(57)【要約】【課題】  患者に与える刺激の強さを、良好に調整できる。【解決手段】  視覚再生補助装置１は、患者の体内に置かれ、患者の視覚に関わる細胞又は組織に対して電気刺激信号を出力するための複数の電極５１と、外界像を撮像素子で撮像して外界画像を得る第１撮影装置１２と、を備える。また、視覚再生補助装置１の制御部１３は、患者の前眼部の状態を検出し、複数の電極４１から出力させる電気刺激信号を第１撮影装置１２で撮影される外界画像に基づいて制御する。このとき、制御部１３は、電気刺激信号によって患者に与える刺激の強さを、前眼部の状態の検出結果に応じて調整する。【選択図】      図１
2016193068.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
患者の体内に置かれ、患者の視覚に関わる細胞又は組織に対して電気刺激信号を出力するための複数の電極と、
外界像を撮像素子で撮像して外界画像を得る撮影部と、
患者の前眼部の状態を検出する検出手段と、
前記複数の電極から出力させる前記電気刺激信号を前記撮影部で撮影される外界画像に基づいて制御する制御手段であって、前記電気刺激信号によって患者に与える刺激の強さを前記検出手段の検出結果に応じて調整する制御手段と、を備える視覚再生補助装置。
【請求項２】
前記検出手段は、前眼部の状態として、前眼部のうち、眼底に照射される光量を調整する部位における状態を検出する請求項１記載の視覚再生補助装置。
【請求項３】
前記検出手段は、前眼部の状態として、瞼の開閉状態を検出する請求項２記載の視覚再生補助装置。
【請求項４】
前記制御手段は、前記検出手段によって検出される瞼の状態が、より閉鎖された状態を示している場合ほど、前記電気刺激信号によって与える刺激を低減させる請求項３記載の視覚再生補助装置。
【請求項５】
前記制御手段は、前記検出手段によって検出される瞼の状態が、完全に閉鎖された状態を示している場合には、前記外界画像に関わらず前記電気刺激信号を出力させない請求項３又は４記載の視覚再生補助装置
【請求項６】
前記制御手段は、患者眼の瞬きによる瞼の状態の変化については無視して、電気刺激信号を調整する請求項３から５の何れかに記載の視覚再生補助装置。
【請求項７】
前記検出手段は、前眼部の状態として、瞳孔の状態を検出する請求項２記載の視覚再生補助装置。
【請求項８】
外界像を撮像素子で撮像して外界画像を得る撮影部と、
患者の視覚に関わる細胞又は組織に対して刺激を与える刺激出力部と、
患者の視覚を形成するための刺激信号を前記外界画像に基づいて生成し、前記刺激信号に基づいて前記刺激出力部からの出力を制御する制御手段と、
患者の前眼部の状態を検出する検出手段と、を備え、
前記制御手段は、前記検出手段の検出結果に応じて、刺激出力部から出力される刺激の強さを調整する視覚再生補助装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本開示は、患者の体内に埋め込まれるデバイスを有する視覚再生補助装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、失われた視覚機能の一部を代行する視覚再生補助装置の研究がなされている。例えば、患者の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、体内に設置された体内装置に送信し、電極から電流を発して視覚を構成する細胞（又は組織）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。例えば、特許文献１には、体外で撮像された映像の画像情報を、光信号として、眼球内に設置された受光素子に体外から送信する構成が開示されている。このような装置では、瞼によって光信号が遮られることで、電極からの電流が出力されなくなる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】国際公開第２００２／０８０８２８号
