバイスを、感光性アレイの照度パターンに対応するパターンでニューロンを刺激するために網膜の表面にある神経細胞アレイに動作可能に接続された電極で固定する。デバイスは、外部誘導電磁または無線周波数のエネルギーによって給電され、生物学的に不活性な筐体に収められる。増幅器アレイは、視覚信号を増幅、成形、および時間処理するために、感知要素と電極の間に置かれてもよい。
【０００７】
Ｎｉｓｃｈによる米国特許第６，２９８，２７０号明細書では、網膜に基板を適用するための表面を持つ基板を有する網膜インプラントを説明する。基板は、網膜内の細胞を刺激するための電極を備える。電極は、表面に提供され、電極によって刺激が細胞に与えられるように、網膜に作用する可視光線に露出される。さらにインプラントは、不可視光線に反応する光起電力層を備える。刺激は、光起電力層により生成される電圧を使用して、局所的に切り替えられる。
【０００８】
Ｇｒｅｅｎｂｅｒｇらによる米国特許第６，５０７，７５８号明細書では、極度に視力が損なわれているかまたは失明した患者の網膜に、光子のビームを直接調節するためのデバイスを説明する。その目的は、基本的に（眼の外部の）光起動式光受容体または光電材料を有することにより動作する、眼に埋め込まれた網膜人工器官に、十分な画像処理エネルギーを供給することである。デバイスは、十分な光増幅をもたらすものとして説明され、それを対数的に行なう。十分な出力光パワーを有するが、出力光レベルは依然として説明される安全レベルにとどまる。ほとんどの実施形態は、眼への正味荷電注入を伴わない均衡のとれた二相性刺激を含む。たとえば光ズームレンズを使用する、画像の光学的および電子的な拡大はいずれも組み込まれる。それ以外の場合、特定の関心対象または必要性のある事項にズームインすることは実行不可能であることが説明される。適正な調整を行なわなければ、不適切なしきい値振幅は、不快な最大しきい値も得ることになる。したがって、これらを調整するために、しきい値振幅および最大快適しきい値のための適正な調整をもたらす方法が説明される。さらに、網膜内の個々の刺激部位がさまざまな色知覚をもたらす程度まで、刺激を受けた後、表示される場面の色は、特定量の色覚をもたらすための特定の刺激部位と相関付けられる。
【０００９】
Ｓｈｉｒｅらによる米国特許第６，３２４，４２９号明細書では、失明者のための長期にわたり埋め込み可能な網膜人工器官を説明しており、これは患者に一部の有益な視覚を回復するものとして説明される。網膜上デバイスは、薄く強固で柔軟な、既知の生体適応材料で作られるかまたは覆われるものとして説明され、眼の塩分環境において長い可使時間を有すると説明される。インプラントの機能は、制御された電流源を使用して網膜の表面の神経節細胞層を電気的に刺激することである。インプラントは、平面形態を有し、柔軟で非常に低質量なので、患者の不快感および体液の排出を最小化するものとして説明される。これらの物理的特性は、眼の最も繊細な構造体である網膜に損傷を与える可能性を大幅に減少させるので、デバイスの長期的な安全性および生体適合性を高めるものであると説明される。デバイスに結合されるためにマイクロケーブルは必要なく、その全体の形状および縁部は丸みを帯びているので、デバイスは、長期的な埋め込み中に網膜にストレスを与えることはないと説明される。また、栄養素がデバイスの下の網膜細胞に到達して、細胞の長期的な健康状態を確保できるよう備えられる。デバイスは、画像およびデータを処理して、網膜表面の神経節細胞に再伝送するように意図されている。
【００１０】
Ｈｕｍａｙｕｎらによる米国特許第５，９３５，１５５号明細書は、視覚画像を認知して視覚信号出力を生成するためのカメラと、ユーザーの網膜に動作可能に結合されるように適合された網膜組織刺激回路と、視覚信号出力を眼内の網膜組織刺激回路に伝送するためのワイヤレス通信回路とを備える視覚人工器官を説明する。視覚信号出力を生成するため、カメラは、所定の時点において画像を選択するためにサンプリングされる視覚画像を電気インパルスに変換する。次いで、サンプリングされた画像信号は、ピクセル化表示できるように符号化される。次いで、この信号は、無線周波数の搬送波信号を変調するために使用される。一次コイルおよび二次コイルを有する同調コイルペアは、ＫＦ変調視覚信号を送信および受信するために使用され、次いでこの信号は眼内で復調される。網膜刺激回路は、視覚信号出力を複数の個々の刺激制御信号に復号化するための復号器を含み、この制御信号は、マトリクスを形成する複数の電極を有する電極アレイによって使用されるように刺激電流信号を生成するために電流生成回路によって使用される。眼内の部品は、送信された視覚信号から抽出されたエネルギーにより給電される。電極アレイは、鋲、磁石、または接着剤を介して網膜に結合される。
【００１１】
Ｐａｌａｎｋｅｒらによる米国特許第７，０４７，０８０号明細書では、周辺光によってのみ照明される眼球内光電池により給電される自給の網膜人工器官を説明する。光電池は、網膜の周辺、または眼の前房に配置されてもよい。適応網膜人工器官もまた、人工器官内で通電されるピクセルの数が周辺光からの可変使用可能電力に従って選択されるように提供される。
【００１２】
