JP2004024342A

JP2004024342A - Apparatus for assisting regeneration of visual sense

Info

Publication number: JP2004024342A
Application number: JP2002181920A
Authority: JP
Inventors: Keiichiro Kagawa; 香川　景一郎; Atsushi Ota; 太田　淳; Akihiro Uehara; 上原　昭宏; Toru Yagi; 八木　透; Kenzo Kanedo; 鐘堂　健三
Original assignee: Nidek Co Ltd
Current assignee: Nidek Co Ltd
Priority date: 2002-06-21
Filing date: 2002-06-21
Publication date: 2004-01-29
Anticipated expiration: 2022-06-21
Also published as: JP4171614B2

Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a visual sense regeneration assisting apparatus capable of being provided with various functions while being an in vivo imaging type. <P>SOLUTION: The apparatus includes an LSI which is arranged on or beneath the retina of a patient. The LSI includes: a light receiving means for receiving a light flux made incident to the eye of the patient; a power storage means connected to the light receiving means so as to store power for driving the LSI through the use of an optical current which is obtained from the light receiving means; a signal converting means for converting the optical current into a prescribed stimulating pulse signal; and a plurality of electrodes for outputting the stimulating pulse signal obtained by the signal converting means to cells constituting the retina as an electric stimulation. <P>COPYRIGHT: (C)2004,JPO

