(57)【要約】【課題】  ユニット間の接続線が浸潤されても、生体への影響を抑制でき、さらに、体内装置の埋植手術がし易くなる視覚再生補助装置を提供する。【解決手段】  患者の視覚を形成する視覚神経系を構成する細胞等を電気刺激するための電気刺激パルス用データと電力とを所定の信号に変換して送信する送信手段を持つ体外装置と、送信手段からの信号を受信する受信手段を有し，その信号に基づき電極から電気刺激パルス信号を出力させる体内装置を持つ視覚再生補助装置で、体内装置は電気刺激パルス用データと電力とを抽出して光信号に変換する第１制御ユニットと、その光信号を受光する受光手段を持ち，受光結果から電気刺激パルス用データと電力を得て，電気刺激パルス用データに基づいて電極から電気刺激パルス信号を出力する第２制御ユニットと、制御ユニット間を接続し光信号を伝送する光伝送部材を有する。【選択図】      図２
2008212234.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
患者の視覚を形成する視覚神経系を構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用データと電力とを所定の信号に変換して送信する送信手段を持つ体外装置と、
該送信手段から送信される前記信号を受信する受信手段を有し，該受信手段によって受信された前記信号に基づいて複数の電極から電気刺激パルス信号を出力させて患者の視覚を形成する視覚神経系を構成する細胞又は組織を刺激する体内装置と、を備える視覚再生補助装置において、
前記体内装置は、前記受信手段にて受信された信号から前記電気刺激パルス用データと電力とを抽出して所定の光信号に変換し，送信する第１制御手段を持つ第１制御ユニットと、
該第１制御ユニットと離れた位置に置かれ，前記第１制御ユニットから送信される前記光信号を受光する受光手段を持ち，該受光手段による受光結果から前記電気刺激パルス用データを得ると共に，前記光信号から電力を得て，前記電気刺激パルス用データに基づいて前記複数の電極から電気刺激パルス信号を出力するための第２制御手段を持つ第２制御ユニットと、
前記第１制御ユニットと前記第２制御ユニットとを接続し，前記光信号を伝送する光伝送部材と、を有す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、前記第２制御手段は、マルチプレクサ機能を有し，前記電気刺激パルス用データから抽出される制御信号に基づいて，前記複数の電極に前記電気刺激パルス信号を分配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１又は２の視覚再生補助装置において、前記第１制御ユニットにて生成される電気刺激パルス用データとしての光信号は，前記電極から出力される電気刺激パルス信号用の刺激信号用光信号と少なくとも前記電気刺激パルス信号を出力させる電極を指定するための制御信号となる制御用光信号を含むことを特徴とする視覚再生補助装置。
【請求項４】
請求項３の視覚再生補助装置において、刺激信号用光信号は、前記制御用光信号及び電力用光信号とは、異なる波長からなる光信号であることを特徴とする視覚再生補助装置。
【請求項５】
請求項３又は４の視覚再生補助装置において、前記第２制御手段は、単極性の前記刺激信号用光信号又は前記刺激信号用光信号から生成される単極性の電気刺激パルス信号の極性を切換る極性切換手段を有し、
前記第２制御手段が，該極性切換手段の切換によって生成された双極性の電気刺激パルス信号を前記電極から出力することを特徴とする視覚再生補助装置。
【請求項６】
請求項１〜５のいずれかの視覚再生補助装置において、
前記光伝送部材は、光ファイバと、
前記第１制御ユニットと前記第２制御ユニットとの間で着脱可能なコネクタ部と、
を有することを特徴とする視覚再生補助装置。
【請求項７】
請求項３又は４の視覚再生補助装置において、前記第２制御ユニットは、前記光信号を光電素子にて光電変換して、電気信号を抽出する光電変換部を有し、
該光電変換部は、前記電力用光信号を光電変換する光電素子と、
前記制御用光信号を光電変換する光電素子と、前記刺激信号用光信号を光電変換する光電素子と、を備え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の一部又は全部を再生する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、電極から刺激パルス信号を出力して網膜を構成する細胞を電気刺激することにより、視覚の再生を試みる装置がある（例えば、特許文献１参照）。
