(57)【要約】【課題】高密度に電極を配置しても刺激電流同士の干渉を起こし難くし、好適に視覚の再生を行うことのできる視覚再生補助装置を提供する。【解決手段】患者眼の網膜上又は網膜下に設置され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、患者に認知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像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、制御手段は刺激パルス信号が互いに干渉し合う距離内に置かれる電極同士からは同時に刺激パルス信号を出力させないように制御するとともに，経時的に刺激パルス信号を出力させる電極と出力させない電極とを入換える制御を行う。【選択図】      図４
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
網膜の疾患によって失明を伴う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、患者眼の網膜上又は網膜下に設置され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、患者に認知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像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、該制御手段は前記被写体を患者に認知させるために前記刺激パルス信号を出力することが必要な前記電極アレイ上の各電極に対して，刺激パルス信号が互いに干渉し合う距離内に置かれる電極同士からは同時に前記刺激パルス信号を出力させないように制御するとともに，経時的に前記刺激パルス信号を出力させる電極と出力させない電極とを入換え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、前記制御手段は前記電極アレイ上に形成された電極のうち、互いに隣接しない電極同士に対して同時に前記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３】
請求項１及び請求項２の視覚再生補助装置において、前記制御手段による前述の制御は前記被写体を患者に認知させるのに必要な時間内に行うことを特徴とする視覚再生補助装置
【請求項４】
請求項１の視覚再生補助装置において、前記電極アレイは基板上に設けられたアクティブ素子が設けられた配線回路に前記電極が接続されたアクティブマトリクス方式を用いたことを特徴とする視覚再生補助装置。
【請求項５】
請求項１〜４の視覚再生補助装置において、前記電極アレイ上に形成される電極はハニカム配列状に形成されてい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】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
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。
【０００２】
【従来技術】
近年、失明治療技術の一つとして、電極等を有する眼内埋埴装置（体内装置）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は、例えば体外にて撮像された映像を光信号や電磁気信号に変換した後、眼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（刺激電流）を発して網膜を構成する細胞を刺激することにより、視覚の再生を促す方法が考えられている（特許文献１  参照）。
このように電極からの電気刺激パルス信号を用いて視覚の再生を促す場合、より明確な視覚を得るためには電極の数を多くするとともに、各電極の配置をできるだけ高密度にさせておく必要がある。
【特許文献１】
米国特許５９３５１５５号明細書
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、高密度に電極を配置する場合、隣り合う電極から同時に電気刺激パルス信号を発すると、刺激電流同士の干渉が起きやすく、これによって視覚の再生を阻害する要因となる。
上記従来技術の問題点に鑑み、高密度に電極を配置しても刺激電流同士の干渉を起こし難くし、好適に視覚の再生を行う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。
【０００４】
【課題を解決するための手段】
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。
【０００５】
（１）  網膜の疾患によって失明を伴う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、患者眼の網膜上又は網膜下に設置され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、患者に認知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像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、該制御手段は前記被写体を患者に認知させるために前記刺激パルス信号を出力することが必要な前記電極アレイ上の各電極に対して，刺激パルス信号が互いに干渉し合う距離内に置かれる電極同士からは同時に前記刺激パルス信号を出力させないように制御するとともに，経時的に前記刺激パルス信号を出力させる電極と出力させない電極とを入換え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、前記制御手段は前記電極アレイ上に形成された電極のうち、互いに隣接しない電極同士に対して同時に前記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。
（３）  （１）及び（２）の視覚再生補助装置において、前記制御手段による前述の制御は前記被写体を患者に認知させるのに必要な時間内に行うことを特徴とする。
