JP6054128B2 - 視覚再生補助装置 - Google Patents

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。

体内に埋植された複数の電極から刺激信号を出力し、網膜を構成する細胞を電気刺激して、視覚の再生を促す視覚再生補助装置が研究されている。視覚再生補助装置の体内装置は、複数の電極が配置された基板を持つ。例えば、基板を網膜上又は網膜下に配置して、網膜を直接電気刺激するものがある。また、眼球強膜に切り込みを入れて形成した切開創（フラップ）から基板を挿入し、電極を脈絡膜に位置させる。これにより網膜に電極を直接接触させずに電気刺激を行う脈絡膜上-経網膜刺激型(ＳＴＳ：Suprachoroidal Transretinal Stimulation)のものがある（例えば特許文献１参照）。

ところで視覚再生補助装置は、眼球の生理的な構造や手術の制約から眼球の限られたスペースにしか基板を設置できない為、基板のサイズの制限によって十分な視野角が得られない場合がある。視野角が不十分であると、患者が対象物を認識するのに時間がかかったり、首を動かす等の動作が必要となる。このように対象物がスムーズに確認できない状況は、患者にとって負担である。そこで、眼球に取り付け可能な複数の電極基板を用いて、視野角を確保することが提案されている（特許文献２参照）。基板の面積が増加すると、電極数を増加させることができ、網膜の広い範囲が電気刺激されて、視野を広げる改善効果によるＱＯＬ（quality of life）の向上にも繋がることが期待される。

２００４‐０５７６２８号公報 ２００５‐２１３５６号公報

眼球に複数の基板を取り付けると電極数の増加で網膜の広い範囲が電気刺激され、患者の視力改善の効果等が高められることが期待される。しかし眼球に取り付ける基板の枚数が増えると、基板間を接続するケーブルの取り扱い等、手術の手間が増えることに繋がる。

本発明は上記従来技術の問題点に鑑み、複数の基板を眼球に取り付けることで電極数を増加させると共に、眼球への取り付けが容易な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。

例えば、患者眼に置かれた複数の電極によって網膜を構成する細胞を電気刺激する視覚再生補助装置において、前記複数の電極が配置されており眼球強膜に形成された切開創へ挿入される先端部と、前記先端部が前記切開創へ挿入される場合に前記切開創の外側に置かれる基端部と、をそれぞれ有する第１基板および第２基板と、前記第１基板と第２基板とを電気的に接続するケーブルと、を備え、前記基端部から前記先端部への向きである挿入方向を揃えて前記第１基板および前記第２基板が並列された状態において、前記ケーブルは、前記第１基板の前記基端部における基板外周のうち、前記第２基板と向き合う辺において、該辺に沿って延出するように前記第１基板と接続され、前記第２基板の前記基端部における基板外周のうち、前記第１基板と向き合う辺において、該辺に沿って延出するように前記第２基板と接続されている。

本発明によれば、複数の基板を眼球に取り付けることで電極数を増加させると共に、眼球への取り付けが容易な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外観図である。図２は体内装置の概略図であり、２枚の基板を持つ例が示されている。図３は刺激部２０ｂの拡大図であり、２つの基板が並列に並べられた状態が示されている。図４は、図３の刺激部２０ｂを矢印Ａ−Ａ断面で切断して見た断面側面図である。

視覚再生補助装置１は、外界（被写体）を撮影する体外装置１０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２０に大別される。

体外装置１０は、患者が掛ける眼鏡１１と、眼鏡に取り付けられるＣＣＤカメラ等の撮影装置１２と、撮影装置１２で撮影された被写体画像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１３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）１４と、電気刺激パルス用データに基づき電源１４の電力を変調して電磁波を生成する変調手段１６と、変調手段１６で生成された電磁波を体内装置２０に送信する送信手段（１次コイル）１５等で構成されている。送信手段１５の中心には磁石（図示を略す）が取り付けられ、磁力で後述する体内装置２０側の受信手段２１と位置が固定される。