Ｔａｉらによる米国特許出願公開第２００６／０２８２１２８号明細書では、眼球内網膜人工器官システム、およびそのような人工器官を作成するための方法を説明する。人工器官デバイスは、電極アレイ領域を電力およびデータ管理領域と接続するケーブル領域を含む。電極アレイ領域は、露出された電極の１つまたは複数のアレイを含み、電力およびデータ管理領域は、さまざまな電力および制御要素を含む。電力およびデータ管理要素は、１つの態様において、１つまたは複数のＲＦコイル、およびケーブルを介して駆動信号を電極に提供して電力および信号を１つまたは複数のＲＦコイルから受信するように構成される回路配置および／またはチップを含む。各領域は、同じ制作プロセス中に単一高分子層上または単一高分子層内で作成された要素を含む。
【００１３】
Ａｍｅｒｉらによる米国特許出願公開第２００７／０１９１９０９号明細書では、比較的小さい強膜の切開により視界を増大させる広角視野網膜人工器官を説明する。網膜人工器官は、中央部材および少なくとも１つのウィングを備え、網膜の中央および周辺の神経を刺激するように構成される電極のアレイが配置された柔軟な基板を含むものと説明される。人工器官は、適切な柔軟性を得るために望ましい数の開口を含むことができる。
【００１４】
Ｒｉｚｚｏによる米国特許第５，５９７，３８１号明細書では、被験者への対象物の網膜上埋め込みのための方法を説明する。方法は、通常は透明の皮質硝子体を可視にするステップ、および被験者の皮質硝子体の少なくとも一部を粘着性の網膜表面から分離して、網膜と分離された皮質硝子体素材との間に網膜上空間を形成するステップとを含む。埋め込まれる対象物は、網膜上空間に導入されて、対象物は網膜の表面と係合されてもよい。次いで、好ましい実施形態において、対象物は、網膜の表面に接着されてもよい。たとえば電気的に刺激される神経節細胞がある網膜の神経組織など、神経組織と連絡するための神経連絡構造体を埋め込む方法もまた、説明される。連絡構造体は、網膜の内部表面のような第１の身体位置に結合するための第１の部分と、相互接続を介して第１の部分と相互接続され、神経組織との連絡を保持される第２の部分とを備える。相互接続は、第２の部分のジオメトリと併せて神経組織に対するあらかじめ選択された望ましい接触圧力を提供する弱い復元力を呈する。網膜に適合されるので、相互接続は、網膜の内周部に沿った相互接続の曲率に応じて生じた弱い復元力を呈する。
【００１５】
Ｗｙａｔｔらによる米国特許第６，３６８，３４９号明細書では、眼内への埋め込み用の神経人工器官を説明する。人工器官は、折りたたみ可能な基板、および基板によって支持される少なくとも１つの電子部品を含む。少なくとも１つのマイクロチャネルは、基板内に配置される。膨張すると、折りたたみ可能基板は、神経組織との電子部品の緊密な接触をもたらすように展開して、狭い切開部を通じて外科的埋め込みを容易にし、しかも展開されたデバイスが有益な視覚をもたらすように患者の網膜の十分に大きな部分をカバーすることができるようにすると説明される。
【００１６】
関連する参考文献は、以下のとおりである。
米国特許第２，７２１，３１６号明細書
米国特許第２，７６０，４８３号明細書
米国特許第４，２７２，９１０号明細書
米国特許第４，５５１，１４９号明細書
米国特許第４，６０１，５４５号明細書
米国特許第４，６６４，１１７号明細書
米国特許第４，９６９，４６８号明細書
米国特許第５，０１６，６３３号明細書
米国特許第５，０２４，２２３号明細書
米国特許第５，１０８，４２７号明細書
米国特許第５，１０９，８４４号明細書
米国特許第５，１４７，２８４号明細書
米国特許第５，１５９，９２７号明細書
米国特許第５，３９７，３５０号明細書
米国特許第５，４１１，５４０号明細書
米国特許第５，４７６，４９４号明細書
米国特許第５，５２６，４２３号明細書
米国特許第５，５７５，８１３号明細書
米国特許第５，６７４，２６３号明細書
米国特許第５，８００，５３３号明細書
米国特許第５，８００，５３５号明細書
米国特許第５，８３６，９９６号明細書
米国特許第５，８３７，９９５号明細書
米国特許第５，８６５，８３９号明細書
米国特許第５，８７３，９０１号明細書
米国特許第５，８９５，４１５号明細書
米国特許第５，９４４，７４７号明細書
米国特許第６，０３２，０６２号明細書
米国特許第６，２３０，０５７号明細書
米国特許第６，３８９，３１７号明細書
米国特許第６，４４２，４３１号明細書
米国特許第６，６１１，７１６号明細書
米国特許第６，６５８，２９９号明細書
米国特許第６，７５５，５３０号明細書
米国特許第７，００３，３５４号明細書
米国特許第７，００６，８７３号明細書
米国特許第７，０２７，８７４号明細書
米国特許第７，０３１，７７６号明細書
米国特許第７，０３７，９４３号明細書
米国特許第７，１０３，４１６号明細書
米国特許第７，１３９，６１２号明細書
米国特許第７，１６２，３０８号明細書
米国特許第７，２５１，５２８号明細書
米国特許第７，３２１，７９６号明細書
ＰＣＴ国際公開第２００７／０９５３９号パンフレット
Ｚｒｅｎｎｅｒ  Ｅ．，２００２年「ＷｉＬＬ  ｒｅｔｉｎａｌ  ｉｍｐｌａｎｔｓ  ｒｅｓｔｏｒｅ  ｖｉｓｉｏｎ？（人工網膜は視覚を復元するか？）」Ｓｃｉｅｎｃｅ  ２９５（５５５７），１０２２〜１０２５頁
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１７】
本発明の一部の適用において、装置は、網膜疾患に苦しむ被験者の少なくとも部分的な視覚を回復するために提供される。
【課題を解決するための手段】
【００１８】
この装置は、被験者の眼の前に配置されるマウントを備えた外部デバイスを備える。このマウントは、たとえば、１つのメガネであってよい。外部デバイスは、パワー・ソース、たとえばレーザーをさらに備え、このパワー・ソースは、マウントに結合され、被験者の眼に向かい可視域の外にある輻射エネルギーを放出するように構成される。
