JP6382181B2 - 眼部埋込装置およびその更新システム - Google Patents

Description

本発明は、医療設備に関し、特に、眼部埋込装置および眼部埋込装置の更新システムに関する。

視神経萎縮は、病気により引き起こされる網膜神経細胞および軸索の障害である。その障害は、視神経を減衰させる構成の変化につながる。一般的に、視神経萎縮は、視神経および外側膝状体の間に位置する網膜神経細胞および軸索により起こる。視神経萎縮につながる多くの原因が発見されており、主なものとしては、虚血、炎症、圧迫、外傷、および脱髄性疾患等である。

従来は、視神経萎縮の予防および治療のために視神経を刺激するために、電気的刺激装置が患者に埋め込まれて使用されている。埋め込まれた電気的刺激装置は、視神経萎縮を治療するために視神経に継続的な電気的刺激を与えるように構成される。

眼球を刺激するために使用される従来の眼部埋込装置の電気的刺激の信号の波形パラメータは、通常、埋込前に設定され、波形のパラメータは信号パラメータ設定として格納される。信号パラメータ設定は、電気的刺激装置の内部に記録され、変更できない。そのため、眼部埋込装置が眼球に埋め込まれたときは、事前に設定された信号パラメータ設定に従い固定された波形パラメータの電気的信号しか生成できない。患者の病状が変化したときは、視神経を刺激する電気的信号も修正する必要がある。修正の過程において、眼部埋込装置は取り出され、さらなる治療のために眼球に新たな眼部埋込装置が埋め込まれる。しかし、眼部埋込装置の取り出しまたは埋め込みの際には、人体を傷つけ、眼部埋込装置の安全性を減少させる眼球の麻酔と眼部埋込装置の固定が必要となる。

したがって、眼部埋込装置を提供することが必要である。

眼部埋込装置は、信号パラメータ設定を記憶する設定記憶部と、前記設定記憶部に接続され、前記設定記憶部の前記信号パラメータ設定に従い電気的刺激信号を生成する信号生成部と、前記信号生成部に接続され、埋め込まれた後に眼球の外部表面に接触する電極と、前記設定記憶部に接続され、信号パラメータ設定を受信し、受信した前記信号パラメータ設定を前記設定記憶部に記憶する通信部と、電力を供給するために、前記通信部、前記設定記憶部および前記信号生成部に接続される電力取得部と、を含む。

一実施形態において、前記通信部は、アンテナと、前記アンテナに接続され、受信した無線信号を信号パラメータ設定に復号化する信号処理モジュールと、前記信号処理モジュールに接続され、ユニークな識別キーを記憶する識別キー記憶部と、を含み、前記通信部は、前記信号処理モジュールを介して前記設定記憶部に接続される
一実施形態において、前記電力取得部は、電気的エネルギー調整モジュールを有し、前記電力取得部は、前記電気的エネルギー調整モジュールを介して前記設定記憶部、前記信号生成部および前記通信部に接続され、前記電気的エネルギー調整モジュールは、交流電流を直流電流に変換し、電圧を安定させる。

一実施形態において、前記電力取得部は、前記電気的エネルギー調整モジュールおよび前記アンテナに接続される電気的エネルギー取得モジュールを有し、前記電気的エネルギー取得モジュールは、前記アンテナを介して電気的エネルギーを取得する。

一実施形態において、前記アンテナは、受信コイルを有し、前記電力取得部は、前記受信コイルを介して無線エネルギーを受信する。

一実施形態において、前記電力取得部は、人体の熱、筋肉の運動および受信する無線エネルギーのうちから選択される少なくとも一つの方法によって電気的エネルギーを取得する。

一実施形態において、前記信号パラメータ設定は、信号の振幅、関数の波形、周期およびデューティ比からなる群から選択される少なくとも一つを含む。

眼部埋込装置更新システムは、外部更新機構および眼部埋込装置を含み、前記眼部埋込装置は、信号パラメータ設定を記憶する設定記憶部と、前記設定記憶部に接続され、前記設定記憶部における前記信号パラメータ設定に従い電気的刺激信号を生成する信号生成部と、前記信号生成部に接続され、埋め込まれた後に眼球の外部表面に接触する電極と、前記設定記憶部に接続され、信号パラメータ設定を受信し、受信した前記信号パラメータ設定を前記設定記憶部に記憶する通信部と、電力を供給するために、前記通信部、前記設定記憶部および前記信号生成部に接続される電力取得部と、を有し、前記外部更新機構は、無線信号チャネルを介して信号パラメータ設定を前記眼部埋込装置の前記通信部に送信し、前記通信部は、信号パラメータ設定を受信し、受信した前記信号パラメータ設定を用いて前記設定記憶部を更新する。

