(57)【要約】【課題】  簡単な構成で受光位置と刺激位置の位置関係のずれを抑制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】  眼球内に設置され眼内に入射する外界光を受光する受光部と、受光部の各受光素子からの信号に基づいて形成した電気刺激信号を多数の電極から出力させるための刺激信号出力手段とを有し、該刺激信号出力手段により前記多数の電極から出力される電気刺激信号を用いて網膜を構成する細胞を刺激することにより視覚を再生する装置において、前記撮像素子の受光位置と電気刺激信号を出力する前記電極との位置ずれを補正するための位置ずれ補正手段と、を備える。【選択図】      図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
眼球内に設置され眼内に入射する外界光を受光する受光部と、受光部の各受光素子からの信号に基づいて形成した電気刺激信号を多数の電極から出力させるための刺激信号出力手段とを有し、該刺激信号出力手段により前記多数の電極から出力される電気刺激信号を用いて網膜を構成する細胞を刺激することにより視覚を再生する装置において、前記撮像素子の受光位置と電気刺激信号を出力する前記電極との位置ずれを補正するための位置ずれ補正手段と、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、前記補正手段は前眼部に設置されるとともに眼内に入射し前記電極に向かう外界光を前記受光部に向けて偏向させるプリズムであ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は、眼内に入射する外界光を前記受光部の受光面に集光させるための光学部材を有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の視覚再生補助装置において、前記受光部は前記電極の直上に位置し、前記補正手段は前記受光部の受光位置と電気刺激信号を出力する前記電極との位置ずれを前記撮像素子の各画素と前記電極との対応を電気的な接続を任意に変えることにより補正する手段であ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、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】
このように網膜上又は網膜下に設置されたフォトダイオードアレイに画像を受光させ、電極を用いて網膜を構成する細胞を電気刺激する場合、網膜における受光位置とその刺激位置とがずれないようにすることが必要である。しかしながら、受光位置と刺激位置との位置ずれを少なくする為にフォトダイオードアレイと信号処理回路を対応する電極の近傍に持つ場合、回路面積がある程度必要なため、画素密度が疎となってしまう。また、画素密度向上のためフォトダイオードアレイ等からなる受光部と、電極等からなる刺激信号出力部とを各々離れた位置に設けることも可能であるが、当然物理的な位置関係にずれが生じることとなる。
上記従来技術の問題点に鑑み、簡単な構成で受光位置と刺激位置の位置関係のずれ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。
【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）  眼球内に設置され眼内に入射する外界光を受光する受光部と、受光部の各受光素子からの信号に基づいて形成した電気刺激信号を多数の電極から出力させるための刺激信号出力手段とを有し、該刺激信号出力手段により前記多数の電極から出力される電気刺激信号を用いて網膜を構成する細胞を刺激することにより視覚を再生する装置において、前記撮像素子の受光位置と電気刺激信号を出力する前記電極との位置ずれを補正するための位置ずれ補正手段と、を備えることを特徴とする。
（２）  （１）の視覚再生補助装置において、前記補正手段は前眼部に設置されるとともに眼内に入射し前記電極に向かう外界光を前記受光部に向けて偏向させるプリズムであることを特徴とする。
（３）  （２）の視覚再生補助装置は、眼内に入射する外界光を前記受光部の受光面に集光させるための光学部材を有することを特徴とする。
（４）  （１）の視覚再生補助装置において、前記受光部は前記電極の直上に位置し、前記補正手段は前記受光部の受光位置と電気刺激信号を出力する前記電極との位置ずれを前記撮像素子の各画素と前記電極との対応を電気的な接続を任意に変えることにより補正する手段であることを特徴とする。