【特許文献１】特開２００６−２８０４１２号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
このような装置では、体外装置から送られてくる電気刺激パルス信号用のデータを用いて多数の電極から電気刺激パルス信号を各々出力させて網膜を構成する細胞を電気刺激するため、体外装置からの情報（信号）を受信し処理を行うとともに、各電極に電気刺激パルス信号を分配する機能が必要となる。このため、特許文献１のような装置においては、患者眼に直接設置する部分をできるだけ小型化させるために、複数の制御部に各々機能を分担させるようにし、電極に直接繋がる制御部と他の制御部とを絶縁性を有する樹脂にて被覆された導線（ワイヤー）にて接続するようにしている。しかしながら、このような装置は長期間体内に設置されるものであり、上述したような導線が生体の体液等により浸潤されてしまう場合もある。
【０００４】
また、複数の制御部が導線で接続され、一体的に形成された装置では、体内装置を患者の頭部に埋植する際に、取り回しが容易ではない。この問題を解決するために、複数の制御部を接続する導線をコネクタにて着脱可能な構成とし、体内装置の埋植手術の際に、各制御部毎の埋植が完了した後に、制御部間の導線をコネクタにて接続することが考えられる。しかしながら、コネクタ部分は、浸潤される可能性が高くなり、先に挙げた各制御部を導線にて電気的に接続する場合では、コネクタ部分が浸潤されたときに、生体に影響が出やすくなる。
【０００５】
上記従来技術の問題点に鑑み、体内の離れた位置に置かれた各ユニット同士を接続する導線が浸潤されても、生体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。さらに、体内装置の埋植手術がし易くな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。
（１）  患者の視覚を形成する視覚神経系を構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用データと電力とを所定の信号に変換して送信する送信手段を持つ体外装置と、該送信手段から送信される前記信号を受信する受信手段を有し，該受信手段によって受信された前記信号に基づいて複数の電極から電気刺激パルス信号を出力させて患者の視覚を形成する視覚神経系を構成する細胞又は組織を刺激する体内装置と、を備える視覚再生補助装置において、前記体内装置は、前記受信手段にて受信された信号から前記電気刺激パルス用データと電力とを抽出して所定の光信号に変換し，送信する第１制御手段を持つ第１制御ユニットと、該第１制御ユニットと離れた位置に置かれ，前記第１制御ユニットから送信される前記光信号を受光する受光手段を持ち，該受光手段による受光結果から前記電気刺激パルス用データを得ると共に，前記光信号から電力を得て，前記電気刺激パルス用データに基づいて前記複数の電極から電気刺激パルス信号を出力するための第２制御手段を持つ第２制御ユニットと、前記第１制御ユニットと前記第２制御ユニットとを接続し，前記光信号を伝送する光伝送部材と、を有することを特徴とする。
（２）  （１）の視覚再生補助装置において、前記第２制御手段は、マルチプレクサ機能を有し，前記電気刺激パルス用データから抽出される制御信号に基づいて，前記複数の電極に前記電気刺激パルス信号を分配することを特徴とする。
（３）  （１）又は（２）の視覚再生補助装置において、前記第１制御ユニットにて生成される電気刺激パルス用データとしての光信号は，前記電極から出力される電気刺激パルス信号用の刺激信号用光信号と少なくとも前記電気刺激パルス信号を出力させる電極を指定するための制御信号となる制御用光信号を含むことを特徴とする。
（４）  （３）の視覚再生補助装置において、刺激信号用光信号は、前記制御用光信号及び電力用光信号とは、異なる波長からなる光信号であることを特徴とする。
（５）  （３）又は（４）の視覚再生補助装置において、前記第２制御手段は、単極性の前記刺激信号用光信号又は前記刺激信号用光信号から生成される単極性の電気刺激パルス信号の極性を切換る極性切換手段を有し、前記第２制御手段が，該極性切換手段の切換によって生成された双極性の電気刺激パルス信号を前記電極から出力することを特徴とする。
（６）  （１）〜（５）のいずれかの視覚再生補助装置において、前記光伝送部材は、光ファイバと、前記第１制御ユニットと前記第２制御ユニットとの間で着脱可能なコネクタ部と、を有することを特徴とする。
