WO2004049986A1 - 人工視覚システム - Google Patents

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artificial vision
patient
signal
electrodes
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Yasuo Tano
Takashi Fujikado
Yutaka Fukuda
Tetsuya Yagi
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Nidek Co Ltd
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    • A61N1/3727—Details of algorithms or data aspects of communication system, e.g. handshaking, transmitting specific data or segmenting data characterised by the modulation technique

Definitions

  • the present invention relates to an artificial visual system for artificially providing a visual signal, and more particularly to an artificial optic disk stimulation type artificial visual system in which an electrical signal is supplied from an optic disk in which nerve fibers stretched to the retina gather to promote visual regeneration. It is related to Background art
  • Retinitis pigmentosa and age-related macular degeneration cause visual impairment, and if it progresses, it may lead to blindness.
  • light signals are converted into electrical signals in the visual cells, and the electrical signals are converted into pulse signals in retinal ganglion cells, and the pulse signals are transmitted to the brain.
  • photoreceptor cells decrease or die, so that optical signals cannot be converted to electrical signals, and vision cannot be obtained.
  • Japanese Patent Application Laid-Open Publication No. Hei 11-5066-62 describes an artificial vision system using a retinal stimulation type.
  • the invention has been disclosed.
  • This system embeds a microphotodiode that is sensitive to visible and infrared light below the retina, and receives the image that has been amplified and modulated by a neuronet computer via a CCD camera and received by a microphotodiode.
  • the goal is to gain sight.
  • the retinal stimulation described in Tokuheihei 1 1—5 0 6 6 6 2 Type generally microphones Todaiodo is arranged such damage only some of the retina, the visual field is disadvantageously extremely narrow (about 1 0 ° in the viewing angle) c for the patient, confirmed to the situation around It was difficult, especially for moving objects, to recognize them visually.
  • microbubbles could be buried extensively, but surgery on the spherical retina was difficult.
  • the retinal stimulation type the retina is peeled off and the electrodes are buried, so that not only the place where the electrode is placed but also the surrounding area is peeled off.
  • the optic nerve stimulation type which applies electrical stimulation to the optic nerve from the surroundings, has the disadvantage that effective vision cannot be obtained because the number of electrodes cannot be set large.
  • the cerebral cortex stimulation type also had a problem that the information processing system became complicated, and it was difficult to provide a stimulus close to everyday vision.
  • an object of the present invention is to provide an artificial visual system which is a optic nerve head stimulation type which is a new visual reproduction technique and which can secure a wide visual field without damaging the retina.
  • An artificial vision system made to achieve the above object is provided with a plurality of electrodes piercing the optic disc of the patient's eye, and optic nerves from image data obtained by an imaging device placed outside the body.
  • a stimulation pulse signal generated for stimulating the stimulus, and stimulating the optic nerve with an electrical stimulation signal output from the electrode so that the patient can recognize an image from the imaging device.
  • the plurality of electrodes are arbitrarily pierced one by one into the optic disc.
  • the electrodes are pierced into the optic disc where the nerve fibers transmitting pulse signals of the retinal ganglion cells are concentrated, and the nerve fibers directly stimulate the optic nerve bundled. Sees from light received by retina It can handle image information in the range of the object space that can be recognized. Therefore, it is possible to ensure a wide field of view for the patient by visually recognizing the object space that can be captured by the imaging device. Also, since the electrodes are placed on the optic disc, there is no fear of causing retinal detachment without damaging the retina.
  • the artificial vision system according to the present invention further includes an extracorporeal device that performs a predetermined optimization process using the image data obtained by the imaging device to generate the stimulus pulse signal. And an in-vivo device that is buried and converts the stimulation pulse signal into an electrical stimulation signal and outputs the signal from the electrode.
  • the extracorporeal device includes the imaging device, an image processing device that performs a predetermined optimization process and generates a stimulus pulse signal, and a power supply.
  • the image processing device adjusts parameters of a stimulation pulse emitted from the electrode.
  • extracorporeal devices can be provided with many functions, and by increasing the capacity of the power supply, long-term stable use is possible. .
  • the artificial vision system of the present invention is configured to transmit the signal and the electric power from the extracorporeal device to the intracorporeal device by electromagnetic induction between a primary coil that can be attached to the skin and a secondary coil that is pre-buried in the patient's body. It is desirable to do it.
