(57)【要約】【課題】網膜の広い範囲に電極を密着させ、電気刺激することのできる視覚再生補助装置を提供する。【解決手段】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多数の電極を配列する複数の電極基板と、該電極基板同士を連結するための連結手段と、を有し、網膜上又は網膜下の広い範囲において電極基板を複数個設置させる。【選択図】      図２
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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多数の電極を配列する複数の電極基板と、該電極基板同士を連結するための連結手段と、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は、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、前記複数の電極基板上に各々設けられるとともに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、を有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２の視覚再生補助装置において、前記刺激パルス信号用情報には各電極基板及び電極基板上に配置された所定の電極を選択する選択情報を有し、前記制御手段は該選択情報に基づいて選択された前記所定の電極から刺激パルス信号を出力するように制御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２の視覚再生補助装置において、前記電極基板には前記制御手段と電極とを電気的に接続するリード線が多層的に配線されていることを特徴とする視覚再生補助装置。
【請求項５】
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多数の電極を配列する複数の細長い板状の電極基板と、該各電極基板の先端を自由端とし，基端を固定端とするように各電極基板の基端を固定する固定部と、を有することを特徴とする視覚再生補助装置。
【請求項６】
請求項５の視覚再生補助装置において、前記複数の電極基板は前記固定部から放射状に延びていることを特徴とする視覚再生補助装置。
【請求項７】
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電極と、該電極の出力の制御および通信機能を有する電子回路からなる刺激出力部を一つの単位として、該刺激出力部が複数個接続されていることを特徴とする視覚再生補助装置。
【請求項８】
請求項７の視覚再生補助装置において、前記刺激出力部が光強度検出手段を有し、前記刺激パルス信号は光強度により変化することで網膜投影像を刺激パルスに変換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】
【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、基板上に設けられた複数の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、より広い視野を得るためには網膜の広範囲に電極を配置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】
網膜の広い範囲を電極により電気刺激しようとする場合、電極を設置するための基板面積を大きくする必要がある。しかしながら、基板面積が大きくなればなるほど、網膜が形成する曲面に沿って基板を曲げて電極を密着させることが困難になる。
上記従来技術の問題点に鑑み、網膜の広い範囲に電極を密着させ、電気刺激す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。
【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。
（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多数の電極を配列する複数の電極基板と、該電極基板同士を連結するための連結手段と、を有することを特徴とする。
（２）  （１）の視覚再生補助装置は、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、前記複数の電極基板上に各々設けられるとともに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、を有することを特徴とする。
（３）  （２）の視覚再生補助装置において、前記刺激パルス信号用情報には各電極基板及び電極基板上に配置された所定の電極を選択する選択情報を有し、前記制御手段は該選択情報に基づいて選択された前記所定の電極から刺激パルス信号を出力するように制御することを特徴とする。
（４）  （２）の視覚再生補助装置において、前記電極基板には前記制御手段と電極とを電気的に接続するリード線が多層的に配線されていることを特徴とする。
（５）  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多数の電極を配列する複数の細長い板状の電極基板と、該各電極基板の先端を自由端とし，基端を固定端とするように各電極基板の基端を固定する固定部と、を有することを特徴とする。
（６）  （５）の視覚再生補助装置において、前記複数の電極基板は前記固定部から放射状に延びていることを特徴とする。