（４）  （１）の視覚再生補助装置において、前記電極アレイは基板上に設けられたアクティブ素子が設けられた配線回路に前記電極が接続されたアクティブマトリクス方式を用いたことを特徴とする視覚再生補助装置。
（５）  （１）〜（４）の視覚再生補助装置において、前記電極アレイ上に形成される電極はハニカム配列状に形成されていることを特徴とする。
【０００６】
【発明の実施の形態】
本発明の実施の形態を図面を用いて説明する。図１は実施の形態で使用する視覚再生補助装置の要部構成を示し、図２は視覚再生補助装置の外観を示した概略図、図３は視覚再生補助装置の制御系を示したブロック図である。
【０００７】
１は視覚再生補助装置であり、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は図１、図２に示すように、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カメラからなる撮影装置１２と、外部デバイス１３、コイルからなる送信手段１４にて構成されている。
【０００８】
図３に示すように、外部デバイス１３には、撮影装置１２からの撮影データを電気刺激パルス用データ（情報）に変換するための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。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１４ａが取り付けられている。磁石１４ａ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。
【０００９】
バイザー１１は図２に示すように眼鏡形状を有しており、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、患者に認知させる被写体を撮影することができる。
また、図３に示すように体内装置２０は、網膜Ｅｒを構成する細胞を電気刺激するための刺激電極２３が設けられた基板２１、不関電極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２４、受信手段２４の中心に取り付けられている磁石２４ａ、ケーブル２５、内部デバイス２６等にて構成されている。
【００１０】
図４（ａ）は眼内に置かれる基板２１の外観を示した図であり、図４（ｂ）は図４（ａ）のＡ方向から見たときの概略断面図である。
基板２１は生体適合性の良い軟性の材料を使用しており、本実施の形態ではポリイミドを用いている。基板２１は略長板形状からなっており、その先端裏側（紙面裏側）には、網膜を構成する細胞を電気刺激するための電極２３が複数個所定の間隔（等間隔）にて形成されており、多点電極アレイを形成している。なお、電極２３は図４の部分拡大図に示すように、各電極２３の形成ピッチをできるだけ小さくさせるために、基板２１上に蜂の巣形状（ハニカム形状）に形成されている。このようなハニカム形状に電極２３を形成することにより電極の設置密度を高め、高い空間分解能が得られるようにしている。なお、本実施形態では基板上に８×８の計６４個の電極を形成させるものとしている。
【００１１】
また、各電極２３には各々独立した電線（リード線）２７が接続されており、図４（ｂ）に示すように、各リード線２７は基板２１先端部の裏側から基端側に延び、基板２１の基端側表面（紙面表側）に設けられた内部デバイス２６に接続されている。また、内部デバイス２６は、ケーブル２５を介して受信手段２４と接続されており、受信手段２４にて受信されたパルス信号用データを基に、視覚を得るための電気パルス信号に変換するための変換回路や変換した電気パルス信号を各電極２３に必要に応じて送信させるための制御手段を有している。
このような内部デバイス２６や電極２３が設けられた基板２１を患者眼Ｅの眼内に設置する場合には、図示なき鋲状のタックや生体適合性の良い接着剤等にて患者眼Ｅの網膜Ｅｒに固定することができる。
【００１２】
以上のような構成を備える視覚再生補助装置において、視覚再生のための制御動作を説明する。
視覚再生補助装置１の体外装置１０及び体内装置撮影装置２０を図１及び図２に示すように患者眼Ｅに取り付け視覚の再生を行う。
撮影装置１２により撮影された被写体の撮影データは、信号変換手段１３ａによって所定の周波数帯域内の信号（電気刺激パルス用データ）に変換され、送信手段１４より電磁波として体内装置２０側に送信される。この刺激パルス用データには、電気刺激パルス信号を出力すべき電極２３の選択情報、電極２３から出力される電気刺激パルス信号の周波数、振幅（刺激電流の強度）や刺激時間幅等、の刺激条件が含まれている。また同時に信号変換手段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）の周波数帯域と異なる帯域の信号（電力用信号）に変換し、電磁波として体内装置２０側に送信する。
【００１３】
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２４で受信し、内部デバイス２６に送る。内部デバイス２６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。また、その他の帯域の信号は体内装置２０を駆動させるための電力として供給される。内部デバイス２６は抽出した電気刺激パルス用データに基づいて、各電極２３から出力させる電気刺激パルス信号を形成し、各電極２３から出力させ、視覚の再生を促す。
【００１４】
このとき内部デバイス２６は、隣接する電極２３が同時に電気刺激パルス信号を出力しないように制御を行う。また、電気刺激パルス信号を出力させる電極と出力させない電極とを入換えながら、各電極２３から順次電気刺激パルス信号を出力させる。内部デバイス２６は、このような制御を短時間にて行うことにより、被写体を患者に認知させるために刺激パルス信号を出力させることが必要なすべての電極２３から電気刺激パルス信号を出力させる。
【００１５】
図５は内部デバイス２６による出力制御によって各電極２３から刺激パルス信号を交互に出力させる一例を示した図である。この図では４×４の計１６個の電極２３を用いた場合（電極はハニカム形状に設置）を例にとり、説明する。なお、図示するような電極の配置において、隣接し合う電極同士から同時に刺激パルス信号を出力させた場合、電気刺激パルス信号（刺激電流）の相互の干渉が起こりうるものとしている。また、隣接しない電極同士から同時に刺激パルス信号を出力させた場合は、電気刺激パルス信号（刺激電流）の相互の干渉が起らないものとしている。