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
特許文献１に記載の装置では、電気刺激を弱める場合に、刺激を完全にオフすることしかできない。このため、例えば、患者が眩しさを感じる場合に、刺激の強さを、良好に調整することは難しかった。
【０００５】
本開示は、上記事情に鑑みてなされたものであり、患者に与える刺激の強さを、良好に調整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】
【０００６】
本開示の一態様に係る視覚再生補助装置は、患者の体内に置かれ、患者の視覚に関わる細胞又は組織に対して電気刺激信号を出力するための複数の電極と、外界像を撮像素子で撮像して外界画像を得る撮影部と、患者の前眼部の状態を検出する検出手段と、前記複数の電極から出力させる前記電気刺激信号を前記撮影部で撮影される外界画像に基づいて制御する制御手段であって、前記電気刺激信号によって患者に与える刺激の強さを前記検出手段の検出結果に応じて調整する制御手段と、を備える。
【発明の効果】
【０００７】
本開示によれば、患者に与える刺激の強さを、良好に調整できる。
【図面の簡単な説明】
【０００８】
【図１】本実施形態における視覚再生補助装置の概略を示した図である。
【図２】体内装置の構成を示した図である。
【図３】患者眼に対する体内装置の装着態様を示した模式図である。
【発明を実施するための形態】
【０００９】
以下、図面を参照しつつ、本開示の例示的な実施形態を説明する。まず、図１を参照して、視覚再生補助装置１の概略構成を説明する。
【００１０】
本実施形態の視覚再生補助装置１は、患者の視覚に関わる細胞又は組織（以下、まとめて、「細胞等」と称す）に刺激を与えることで、患者の視覚の再生を促す。本実施形態では、具体例として、網膜を構成する細胞が、視覚再生補助装置１によって、電気的に刺激される。
【００１１】
本実施形態において、視覚再生補助装置１は、体外装置１０と、体内装置２０と、を有している。体外装置１０は、外界の情報を取得する。また、体外装置１０は、取得した情報を処理して、体内装置２０に信号を送信する。一方、本実施形態の体内装置２０は、体外装置１０から送られてきた信号に基づいて、体内に設置される複数の電極５１（図２，３参照）から電流（本実施形態における「電気刺激信号」）を出力し、網膜を構成する細胞に電気的な刺激を与える。
【００１２】
本実施形態において、体外装置１０は、バイザー１１と、第１撮影装置１２と、外部デバイス１３と、送信部１４と、第２撮影装置１５と、を有している。バイザー１１は眼鏡形状をしており、図１に示すように、患者の眼前に装着される。本実施形態において、第１撮影装置１２は、バイザー１１の前面に取り付けられる。第１撮影装置１２は、患者の前方の外界像（例えば、被写体像）を、２次元ＣＣＤ等の撮像素子（図示せず）で撮像し、これによって、外界画像を得る。第１撮影装置１２は、例えば、ＣＣＤカメラであってもよい。
【００１３】
第２撮影装置１５は、患者眼の前眼部（前面）を撮像素子（図示せず）によって撮影するためのカメラであってもよい。図１に示すように、第２撮影装置１５は、例えば、バイザー１１の後面に取り付けられていてもよい。ここでいう前眼部には、眼球のみならず、瞼が含まれてもよい。本実施形態において、第２撮影装置１５は、瞼を含む前眼部を撮影する。その結果得られる画像（つまり、患者眼の前面画像）は、前眼部の状態を検出するために利用される（詳細は後述する）。
【００１４】