【発明の効果】
【０００５】
本発明によれば、簡単な構成で受光位置と刺激位置との位置関係のずれを抑制することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００６】
以下、本発明の実施の形態を図に基づいて説明する。
図１は本実施形態の視覚再生補助装置における眼内に設置する体内装置の構成を示した外観略図であり、図２は本実施形態の視覚再生補助装置を患者眼に装着した状態を示した模式図である。
視覚再生補助装置は大別して眼内に設置される体内装置１と体外に置かれる体外装置３０とから構成されている。図１（ａ）の平面図及び図１（ｂ）の側面図に示すように体内装置１は、基板２上に取り付けられた電力取得部１０と視覚再生部２０から構成されている。なお視覚再生部２０は電力取得部１０と電線１１を介して電気的に接続されている。
【０００７】
基板２は生体適合性の良い材料を使用しており、例えばポリイミド等を用いている。基板２は円板部分２ａと長板部分２ｂとからなり、円板部分２ａには電力取得部１０が、長板部分２ｂの先端付近には視覚再生部２０が取り付けられている。
電力取得部１０は、中心部に貫通孔が設けられ、中空となっているリング状の磁性体からなる磁芯１２と、磁芯１２の周囲に巻かれている２次コイル１３とからなっている。また、本実施形態の磁芯１２の中空部分には、光学部材（プリズム）１４が設置されており、眼内に入射した光束を所定角度にて折り曲げて眼底向けて照射することができる。
【０００８】
一方、視覚再生部２０は、複数のフォトダイオード（受光素子）及び電気回路等からなる受光部２１、受光部２１からの受光信号を基に所定の処理を加え、視覚を再生するための刺激パルス信号を形成させるための制御回路２２、及び制御回路２２にて形成した刺激パルス信号を網膜を構成する細胞に向けて出力するための電極２３等から構成されている。なお、受光部２１は単独にて一つのＩＣ（Integrated Circuit）の構成を有しており、また、制御回路２２と電極２３とによって受光部２１とは別のＩＣの構成を有している。
【０００９】
受光部２１は体内装置１を眼内に設置（埋殖）した際に、前述したプリズム１４によって折り曲げられた光束を受光することのできる基板２上の所定位置に多数の受光素子を２次元アレイ状に配置することによって形成されている。一方、受光部２１の設置面と反対側の基板１の面には、各受光素子の各々に対応して電極２３が２次元アレイ状に多数設置されている。
また、図１に示す１５は円板部分２ａに設けられた開口部である。この開口部１５は、円板部分２ａを虹彩裏に設置した際に、虹彩の動的障害の影響がない場所に位置するように形成されている。体内装置１を眼内に設置した際に、この開口部１５に縫合糸を通すことにより円板部分２ａを虹彩に縫合して眼内に固定することができる。
また、体内装置１は網膜を構成する細胞に当接する電極２３以外は、ポリイミド等の生体適合性の良い材料にて全体が被覆されており、装置への体液等による直接の接触を防ぐようになっている。したがって、視覚再生補助装置の体内装置１を患者眼の眼内に設置した際には、電極２３の先端は網膜に直接接触できるとともに、他の部分は体液等による装置内への浸潤を防ぐことができるようになっている。
【００１０】
図２は視覚再生補助装置を患者眼に装着した状態を示した模式図である。３０は患者眼の外に装着される体外装置であり、大別してバイザー３１と電源装置３２とからなる。バイザー３１は眼鏡形状を有しており、患者の眼前に装着することができる。また、バイザー３１には中空状の磁芯３３と１次コイル３４とが取り付けられている。１次コイル３４は電源装置３２と電気的に接続されており、電源装置３２からの電力を電磁誘導により体内装置１側に設けられた２次コイル１３に伝送する。体内装置１は２次コイル１３により得られた電力を用いて装置を駆動させる電力とする。また、磁芯３３の中空部分には所定の屈折力を有したレンズ３５が取り付けられている。レンズ３５は、眼前の所定距離だけ離れた位置にある物点の像を受光部２１の受光面に結像させることができる。
一方、体内装置１は図２に示すように、既存の術式により水晶体が取り除かれた眼内に挿入され、設置される。円板部分２ａを虹彩の裏側固定させることにより瞳孔付近にプリズム１４が位置することとなる。
【００１１】
