(57)【要約】【課題】  視認範囲に必要とする眼球や頭頚部等の動作を軽減し、容易に外界の情報を視認することができる視覚再生補助装置を提供する。【解決手段】  患者の視覚を再生するための視覚再生補助装置において、患者眼の網膜を構成する細胞に対して視覚の再生を促すための刺激パルス信号を出力する複数の電極が形成された電極アレイと、患者に視認させる被写体を撮影する撮影手段と、撮影手段により得られた被写体情報を電極から出力するための刺激パルス信号用情報に変換する信号変換手段と、信号変換手段によって変換された刺激パルス信号用情報に基づいて各電極から刺激パルス信号を出力するように制御する制御手段と、を備え、制御手段は被写体像の一部分のみを患者に視認させるための刺激パルス信号を各電極から出力させるとともに、視認させる被写体像の一部分を経時的に変更させるように電極から刺激パルス信号を出力させる制御を行う。【選択図】      図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
患者の視覚を再生するための視覚再生補助装置において、患者眼の網膜を構成する細胞に対して視覚の再生を促すための刺激パルス信号を出力する複数の電極が形成された電極アレイと、患者に視認させる被写体を撮影する撮影手段と、該撮影手段により得られた被写体情報を前記電極から出力するための刺激パルス信号用情報に変換する信号変換手段と、該信号変換手段によって変換された前記刺激パルス信号用情報に基づいて前記各電極から刺激パルス信号を出力するように制御する制御手段と、を備え、該制御手段は被写体像の一部分のみを前記患者に視認させるための前記刺激パルス信号を前記各電極から出力させるとともに、視認させる被写体像の一部分を経時的に変更させるように前記電極から刺激パルス信号を出力させる制御を行う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、前記制御部における前記刺激パルス信号の出力制御は、前記被写体像をスクロール表示にて患者に視認させるように行う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は、前記撮影手段により撮影した被写体像を簡単な形状に変換した画像情報データとする画像処理手段を有し、前記制御手段は該画像処理手段により変換した前記画像情報を基に前記刺激パルス信号の出力制御を行う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、人工的に視覚信号を与え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、眼内埋埴装置を眼内に設置し、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には、網膜上又は網膜下にフォトダイオードアレイ（撮像素子）、電極や信号処理回路等を有する眼内埋殖装置（体内装置）を設置し、画像をフォトダイオードアレイに撮像（受光）して細胞を電気刺激する方法が考えられている（特許文献１参照）。
【特許文献１】米国特許５１０９８４４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によって広い視野や良好な解像度を得ようとする場合には、設置する電極数をできるだけ多くする必要がある。しかしながら、装置設計や埋植手技の問題、患者への負担等を鑑みると、患者に埋植可能な電極数は限度がある以上、視覚再生補助装置を用いても健常者同様の視野を得ることは難しい。このため、視覚再生補助装置を用いても、患者は視認範囲に必要とする眼球や頭頚部等の動作を常に強いられることとなる。
本発明は、上記従来技術の問題点に鑑み、限られた電極数においても視認範囲に必要とする眼球や頭頚部等の動作を軽減し、容易に外界の情報を視認（視認）することができ、さらには、眼球に設置する体内装置の小型化及び装置の埋植手術手技に必要な技術的難度を軽減させることの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】
【０００４】
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。