【００１９】
この装置は、加えて、被験者の眼に全体が埋め込まれる眼球内デバイスを備える。この眼球内デバイスは、網膜上または網膜下のいずれかの位置で、被験者の眼に埋め込まれるように構成される。眼球内デバイスは、薄く、通常は柔軟なシリコンアレイを備える。眼球内デバイスは、エネルギー受信機を備え、エネルギー受信機はパワー・ソースからの輻射エネルギーを受け、眼球内デバイスの他の部品に給電するための電力信号を生成する。眼球内デバイスは、アレイをさらに備え、このアレイの各ユニットは光センサーおよび刺激電極を備える。各光センサーは、光子を検出し、光子に応答して光センサー信号を生成する。光センサー信号は、駆動回路に渡され、駆動回路はエネルギー受信機からのエネルギーを使用して、電流を網膜に加えるように電極を駆動する。網膜の刺激は、網膜神経節細胞の活動電位を引き出し、眼の損なわれていない機構を活性化することにより一部の視覚を回復する。
【００２０】
したがって、本発明の一部の適用により、
外部デバイスであって、
被験者の眼の前に配置されるように構成されたマウントと、
このマウントに結合され、３８０〜７５０ｎｍの外側の輻射線を放出するように構成されたレーザーと、
マウントに結合された部分的に透明な鏡と
を含む上記外部デバイスと、
被験者の眼に全体が埋め込まれるように構成された眼球内デバイスであって、
レーザーからの輻射線を受け、それに応答して電圧降下を生成するように構成されたエネルギー受信機と、
複数の刺激電極と、
複数の光センサーであって、各光センサーは、光子を検出し、それに応答して信号を生成するように構成された、上記複数の光センサーと、
エネルギー受信機および光センサーに結合された駆動回路であって、光センサーから信号を受け、光センサーからの信号に応答して眼の網膜に電流を加えるように電圧降下を使用して電極を駆動するように構成された上記駆動回路と
を含む上記眼球内デバイスと
を含む装置が提供される。
【００２１】
一部の適用において、レーザーは、７９０〜８５０ｎｍで光を放出するように構成される。
一部の適用において、レーザーは、２５０〜３８０ｎｍで光を放出するように構成される。
【００２２】
一部の適用において、エネルギー受信機は、７９０〜８５０ｎｍで光を受け、それに応答して電圧降下を生成するように構成される。
一部の適用において、エネルギー受信機は、２５０〜３８０ｎｍで光を受け、それに応答して電圧降下を生成するように構成される。
【００２３】
一部の適用において、光センサーは、レーザーからのエネルギーに概ね無反応である。
一部の適用において、光センサーは、可視光に概ね反応する。
一部の適用において、エネルギー受信機は、可視光および不可視光を受け、それに応答して電圧降下を生成するように構成される。
【００２４】
一部の適用において、眼球内デバイスは、可視光のみの光センサーへの透過を可能とするように構成されたフィルターを含む。
一部の適用において、眼球内デバイスは複数のマイクロレンズを含み、これら複数のマイクロレンズは、エネルギー受信機に結合され、光センサーへの可視光の屈折を容易にする。
【００２５】
一部の適用において、眼球内デバイスは、被験者の眼への眼球内デバイスのアンカーを提供するように構成された伸長要素を含む。
一部の適用において、眼球内デバイスは、少なくともエネルギー受信機からの放熱を容易にするための伸長要素を含む。
【００２６】
一部の適用において、電極は、バイポーラナノチューブ電極を含む。
一部の適用において、電極は、モノポーラナノチューブ電極を含む。
一部の適用において、電極は、露出した先端を有する針電極を含む。
【００２７】
一部の適用において、複数の刺激電極は、少なくとも１００の電極を含む。
一部の適用において、眼球内デバイスは、網膜上の位置に埋め込まれるように構成される。
【００２８】
一部の適用において、眼球内デバイスは、網膜下の位置に埋め込まれるように構成される。
一部の適用において、この装置は、被験者から入力を受けるように構成された制御要素を含み、外部デバイスは、この入力に応答してレーザーから放出されるエネルギーを調節するように構成され、駆動回路は、レーザーから放出されるエネルギーの調節に応答して駆動回路の動作パラメーターを調整するように構成される。
【００２９】
一部の適用において、駆動回路は、駆動回路によるパラメーターの調整によって、電極により加えられる単位時間あたりの刺激の量を制御するように構成される。
一部の適用において、駆動回路は、駆動回路によるパラメーターの調整によって、電極により加えられる電流の振幅を制御するように構成される。
【００３０】
一部の適用において、駆動回路は、駆動回路によるパラメーターの調整によって、光センサーの感度を制御するように構成される。
一部の適用において、外部デバイスはマウントに結合されたセンサーを含み、このセンサーは、被験者の瞼が閉じたときを検出するように構成され、レーザーは、瞼が閉じたときに輻射線の放出を中止するように構成される。
【００３１】
一部の適用において、マウントは、周辺不可視光の光センサーへの透過を妨げるように構成されるフィルターを含む。
一部の適用において、フィルターはショット（Ｓｃｈｏｔｔ）フィルターを含む。
【００３２】
一部の適用において、駆動回路は、眼球内デバイスの単一区域に配置され、すべての電極を駆動するように構成される。