体内装置２０は、ケーブル５０で接続された受信部２０ａと刺激部２０ｂを持つ。受信部２０ａは受信手段２１、制御部２２、対向電極２６を備える。受信手段２１は、体外装置１０から送信された電磁波を受信する。制御部２２は、受信手段２１で受信された電磁波を復調して電気刺激パルス用データと電力を得る。なお制御部２２で抽出された電力は体内装置２０の駆動に使用される他、電極２７から出力する刺激電流に用いられる。電気刺激パルス用データは、電極２７から刺激電流を出力させる電極指定信号を含む。対向電極２６は網膜を挟んで電極２７に対向する位置に置かれる。

刺激部２０ｂは、複数の基板２５を持つ。ここでは２枚の基板２５ａ、２５ｂが用意されている。各基板２５ａ、２５ｂはケーブル５１で電気的に接続されている。
ケーブル５１は、図示を略す内部導線を包む外周の絶縁層が、絶縁性及び生体適合性を持つ樹脂で形成される。またケーブル５１は眼球上での取り付け位置を考慮してその長さが決定される。例えば、本実施形態ではケーブル５１は１０ｍｍ〜２０ｍｍ程度の長さを持つ。また眼球に各基板２５を取り付ける手術時に、隣り合う基板２５間の距離が変わったとしても、その変化に追従できる強度と柔軟性を持つようにその断面形状（縦横寸法）が決定される。例えば、ケーブル５１の断面の形状寸法は１×０．２ｍｍ程度である。これ以外にもケーブル５１の長さと断面の形状寸法は、基板２５の眼球上の取り付け位置やケーブル５１の材質特性を考慮して決定されれば良い。

基板２５は、眼球への取り付け前の状態で、眼球形状に沿う曲面Ｒを保持できる強度を持ち、眼球への取り付け時に、眼球の形状に沿って撓る柔軟性を持つように樹脂などで所定厚に形成される。例えば、基板２５はポリイミド、パリレン等の生体適合性の良い材料で厚さ１０〜１００μｍ程度に形成される。

また基板２５は、眼球に取り付けた際に、強膜に形成された切開創の内側に挿入される先端部２８ａと、切開創の外側に置かれる基端部２８ｂを持つ。基板２５は、基端部２８ｂから先端部２８ａに向かって延びる長辺２９ａと、長辺に直交する方向に延びる短辺２９ｂからなる側面を持つ。また本実施形態の先端部２８ａは、眼球の切開創から挿入しやすいようにその先端が所定の丸みを持つように形成されている。

眼球の取り付け時に切開創に入れられる先端部２８ａには、複数の電極２７が設けられている。電極２７は、白金等の生体適合性を持つ金属で形成される。電極２７の直径は、例えば、５０μｍ〜５００μｍ程度であり、高さは、０．２ｍｍ〜０．５ｍｍ程度である。基板２５上に配置された複数の電極２７で多点電極アレイが形成される。なお各電極２７とデマルチプレクサ４０は配線２２で接続される。なお、本実施形態では電極２７の表面にポーラス加工（電極２７の表面に多数の凹凸を形成する加工）によって、電極２７の表面積が増加されている。

基端部２８ｂには、刺激電流を各電極２７に振り分けるためのデマルチプレクサ４０が搭載される。また基端部２８ｂには、ケーブル５１の端部を含み所定距離を持つ接続領域５２が基板２５の外面形状に沿って接続されている。ここでは接続領域５２は、基板２５の長辺２９ａの側面に沿って延びるように接続されている。ケーブル５１の接続領域５２が基板２５の外面形状に沿って接続されることで、ケーブル５１の向きが一方向に定められる。なお接続領域５２は基板２５の側面以外の位置に設けられても良い。なお接続領域５２の距離（長辺２９ａ方向の距離）は、ケーブル５１の延びる方向が一方向に定められるように、ケーブル５１の材質、強度等を考慮して決定される。

また本実施形態では、図３に示されるように、隣り合う基板２５ａ、２５ｂを並列に並べたときに、ケーブル５１の接続領域５２の取り付け方向（ケーブル５１の先端の向き）を逆向きにしている。つまり一方の基板２５ａには、ケーブル５１が基端部２８ｂに向けて延びるように接続領域を５２取り付け、他方の基板２５ｂには、ケーブル５１が先端部２８ａに向けて延びるように接続領域５２を取り付ける。つまり一方の基板２５ｂには、基端部２８ｂの先端部２８ａ側から、先端部２８ｂ側へとケーブル５１が延びるように接続領域２５が取り付けられる。他方の基板２５ａには、先端部２８の後端部２８ｂ側の位置（近傍）から、基端部２８ｂの後部へとケーブル５１が延びるように接続領域５２が取り付けられる。