  • FIG. 1 is a diagram showing a use mode of the artificial vision system according to the embodiment.
  • FIG. 2 is a block diagram showing a schematic configuration of the artificial vision system according to the embodiment.
  • FIG. 3 is a block diagram showing the image processing device.
  • FIG. 4 is a cross-sectional view of an eyeball showing a burying position of an electrode.
  • FIG. 5 is a diagram showing an example of an electrical stimulation signal output from an electrode.
  • FIG. 1 is a diagram showing a use mode of the artificial visual system of the present embodiment
  • FIG. 2 is a block diagram showing a schematic configuration of the artificial visual system.
  • the artificial vision system 1 of the present embodiment includes an extracorporeal device 2 worn by a patient when used, and an intracorporeal device 3 previously buried in the patient by surgery.
  • a camera 11 is attached to a visor 5 on which the patient can be hung like glasses, so that an image of the object space in front of the patient can be captured.
  • a CCD camera with tens of thousands of pixels is used as a camera.
  • FIG. 3 is a block diagram showing the image processing device 12.
  • the AZD converter 31 is connected to the camera 11, and the imaging circuit 32 converts an imaging signal read from the camera 11 into digital image data.
  • the A / D converter 31 is further connected from the image processing unit 33 to the storage buffer memory 34 for temporarily storing the image data processed by the image processing unit 33.
  • the image processing unit 33 is composed of an image processing CPU (microprocessor) and a memory in which a control program is stored.
  • the image processing unit 33 performs optimization processing on the image data captured by the camera 11 and further stimulates the optic nerve. For generating a stimulus pulse signal for use.
  • the image processing device 12 has a system control by a control CPU (microprocessor) and a memory storing the control program.
  • LA 35 is configured.
  • the system controller 35 adjusts parameters (frequency, amplitude (current amount), lighting time width, etc.) of the stimulus pulse emitted from the electrode 23 by the operation input of the adjustment dial provided in the input operation unit 36.
  • parameters frequency, amplitude (current amount), lighting time width, etc.
  • the adjustment dial provided in the input operation unit 36.
  • separate dials are provided for adjusting the brightness and contrast of the image recognized as visual perception, and the parameters for electrical stimulation.
  • the imaging circuit 32 constituting the image processing apparatus 12 controls the reading process of the imaging signal from the camera 11 and the on / off control of the power supply to the camera 11 under the control of the system controller 35. It does.
  • the extracorporeal device 2 is provided with a power source 13 for supplying power to the image processing device 12 and the intracorporeal device 3, and the power source 13 and the image processing device 12 are different from each other. It is a compact size that can be carried together by the patient in a jacket or other pocket.
  • the electromagnetic induction of the coil is used to transmit the processed image data and power from the extracorporeal device 2 to the intracorporeal device 3. Therefore, in the extracorporeal device 2, the primary coil 14 is connected to the image processing device 12, and the in-vivo device 3 is also provided with the secondary coil 21 corresponding to the primary coil 14.
  • the in-vivo device 3 is connected to a secondary coil 21 to a receiving device 22 for receiving a stimulus pulse signal and power transmitted from the image processing device 12, and further to the receiving device 2 2.
  • a plurality of electrodes 23 each having a needle-like tip are connected by a signal line 25 one by one.
  • the receiving device 22 is configured by a signal processing unit that converts the received stimulation pulse signal into an electric stimulation signal output from the electrode 23, in addition to a receiving unit that receives the stimulation pulse signal and power. I have.
  • Such an in-vivo device 3 is a force that is buried in the patient's body in advance by surgery. It is buried including signal line 24 between,
  • the secondary coil 21 is buried in a position that is hidden by the hair so that it is not noticeable when attaching the primary coil, and the receiving device 22 is placed close to the eyes to shorten the distance from the electrode 23 Be buried.
  • the secondary coil 21, the receiving device 22, and the signal line 24 are covered with a material having good biocompatibility and insulation, such as polyimide.
  • FIG. 4 is a diagram schematically showing such a buried state of the electrode 23.
  • FIG. 4 (a) is a horizontal sectional view of the entire eyeball
  • FIG. 4 (b) is a diagram showing the optic papilla. is there.