一実施形態において、前記通信部は、アンテナと、前記アンテナに接続され、受信した無線信号を信号パラメータ設定に復号化する信号処理モジュールと、前記信号処理モジュールに接続され、ユニークな識別キーを記憶する識別キー記憶部と、を有し、前記外部更新機構は、事前に設定されたユニークな識別キーにより前記信号パラメータ設定を暗号化する。

眼部埋込装置は通信部を備えるため、患者の状態によって眼部埋込装置により生成される電気的信号の波形パラメータを調整する必要がある場合、信号パラメータ設定は、外部装置により暗号化され、無線信号チャネルを通じて眼部埋込装置の通信部へ送信される。通信部は、信号パラメータ設定を受信および復号化し、設定メモリーに記憶する。信号生成部は、更新された信号パラメータ設定に従い、視神経を刺激するように調整された電気的信号を生成する。結果として、刺激信号の波形パラメータを変更する必要がある場合に、眼部埋込装置を取り出す必要がなく、人体への損傷を低減し安全性を向上させる。

一実施形態に係る眼部埋込装置の概略構成を示すブロック図である。 他の実施形態に係る眼部埋込装置の概略構成を示すブロック図である。 図２に示す眼部埋込装置のアンテナの概略構成を示すブロク図である。 一実施形態に係る眼部埋込装置更新システムの概略構成を示すブロック図である。 他の実施形態に係る眼部埋込装置の概略構成を示すブロック図である。

下記の実施形態および添付した図面は、本発明に係る眼部埋込装置および眼部埋込装置更新システムを説明するために詳細に記載される。

図１を参照すれば、一実施形態に係る眼部埋込装置１０は、設定記憶部１１と、設定記憶部１１、に接続される信号生成部１２と、信号生成部１２に接続され、眼部に埋め込まれた後に眼球の外部表面に接触する電極１３と、設定記憶部１１に接続される通信部１４と、設定記憶部１１、信号生成部１２および通信部１４に接続される電力取得部１５と、を含む。

設定記憶部１１は、信号パラメータ設定を記憶し、信号パラメータ設定は、ファイルやデータフローの形式において設定記憶部１１に記憶される。信号パラメータ設定は、眼球を電気的に刺激するために使用される少なくとも一つの電気的信号の波形パラメータを含み、波形パラメータは、信号の振幅、関数の波形、周期、デューティ比から選択される。設定記憶部１１はフラッシュメモリーであってもよい。

信号生成部１２は、設定記憶部１１に記憶された信号パラメータ設定に従って電気的刺激信号を生成する。信号生成部１２は、事前に設定された波形パラメータに従って様々な電気的信号を生成するための論理回路を備えることができる。信号生成部１２は、設定記憶部１１から信号パラメータ設定を読み出し、信号パラメータ設定から生成される電気的信号の様々な波形パラメータを取得する。波形パラメータは、信号の振幅、関数の波形、周期、デューティ比等を含む。そして、信号生成部１２は、取得された波形パラメータに従って対応する電気的信号を生成する。

電極１３は、眼球の外部表面に接触し、電気的信号を伝導し、眼球に直接電気的刺激を与える。好ましくは、電極１３は金で形成される。金は、比較的に電気抵抗が低く、導電性が高く、エネルギー損失を低減できる。金は、安定した科学的性質を有し、酸化し難い。そのため、電極１３が長時間動作状態で眼球に接触したときに、人体への損傷が比較的少ない。

通信部１４は、信号パラメータ設定を受信し、信号パラメータ設定を設定記憶部１１に記憶するように構成される。通信部１４が無線信号を受信した後、通信部１４は無線信号を信号パラメータ設定に復号化し、設定記憶部１１に記憶する。

一実施形態において、図２に示すように、通信部１４は、アンテナ１４２、アンテナ１４２に接続され、受信された無線信号を信号パラメータ設定として解析するために使用される信号処理モジュール１４４、信号処理モジュール１４４に接続され、ユニークな識別キーを記憶する識別キー記憶部１４６を含む。ユニークな識別キーとあわせて、通信部の信号処理モジュールは、解析されたデジタルデータを信号パラメータ設定として解読する。通信部１４は、信号処理モジュール１４４を介して設定記憶部１１に接続される。

