JP2012179206A

JP2012179206A - 視覚再生補助装置

Info

Publication number: JP2012179206A
Application number: JP2011043530A
Authority: JP
Inventors: Kunihiko Furunoma; 邦彦古野間
Original assignee: Nidek Co Ltd
Current assignee: Nidek Co Ltd
Priority date: 2011-03-01
Filing date: 2011-03-01
Publication date: 2012-09-20

Abstract

【課題】患者の負担を減らし、視覚再生を好適に行える視覚再生補助装置を提供する。
【解決手段】
刺激部の複数の電極から電気刺激パルスを出力させて網膜を刺激して撮影部で撮影された被写体像を患者に認識させる視覚再生補助装置は、撮影部で得られた被写体画像を構成する画素を所定の閾値で高い輝度値の画素と低い輝度値の画素に２値化して画像データを生成し、画像データと電極の配列に基づき電気刺激パルス信号の出力条件と電気刺激パルス信号を出力させる電極を指定する電気刺激パルス用データを生成する画像処理部と、高い輝度値の画素に基づき電気刺激パルス信号を出力させる第１刺激モードと低い輝度値の画素に基づき電気刺激パルス信号を出力させる第２刺激モードとを選択する選択手段と、を備え、画像処理部は選択手段で選択された刺激モードに基づき電気刺激パルス用データを生成する。

【選択図】図３

Description

本発明は患者の視覚を再生する視覚再生補助装置に関する。

近年、失明治療技術の一つとして、複数の電極が形成された基板を有する体内装置を体内に埋植し、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。例えば、視覚再生補助装置では、患者の体外に固定されたカメラ等で撮像された映像を所定の信号に変換し、患者の体内に設置された体内装置に送信する。一方、体内装置は患者の網膜に電気刺激を与えるための複数の電極を備えており、体外装置から送信された信号に基づき各電極から電気刺激パルス信号（電荷）を出力させる。これにより、網膜を構成する細胞が電気刺激されて、体外装置で撮影された画像に基づき患者の視覚が再生されるようになる（例えば、特許文献１参照）。このような刺激は、撮影画像における輝度の高い領域に対応する電極から電気刺激パルス信号が出力されることで撮影画像の特徴部分を認識させようとするものである。

特開２００７‐９７６３０号公報

しかしながら、白色の背景に対して黒色で書かれた文字等の撮影画像に基づき視覚再生が行われる場合等、撮影された画像に輝度値の高い範囲が広く含まれる場合には、輝度値の高い領域に対応する電極から電気刺激パルス信号が出力され、必要とされる特定の情報（例えば文字等）に対応する電極からは出力されないため、患者が必要とする情報が上手く認識されない可能性がある。また、このような刺激状態であると網膜に対する刺激の総量（電荷量）が大きくなり、患者にとって負担となる。

また、近年の研究では、網膜に対する刺激が継続されて行なわれると、網膜の反応が次第に鈍くなる現象（アダプテーションと呼ばれる）が生じる可能性があることが知られてきており、網膜に与えられる刺激の総量が大きくなるほど、アダプテーションが強く現れる傾向にあることも示唆されている。

本発明は、上記従来技術の問題点に鑑み、患者の負担を減らすことができると共に、視覚再生を好適に行う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。

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）被写体を撮影するための撮影部と、基板上に所定の間隔で配列された複数の電極を有し患者眼に設置される刺激部と、を有し、該刺激部の前記複数の電極から電気刺激パルスを出力させて網膜を構成する細胞を刺激することにより前記撮影部で撮影された被写体像を患者に認識させる視覚再生補助装置において、前記撮影部で撮影された被写体画像を構成する各画素を所定の閾値に基づき該閾値よりも高い輝度値の画素と低い輝度値の画素とに分けて２値化した画像データを生成すると共に、該画像データと前記複数の電極の配列に基づき電気刺激パルス信号の出力条件と該電気刺激パルス信号を出力させる電極を指定するための電気刺激パルス用データを生成するための画像処理部と、前記高い輝度値の画素に基づいて前記電気刺激パルス信号を出力させる前記電極を指定する第１刺激モードと、前記低い輝度値の画素に基づいて電気刺激パルス信号を出力させる前記電極を指定する第２刺激モードとの複数の刺激モードを選択するための選択手段と、を備え、前記画像処理部は，前記選択手段で選択された刺激モードに基づき前記電気刺激パルス用データを生成することを特徴とする。
（２）（１）の視覚再生補助装置において、前記第２刺激モードは、背景に対して暗い被写体を撮影する場合に明暗を逆転させて患者に特定の情報を認識させるためのモードであることを特徴とする。
（３）（２）の視覚再生補助装置において、前記特定の情報とは、文字、数字又は図形であることを特徴とする。

