(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
患者の頭部に取り付けられ外界を撮影するための撮影手段と，該撮影手段の撮影で得られた撮影画像の一部の領域を画像データとして伝送するための送信手段とを有する体外装置と、
前記送信手段から送られた前記画像データを受信する受信手段と，該受信手段で受信された前記画像データに基づき前記患者の視覚を形成する細胞又は組織を電気刺激するための電気刺激パルス信号を出力させる複数の刺激電極と，患者眼に対して所定の磁束を発生させるための磁束発生手段を備え，該磁束中に位置される前記患者眼の眼球運動を検出するための視線方向検出手段と、を有する体内装置と、を備える視覚再生補助装置において、
前記体外装置は、
前記視線方向検出手段にて検出される眼球運動に対応させるために、前記眼球運動の検出結果に基づき前記撮影手段で撮影された前記撮影画像に対してその一部の領域を切り出し，前記画像データとする画像データ切り出し手段を備え、
前記体内装置は、
前記画像データに対して前記電気刺激パルス信号を生成するための刺激範囲を、前記視線方向検出手段による前記眼球運動の検出結果に基づき定めるための刺激範囲設定手段と、
該刺激範囲設定手段にて設定された前記刺激範囲に対応する前記電気刺激パルス信号を生成するための電気刺激パルス信号生成手段と、を備える、
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、
前記視線方向検出手段は、
前記患者眼に対して所定の磁束を発生させるために眼球付近に取り付けられる第１コイルと、
前記第１コイルに対して所定の角度となるように前記眼球上に取り付けられる２つの第２コイルであって、前記眼球の二次元方向の動きを検出するために前記眼球上に互いに所定の角度で取り付けられる２つの第２コイルとを有し、
前記第２コイルに誘導される起電力の電圧及び極性に基づき、前記眼球運動を検出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２つの第２コイルは前記眼球上で互いに直交す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から３のいずれかの視覚再生補助装置において、
前記撮影手段の撮影画角は前記患者眼に設置される前記複数の電極によって形成される視野よりも広い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視覚再生補助装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
失明治療技術として患者の視覚の再生を促す視覚再生補助装置は、患者の眼内に埋植されて網膜に電気刺激を与えるための体内装置と、患者の体外に固定されて外界の映像を取得するための体外装置とから構成されたものが知られている。このような視覚再生補助装置は、体外装置のカメラ（撮像素子）で撮影された映像を所定の信号に変換して体内装置へと送る。体内装置側では受信信号に基づき、刺激電極から電気刺激パルス信号を出力させて網膜の電気刺激を行う。これにより、患者の視覚の再生が促される。また、このような視覚再生補助装置において、バイザーに設けられた視点認識装置を用いて患者眼の視線方向を検出し、撮影画像から視線方向に対応する画像領域を切り出して患者に認識させる技術が知られている（特許文献１  参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】国際公開第２００２／０８０２８２号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、特許文献１は、体外装置であるバイザーに視点検出装置を設け、患者眼の視線方向を光学的に検出しようとするものであり、微細な視線方向の検出は行いにくい。また、眼球は固視微動によって絶えず動いており、固視微動によって網膜に与えられる刺激が変化することで患者は視覚を得ることができる。一方、視覚再生補助装置ではカメラの撮影位置が変わらないと、網膜の同一箇所に対して同じ刺激が継続して与えられることになり、患者が刺激に対して反応しにくくなるアダプテーションが発生しやすくなることが懸念される。
