JP2015058142A - 人工網膜システム - Google Patents
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Abstract
Description
また、請求項2に記載の発明は、請求項1に記載の人工網膜システムであって、前記変換手段に、前記眼内に入射した光の一部を通過させる開口部が形成されている。
また、請求項3に記載の発明は、請求項2に記載の人工網膜システムであって、前記開口部は、前記人工網膜において黄斑部に対向する位置に形成されている。
また、請求項4に記載の発明は、請求項2又は請求項3に記載の人工網膜システムであって、前記変換手段は、前記開口部に設けられ黄斑部に到達する光束を調整するレンズを含む。
また、請求項5に記載の発明は、請求項1〜請求項4のいずれか一項に記載の人工網膜システムであって、前記変換手段は、前記眼内に入射した光の一部を透過させ、他の一部のエネルギーを電気エネルギーに変換する透過型太陽電池を含み、前記光電変換素子アレイのうち少なくとも一部は、前記透過型太陽電池を透過した光を受けて前記電気信号を発生する。
また、請求項6に記載の発明は、請求項1〜請求項4のいずれか一項に記載の人工網膜システムであって、前記変換手段は、前記眼内に入射した光の一部を通過させ、他の一部のエネルギーを電気エネルギーに変換する非透過型太陽電池を含み、前記光電変換素子アレイのうち少なくとも一部は、前記非透過型太陽電池を通過した光を受けて前記電気信号を発生する。
[構成]
図1は、第1の実施形態に係る人工網膜システムの構成の一例の機能ブロック図を表す。なお、図1では、光の経路は、破線で示す矢印で表され、実線で示すそれ以外(電気信号など)の経路と区別して表されている。人工網膜システム100は、透過型太陽電池130と、人工網膜180と、電極部190とを備えている。人工網膜システム100は、眼内に配置される。
透過型太陽電池130は、たとえば有機薄膜技術を用いて構成される。
人工網膜180は、光電変換素子アレイを備えており、透過型太陽電池130を透過した光を受けた各光電変換素子により生成された電気信号を電極部190に出力する。光電変換素子アレイは、複数の光電変換素子がたとえばマトリックス状に配列されたものである。このような人工網膜180は、公知の構造の人工網膜を用いることができる。人工網膜180は、「人工網膜」の一例である。
電極部190は、たとえばマトリックス状に配列された複数の刺激用電極を有する。複数の刺激用電極のそれぞれは、人工網膜180を構成する複数の光電変換素子のいずれかに対応している。各刺激用電極は、対応する光電変換素子に電気的に接続される。複数の刺激用電極は、人工網膜180により生成された電気信号で眼内の網膜や視神経を刺激するように埋植される。たとえば、複数の刺激用電極は、視細胞、網膜神経節細胞、又は双極細胞に電気信号が伝達されるように埋植される。電極部190は、「伝達手段」の一例である。
図3は、第1の実施形態に係る人工網膜システム100が配置された眼の概略断面図を表す。図3は、右の眼を上面から見たときの断面図を表しており、図1と同様の部分には同一符号を付し、適宜説明を省略する。なお、図3では、図示の便宜上、人工網膜システム100を構成する各部の間に接続される電源線や信号線を省略している場合がある。
人工網膜システム100は、実施形態に係る人工網膜システムの一例である。以下、実施形態に係る人工網膜システムの効果について説明する。
第1の実施形態では、光のエネルギーを電気エネルギーに変換する変換手段が透過型である例を説明したが、この変換手段は、非透過型であってもよい。以下、第2の実施形態に係る人工網膜システムについて、第1の実施形態との相違点を中心に説明する。
図4は、第2の実施形態に係る人工網膜システムの構成の一例の機能ブロック図を表す。図4において、図1と同様の部分には同一符号を付し、適宜説明を省略する。なお、図4では、光の経路は、破線で示す矢印で表され、実線で示すそれ以外(電気信号など)の経路と区別して表されている。
人工網膜システム200は、実施形態に係る人工網膜システムの一例である。実施形態に係る人工網膜システムは、以下のような効果を有する。
上記の実施形態では、眼内において、人工網膜180が、透過型太陽電池130などにより発生された電気エネルギーを受けて動作する場合について説明したが、人工網膜システムは、透過型太陽電池130などにより発生された電気エネルギーを受けて駆動されるレンズをさらに含んで構成されていてもよい。第3の実施形態では、水晶体26に代えて設けられたレンズにより屈折された光が透過型太陽電池130又は非透過型太陽電池230に入射される。以下、第3の実施形態に係る人工網膜システムについて、第1の実施形態との相違点を中心に説明する。