本発明によれば、患者の負担を減らすことができると共に、視覚再生を好適に行うことができる視覚再生補助装置を提供できる。

本発明の実施形態を図面に基づき説明する。図１は視覚再生補助装置の構成の概略ブロック図である。視覚再生補助装置１は、外界（被写体）を撮影する体外装置１ａ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１ｂとに大別される。

体外装置１ａは、患者が掛ける眼鏡又はバイザ（図示を略す）と、バイザに取り付けられるＣＣＤカメラ等の撮影装置２と、撮影装置２で撮影された被写体画像の各画素をその輝度値に基づき二値化して二値化画像データを得ると共に、二値化した画像データに基づき電気刺激パルス用データを生成するための画像処理部１０と、視覚再生補助装置１全体に電力を供給するための電力供給源（電源）３と、画像データに基づく電気刺激パルス用データの生成条件，被写体画像の二値化の判断基準である輝度の閾値等の情報や後述する各電極２５の配列情報等が予め記憶されている記憶部（メモリ）４と、メモリ４に記憶された電気刺激パルス用データの生成条件を患者が選択するための選択手段となるコントローラ５と、体外装置１ａ側で生成された画像データ（電気刺激パルス用データ）及び電力を、体内装置１ｂに送信するための一次コイルからなる送信手段６等で構成されている。なお、画像処理部１０は送信手段から電気刺激パルス用データと電力とを送信手段６を用いて体内装置１ｂ側に送るための制御部の役目も果たしている。また、送信手段６の中心には磁石（図示を略す）が取り付けられており、これにより後述する体内装置１ｂ側の受信手段２１との位置が固定される。

なお、本実施形態では、被写体画像を二値化して得られた画像データを構成する各画素のうち、所定の閾値よりも高い輝度値の画素（二値化した一方の明るい画素）に基づいて電気刺激を行うための電気刺激パルス用データが生成される第１刺激モードと、所定の閾値よりも低い輝度値の画素（二値化した一方の暗い画素）に基づいて電気刺激を行うための電気刺激パルス用データが生成される第２刺激モードとの２種類の電気刺激パルス用データの生成条件（認識条件）がメモリ４に記憶されており、コントローラ５によって２種類の電気刺激パルス用データの生成条件を選択させることができる。

これにより、コントローラ５によって第１刺激モードが選択されると、実際のものの見え方（明るさ）に近い条件での電気刺激が行なわれるように、電気刺激パルス用データが生成される。これにより、患者は現実に近い見え方での視覚再生が行われる。一方、コントローラ５の操作で第２刺激モードが選択されると、実際のものの見え方（明るさ）が反転（明暗が反転）された状態での電気刺激が行なわれるように、電気刺激パルス用データが生成される。これにより、例えば、実際には白色の背景（白地）に黒色の文字、数字、図形等が書かれている映像が、電気刺激により患者には黒色の背景（黒地）に白色の文字、数字、図形等が書かれているように認識されるようになる。

つまり、患者に知覚させたい情報が閾値よりも低い輝度で表現されている場合において、第２刺激モードが選択されることで、必要な情報を患者に認識させるための網膜Ｅ１の電気刺激が効率よく行なわれるようになる。また、これにより体内装置１ｂ側で、電源３から供給される電力が効率よく使用されるようになる。
以上のように、複数の刺激方式が選択可能に用意されることで、用途に応じてより好適に網膜Ｅ１の電気刺激が行われるようになる。