Description

【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には体外にて撮像された映像を光信号や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て細胞を刺激する方法（以下、体外撮像型と記す）や、網膜にフォトダイオードアレイ等からなる体内装置を設置し、画像をフォトダイオードアレイに受像（受光）させて細胞を電気刺激する方法（以下、体内撮像型と記す）等が考えられている。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、前者の体外撮像型は、眼内に設置する体内装置の部品点数が少なくて済むとともに、眼内設置後における体内装置の各種調整も行い易いという利点があるが、体外装置が複雑、大型化してしまう。このため、携帯性に問題が残ることとなる。また、後者の体内撮像型においては、体外装置を小型化することはできるが、その分種々の機能を持たせることが難しくなる。例えば、体内装置型の視覚再生補助装置では、電力供給の問題や眼内設置後の調整が行い難いといった問題が挙げられる。
【０００４】
以上のような上記従来技術の問題点に鑑み、体内撮像型でありながら種々の機能を持たせ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。
【０００５】
【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）　患者眼の網膜上又は網膜下に設置されるＬＳＩを有する視覚再生補助装置であって、前記ＬＳＩは、患者眼に入射する光束を受光する受光手段と、該受光手段に接続されるとともに前記受光手段から得られる光電流を用いて前記ＬＳＩを駆動させるための電力を蓄積する電力蓄積手段と、前記光電流を所定の刺激パルス信号に変換する信号変換手段と、該信号変換手段により得られた刺激パルス信号を網膜を構成する細胞に電気刺激として出力する複数の電極と、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、前記受光手段は前記ＬＳＩに複数設置されており、前記電力蓄積手段は設置されている前記受光手段全体に対して共通とすることを特徴とする。
（３）　（１）の視覚再生補助装置は、体外から前記患者眼内に光束を所定の信号として時分割にて照射する光束照射手段を有し、前記所定の信号には前記電力蓄積手段によって蓄積される電力と前記信号変換手段によって変換される刺激パルス信号を補正するための制御データ情報とを有していることを特徴とする。
（４）　（３）の視覚再生装置において、前記制御データ情報には視覚として認識する画像の明るさ又はコントラストを補正するための制御データ情報を含むことを特徴とする。
（５）　（３）の視覚再生装置において、前記ＬＳＩは、前記受光手段に受光されることによって得られる光電流の通電方向を前記時分割照射に同期して切換える通電方向切り換え手段と、前記受光手段によって変換された光電流から前記制御データ信号のみを抽出することにより前記刺激パルス信号を補正するデータを取得する制御データ取得手段と、該制御データ取得手段によって得られる前記刺激パルス信号を補正するデータを記憶する記憶手段と、を有し、前記光束照射手段からの光束から得られる光電流を前記通電方向切り換え手段によって時分割的に前記制御データ取得手段に送ることを特徴とする。
（６）　（５）の視覚再生補助装置において、前記信号変換手段は前記記憶手段に記憶された前記制御データをもとに補正された刺激パルス信号を体外に送信するための送信データ用信号として前記複数の電極から出力することを特徴とする。
（７）　（６）の視覚再生補助装置において、患者眼角膜上に設置され前記送信データ用信号を所定の電気信号として体外から受信するための信号受信手段を有することを特徴とする。
（８）　（５）の視覚再生補助装置において、前記記憶手段は不揮発性メモリと揮発性メモリとから構成されていることを特徴とする。
（９）　（５）の視覚再生補助装置において、体外に設けられており，前記光束照射手段から照射される光束にて形成される前記所定の信号内容を設定する信号内容設定手段を備えることを特徴とする。
（１０）　（９）の視覚再生装置において、前記光束照射手段と照射条件設定手段とは患者の眼前に装着して使用するバイザー型の体外装置に設けられていることを特徴とする。
（１１）　（１）〜（１０）の視覚再生補助装置において、前記電力蓄積手段は前記ＬＳＩの裏面に取り付けられており，前記ＬＳＩと電力蓄積手段とを電気的に接続するために前記ＬＳＩと電力蓄積手段とを貫通して前記ＬＳＩの表裏面側に表れる通電手段を有していることを特徴とする。
（１２）　（１１）の視覚再生補助装置において、前記通電手段は前記ＬＳＩを通して体液の循環を行うために内部が貫通孔となっている管状の形状を有していること特徴とする。
【０００６】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態を図に基づいて説明する。
図１は本実施形態における視覚再生補助装置の概略構成を示す図である。視覚再生装置は大別して体外装置１と体内装置１０とから構成される。体外装置１は体内装置に電力と制御データを送信する役目を果たす。また、体内装置１０は体外装置１から送られる電力及び制御データによって網膜を構成する細胞を効率よく電気刺激する役目を果たす。以下に体外装置１と体内装置１０とを各々に分け、その構成を詳細に説明する。
【０００７】
＜体外装置＞
図１（ａ）に示すように体外装置１は、患者が掛けるバイザー２と、バイザー２に接続され電力を供給するための電源装置３とからなる。バイザー２は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。
バイザー２には調整ダイアル４が設けられており、後述する体内装置１０に設けられた電極から発する刺激パルスのパラメータ（周波数、振幅（電流量）や点灯の時間幅等）を調整ダイアル４にて種々変更することができる。また、調整ダイアル４は、視覚として認識する画像の明るさやコントラスト等を調整するためのダイアル４ａと電気刺激用のパラメータを調整するためのダイアル４ｂとを有している。
【０００８】
５はバイザー２に設けられ、調整ダイアル４にて調整されたパラメータの値を光信号として体内装置１０側に送信するためのデータ送信装置である。図２にデータ送信装置の概略構成を示す。
データ送信装置５は、変調回路６、ドライバ７、光源８から構成されている。光源８はＬＥＤ等が使用できる。変調回路６は調整ダイアル４にて設定された刺激パルスのパラメータ値、及び視覚として認識する画像の明るさやコントラストを補正するイメージパラメータを制御データとし、符号化・変調を行いドライバ７へ送信する。光源８はドライバ７によって発光制御される。また、光源８は変調回路６からの信号（制御データ用信号）に重畳して電力用の信号を光信号として体内装置１０に時分割にて送信する。
【０００９】
本実施の形態では制御用データ信号に電力用の信号を重畳させるものとしたが、これに限るものではなく、これらの信号を分けて時分割的に送るようにすることもできる。
９はバイザー２の前方に設置され、データ送信装置５に設けられている光源８からの光束を折り曲げて体内装置１０へ導光（送信）するための光学素子である。光学素子１０は画像（外界の映像）を透光するとともに、光源８から発する光束を反射することができる光学的な機能を有したものであれば良い。例えばハーフミラーやダイクロイックミラー等を用いることができる。
【００１０】
＜体内装置＞
次に体内装置の構成を図１、図３に示し説明する。
図１（ｂ）に示すように、体内装置１０は、視覚再生部１１及び参照電極１２から構成されており、参照電極１２は視覚再生部１１と電線１３を介して電気的に接続されている。また、視覚再生部１１及び電線１３は、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いる。
【００１１】
また、体内装置１０を眼内に設置する場合には、図１（ａ）に示すように、視覚再生部１１を患者眼Ｅの網膜下（網膜と脈絡膜との間）に置き、網膜を構成する細胞（例えば網膜神経節細胞、網膜双極細胞等）を電気刺激するものとしている。また、参照電極１２は水晶体嚢に被せる様にして眼内に設置されている。また、網膜下の所定場所に視覚再生部１１を固定保持するためには、鋲止め、生体適合性のある接着剤や既存技術の光凝固等を用いて行えば良い。
【００１２】
図３は視覚再生部１１の概略構成を示した図である。２０は基台であり、基台２０上（視覚再生部１１を網膜下に設置したとき網膜に接触する面）には受光素子３０、刺激電極３１等を有する画素部２１、充電，データの送受信，刺激電極からの電気刺激の制御等を請け負うコントロール部４０等が設置され、ＬＳＩ（Ｌａｒｇｅ　Ｓｃａｌｅ　Ｉｎｔｅｇｒａｔｉｏｎ）の構成を有している。また、画素部２１は基台２０上に２次元アレイ状に多数設置されている。このように、体内装置１０は参照電極以外の部品を視覚再生部１１に設置しているため、眼内に設置する部品点数を減らすとともにコンパクトにまとめられているため、眼内への設置も行い易くなる。
【００１３】
次に図４を用いて画素部２１の詳細な構成を説明する。
画素部２１は光電流を所定の刺激パルスに変換するパルス生成回路２２、アンプ２３、刺激パルスの制御データを記憶しておくメモリ部２４、フォトダイオード等からなる受光素子３０（１乃至複数の素子からなる）、電極３１等から構成されている。また、電極３１部分は被覆されておらず、網膜に直接接触できるようになっている。
【００１４】
各画素部２１は受光素子３０の光電流または電位から、パルス生成回路２２により刺激パルスを生成する。パルス生成回路２２によって生成された刺激パルスは、アンプ２３を介して電極３１から出力される。また、受光素子３０からの光電流は、スイッチＳ１がＯＮ，スイッチＳ２がＯＦＦのときに画像受信用の信号に用いられ、検出した光強度に応じて視覚を再生するための刺激パルス用電流が出力され、スイッチＳ１がＯＦＦ，スイッチＳ２がＯＮのときに体内装置１０を駆動させるための電力及び刺激パルスの制御データ用信号として用いられる。スイッチＳ１，Ｓ２の切り換えは、コントロール部４０に設けられた制御部によって図５に示すように時分割にて行われる。
【００１５】
また、本実施形態の視覚再生装置は体内装置１０から体外装置１へ所定のデータを送信することができるようになっている。このデータ送信については詳しくは後述する。
２４は不揮発性及び揮発性のメモリを備えたメモリ部である。メモリ部２４は不揮発性メモリと揮発性メモリとを有している。不揮発性メモリには長期的に使用する制御データが記憶され、揮発性メモリには一時的な調整に使用される制御データが記憶されるようになっている。
【００１６】
次に図６を用いてコントロール部４０の詳細な構成を説明する。
コントロール部４０は充電回路４１、コンデンサ４３、コンパレータ４４、アンプ４５、バンドパスフィルタ４６、複号器４７、制御部４８等から構成されている。
図６に示すように、各画素部２１からの光電流は加算され、充電回路４１、ローパスフィルタを経てコンデンサ４３に蓄電される。コンデンサ４３は基台２０の裏面全体に設けられており、すべての画素部２１に対して共通の電力蓄積部として機能する（図９参照）。体内装置１０を駆動させるための各回路への電力の供給は、コンデンサ４３を電源とするコンパレータ４４により、参照電位に達したところで行われる。コンパレータ４４自身は、参照電位より低い電位から動作し、それ以下の電位では電力供給スイッチＳ３を常時ＯＦＦにする。なお、参照電位は、常に一定の電圧を出力する定電圧源回路（図示せず）によって生成される。
【００１７】
光電流によって得られる刺激パルス調整用の制御データは、光電流の電位をアンプ４５により増幅し、バンドパスフィルタ４６により特定の周波数の変調信号のみを抽出することによって得られる。抽出された特定の周波数の変調信号は、復合器４７により復調・復合された後、制御部４８へ送られるようになっている。
【００１８】
また、図９に示すように、電極６０はＬＳＩとＬＳＩの裏面に設けられるコンデンサ４３とを電気的に接続するための通電手段となっており、ＬＳＩとコンデンサ４３とを貫通するように設けられている。この電極６０及び電極３１は内部を貫通する貫通孔６０ａ及び３１ａが設けられており、管状の電極（スルーホール電極）となっている。このような電極３１及び電極６０を有する視覚再生部１１を網膜下に置いた際には、貫通孔３１ａ及び６０ａを通して体液の循環ができるようになっている。また、電極３１と電極６０とは絶縁されているとともに、各電極３１同士及び電極６０同士はすべて電気的に繋がっている。さらに電極６０の表面や貫通孔３１ａ，６０ａは前述したように生態適合性の良い材料（絶縁性も有している）ですべて被覆されている。また、体液の循環を促すための貫通孔は電極に設けるだけでなく、他の場所に設けるようにすることもできる。
【００１９】
以上のような構成を備える視覚再生補助装置においてその動作を詳細に説明する。ここでは体外装置からの画像及び電力・データの受信動作と、体内装置１０から体外装置１へのデータ送信動作に分けて説明する。
【００２０】
＜画像及び電力・データ受信＞
バイザー２に設けられた調整ダイアル４ａ，４ｂを操作し、各画素部２１に設けられた電極３１から生じる刺激パルスのパラメータ及びイメージパラメータを設定する。調整ダイアル４ａ，４ｂにより設定された刺激パルス等のパラメータ値は、制御データとして変調回路６に送られる。変調回路６に送られた制御データは、符号化・変調を施された後、ドライバ７に送られる。ドライバ７は光源８を用いて符号化・変調を施された制御データ（制御用信号）と電力とが重畳された光束（赤外光）を体内装置１０へ送信する。このとき光束の全強度が電力用信号に該当する。また、光源８からの光束の照射は、図５に示すように所定時間毎に行われる。
【００２１】
また、変調回路６では、制御データをある時間幅を持つ周波数の光信号として表現するように変調する。本実施の形態ではディジタル値０として所定の周波数ｆ０を、ディジタル値１として所定の周波数ｆ１を割り当て、光源８の発光強度を時間的に変調してデータをドライバ７に送る。具体的には例えばディジタル値０は１００ｋＨｚ、ディジタル値１は１５０ｋＨｚで各々１ｍｓｅｃかけて、各ビットを伝送する。また、自然界の風景等（画像）も光学部材９を透過した後、光源８からの光束に重畳した状態にて眼内（体内装置１０）に送られている。