アンテナ１４２は、無線信号を受信し、信号処理モジュール１４４へ送信する。信号処理モジュール１４４は、事前に設定されたチャネル符号化機能に従い、無線信号を復号化し、識別キー記憶部１４６からユニークな識別キーを取得する。信号処理モジュール１４４は、ユニークな識別キーに従い、暗号文を信号パラメータ設定に復号化し、信号パラメータ設定により設定記憶部１１を更新する。ユニークな識別キーは、装置の識別子または事前に設定された指紋コードでもよい。装置の識別子は、眼部埋込装置１０の工場出荷時に識別キー記憶部１４６に記憶されてもよい。装置の識別子はグローバルにユニークである。患者の指紋コードは、異なる患者を識別するために、眼部埋込装置１０が患者の眼窩に埋め込まれる前に識別キー記憶部１４６に記憶されてもよい。

識別キー記憶部１４６を加えた後、通信部１４は、外部装置と暗号化された通信を確立し、これにより、通信部１４と外部装置との間の通信の安全性が保証され、多くの外部装置により同時に発信された多くの信号パラメータ設定により引き起こされる通信部１４の受信エラーの発生を回避する。

電力取得部１５は、電力を供給するように構成される。電力取得部１５は、人体の熱、筋肉運動および受信する無線エネルギーから選択される少なくとも一つの方法により電気的エネルギーを取得する。人体の熱からの電気的エネルギー取得は、「ｚｅ ｂｅｌｌ効果」により、人体と周囲の温度との温度差を利用して電気的エネルギーを生成する熱電セルにより実現される。筋肉運動からの電気的エネルギーの取得は、ナノワイヤを設け、眼部の筋肉の筋肉運動によるナノワイヤの曲げ運動を利用することにより実現される。

一実施形態において、図２に示すように、電力取得部１５は、電気的エネルギー調整モジュール１５２をさらに含む。電力取得部１５は、電気的エネルギー調整モジュール１５２を介して設定記憶部１１、信号生成部１２および通信部１４に接続される。電気的エネルギー調整モジュール１５２は、交流電流を直流電流に変換し、電圧の安定を提供する。たとえば、電力取得部１５が無線波を介して電気的エネルギーを取得する時、電気的エネルギー調整モジュール１５２は、受信した高周波交流電流信号を直流電流に変換し、設定記憶部１１、信号生成部１２および通信部１４に電力を供給できる。好ましくは、電気的エネルギー調整モジュール１５２は、出力電圧を０．８〜５ボルトに安定させることができる。電気的エネルギー調整モジュール１５２は、電気的信号を安定させることができ、過度なパルス電流による視神経の損傷を回避する。

本実施形態において、図２に示すように、電力取得部１５は、電気的エネルギー調整モジュール１５２およびアンテナ１４２に接続される電気的エネルギー取得モジュール１５４をさらに含む。電気的エネルギー取得モジュール１５４はアンテナ１４２を介して電気的エネルギーを取得する。

アンテナ１４２は、受信コイルをさらに含み、電力取得部１５は、受信コイルを介して無線エネルギーを受信する。

図３に示すように、外部電力供給装置２０は伝送コイル２０２を備え、受信コイル１４２１は伝送コイル２０２に接続される。外部電力供給装置２０は、たとえば、眼鏡フレーム、眼鏡のアーム、補聴器等の眼球に近接した領域に設けられる。外部電力供給装置２０は、伝送コイル２０２を介して、電磁波を受信コイル１４２１に伝送できる。受信コイル１４２１および伝送コイル２０２を接続することにより、電気的エネルギー取得モジュール１５４は、受信コイル１４２１により受信された電磁波から電気的エネルギーを取得できる。外部電力供給装置２０が消耗した場合、眼部から眼部埋込装置１０を取り出すことなく、単に外部電力供給装置２０の電力源を取り替えるだけで使用を継続できる。眼部埋込装置１０は電力源なしで駆動できるため、占有する容積が比較的小さく、患者はより快適となり、可動寿命が延びる。

他の実施形態において、通信品質および高いエネルギー伝送力を保証するため、電気的エネルギー取得モジュール１５４に、通信部１４から離れた高周波受信コイルが設けられてもよい。通信部１４は低周波無線信号チャネルを介してデータを伝送し、電気的エネルギー取得モジュール１５４は高周波無線信号チャネルを介してエネルギーを伝送するため、通信部１４および電気的エネルギー取得モジュール１５４間の干渉を減少させる。

眼部埋込装置は通信部を備えるため、患者の状態によって眼部埋込装置により生成される電気的信号の波形パラメータを調整する必要がある場合、信号パラメータ設定は、外部装置により暗号化され、無線信号チャネルを通じて眼部埋込装置の通信部へ送信される。通信部は、信号パラメータ設定を受信および復号化し、設定メモリーに記憶する。信号生成部は、更新された信号パラメータ設定に従い、視神経を刺激するように調整された電気的信号を生成する。結果として、刺激信号の波形パラメータを変更する必要がある場合に、眼部埋込装置を取り出す必要がなく、人体への損傷を低減し安全性を向上させる。