外部デバイス１３は、データ変調部１３ａ（第１制御部）と、バッテリー１３ｂとを有している。バッテリー１３ｂは、視覚再生補助装置１（体外装置１０及び体内装置２０）の電力を供給する。本実施形態において、データ変調部１３ａは、ＣＰＵ（プロセッサ）およびメモリ等からなる演算制御装置を有する。データ変調部１３ａは、例えば、第２撮影装置１５の撮像素子で撮影される患者眼の前面画像を処理することによって、患者眼の前眼部の状態を検出してもよい。特に、本実施形態では、前眼部の各部位のうち、眼底に照射される光量を調整する部位の状態が検出される。このような部位としては、瞼、瞳孔等が挙げられる。以下では、具体例として、前眼部の状態を示す情報として瞼の状態を示す情報が、患者眼の前面画像に対する処理結果（つまり、検出結果）として、得られる場合を説明する。このとき、瞼の開き度合い（以下、開眼度と称す）が検出されてもよい。また、検出結果として、開き度合い（以下、「開眼度」と称する）を示す情報が得られてもよい。開眼度は、例えば、瞼の開き度合いを、「開」、「閉」、の２段階で示したものでもよい。更に好ましくは、「開」、「閉」、「半開」の３段階で示してもよい。また、それ以上に細かい段階で示されると、より好ましい。この場合、例えば、患者眼の瞼が最大限（又は、ある一定量）開いた状態に対する眼球の露出部分の面積，瞳孔の露出部分の面積，および上瞼と下瞼との間隔等のいずれかに応じて、開眼度を求めてもよい。例えば、開眼度が「開」、「閉」、「半開」の３段階で示される場合において、患者眼の瞼が最大限開いた状態における眼球の露出部分の面積を、１００％とした場合に、７０％〜１００％であるときを、「開」、１０％〜６９％であるときを「半開」、１０％未満であるときを「閉」（つまり、完全に閉鎖した状態とみなす）とされてもよい。
【００１５】
また、データ変調部１３ａは、第１撮影装置１２の撮像素子で撮影された外界画像を画像処理して、視覚再生のための制御信号を生成する。この制御信号には、少なくとも患者に与える電気的な刺激の強さを示す情報が含まれる。本実施形態では、この制御信号によって、複数の電極５１（図２，３参照）から出力させる電気刺激信号が、第１撮影装置１２で撮影される外界画像に基づいて制御される。外界画像における階調値が高いほど、より強い刺激を与える制御信号が、データ変調部１３ａによって設定される。このとき、本実施形態では、データ変調部１３ａが、制御信号によって示される電気的な刺激の強さを、前眼部画像から検出される前眼部の状態に応じて、更に調整する。このとき、刺激の強さは、開眼度（より詳細には、外界画像の撮影時に検出される開眼度）に基づいて調整してもよい。
【００１６】
また、本実施形態において、データ変調部１３ａは、バッテリー１３ｂ「からの直流電力を、交流電力に変換する。そのうえで、交流電力を変調することで、制御信号を電力の伝送信号に重畳させる。その結果、制御信号と電力の伝送信号とが、電磁波として、送信部１４の一次コイルから体内装置２０側へ伝送（本実施形態では、無線送信）される。なお、送信部１４の中心には、後述の受信ユニット３０に対する位置固定用の磁石（図示せず）が取り付けられている。なお、データ変調部１３ａによる信号の変調方式は、振幅変調、周波数変調、および、位相変調等のいずれであってもよい。
【００１７】
図２に示すように、体内装置２０は、受信ユニット３０および刺激ユニット４０等を有している。受信ユニット３０は、体外装置１０から送信される電磁波を受信する。受信ユニット３０は、受信部３１と、制御部３２（第２制御部）と、を有する。本実施形態において、受信部３１は、体外装置１０からの電磁波を受信する二次コイルを有する。制御部３２は、受信部３１で受信された電磁波から、制御信号と、電力とを抽出する。制御部３２で抽出された電力は、体内装置２０の各部に供給される。また、制御部３２は、抽出した制御信号に基づいて、電気刺激に関するパラメータを設定する。なお、受信ユニット３０にも、送信部１４の位置固定のための磁石（図示せず）が設けられている。
【００１８】
図２（ａ）に示すように、受信ユニット３０には、帰還電極３４が取り付けられている。詳細は後述するが、帰還電極３４は、刺激ユニット４０と患者眼を挟むようにして取り付けられる。帰還電極３４には、刺激ユニット４０から出力される電流を導くための電圧が印加される。
