JP2005211424A - Supplemental device for visual sense regeneration - Google Patents
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Abstract
Description
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。 The present invention relates to a visual reproduction assisting device for artificially providing a visual signal.
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)。
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。
In this way, when the image is received by the photodiode array placed on the retina or under the retina and the cells constituting the retina are electrically stimulated using the electrodes, the light receiving position on the retina and the stimulation position are not shifted. It is necessary to. However, when the photodiode array and the signal processing circuit are provided in the vicinity of the corresponding electrodes in order to reduce the positional deviation between the light receiving position and the stimulation position, the circuit area is required to some extent, and the pixel density becomes sparse. In addition, it is possible to provide a light receiving unit made of a photodiode array or the like and a stimulus signal output unit made of an electrode or the like at positions separated from each other in order to improve the pixel density. It will be.
In view of the above problems of the prior art, it is an object of the present invention to provide a visual reproduction assisting device that can suppress a shift in the positional relationship between the light receiving position and the stimulation position with a simple configuration.
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。
In order to solve the above problems, the present invention is characterized by having the following configuration.
(1) A light receiving unit that is installed in the eyeball and receives external light incident on the eye, and a stimulation signal for outputting an electrical stimulation signal formed based on signals from each light receiving element of the light receiving unit from a number of electrodes And a light receiving position of the imaging device in an apparatus for reproducing vision by stimulating cells constituting the retina using electrical stimulation signals output from the multiple electrodes by the stimulation signal output means. And misalignment correcting means for correcting misalignment between the electrode that outputs an electrical stimulation signal and the electrode.
(2) In the visual reproduction assisting device according to (1), the correction means is a prism that is installed in the anterior eye part and deflects external light that enters the eye and travels toward the electrode toward the light receiving part. Features.
(3) The visual reproduction assisting device according to (2) has an optical member for condensing external light incident into the eye on the light receiving surface of the light receiving unit.
(4) In the visual reproduction assisting device according to (1), the light receiving unit is located immediately above the electrode, and the correction unit detects a positional shift between the light receiving position of the light receiving unit and the electrode that outputs an electrical stimulation signal. It is a means for correcting the correspondence between each pixel of the image sensor and the electrode by arbitrarily changing the electrical connection.
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。 ADVANTAGE OF THE INVENTION According to this invention, the shift | offset | difference of the positional relationship between a light reception position and a stimulation position can be suppressed with a simple configuration.
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。
Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings.
FIG. 1 is a schematic external view showing the configuration of an in-vivo device installed in the eye in the visual reproduction assisting device of the present embodiment, and FIG. 2 shows a state in which the visual reproduction assisting device of the present embodiment is attached to a patient's eye. It is a schematic diagram.
The visual reproduction assisting device is roughly divided into an in-
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。
The
The
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。
On the other hand, the
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。
The light-receiving
Moreover, 15 shown in FIG. 1 is an opening provided in the disc portion 2a. The
In addition, the
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。
FIG. 2 is a schematic diagram showing a state in which the visual reproduction assisting device is attached to the patient's eye.
On the other hand, as shown in FIG. 2, the
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。
The operation of the artificial vision system having the above configuration will be described with reference to the control system block diagrams of FIGS.
First, the crystalline lens of the patient's eye is emulsified and sucked away with a known cataract surgery device or the like. Next, a predetermined amount of incision is made in the sclera at a predetermined distance (for example, about 1.5 mm) from the corneal ear side ring portion of the patient's eye to create an insertion opening, from which the
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。
On the other hand, as shown in FIG. 2, the disk portion 2a is placed on the back side of the iris of the anterior eye portion so that the
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。
In the
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。
Further, the external light passes through the
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。
In this embodiment, the electrodes are placed on the retina. However, the present invention is not limited to this, and the cells constituting the retina from the photoreceptor side by inserting the substrate under the retina (between the retina and the choroid) You may make it give an electrical stimulus to. In such a case, the electrode may be formed on the surface opposite to the above-described formation surface. In addition, the
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。 In the above embodiment, the positional deviation between the light receiving unit and the electrode is corrected by using a prism. However, the present invention is not limited to this. A second embodiment for correcting the positional deviation between the light receiving unit and the electrode will be described below. In addition, what has the same function as the component in embodiment mentioned above attaches | subjects the same code | symbol, and abbreviate | omits description.
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。
FIG. 4 is a diagram showing the configuration of the visual reproduction assisting device of the second embodiment. The visual reproduction assisting device in the second embodiment is also composed of an in-
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。
FIG. 5 is a schematic diagram showing the configuration of the
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。
FIG. 6A is a block diagram showing a control system of the visual reproduction unit. The
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。
FIG. 6B is a circuit diagram schematically showing a part of the arrangement of the
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。
After the
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
DESCRIPTION OF
Claims (4)
2. The visual reproduction assisting apparatus according to claim 1, wherein the light receiving unit is positioned immediately above the electrode, and the correction unit detects a positional shift between the light receiving position of the light receiving unit and the electrode that outputs an electrical stimulation signal. A visual reproduction assisting device which is a means for correcting correspondence between each pixel and the electrode by arbitrarily changing an electrical connection.
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2004023542A JP2005211424A (en) | 2004-01-30 | 2004-01-30 | Supplemental device for visual sense regeneration |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
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JP2004023542A JP2005211424A (en) | 2004-01-30 | 2004-01-30 | Supplemental device for visual sense regeneration |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JP2005211424A true JP2005211424A (en) | 2005-08-11 |
Family
ID=34906527
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
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Country Status (1)
Country | Link |
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JP (1) | JP2005211424A (en) |
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP2008079799A (en) * | 2006-09-27 | 2008-04-10 | Ryukoku Univ | Artificial retina and its manufacturing method |
-
2004
- 2004-01-30 JP JP2004023542A patent/JP2005211424A/en active Pending
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
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JP2008079799A (en) * | 2006-09-27 | 2008-04-10 | Ryukoku Univ | Artificial retina and its manufacturing method |
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