【０００５】
本発明は、上記従来技術の問題点に鑑み、患者の視線方向の変化を利用してより好適に視覚再生を行う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】
【０００６】
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。
【０００７】
（１）  患者の頭部に取り付けられ外界を撮影するための撮影手段と，該撮影手段の撮影で得られた撮影画像の一部の領域を画像データとして伝送するための送信手段とを有する体外装置と、前記送信手段から送られた前記画像データを受信する受信手段と，該受信手段で受信された前記画像データに基づき前記患者の視覚を形成する細胞又は組織を電気刺激するための電気刺激パルス信号を出力させる複数の刺激電極と，患者眼に対して所定の磁束を発生させるための磁束発生手段を備え，該磁束中に位置される前記患者眼の眼球運動を検出するための視線方向検出手段と、を有する体内装置と、を備える視覚再生補助装置において、
前記体外装置は、前記視線方向検出手段にて検出される眼球運動に対応させるために、前記眼球運動の検出結果に基づき前記撮影手段で撮影された前記撮影画像に対してその一部の領域を切り出し，前記画像データとする画像データ切り出し手段を備え、
前記体内装置は、前記画像データに対して前記電気刺激パルス信号を生成するための刺激範囲を、前記視線方向検出手段による前記眼球運動の検出結果に基づき定めるための刺激範囲設定手段と、該刺激範囲設定手段にて設定された前記刺激範囲に対応する前記電気刺激パルス信号を生成するための電気刺激パルス信号生成手段と、を備える。
（２）  （１）の視覚再生補助装置において、前記視線方向検出手段は、前記患者眼に対して所定の磁束を発生させるために眼球付近に取り付けられる第１コイルと、前記第１コイルに対して所定の角度となるように前記眼球上に取り付けられる２つの第２コイルであって、前記眼球の二次元方向の動きを検出するために前記眼球上に互いに所定の角度で取り付けられる２つの第２コイルとを有し、前記第２コイルに誘導される起電力の電圧及び極性に基づき、前記眼球運動を検出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２つの第２コイルは前記眼球上で互いに直交することを特徴とする。
（４）  （１）から（３）のいずれかの視覚再生補助装置において、前記撮影手段の撮影画角は前記患者眼に設置される前記複数の電極によって形成される視野よりも広いことを特徴とする。
【発明の効果】
【０００８】
本発明によれば、患者の視線方向の変化を利用してより好適に視覚再生を行うことができる視覚再生補助装置を提供できる。
【発明を実施するための形態】
【０００９】
本発明の実施形態を図面に基づき説明する。図１は視覚再生補助装置の外観概略図、図２は視覚再生補助装置の制御系のブロック図である。
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て視覚の再生を促す体内装置２０から構成される。また、本実施形態の視覚再生補助装置１は、患者の眼球運動（視線変化及び固視微動）を検出する視線方向検出部１００と、視線方向検出部１００の検出結果に基づき、電気刺激パルス用データを生成する部分的な画像領域（画像データ）を撮影画像全体の領域から切り出する（抽出する）画像データ切り出し部（以下、切り出し部と記す）３００と、視線方向検出部１００による眼球運動の検出結果に基づき，切り出し部３００で抽出された画像領域（画像データ）に対して患者に認識させるべき刺激領域を設定する刺激範囲設定部２００とを備える。
【００１０】