【００２２】
一方、画像及び電力・データ信号を受信する体内装置１０側では、制御部４８によってスイッチＳ１，Ｓ２が時分割にてそれぞれＯＮまたＯＦＦされている。スイッチＳ１，Ｓ２のＯＮ、ＯＦＦの制御は、制御部４８によって行われるが、このタイミングは光源８から所定時間毎に照射される光束と同期して行われる。
【００２３】
ここでスイッチＳ１がＯＦＦ、スイッチＳ２がＯＮの場合には、受光素子３０にて受光された光束は光電流に変換され、充電回路４１に送られる。充電回路４１に送られた光電流は２分割され、充電回路４１に設けられた図示なきローパスフィルタとハイパスフィルタに各々送られることとなる。ローパスフィルタを経た光電流は、コンデンサ４３にて蓄電される。コンデンサ４３に蓄電された電力は、コンデンサ４３を電源とするコンパレータ４４により、参照電位に達したところで体内装置１０の各回路（パルス生成回路２２、アンプ２３等）を駆動させるために使用される。
【００２４】
一方、ハイパスフィルタを経た光電流は、アンプ４５にて増幅された後、バンドパスフィルタ４６にて特定の周波数（ここでは周波数ｆ０及び周波数ｆ１）の変調信号のみを抽出する。抽出された特定の周波数の変調信号は、復合器４７によりディジタル値０及びディジタル値１に復調・復合された後、制御部４８に送られる。制御部４８は得られたディジタル値０及びディジタル値１の組み合わせにより、各電極３１から発する刺激パルスの制御データを得る。
【００２５】
制御部４８は得られた制御データをメモリ部２４に送る。このとき制御部４８は得られた制御データのうち長期的に変更を要しない制御データ、例えば電極と網膜細胞の密着性等に起因する画素部毎の刺激強度のバラツキを補正するためのデータ（以下、刺激パラメータと記す）をメモリ部２４に設けられている不揮発性のメモリに記憶させる。また、一時的に変更する制御データ、例えばコントラスト調整等の撮影シーンに合わせた補正を行うためのデータ（イメージパラメータ）をメモリ部２４に設けられている揮発性のメモリに記憶させる。
【００２６】
制御データを記憶させるメモリは揮発性、不揮発性メモリのどちらでも良いが、刺激パラメータの制御データは患者の視覚再生に大きな影響を及ぼす為、長期間に記憶させておくことが好ましい。また、イメージパラメータの制御データは視覚再生に大きな影響を及ぼすことはないが、短期間に変更する可能性が大きい。このため、刺激パラメータの制御データは、メモリへの書き込み（記憶）に高い電圧が必要であるが、一旦書き込んでしまえば安定して長期の保存が可能な不揮発性メモリに記憶させておくことが好ましい。また、イメージパラメータの制御データは、書き込みに高い電圧を必要とせず、随時書き込みがし易い揮発性メモリに記憶させておくことが好ましい。
【００２７】
また、スイッチＳ１がＯＮ、スイッチＳ２がＯＦＦの場合には、受光素子３０にて受光された光束は光電流に変換された後、パルス生成回路２２に送られる。パルス生成回路２２では、メモリ部２４に記憶されている刺激パラメータ及びイメージパラメータの制御データを基に、刺激パルス信号の生成を行う。この刺激パルス信号の生成は、制御部４８からパルス生成回路２２に送られてくるパルス生成タイミング信号を基に行われる。
【００２８】
パルス生成回路２２にて生成された刺激パルス信号は、アンプ２３により増幅された後、電極３１から所定のパルス波形を持った電気刺激信号として出力され、網膜を構成する細胞を刺激し、視覚の再生を行う。また、各電極３１から出力されるこの電気刺激信号は、後述する体外へのデータ送信用の信号としても用いられることとなる。
【００２９】
＜データ送信＞
本実施形態の視覚再生補助装置では、電極３１から出力される電気刺激信号を視覚再生用の刺激信号として用いるとともに、体外へ送信するデータ用信号として用いることができる。この体内装置１０から体外へのデータ送信は、例えば先に述べた刺激パラメータの制御データによる刺激パルスの調整が、各画素部２１にて的確に行われているかを確認するための手段として使用することができる。図７（ａ）は各画素部２１のパルス生成回路２２にて生成される電気刺激信号を表した例を示している。この図に示すように、全電極３１から出力される電気刺激信号の総和Ａ（ただし総和Ａはパルス単位で規格化し、パルスの高さをそろえた状態で示している）は、２パターンの波形の組み合わせから成り立っている。
【００３０】
この２パターンの波形は、図７（ｂ）に示すように、単位時間ｔ（ここで単位時間ｔは視覚再生を行うために必要な１回分の刺激信号時間としている）にて各々異なる波形であり、一方の波形はディジタル値０を表し、もう一方の波形はデジタル値１を表している。体内装置１０から網膜を構成する細胞に対して視覚を再生するための電気刺激信号を出力する際には、電気刺激信号の総和として２パターンの波形の刺激信号を組み合わせた電気刺激信号を用いることにより、視覚を再生しつつ、送信データとしてのディジタル値０及び１の組み合わせを表現するものとしている。
【００３１】
本実施の形態では、同周波数による２パターンの波形の組み合わせによって送信データを構成するものとしているが、これに限るものではなく、電気刺激信号を送信データとして用いることができる手法であればよい。例えば、電気刺激信号として２種類の周波数を使用し、その２種類の周波数の組み合わせを用いて送信データを表すようにすることもできる。
【００３２】
また、本実施の形態では、単位時間ｔを複数のパルス波形からなるものとしているが、これに限るものではない。例えば１パルスの波形を単位時間ｔとして扱うこともできる。この場合には、１パルスの波形をディジタル値０及び１として表らすようにすればよい。
【００３３】
一方、各画素部２１のパルス生成回路２２で生成される単位時間ｔ毎（ｔ_１，ｔ_２，ｔ_３…）の電気刺激信号（信号ａ_１，ａ_２，ａ_３…）は、受光素子３０にて受光される光強度やメモリ部２４に記憶されている制御データを基に、２パターンの波形を各々間引いた波形にて形成された状態で、各電極３１から出力される（図７（ａ）参照）。したがって、各電極３１から各々異なる電気刺激信号が出力されても、その電気刺激信号の総和Ａは、２パターンの波形の組み合わせを形成することとなる。
【００３４】
このような電気刺激信号を体外から取得するには、ＥＲＧ（網膜電図　Ｅｌｅｃｔｒｏｒｅｔｉｎｏｇｒａｍ）測定と同様な手法を用いれば良い。具体的には図８に示すように、患者眼の角膜上にコンタクト電極５０を設置し、網膜に設置された各電極３１から出力される電気刺激信号の総和を取得する。この取得した電気刺激信号の総和を、解析部５１にて所定範囲外の電圧をパルス毎に規格化した状態（図７（ａ）に示す総和Ａの状態）にした後、スペクトル判定を行い、２パターンの波形の組み合わせを求めることにより、送信データを取得することができる。
【００３５】
以上のように、本実施形態では網膜を構成する細胞を電気刺激するために、網膜下にＬＳＩ等からなる視覚再生部を設置するものとしているが、これに限るものではなく、視覚再生部を網膜上に設置させることもできる。このような場合には、電極３１は裏面（視覚再生部を網膜上に設置したとき網膜と接触する面）に形成すればよい。
【００３６】
【発明の効果】
以上のように、本発明によれば、体内撮像型を用いながら電力供給や眼内設置後の調整等、種々の機能を持たせることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本実施形態で使用する視覚再生補助装置の体外装置の構成を示す図である。
【図２】体外装置におけるデータ送信装置の概略構成を示すブロック図である。
【図３】体内装置の概略構成を示す図である。
【図４】画素部周辺の詳細な構成を示す図である。
【図５】電力及びデータの受信並びに画像取得の流れを示す図である。
【図６】コントロール部の詳細な構成を示す図である。
【図７】パルス生成回路２２にて生成される電気刺激信号を表した例を示す図である。
【図８】データ送信の構成を示す図である。
【図９】体液循環のための孔の構成を示す図である。
【符号の説明】
１　体外装置
２　バイザー
３　電源装置
４　調整ダイアル
５　データ送信装置
６　変調回路
７　ドライバ
８　光源
１０　体内装置
１１　視覚再生部
１２　参照電極
１３　電線
３０　受光素子
３１　刺激電極
４０　コントロール部[0001]
TECHNICAL FIELD OF THE INVENTION
The present invention relates to a visual reproduction assisting device for artificially providing a visual signal.
[0002]
[Prior art]
In recent years, as one of the treatment techniques for blindness, a visual regeneration assisting device that attempts to regenerate vision by installing an intraocular burial device (in-vivo device) having electrodes and the like in the eye and electrically stimulating cells constituting the retina. Research has been done. A method for stimulating cells by converting an image captured outside the body into an optical signal or a magnetic signal and transmitting the image to an in-vivo device installed in the eye (hereinafter, referred to as an in vitro imaging type) Or a method in which an in-vivo device such as a photodiode array is installed on the retina and an image is received (received) by the photodiode array to electrically stimulate cells (hereinafter referred to as an in-vivo imaging type). ing.
[0003]
[Problems to be solved by the invention]
However, the former extracorporeal imaging type has the advantage that the number of parts of the in-vivo device to be installed in the eye can be reduced and various adjustments of the in-vivo device after the intraocular installation are easy to perform. It will be. This leaves a problem in portability. Further, in the latter in-vivo imaging type, the extracorporeal device can be downsized, but it is difficult to provide various functions accordingly. For example, in the in-vivo device type visual reproduction assisting device, there are problems such as a problem of power supply and a problem that adjustment after installation in the eye is difficult.
[0004]
In view of the above-described problems of the related art, it is an object of the present invention to provide a visual reproduction assisting device that can have various functions while being an in-vivo imaging type.
[0005]
[Means for Solving the Problems]
In order to solve the above problems, the present invention is characterized by having the following configuration.
(1) A visual reproduction assisting device having an LSI installed above or below the retina of a patient's eye, wherein the LSI is connected to the light receiving means for receiving a light beam incident on the patient's eye, and to the light receiving means. Power storage means for storing power for driving the LSI using a photocurrent obtained from the light receiving means, signal conversion means for converting the photocurrent into a predetermined stimulus pulse signal, and the signal conversion means And a plurality of electrodes for outputting the obtained stimulation pulse signal to cells constituting the retina as electrical stimulation.