（７）  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電極と、該電極の出力の制御および通信機能を有する電子回路からなる刺激出力部を一つの単位として、該刺激出力部が複数個接続されていることを特徴とする。
（８）  （７）の視覚再生補助装置において、前記刺激出力部が光強度検出手段を有し、前記刺激パルス信号は光強度により変化することで網膜投影像を刺激パルスに変換することを特徴とする。
【０００５】
【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構成を示した図であり、図２は視覚再生補助装置の体内装置側の構成及びその一部を拡大した図である。また、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。
【０００６】
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。体外装置１０は図１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。
【０００７】
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電源装置１３ｂからなる。送信手段１４は内部が中空となっている磁芯１４ａと、磁芯１４ａの周囲に巻かれている１次コイル１４ｂとから構成されている。磁芯１４ａはフェライト等、一般に磁性体の材料として使用されているものを用いることができる。また、１次コイル１４ｂとしては銅、金、白金等の一般的にコイル線として使用可能な材料を用いることができる。このような構成を備える送信手段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、バイザー１１は図１に示すように眼鏡形状を有しており、患者の眼前に装着すると、送信手段１４が使用者の眼前に位置す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。
【０００８】
一方、体内装置２０は図２に示すように、多数の刺激電極２３が配列された電極基板２１（２１ａ〜２１ｈ）、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２２、電極基板２１同士や電極基板２１と受信手段２２とを電気的に接続する電線が形成された連結手段２５にて構成されている。
受信手段２２は図１や図３に示すように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２２ａと、磁芯２２ａの周囲に巻かれている２次コイル２２ｂとからなっている。磁芯２２ａはフェライト等、一般に磁性体の材料として使用されているものを用いることができる。また、２次コイル２２ｂとしては銅、金、白金等の一般的にコイル線として使用可能なものを用いることができる。
【０００９】
このような受信手段２２は、図２に示すように周端近傍に開口部２７ａが形成された基台２７に取り付けられている。この開口部２７ａは、基台２７を患者眼の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。この開口部２７ａは体内装置２０を眼内に設置した際に、基台２７を虹彩に縫合して眼内に固定する際に用いられる。
【００１０】
一方、電極基板２１はシリコーンやガラス等の基板材料にポリイミド等の生体適合性の良い材料がコーティングされたものを使用している。なお、電極基板２１はポリイミド等の生体適合性の良い材料のみをそのまま用いてもよい。電極基板２１はφ０．１ｍｍ〜φ５ｍｍ程度の直径を有する円板であり、その裏側（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にて配置されている。なお、本実施の形態では各電極同士の配置間隔は一定にするものとしているが、これに限るものではない。同一の電極基板２１上において、ある部分ではその間隔が密であり、また他の部分では疎であるように網膜の配置場所や電極基板の形状等に応じて所定の間隔に配置することもできる。
【００１１】
また、電極２３はφ５０μｍ〜φ５００μｍ程度の直径を有しており、電極基板２１は、このような電極２３を複数個配置することにより多点電極アレイを形成している。なお、図２に示すように、本実施形態では一つの電極基板２１に合計４５個の電極２３を配置するものとしているが、これに限るものではなく、１個の電極基板２１上にさらに多くの電極を配置するようにしてもよい。また、多点電極アレイの構成ではなく、１つの電極基板２１に１つの電極２３を形成するようにしてもよい。
【００１２】
また、各電極２３には各々独立した電線（リード線）が接続されており、図４に示すように、各リード線２６は電極基板２１の裏側から表側に向かって延び、電極基板２１の表面（図４では上側）に設けられたデマルチプレクサからなる内部デバイス２４に接続されている（なお、図４では便宜上、１つのリード線から複数の電極２３に接続しているように示している）。なお、デマルチプレクサは、受信手段２２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（通信手段）を有している。
【００１３】
また、上述したように内部デバイス２４に対して複数の電極２３を個別に接続しようとする場合、配置する電極の数によっては限られた面積の中で配線を行うことが難しいことがある。このような場合、図４に示すように、リード線２６を電極基板２１に多層的に配線することにより、内部デバイス２４から多くの電極２３に対して個別に接続させることができる。多層配線は電極基板２１上にて配線と絶縁層とを交互に形成していくことにより、形成させることができる。