一方、体内装置１ｂは、体外装置１ａから送信される電気刺激パルス用データ及び電力を電磁波で受信する受信手段２１と、体内装置１ｂの制御を行うための制御部２２と、複数の電極２５と、から構成されている。これにより、制御部２２は受信手段２１で受信された電磁波から電気刺激パルス用データを復調する。また、受信手段２１で受信された電磁波から抽出された電力は体内装置１b全体の駆動に使用される他、電極２５から出力される電気刺激パルス信号として使用される。なお、複数の電極２５としては、数十〜数百以上の電極が図示を略す基板上に所定の間隔で配列されており、各電極２５は各々制御部２２に電気的に接続されている。基板は、電極２５が網膜側となるように例えば網膜上、網膜下、或いは強膜（強膜と脈絡膜との間も含む）に設置される。

次に、以上の構成を備える視覚再生補助装置１の動作を説明する。まず、患者はコントローラ５を操作して、その目的に応じた刺激方式（第１刺激モード又は第２刺激モード）を選択する。例えば、患者が周囲を確認しながら移動する状況では、実際の見え方に近い電気刺激が行なわれる第１刺激モードが選択される。一方、患者が文字を認識したい場合など、通常黒色等、輝度値の低い色にて表示されている部分の情報を効率よく抽出したい場合には、第２刺激モードが選択される。なお、ここでは患者が文字認識を行おうとする場合に、コントローラ５によって第２刺激モードが選択された場合を例に挙げて説明する。

撮影装置２による被写体の撮影が行われると、画像処理部１０による被写体像の画像処理が行われる。ここで、図２に本実施形態の画像処理部１０による電気刺激パルス用データ作成手順のフローチャートを示す。はじめに、ステップ１０１で、画像処理装置１０は入力された（撮影により得られた）被写体画像を構成する各画素の輝度を抽出して二値化処理を行う。具体的には、画像処理部１０は、予めメモリ４に記憶されている輝度の閾値と各画素の輝度値とを比較して、閾値よりも高い輝度値の画素と低い輝度値の画素とに振り分ける処理を行う。また、画像処理部１０は２値化処理の一環として、用意されている電極（数、配置）にて撮影画像が表現できるように画像の単純化等の処理も行う。

次に、ステップ１０２で、画像処理部１０は、コントローラ５で選択された刺激モードの確認を行う。ここで、第１刺激モードが選択されている場合には、ステップ１０３に移り、画像処理部１０は、二値化により閾値よりも輝度が高いと判定された画素と電極２５の配列とに基づき、網膜を構成する細胞への電気刺激が行なわれるように、電気刺激パルス信号を出力させる電極２５の指定と、信号の出力条件を定めた電気刺激パルス用データを生成する。一方、第２刺激モードが選択されている場合には、ステップ１０４に移り、画像処理部１０は、二値化により閾値も輝度が低いと判定された画素と電極２５の配列とに基づき、網膜を構成する細胞への電気刺激が行なわれるように、電気刺激パルス信号を出力させる電極２５の指定と、信号の出力条件を定めた電気刺激パルス用データを生成する。なお、ここでは、ステップ１０４で第２刺激モードでの電気刺激パルス用データの生成が行なわれる。

以上のように、電気刺激パルス用データが生成されたら、ステップ１０５で、画像処理部１０は電源３から供給される電力（交流電力）を、ステップ１０３又はステップ１０４で生成された電気刺激パルス用データに基づき変調することにより、データが重畳した電力伝送用の電磁波を生成する。そして、生成された電磁波は、送信手段６と受信手段２１とのコイルリンクにより、体内装置１ｂ側に送信されるようになる。

一方、受信コイル２１で電磁波が受信された体内装置１ｂ側では、制御部２２は電磁波から、電気刺激パルス用データ及び電力を抽出する。そして、抽出された電力が体内装置１ｂ全体の駆動に使用される共に、制御部２２は、復調された電気刺激パルス用データで指定された各電極２５から電気刺激パルスを出力させる。これにより、患者の網膜Ｅ１の所定部位が電気刺激されるようになる。