（７）  （３）又は（４）の視覚再生補助装置において、前記第２制御ユニットは、前記光信号を光電素子にて光電変換して、電気信号を抽出する光電変換部を有し、該光電変換部は、前記電力用光信号を光電変換する光電素子と、前記制御用光信号を光電変換する光電素子と、前記刺激信号用光信号を光電変換する光電素子と、を備えることを特徴とする。
【発明の効果】
【０００７】
本発明によれば、体内の離れた位置に置かれた各ユニット同士を接続する導線が浸潤されても、生体への影響を抑制することができる。さらに、体内装置の埋植手術がし易くなる。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００８】
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。
【０００９】
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。
【００１０】
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ー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）することができる。この電磁波には、電気刺激パルス用データと電力とが重畳され、所定の信号とされる。この電磁波は、変調にて体外、体内の送受信が行われる。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。
【００１１】
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。
【００１２】
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の断面を示した図である。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り、後述する刺激部４０に電気刺激パルス信号用データや電力を伝送するための第１の制御ユニットとなる受信部３０と、受信部３０から送られてくる電気刺激パルス信号用データや電力を用いて網膜を構成する細胞を電気刺激するための第２の制御ユニットとなる刺激部４０により構成される。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や、制御部３２（第１の制御手段）が設けられている。制御部３２は、受信手段３１にて受信された電磁波（電気信号）から電気刺激パルス用データと電力を抽出し、分けるとともに、電気刺激パルス用データを基に、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極を指定する電極指定信号等を含む、他ユニット（ブロック）用の制御信号とに変換し、刺激部４０へと送るための役割を有している。このとき、制御部３２は、電力、制御信号、電気刺激パルス信号等を、刺激部４０へと情報伝送するための光信号に変換する（詳細は後述する）。
【００１３】
これら受信手段３１や制御部３２は、基板３３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。３４は、電極４１のそれぞれの対向電極であり、３５は対向電極を刺激部４０（刺激制御部４２）と電気的に接続するワイヤーである。ワイヤー３５は生体適合性の高い貴金属や導電体で作製される。
【００１４】
一方、刺激部４０には、電気刺激パルス信号を出力する複数の電極４１、刺激制御部４２（第２の制御手段）が設けられている。各電極４１は刺激制御部４２に接続されている。この接続形態は後で説明する。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４１の各々へ振り分ける役目を果たす（詳細は後述する）。電極４１には生体適合性が高い貴金属、例えば金や白金、窒化チタン、酸化イリジウム等が用いられる。電極４１は基板４３上に複数個形成され、刺激制御部４２は後述する蓋部材４５と設置台４６によりハーメチックシール（密封）され、設置台４６を介して基板４３に実装されている。本実施形態で用いられる基板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、ポリプロピレンやポリイミド等、生体適合性が高く、所定の厚さにおいて湾曲可能な材料を長板状に加工したものをベース部としている。基板４３の厚みは強度を有しつつ薄い、例えば、５０μｍ程度とする。この基板４３上にリード線４３ａが配置され、電極４１と刺激制御部４２が電気的に接続されている。