（１）  患者の視覚を再生するための視覚再生補助装置において、患者眼の網膜を構成する細胞に対して視覚の再生を促すための刺激パルス信号を出力する複数の電極が形成された電極アレイと、患者に視認させる被写体を撮影する撮影手段と、該撮影手段により得られた被写体情報を前記電極から出力するための刺激パルス信号用情報に変換する信号変換手段と、該信号変換手段によって変換された前記刺激パルス信号用情報に基づいて前記各電極から刺激パルス信号を出力するように制御する制御手段と、を備え、該制御手段は被写体像の一部分のみを前記患者に視認させるための前記刺激パルス信号を前記各電極から出力させるとともに、視認させる被写体像の一部分を経時的に変更させるように前記電極から刺激パルス信号を出力させる制御を行うことを特徴とする。
（２）  （１）の視覚再生補助装置において、前記制御部における前記刺激パルス信号の出力制御は、前記被写体像をスクロール表示にて患者に視認させるように行うことを特徴とする。
（３）  （２）の視覚再生補助装置は、前記撮影手段により撮影した被写体像を簡単な形状に変換した画像情報データとする画像処理手段を有し、前記制御手段は該画像処理手段により変換した前記画像情報を基に前記刺激パルス信号の出力制御を行うことを特徴とする。
【発明の効果】
【０００５】
本発明によれば、視覚再生に必要な刺激電極数を、網膜機能の状態に関わらず一定数に収めることができるとともに、視認範囲に必要とする眼球や頭頚部等の動作を軽減することができる。さらに、眼球に設置する体内装置の小型化及び装置の埋植手術手技に必要な技術的難度を軽減させることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００６】
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は実施の形態で使用する視覚再生補助装置における体内装置を示す図、図３は図２に示した体内装置を患者の眼内に設置した状態を示した概略図である。
１は視覚再生補助装置であり、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ー１１と、バイザー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。
【０００７】
外部デバイス１３には、ＣＰＵ等の演算処理回路を有するパルス信号変換手段１３ａと、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ー１３ｂからなる（図４参照）。パルス信号変換手段１３ａは、撮影装置１２にて撮影した被写体像を画像処理し、さらに画像処理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、パルス信号変換手段１３ａにて変換された電気刺激パルス信号用データ、及び後述する体内装置２０を駆動させるための電力を電磁波として体内装置２０側に伝送（無線送信）することができる。また、送信手段１４の中心には磁石１５が取り付けられている。磁石１５は送信手段１４によるデータ伝送効率を向上させるとともに後述する受信手段２４との位置固定にも使用される。
バイザー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はバイザー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。
【０００８】
図２に示す体内装置２０は、複数の電極２１ａが形成される基板２１、ケーブル２２、体外装置１０からの電磁波を受信するコイルからなる受信手段２３、基板２１上に設置される内部デバイス２４、磁石２５、不関電極２６等にて構成されている。基板２１はポリプロピレンやポリイミド等、生体適合性が良く、所定の厚さにおいて折り曲げ可能な材料から形成されている。また、基板２１は、図２に示すように略長板状の薄板から形成されており、基板２１の厚さは１０〜１００μｍ程度、幅は１ｍｍ〜５ｍｍ程度、長さは１０ｍｍ〜３０ｍｍ程度が好ましい。
【０００９】
電極２１ａは、図２（ａ）に示すように、基板２１の長手方向に沿って等間隔にて複数個配置、または２次元的に等間隔で互い違いになるように複数個形成され、電極アレイを形成している。基板２１上に形成される電極２１ａは、金、白金等の生体適合性、耐食性に優れた導電性を有する材料にて基板２１上に形成される。なお、電極２１ａは、バンプ形成や蒸着等によって基板２１の所定箇所に形成することができる。また、本実施形態における基板２１上の電極２１ａは、図２（ａ）に示すように、３行×１５列にて等間隔に（または２次元的に等間隔で互い違いになるように）形成される。
