(57)【要約】【課題】  限られた電極数にて外環境を効率よく認識できる視覚再生補助装置を提供する。【解決手段】  被写体を撮影する撮影手段と、撮影手段にて撮影された被写体から画像処理によって特定のシンボルを抽出し、抽出したシンボルを単純化させた異なるパターンとして患者に認識させるための情報に変換するシンボル変換手段と、シンボル変換手段によって変換された情報を電気刺激パルス信号として網膜を構成する細胞に与えるための電気刺激パルス信号出力手段と、を備える。【選択図】      図３
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
被写体を撮影する撮影手段と、該撮影手段にて撮影された被写体から特定のシンボルを抽出し該シンボルを単純化させた異なるパターンとして患者に認識させるための情報に変換するシンボル変換手段と、該シンボル変換手段によって変換された前記情報を電気刺激パルス信号として網膜を構成する細胞に与えるための電気刺激パルス信号出力手段と、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は、前記シンボル変換手段により変換された前記情報を前記電気刺激パルス信号出力手段に無線にて送るための送信手段を有し、前記電気刺激パルス信号出力手段は前記送信手段による前記情報の送信を受信するための受信手段を有していることを特長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、前記抽出したシンボルに対して所定の前記パターンを当てはめるために、種々のシンボルに対応したパターンを記憶する記憶手段を有す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】
本発明は視覚再生のため、眼内に設置され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、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必要がある。
【特許文献１】米国特許５９３５１５５号明細書
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
しかしながら、体内装置は眼内に設置するものであるため、その大きさには限度がある。このように体内装置の大きさに制限がある状態では、設置する電極数も数十個から多くても数百個程度に制限される。このように電極数が制限される中で、いかに効率よく外環境を患者に認識させることができるかが課題となる。
本発明は上記の事情を鑑みてなされたものであり、限られた電極数にて外環境を効率よく認識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）  被写体を撮影する撮影手段と、該撮影手段にて撮影された被写体から特定のシンボルを抽出し該シンボルを単純化させた異なるパターンとして患者に認識させるための情報に変換するシンボル変換手段と、該シンボル変換手段によって変換された前記情報を電気刺激パルス信号として網膜を構成する細胞に与えるための電気刺激パルス信号出力手段と、を備えることを特徴とする。
（２）  （１）の視覚再生補助装置は、前記シンボル変換手段により変換された前記情報を前記電気刺激パルス信号出力手段に無線にて送るための送信手段を有し、前記電気刺激パルス信号出力手段は前記送信手段による前記情報の送信を受信するための受信手段を有していることを特徴とする。
（３）  （２）の視覚再生補助装置は、前記抽出したシンボルに対して所定の前記パターンを当てはめるために、種々のシンボルに対応したパターンを記憶する記憶手段を有することを特徴とする。
【発明の効果】
【０００５】
本発明の視覚再生補助装置によれば、電極数が多くなくとも外環境の情報を効率よく取得することができる。
【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は本実施の形態の視覚再生補助装置において体外にて使用する体外装置の概略構成を示した図、図２は本実施の形態の視覚再生補助装置において体内（眼内）にて使用する体内装置の概略構成を示した図、図３は本実施形態の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】
本実施形態における視覚再生補助装置１は、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。図１に示すように、体外装置１０は患者頭部に装着するバイザー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、１次コイル等からなる電力送信部１４、及び撮影装置にて撮影された画像情報を体内装置２０側に光通信にて送信するための画像情報送信部１５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）に変換するための演算処理手段となるＣＰＵ（Central Processing Unit  中央演算処理装置）や電力を後述する体内装置２０側に送るための制御回路等を有する制御手段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。撮影装置１２、電力送信部１４及び画像情報送信部１５は、制御手段１３ａに電気的に接続されている。なお、制御手段１３ａは、撮影された外界の映像から特徴のある物体や文字（シンボル）を抽出するための種々のシンボルデータ、及び抽出したシンボルを単純化させるための種々のパターンを記憶する記憶手段１６を有している。