【００１５】
電極４１から出力される電気刺激パルス信号は、一つの刺激が、プラス方向及びマイナス方向の矩形波を組み合せた双極性（二相性）のパルスである。これらのパルスの強度や持続時間等を変更して、各電極４１から出力されることで、網膜を構成する細胞へ様々な刺激が与えられる。
【００１６】
刺激制御部４２は、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設置台４６側にして設置台４６に接合されている。設置台４６は、セラミックス等の絶縁性や、ガスや水分に対する気密性を有すると共に、生体適合性を有する素材にて平板状に形成されている。また、設置台４６には、刺激制御部４２が持つパターン配線の端子部分と電気的に接続するための配線が、設置台４６を貫通するように形成されている。
【００１７】
蓋部材４５は、生体適合性、気密性の高い素材、例えば、セラミックスや金属（例えば、チタン、白金、金）を薄肉で、その断面形状が刺激制御部４２が収まる内部空間を有したハット状に製作されている。このような蓋部材４５と設置台４６の接合は、設置台４６の接合箇所に、メタライズ処理により金属層を形成して、蓋部材４５、設置台４６の金属同士を接合する。このようにして、刺激制御部４２は密封される。
【００１８】
４７は、載置台４６上に形成され、リード線４３ａを介して刺激制御部４２と接続された光電素子である。光電素子（光電変換素子）には、光の輝度変化に応じて電気信号に変換する素子、例えば、フォトトランジスタやフォトダイオードが用いられ、後述する光ファイバ５０（５０ａ，５０ｂ）より伝送された光信号を受光し、電気信号へと変換する。なお、光ファイバ５０は、出射側（受信部３０側）の光ファイバ５０ａと入射側（刺激部４０側）の光ファイバ５０ｂとに分かれており、コネクタ５１によって接続されている。受信部３０と刺激部４０とは、光信号を伝送するための伝送手段となる光ファイバ５０（５０ａ，５０ｂ）とコネクタ５１とによって接続されている。光ファイバ５０は、コア径が５〜５０μｍ程度のものが用いられ、可視光から赤外光の光を伝送可能な特性を有している。また、光ファイバ５０は、体内装置２０が患者の体内に埋植された際に、眼球や眼窩の形状にフィットするような柔軟性を有するとともに、曲げられても光ファイバ５０内の光信号が外に漏れない構造となっている。なお、光ファイバ５０は生体適合性の高い素材、例えば、シリコーン、パリレン等で被覆される。光ファイバ５０内の信号はすべて光であるため、光ファイバ５０が生体の体液等に浸潤されたとしても、浸潤箇所で光の漏れがある程度であり、生体に与える悪影響は少なく、電気的な悪影響がない。光ファイバ５０ｂの出射端と光電素子４７の周囲は、生体適合性を有する素材にて包埋される。このとき、包埋用樹脂は、光を外に漏らさない特性を持つ素材、例えば、黒色に着色されたものが好ましい。刺激制御部４２は、光電変換により生成された電気信号から制御信号や電力、電気刺激パルス信号等を抽出、生成して、電極４１から電気刺激パルス信号を出力させる。
【００１９】
コネクタ５１は、光ファイバ５０ａ、５０ｂが対向して嵌入可能な筒状の構造をしている。コネクタ５１の内部はテーパ状になっており、嵌入された光ファイバ５０ａ、５０ｂの光軸が同軸とされ、光ファイバ５０の光伝送が好適に行われる。光ファイバ５０ａ、５０ｂは、体内装置２０の埋植後に連結され、その後、コネクタ５１の周囲は生体適合性を有した樹脂等で包埋される（図示は略す）。このような構成により、体内装置２０の埋植手術時に、受信部３０や刺激部４０等の各ユニットを別々に取り扱えるため、手術がし易くなる。本実施形態では２本の光ファイバ５０ａ，５０ｂをコネクタ５１にて接続するものとしているが、体内装置２０の埋植手術時に受信部３０と刺激部４０とを別々に取り扱うことができればよい。例えば、１本の光ファイバを刺激部４０側に固着しておき、各ユニット（受信部３０，刺激部４０）の埋植後、コネクタ等の接続手段を用いて光ファイバ先端を受信部３０に接続させるような構成であってもよい。またその反対に、１本の光ファイバを受信部側に固着しておき、刺激部４０に接続手段を用いて接続することもできる。
【００２０】
なお、図示は略すが、受信部３０は、光ファイバ５０ａを外に出して、気密性の高い容器に収められ、その容器の蓋を密閉される。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。これにより、受信部３０はハーメチックシールされる。