(2) In the visual reproduction assisting device of (1), a plurality of the light receiving means are provided in the LSI, and the power storage means is common to all the installed light receiving means. .
(3) The visual reproduction assisting device of (1) has a light beam irradiating unit for irradiating a light beam from outside the body into the patient's eye in a time-division manner as a predetermined signal, and the predetermined signal is provided by the power storage unit It is characterized by having stored power and control data information for correcting a stimulus pulse signal converted by the signal conversion means.
(4) In the visual reproduction device of (3), the control data information includes control data information for correcting brightness or contrast of an image recognized as visual.
(5) In the visual reproduction device according to (3), the LSI includes an energizing direction switching unit that switches an energizing direction of a photocurrent obtained by being received by the light receiving unit in synchronization with the time-division irradiation; Control data obtaining means for obtaining data for correcting the stimulus pulse signal by extracting only the control data signal from the photocurrent converted by the means, and correcting the stimulus pulse signal obtained by the control data obtaining means Storage means for storing data, wherein a photocurrent obtained from the light beam from the light beam irradiation means is transmitted to the control data acquisition means in a time-division manner by the conduction direction switching means.
(6) In the visual reproduction assisting device of (5), the signal conversion means is a transmission data signal for transmitting a stimulus pulse signal corrected based on the control data stored in the storage means to the outside of the body. The output is provided from the plurality of electrodes.
(7) The visual reproduction assisting device according to (6), further comprising a signal receiving unit installed on the cornea of the patient's eye to receive the transmission data signal as a predetermined electric signal from outside the body.
(8) In the visual reproduction assisting device of (5), the storage means is constituted by a nonvolatile memory and a volatile memory.
(9) The visual reproduction assisting device according to (5), further comprising a signal content setting unit that is provided outside the body and sets the predetermined signal content formed by the light beam irradiated from the light beam irradiation unit. Features.
(10) In the visual reproduction device according to (9), the light beam irradiation means and the irradiation condition setting means are provided in a visor type extracorporeal device which is used by being worn in front of a patient's eyes.
(11) In the visual reproduction assisting device according to any one of (1) to (10), the power storage means is attached to a back surface of the LSI, and the power storage means is connected to the LSI to electrically connect the LSI and the power storage means. The present invention is characterized in that there is provided an energizing means that penetrates the power storage means and appears on the front and back sides of the LSI.
(12) In the visual reproduction assisting device of (11), the energizing means has a tubular shape having a through-hole for circulating body fluid through the LSI.
[0006]
BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION
Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings.
FIG. 1 is a diagram illustrating a schematic configuration of a visual reproduction assisting device according to the present embodiment. The visual reproduction device is roughly composed of an extracorporeal device 1 and an in-vivo device 10. The extracorporeal device 1 serves to transmit power and control data to the intracorporeal device. Further, the in-vivo device 10 plays a role of efficiently electrically stimulating cells constituting the retina by the power and control data transmitted from the extracorporeal device 1. Hereinafter, the extracorporeal device 1 and the in-vivo device 10 will be separately described, and the configuration will be described in detail.
[0007]
<External device>
As shown in FIG. 1A, the extracorporeal device 1 includes a visor 2 to be worn by a patient and a power supply device 3 connected to the visor 2 to supply power. The visor 2 has an eyeglass shape, and can be used by being worn in front of a patient's eyes.
An adjustment dial 4 is provided on the visor 2, and parameters (frequency, amplitude (current amount), lighting time width, etc.) of a stimulation pulse emitted from an electrode provided in the in-vivo device 10 described later are adjusted by the adjustment dial 4. Various changes can be made. The adjustment dial 4 has a dial 4a for adjusting brightness, contrast, and the like of an image recognized as a visual sense, and a dial 4b for adjusting parameters for electrical stimulation.
[0008]
Reference numeral 5 denotes a data transmission device provided in the visor 2 for transmitting the values of the parameters adjusted by the adjustment dial 4 to the in-vivo device 10 as optical signals. FIG. 2 shows a schematic configuration of the data transmission device.
The data transmission device 5 includes a modulation circuit 6, a driver 7, and a light source 8. The light source 8 may be an LED or the like. The modulation circuit 6 encodes and modulates the parameter value of the stimulus pulse set by the adjustment dial 4 and the image parameter for correcting the brightness and contrast of the image recognized as a sight as control data, and transmits the control data to the driver 7. Light emission of the light source 8 is controlled by a driver 7. Further, the light source 8 superimposes the signal (control data signal) from the modulation circuit 6 and transmits the power signal as an optical signal to the in-vivo device 10 in a time-division manner.
[0009]
In the present embodiment, the power signal is superimposed on the control data signal. However, the present invention is not limited to this, and these signals may be divided and transmitted in a time-division manner.