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２及び図３の制御系ブロック図を用いて説明する。
初めに患者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１を眼内に挿入する。また、長板部分２ｂ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２０（電極２３）を位置させる。眼内における視覚再生部２０の固定は、図２に示すようにタック２４を網膜に突き刺すことにより行う。タック２４にて網膜を突き刺すと、タック３５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２０は網膜上に固定保持される。
【００１２】
一方、円板部分２ａ側は図２に示すように基板２が前側、電力取得部１０が後側になるようにして円板部分２ａを前眼部の虹彩裏側に置くとともに、磁芯１２の中空部に設置したプリズム１４を瞳孔付近に位置させる。プリズム１４を瞳孔に位置させた後、円板部分２ａに設けられた開口部１５に縫合糸を通し、虹彩と円板部分２ａとを縫合することにより、円板部分２ａを前眼部にて固定保持させる。
【００１３】
体外装置３０においては、バイザー３１を装着して電源装置３２を眼前に位置させておく。図３に示すように、電源装置３２から１次コイル３４に電流が流れると、１次コイル３４と２次コイル１３との間にて電磁誘導が発生する。体内装置１の制御回路２２は電磁誘導により体内装置１の駆動用及び電極２３から出力する刺激パルス信号用の電力を得る。
【００１４】
また、外光は図２に示すバイザーに設けられたレンズ３５を介した後、収束光とされ、眼内に入射する。眼内に入射後、網膜に設置した電極２３の周辺に照射されるべき光束は、プリズム１４にて折り曲げられ、電極２３から離れた位置に設置されている受光部２１の受光面に受光される。受光部２１の各受光素子にて受光することによって発生した受光信号は、図３に示す制御回路２２に送られる。制御回路３４では受け取った信号を基に視覚を得るために必要なパルス波形の電気信号に変換し、各受光素子に対応した電極２３の各々から刺激パルス信号を出力させる。これにより双極細胞や網膜神経節細胞等の網膜を構成する細胞を電気刺激し、視覚の再生を行う。このように、受光部２１と電極２３との位置がずれていても、電極２３を設置する場所に照射されるべき光束をプリズム１４により折り曲げて受光部２１に受光させることにより、両者の位置ずれを感じさせること無く視覚の再生を行うことが可能である。なお、このように受光部２１と刺激パルス信号を出力する電極２３とを互いに離して設置することにより、電気回路等のスペースが十分に取れることなり、各電極２３の設置間隔を密にしながらも、対応する受光素子を接続させることが可能となる。
【００１５】
なお、本実施の形態では網膜上に電極を設置するものとしているが、これに限るものではなく、網膜下（網膜と脈絡膜との間）に基板を差し込んで視細胞側から網膜を構成する細胞に電気刺激を与えるようにしても良い。このような場合には、電極の形成は前述した形成面と反対の面に行えば良い。また、本実施の形態における体内装置１のプリズム１４は、光束を折り曲げるのみの特性を有したものであり所定の屈折力を持たせていないが、これに限るものではなく、眼内に入射する光束を受光部２１に集光、結像させるために必要な屈折力をプリズム１４に持たせることもできる。さらに本実施形態のバイザー３１に取り付けたレンズ３５に換え、望遠機能や焦点位置を変更させるための複数の光学部材からなる光学系や入射する光束の光量を調節するための開口絞りを設置し、手動或いは自動にて調節することも可能である。
【００１６】
以上の実施形態では、受光部と電極との位置ずれをプリズムを用いることにより補正する構成としているが、これに限るものではない。以下に受光部と電極との位置ずれを補正する第２の実施形態を挙げ、説明する。なお、前述した実施形態における構成部品と同機能を有するものには同符号を付し、説明は省略する。
【００１７】
図４は第２の実施形態の視覚再生補助装置の構成を示した図である。第２の実施形態における視覚再生補助装置もまた、前述した実施形態と同様に電力取得部１０及び視覚再生部１００からなる体内装置１と、バイザー３１と電源装置３２からなる体外装置とから構成される。なお、図示するように第２の実施形態では、前述した最初の実施形態と異なり、円板部分２ａには眼内に入射した光束を折り曲げるためのプリズムは設置されておらず、眼内に入射した光束は折り曲げられることなく、後述する電極１０３の直上に設置された受光部１０１に集光するようになっている。