図7は、第3の実施形態に係る人工網膜システムの構成の一例の機能ブロック図を表す。図7において、図1と同様の部分には同一符号を付し、適宜説明を省略する。なお、図7では、光の経路は、破線で示す矢印で表され、実線で示すそれ以外(電気信号など)の経路と区別して表されている。人工網膜システム300は、アルバレツレンズ110と、透過型太陽電池130と、第1検知部140と、駆動部150と、制御部170と、人工網膜180と、電極部190とを備えている。人工網膜システム300は、眼内に配置される。
アルバレツレンズ110は、一対の光学素子111、112を有しており、光学素子111、112の相対的な移動により球面度数を変化させることができるようになっている。すなわち、アルバレツレンズ110は、光学素子111、112の相対的な移動により焦点距離の変更が可能に構成される。
眼の焦点距離は、水晶体嚢に包まれた水晶体の厚みを変化させることにより変更される。水晶体は、毛様体小帯(チン小帯)を介して水晶体嚢内に伝達される毛様体の運動により、厚みが変化する。そこで、第1検知部140は、水晶体の厚みを変化させる眼内の毛様体の所定部位の加速度、毛様体の所定部位の移動量、毛様体小帯の張力、及び毛様体の筋電位信号の少なくとも1つを検知する。
制御部170は、中央演算処理装置(Central Processing Unit:以下、CPU)及びCPUにより実行されるプログラムが記憶されたメモリにより構成される。制御部170は、メモリに記憶されたプログラムに従って駆動部150を制御する。ここで、制御部170は、第1検知部140により得られた検知結果や人工網膜180により検出された画像を解析することにより、駆動部150を制御してアルバレツレンズ110の焦点距離を変更することができる。たとえば、制御部170は、上記したように、毛様体の運動を増幅した駆動信号を駆動部150に出力することができる。駆動部150は、第1検知部140により得られた検知結果に対応した駆動信号に基づいてアルバレツレンズ110の焦点距離を変更する。これにより、老化などにより毛様体の動きが不十分な場合であっても、駆動部150を駆動して、アルバレツレンズ110の焦点距離の変更を適切に行うことができるようになる。なお、制御部170は、ASIC(Application Specific Integrated Circuit)や制御回路により実現されてもよい。制御部170は、「制御手段」の一例である。
図11は、第3の実施形態に係る人工網膜システム300が配置された眼の概略断面図を表す。図11は、右の眼を上面から見たときの断面図を表しており、図3又は図7と同様の部分には同一符号を付し、適宜説明を省略する。なお、図11では、図示の便宜上、人工網膜システム300を構成する各部の間に接続される電源線や信号線を省略している場合がある。
図12は、第3の実施形態に係る人工網膜システム300の動作例のフロー図を表す。図12の各ステップに対応したプログラムは、制御部170が有するメモリに記憶される。制御部170が有するCPUは、メモリに記憶されたプログラムを読み出し、読み出されたプログラムに対応した処理を実行する。
まず、制御部170は、第1検知部140により得られた検知結果に基づいて、毛様体27の運動が検知されたか否かを監視する。第1検知部140により毛様体27の運動が検知されなかったとき(ステップS1:N)、制御部170は、第1検知部140による毛様体27の運動が検知されたか否かの監視を継続する(リターン)。一方、第1検知部140により毛様体27の運動が検知されたとき(ステップS1:Y)、制御部170は、人工網膜システム300の動作をステップS2に移行させる。なお、ステップS1では、毛様体27を運動させるための生体信号が検知された否かを監視することも可能である。