また、図中のアルファベット及び数字は、１６個の電極の位置（番地）を各々表すために用いている。
【００１６】
図５（ａ）に示すように、内部デバイス２６は最初にＢ１，Ｂ３，Ｄ１，Ｄ３の電極２３（斜線で表されている電極）から電気刺激パルス信号を同時に出力させる。最初に電気刺激パルス信号を出力する電極２３は、Ｂ１，Ｂ３，Ｄ１，Ｄ３の電極２３に限るものではなく、隣合う電極同士が同時に電気刺激パルス信号を出力しなければよい。Ｂ１，Ｂ３，Ｄ１，Ｄ３の電極２３から、電気刺激パルス信号が網膜を構成する細胞を刺激するのに必要な時間だけ出力されると、内部デバイス２６はＢ１，Ｂ３，Ｄ１，Ｄ３の電極２３からの電気刺激パルス信号の出力を止める。次に、内部デバイス２６は図５（ｂ）に示すように、Ｂ１，Ｂ３，Ｄ１，Ｄ３以外の電極２３で互いに隣接しない電極２３（Ａ２，Ａ４，Ｃ２，Ｃ４）から同じように電気刺激パルス信号を出力させる。Ａ２，Ａ４，Ｃ２，Ｃ４の電極２３からの電気刺激パルス信号の出力後、図５（ｃ）に示すようにＡ１，Ａ３，Ｃ１，Ｃ３の電極２３からの出力を行う。その後は図５（ｄ）に示すように、Ｂ２，Ｂ４，Ｄ２，Ｄ４の電極２３からの電気刺激パルスの出力を行うことにより、全ての電極２３からの出力を完了する。このように患者に被写体を認知させるために、時分割にて各々の電極２３から出力させながら経時的に出力を行う電極２３を切り換えていくようにする。その結果、刺激パルス信号が互いに干渉し合う距離内（間隔）に置かれる電極同士（本実施の形態では隣接する電極同士）からは、同時に電気刺激パルス信号を出力させることがないため、刺激電流の相互の干渉が抑制されることとなり、視覚の再生を好適に行うことができる。なお、電気刺激パルス信号を出力させない電極に対しては、ハイインピーダンス状態か絶縁状態にしておくようにしてもよい。
また、一回の被写体の認知において、出力を行う電極２３の切り換えを全て完了させる時間は、時分割にて出力された電気刺激パルス信号の総和によって一つ（一コマ）の被写体を認知することが可能な時間内にて行う必要がある。また、隣接しない電極２３から同時に電気刺激パルス信号を出力させる時間は、電気刺激パルス信号が網膜を構成する細胞を刺激するのに必要な時間（視覚を覚えさせるのに必要な時間）であればよい。
【００１７】
また、認知させるべき被写体の交換レートは、動画をコマ落ちなく認知させる場合には、映画のフレームレートのように毎秒２４〜３０コマ程度か、それ以上（２４〜３０Ｈｚ以上）であることが好ましい。したがって、１コマの被写体を認知させる場合、１／３０秒〜１／２４秒までには、対応する電極２３からの電気刺激パルス信号の出力を全て完了させておくことが好ましい。
このような条件を基に、内部デバイス２６は電気刺激パルス信号出力に関する出力時間制御を行いながら、各電極２３から電気刺激パルス信号を出力させる。
また、本実施の形態では各電極２３に対し、その個数分だけのリード線２７を用意し、接続させるものとしているが、基板２１上に形成する電極２３の数が増えるに従って、用意するリード線も増えることとなる。リード線の増加は、体内装置２０を小型化する上では不利となってしまう。このため、電極数が多い場合、その電極２３をアクティブマトリックス方式を用いた配線回路上に形成させることにより、リード線２７の本数を抑えながら、電極２３の数を増やすことができる。
【００１８】
図６は基板２１上の配線回路にアクティブマトリックス方式を用いた場合の概略構成を示した図である。リード線２７´は基板２１先端の電極形成箇所に格子状に配線されており、各リード線２７´の交点に薄型トランジスタからなるアクティブ素子２８が設置されている。また、各アクティブ素子２８の一端には、電極２３が各々接続されている。
図示するＸ座標（Ｘ１，Ｘ２…）のリード線２７´（Ｘ電極）により、各電極２３についたアクティブ素子２８をオン／オフさせ、オン状態にあるアクティブ素子２８は、そのままの電圧を保ち、Ｙ座標（Ｙ１，Ｙ２…）のリード線２７´（Ｙ電極）と通じることができる。その後、Ｙ電極に電圧をかけ、オン状態にある目的の電極２３から電気刺激パルス信号を出力させることができる。
【００１９】
このようなアクティブマトリックス方式の配線回路を用いることにより、例えば本実施の形態における８×８の計６４個の電極に対しては１６本のリード線２７´を用いれば良いこととなる。また、３２×３２の計１０２４個の電極に対しては６４本のリード線２７´で済むこととなる。
前述した内部デバイス２６の電極２３の出力制御と、このようなアクティブマトリックス方式の配線回路とを組み合わせることにより、さらに多くの電極が形成された多点電極アレイを用いても好適に視覚の再生を行うことができる。
【００２０】
【発明の効果】
以上のように、本発明では高密度に形成された電極アレイを用いて網膜を構成する細胞を電気刺激しても刺激電流の相互の干渉を抑制することができ、好適な視覚の再生を行うことができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本実施形態で用いる視覚再生補助装置の要部構成を示した図である。
【図２】本実施形態で用いる視覚再生補助装置の外観を示した概略図である。
【図３】本実施形態で用い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４】本実施形態で用いる基板の概略構成を示した図である。
【図５】電極の出力制御を行った例を示した図である。
【図６】基板上にアクティブマトリックス方式を用いて配線回路を形成した状態を示した図である。
【符号の説明】
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
２０  体内装置
２１  基板
２３  電極
２６  内部デバイス
【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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