【００１８】
図５は図４に示した体内装置１における視覚再生部１００の構成を示した概略図である。図示するように、視覚再生部１００は、多数の受光素子からなる受光部１０１、受光部１０１からの受光信号を基に所定の処理を加え、視覚を再生するための刺激パルス信号を形成させるための制御回路１０２、及び制御回路１０２にて形成した刺激パルス信号を網膜を構成する細胞に向けて出力するための多数の電極１０３等から構成されている。なお、受光部１０１と制御回路１０２にて一つのＩＣの構成を有している。また、電極１０３は長板部分２ｂの網膜接触面側に多数設置されている。本実施形態では９×９の計８１個の電極が基板２の長板部分２ｂに設置されている。また、基板２（長板部分２ｂ）を介して電極１０３の直上には、電極の設置範囲内に収まるように受光部１０１が設置されている。制御回路１０２と電極１０３とは、長板部分２ｂを貫通して表裏面に形成されているリード線によって、電気的に接続されている。
【００１９】
図６（ａ）は視覚再生部の制御系を示したブロック図である。制御回路１０２は受光部１０１からの信号をデジタル信号に変換するＡ／Ｄコンバータ部１０４と、Ａ／Ｄコンバータ部１０４にて変換されたデジタル信号を基に、視覚を再生するための刺激パルス信号を形成する制御部１０５からなる。なお、制御部１０５は、例えばＦＰＧＡ（Field Programmable Gate Array）等の内部回路を自由に設計し動作させることのできる論理集積回路の構成を有している。
【００２０】
図６（ｂ）は図６（ａ）で示した電極１０３の配列の一部を模式的に示した回路図である。電極１０３は図示するように、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れている。図に示すリード線１０６は、基板２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１０６の交点に薄型トランジスタからなるアクティブ素子１０５が設置されている。また、各アクティブ素子１０５の一端には、電極１０３が各々接続されている。図示するＸ座標（Ｘ１、Ｘ２、Ｘ３…）及びＹ座標（Ｙ１、Ｙ２、Ｙ３…）のリード線１０６は、図６（ａ）で示した制御部１０５に接続されている。制御部１０５は、各電極１０３に接続されたアクティブ素子１０５をオン／オフのスイッチングにより、特定の電極１０３から刺激パルス信号を出力させることができる。
【００２１】
なお、このような構成を備える視覚再生部１００を作り上げた後、受光部１０１の各受光素子の位置座標と電極１０３の位置座標とを検出できるようにしておき、ある受光素子と、その受光素子に最も近い位置座標を持つ電極１０３との対応付けを行う。この対応付けを受光部１０１の各受光素子に対して行い、その結果を位置補正プログラムとして制御部１０５に記憶させる。このような手法を用いることにより、受光部と電極との位置ずれが生じていても、各受光素子と電極との対応付けを自由に設定できるため、その位置ずれを抑制することができる。なお、本実施形態では受光部と電極との対応付けを受光素子単位で行うものとしているが、これに限るものではなく、隣り合う複数の受光素子をまとめて１単位として、各電極との対応付けを行うこともできる。
【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内装置の構成を示した図である。
【図２】患者眼に本実施形態の視覚再生補助装置を装着した状態を示した図である。
【図３】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４】本発明における第２の実施形態を示した図である。
【図５】第２実施形態における視覚再生部の構成を示した図である。
【図６】電極の配列を模式的に示した図である。
【符号の説明】
【００２３】
１  体内装置
３  体外装置
１０  電力取得部
１３  ２次コイル
１４  プリズム
２０  視覚再生部
２１  受光部
２２  制御回路
２３  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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