Reference numeral 9 denotes an optical element installed in front of the visor 2 for bending a light beam from the light source 8 provided in the data transmission device 5 and guiding (transmitting) the light beam to the in-vivo device 10. The optical element 10 only needs to have an optical function of transmitting an image (image of the outside world) and reflecting a light beam emitted from the light source 8. For example, a half mirror or a dichroic mirror can be used.
[0010]
<In-body device>
Next, the configuration of the in-vivo device will be described with reference to FIGS.
As shown in FIG. 1B, the in-vivo device 10 includes a visual reproduction unit 11 and a reference electrode 12, and the reference electrode 12 is electrically connected to the visual reproduction unit 11 via an electric wire 13. . Further, the visual reproduction unit 11 and the electric wire 13 are coated with a material having good biocompatibility and insulating properties such as polyimide.
[0011]
When the in-vivo device 10 is installed in the eye, as shown in FIG. 1A, the visual reproduction unit 11 is placed below the retina of the patient's eye E (between the retina and the choroid) to form the retina. Cells (eg, retinal ganglion cells, retinal bipolar cells, etc.) are electrically stimulated. The reference electrode 12 is placed in the eye so as to cover the lens capsule. In addition, in order to fix and hold the visual reproduction unit 11 at a predetermined position below the retina, it is sufficient to use tacking, a biocompatible adhesive, photocoagulation of an existing technology, or the like.
[0012]
FIG. 3 is a diagram showing a schematic configuration of the visual reproduction unit 11. Reference numeral 20 denotes a base. On the base 20 (the surface which comes into contact with the retina when the visual reproduction unit 11 is installed below the retina), a pixel unit 21 having a light receiving element 30, a stimulating electrode 31, etc., charging, data transmission / reception , A control unit 40 that undertakes control of electrical stimulation from the stimulation electrodes and the like are provided, and have a configuration of an LSI (Large Scale Integration). Further, a large number of the pixel units 21 are provided on the base 20 in a two-dimensional array. As described above, since the in-vivo device 10 has components other than the reference electrode installed in the visual reproduction unit 11, the number of components to be installed in the eye is reduced and the device is compactly arranged. It will be easier.
[0013]
Next, a detailed configuration of the pixel unit 21 will be described with reference to FIG.
The pixel unit 21 includes a pulse generation circuit 22 for converting a photocurrent into a predetermined stimulus pulse, an amplifier 23, a memory unit 24 for storing control data of the stimulus pulse, and a light receiving element 30 (1 to a plurality of elements) including a photodiode or the like. ), Electrodes 31 and the like. Further, the electrode 31 is not covered, and can directly contact the retina.
[0014]
Each pixel section 21 generates a stimulus pulse from a photocurrent or potential of the light receiving element 30 by a pulse generation circuit 22. The stimulation pulse generated by the pulse generation circuit 22 is output from the electrode 31 via the amplifier 23. The photocurrent from the light receiving element 30 is used for a signal for image reception when the switch S1 is ON and the switch S2 is OFF, and a stimulus pulse current for reproducing vision according to the detected light intensity is used. The signal is output and used as a power data for driving the in-vivo device 10 when the switch S1 is OFF and the switch S2 is ON, and as a signal for control data of a stimulation pulse. Switching of the switches S1 and S2 is performed by a control unit provided in the control unit 40 in a time-division manner as shown in FIG.
[0015]
In addition, the visual reproduction device according to the present embodiment can transmit predetermined data from the in-vivo device 10 to the extracorporeal device 1. Details of this data transmission will be described later.
Reference numeral 24 denotes a memory unit having a nonvolatile memory and a volatile memory. The memory unit 24 has a nonvolatile memory and a volatile memory. Control data used for a long time is stored in the nonvolatile memory, and control data used for temporary adjustment is stored in the volatile memory.
[0016]
Next, a detailed configuration of the control unit 40 will be described with reference to FIG.
The control unit 40 includes a charging circuit 41, a capacitor 43, a comparator 44, an amplifier 45, a band-pass filter 46, a decoder 47, a control unit 48, and the like.
As shown in FIG. 6, the photocurrents from the respective pixel units 21 are added and stored in a capacitor 43 via a charging circuit 41 and a low-pass filter. The capacitor 43 is provided on the entire back surface of the base 20, and functions as a common power storage unit for all the pixel units 21 (see FIG. 9). The supply of power to each circuit for driving the in-vivo device 10 is performed when the reference potential is reached by the comparator 44 using the capacitor 43 as a power supply. The comparator 44 itself operates from a potential lower than the reference potential, and always turns off the power supply switch S3 at a potential lower than the reference potential. The reference potential is generated by a constant voltage source circuit (not shown) that always outputs a constant voltage.
[0017]
The control data for adjusting the stimulation pulse obtained by the photocurrent is obtained by amplifying the potential of the photocurrent by the amplifier 45 and extracting only the modulation signal of a specific frequency by the band-pass filter 46. The extracted modulated signal of the specific frequency is sent to the control unit 48 after being demodulated and decoded by the decoder 47.
[0018]