一実施形態によれば、眼部埋込装置１０は、埋込チップとして集積される。埋め込む際、眼部埋込装置１０は、眼球の外部表面の下部に埋め込まれ、眼窩内に配置される。眼部埋込装置１０は、長円形であり、複数の視神経に接触する複数の電極を有する。眼部埋込装置１０が動作するとき、信号生成部１２のデューティ比は、たとえば、１％〜２％に調整され、周波数は、たとえば２０Ｈｚ〜５０Ｈｚに調整され、電気的刺激の振幅は、たとえば、１％〜１００％の間欠的な変調波（変調波において間欠が発生する）を採用する。

一実施形態によれば、信号生成部１２は、信号生成部１２により生成される電気的信号の振幅を制限する振幅閾値１２１をさらに含む。設定記憶部１１における信号パラメータ設定が誤っていた場合（人的な入力ミスまたは復号化エラーにより）、信号生成部１２により超過電流が生成され、人間の目を損傷させる。信号生成部１２により振幅閾値１２１が用いられれば、振幅閾値１２１は、電流の振幅を制限できるため、信号パラメータ設定のエラーにより引き起こされる人間の目への損傷を回避でき、これにより、安全性が高められる。

一実施形態によれば、図４に示すように、眼部埋込装置更新システムは、外部更新機構３０および上記の眼部埋込装置１０を含む。

眼部埋込装置１０は、設定記憶部１１、設定記憶部１１に接続される信号生成部１２、信号生成部１２に接続され、電極１３が埋め込まれた後眼球の外部表面に接触する電極１３、設定記憶部１１に接続される通信部１４、設定記憶部１１、信号生成部１２および通信部１４に接続される電力取得部１５を含む。

外部更新機構３０は、無線信号チャネルを介して、信号パラメータ設定を眼部埋込装置１０の通信部１４に送信するように構成される。通信部１４は、信号パラメータ設定を受信し、新たに受信された信号パラメータを用いて設定記憶部１１を更新する。

上記の眼部埋込装置更新システムにおいて、眼部埋込装置にインストールされた通信部に対する結果として、患者の病状が変化した場合、眼部埋込装置の電気的信号の波形パラメータは更新される必要があり、信号パラメータ設定は、眼部の外にある外部更新機構により暗号化され、無線信号チャネルを介して眼部埋込装置の通信部に送信される。眼部埋込装置の通信部は、信号パラメータ設定を受信および復号化し、信号パラメータ設定を用いて設定記憶部を更新する。信号生成部は、更新された信号パラメータ設定に従い、視神経を刺激するように調整された電気的信号を生成する。したがって、眼部埋込装置を取り出すことなく電気的刺激の電気的信号の波形パラメータの変更が実行され、これにより、人体への損傷を低減し、安全性を向上させる。

一実施形態によれば、図５に示すように、外部更新機構３０は、事前に設定されたユニークな識別キーに従い、信号パラメータ設定を暗号化できる。

眼部埋込装置１０の通信部１４は、アンテナ１４２と、アンテナ１４２に接続され受信した無線信号を信号パラメータ設定に復号化するために使用される信号処理モジュール１４４と、信号処理モジュール１４４に接続されユニークな識別キーを記憶する識別キー記憶部１４６とを含む。通信部１４は、信号処理モジュール１４４を介して設定記憶部１１に接続される。

識別キー記憶部１４６を加えた後、通信部１４は、外部装置と暗号化された通信を確立でき、これにより、識別キー記憶部１４６および外部装置間の通信の安全性が保証され、多数の外部装置により同時に発信される多数の信号パラメータ設定により引き起こされる通信部１４の受信エラーを回避する。

上記の実施形態は、本発明のいくつかの実施態様を記載したものであり、記載は具体化および詳細化されているが、本発明の範囲を限定すると理解されるものではない。本発明の範囲から外れることなく、様々な修正や変更が可能であることは当業者にとって自明である。したがって、本発明の範囲は、添付された特許請求の範囲により定義されるべきである。

Claims (4)