  • the signal line 25 connecting the receiving device 22 and the electrode 23 is cut to the sclera (white-eye portion) 42 that forms the outer membrane of the eyeball together with the cornea (black-eye portion) 41. It passes through the perforated hole and passes around the vitreous body 43 replaced by the intraocular perfusate.
  • the signal line 25 is inserted into the eye from the nose side (the lower side in the drawing) so that the distance to the optic papilla 45 becomes shorter.
  • the signal line 25 is coated with a material having good biocompatibility and insulating properties, such as polyimide, up to the electrode 23 attached to its tip. It is bundled by a tube 26 and fixed in the eye by a tack 27 or the like.
  • the conventional artificial vision system only the light that reaches the micro-diode among the light entering from the cornea 41 is converted into an electric signal.
  • the object space can be visually recognized only in an extremely narrow visual field.
  • attention is paid to the optic nipple 45 where the nerve fibers stretched around the retina 46 are concentrated, and the electrode 23 is pierced there to stimulate the optic nerve to secure a wide visual field. ing.
  • the optic disc 45 passes not only the nerve fiber but also the blood vessel 48 as shown in FIG. 4 (b), the electrode 23 is pierced so as to avoid this.
  • This artificial vision system 1 has an in-vivo device 3 buried in a patient in advance by surgery, and can be used when the patient wears the extracorporeal device 2.
  • the patient wears the paiza 15 out of the extracorporeal device 3 like eyeglasses, and puts the image processing device 12 and the power supply 13 that are integrally formed into the outer jacket, for example.
  • the primary coil 14 is attached with an adhesive seal, the primary coil 14 is attached to the skin so as to overlap the position where the secondary coil 21 is buried.
  • an image of the patient's face is captured from the camera 11 by the ON of the power supply, and the image data is sent to the image processing device 12.
  • the image processing device 12 performs optimization processing of the captured image data, and generates and modulates a stimulation pulse signal for stimulating the optic nerve. That is, in the image processing device 12, under the control of the system controller 35, the imaging circuit 32 reads the image signal of the video imaged by the camera 11, and the AZD converter 31 Converted to digital image data.
  • the digital image data is subjected to an optimization process according to a control program of the image processing unit 33.
  • the image data on which the optimization processing has been performed is temporarily stored in the buffer memory 34, and further, a stimulation pulse signal for stimulating the optic nerve is generated.
  • the power from the power source 13 is sent to the in-vivo device 3 by electromagnetic induction from the primary coil 14 to the secondary coil 21 together with a stimulation pulse signal for stimulating the optic nerve.
  • the stimulation pulse signal and the power may be transmitted in a time-division manner.
  • the signal for the stimulation pulse is 2
  • the signal is sent to the receiving device 22 via the secondary coil 21, received by the receiving unit together with the electric power, and the signal processing unit converts the stimulation pulse signal into an electric stimulation signal output from the electrode 23. Is done.
  • FIG. 5 is a diagram showing an example of the electrical stimulation signal output from the electrode 23.
  • the sum A of the electrical stimulation signals output from the electrodes 23 (the sum A is normalized in pulse units and shown with the pulse heights aligned) is It consists of a combination of two waveforms.
  • the waveforms of these two patterns differ from each other in the unit time t (where the unit time is the time of one stimulus signal necessary for visual reproduction).
  • One waveform represents a digital value of 0, and the other waveform represents a digital value of 1.
  • the combination of digital values 0 and 1 as transmission data is used while reproducing vision by using an electrical stimulus signal in which two patterns of waveform stimulus signals are combined as the sum of the electrical stimulus signals. It is meant to be expressed. Note that this electrical stimulus signal is merely an example, and the stimulus is not limited to this as long as it stimulates visual reproduction.
  • the electrical stimulus signal output from the electrode 23 stimulates the cerebrum from the optic papilla 45 into which the electrode 23 is pierced, through the optic nerve 47, and the patient receives an object space imaged by the force camera 11 Can be visually recognized.
  • an electrical stimulation signal is applied to the optic papilla 45 where the nerve fibers stretched to the retina 46 are concentrated. Because the image information can be recognized in the range, the patient can perform visual recognition in a wide field of view.
  • the retina is not damaged unlike the conventional retinal stimulation type, and there is no problem of causing retinal detachment.