【００１０】
また、本実施形態の視覚再生装置は、患者眼の網膜を構成する細胞を好適に刺激することが可能な位置に電極を設置することができるように、基板上における内部デバイス２４及び電極２１ａ等の設置位置が考慮される。例えば、強膜Ｅ３と脈絡膜Ｅ２との間に基板先端部分を挿入・設置して、網膜を構成する細胞を刺激するものとした場合、図２（ｂ）に示すように、基板２１における内部デバイス２４の設置面と反対側の面に、電極２１ａを複数個形成する構成とすればよい。このような構成により、体内装置２０の眼球への設置時に、内部デバイス２１が強膜Ｅ３に当接しないため、基板２１を強膜Ｅ３に対して十分に密着させて固定保持させることができる。
【００１１】
なお、視覚再生補助装置における体内装置２０の設置位置は、前述したように、電極２１ａが形成されている基板２１の先端部分を、強膜Ｅ３と脈絡膜Ｅ２との間に位置させて、強膜側（脈絡側）から網膜Ｅ１を構成する細胞を電気刺激する構成としたが、これに限るものではない。患者眼の網膜を構成する細胞を好適に刺激することが可能な位置に電極を設置することができればよい。例えば、体内装置を患者眼の眼内（網膜上や網膜下）に置き、電極が形成されている基板先端部分を網膜下（網膜と脈絡膜との間）や網膜上に設置させるような構成とすることもできる。
【００１２】
基板２１は、強膜Ｅ３の一部を切開してフラップを作成した後、この強膜フラップから電極２１が形成された面を網膜側に向けた状態にて基板２１の先端を強膜と脈絡膜との間に差し込まれる。その後、強膜フラップを縫合することにより、強膜Ｅ３と脈絡膜Ｅ２との間にて基板２１の先端部分が固定保持される。なお、固定保持の方法はこれに限るものでなく、例えばタックや生態適合性の良い接着剤等にて基板２１を脈絡膜Ｅ２に固定保持させることもできる。また、このような強膜フラップの形成及び基板２１の設置等は、緑内障のろ過手術時に用いられる強膜フラップの作成術で行われる強膜開窓術等の既存の術式を用いることができる。
【００１３】
一方、受信手段２３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信号及び電力用信号）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手段２３を埋め込むとともに、皮膚を介して受信手段２３と対向する位置に送信手段１４とを設置しておく。受信手段２３の中心には、送信手段１４と同様に磁石２５が取り付けられているため、埋植された受信手段２３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と受信手段２３とがくっつき合い、送信手段１４が側頭部に保持されることとなる。なお、本実施形態では送信手段及び受信手段を患者の側頭部に設置するものとしているが、これに限るものではなく、電気刺激パルス用データ信号や電力用信号を体外から体内へ送信できる構成であればよい。例えば、送信手段を図１に示したバイザー１１の患者眼眼前に取り付けるとともに、この送信手段に対して受信手段を対向するようにして、患者眼の眼内（例えば、前眼部付近）に設置しておくこともできる。
【００１４】
内部デバイス２４は、受信手段２３にて受信された電気刺激パルス用データと電力信号とを分ける回路、電気刺激パルス信号用データを基に視覚を得るための電気刺激パルス信号に変換するための変換回路や、変換した電気刺激パルス信号を各電極２１ａへ送るための電気回路、等を有するＩＣからなる。このような構成を有する内部デバイス２４を用いて電気刺激パルス信号用データを処理し、変換した電気刺激パルス信号を各電極２１ａから出力させる。なお、各電極２１ａは、基板２１に形成された複数のリード線２４ａによって、内部デバイス２４と各々独立して接続されている。また、内部デバイス２４は受信手段２３にて受信した電力供給用の信号を用いて電力を得るようになっている。
【００１５】
電線２２は、絶縁性を有する生態適合性の高い材料にて被覆されており、受信手段２３と内部デバイス２４とを電気的に接続するために用いられる。なお、電線２２は、側頭部に埋め込まれた受信手段２３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。眼窩に入れられた電線２２は、図３に示すように強膜Ｅ３の外側を通り、基板２１に設けられた内部デバイス２４に接続される。