【０００９】
バイザー１１は、図１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。電力送信部１４は、バイザー１１を装着した際に患者眼の眼前に位置するようにバイザー１１の前面部１１ａに取り付けられている。また、撮影装置１２はバイザー１１の前面部１１ａの上端に取り付けてあり、患者に認知させる被写体を撮影することができる。
【００１０】
電力送信部１４は、フェライトやパーマロイ等の磁性体を磁芯とし、その周囲を銅線、金線等に絶縁被膜を施したコイル線にて巻くことにより１次コイルを形成している。この電力送信部１４は、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、画像情報送信部１５は、赤外光を発するＬＥＤ等からなり、制御手段１３ａにて変換された電気刺激パルス信号用データを眼内に埋植される体内装置２０側に赤外光にて光通信を行うようになっている。
【００１１】
一方、図２は患者眼の眼内に設置される体内装置の構成を示した図である。体内装置２０は、基板２１、網膜を構成する細胞を電気刺激するための刺激電極２２ａが多数配列されている視覚再生部２２、体外装置１０からの電磁波を受信し電力を取得するための２次コイルからなる電力取得部２３、画像情報送信部１５からの赤外光を受光するための受光素子からなる受光部２４、内部デバイス２５等にて構成されている。なお、電極２２ａは基板上に数十個から数百個程度配置されている。また、内部デバイス２５は受光部２４からの信号を基に視覚再生部２２から出力させる電気刺激パルス信号を生成し、視覚再生部２２へ送信するための制御回路を有す、ＩＣ（integrated circuit）等から構成されている。
【００１２】
基板２１は生体適合性の良い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は円板部分２１ａと長板部分２１ｂとからなり、円板部分２１ａには電力取得部２３、受光部２４が取り付けられている。また、長板部分２１ｂには内部デバイス２５が取り付けられ、長板部分２１ｂの先端には視覚再生部２２が取り付けられている。また、電力取得部２３、受光部２４、及び刺激電極２２ａは、内部デバイス２５と電気的に接続されている。
【００１３】
一方、円板部分２１ａに取り付けられる電力取得部２３は、フェライト等の磁性体からなる磁芯と、磁芯の周囲に巻かれたコイル線（１次コイルと同様に銅線、金線、白金等に絶縁被膜を施したもの）にて形成されており、２次コイルとして用いられる。電力取得部２３は図２（ｂ）に示すように、基板２１（円板部分２１ａ）の裏面側に取り付けられており、眼内に体内装置２０を設置する際に、電力取得部２３が後房付近に収まるようになっている（図４参照）。また、受光部２４は、図２（ｂ）に示すように基板２１（円板部分２１ａ）の表面側に取り付けられており、体内装置２０を眼内に設置した際には、体外装置１０に取り付けられている画像情報送信部１５と対向するようになっている。
また、２６は円板部分２１ａの周囲３箇所に設けられた開口部であり、体内装置２０を眼内に設置した際に、開口部２６を用いて円板部分２１ａを眼内に縫着するために用いられる。さらに長板部分２１ｂの先端はタックによって網膜上に固定保持される。
また、このような構成を備える体内装置２０は、視覚再生部２２の刺激電極２２ａ以外はポリイミド等の生体適合性の良い材料にてその全体が被覆されており、生体組織と構成部品との直接の接触や、体液等の装置内への浸潤を防ぐようになっている。
【００１４】
以上のような構成を備える人工視覚システムにおいて、その動作について図３〜図６を用いて説明する。
初めに患者眼Ｅ（使用者の眼）の水晶体を既知の白内障手術装置等によって乳化吸引し、取り除いておく。次に、患者眼Ｅの角膜耳側輪部から所定距離（例えば１．５ｍｍ程度）離れた部位の強膜を所定量程度切開することにより、挿入口を作成し、ここから体内装置２０を眼内に挿入する。また、長板部分２１ｂは網膜に沿って這わせて行き、黄斑部周辺の網膜上に視覚再生部２２を位置させる。眼内における視覚再生部２２の固定は、タック３０を網膜に突き刺すことにより行う。タック３０にて網膜を突き刺すと、タック３０は網膜を貫いて、その先端は脈絡膜又は強膜に達し、これにより視覚再生部３０は網膜上に固定保持される。
【００１５】
一方、円板部分２１ａ側は図４に示すように受光部２４が前側、電力取得部２３が後側になるようにして円板部分２１ａを前眼部の虹彩裏側に置くとともに、受光部２４を瞳孔に位置させる。受光部２４を瞳孔に位置させた後、円板部分２１ａに設けられた開口部２６に縫合糸を通し、虹彩と円板部分２１ａとを縫合することにより、円板部分２１ａを前眼部にて固定保持させる。また、円板部分２１ａの固定保持は虹彩への縫合ではなく、毛様体周辺に縫合するようにしてもよい。
また、体外装置１０においては、バイザー１１を装着して、図４に示すように電力送信部及び画像情報送信部１５を眼前に位置させておく。撮影装置１２により撮影された被写体の撮影データは、制御手段１３ａによって所定の帯域内の信号（電気刺激パルス用データ）に変換され、図３に示すように画像情報送信部１５より赤外光として体内装置２０側に送信される。