なお、切り出し部３００によって切り出される画像領域（画像データ）の画角は、刺激領域が患者眼の固視微動にて移動されることを考慮して刺激領域の画角よりも広くなるように設定される。また、刺激領域（の画角）は後述する電極の形状及び電極数により決定される。
【００１１】
体外装置１０は、患者が掛ける眼鏡（バイザー）１１と、眼鏡１１の眼前に取り付けられ外界（患者に視認させる被写体）を撮影するための撮影装置（カメラ）１２と、通信・電力伝送部１３と、送信手段（１次コイル）１４と、視線方向検出部１００の固定部１００ａと、切り出し部３００から構成される。
【００１２】
撮影装置１２は、患者の眼球運動による視線変化に対応させるため、できるだけ広い撮影画角を有するものが選択されることが好ましい。例えば、撮影装置１２として複数の撮像素子を備えるものを用いて、各撮像素子で撮影された撮影画像の視野を重ね合わせることで広い撮影画角を得るようにしても良い。
【００１３】
通信・電力伝送部１３は、制御回路１３ａ、視覚再生補助装置１全体に電力を供給する搬送波発生器１３ｂ、搬送波を変復調して通信するための変復調回路１３ｃから構成される。
制御回路１３ａは、切り出し部３００を備え，撮影画像の一部を切り出して画像データを生成すると共に、抽出された画像データの位置情報（角度情報）を得る。なお、抽出された画像データの位置情報（角度情報）は、制御回路１３ａによって所定の電気信号に変換される。変復調回路１３ｃは、以上のように生成された画像データ及び所定の電気信号に基づき搬送波を変調する。変復調回路１３ｃで生成された変調波は送信手段１４を用いて、電磁誘導にて体内装置２０側に伝送（無線送信）される。なお、送信手段１４の中心には磁石（図示を省略する）が取り付けられ、データ伝送効率の向上及び後述する受信手段２３との位置固定に用いられる。
撮影画像の一部（画像データ）のみが体内装置２０に伝送されるようにすることで、撮影装置１２の撮影画角が広い場合であっても効率よく信号が伝送される。
【００１４】
体内装置２０は、体外装置１０から伝送された電磁波を受信する受信部２０ａと、患者の網膜を構成する細胞（以下、網膜と記す）に電気刺激を与える刺激部２０ｂと、体内で受信部２０ａと刺激部２０ｂを電気的に接続するためのケーブル２２とを備える。また、本実施形態の体内装置２０は、視線方向検出部１００の可動部１００ｂと、刺激範囲設定部２００とを有する。
【００１５】
受信部２０ａは、体外装置１０から送信された電磁波を受信する受信手段（２次コイル）２３と、受信手段２３で受信された電磁波から画像データを受信すると共に電力を得る通信・電力受電部２５と、視線方向検出部１００の可動部１００ｂと、刺激範囲設定部２００とを備える。受信手段２３の中心部には磁石（図示を省略する）が設けられており、外部装置１０の磁石との間に生じる磁力にて互いの位置が固定される。
【００１６】
通信・電力受電部２５で受信された画像データは、刺激範囲設定部２００に送られる。刺激範囲設定部２００は、画像データに対して、視線方向検出部１００の視線方向の検出結果と画像データの位置情報に基づき刺激領域を抽出する。そして、刺激領域に対応する電気刺激パルス用データを、ケーブル２２を介して刺激部２０ｂへ送る。なお、刺激範囲設定部２００による視線方向（固視微動）の検出は所定のステップで行なわれ、眼の視線方向（固視微動）の検出結果に基づき画像データから抽出される刺激領域の位置が更新されることで、眼の視線方向（固視微動）に追従した電気刺激パルス信号が生成されるようになる。
【００１７】
刺激部２０ｂは、複数の電極２７が形成された基板２１と、マルチプレクサを含む電子回路４０を備える。各電極２７は、生体適合性、耐食性に優れた導電材料（例えば、金、白金等）で、基板２１に形成された各導線（図示を省略する）の末端に形成されることで、電子回路４０に個別に接続される。ここでは、基板２１の長手方向に沿ってマトリックス状の等間隔に各電極２７が配置され、電極アレイを形成している。電極２７の数は、数個から数十個程度形成されることが好ましい。また、電極２７の設置スペースや配線技術等に問題がなければ、それ以上の個数があってもよい。なお、電極２７の形状及びサイズによって刺激範囲の画角が決定される。