  • a radial optic disc incision for central retinal vein occlusion has been established, and it is possible to establish a surgical procedure based on this.
  • a plurality of electrodes are installed so as to pierce the optic disc of the patient's eye, and the optic nerve is stimulated from image data obtained by an imaging device placed outside the body. Based on the stimulation pulse signal generated in the above, the stimulus is applied to the optic nerve by the electrical stimulation signal output from the electrode, so that the image from the imaging device can be recognized by the patient. It has become possible to provide an artificial vision system that is of the optic nerve head stimulation type, which can be used as a method, and that can secure a wide field of view without damaging the retina.

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Abstract

　網膜を傷付けることなく広い視野の確保が可能な人工視覚システムを提供することを目的とする。本発明の人工視覚システムは、患者眼の視神経乳頭に複数の電極２３が突き刺すようにして設置され、体外に置かれた撮像装置１１によって得られた画像データから視神経を刺激するために生成された刺激パルス用信号に基づき、電極２３から出力する電気刺激信号によって視神経に刺激を与えることで、撮像装置１１からの画像を患者に認識させるようにした。

Description

明 細 書 人工視覚システム 技術分野
本発明は、人工的に視覚信号を与えるための人工視覚システムに関し、 特に網膜に張りめぐらされた神経線維が集まる視神経乳頭から電気信号 を与えて視覚の再生を促す視神経乳頭刺激型の人工視覚システムに関す るものである。 背景技術
網膜色素変性や加齢黄斑変性等は視覚障害を起こし、 それが進行する と失明に至ることがある。 通常、 人の目は網膜に光が照射されると視細 胞で光信号が電気信号に変換され、 この電気信号が網膜神経節細胞でパ ルス信号となり、 このパルス信号が脳に伝わるようになつている。 従つ て、 網膜色素変性や加齢黄斑変性等が発生すると、 視細胞が減少あるい は死滅するため光信号を電気信号に変換するこ とができなくなり視覚が 得られなくなる。
近年、 このよ うな失明患者に対して視覚を取り戻すための様々な試み が提案されており、 例えば特表平 1 1— 5 0 6 6 6 2には、 網膜刺激型 を利用した人工視覚システムに関する発明が開示されている。 このシス テムは、 網膜下に可視及び赤外光に感度を持つマイク ロ フオ トダイォー ドを埋埴し、 C C Dカメラを経てニューロ ンネッ トコンピュータにより 増幅、 変調を行った映像をマイクロフォトダイオードに受光させること によって視覚を得ようとするものである。
一方、 人工視覚システムについては、 こう した網膜刺激型の他にも視 神経に周囲から電気刺激を与える視神経刺激型や、 大脳視覚野に電気刺 激を与える大脳皮質刺激型の研究が進められている。