【００１９】
図２（ａ）に示すように、受信ユニット３０と、刺激ユニット４０とは、リード線３５によって接続されている。制御部３２は、リード線３５を介して、刺激ユニット４０へ電力を供給すると共に、制御信号を出力する。
【００２０】
本実施形態において、刺激ユニット４０は、網膜を構成する細胞を電気的に刺激する。刺激ユニット４０は、電極部５０と、刺激信号生成部６０と、を有している。本実施形態において、刺激ユニット４０は、眼球に設置される。特に、本実施形態では、刺激ユニット４０は、その一部が、層状の眼組織の層間（又は、層内）に設置される。例えば、強膜と脈絡膜との間に設置される。
【００２１】
電極部５０は、複数の電極５１が基板５２上に形成される多電極アレイである。電極５１は、例えば、格子状の等間隔に、又は、等間隔で互い違いに配列されてもよい。電極５１の数は、視覚を再生する際の解像度に応じて決定されればよい。
【００２２】
基板５２の内部には、複数のリード線５２ａが設けられている。リード線５２ａを介して、各々の電極５１が、刺激信号生成部６０と電気的に接続される。
【００２３】
刺激信号生成部６０は、制御部３２で取り出された電力と、制御信号と、に基づいて、電気刺激信号（例えば、パルス電流）を生成する。より詳細には、刺激信号生成部６０は、制御部３２から受け取った制御信号に基づき、電流（本実施形態では、双極性パルス）を各々の電極５１に振り分ける。結果、患者の視覚に関わる細胞又は組織（本実施形態では、網膜を構成する細胞）に対して、複数の電極５１から電気刺激信号が出力される。これによって、患者は、第１撮影装置１２によって撮影される外界像を認識できるようになる。
【００２４】
このような刺激信号生成部６０は、例えば、電子回路６１によって実現されてもよい。電子回路６１は、例えば、セラミック基板上に、カスタムＩＣ、コンデンサ、ダイオード等の複数の電子部品を実装する。このような電子回路６１は、デマルチプレクサであってもよい。電子回路６１は、リード３５を介して制御部３２から受け取った制御信号に基づき、電流（本実施形態では、双極性パルス）を各々の電極５１に振り分ける。
【００２５】
ここで、前述したように、本実施形態の視覚再生補助装置１では、電極５１を介して患者に与える刺激の強さが、前眼部画像から検出される開眼度に応じて（つまり、瞼の開閉状態に応じて）、調整される。開眼度が低い場合ほど（つまり、瞼がより閉鎖した状態を示す場合ほど）、各電極５１から出力される電気刺激信号の刺激条件を、より刺激が弱くなる条件に変更する。刺激を弱めるためには、電気刺激信号の電流値、または、電圧値、或いはその両方が低減されてもよい。また、パルス形状が変更されても良い。また、周波数が変更されても良い。例えば、開眼度が、「開」、「半開」、「閉」の３段階で示される場合において、「開」の場合において出力される信号の電流値を１００％とする場合において、「半開」の場合には、例えば、５０％の電流値で信号を出力させ、「閉」の場合には、例えば、０％の電流値で信号を出力させるようにしてもよい。０％の場合（つまり、瞼を閉じた状態を示す開眼度がデータ変調部１３ａで検出されるとき）、第１撮影装置１２で得られる外界画像に関わらず、電気刺激信号は、電極５１から出力されない。このような制御の結果、瞼が閉じられるほど、患者が得る光覚は低減されるようになる。
【００２６】
本実施形態の視覚再生補助装置１では、電極５１から患者に与える電気刺激パルスの刺激条件を、患者が瞼を動かすことによって、つまり、ハンズフリーで調整することができる。よって、視覚再生補助装置１によれば、患者が刺激の強さを調整するために装置を操作する煩わしさが抑制される。
【００２７】