一部の適用において、この装置は複数の駆動回路を含み、各駆動回路は電極のそれぞれのサブセットを駆動するように構成される。
【００３３】
一部の適用において、複数の駆動回路は、１０〜３００の駆動回路を含む。
一部の適用において、複数の駆動回路は、３００〜３０００の駆動回路を含む。
さらに、本発明一部の適用により、
外部デバイスであって、
被験者の眼の前に配置されるように構成されたマウントと、
このマウントに結合され、３８０〜７５０ｎｍの外側の輻射線を放出するように構成されたレーザーと
を含む上記外部デバイスと、
被験者の眼に全体が埋め込まれるように構成された眼球内デバイスであって、
レーザーからの輻射線を受け、それに応答して電圧降下を生成するように構成されたエネルギー受信機と、
複数の刺激電極と、
複数の光センサーであって、各光センサーは、光子を検出し、それに応答して信号を生成するように構成された、上記複数の光センサーと、
エネルギー受信機および光センサーに結合された駆動回路であって、光センサーから信号を受け、光センサーからの信号に応答して眼の網膜に電流を加えるように電圧降下を使用して電極を駆動するように構成された上記駆動回路と
を含む上記眼球内デバイスと
を含む装置であって、
外部デバイスは、レーザーから放出される輻射線を調節するように構成され、駆動回路は、レーザーから放出される輻射線の調節に応答して駆動回路の刺激の動作パラメーターを調整するように構成された、装置が提供される。
【００３４】
一部の適用において、駆動回路は、電流パルスで電流を加えるように電極を駆動するように構成され、刺激のパラメーターは、パルスの数、パルスの周波数、各パルスの持続時間、およびパルスのパルス繰り返し間隔を含むグループから選択される。
【００３５】
加えて、本発明の一部の適用により、
網膜インプラントにパワーを供給するための方法であって、
インプラントに向かわない方向に、レーザーから輻射線を放出するステップと、
インプラントによりレーザーからの輻射線を受けるステップと
を含む方法がさらに提供される。
【００３６】
一部の適用において、輻射線を放出するステップは、輻射線が、部分的に透明な鏡によってインプラントへと向きを変えるようにするステップを含む。
さらにまた、本発明の一部の適用により、被験者への埋め込みのために構成されたインプラントの刺激のパラメーターを調節するための方法であって、
レーザーからインプラントへの、レーザー輻射線を放出するステップと、
被験者から入力を受けるステップであって、被験者からの入力を受けることに応答して、レーザーから放出される輻射線を調節するステップと、
レーザーから放出される輻射線の調節に応答してインプラントの駆動回路の刺激のパラメーターを調整するステップと
を含む方法が提供される。
【００３７】
一部の適用において、刺激のパラメーターを調整するステップは、
パルスでインプラントの電極への電流を駆動するステップと、
輻射線の調節に応答して、パルスの数、パルスの周波数、各パルスの持続時間、およびパルスのパルス繰り返し間隔を含むグループから選択された少なくとも１つのパラメーターを調整するステップと
を含む。
【００３８】
本発明は、以下に示すその実施形態の詳細な説明を読めばさらに深く理解されるであろう。
【図面の簡単な説明】
【００３９】
【図１】本発明の一部の適用による被験者の少なくとも部分的な視覚を回復するための装置を示す概略図である。
【図２】本発明の一部の適用による眼球内デバイスを示す概略図である。
【図３】本発明の一部の適用による視覚を回復するための装置のエネルギーの伝送を示すブロック図である。
【図４】本発明の一部の適用による眼球内デバイスを示す概略図である。
【図５】本発明の一部の適用によるエネルギー受信機−光センサーユニットを示す概略図である。
【図６Ａ】本発明の一部の適用による眼球内デバイスの多層構造体を示す概略図である。
【図６Ｂ】本発明の一部の適用による眼球内デバイスの多層構造体を示す概略図である。
【発明を実施するための形態】
【００４０】
図１は、本発明の一部の適用による、網膜機能不良に苦しむ被験者の少なくとも部分的な視覚を回復するための装置２１を示す概略図である。装置２１は、通常は１つのメガネであって被験者の眼２８の前に配置されるマウント２２を備える外部デバイス２０を備える。外部デバイス２０はさらに、マウントに結合され、被験者の眼２８に向かい可視域の外にある輻射エネルギー２６を放出するように構成される、たとえばレーザー２４などのパワー・ソースをさらに備える。レーザー２４は、限定的ではなく例示のために、レンズ２５の内側部に結合されることが示されている。レーザー２４は、たとえばメガネのアームのような、マウント２２の他の部材に結合されてもよい。
【００４１】
装置２１は、加えて、眼２８に全体が埋め込まれる眼球内デバイス３０を備える。眼球内デバイス３０は、たとえば直径が３〜６ｍｍのように小さく、たとえば厚さ１ｍｍのように薄い、通常は柔軟なシリコンアレイを備える。
【００４２】
網膜インプラントは一般に、網膜下または網膜上のいずれかの位置に埋め込まれるように構成される。網膜上アレイは通常、網膜神経層を眼の後眼房の硝子体と分離する網膜表面に埋め込まれる。網膜上インプラントは通常、光に感応する区域を有していないと説明され、そのため被験者の体の外にある遠隔カメラおよび処理ユニットから電気信号を受ける。これらの説明される網膜上インプラントは、神経節細胞およびそれらの軸索に結合され、そのため直接に神経節をシミュレートする（Ｚｒｅｎｎｅｒ、２００２年）。対照的に、網膜下インプラントは通常、色素上皮層と、光受容細胞を含む網膜の外側層との間の網膜の下に埋め込まれる。網膜下インプラントは通常、網膜の残存する神経細胞を刺激する（Ｚｒｅｎｎｅｒ、２００２年）。