ここで、図３に網膜Ｅ１を構成する細胞を各刺激モード（第１刺激モード、第２刺激モード）で電気刺激したときの視覚再生についての説明図を示す。なお、図３（ａ）は、撮影装置２で撮影される被写体像の例であり、白色の背景Ｂに黒色の「Ｎ」の文字Ｔが描かれている例が示されている。一方、図３（ｂ）は第１刺激モードでの電気刺激が行なわれた場合に患者に知覚される像についての説明図、図３（ｃ）は第２刺激モードで電気刺激が行われた場合に患者に知覚される像についての説明図である。なお、図３（ｂ）と図３（ｃ）において、電極２５による網膜の刺激部位に対応する範囲ＳＴが白色で、電極２５による網膜の刺激部位に対応する範囲ＮＳＴが黒色で示されている。

つまり、図３（ａ）に示すように、患者に与えたい情報（ここでは、文字Ｔ）が輝度の低い文字等で表されており、背景Ｂに対してその割合（面積）が小さい場合には、図３（ｃ）に示される第２刺激モードの方が、患者の網膜をより少ない刺激量で効率よく刺激できることが分かる。このように、少ない刺激量で効率よく患者の網膜が刺激されると、患者の負担を減らすことができると共に、刺激が継続されることで生じるアダプテーション（刺激による網膜の反応が鈍くなる現象）の発生も好適に抑制されるようになる。一方、図３（ｂ）に示されるように、第１刺激モードが選択されると、図３（ａ）に示される実際の被写体像に近い知覚が得られることがわかる。

以上のように、用途に応じた複数の刺激モードが選択可能に設けられることで、目的に応じて効率よく網膜の電気刺激が行なわれうるようになる。また、被写体像を二値化することで得られる画像データを用いるだけで、上述した複数の刺激モードが選択できるようになるので、電極数にかかわらず、簡単な制御で用途に応じた網膜の電気刺激を行うことができるようになる。

視覚再生補助装置の構成の概略ブロック図である。電気刺激パルス用データ作成手順のフローチャートである。各刺激モードで電気刺激したときの視覚再生についての説明図である。

１視覚再生補助装置
１ａ体外装置
１ｂ体内装置
３電力供給源
４記憶部
５コントローラ
１０画像処理部
２２制御部
２５電極

Claims

被写体を撮影するための撮影部と、基板上に所定の間隔で配列された複数の電極を有し患者眼に設置される刺激部と、を有し、該刺激部の前記複数の電極から電気刺激パルスを出力させて網膜を構成する細胞を刺激することにより前記撮影部で撮影された被写体像を患者に認識させる視覚再生補助装置において、
前記撮影部で撮影された被写体画像を構成する各画素を所定の閾値に基づき該閾値よりも高い輝度値の画素と低い輝度値の画素とに分けて２値化した画像データを生成すると共に、該画像データと前記複数の電極の配列に基づき電気刺激パルス信号の出力条件と該電気刺激パルス信号を出力させる電極を指定するための電気刺激パルス用データを生成するための画像処理部と、
前記高い輝度値の画素に基づいて前記電気刺激パルス信号を出力させる前記電極を指定する第１刺激モードと、前記低い輝度値の画素に基づいて電気刺激パルス信号を出力させる前記電極を指定する第２刺激モードとの複数の刺激モードを選択するための選択手段と、を備え、
前記画像処理部は，前記選択手段で選択された刺激モードに基づき前記電気刺激パルス用データを生成することを特徴とする視覚再生補助装置。
請求項１の視覚再生補助装置において、
前記第２刺激モードは、背景に対して暗い被写体を撮影する場合に明暗を逆転させて患者に特定の情報を認識させるためのモードであることを特徴とする視覚再生補助装置。
請求項２の視覚再生補助装置において、
前記特定の情報とは、文字、数字又は図形であることを特徴とする視覚再生補助装置。