【００１６】
ここで、この制御手段１３ａによって変換される電気刺激パルス用データの詳細について、図５のフローチャート、図６を用いて説明する。
制御手段１３ａは、撮影装置１２により撮影された被写体の撮影データを取得すると、画像処理を行って撮影した画像の特徴を抽出する。さらに制御手段は、画像から抽出した特徴点と図３に示す記憶部１６に予め記憶させてある数多くのシンボルデータとを比較し、該当するシンボルデータがある場合には、記憶部１６からそのシンボルデータに対応するパターンを取り出し、これを画像上の対応する特徴点と置き換える。所定の特徴点が対応するパターンに置き換わった状態の画像を電気刺激パルス用データに変換する。
【００１７】
さらに具体的に説明すると、例えば、被写体として自動車が撮影されている画像の場合、この画像から特徴点（シンボル）として自動車を抽出し、これを図６（ａ）に示すように、記憶部１６に予め記憶してある自動車のパターン１００に置き換える。この自動車パターン１００は、電極数が少なくても容易に認識できる程度に単純化された形状であればよく、特に自動車の形を形成していなくともよい。また、自動車の種類（例えば、バス、トラック、普通乗用車等）によらず、自動車というカテゴリーに対して一つのパターンを適用しても良いし、さらに細かくパターンの形状を用意することもできる。また、さらに別の例としては、被写体に街頭に置かれる標識等が撮影されている場合、この標識に書かれている文字を特徴点（シンボル）として抽出し、抽出した文字を図６（ｂ）に示すような点字パターン１０１にて置き換えるようにする。そしてこのように撮影した画像の種々の特徴点が各パターンに置き換わった画像データを電気刺激パルス用データに変換し、図３に示すように、この電気刺激パルス用データを画像情報送信部１５より赤外光として体内装置２０側に送信する。なお、本実施形態では文字を点字パターンに置き換えるものとしているが、これに限るものではなく、電極数が少なくても容易に認識できる程度に単純化された形状であればよいことは言うまでもない。
【００１８】
体内装置２０の受光部２４によって受光された電気刺激パルス用データは、電気信号にて内部デバイス２５に送られる。内部デバイス２５では受け取った電気刺激パルス用データを基に、各刺激電極２２ａから出力するための電気刺激パルス信号を生成し、視覚再生部２２に送る。視覚再生部２２では受け取った電気刺激パルス信号を対応する刺激電極２２ａから出力させ、網膜を構成する細胞を刺激し、視覚の再生を促す。
【００１９】
なお、体外装置１０の電力送信部１４は、バッテリー１３ｂから供給されている電力によって磁界を形成し、電磁誘導により２次コイルからなる電力取得部２３に対して電力の供給を行う。このように電力取得部２３にて得られた電力は、体内装置２０の駆動や刺激電極２２ａからの電気刺激パルス信号に用いられる。
【００２０】
本実施形態の視覚再生補助装置に用いる電極数は設置面積の制限もあるため、数十個から多くても数百個程度しかないが、本実施形態の視覚再生補助装置においては、前述したように撮影した画像の特徴点を、単純化させた単なるパターン形状に置き換えるため、複雑な形状を有した被写体であっても、少ない数の電極にて表現できることとなる。
また、患者にとっては、一部が所定のパターン形状に置き換わった外界の撮影画像が認識されることとなるが、これらのパターンと各パターンに対応する実際の物体や文字等の関係を予め患者に習得させておくことにより、違和感無く、外環境（外界）の情報を取得することができる。
【００２１】
さらに、文字情報を所定のパターンに置き換える場合、ひらがな以外に漢字やカタカナ等であっても、画像処理による特徴点の抽出により文字情報を得た後、これらの文字情報を一旦ひらがなに変換した後、前述した点字パターン１０１にて置き換えるようにすることもできる。また、視野内の文字を所定のパターンに置き換えた後、これらのパターンを患者に対して一度に表示（電気刺激）できない場合には、所定時間の間にパターンを順次入れ換えるように電極から電気刺激パルス信号を出力するようにすることもできる。また、このような方法を用いる場合、パターンの入れ換え速度（表示切換の速度）を調節する機構を本実施形態の装置に持たせることもできる。
【図面の簡単な説明】
【００２２】
【図１】本実施形態の視覚再生補助装置における体外装置の概略構成を示した図である。
【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概略構成を示した図である。
【図３】本実施形態の視覚再生補助装置における制御系を示した図である。
【図４】視覚再生補助装置を患者に取り付けた例を示した図である。
【図５】撮影データを体内装置側に送信する際のデータ変換の流れを示したフローチャートである。
【図６】シンボルや文字をパターン化した一例を示した図である。
【符号の説明】
【００２３】
１  視覚再生補助装置
１０  体外装置
１１  バイザー
１３ａ  制御手段
１４  電力送信部
１５  画像情報送信部
１６  記憶手段
２０  体内装置
２２  視覚再生部
２２ａ  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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【図６】
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