このような場合は、手術で基板２５ａを強膜ポケットに先に埋植するが、その際にケーブル５１を直線的な状態に伸ばすことで基板２５ｂは、基板２５ａから離れた位置に留置することができるので、基板２５ａを埋植する際に邪魔にならない。その後基板２５ｂを基板２５ａと隣り合うように埋植するとケーブル５１は基板２５間で概ね一定の形状に（Ｓ字状に）折り曲げられる。

一方、従来技術では、基板２５間の距離が変わると、ケーブル５１は任意の方向に撓んでいた。その為、ケーブル５１の撓みの部分が基板２５の後方側（基端側）に多くはみ出ると、術者が手術で基板２５を取り付ける際の邪魔になるおそれがあった。またケーブル５１が眼球から離れる方向に撓むと、ケーブル５１を適切に配置するための操作が必要となる。またケーブル５１に捻れが生じることも懸念される。

一方、本開示では、基板２５間の距離が、ケーブル５１の長さよりも接近したときに、ケーブル５１の撓む方向が一方向に定められる。ここではケーブル５１の撓んだ部分が、基板２５の間に収められる。その為、ケーブル５１が意図しない方向に撓み、手術中の邪魔になることが回避される。またケーブル５１の撓む方向が一義的に定められるので、術中の取り回しもしやすくなる。以上から術者は複数の基板２５を眼球に簡単に取り付けることができるようになる。
なお基板２５の形状は矩形形状に限られない。ケーブル５１の接続領域を基板２５の外面形状に沿って配置できる形状であれば良く、例えば円形形状等であっても良い。

また本実施形態では、眼球の切開創から入れられた基板２５を、眼球上に出来るだけ隙間無く配置するために、基板２５の先端側の形状を、眼球の取り付け位置の中心に向けて沿うように傾斜させている。例えば、基板２５（電極２７）を眼球の後極部を中心に取り付ける場合には、基板２５を眼球の赤道部から後極部に向かう曲面Ｒに形成しつつ、眼球に取り付ける基板２５の電極２７側を、後極部に向かうように斜めに傾斜させている（図４参照）。このようにすると基板２５を眼球の形状に沿ってより隙間無く配置できるようになる。

また各基板２５ａ、２５ｂは、並列に並べた状態で対称形状となる。また各基板２５ａ、２５ｂを並列に並べて、その先端部２８ａを眼球の切開創から挿入したときに、各基板２５ａ、２５ｂの先端同士が近づくように、各基板２５ａ、２５ｂの先端部２８ａは所定の傾斜をもつ形状に形成されている。このようにすると眼球上に基板２５がより隙間無く配置される。なお基板２５を、眼球の後極部を中心に取り付ける場合には、基板２５の先端部２８ａの幅を次第に細く（狭く）する。このようにすると基板２５の先端部２８ａを後極部に近づけやすくなり、眼球上に基板２５を隙間なく配置し易くなる。

また上記では２枚の基板２５ａ、２５ｂが用意された例を示したが、基板２５は２枚よりも多く設けられても良い。基板２５の枚数が増加され網膜により多数の電極２７が配置されることで、網膜の広い範囲を精度良く電気刺激でき、患者の視力の改善効果を向上させることができる。
更に基板２５の形状は取り付け位置に応じて変形されても良い。例えば、基板２５を視神経乳頭や黄斑にかかる位置に置く場合には、視神経乳頭や黄斑の位置に対応する基板２５上に開口を形成しても良い。

各電極２７は基板２５の形状に合わせて、基板２５上に所要の間隔で配置される。本実施形態では、電極２７は、後極部中心へと向かって一定間隔となるように、基板２５上に配置されている。これ以外にも。電極２７の密度は、眼球上で基板２５が置かれる位置に応じて決定されれば良い。例えば、網膜の感度が比較的高いと予想される箇所には、電極を密に配置しても良い。また、基板２５の取り付け位置に視神経乳頭等、電気刺激を行う必要が無い部位が含まれる場合は、対応する所定範囲に電極２７を設けないようにしても良い。