しかしながら、 特表平 1 1— 5 0 6 6 6 2に記載されている網膜刺激 型は、 一般に網膜の一部にしかマイクロフォ トダイォードが配置されな いため、視野が極端に狭いという問題があった （視角にして 1 0 ° 程度） c そのため患者は、 周りの状況について確認がしづらく、 特に動くものに 対しての視覚による認識が困難であった。 これに対して広い視野を確保 しょう とすれば、 マイクロフォ トダイオードを広範にわたって埋埴すれ ばよいが、 球面状の網膜への手術は困難であった。 また網膜刺激型の場 合、 網膜を剥がして電極を埋埴するため、 その設置個所だけでなく周り までもが剥がれてしまい、 術後に起こる網膜剥離などの問題があった。 一方、 視神経に周囲から電気刺激を与える視神経刺激型は、 電極数を 多く設定することができないため、 有効な視覚を得ることはできないと いう欠点がある。 また、 大脳皮質刺激型についても、 情報処理系が複雑 になり、 日常視に近い刺激を与えることが困難であるという問題があつ た。
そこで本発明は、 かかる課題を解決すべく、 新たな視覚再生の手法と なる視神経乳頭刺激型であって、 網膜を傷付けることなく広い視野の確 保が可能な人工視覚システムを提供することを目的とする。 発明の開示
前記目的を達成するためになされた本発明の人工視覚システムは、 患 者眼の視神経乳頭に複数の電極が突き刺すようにして設置され、 体外に 置かれた撮像装置によって得られた画像データから視神経を刺激するた めに生成された刺激パルス用信号に基づき、 前記電極から出力する電気 刺激信号によって視神経に刺激を与えることで、 前記撮像装置からの画 像を患者に認識させるようにしたものであることを特徴とする。
また、 本発明の人工視覚システムは、 前記複数の電極を、 視神経乳頭 に対して 1本ごと任意に突き刺すようにしたものであることが望ましい。 本発明によれば、 電極を網膜神経節細胞のパルス信号を伝達する神経 線維が集中する視神経乳頭に突き刺し、 その神経線維が束となった視神 経を直接刺激することと したので、 本来人が網膜で受ける光から視覚認 識できる物体空間の範囲の画像情報を扱う ことができる。 そのため、 撮 像装置でと らえることができる物体空間を視覚認識させることで患者に 広い視野を確保させることが可能になる。 また、 電極を視神経乳頭に配 置させるため、 網膜を傷付けることなく網膜剥離を引き起こす心配もな レ、。
また、 本発明の人工視覚システムは、 前記撮像装置によって得られた 画像データを使用して所定の最適化処理を行い前記刺激パルス用信号を 生成する体外装置と、 前記電極とともに予め患者の体内に埋埴され、 前 記刺激パルス用信号を電気刺激信号に変換処理して前記電極から出力す る体内装置とを有することを特徴とする。
そして、 本発明の人工視覚システムでは、 前記体外装置が、 前記撮像 装置と、 所定の最適化処理を行い刺激パルス用信号を生成する画像処理 装置と、 電源とを有することが望ましい。
更に、 本発明の人工視覚システムは、 前記画像処理装置が、 前記電極 から発せられる刺激パルスのパラメータ調整を行うようにしたものであ ることが望ましい。
こう して人工視覚システムを体外装置と体内装置とに分けることによ り、 体外装置に多くの機能をもたせることができ、 電源の容量を大きく することによって長時間の安定した使用が可能になる。
本発明の人工視覚システムは、 前記体外装置から前記体内装置への信 号及び電力の送信を、 皮膚に貼り付け可能な 1次コイルと患者の体内に 予め埋埴した 2次コイルとの電磁誘導によって行う ものであることが望 ましい。 図面の簡単な説明
第 1図は、実施形態の人工視覚システムの使用態様を示した図である。 第 2図は、 実施形態の人工視覚システムの概略の構成を示したプロ ッ ク図である。
第 3図は、 画像処理装置を示したブロ ック図である。 第 4図は、 電極の埋埴位置を示した眼球の断面図である。
第 5図は、電極から出力される電気刺激信号の一例を示した図である。 発明を実施するための最良の形態
次に、 本発明に係る人工視覚システムについて、 その一実施形態を図 面を参照しながら以下に説明する。 第 1図は、 本実施形態の人工視覚シ ステムの使用態様を示した図であり、 第 2図は、 人工視覚システムの概 略の構成を示したプロ ック図である。
本実施形態の人工視覚システム 1 は、 患者が使用する際に装着する体 外装置 2 と、 患者自身に予め手術によって埋埴しておく体内装置 3 とか ら構成されている。 体外装置 2は、 患者が眼鏡のよ うに掛けられるバイ ザ一 5にカメラ 1 1が取り付けられ、 患者が顔を向けた正面の物体空間 についてその映像が取り込めるようになつている。 例えばカメ ラには、 数万画素の撮像素子をもった C C Dカメラが使用される。