【００１６】
不関電極２６は、内部デバイス２４に接続されており、図３に示すように、その先端は眼球外から毛様体扁平部付近を貫通して眼内まで伸びている。このとき、不関電極２６の先端は、網膜Ｅ１を挟んで基板２１と向き合うように眼内に置かれる。不関電極２６不関電極の材質としては、金、銀、白金等の電極として一般的に用いられるものが使用できる。また、図２に示すように、不関電極２６の先端は、不関電極としての機能を効率よく果たすためにリング形状となっているが、これに限るものではない。リング形状以外の形状であっても良いし、単に線状の電極としても良い。不関電極２６は、眼球外から毛様体扁平部を貫通して眼内に挿入されているため、これによる出血や網膜剥離等を抑制することができる。なお、本実施形態における不関電極２６は、毛様体扁平部付近を貫通して眼内に置くものとしているが、これに限るものではなく、電極から出力される電気刺激パルス信号を効率よく網膜を構成する細胞に与えることができる位置に置かれていればよい。例えば、不関電極を電極周辺に隣接して設け、電気刺激パルス信号の流れが網膜を貫通しない状態にて網膜を構成する細胞を刺激させることもできる。また、不関電極を用いることなく、電極から網膜への電気刺激を十分に行うことができれば、このような不関電極を設けなくともよい。
また、このような体内装置２０は、電極２１ａと不関電極の先端以外の構成部分には、図示なき生態適合性の良いコーティング剤にて被膜されており、装置内への体液等の浸潤を抑制することができる。
【００１７】
以上のような構成を備える視覚再生補助装置において、視覚再生のための動作を図４に示す制御系のブロック図を基に説明する。
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、パルス信号変換手段１３ａに送られる。パルス信号変換手段１３ａは、撮影した被写体を患者が視認するために必要となる所定の帯域内の信号（電気刺激パルス用データ）に変換し、送信手段１４より電磁波として体内装置２０側に送信する。
また同時に、パルス信号変換手段１３ａは、バッテリー１３ｂから供給されている電力を前述した信号（電気刺激パルス用データ）の帯域と異なる帯域の信号（電力用信号）に変換し、電磁波として電気刺激パルス用データと合わせて体内装置２０側に送信する。
【００１８】
体内装置２０側では、体外装置１０より送られてくる電気刺激パルス用データと電力用データとを受信手段２３で受信し、内部デバイス２４に送る。内部デバイス２４では受けとった信号から、電気刺激パルス用データが使用する帯域の信号を抽出する。内部デバイス２４は、抽出した電気刺激パルス用データに基づいて、各電極２１ａから出力させる電気刺激パルス信号を形成し、電極２１ａから電気刺激パルス信号を出力する。各電極２１ａから出力する電気刺激パルス信号によって網膜を構成する細胞が電気刺激され、患者は視覚を得る。また、内部デバイス２６は、受信手段２４により受信した電力用信号を基に電気刺激パルス信号や内部デバイス２４の駆動等の体内装置２０を駆動させるための電力を得る。
【００１９】
図５は、３行×１５列の電極を用いて撮影装置１２が撮影した１枚の画像を患者に視認させる方法を示した概略図である。図５中の各四角欄は、対応する１つの電極２１ａを示し、塗り潰された四角欄は、所定の電気刺激パルス信号が出力され、患者に視認された部分を示している。なお、視認させる被写体は、３×１５の電極配列では一度に被写体全体を視認させることができない程度の大きさである三角形とし、この三角形を患者に視認させる例として説明する。
【００２０】
受け取った電気刺激パルス用データを基に、電気刺激パルス信号を形成し、対応する電極２１ａに対して一時に全て出力することによって、患者は被写体全体を視認することができる。しかしながら、本実施形態の電極２１ａの配列は３×１５であり、大きな三角形を一度に視認させるには、その数が少ない。このため、内部デバイス２４は、被写体全体を視認するために一時に出力すべき電気刺激パルス信号を、対応する各電極２１ａから時分割にて順次出力させるような出力制御を行うことにより、患者に三角形を視認させるようにする。
【００２１】