また本実施形態では、各基板２５の基端側２８ｂに、基板２５を縫合糸で眼球に固定するための開口を持つ複数の固定部４１が設けられる。固定部４１は、基板２５ａと基板２５ｂを並列に並べたときに、基板２５ａと基板２５ｂの境界を軸Ｌとして線対称の位置に配置される。また固定部４１は、基板２５の眼球Ｅ上での取り付け位置が定められたときに、眼球の血管や、上筋肉等の眼球運動に寄与する部位を避ける位置に設けられる。固定部４１が設けられることで、術者は眼球に基板２５を容易に固定できる。また本実施形態では、固定部４１は、ケーブル５１の接続側を避けた位置に設けられる。つまりここでは、ケーブル５１（接続領域５２）が接続された基板２５の長辺２９ａ以外の、長辺２９ａ又は短辺２９ｂの位置に固定部４１が設けられる。ケーブル５１の接続位置以外に固定部４１が設けられることで、固定部４１を縫合する際に、ケーブル５１が邪魔になりにくくなる。

以上のように眼球の形状、眼球での取り付け位置、眼球への取り付け方法を考慮して基板２５の形状が決定されるので、術者は複数の基板２５を眼球に簡単に取り付けることができる。また手術時間の増加等の影響で患者の負担が増えること等が抑えられる。

次に、以上の構成を持つ刺激部２０ｂを眼球に取り付ける。図５に刺激部２０ｂが取り付けられた眼球Ｅの模式図を示す。なお図５において、赤道ＥＲ，前曲部ＡＰ、後極部ＰＰとする。
先ず、術者は眼球に基板２５ａ、２５ｂを取り付けるため、強膜に各基板２５を取り付け可能な大きさを持つ切開創（フラップ）ＦＰを形成する。なお基板２５ａ、２５ｂの取り付け位置は、眼球運動に寄与する上筋肉等を避けた位置に決定される。フラップＦＰは基板２５ａ、２５ｂ毎に形成される。

次に術者は基板２５ａ、２５ｂを順次眼球Ｅに取り付ける。まず術者は、受信部２０ａとケーブル５１を介して接続されている基板２５ａの先端部２８ｂを、フラップＦＰから後極部ＰＰに向けて差し入れる。この時、基板２５ａは赤道ＥＰから後極部ＰＰに向かい、眼球Ｅに沿う曲面Ｒに形成されている。その為、基板２５をフラップＦＰにスムーズに入れることができる。また基板２５の先端部２８ａが先細になっている場合は、フラップＦＰを介して、基板２５ａ（電極２７）をより後極部（目的の部位）に近い位置まで入れることができる。また基板２５ａの先端部２８ａが、後極部の中心に向かう傾斜を持つことで、術者は基板２５ａをフラップＦＰから入れるだけで、簡単に基板２５の向きを後極部中心に合わせることができる。
１枚目の基板２５ａの眼球Ｅ上の位置が定まったら、術者は固定部４１を縫合糸で縫合する。この時、固定部４１は眼球運動に寄与する部位を避けた位置に設けられているので、術者は基板２５を正しく眼球上に固定できる。

次に術者は２番目の基板２５ｂを眼球に取り付ける。この時、基板２５ａと基板２５ｂの間の距離が変わると、ケーブル５１は、基板２５ａと基板２５ｂの間で、所定方向に撓む。ここでは、ケーブル５１はＳ字状に伸縮されるので、撓み部分が基板２５の外側へと飛出ることが抑えられている。このように、ケーブル５１が基板２５の取り付け時に邪魔にならない位置にあると、術者は基板２５ａ、２５ｂの眼球への取り付けをスムーズに行える。

以上のようにして、基板２５ａの場合と同様に、術者は基板２５ｂをフラップＦＰから差し入れる。この時、基板２５ｂの先端部２８ａも後極部ＰＰに向くように傾斜されている。また基板２５ａと基板２５ｂは、並列に並べられたときに対称な形状であるので、各基板２５ａ、２５ｂの先端部２８ａが後極部付近で接近され、後極部ＰＰ付近の基板２５ａと基板２５ｂの間隔（隙間）を小さくできる。基板２５ｂの取り付け位置が定まったら、固定部４１を縫合糸で縫合して、基板２５ｂを眼球Ｅに固定する。
なおケーブル５１は、基板２５ａと基板２５ｂが眼球Ｅに取り付けられたときに、眼球の曲面に沿う程度に短いことが好ましい。ケーブル５１が短いとより術中の邪魔になりにくくなると共に、眼球に沿ってケーブル５１を綺麗に配置し易くなる。