第1検知部140により検知される物理量の値と駆動信号の内容(振幅や位相)とを対応付けたテーブル情報が予め設定されている。その具体例として、第1検知部140が毛様体27の所定部位の加速度、毛様体27の所定部位の移動量、毛様体小帯28の張力、及び毛様体27の筋電位信号のいずれか1つの物理量を検知する場合、この物理量の値と駆動信号の内容とを対応付けたテーブル情報が予め設定されている。また、第1検知部140が毛様体27の所定部位の加速度、毛様体27の所定部位の移動量、毛様体小帯28の張力、及び毛様体27の筋電位信号のうち2以上の物理量を検知する場合、これら物理量の値の組み合わせと駆動信号の内容とを対応付けたテーブル情報が予め設定されている。制御部170は、上記のいずれかのテーブル情報を参照することにより、アルバレツレンズ110の焦点距離を変更するための駆動信号を生成する。たとえば、制御部170は、第1検知部140により得られた検知結果に対応して上記のいずれかのテーブル情報に設定された駆動信号の内容に基づいて駆動信号を生成する。
制御部170は、ステップS2において参照したテーブル情報に基づいて生成された駆動信号を、駆動部150に対して出力する。これ以降、制御部170は、人工網膜システム300の動作をステップS1に移行させる(リターン)。
人工網膜システム300は、実施形態に係る人工網膜システムの一例である。以下、実施形態に係る人工網膜システムの効果について説明する。
第4の実施形態では、人工網膜180により検知された画像に基づいてアルバレツレンズ110が駆動される。以下、第4の実施形態に係る人工網膜システムについて、第3の実施形態との相違点を中心に説明する。
第4の実施形態に係る人工網膜システムの構成は、第3の実施形態に係る人工網膜システム300の構成と同様である。以下では、図7又は図11を参照しつつ、第4の実施形態に係る人工網膜システムについて説明する。
図13は、第4の実施形態に係る人工網膜システムの他の動作例のフロー図を表す。図13の各ステップに対応したプログラムは、制御部170が有するメモリに記憶される。制御部170が有するCPUは、メモリに記憶されたプログラムを読み出し、読み出されたプログラムに対応した処理を実行する。
まず、制御部170は、第1検知部140により得られた毛様体27の運動の検知結果を取得する。この検知結果は、毛様体27の所定部位の加速度、毛様体27の所定部位の移動量、毛様体小帯28の張力、及び毛様体27の筋電位信号のうち少なくとも1つの物理量の検知結果を含む。
次に、制御部170は、人工網膜180により検知された画像を取得する。その具体例として、制御部170は、人工網膜180において各光電変換素子により生成された電気信号を取得する。
続いて、制御部170は、ステップS11において取得された検知結果、及びステップS12において取得された画像の少なくとも1つを解析し、この解析結果に基づいて、駆動部150を駆動する駆動信号を生成する。
制御部170は、ステップS13において生成された駆動信号を、駆動部150に対して出力する。これ以降、制御部170は、人工網膜システムの動作をステップS11に移行させる(リターン)。
上記の人工網膜システムは、実施形態に係る人工網膜システムの一例である。実施形態に係る人工網膜システムは、第3の実施形態の効果に加えて、以下のような効果を有する。
上記の実施形態に係る人工網膜システムでは、眼球の向き(視線方向、眼軸方向、視軸方向)に応じてアルバレツレンズ110の焦点距離を変更するようにしてもよい。第5の実施形態に係る人工網膜システムは、第3の実施形態の構成に第2検知部を追加することにより、眼球の向きに応じてアルバレツレンズ110の焦点距離を変更する。以下、第5の実施形態に係る人工網膜システムについて、第3の実施形態との相違点を中心に説明する。
図14は、第5の実施形態に係る人工網膜システムの構成の一例の機能ブロック図を表す。図14において、図7と同様の部分には同一符号を付し、適宜説明を省略する。なお、図14では、光の経路は、破線で示す矢印で表され、実線で示すそれ以外(電気信号など)の経路と区別して表されている。人工網膜システム500は、アルバレツレンズ110と、透過型太陽電池130と、第1検知部140と、駆動部150と、人工網膜180と、電極部190と、制御部570と、第2検知部580とを備えている。人工網膜システム500は、眼内に配置される。
制御部570は、制御部170と同様の構成を有している。制御部570は、第1検知部140により得られた検知結果に加えて、第2検知部580により得られた検知結果を用いて駆動部150を駆動する駆動信号を生成することができる。制御部570は、「制御手段」の一例である。