具体的には、内部デバイス２４は、図５（ａ）に示すように、始めに三角形の頂点付近の形状を患者に視認させるための電気刺激パルス信号を出力させ、その後、図５（ｂ）〜（ｅ）に示すように、被写体形状を縦スクロール表示により視認することができるように、対応する電極２１ａから電気パルス信号を順次出力させる。その結果、患者は撮影装置１２により撮影した被写体全体を、一時にではなく経時的に被写体形状を変えるスクロール表示によって、被写体の全体を視認することができる。なお、本実施形態では、患者眼Ｅに基板２１を水平方向に設置させる構成としているが、これに限るものではなく、基板２１を鉛直方向に設置することもできる。この場合には、横スクロールにて被写体の画像を患者に視認させればよい。
【００２２】
このように、患者眼に設置した複数の電極から出力する電気刺激パルス信号を用いて撮影装置にて撮影した被写体をスクロール表示にて患者に視認できるようにすることにより、患者は視認範囲に必要とする眼球や頭頚部等の動作をすることなく、患者の眼前にある外界の情報を得る（視認）することが可能となる。
【００２３】
以上の実施形態では、簡単な図形を視認させる例について説明したが、文字や複雑な形状を有する被写体においても同様の出力制御を行い、撮影装置１２にて撮影した被写体全体をスクロール表示にて視認することができる。なお、被写体が複雑な形状の場合には、図４に示した外部デバイス１３のパルス信号変換手段１３ａによって、被写体の特徴抽出や被写体の単純化等の画像処理を行い、被写体の形状をより簡単に判りやすくさせ、この簡単にさせた被写体の形状を被検者に視認させるように電気刺激パルス信号の出力を行うこともできる。
また、本実施形態では、被写体の画像をスクロール表示にて患者に視認させるように電極から電気刺激パルス信号を出力するものとしたが、これに限るものではなく、電極からの一時の電気刺激パルス信号にて視認させたい被写体の一部分のみを視認させ、これを繰り返して行うことにより、被写体全体を患者に認識させることができるものであればよい。例えば、撮影した被写体の画像を複数個に分割し、スクロール表示ではなく、分割した各々の被写体の部分画像を経時的に切り換えて患者に視認させる時分割表示を行うような電気刺激パルス信号の出力制御を行うこともできる。
さらに、本実施形態では、電極の配列を３×１５とするものとしているが、これに限るものではなく、患者眼に埋植することができる程度の大きさの基板に形成可能な電極数であるとともに、スクロール表示に必要な電極数が確保できればよい。また、基板上に形成する電極の並べ方は、単に電極を行×列に対して等間隔に並べる配列の他に、前述したような２次元的に等間隔で互い違いなるような配列（ハニカム配列）であってもよい。
【００２４】
以上説明したように、本発明の視覚再生補助装置によれば、被写体をスクロール表示（或いは時分割表示）にて患者に視認させる構成としたことにより、被写体の大きさに限らず一定数の電極で済むため、装置の設計、製造が行いやすくなる。さらに、本装置によれば、被写体全体を一時（一度）に認識させるために必要な電極数に対して、基板の軸方向に対して直交する方向に配列する電極の数を少なくすることができる。用いる電極数を少なくすることにより、電極を形成させる基板の面積も応じて小さくできるため、網膜の曲面に合わせて容易にその全面を接触させることが可能となる。その結果、電極と刺激部位との接触ムラを抑制し、電極ごとの電荷注入量ムラの低減を図ることができる。また、基板面積を小さくさせることができるため、体内装置の埋植を容易にするとともに、患者への負担を軽減させることができる。
【図面の簡単な説明】
【００２５】
【図１】本実施形態における視覚再生補助装置の外観を示した概略図である。
【図２】本実施形態の視覚再生補助装置における体内装置の構成を示した図である。
【図３】患者眼に体内装置を設置した状態を示した図である。
【図４】本実施形態における視覚再生補助装置の制御系を示したブロック図である。
【図５】スクロール表示にて患者に被写体を視認させる方法を示した図である。
【符号の説明】
【００２６】
１  視覚再生補助装置
１０  体外装置
１２  撮影装置
１３  外部デバイス
１４  送信手段
２０  体内装置
２１  基板
２１ａ  電極
２３  受信手段
２４  内部デバイス
２６  不関電極
【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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