【００１８】
基板２１は生体適合性の高い樹脂（例えば、ポリイミド等）で折り曲げ可能な所定の厚さに形成される。基板２１上には複数の導線が配線される。基板２１に配線される導線は、ベース部に周知のフォトレジスト法、真空蒸着法やスパッタ法等を用いて、耐腐食性の金属材料を蒸着させる手法やレーザー加工装置による箔材からの切り出し、或いは小径ワイヤーことによって、基板２１に形成される。
【００１９】
ケーブル２２は、受信部２０ａと刺激部２０ｂとを電気的に接続する複数のリード線を内包する。ケーブル２２は、刺激部２０ｂを眼球上に取り付けた際に眼球に沿って這わせることができ、受信部２０ａと刺激部２０ｂとを連結できる長さに形成される。
【００２０】
視線方向検出部１００は、磁気センサー（サーチコイル）にて構成される。具体的には、眼球付近に取り付けられ基準位置となる固定部１００ａと、固定部１００ａから発生される磁束中に位置される患者の眼球上に取り付けられ、基準位置に対する位置が可変する可動部１００ｂとの組み合わせで構成される。
【００２１】
磁束発生手段である固定部１００ａは、高周波を出力する発振器１０１と、コイル（第１コイル）１０２から構成される。発振器１０１からは高周波が出力され、高周波がコイル１０２に加えられることで磁束が発生する。なお、ここではコイル１０２は眼鏡１１のレンズ（図示を省略する）に取り付けられているとするが、コイル１０２の取り付け位置は、固定部１００ａによって発生した磁束が眼球を略正面から貫くような位置であれば良く、眼球付近（体外又は体内）の任意の位置に決定できる。
【００２２】
可動部１００ｂは、２つのコイル（第２コイル）１５１ａ、１５１ｂ、角度センサー１５２から構成される。各コイル１５１ａ、１５１ｂは眼球上の異なる位置に（所定の角度で）取り付けられており、各コイル１５１ａ、１５１ｂが磁束中に位置されることで発生する起電力（電圧及び極性）が角度センサー１５２で検出される。これにより、眼球の二次元方向の動きが検出される。
【００２３】
図３に、コイル１０２と、コイル１５１ａ，１５１ｂの位置関係の説明図を示す。ここでは、眼Ｅの視線方向がコイル１０２の中心を向いているときを基準としたときに、コイル１０２に対して直交する眼球Ｅ上にコイル１５１ａ、１５１ｂが取り付けられている。また、各コイル１５１ａ、１５１ｂは眼球上で互いに直交するように取り付けられている。
【００２４】
以上のような各コイル１５１ａ、１５１ｂの取り付け位置は、眼球運動によって眼Ｅが回転可能な範囲で回転したときに、コイル１０２に対してコイル１５１ａ及び１５１ｂが平行となる位置関係が含まれないように決定される。平行になる位置があるとその前後においてコイル１５１ａ又はコイル１５１ｂによって検出される起電力が同じになり眼球の方向が正しく検出できなくなる虞が有る。そこで、このような位置関係が含まれないように各コイル１５１ａ、１５１ｂの取り付け位置が決定されることで、眼球運動が正しく検出されるようになる。また、各コイル１５１ａ、１５１ｂ同士は直交関係でなくても良く、２つのコイル１５１ａ、１５１ｂによって眼の二次元方向の眼球運動を検出できるように互いの取り付け角度が決定されていれば良い。
【００２５】
ここで、視線方向検出部１００を用いた眼の角度情報（眼球運動）の検出原理について説明する。なお、以下ではコイル１５１ａを図示して説明するが、コイル１５１ｂの場合も同じ原理である。
図４にコイル１０２により発生される磁束φ中にコイル１５１ａが位置する状態を示す。図５にコイル１５１ａに発生する起電力の説明図を示す。なお、図５において、縦軸は電圧、横軸は磁束φに対するコイル１５１ａの角度θである。また、眼の回転可能な角度範囲θｄとして示す。
【００２６】