Further, as shown in FIG. 9, the electrode 60 is an energizing means for electrically connecting the LSI and the capacitor 43 provided on the back surface of the LSI, and is provided so as to penetrate the LSI and the capacitor 43. ing. The electrodes 60 and 31 are provided with through holes 60a and 31a penetrating therethrough, and are formed as tubular electrodes (through-hole electrodes). When the visual reproduction section 11 having such an electrode 31 and an electrode 60 is placed under the retina, circulation of bodily fluid can be performed through the through holes 31a and 60a. The electrodes 31 and the electrodes 60 are insulated, and the electrodes 31 and the electrodes 60 are all electrically connected. Further, the surface of the electrode 60 and the through holes 31a, 60a are all covered with a material having good biocompatibility (which also has an insulating property) as described above. In addition, a through hole for promoting the circulation of bodily fluids can be provided not only in the electrode but also in another place.
[0019]
The operation of the visual reproduction assisting device having the above configuration will be described in detail. Here, the operation of receiving an image, power, and data from an external device and the operation of transmitting data from the internal device 10 to the external device 1 will be described separately.
[0020]
<Image and power / data reception>
By operating the adjustment dials 4 a and 4 b provided on the visor 2, parameters of stimulation pulses and image parameters generated from the electrodes 31 provided on each pixel section 21 are set. Parameter values such as stimulus pulses set by the adjustment dials 4a and 4b are sent to the modulation circuit 6 as control data. The control data sent to the modulation circuit 6 is sent to the driver 7 after being coded and modulated. The driver 7 transmits to the in-vivo device 10 a light beam (infrared light) in which control data (control signal) encoded and modulated using the light source 8 and power are superimposed. At this time, the total intensity of the light beam corresponds to the power signal. The irradiation of the light beam from the light source 8 is performed at predetermined time intervals as shown in FIG.
[0021]
The modulation circuit 6 modulates the control data so as to be expressed as an optical signal having a frequency having a certain time width. In the present embodiment, a predetermined frequency f0 is assigned as the digital value 0 and a predetermined frequency f1 is assigned as the digital value 1, and the light emission intensity of the light source 8 is temporally modulated and the data is sent to the driver 7. Specifically, for example, a digital value of 0 is transmitted at 100 kHz, and a digital value of 1 is transmitted at 150 kHz for 1 msec. In addition, after passing through the optical member 9, a natural scenery or the like (image) is also transmitted to the inside of the eye (in-vivo device 10) in a state of being superimposed on the light beam from the light source 8.
[0022]
On the other hand, on the in-vivo device 10 side that receives the image and the power / data signal, the switches S1 and S2 are turned on and off by the control unit 48 in a time sharing manner. The ON / OFF control of the switches S1 and S2 is performed by the control unit 48, and this timing is performed in synchronization with a light beam emitted from the light source 8 every predetermined time.
[0023]
Here, when the switch S1 is OFF and the switch S2 is ON, the light beam received by the light receiving element 30 is converted into a photocurrent and sent to the charging circuit 41. The photocurrent sent to the charging circuit 41 is split into two and sent to a low-pass filter and a high-pass filter (not shown) provided in the charging circuit 41, respectively. The photocurrent that has passed through the low-pass filter is stored in the capacitor 43. The electric power stored in the capacitor 43 is used by a comparator 44 using the capacitor 43 as a power source to drive each circuit (the pulse generation circuit 22, the amplifier 23, and the like) of the in-vivo device 10 when the reference potential is reached.
[0024]
On the other hand, the photocurrent that has passed through the high-pass filter is amplified by the amplifier 45, and then the band-pass filter 46 extracts only a modulation signal of a specific frequency (here, frequencies f0 and f1). The extracted modulated signal of a specific frequency is demodulated and decoded into a digital value 0 and a digital value 1 by a decoder 47 and then sent to a controller 48. The control unit 48 obtains control data of the stimulation pulse emitted from each electrode 31 based on the combination of the obtained digital value 0 and digital value 1.
[0025]
The control unit 48 sends the obtained control data to the memory unit 24. At this time, the control unit 48 obtains control data that does not need to be changed for a long time from the obtained control data, for example, data for correcting a variation in stimulus intensity for each pixel unit due to the adhesion between the electrodes and the retinal cells ( Hereinafter, these parameters will be referred to as stimulus parameters) in a non-volatile memory provided in the memory unit 24. Further, control data to be temporarily changed, for example, data (image parameters) for performing correction according to a shooting scene such as contrast adjustment is stored in a volatile memory provided in the memory unit 24.
[0026]
The memory for storing the control data may be either a volatile memory or a non-volatile memory. However, since the control data of the stimulus parameters has a great effect on the visual reproduction of the patient, it is preferable to store the control data for a long period of time. Further, the control data of the image parameter does not greatly affect the visual reproduction, but is likely to be changed in a short time. For this reason, the control data of the stimulus parameter requires a high voltage for writing (storing) to the memory, but once written, it is necessary to store it in a nonvolatile memory that can be stably stored for a long period of time. preferable. Further, it is preferable that the control data of the image parameter is stored in a volatile memory which does not require a high voltage for writing and is easily written at any time.
[0027]
When the switch S1 is ON and the switch S2 is OFF, the light beam received by the light receiving element 30 is converted into a photocurrent and sent to the pulse generation circuit 22. The pulse generation circuit 22 generates a stimulus pulse signal based on the control data of the stimulus parameters and the image parameters stored in the memory unit 24. The generation of the stimulus pulse signal is performed based on the pulse generation timing signal sent from the control unit 48 to the pulse generation circuit 22.