第2検知部580は、透過型太陽電池130により得られた電気エネルギーを受けて動作し、人工網膜システム500が配置されている眼球の向きを検知する。第2検知部580は、眼球の所定部位(眼球の内部(網膜など))に取り付けられた傾きセンサなどにより構成され、眼球の向きを検知する。傾きセンサは、たとえば上下方向について、水平時の静電容量値を基準とし、当該傾きセンサが傾いたときの静電容量値の変化量に対応した傾きの角度を検知するように構成される。左右方向などの他の方向の傾きについても、同様の傾きセンサにより検知することができる。眼球の向きは、たとえば上下方向の傾きを検知する傾きセンサにより得られた検知結果により特定される。また、眼球の向きは、上下方向を含み互いに直交する2軸方向又は3軸方向のそれぞれの方向の傾きを検知する複数の傾きセンサにより得られた検知結果により特定されてもよい。第2検知部580により得られた検知結果は、制御部570に送られる。第2検知部580は、「第2検知手段」の一例である。
図15は、第5の実施形態に係る人工網膜システム500が配置された眼の概略断面図を表す。図15は、右の眼を上面から見たときの断面図を表しており、図11又は図14と同様の部分には同一符号を付し、適宜説明を省略する。なお、図15では、図示の便宜上、人工網膜システム500を構成する各部の間に接続される電源線や信号線を省略している場合がある。
図16は、第5の実施形態に係る人工網膜システム500の動作例のフロー図を示す。図16の各ステップに対応したプログラムは、制御部570が有するメモリに記憶される。制御部570が有するCPUは、メモリに記憶されたプログラムを読み出し、読み出されたプログラムに対応した処理を実行する。
まず、制御部570は、第2検知部580により得られた検知結果に基づいて、眼球20の向きが変化したか否かを監視する。第2検知部580により得られた検知結果に基づいて眼球の向きが変化したことが検出されなかったとき(ステップS21:N)、制御部570は、第2検知部580による眼球20の向きが変化したか否かの監視を継続する(リターン)。一方、第2検知部580により眼球20の向きが変化したことが検出されたとき(ステップS21:Y)、制御部570は、人工網膜システム500の動作をステップS22に移行させる。
第2検知部580により眼球の向きが変化したことが検出されると、制御部570は、第2検知部580により得られた検知結果に基づいて、眼球20の向きが正面方向から下方の下領域に入ったか否かを判別する。眼球20の向きが下領域に入ったことが判別されたとき(ステップS22:Y)、制御部570は、人工網膜システム500の動作をステップS23に移行させる。一方、眼球20の向きが下領域に入ったことが判別されなかったとき(ステップS22:N)、制御部570は、人工網膜システム500の動作をステップS24に移行させる。
第2検知部580により得られた検知結果に基づいて眼球20の向きが下方に変化したことが検出されたとき、制御部570は、アルバレツレンズ110の焦点距離を現在の焦点距離より短い第1の焦点距離に設定する駆動信号を生成し、生成された駆動信号を駆動部150に対して出力する。
第2検知部580により眼球の向きが下領域に入ったことが検出されなかったとき、制御部570は、第2検知部580により得られた検知結果に基づいて、眼球20の向きが下領域から出たか否かを判別する。眼球20の向きが下領域から出たことが判別されたとき(ステップS24:Y)、制御部570は、人工網膜システム500の動作をステップS25に移行させる。一方、眼球20の向きが下領域から出たことが判別されなかったとき(ステップS24:N)、制御部570は、人工網膜システム500の動作をステップS21に移行させる(リターン)。
第2検知部580により得られた検知結果に基づいて眼球20の向きが下領域から出たことが検出されたとき、制御部570は、アルバレツレンズ110の焦点距離を現在の焦点距離より長い第2の焦点距離に設定する駆動信号を生成する。第2の焦点距離は、第1の焦点距離より長い。制御部570は、生成された駆動信号を駆動部150に対して出力する。
人工網膜システム500は、実施形態に係る人工網膜システムの一例である。実施形態に係る人工網膜システムは、第3の実施形態又は第4の実施形態の効果に加えて、以下のような効果を有する。
第3の実施形態では、光のエネルギーを電気エネルギーに変換する変換手段が透過型である例を説明したが、この変換手段は、第2の実施形態と同様に、非透過型であってもよい。以下、第6の実施形態に係る人工網膜システムについて、第3の実施形態との相違点を中心に説明する。
図17は、第6の実施形態に係る人工網膜システムの構成の一例の機能ブロック図を表す。図17において、図4又は図7と同様の部分には同一符号を付し、適宜説明を省略する。なお、図17では、光の経路は、破線で示す矢印で表され、実線で示すそれ以外(電気信号など)の経路と区別して表されている。