例えば、図４（ａ）に示されるように、コイル１０２に発生した磁束φ中にコイル１５１ａが角度θ１で位置されると、図５に示されるように、角度センサー１５２によって角度θ１での起電力の電圧（Ｖ１）とその極性（プラス）が検出される。一方、眼が回転することにより、図４（ｂ）に示されるように磁束φ中にコイル１５２ａが角度θ２で置かれると、角度センサー１５２は角度θ２での起電力の電圧（Ｖ２）と極性（マイナス）を検出する。
【００２７】
つまり、発振器１０１からの高周波がコイル１０２に加えられることで生じる磁束φ中に、各コイル１５１ａ、１５１ｂが位置されると、各コイル１５１ａ、１５１ｂと磁束φとの成す角度に応じた起電力が発生する。また、磁束φ中でのコイル１５１ａ、１５１ｂの向きに応じて起電力の極性（プラス又はマイナス）が決定される。各コイル１５１ａ、１５１ｂの出力が角度センサー１５２に入力されると、角度センター１５２は、各コイル１５１ａ、１５１ｂで検出された起電力の電圧及び極性に基づき、所定の演算を行うことで眼球の回転方向を求める。そして、視線方向検出部１００を用いて検出された眼球運動の情報（角度センサー１５２からの出力）は刺激範囲設定部２００に入力される。
【００２８】
以上のように、視線方向検出部１００で検出される眼球運動（固視微動）の情報に基づき、刺激範囲の設定が更新されることで、眼球運動に伴う認識させるべき画像の微少な位置変化に対応した網膜の電気刺激が行われるようになる。これにより、撮影装置１２の位置が固定されていたとしても、患者の眼球運動に応じた網膜の電気刺激が行なわれるようになる。その為、患者はより自然な状態での物の見方を体感出来るようになる。また、網膜の同一箇所に異なる電気刺激（認識させるべき画像の位置変化に応じた電気刺激の変化）が与えられることで、アダプテーションが発生しにくくなる。
【００２９】
更に、上記では刺激部２０ｂによる電気刺激の直前に、視線方向検出部１００による視線方向（固視微動）の検出結果に基づき刺激範囲が設定されるため、視線変化からの遅延時間をできるだけ抑え、より精度良く視覚再生の動作が行われるようになる。
【００３０】
次に、以上の構成を備える視覚再生補助装置の動作を説明する。まず、発振器１０１から出力される高周波がコイル１０２に加えられることで磁束が発生すると、磁束に対するコイル１５１ａ、１５１ｂの位置関係に応じた極性の起電力が発生する。各コイル１５１ａ、１５１ｂの出力が角度センサー１５２に入力されると、角度センサー１５２は入力信号に基づき眼球の回転方向を求め、検出結果を通信・電力受電部２５に送る。通信・電力受電部２５は、コイル１３とコイル２３との電磁誘導にて、視線方向検出部１００の検出結果を体外装置１０にフィードバックさせる。
【００３１】
一方、体外装置１０において、撮影装置１２で撮影された被写体の撮影画像が切り出し部３００に入力されると、切り出し部３００は視線方向検出部１００による検出結果に基づき、体内装置２０に伝送させる画像データの切出しを行う。また画像データの位置情報（角度情報）を求める。切り出し部３００で抽出された画像データは変復調回路１３ｃによって電磁波に変調された後、送信手段１４を介して体内装置２０へと伝送される。なお、以上のように撮影画像の一部の領域（情報）のみが体内装置２０に送られることで視覚再生補助装置１の伝送効率が向上される。
【００３２】
体内装置２０の受信コイル２３で受信された電磁波は、通信・電力受電部２５にて受信されて画像データ（及び画像データの位置情報に基づく信号）と電力とが抽出される。そして、抽出された電力によって体内装置２０が駆動される。
【００３３】
一方、視線方向検出部１００では、視線方向の検出が継続して行なわれており、角度センサー１５２による視線方向の検出結果は、随時、通信・電力受電部２５に入力される。通信・電力受電部２５は、視線方向検出部１００の検出結果を体外装置１０にフィードバックさせると共に、刺激範囲設定部２００に送る。
【００３４】
刺激範囲設定部２００は、通信・電力受電部２５からの画像データ及び画像データの位置情報、視線方向の検出結果に基づき、画像データに対して刺激範囲を設定し、刺激範囲に対応する電気刺激パルス用データを刺激部２０ｂに伝送する。刺激部２０ｂは、刺激範囲設定部２００から送られた電気刺激パルス用データに基づき、電気刺激パルス信号を生成して、対応する電極２７から電気刺激パルス信号を出力させる。