[0028]
The stimulation pulse signal generated by the pulse generation circuit 22 is amplified by the amplifier 23 and then output from the electrode 31 as an electrical stimulation signal having a predetermined pulse waveform to stimulate cells constituting the retina, Perform playback. The electrical stimulation signal output from each electrode 31 is also used as a signal for transmitting data to the outside of the body, which will be described later.
[0029]
<Data transmission>
In the visual reproduction assisting device of the present embodiment, the electrical stimulus signal output from the electrode 31 can be used as a stimulus signal for visual reproduction and also as a data signal to be transmitted outside the body. The data transmission from the in-vivo device 10 to the outside of the body is used, for example, as a means for confirming whether or not the adjustment of the stimulation pulse by the control data of the stimulation parameter described above is properly performed in each pixel unit 21. be able to. FIG. 7A shows an example in which the electrical stimulation signal generated by the pulse generation circuit 22 of each pixel unit 21 is shown. As shown in this figure, the sum A of the electrical stimulation signals output from all the electrodes 31 (however, the sum A is normalized in units of pulses and shown in a state where the heights of the pulses are aligned) has two patterns of waveforms. It consists of a combination of
[0030]
As shown in FIG. 7B, the waveforms of the two patterns are different from each other at a unit time t (here, the unit time t is a single stimulus signal time required for performing visual reproduction). Yes, one waveform represents a digital value of 0, and the other waveform represents a digital value of 1. When outputting an electrical stimulus signal for reproducing vision to cells constituting the retina from the in-vivo device 10, an electrical stimulus signal obtained by combining two types of waveform stimulus signals is used as the sum of the electrical stimulus signals. Thus, a combination of digital values 0 and 1 as transmission data is expressed while reproducing the visual sense.
[0031]
In the present embodiment, transmission data is configured by a combination of two patterns of waveforms having the same frequency. However, the present invention is not limited to this, and any method that can use an electrical stimulation signal as transmission data may be used. For example, two types of frequencies may be used as the electrical stimulation signal, and transmission data may be represented using a combination of the two types of frequencies.
[0032]
Further, in the present embodiment, the unit time t is composed of a plurality of pulse waveforms, but is not limited to this. For example, a waveform of one pulse can be treated as a unit time t. In this case, the waveform of one pulse may be represented as digital values 0 and 1.
[0033]
On the other hand, the electrical stimulus signals (signals a ₁ , a ₂ , a _3, ...) Generated for each unit time t (t ₁ , t ₂ , t _3, ...) Generated by the pulse generation circuit 22 of each pixel section 21 are received by light receiving elements. Based on the light intensity received at 30 and the control data stored in the memory unit 24, each of the electrodes 31 is output in a state in which two patterns of waveforms are thinned out (FIG. 7). (A)). Therefore, even when different electric stimulus signals are output from the respective electrodes 31, the sum A of the electric stimulus signals forms a combination of two patterns of waveforms.
[0034]
In order to obtain such an electrical stimulation signal from outside the body, a method similar to ERG (electroretinogram electroretinogram) measurement may be used. Specifically, as shown in FIG. 8, a contact electrode 50 is placed on the cornea of the patient's eye, and the sum of the electrical stimulation signals output from each electrode 31 placed on the retina is acquired. The obtained sum of the electrical stimulation signals is converted into a state in which a voltage outside a predetermined range is normalized for each pulse by the analysis unit 51 (a state of the sum A shown in FIG. 7A), and spectrum determination is performed. By obtaining a combination of two patterns of waveforms, transmission data can be obtained.
[0035]
As described above, in the present embodiment, in order to electrically stimulate the cells constituting the retina, the visual reproduction unit including an LSI or the like is provided below the retina. However, the present invention is not limited to this. It can also be placed on the retina. In such a case, the electrode 31 may be formed on the back surface (the surface that comes into contact with the retina when the visual reproduction unit is placed on the retina).
[0036]
【The invention's effect】
As described above, according to the present invention, various functions such as power supply and adjustment after installation in the eye can be provided while using the in-vivo imaging type.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a diagram showing a configuration of an extracorporeal device of a visual reproduction assisting device used in the present embodiment.
FIG. 2 is a block diagram illustrating a schematic configuration of a data transmission device in the extracorporeal device.
FIG. 3 is a diagram showing a schematic configuration of an in-vivo device.
FIG. 4 is a diagram showing a detailed configuration around a pixel unit.
FIG. 5 is a diagram showing the flow of power and data reception and image acquisition.
FIG. 6 is a diagram showing a detailed configuration of a control unit.
FIG. 7 is a diagram illustrating an example of an electrical stimulation signal generated by a pulse generation circuit 22.
FIG. 8 is a diagram showing a configuration of data transmission.
FIG. 9 is a diagram showing a configuration of a hole for circulating body fluid.
[Explanation of symbols]
REFERENCE SIGNS LIST 1 extracorporeal device 2 visor 3 power supply device 4 adjustment dial 5 data transmission device 6 modulation circuit 7 driver 8 light source 10 in-vivo device 11 visual reproduction unit 12 reference electrode 13 electric wire 30 light receiving element 31 stimulation electrode 40 control unit