【００４３】
本発明の一部の適用による、眼球内デバイス３０は、眼の網膜上または網膜下の空間に埋め込まれるように構成される。両方の位置において、眼球内デバイス３０は、対象物から発せられる可視光を受ける。可視光は、眼球内デバイスの光センサーに達して、光センサーは中間回路を介して信号を生成し、眼球内デバイスの電極に網膜知覚ニューロン（たとえば、双極細胞）を刺激させて、その結果画像の知覚がもたらされる。双極細胞の刺激は、眼の損なわれていない視覚および処理機構を活性化させて役立たせる。
【００４４】
本発明の一部の適用において、眼球内デバイス３０が網膜上位置に埋め込まれる場合、眼球内デバイス３０は、神経節細胞を通って伸びて双極細胞層に直接接触して刺激し、次いで神経節細胞を刺激するように構成される、先端が露出した針電極を備える。その軸索が視神経を形成する神経節細胞はさらに、視覚情報を脳に伝送する。装置２１はカメラを備えてはおらず、眼球内デバイスは画像データを受けないが、眼の損なわれていない視覚および処理機構を活用する。
【００４５】
本発明の一部の適用において、眼球内デバイス３０は、網膜下の位置で被験者の眼に埋め込まれる。上記で説明されるように、眼球内デバイス３０は、対象物から発せられる可視光を受ける。可視光は眼球内デバイスの光センサーに達して、それが眼球内デバイスの電極３８への信号を生成する。眼球内デバイス３０が網膜下空間に埋め込まれる適用において、眼球内デバイス３０の電極は、電極が網膜の双極細胞に直接接触して刺激し、次いで神経節細胞を刺激して、その結果画像解像力をもたらすように適切な向きに配置される。網膜上の位置への眼球内デバイス３０の埋め込みと同様に、網膜上の位置への埋め込みもまた、眼２８の損なわれていない視覚および処理機構を活用する。
【００４６】
図２は、本発明の一部の適用による眼球内デバイス３０を示す概略図である。眼球内デバイス３０はアレイを備え、アレイの各ユニットは、外部デバイス２０のレーザー２４（図１）から輻射エネルギー２６を受けるエネルギー受信機３２を備える。エネルギー受信機３２は、眼球内デバイス３０の他の部品に給電するための電力信号を生成する。あるいは、単一のエネルギー受信機３２（または少数の受信機３２）は、眼球内デバイス全体の部品に給電するために、レーザー２４から輻射エネルギー２６を受けるように構成される。眼球内デバイス３０の各ユニットは、光センサー３４、刺激電極３８、および駆動回路３６をさらに備える。光センサー３４によって生成された信号は、駆動回路３６に渡され、駆動回路はエネルギー受信機３２からのエネルギーを使用して、網膜を刺激するために電極３８を駆動する。あるいは、電極３８の一部または全部は、（各電極の横に物理的に位置する別々の駆動回路によってではなく）眼球内デバイス３０の単一区域内の駆動回路３６を駆動することによって駆動される。したがって、一部の適用の場合、眼球内デバイス３０は、たとえば１０〜３０００の駆動回路のような複数の駆動回路を備え、各駆動回路は電極のそれぞれのサブセットを駆動するように構成されてもよい。
【００４７】
図２は、網膜上埋め込みのために構成される眼球内デバイス３０を示すことに留意されたい。もう１つの適用において、電極３８は眼球内デバイス３０から瞳孔の方向に伸び、眼球内デバイス３０は網膜下に埋め込まれる（構成は図示せず）。
【００４８】
これ以降、図１および図２が参照される。外部デバイス２０は、マウント２２のレンズ２５に結合された部分的に透明な（たとえば、半透明の）鏡２３を含む、検眼鏡機能をさらに備える。鏡２３の部分的透明性により、レーザー２４からのエネルギーは、レーザー２４の物理装置が視覚を妨げることなく、エネルギー受信機３２に到達することができる。加えて、光センサー３４のアレイに画像を形成する環境からの光は、部分的に透明な鏡２３を通過することができる。さらに説明されるように、検眼鏡を使用することにより、大きい直径のレーザービーム（たとえば５〜２０ｍｍ、５〜１０ｍｍなど）を使用することができるので、高い総輻射エネルギー２６をもたらし、しかも網膜におけるビームの密度を最小に抑えることができる。そのようなレーザービームがレンズ２５自体に搭載されたレーザーから発せられる場合、それは環境からの入射光をブロックすることによって視覚を妨げることになる。
【００４９】
図３は、本発明の一部の適用による眼球内デバイス２１を示すブロック図である。外部デバイス２０（図１）は、レーザー２４を備え、これは輻射エネルギー２６を放出し、眼球内デバイス３０の部品に給電する。眼球内デバイス３０に送られた輻射エネルギー２６は、エネルギー受信機３２によって受ける。エネルギー受信機３２は通常、眼球内デバイス３０の部品に給電するために一定の電圧レベルを保持するように構成される電圧レギュレータ２９を備える。眼球内デバイス３０は、光子３３を検出し、光子３３に応答して光センサー信号を生成するように構成される光センサー３４をさらに備える。光センサー信号は、駆動回路３６に伝送され、駆動回路３６は、電極３８を駆動して電流を網膜細胞４０に加える。
【００５０】