人工網膜システム600は、実施形態に係る人工網膜システムの一例である。実施形態に係る人工網膜システムは、第3の実施形態の効果に加えて、以下のような効果を有する。
第6の実施形態において、非透過型太陽電池230は、開口部に設けられ黄斑部に到達する光束を調整するレンズを含んで構成されていてもよい。これにより、開口部のサイズを調整することができるので、たとえば非透過型太陽電池230の受光部分の面積を大きく確保することが可能となり、より多くの電力を発生させることが可能となる。また、非透過型太陽電池230に対しアルバレツレンズ110が配置される方向を前方とした場合、非透過型太陽電池230の後方に配置される人工網膜180の面積を大きくすることができるため、人工網膜180により検知される画像のサイズも大きくすることができる。この結果、人工網膜180において検知された画像に基づく上記の制御の精度を向上させることができる。
第7の実施形態に係る人工網膜システムは、実施形態に係る人工網膜システムの一例である。実施形態に係る人工網膜システムは、第6の実施形態の効果に加えて、以下のような効果を有する。
上記の実施形態に係る人工網膜システムでは、アルバレツレンズにより球面度数を変更する場合について説明したが、アルバレツレンズにより乱視度数を変更するようにしてもよい。たとえば、図8において、光学素子111、112を軸Oに直交するxy平面内でx方向(左右方向)に相対的に移動させることにより、光学素子111、112を光学的に合成して得られる乱視度数(屈折力)を連続的に変化させることができる。図8では、光学素子111が左方向(−x方向)に移動され、光学素子112が右方向(+x方向)に移動される。
上記の実施形態又は第1変形例に係る人工網膜システムでは、焦点可変レンズとしてアルバレツレンズを用いた場合について説明したが、これに限定されるものではない。
上記の実施形態において、眼内に配置後にパラメータ(テーブル情報や閾値)や制御部により実行されるプログラムなどを変更する方法として、侵襲的に行う方法と、非侵襲的(低侵襲的)に行う方法とがある。
21 強膜
22 角膜
23 虹彩
24 瞳孔
26 水晶体
27 毛様体
28 毛様体小帯
29 硝子体
30 網膜
31 脈絡膜
32 視神経
100、200、300、500、600 人工網膜システム
110 アルバレツレンズ
111、112、711、712 光学素子
114a〜114d 超音波リニアモータ
130 透過型太陽電池
140 第1検知部
150 駆動部
170、570 制御部
180 人工網膜
190 電極部
230 非透過型太陽電池
231 開口部
580 第2検知部
710 レンズ
713、714 くさび部材
Claims (6)
- 眼内に配置され、前記眼内に入射した光の一部を通過させ、且つ、前記光の他の一部のエネルギーを電気エネルギーに変換する変換手段と、
前記眼内に配置され、前記変換手段により得られた電気エネルギーを受けて動作し、前記変換手段を通過した光を検出して電気信号を発生する光電変換素子アレイを含む人工網膜と、
前記人工網膜により発生された前記電気信号を脳の視覚野に送るための伝達手段と、
を含む人工網膜システム。 - 前記変換手段に、前記眼内に入射した光の一部を通過させる開口部が形成されていることを特徴とする請求項1に記載の人工網膜システム。
- 前記開口部は、前記人工網膜において黄斑部に対向する位置に形成されていることを特徴とする請求項2に記載の人工網膜システム。
- 前記変換手段は、前記開口部に設けられ黄斑部に到達する光束を調整するレンズを含むことを特徴とする請求項2又は請求項3に記載の人工網膜システム。
- 前記変換手段は、
前記眼内に入射した光の一部を透過させ、他の一部のエネルギーを電気エネルギーに変換する透過型太陽電池を含み、
前記光電変換素子アレイのうち少なくとも一部は、
前記透過型太陽電池を透過した光を受けて前記電気信号を発生する
ことを特徴とする請求項1〜請求項4のいずれか一項に記載の人工網膜システム。 - 前記変換手段は、
前記眼内に入射した光の一部を通過させ、他の一部のエネルギーを電気エネルギーに変換する非透過型太陽電池を含み、
前記光電変換素子アレイのうち少なくとも一部は、
前記非透過型太陽電池を通過した光を受けて前記電気信号を発生する
ことを特徴とする請求項1〜請求項4のいずれか一項に記載の人工網膜システム。
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