Claims

What is claimed is: 1. A visual reproduction assisting device having an LSI installed above or below a retina of a patient's eye, said LSI comprising: a light receiving unit for receiving a light beam incident on a patient's eye; Power accumulating means for accumulating electric power for driving the LSI using the photocurrent obtained from the means, signal converting means for converting the photocurrent into a predetermined stimulus pulse signal, and the signal converting means. A plurality of electrodes for outputting a stimulation pulse signal to cells constituting the retina as electrical stimulation, and a plurality of electrodes.

2. The visual reproduction assisting device according to claim 1, wherein a plurality of said light receiving means are provided in said LSI, and said power storage means is common to all the installed light receiving means. apparatus.

The visual reproduction assisting device according to claim 1, further comprising a light beam irradiating unit for irradiating a light beam from outside the body into the patient's eye as a predetermined signal in a time-division manner, wherein the predetermined signal is stored by the power storage unit. A visual reproduction assisting device having power and control data information for correcting a stimulus pulse signal converted by the signal converting means.

4. The visual reproduction assisting device according to claim 3, wherein the control data information includes control data information for correcting brightness or contrast of an image recognized as visual.

4. The visual reproduction device according to claim 3, wherein the LSI converts the energizing direction switching unit that switches an energizing direction of a photocurrent obtained by being received by the light receiving unit in synchronization with the time division irradiation, and the light receiving unit. Control data acquiring means for acquiring data for correcting the stimulus pulse signal by extracting only the control data signal from the obtained photocurrent, and storing data for correcting the stimulus pulse signal obtained by the control data acquiring means. And a storage means for transmitting the photocurrent obtained from the light beam from the light beam irradiation means to the control data acquisition means in a time-sharing manner by the conduction direction switching means.

6. The visual-reproduction assistance device according to claim 5, wherein the signal conversion unit is configured to transmit the stimulus pulse signal corrected based on the control data stored in the storage unit to the outside of the body as the transmission data signal. A visual reproduction assisting device characterized by outputting from an electrode.

7. The visual reproduction assisting device according to claim 6, further comprising signal receiving means installed on the patient's cornea for receiving the transmission data signal as a predetermined electric signal from outside the body.

6. The visual reproduction assisting device according to claim 5, wherein said storage means includes a nonvolatile memory and a volatile memory.

6. The visual reproduction assisting device according to claim 5, further comprising a signal content setting unit provided outside the body and configured to set the predetermined signal content formed by the light beam irradiated from the light beam irradiation unit. Visual reproduction assist device.

10. The visual reproduction assisting device according to claim 9, wherein the light beam irradiation means and the irradiation condition setting means are provided in a visor type extracorporeal device which is used by being worn in front of a patient's eyes.

11. The visual reproduction assisting device according to claim 1, wherein said power storage means is attached to a back surface of said LSI, and said LSI and power storage means are electrically connected to each other to electrically connect said LSI and power storage means. A visual reproduction assisting device, comprising: an energizing means that penetrates and appears on the front and back sides of the LSI.

12. The visual reproduction assisting device according to claim 11, wherein the energizing means has a tubular shape having a through-hole for circulating a bodily fluid through the LSI.