また、例えば、患者が後天的失明者である場合には、電気刺激の結果得られる光覚により患者が眩しさを感じた際には、患者は、瞼を閉鎖する（つまり、完全に閉じる、又は、眼を細める）と考えられる。本実施形態の視覚再生補助装置１は、患者が眩しさを感じたときに行われる前眼部の動き（つまり、状態変化）に基づいて、電極５１から患者に与える刺激を調整するので、装置操作の煩わしさがいっそう低減される。また、患者は、自然な感覚で、明るさが調整された外界像を得ることができる。
【００２８】
次に、図３を参照して、眼内装置２０の患者眼への取り付け態様を例示する。眼内装置２０は、図３に示すように、脈絡膜Ｅ２上に電極５１を設置して、網膜Ｅ１を構成する細胞を刺激することができる。この場合、電極５１が形成された基板５２の先端部が、強膜Ｅ３の一部を切開することで作製されたポケットに差し込まれることで、刺激ユニット４０が患者眼に設置される。帰還電極３４は、前眼部寄りの位置に置かれる。よって、網膜Ｅ１は電極５１と帰還電極３４との間に位置することとなる。帰還電極３４に電圧を印加しつつ、刺激信号生成部６０からの電流が電極５１を介して出力されることで、刺激電流を効率的に網膜に貫通させて、網膜に電気的な刺激を好適に与えることができる。
【００２９】
以上、実施形態に基づいて本開示を説明したが、本開示は、上記実施形態に限定されることなく、様々な変形が可能であることは勿論である。
【００３０】
上記実施形態では、体外装置１０に設けられたデータ変調部１３ａによって、患者の前眼部の状態の検出処理と、患者に与える刺激の強さの調整処理と、が、行われた。しかし、必ずしもこれに限られるものではない。例えば、上記各処理は、体内装置２０において行われてもよい。この場合、例えば、体外装置１０は、第１撮影装置１２で得られる前眼部画像のデータを、データ変調部１３ａによって交流信号に重畳させて体内装置２０へ送信してもよい。そして、体内装置２０側の制御部３２が、受信した前眼部画像のデータから、前眼部の状態の検出し、更に、制御部３２が発する制御信号を、前眼部の状態に応じた刺激の強さを示す信号に設定する構成としてもよい。また、患者の前眼部の状態の検出処理については、体外装置１０のデータ変調部１３ａで行い、患者に与える刺激の強さを調整する処理については、体内装置２０の制御部２０で行う構成でもよい。
【００３１】
例えば、上記実施形態では、瞼の開き度合いに応じて、刺激の強さが調整される場合を示したが、必ずしもこれに限られるものでない。例えば、刺激を弱める第1の動作と、刺激を弱める第2の動作とが、異なる動作として設定されており、データ変調部１３ａ等の制御部によって、これらの動作のいずれかが、外界画像に基づいて検出される場合には、検出された動作に応じて、刺激の強さが調整される構成であってもよい。例えば、複数回の連続した瞬きを行うこと、瞼を限界まで見開いた状態にすること、一定時間閉鎖した状態を保つこと、等のいずれか１つずつが、第1の動作および第2の動作として、それぞれに設定されてもよい。また、第1の動作と、第２の動作とは、継続時間が異なる動作であってもよい。
【００３２】
また、上記実施形態では、前眼部の状態を検出し、その検出結果に基づいて電気刺激信号を調整する構成の一例として、瞼の状態に応じて電気刺激信号を調整する場合を示した。しかし、必ずしもこれに限られるものではない。例えば、患者が得る外界像の明るさに応じて、瞳孔径が変化することが知られている。そこで、例えば、前眼部の状態として、患者眼の瞳孔の状態（より詳細には、瞳孔径）を検出し、その検出結果に基づいて電気刺激信号を調整する構成としてもよい。この場合、第２撮影装置１５等で得られる前眼部画像を処理して瞳孔径を検出するように、データ変調部１３ａ等の制御部を構成してもよい。なお、この場合、暗所視相当の刺激条件での瞳孔径と、明所視相当の刺激条件での瞳孔径とを予め得ておき、これらの値と、検出される瞳孔径とを比較等することで、刺激パルス信号の出力レベルを制御する構成であってもよい。データ変調部１３ａは、検出される瞳孔径がより小さい場合ほど（より縮瞳している場合ほど）、より刺激が弱まるような制御信号を生成し、これにより、患者に与えられる電気刺激信号を制御する。