なお基板２５の枚数が多くなると、複数のフラップを精度良く形成する事が難しくなる。そこで、複数の基板２５をまとめて取り付けることのできる大きさのフラップＦＰを形成し、各基板２５の形状に合わせて、フラップＦＰの一部（途中）を縫合糸で縫合して形を整える。このようにすると、基板２５の枚数が多い場合にも、基板２５毎に精度良くフラップＦＰを形作ることができる。またこのようにフラップＦＰが作られることで、複数の基板２５が眼球Ｅ上に隙間無く並べられるようになる。以上のようにして、複数の基板２５を、眼球Ｅの所期の位置に簡単にスムーズに取り付けることができる。

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。
撮影装置１２で被写体が撮影されると、画像処理部１３で被写体像の画像処理が行われ、複数の基板２５に組み込まれた電極２７の配置に対応した電気刺激パルス用データが生成される。変調手段１６で電力供給源１４から供給された電力が電気刺激パルス用データの情報に基づき変調されると、データが重畳された電力伝送用の電磁波が発生する。電磁波は、送信手段１５と受信手段２１のコイルリンクで、体内装置２０側で受信される。

体内装置２０では、受信コイル２１で電磁波が受信されると、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。制御部２２は、抽出された電気刺激パルス用データをケーブル５０、５１を介して、各基板２５ａ、２５ｂのマルチプレクサ４０に送信する。各基板２５ａ、２５ｂのデマルチプレクサ４０は、電気刺激パルス用データで指定された各電極２７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の所定部位が電気刺激される。なお本実施形態では複数の基板２５によって、眼球に置かれる電極の数が増加されている。その為、網膜の広い範囲が電気刺激され、高い視力の改善効果が見込まれる。またこれによりＱＯＬの向上も期待される。

視覚再生補助装置の外観図である。 複数の基板を持つ体内装置の概略図である。 刺激部の拡大図である。 刺激部の断面図である。 刺激部が取り付けられた眼球の模式図である。

１ 視覚再生補助装置
１０ 体外装置
２０ 体内装置
２０ａ 受信部
２０ｂ 刺激部
２５ 基板
２７ 電極
４０ デマルチプレクサ
４１ 固定部
５０、５１ ケーブル
５２ 接続領域

Claims (3)

1. 患者眼に置かれた複数の電極によって網膜を構成する細胞を電気刺激する視覚再生補助装置において、
   前記複数の電極が配置されており眼球強膜に形成された切開創へ挿入される先端部と、前記先端部が前記切開創へ挿入される場合に前記切開創の外側に置かれる基端部と、をそれぞれ有する第１基板および第２基板と、
   前記第１基板と第２基板とを電気的に接続するケーブルと、を備え、
   前記基端部から前記先端部への向きである挿入方向を揃えて前記第１基板および前記第２基板が並列された状態において、前記ケーブルは、
   前記第１基板の前記基端部における基板外周のうち、前記第２基板と向き合う辺において、該辺に沿って延出するように前記第１基板と接続され、
   前記第２基板の前記基端部における基板外周のうち、前記第１基板と向き合う辺において、該辺に沿って延出するように前記第２基板と接続されていることを特徴とする視覚再生補助装置。
2. 前記ケーブルは、前記第１基板の前記基端部における先端部側の位置から前記挿入方向へ向けて延出しており、前記第２基板の前記基端部における後端部側の位置から前記挿入方向とは反対方向へ延出していることを特徴とする請求項１記載の視覚再生補助装置。
3. 前記第１基板および前記第２基板における前記基端部には、刺激電流が出力される電極を前記複数の電極の中で指定するための電子回路がそれぞれ設けられており、
   前記第１基板および前記第２基板のうち一方に設けられた前記電子回路は、前記ケーブルを介した電気刺激パルス用データに基づいて駆動されることを特徴とする請求項１又は２記載の視覚再生補助装置。

Images