【００２１】
次に、体内装置２０の受信部３０及び刺激部４０の構成及び各構成要素の連携を示し、光ファイバ５０上を伝送される光信号について説明する。図３は、受信部３０の内部構成を模式的に示したブロック図であり、図４は、刺激部４０の内部構成を模式的に示したブロック図である。図中に示されるブロックは、それぞれが半導体集積回路にて作製された機能ユニット（ブロック）とし、各半導体素子（例えば、ＭＯＳＦＥＴ等のトランジスタ，ダイオード、抵抗、コンデンサ）の組合せにより機能を果たす。各ブロックの詳細な回路構成等は、説明の簡便のため略す。
【００２２】
図３に示すように、送信手段１４と受信手段３１がコイルリンクの形態をとり、電気刺激パルス用データや電力を含む電磁波が受信手段３１に受信される。ここで取得された電磁波は交流信号となる。受信された電磁波は、受信手段３１と接続される受信ブロック６１に送られ、受信ブロック６１にて電気刺激パルス用データの信号と、電源出力（電力用信号）に分離される。
【００２３】
分離された電源出力は、受信ブロック６１に接続される電源ブロック６２へと送られる。電源ブロック６２は、整流器（整流手段）６２ａ等で、電源電圧を安定化し、接続される各ブロック（デコーダ６３、制御信号出力回路６４、刺激信号出力回路６５）に電力を供給する。また、分離された電気刺激パルス信号用データは、受信ブロック６１に接続されるデコーダ６３へと送られ、電気刺激パルス信号用データから刺激制御部４２用の制御信号や、各電極４１から出力される電気刺激パルス信号の強度、持続時間を指定する電気刺激パルス用パラメータ信号等が抽出される。
【００２４】
デコーダ６３で抽出された刺激制御部４２用の制御信号はデコーダ６３と接続される制御信号出力回路６４へと送られ、電気刺激パルス用パラメータ信号は、、刺激信号出力６５へと送られる。刺激制御部４２用の制御信号は、制御信号出力回路６４で電力用信号に重畳される。
【００２５】
刺激信号出力回路６５では、デコーダ６３から受け取った電気刺激パルス用パラメータ信号に基づき、電源ブロック６２から得ている直流電圧（又は電流）を各電極４１から出力させる所定の強度（電流）、所定の持続時間を持つ単極性（単相性）の電気刺激パルス信号（以下、単極パルス信号と呼ぶ）に相当する電流で発光素子７１をドライブする。なお、詳細は後述するが、これらの単極パルス信号は、刺激部４０（刺激制御部４２）にて双極性の電気刺激パルス信号へと変換される。
【００２６】
制御信号出力回路６４に電力用信号に重畳された刺激制御部４２用の制御信号は、制御信号出力回路６４と接続される発光素子７１により、光信号（制御用光信号及び電力用光信号）に変換される。発光素子７１には、電気信号に応じて光強度の変化を持つ光信号に変換する素子、例えば、発光ダイオードや半導体レーザ等が用いられる。同様に、刺激信号出力回路６５で生成された単極パルス信号は、発光素子７２により電気信号から光信号（刺激信号用光信号）に変換される。各光信号については、後述する。
【００２７】
なお、本実施形態では、発光素子（光電変換素子）７１、７２には、半導体レーザを用いて、光信号をレーザ光とする。また、発光素子７１には、可視域のレーザ光を出射する半導体レーザを用い、光電素子発光素子７２には、赤外域のレーザ光を出射する半導体レーザを用いる。
【００２８】
発光素子７１、７２の前方には集光レンズ７３、７４が配置され、レンズ７３の前方には、レーザ光を反射するミラー７５が配置される。７６は、ダイクロイックミラーであり、ダイクロイックミラー７６により、発光素子７２、７２から出射された波長の異なるレーザ光の光軸が同軸にされる。ダイクロイックミラー７６は、可視域レーザ光を反射し、赤外域レーザ光を透過するよう作製される。７８は集光レンズであり、集光レンズ７８によってレーザ光で構成される光信号が光ファイバ５０ａ端面に集光，入射される。
【００２９】
次に、刺激部４０の内部構成を説明をする。図４（ａ）は、刺激部４０の構成を示す模式図であり、図４（ｂ）は、光電素子（光電変換部）４７上での光信号の受光を説明する図である。図示するように、光ファイバ５０ｂが、刺激制御部４２へと接続され、ワイヤー３５は対向電極３４と接続される。光ファイバ５０ｂの出射端面の直前に光電素子４７が配置されており、光ファイバ５０ｂから出射される光信号は、光電素子４７により光電変換され、電気信号とされ、光電素子４７と接続される受信ブロック９１へと送られる。
【００３０】