1. 信号パラメータ設定を記憶する設定記憶部と、
   前記設定記憶部に接続され、前記設定記憶部における前記信号パラメータ設定に従い電気的刺激信号を生成する信号生成部と、
   前記信号生成部に接続され、埋め込まれた後に眼球の外部表面に接触する電極と、
   前記設定記憶部に接続され、信号パラメータ設定を受信し、受信した前記信号パラメータ設定を前記設定記憶部に記憶する通信部と、
   電力を供給するために、前記通信部、前記設定記憶部および前記信号生成部に接続される電力取得部と、
   を有し、
   前記電力取得部は、人体の熱および筋肉の運動のうちから選択される少なくとも一つの方法によって電気的エネルギーを取得し、
   前記通信部は、アンテナと、前記アンテナに接続され、受信した無線信号を信号パラメータ設定に復号化する信号処理モジュールと、前記信号処理モジュールに接続され、ユニークな識別キーを記憶する識別キー記憶部と、を有し、前記通信部は、前記信号処理モジュールを介して前記設定記憶部に接続され、
   前記電力取得部は、電気的エネルギー調整モジュールを有し、前記電力取得部は、前記電気的エネルギー調整モジュールを介して前記設定記憶部、前記信号生成部および前記通信部に接続され、前記電気的エネルギー調整モジュールは、交流電流を直流電流に変換し、電圧を安定させ、
   前記電力取得部は、受信する無線エネルギーから電気的エネルギーを取得するために前記電気的エネルギー調整モジュールおよび前記アンテナに接続される電気的エネルギー取得モジュールをさらに有し、前記電気的エネルギー取得モジュールは、前記アンテナを介して電気的エネルギーを取得し、
   前記アンテナは、受信コイルを有し、前記電力取得部は、前記受信コイルを介して無線エネルギーを受信する、眼球の外部表面の下部に埋め込まれ眼窩内に配置される視神経萎縮の予防および治療のための眼部埋込装置。
2. 前記信号パラメータ設定は、信号の振幅、関数の波形、周期およびデューティ比からなる群から選択される少なくとも一つを有する請求項１に記載の眼部埋込装置。
3. 外部更新機構および、眼球の外部表面の下部に埋め込まれ眼窩内に配置される視神経萎縮の予防および治療のための眼部埋込装置を有する眼部埋込装置更新システムであって、
   前記眼部埋込装置は、
   信号パラメータ設定を記憶する設定記憶部と、
   前記設定記憶部に接続され、前記設定記憶部における前記信号パラメータ設定に従い電気的刺激信号を生成する信号生成部と、
   前記信号生成部に接続され、埋め込まれた後に眼球の外部表面に接触する電極と、
   前記設定記憶部に接続され、信号パラメータ設定を受信し、受信した前記信号パラメータ設定を前記設定記憶部に記憶する通信部と、
   電力を供給するために、前記通信部、前記設定記憶部および前記信号生成部に接続される電力取得部と、を有し、
   前記外部更新機構は、無線信号チャネルを介して信号パラメータ設定を前記眼部埋込装置の前記通信部に送信し、前記通信部は、信号パラメータ設定を受信し、受信した前記信号パラメータ設定を用いて前記設定記憶部を更新し、
   前記電力取得部は、人体の熱および筋肉の運動のうちから選択される少なくとも一つの方法によって電気的エネルギーを取得し、
   前記通信部は、アンテナと、前記アンテナに接続され、受信した無線信号を信号パラメータ設定に復号化する信号処理モジュールと、前記信号処理モジュールに接続され、ユニークな識別キーを記憶する識別キー記憶部と、を有し、前記通信部は、前記信号処理モジュールを介して前記設定記憶部に接続され、
   前記電力取得部は、電気的エネルギー調整モジュールを有し、前記電力取得部は、前記電気的エネルギー調整モジュールを介して前記設定記憶部、前記信号生成部および前記通信部に接続され、前記電気的エネルギー調整モジュールは、交流電流を直流電流に変換し、電圧を安定させ、
   前記電力取得部は、受信する無線エネルギーから電気的エネルギーを取得するために前記電気的エネルギー調整モジュールおよび前記アンテナに接続される電気的エネルギー取得モジュールをさらに有し、前記電気的エネルギー取得モジュールは、前記アンテナを介して電気的エネルギーを取得し、
   前記アンテナは、受信コイルを有し、前記電力取得部は、前記受信コイルを介して無線エネルギーを受信する眼部埋込装置更新システム。
4. 前記通信部は、アンテナと、前記アンテナに接続され、受信した無線信号を信号パラメータ設定に復号化する信号処理モジュールと、前記信号処理モジュールに接続され、ユニークな識別キーを記憶する識別キー記憶部と、を有し、前記外部更新機構は、事前に設定されたユニークな識別キーにより前記信号パラメータ設定を暗号化する請求項３に記載の眼部埋込装置更新システム。