【００３５】
以上のようにして、視線方向検出部１００による眼球運動（固視微動）の検出結果が刺激範囲検出部２００に入力される毎に、画像データに対して刺激領域を設定する範囲が更新される。そして、新しく設定された刺激領域に対応する電気刺激パルス信号が刺激電極２７から出力されることで、患者眼の挙動（視線移動）に追従して網膜の電気刺激が行われるようになる。
その為、撮影装置１２の撮影範囲が変わらなくても、視線移動（固視微動）にともなう網膜の電気刺激が行なわれるようになり、患者はより自然な見え方を体感できると共に、網膜に対して同じ電気刺激が繰返されることによるアダプテーションの発生も抑制される。
【００３６】
なお、上記では、視線方向検出部１００の検出結果に基づき、切り出し部３００によって刺激領域よりも広い画像データが抽出された後、体内装置２０ｂ側で画像データに対して刺激領域が設定される例が示されている。これ以外にも、視線方向検出部１００の検出結果に基づき、外部（体外装置２０ａ側）において刺激領域に対応した画像データ領域が直接切り出されるようにしても良い。
【００３７】
また、撮影装置１２の撮影画角が小さい場合は、切り出し部３００を設けずに、撮影装置１２で撮影された撮影画像全体に対応する画像データが直接体内装置２０に伝送されるようにしても良い。この場合も、視線方向検出部１００による視線方向（固視微動）の検出結果に基づき、画像データに対して刺激範囲が設定されることで、眼球運動に応じた視覚刺激が行なわれるようになる。
【００３８】
更に、視線方向検出部１００の視線方向の検出結果を用いて、視線移動と連動して撮影装置１２の撮影方向を変化させても良い。例えば、撮影装置１２に撮影方向を自動的に変えるための調節部（例えば、モータ等で構成される）を設ける。そして、視線方向検出部１００の検出結果を電磁誘導などで体外装置１０にフィードバックさせ、検出結果に基づき調節部を駆動させることで、患者の視線方向と撮影装置１２の撮影方向とを一致させるようにしても良い。これにより、患者眼の視線変化に応じて撮影装置１２による撮影が行われるようになる。
【００３９】
なお、上記では、撮影画像を体内装置２０に伝送するためのコイル１４と、視線方向検出の為の磁束を発生させるためのコイル１０２を別構成としているが、共通のコイルに両方の機能を持たせても良い。つまり、眼球付近に取り付けられた１つのコイルによって、撮影装置１２による撮影画像の伝送を行うと共に、コイルを介して発生する磁束を利用して、視線方向検出部１００による視線方向の検出を行っても良い。
【００４０】
更に、患者眼の固視微動に比べて視線の移動速度の方が遅いため、視線方向検出部１００から刺激範囲設定部２００に眼球運動の検出結果が送られるステップに対し、視線方向検出部１００から切り出し部３００に眼球運動の検出結果が送られるステップが遅く設定されても良い。
【図面の簡単な説明】
【００４１】
【図１】視覚再生補助装置の外観概略図である。
【図２】視覚再生補助装置の制御系のブロック図である。
【図３】第１コイルと第２コイルの位置関係の説明図である。
【図４】磁束中に置かれた第２コイルの説明図である。
【図５】第２コイルに発生する起電力の説明図である。
【符号の説明】
【００４２】
１０  体外装置
１２  撮影装置
１４  送信手段
２０  体内装置
２３  受信手段
２７  電極
１００  視線方向検出部
１００ａ  固定部
１００ｂ  可動部
１０２  第１コイル
１５１ａ、１５１ｂ  第２コイル
２００  刺激範囲設定部
３００  画像データ切り出し部
【図１】
0005866884.tif 000002
【図２】
0005866884.tif 000003
【図３】
0005866884.tif 000004
【図４】
0005866884.tif 000005
【図５】
0005866884.tif 000006