次に、光電素子４７の受光について説明する。図４（ｂ）において、５０ｆは光ファイバ５０ｂより出射された光信号の光束を示す。４７ａ、４７ｂは単極パルス光信号の受光部（受光面）であり、４７ｃは制御用光信号及び電力用光信号の受光部である。受光部４７ｂ、４７ｃは、光電素子４７の前面に形成される受光部４７ａの中央の一部に形成される。受光部４７ａは赤外域を光電変換する構成になっており、赤外域レーザ光で入射する制御用光信号及び電力用光信号を電気信号（単極パルス信号）に変換する。受光部４７ｂ、４７ｃは可視域光を光電変換する構成となっており、可視域レーザ光として入射する制御用光信号及び電力用光信号を電気信号（制御信号及び電力用信号）に変換する。受光部４７ａと４７ｂ、４７ｃの光感受性を異ならせることにより、波長多重の光信号から特定の信号が抽出できる。
【００３１】
電気刺激パルス信号は、網膜を構成する細胞を刺激できるように、充分な電流が必要とされる。このため、単極パルス光信号から単極パルス信号への光電変換には高い効率が求められる。一方、制御信号や電力用信号は、電気刺激パルス信号と比べて高いエネルギ量は必要とされない。従って、単極パルス光信号の受光部４７ａは、制御用光信号及び電力用光信号の受光部４７ｂよりも大きく形成される。なお、受光部４７ｂ、４７ｃは、受光部４７ａの中央に設けられるに限るものではなく、周辺や分離して単独で設けられていてもよい。また、光信号の制御用光信号、電力用光信号、単極パルス光信号の分離を、フィルタや回折素子等により行う構成であってもよい。
【００３２】
また、本実施形態で用いられるレーザ光は、１パルス当りのエネルギ量を、所定の値以下とする。この値は、レーザ光が、光ファイバ５０から生体に漏れたとしても、漏れ位置で、生体に熱的遜色等の悪影響が小さい値とする。
【００３３】
受光部４７ｂで受光し、光電変換にて取得した電流（信号）は、１：ｎの電流安定化回路９５（カレントミラー回路）に入力される。電流安定化回路９５の出力信号はマルチプレクサ９４に入力され、マルチプレクサ９４での電気刺激パルス信号の生成時に、電流値の安定化に用いられる。これにより、電流安定化回路９５の信号によって電気刺激パルス信号は電極４１の電圧の影響を受けなくなる（安定化される）。
【００３４】
受信ブロック９１では、電気信号となった電力用信号を電源ブロック９２へと送り、制御データを制御回路９３へと送る。電源ブロック９２では、電力用信号を安定化させ、接続されている制御回路９３、マルチプレクサ９４に直流電源を供給する。制御回路９３では、受け取った制御信号に基づいて、単極パルス信号から双極性の電気刺激パルス信号を生成するようにマルチプレクサ９４（極性反転回路９４ａ）を制御する。制御回路９３とマルチプレクサ９４により、極性切換手段が構成される。電気刺激パルス信号の分配機能を有するマルチプレクサ９４は、電極指定信号に基づいて、指定を受けた所定の電極４１から電気刺激パルス信号を出力させる。
【００３５】
このようにして、受信部３０と刺激部４０の間の情報の伝送を、波長分割や信号の重畳を行った光信号（制御信号、電力、単極パルス信号）を用い、単線の光ファイバ５０にて行うことにより、体内装置２０の構成がコンパクトになり、埋植手術がし易くなる。また、患者への負担が軽減される。
【００３６】
次に、光ファイバ５０内を伝送される光信号及び電気刺激パルス信号の生成について説明する。図５は、光信号と電気刺激パルス信号の生成を説明するための模式的なタイミングチャートである。図５（ａ）は、電力用光信号を示している。図示するように、一定の値（強度Ｖ０）を持った光信号である。これは、電源ブロック６２で得られた電力が直流とされるためである。この電力用光信号が光電素子４７で光電変換されると、一定の強度を持つ直流信号（直流電圧）となる。
【００３７】
図５（ｂ）は、制御用光信号を示している。制御用光信号は、光のオンとオフの２値で構成されるデジタル信号であり、オンとオフ、及び信号出力時間（幅）等のいくつかの組合せで各々の制御信号が形成される。ここでは、模式的に描写しているが、制御用光信号は、他の光信号と比べて極めて高い周波数にて生成される。この制御用光信号は、受信部３０にて抽出された制御信号を光電変換によって、電気信号の場合と同様のタイミングで光信号とされている。
【００３８】
図５（ｃ）は、上述した電力用光信号と制御用光信号とが重畳された光合波信号を表す模式図であり、強度Ｖ０の電力用光信号をベース（搬送信号）とし、制御用光信号の信号強度を反転（強度Ｖ０から強度が下がる方向に）して重畳させて生成される。先に説明したように、制御用光信号の周波数が高いため、光合波信号から光電素子４７及び受信ブロック９１で直流電圧を抽出しても、強度Ｖ０に相当する電圧が得られる。また、受信ブロック９１に電圧の安定化回路が形成されていれば、得られる電圧はさらに安定する。なお、ここでは、制御用光信号と電力用光信号を同じ波長の光とし、合波する構成としたが、それぞれの光信号を異なる波長で生成してもよい。