カメラ 1 1は、 撮像された映像の画像データに基づいて所定の最適化 処理を行い、 視神経を刺激し、 視覚を得るための刺激パルス用信号を生 成する画像処理装置 1 2へと接続されている。 ここで、 第 3図は、 画像 処理装置 1 2を示したブロ ック図である。 画像処理装置 1 2は、 A Z D コンバータ 3 1がカメラ 1 1に接続され、 撮像回路 3 2によってカメラ 1 1から読み出された撮像信号をディジタル画像データに変換するよう になっている。 A / Dコンバータ 3 1は画像処理部 3 3から更に、 その 画像処理部 3 3で画像処理された画像データを一時的に格納バッファメ モリ 3 4へと接続されている。
画像処理部 3 3は、 画像処理用 C P U (マイク ロプロセッサ） 及びそ の制御プログラムを格納したメモリから構成され、 カメラ 1 1 によって 撮像された画像データについて最適化処理を行い、 更に視神経を刺激す るための刺激パルス用信号の生成を行うものである。
また、 画像処理装置 1 2には、 制御用 C P U (マイク ロプロセッサ） 及びその制御プログラムを格納したメモリによってシステムコントロー ラ 3 5が構成されている。 システムコントローラ 3 5は、 入力操作部 3 6に設けられた調整ダイャルの操作入力により、 電極 2 3から発せられ る刺激パルスのパラメータ （周波数、振幅（電流量）、 点灯の時間幅など） の調整が可能になっている。 特に、 視覚として認識する画像の明るさや コントラス ト等と電気刺激用のパラメータとを調整するダイャルが別々 に設けられている。
なお、 画像処理装置 1 2を構成する撮像回路 3 2は、 システムコン ト ローラ 3 5からの制御により、 カメラ 1 1からの撮像信号の読出し処理 や力メラ 1 1に対する電力供給のオンノオフ制御などを行なうものであ る。
第 2図に戻って、 体外装置 2には画像処理装置 1 2や体内装置 3への 電力供給を行うための電源 1 3が設けられており、 この電源 1 3と画像 処理装置 1 2 とは一体となって患者が上着のポケッ トなどに入れて携帯 できるコンパク トな大きさのものである。
本実施形態の人工視覚システム 1では、 体外装置 2から体内装置 3へ と処理後の画像データや電力を送信するためにコイルの電磁誘導を利用 している。 従って、 体外装置 2では画像処理装置 1 2に 1次コイル 1 4 が接続され、 体内装置 3にも 1次コイル 1 4に対応する 2次コイル 2 1 が設けられている。
体内装置 3は、 第 2図に示すように 2次コイル 2 1に画像処理装置 1 2から送られた刺激パルス用信号や電力を受信する受信装置 2 2が接続 され、 更にその受信装置 2 2には、 先端が針状になった複数の電極 2 3 が 1本ずつ信号線 2 5によって接続されている。 受信装置 2 2は、 刺激 パルス用信号や電力を受信する受信部に加え、 受信した刺激パルス用信 号を電極 2 3から出力される電気刺激信号に変換処理する信号処理部に よって構成されている。
こう した体内装置 3は、手術によって予め患者の体内に埋埴される力 例えば 2次コイル 2 1及び受信装置 2 2は、 第 1図に示すような患者頭 部の位置において皮膚と頭蓋骨との間に信号線 2 4も含めて埋埴される, 特に、 2次コイル 2 1は、 1次コイルの取り付けの際に目立たないよう 髪の毛に隠れる位置に埋埴され、 受信装置 2 2は、 電極 2 3 との距離を 短くするために眼の近くに埋埴される。 そして、 この 2次コイル 2 1 、 受信装置 2 2及び信号線 2 4は、 ポリイミ ドなどの生体適合性が良く絶 縁性を有する材料によって被覆されたものである。
一方、 電極 2 3は、 網膜神経節細胞のパルス信号を伝達する神経線維 が集中する視神経乳頭に直接突き刺すようにして埋埴される。第 4図は、 そうした電極 2 3の埋埴状態を模式的に示した図であり、 図 （a ) は眼 球全体の水平断面図で、 図 （b ) は視神経乳頭部を示した図である。 先 ず、 受信装置 2 2 と電極 2 3とを接続する信号線 2 5は、 角膜 （黒目部 分） 4 1 とともに眼球の外膜を形成する強膜 （白目部分） 4 2部分にあ けられた孔から入り、 眼内灌流液に置換された硝子体部 4 3の周りを通 つている。 このとき視神経乳頭 4 5までの距離が短くなるように、 信号 線 2 5は鼻側 （図面下側） から眼内に入れられている。 信号線 2 5は、 その先端に取り付けられた電極 2 3に至るまでポリィミ ドなどの生体適 合性が良く絶縁性を有する材料によって被覆されいる。 そして、 チュー ブ 2 6によって束ねられ、 眼内ではタック 2 7などによって固定されて いる。