【００１４】
また、図２に示すように本実施形態では、受信手段２２と合計８個の電極基板２１ａ〜２１ｈとが連結手段２５によって順に連結されている。連結手段２５は樹脂等の柔軟性を有する材料を用いており、接着又は溶着等により各電極基板同士を連結するようにしている。また、連結手段２５上には電線２５ａが配線されており、受信手段２２と電極基板２１、及び各電極基板同士を電気的に接続するものとしている。このように連結された電極基板２１ａ〜２１ｈは連結手段２５の部分にて自由に折り曲げることができるため、各電極基板２１への電気的な接続を確保しつつ、網膜に設置する際の各電極基板２１の相対的な位置関係を自由に変えることができる。また、受信手段２２が取り付けられた基板２７も連結手段２５により電極基板２１ａと接続されており、受信手段２２と電極基板２１とは電線２５ａにより電気的に接続されている。
また、体内装置２０（受信手段２２、電極基板２１ａ〜２１ｈ及び連結手段２５）は、その全体をポリイミド等の生体適合性が良く絶縁性を有する材料にて被覆されており、体液等の浸潤を防ぐようになっている。なお、電極２３は被覆表面から露出しており、網膜に直接接触できるようになっている。
【００１５】
このように電極２３のみを被覆表面から露出させるためには、▲１▼電極基板２１上に配線されたリード線２６の末端の電極形成予定箇所に金、白金等の電極材料を用いてできるだけ電極２３を形成させておく。▲２▼各電極基板２１を連結手段２５にて連結し、電線２５ａにて各内部デバイス２４同士を電気的に接続した後、生体適合性が良く絶縁性を有する材料にて電極基板２１及び連結手段２５を被覆する。▲３▼その後、レーザ等を電極２３部分に照射し被覆部分を除去することにより、電極２３を露出させる。といった工程を経ることにより、露出電極を得ることができる。
【００１６】
また、このような内部デバイス２４や電極２３が設けられた電極基板２１を患者眼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の網膜上に固定することができる。なお、電極基板２１を網膜上に設置する具体的な例としては、例えば図５に示すように、患者眼の黄斑部（又は中心窩）周辺を取り囲むように電極基板２１ａ〜２１ｈを網膜上に設置することができる。
【００１７】
本実施の形態では、各々独立した電極基板２１を連結手段２５にて一連に連結するものとしているが、これに限るものではない。例えば予め電極基板の形状を連結手段と複数の円板とが一体となった形状になるように形成しておくこともできる。また、電極基板２１同士を一連に連結するのではなく、必要に応じて１個の電極基板２１に複数の電極基板２１を連結させるようにしても良い。また、電極２３からの電気刺激パルス信号を効率よく出力させるために、体内装置２０側に不関電極を設けるようにしてもよい。
【００１８】
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２０を図１及び図５に示すように患者眼に取り付け、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、図３に示す信号変換手段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基板２１ａ〜２１ｈの選択情報及び電極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、電源装置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。
【００１９】
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２２で受信し、連結手段２５の電線２５ａを通じて電極基板２１ａ〜２１ｈに同じ信号を送る。各電極基板２１の内部デバイス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。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。
【００２０】
また、電気刺激パルス用データ中には電気刺激パルス信号を出力させる基板の基板指定情報と、指定された基板上のどの電極から電気刺激パルス信号を出力させるかを指定する電極指定情報とが含まれている。各基板各内部デバイス２４は抽出した電気刺激パルス用データ中に自己の基板からの出力を指定する基板指定情報が入っていれば、この電気刺激パルス用データに基づいて、電極指定情報にて指定された各電極２３から電気刺激パルス信号を出力させ、網膜を構成する細胞を刺激し、視覚の再生を促す。また、抽出した電気刺激パルス用データ中に自己の基板からの出力を指定する基板指定情報が入っていなければ、各電極２３から電気刺激パルス信号を出力させない。
【００２１】
なお、本実施形態における視覚再生補助装置では、複数の電極基板を用いることとしているため、各電極基板の設置位置の情報を的確に把握しておく必要がある。各電極基板２１の設置位置の確認は、特定の電極基板における１個乃至複数の電極から電気刺激パルス信号を出力させ、この出力によって患者がどのような視覚を得ているかを把握し、得られた視覚情報を信号変換手段１３ａに補正情報としてフィードバックさせる。これを網膜上に設置された全ての電極基板２１及び電極２３に対して行うことにより、撮影データを電気刺激パルス用データに変換する際の補正情報を得ることができる。
【００２２】