【００３９】
図５（ｄ）は、単極パルス信号のタイミングを示しており、図５（ｅ）は、電気刺激パルス信号のタイミングを示した図である。なお、単極パルス光信号のタイミングも図５（ｄ）と同様になる。図において、電流強度Ａ０、パルス幅ｔ０の矩形状のパルス信号Ｐ１，Ｐ２が、インターバルをおいて単極パルス信号を形成している。ここで、パルス信号Ｐ１、Ｐ２に注目すると、パルス信号Ｐ２の極性を反転させることにより、図５（ｅ）に示す電流強度Ａ０，パルス幅ｔ０のカソード側へのパルス信号Ｐｃ、電流強度Ａ０，パルス幅ｔ０のアノード側へのパルス信号で形成される双極性の電気刺激パルス信号となる。このような、極性の反転は、マルチプレクサ９４にて行われる。マルチプレクサ９４は、パルス信号の極性を切換るため、スイッチング素子を組み合せて作製される極性反転回路９４ａを有している。極性反転回路９４ａは、制御信号を受け取った制御回路９３の指令に基づいて、単極パルス信号のパルス信号Ｐ２の極性を反転させる、つまり、＋側への矩形状パルス信号を−側への矩形状パルス信号に変えることにより、図５（ｅ）に示す電気刺激パルス信号を生成する。このとき、極性反転回路９４ａは、パルス信号Ｐ２のパルス幅ｔ０の間だけ、極性を反転させる。
【００４０】
以上のようにして、単極パルス信号から、双極性の電気刺激パルス信号が生成される。これにより、単極性の信号である光信号を用いた電気刺激パルス信号の伝送でも、刺激部４０を複雑な構成にすることなく、双極性の電気刺激パルス信号が電極４１から出力可能となる。また、前述したように、電気信号から光信号への変換及び光信号から電気信号への変換が、各発光素子および光電素子により、電流（又は電圧）強度と光強度との変換とされるため、制御信号と単極パルス信号が同タイミングで生成される。従って、マルチプレクサ９４において、電気刺激パルス信号を電極指定信号に基づいて電極４１から出力する動作に時間的ずれが実質的になくなる。このため、刺激部４０に、電気刺激パルス信号や制御信号（電極指定信号等）の同期を取るための構成が必要なくなる。これにより、装置を小型化できると共に、消費電力を低減できる。
【００４１】
このようにして、受信部３０（第１制御ユニット）と刺激部４０（第２制御ユニット）との間で伝送される制御信号や電力、電気刺激パルス信号の基となるパルス信号等を光信号として光ファイバ５０にて伝送することができる。これにより、光ファイバ５０が浸潤されたとしても、生体に電気的な悪影響を与える可能性が低減される。
【００４２】
図６は刺激部４０を眼内に埋植した状態を示す概略図である。対向電極３４は図示するように眼内中央の前眼部寄りの位置に置かれる。これによって、網膜Ｅ１は電極４１と対向電極３４（対向電極）との間に位置することとなる。よって、電極４１からの電気刺激パルス信号電流が効率的に網膜を貫通することとなる。
【００４３】
一方、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。
【００４４】
なお、光ファイバ５０ａ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。眼窩に入れられた光ファイバ５０ｂは、図６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。受信部３０及び刺激部４０が所定の位置に設置された後、光ファイバ５０ａ、５０ｂはコネクタ５１により連結され、コネクタ５１の周囲は樹脂にて包埋される。
【００４５】
このようにして、体内装置２０が一体的に作製されていないため、埋植手術の際に、受信部、刺激部を別々に埋植でき、体内装置２０の取り回し易くなる。
【００４６】
なお、本実施形態では、体内装置２０（刺激部４０）の設置位置を強膜Ｅ３側に位置させて、強膜Ｅ３側（脈絡膜側）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。電極を配置する基板がフレキシブルであることが好ましい部位で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、層間に電極及び基板を設置すればよい。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。