図４は、本発明の一部の適用による眼球内デバイス３０を示す概略図である。眼球内デバイス３０は、たとえば直径３〜６ｍｍで厚さ１ｍｍの、概して小型のアレイ４２を備える。アレイは、網膜４０の桿状体細胞に物理的に関連付けられている付加的な環状アレイ４６に囲まれ、ある程度の暗所視およびより広い視野のうちの一方または双方をもたらす。類似した方法で概ね機能するアレイ４２および４６は、マルチワイヤ要素４９によって結合される。
【００５１】
図５は、本発明の一部の適用によるエネルギー受信機−光センサーユニット５０を示す概略図である。各エネルギー受信機３２は、通過することができる穴５６を有し、これを通って光は、穴５６の下に位置する対応する光センサー３４に達する。各エネルギー受信機３２のエネルギーを受ける部分は通常、幅５０〜２５０ｕｍ（たとえば、幅７５〜１５０ｕｍ）であり、各穴の直径は通常、１０〜１２０ｕｍであって、たとえば２０〜６０ｕｍである。各エネルギー受信機３２のエネルギーを受ける部分は通常、各穴の区域の約５〜１０倍の大きさである。
【００５２】
光センサー３４は通常、可視光の透過を可能にし、レーザー２４によって放出される光の透過を妨げるフィルター５４を備える。必要に応じて、フィルター５４は、実質的に可視光のみ、または可視光および一部の不可視光（たとえば、近赤外線）が光センサーに達することができるようにする。エネルギー受信機３２は通常、レーザー２４の波長の光を電気に変換するように最適化されるが、これはまた可視光および不可視光のような、広範囲の波長に感応してもよい。
【００５３】
一部の適用において、エネルギー受信機−光センサーユニット５０はマイクロレンズ５２を備え、マイクロレンズ５２がない場合にエネルギー受信機３２に達するであろう光の、光センサー３４方向への屈折を容易にする。したがって、マイクロレンズ５２はプリズム機能を備え、この機能により、不可視光がエネルギー受信機に到達して眼球内デバイス３０に給電し、一方可視光の光子に応答して信号を生成する光センサー３４方向に屈折されるように、可視光と不可視光（電力伝送）の異なる屈折を可能にする。これは、各光センサーに達する光の一部の「平均化」をもたらし、この「平均化」は、各光センサーに達する上記光と、そうではなく光センサー付近のインプラントに達するであろう光を結合して、網膜人工器官でユーザーにより感知されうる光の離れた個々のピクセルの知覚を緩和することによる。この技法を使用することで、わずかにぼやけた画像が意図的に形成され、そこで所定の電極によって網膜に加えられた刺激の範囲は、対応する光センサーの非常に小さい区域に達する光だけではなく、マイクロレンズの下の周囲の区域に達する光も表す（一部の実施形態においては、そのようなマイクロレンズが提供されないことを理解されたい）。
【００５４】
これ以降、本発明の一部の適用による眼球内デバイス３０を示す概略図である図６Ａが参照される。本発明の一部の実施形態において、眼球内デバイス３０は、エネルギー受信３２最上層、光センサー中間層９０、および電極３８に結合された駆動回路層９６を備えた３層デバイスとして組み立てられる。エネルギー受信３２層は、眼球内デバイス３０に給電するため、輻射レーザーエネルギーを受けるように構成される。加えて、エネルギー受信３２層は、通過することができる複数の穴５６を定義するように成形され、これらの穴を通って光は、穴５６の下に位置する光センサー層９０に達する。眼球内デバイス３０の中間層は、個々の光センサーユニット３４を備える。各光センサーユニットは通常、可視光の透過を可能にし、レーザーによって放出される光の透過を妨げるフィルター５４を備える。光センサーユニット３４に達する可視光は、眼球内デバイス３０の下部の駆動回路層９６で処理される電流を生成する。駆動回路９６は、画像を生成して視覚を回復するために網膜細胞を刺激する電極３８に結合される。
【００５５】
図６Ａは、網膜上埋め込みのために構成される眼球内デバイス３０を示すことに留意されたい。もう１つの適用において、電極３８はエネルギー受信３２層から伸び、眼球内デバイス３０は網膜下に埋め込まれる（構成は図示せず）。
【００５６】
本発明のもう１つの適用による眼球内デバイス３０を示す概略図である図６Ｂが参照される。この適用において、眼球内デバイス３０の最上層は、エネルギー受信機３２および光センサー３４を共に備える。たとえば、眼球内デバイス３０の最上層は、サブアレイに分割されたアレイを備えることができる。各サブアレイはさらに、（たとえば）各々９個のユニットに分割される。各サブアレイの中央ユニットは、通常可視光を通過させるフィルター５４を備える光センサー３４を備える。各サブアレイ内の周囲のユニットは、眼球内デバイス３０に給電するために輻射レーザーエネルギーを受けるエネルギー受信ユニット３２である。必要に応じて、電極３８は、網膜上埋め込みのために最上層に結合されるか、または網膜下埋め込みのために最下層に結合されてもよい。
【００５７】
通常、装置２１は、眼２８の損なわれていない視覚機構、自然な動き、および焦点合わせを活性化させて役立たせる。さらに、眼球内デバイス３０は通常、網膜上または網膜下のいずれかの位置で埋め込まれ、たとえばレーザーのような外部パワー・ソースによって給電される、たとえば直径３〜６ｍｍ、厚さ１ｍｍ未満の小型で柔軟なデバイスである。したがって、眼球内デバイス３０は、ワイヤレスであり、かさばる部品を備えることはなく、しかも電力を消費する内部マイクロコントローラを必要としない。加えて、たとえばレーザーエネルギーのような輻射エネルギー２６を受けるエネルギー受信機３２は通常、特定のレーザー波長（たとえば、７９０〜８５０ｎｍのようなＩＲ波長、または適切なＵＶ波長）に適合するように微調整される。したがって、輻射エネルギー２６のかなりの部分が電極３８に給電するために使用されるので、電極３８の数を増やすこともでき、その結果画像解像力が増強される。たとえば、合計３５ｍＷのレーザーエネルギーが眼球内デバイス３０に到達する場合、これは（効率約４０％と仮定して）推定で１４ｍＷの使用可能電力を提供する。