【００３３】
また、上記実施形態の視覚再生補助装置１は、第２撮影装置１５によって患者眼を撮影し、患者眼の撮影画像を処理することで、前眼部の状態を検出した。しかし、前眼部の状態は、患者眼の画像を処理することで検出する以外にも、さまざまな手法で検出できる。例えば、眼輪筋等の筋電位を検出する電極を設け、その電極で検出される電位信号に基づいて、瞼の状態（開閉状態）を検出することもできる。
【００３４】
また、視覚再生補助装置１のデータ変調部１３ａは、患者眼の瞬きに伴う瞼の状態の変化については無視して、電気刺激信号を調整する（より具体的には、制御信号を生成することによって、結果的に、電気刺激信号を調整する）ようにしてもよい。例えば、一般に、瞬きは、１００ミリ秒から１５０ミリ秒程度の間で行われることが知られている。瞬きが行われる場合、この期間で、開眼度が一時的に「閉」となり、その後、「開」となるような時間的変化が生じうる。そこで、例えば、データ変調部１３ａで、このような開眼度の時間的変化が検出された場合には、当該瞬きの期間の開眼度を、瞬きの直前の開眼度であるものとして、データ変調部１３ａが制御信号を生成するように構成してもよい。また、データ変調部１３ａは、瞬きに対して長い期間で開眼度を逐次取得し、その期間における開眼度の平均値（中央値、最頻値等でもよい）に基づいて電気刺激信号を調整する構成であってもよい。これらの構成の場合、瞬きの度に、患者が得る外界像の明るさが大きく変わってしまうことが抑制される。結果、患者の視覚が良好に再生される。
【００３５】
また、視覚再生補助装置１は、更に、第１撮影装置１２の撮像素子から得られる外界画像における輝度分布を補正する補正手段を有していても良い。補正手段は、外界画像における明るさを調整するオートゲインコントロールを行う手段であっても良い。補正手段は、例えば、撮像素子から出力される受光信号の強度を増幅する増幅回路と、増幅回路における増幅率を外界画像の階調値に基づいて制御する増幅制御部とによって構成されても良い。この場合、増幅制御部は、例えば、データ変調部１３ａであってもよい。
【００３６】
また、以上の技術は、上記実施形態とは異なる構成を持つ視覚再生補助装置においても適用可能である。例えば、受信ユニット３０と刺激ユニット４０とが、患者眼付近に集中して配置される構成であってもよい。
【００３７】
また、上記実施形態において、視覚再生補助装置１は、脈絡膜Ｅ２上に電極５１を設置して、網膜Ｅ１を構成する細胞を刺激する方式（ＳＴＳ方式）の装置であるが、視覚再生補助装置１は、電極を網膜上に設置する方式の装置であってもよいし、網膜下に設置する方式の装置であってもよい。
【００３８】
また、上記実施形態では、電気刺激を行うことで視覚の再生を促す方式の視覚再生補助装置において、刺激の調整制御を行う場合について説明したが、視覚に関わる細胞に対して与える刺激は、電気刺激に限られるものではない。例えば、磁気、超音波、薬物等による刺激であってもよい。この場合、上記実施形態に示した電極に代えて、刺激の方法に応じた刺激出力部を備える。また、刺激出力部からの出力を制御する刺激信号生成部を備える。刺激出力部は、患者の視覚に関わる細胞又は組織に対して刺激を与える部材であり、具体例としては、電極、プローブ、および、薬物放出ユニット等を採用できる。また、刺激信号生成部は、患者の視覚を形成するための刺激信号を外界画像に基づいて生成する。これは、第１撮影装置１２、および刺激出力部の双方と、有線又は無線で接続された制御装置（ＣＰＵ等）であってもよい。
【符号の説明】
【００３９】
５１      電極
１２      第１撮影装置
１３ｂ    データ変調部
１５      第２撮影装置
３２      制御部
【図１】
2016193068.tif 000003
【図２】
2016193068.tif 000004
【図３】
2016193068.tif 000005