【００４７】
以上のような構成を備える視覚再生補助装置において、その動作を図７に示す制御系のブロック図を基に説明する。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に変調し、送信手段１４より電磁波として体内装置２０側に送信する。
【００４８】
また同時に、データ変調手段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。
【００４９】
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、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へと送る。このとき、制御部３２では図３の説明で示した各構成ブロックにより、光信号が生成されており、光ファイバ５０を介して刺激制御部４２に送られる信号はすべて光信号とされる（電気刺激パルス信号も含む）。
【００５０】
刺激制御部４２では受け取った光信号を前述した方法により光電変換し、電力、制御信号、電気刺激パルス信号の基となる単極パルス信号を抽出する。刺激制御部４２は、制御信号に基づき、単極パルス信号から電気刺激パルス信号を生成し、各電極４１に分配し、出力させる。各電極４１から出力される電気刺激パルス信号によって網膜Ｅ１を構成する細胞が電気刺激され、患者は視覚（擬似光覚）を得る。なお、制御部３２は、受信手段３１により体内装置２０を駆動させるための電力を得る。
【００５１】
なお、以上説明した本実施形態では、患者眼の強膜Ｅ３に基板４３を設置し、強膜Ｅ３を介して網膜Ｅ１を電気刺激する構成としたが、これに限るものではない。体内装置の電力供給や制御信号の生成、刺激の制御等を担う複数の機能ユニットが導線を介して接続される形態で、患者の視覚を形成する視覚神経系を構成する細胞又は組織を電気的に刺激する構成であればよい。例えば、電気刺激パルス信号を出力する電極を有する制御ユニットを眼内の視神経乳頭部や眼外の視神経部分に配置し、制御ユニットへの電力供給や指令信号を送る別の制御ユニットを患者の皮下等の離れた場所に配置し、これら２つのユニットを接続して、視神経を電気刺激する構成としてもよい。また、電極を有する制御ユニットを視交叉や外側膝状体、大脳皮質等の視覚神経系の高次視覚処理を行う組織に配置し、それぞれの組織を構成する細胞を刺激する構成としてもよい。例えば、大脳皮質の後頭葉であれば、錐体細胞等を刺激する又は視覚野（例えば、Ｖ１、Ｖ２等）を刺激する等である。
【００５２】
なお、以上説明した本実施形態では、それぞれの光信号を波長分割して重畳し、一本の光ファイバ５０で伝送する構成とすることにより、受信部３０と刺激部４０の接続を単線（光ファイバ５０）のみとする構成としたが、これに限るものではない。それぞれの光信号毎に光ファイバを設ける構成としてもよい。また、本実施形態では、受信部３０にて、電気刺激パルス信号、制御信号等を生成した上で光信号とし、刺激部４０に送る構成としたが、これに限るものではない。受信部３０にて受信した電磁波を光信号とし、刺激部４０に送って、刺激部４０にて、制御信号、電気刺激パルス信号の生成等を行う構成であってもよい。
【図面の簡単な説明】
【００５３】
【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】本実施形態における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】受信部３０の内部構成を模式的に示したブロック図である。
【図４】刺激部４０の内部構成を模式的に示したブロック図である。
【図５】各信号の模式的なタイミングチャートである。
【図６】体内装置を体内に設置した状態を示した図である。
【図７】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。
【符号の説明】
【００５４】
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  対向電極
４０  刺激部
４１  電極
４２  刺激制御部
４３  基板
４７  光電素子
７１、７２  光電素子
５０，５０ａ，５０ｂ  光ファイバ
５１  コネクタ
【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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