【００５８】
一部の適用において、電極３８は、カーボンナノチューブでコーティングされたバイポーラまたはモノポーラのナノチューブ電極である。
アレイあたりの電極の数は通常、１００〜１０，０００の電極に及ぶ。一部の適用において、比較的少数の電極（たとえば、１００〜１，０００）は概して連続使用であるが、連続的には活性化されない多数の電極（たとえば、１，０００〜１０，０００）は、被験者が、数秒間の眼の加熱を代償に一時的に解像力を高めることができるようにする。加えて、または代替として、眼球内デバイス３０は、別個に活性化される電極の介在アレイ３８ａおよび３８ｂを備え、それにより隣接する網膜部位を刺激して、実際の画像のより高い解像力の錯視を生成する。
【００５９】
本発明の一部の適用において、眼球内デバイス３０は、網膜から離れて伸びる支持要素を備える。支持要素は通常、生体適合性材料（たとえば、ＰｔＩｒ）で構成され、場合によっては付加的な生体適合性材料で絶縁される。支持要素は、埋め込まれた眼球内デバイス３０の被験者の眼２８への固定を補助する。加えて、または代替として、支持要素は、放熱を高めることに寄与し、眼２８の局所的な加熱を防ぐ。支持要素の合計体積は通常、眼球内デバイス３０の体積と同様であり（たとえば、２５ｍｍ３）、効率的な放熱を可能にする。
【００６０】
本発明の一部の適用において、外部デバイス２０は、マウント２２に結合されたセンサーを備える。装置２１は、まばたきを検出して、被験者の瞼が閉じているときに眼球内デバイス３０に電力を伝送しないように構成される。センサーは、被験者の瞼の素早い開閉を検出し、被験者の瞼が閉じているときに眼への輻射線２６の放出を中止するようレーザー２４に信号伝達するように構成される。一部の適用の場合、センサーは、筋電図（ＥＭＧ）センサーまたは眼が閉じているときを決定する画像処理機能を持つカメラを備える。一部の適用の場合、センサーは、レーザー２４に隣接して配置される発光ダイオード（ＬＥＤ）に結合された光センサーを備える。ＬＥＤは、部分的に透明な鏡２３を通過して、被験者の眼２８に向かう光を放出する。眼から反射されたＬＥＤ光の量（または別のパラメーター）は、被験者のまばたきの結果変化する。反射光の量のこれらの変化は、光センサーによって検出されて、被験者の瞼が閉じているとき、レーザー２４に眼２８への輻射線２６の放出を中断させる。あるいは、一部の適用の場合、マウント２４は、レーザーに近接して位置する光センサーを備える。光センサーは、反射されたレーザー光を検出し、レーザー２４は、被験者の瞼が閉じているときに眼への輻射線２６の放出を中断する。
【００６１】
本発明の一部の適用において、装置２１は、レーザー２４からの輻射線が眼球内デバイス３０に到達するように、被験者に眼２８を向けるよう助言する音声フィードバックを被験者に提供するように構成される。したがって、一部の適用の場合、外部デバイス２０は光センサーを備え、この光センサーは、レーザー２４に結合され、反射されたレーザー光の量を検出し、レーザー光が眼球内デバイス３０に向かわないことを示す反射光の変化に基づいて被験者への音声信号をトリガーするように構成される。たとえば、レーザー２４が適正に向けられているときには、レーザービームがそれて眼２８に向かわないときに比べ、レーザー光の異なる部分が眼球内デバイス３０によって吸収される。後者の場合、音声フィードバック信号がトリガーされる。
【００６２】
一部の適用の場合、レーザー２４によって放出される輻射線２６は、デバイス３０に電力を供給することに加えて、眼球内デバイス３０の動作を調整するために使用される。本発明の一部の実施形態において、外部デバイス２０は、マウント２２に結合された制御要素（たとえば、ダイアル、スイッチ、またはボタン）を備え、被験者が、網膜に加えられる信号の強度、受けた光に対する光センサー３４の感度、および別のシステムパラメーターのうちの１以上をインタラクティブに制御することができるようにする。たとえば、被験者が、眼球内デバイス３０によって網膜に加えられている全体的刺激が強すぎると判断する場合、被験者は刺激の強さを減少するように制御要素で設定を調整することができる。同様に、被験者が、光センサー３４の感度が高すぎる（たとえば、電極のアレイ全体が網膜を活性化することになる）と判断する場合、被験者は刺激の強さを減少するように制御要素で別の設定を調整することができる。被験者の入力に応答して、制御要素２７は、眼球内デバイス３０の動作パラメーターを調整するように、レーザー２４によって放出される輻射線２６を調節する。適切な調節プロトコルの例は、刺激強度が変更されることを指示する、レーザー２４からの６つの短パルスの第１の列を含み、その後に被験者の選択による望ましい刺激強度のレベルを指示する１から１０のより長いパルスの列が続く。感度を変更するために、６つの長パルスの第１の列がレーザー２４から放出され、その後に被験者の選択による感度の望ましいレベルを指示する１から１０のより長いパルスの列が続く。当業者であれば、その他の符号化プロトコルが使用されてもよいことを理解するであろう。