このように、小さな電極基板を複数用いて、網膜上の広範囲に設置することにより、網膜の広い範囲を刺激することができ、その結果広い視野や解像度の高い視覚を得ることができる。また、一枚の電極基板を用いて網膜の広い範囲を電気刺激するのに比べて、各電極と網膜との密着性が高まり効率の良い電気刺激を行うことができる。また、このように小さな電極基板を用いることにより基板が割れ難くなる。さらには、大きな電極基板を用いるのに比べ、眼内への挿入が容易であるとともに一つの基板上に配置する電極数が少ないため、基板上において各電極への配線スペースが十分にとれることとなる。
また、本実施形態では、８個の電極基板を網膜上に設置するものとしているが、これに限るものではなく、さらに多くの電極基板を用いて網膜に螺旋状に配置し、より広い範囲を刺激することもできる。
【００２３】
次に、第２の実施形態について説明する。なお、前述した実施形態と共通の要素については同符号を付し、説明は省略する。図６は第２の実施形態における体内装置２０´の概略構成を示した図である。
体内装置２０´の一部を構成する電極基板３０は、内部デバイス２４を載置する基台３０ａと、電極２３を配置する複数の細長い板形状の電極配置台３０ｂからなる。電極配置台３０ｂの先端は自由端となっており、網膜の壁面に沿って屈曲できるようになっている。また、電極配置台３０ｂの基端は基台３０ａに接合されて固定端となっており、各電極配置台３０は基台３０ａを中心として放射状に延びている。
【００２４】
各電極配置台３０ｂの裏面（紙面裏側）には、電極２３が複数個配置されており、基台表面（紙面表側）に設置される内部デバイス２４から各電極２３の各々に対してリード線が接続されている（前述した実施形態と同様に３次元的な配線を行う）。また、基台３０ａには連結手段２５が接合されており、その先端には図示無き受信手段２２が接合されている。各電極配置台３０ｂの基端同士が一体化され、外側に向かって放射状に延びるような形状を有する電極基板３０は、ポリイミド等の生体適合性を有する折り曲げ可能な材料を平板状に形成しておき、その後、この平板を前述した形状に切り出すことによって得ることができる。また、基台３０ａと電極配置台３０ｂとを別々に成型、又は切り出しにより得ておき、その後、電極配置台３０ｂの基端部分を基台３０ａに接合させることにより、電極基台３０の形状を得るようにしてもよい。
【００２５】
このような形状を有する電極基台３０を網膜上に設置する場合、電極配置台３０ｂは細長い板形状であるため、網膜の曲面に沿って容易に曲げることができる。その結果、電極２３を網膜の広範囲にわたって密着させることができるため、網膜の広い範囲を電気刺激し、広い範囲の視野を得ることができる。なお、第２の実施形態では、内部デバイス２４を載置する基台３０ａを中心に電極配置台３０ｂを放射状に延ばすような形状としているが、これに限るものではなく、各電極配置台３０ｂの基端は固定されるとともに、先端は自由端とし、基台３０ａから各電極配置台３０ｂが一方向に向かって延びているような形状であっても良い。
【００２６】
以上の実施形態では、電極基板を網膜上に置くものとしているが、これに限るものではない。電極基板を網膜下（網膜と脈絡膜との間）に置くようなタイプの視覚再生補助装置にも適用することができる。
【００２７】
また、本実施形態では体外に置かれた撮影装置１２にて撮影したデータを基に電気刺激パルス用データを得て、電力データとともに体内装置２０側に送る構成としているが、これに限るものではない。基板上にフォトダイオードからなる光強度検出手段（受光素子）やパルス信号生成回路を形成するとともに、１つの受光素子に対応して１つの電極を設けるようにしたフォトダイオードアレイからなる体内撮像型の視覚再生補助装置であっても本発明を適用することができる。
【００２８】
例えば、このような体内撮像型の視覚再生装置の場合、前述したフォトダイオードアレイを一つの単位として複数のフォトダイオードアレイを連結させるようにすればよい。なお、このような体内撮像型の視覚再生補助装置では、パルス信号生成回路を用いて受光素子にて検出される光強度を基に電気刺激パルス信号を変化させることによって、網膜に投影される像を電気刺激パルス信号に変換するようにしている。
【００２９】
また、体内撮像型の視覚再生補助装置においては、前述したような体外に設置する撮影装置は必要ないため、前述した送信手段１４及び受信手段２２は、電力供給及び制御補正情報の伝送に利用すればよい。また、電極基板に電源供給部を設け、前述した送信手段１４及び受信手段２２は電気刺激パルス用データの供給のみに利用することもできる。
【００３０】
【発明の効果】
以上のように、本発明によれば、網膜の広い範囲に電極を密着させ、電気刺激することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本実施形態における視覚再生補助装置の概略構成を示した図である。
【図２】本実施形態における体内装置の構成を示した図である。
【図３】制御系を示したブロック図である。
【図４】電極と内部デバイスとの電気的な接続の一例を示した図である。
【図５】網膜上に電極基板を設置した例を示した図である。
【図６】本発明における第２の実施形態を説明する図である。
【符号の説明】
１  視覚再生補助装置
１０  体外装置
１１  バイザー
１２  撮影装置
１３  外部デバイス
１４  送信手段
２０  体内装置
２１  電極基板
２２  受信手段
２３  電極
２４  内部デバイス
２５  連結手段
【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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