【００６３】
あるいは、一部の適用の場合、網膜に加えられる信号の強度、受けた光に対する光センサー３４の感度、および別のシステムパラメーターのうちの１以上の調整は、眼球内デバイス３０によって調整される。眼球内デバイス３０の各ユニットによって加えられる網膜刺激の程度は、そのユニットにより受ける光によって指示される。眼球内デバイス３０は、光センサー３４によって受ける周辺光の量を感知し、それに応答して、網膜に加えられる信号を変更するように構成される。たとえば、所定の光センサーに到達する周辺光の量に基づいて、眼球内デバイス３０は、光センサー出力および駆動回路パラメーターのうちの一方または双方を調整することにより信号を調節するように構成され、装置２１の感度を増大させることができ、上記駆動回路パラメーターは、ゲインおよびＤＣオフセットのうちの一方または双方等である。網膜に加えられる信号の調節は通常、たとえばパルスの数、パルス繰り返し間隔、パルス周波数、およびパルス持続時間のような、パルスパラメーターを変更することによって制御される。つまり、電極３８は、光センサーにより受ける光の量に応答して選択されたパルスパラメーターを使用して、網膜ニューロンへ電流を駆動する。駆動回路への光センサーパルス信号のそのような調節は、たとえば周辺光の変化するレベルに応答して、眼球内デバイス３０の調整を容易にする。
【００６４】
同様に、駆動回路への光センサー信号の伝送のしきい値、すなわち光センサー３４の感度は、光センサーに到達する周辺光の量により調整される。一部の適用の場合、光センサー３４のアレイに到達する周辺光の量は、各光センサーの感知期間の存続時間、すなわち駆動回路が電極３８を駆動して網膜組織への電流を駆動する前に光センサーが光子を受ける時間（たとえば、１０ｍｓ〜１００ｍｓ）に影響を与えるように使用される。したがって、たとえば、各光センサーの感度は、被験者が暗室に入る場合、数秒間にわたり増大することもある。
【００６５】
通常、眼球内デバイス３０の、レーザーおよびデバイス３０自身のうちの一方または双方によるシステムパラメーターの調整は、たとえばパルスの数、パルス繰り返し間隔、パルス周波数、およびパルス持続時間のうちの１以上のような、選択されたパルスパラメーターを変更することにより達成される。
【００６６】
上記で説明されるように、一部の適用において、レーザー２４によって放出される輻射線２６は、眼球内デバイス３０に給電することに加えて、眼球内デバイス３０の動作パラメーターを調整するためにさらに使用される。レーザー２４は通常、可視範囲の外側であり、被験者の眼２８に向かうエネルギー２６を放出するように構成される。たとえば、輻射線は、赤外線（ＩＲ）の輻射線であってもよい。そのような適用において、メガネ２２のレンズ２５は、たとえばショット（Ｓｃｈｏｔｔ）フィルターのような光フィルターを備えることができる。フィルターは、ＩＲ輻射線をフィルターリングするように構成され、それにより光センサー３４に到達する周辺ＩＲ輻射線の量を減少させて、レーザー２４によって放出されるＩＲ輻射線を妨げることができる。レーザー２４は通常、図１に示されるようにレンズ２５の内側部分に結合されるので、輻射されたエネルギー２６は一般に、レンズ２５に配置されたフィルターによる影響を受けることはない。
【００６７】
本発明の一部の適用において、装置２１の活性化は、飽和状態（すなわち、眼球内デバイス３０による網膜の刺激過剰）を防ぐためにしきい値によって調整される。
複数の眼球内デバイス３０が、アレイまたは、たとえば疑似乱数的に配置されて、網膜の組織の離れた位置に埋め込まれてもよいことに留意されたい。通常、眼球内デバイス３０は、ワイヤレスであり、かさばる部品を備えることはなく、被験者の網膜への複数の眼球内デバイス３０の埋め込みを容易にする。
【００６８】
一部の適用の場合、本明細書において説明される技法は、参照により本明細書に組み入れられる、以下の参考文献の１つまたは複数において説明される技法と組み合わせて実施される。
【００６９】
Ｍｉｃｈｅｌｓｏｎによる米国特許第４，６２８，９３３号明細書
Ｒｉｚｚｏによる米国特許第５，５９７，３８１号明細書
Ｈｕｍａｙｕｎらによる米国特許第５，９３５，１５５号明細書
Ｎｉｓｃｈによる米国特許第６，２９８，２７０号明細書
Ｓｈｉｒｅらによる米国特許第６，３２４，４２９号明細書
Ｗｙａｔｔらによる米国特許第６，３６８，３４９号明細書
Ｇｒｅｅｎｂｅｒｇらによる米国特許第６，５０７，７５８号明細書
Ｒｉｚｚｏらによる米国特許第６，９７６，９９８号明細書
Ｐａｌａｎｋｅｒらによる米国特許第７，０４７，０８０号明細書
Ｔａｉらによる米国特許出願公開第２，００６／０２８２１２８号明細書
Ａｍｅｒｉらによる米国特許出願公開第２，００７／０１９１９０９号明細書
本発明が、上記において具体的に示され説明された内容に限定されないことは、当業者には理解されよう。むしろ、本発明の範囲は、本明細書において説明されるさまざまな特徴、ならびに前述の説明を読めば当業者が想起するであろう従来技術に属さないその変形および変更の組み合わせおよびサブコンビネーションを含む。
【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６Ａ】
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【図６Ｂ】
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