ところで、 角膜 4 1から入った光は網膜 4 6に届き、 視細胞により光 が電気信号に変換され、 この電気信号が網膜神経節細胞でパルス信号と なって大脳へ伝わるようになっている。 網膜神経節細胞から大脳へは、 網膜 4 6に神経線維が張りめぐらされており、 その神経線維が視神経乳 頭 4 5で束ねられ、 それが眼球から出た視神経 4 7 として大脳へとつな がっている。 これまで人工視覚システムは、 視細胞の代わりにマイ ク ロ フォ トダイオードを網膜 4 6の下などに埋埴し、 角膜 4 1から入った光 の一部分を電気信号に変換することを行っていた。
そのため従来の人工視覚システムでは、 角膜 4 1から入った光のうち マイク ロ フォ トダイォードに到達した光だけしか電気信号に変換されず. 極めて狭い視野でしか物体空間を視覚認識できなかった。 これに対して 本実施形態では、 網膜 4 6に張りめぐらされた神経線維が集中する視神 経乳頭 4 5に着目し、 そこに電極 2 3を突き刺して視神経を刺激するこ とによって広い視野を確保するようにしている。 なお、 視神経乳頭 4 5 は神経線維だけでなく第 4図 （ b ) に示すように血管 4 8も通っている ため、 電極 2 3は、 これを避けるようにして突き刺される。
次に、本実施形態に係る人工視覚システム 1の作用について説明する。 この人工視覚システム 1 は、 予め手術によって患者に体内装置 3が埋埴 されており、 患者が体外装置 2を身につけることで使用可能になる。 つ まり患者は、 体外装置 3のうちパイザ一 5を眼鏡のように掛けると とも に、 一体に形成されている画像処理装置 1 2 と電源 1 3 とを上着のボケ ッ トに入れるなどして携帯する。 そして更に、 1次コイル 1 4は粘着シ ールによって貼り付けられるようになつているため、 これを 2次コイル 2 1が埋埴された位置に重ねるようにして皮膚に貼り付ける。
そこで、 電源の O Nによりカメラ 1 1からは患者が顔を向けた正面の 映像が取り込まれ、 その画像データが画像処理装置 1 2へと送られる。 画像処理装置 1 2では、 その撮像された画像データの最適化処理が行わ れ、 視神経を刺激するための刺激パルス用信号を生成して変調される。 すなわち画像処理装置 1 2では、 システムコント口一ラ 3 5 の制御によ り、 撮像回路 3 2がカメラ 1 1によって撮像された映像の撮像信号の読 み出し処理を行い、 A Z Dコンバータ 3 1によってディジタル画像デー タに変換される。
ディジタル画像データは、 画像処理部 3 3の制御プログラムに従い最 適化処理が行われる。 その画像処理部 3 3では、 最適化処理が行われた 画像データがバッファメモリ 3 4に一時的に格納され、 更に視神経を刺 激するための刺激パルス用信号が生成される。
一方、 電源 1 3からの電力は、 視神経を刺激するための刺激パルス用 信号とともに重畳的に 1次コイル 1 4から 2次コイル 2 1へ電磁誘導に よって体内装置 3へと送られる。 なお、 刺激パルス用信号と電力とは時 分割的に送るようにしたものであってもよい。 刺激パルス用信号は、 2 次コイル 2 1を介して受信装置 2 2へと送られ、 その受信部において電 力とともに受信され、 信号処理部では、 刺激パルス用信号が電極 2 3か ら出力される電気刺激信号に変換処理される。
ここで第 5図は、 電極 2 3から出力される電気刺激信号の一例を示し た図である。 第 5図 （ a ) に示すように、 電極 2 3から出力される電気 刺激信号の総和 A (総和 Aは、 パルス単位で規格化し、 パルスの高さを そろえた状態で示している） は、 2パターンの波形の組み合わせから成 り立っている。 この 2パターンの波形は、 第 5図 （b ) に示すように単 位時間 t (ここで単位時間は視覚再生を行うために必要な 1回分の刺激 信号時間としている） の波形が各々異なり、 一方の波形はデジタル値 0 を表し、 もう一方の波形はデジタル値 1を表している。 電気刺激信号を 出力する場合、 電気刺激信号の総和として 2パターンの波形の刺激信号 を組合わせた電気刺激信号を用いることにより視覚を再生しつつ、 送信 データとしてのデジタル値 0及び 1の組み合わせを表現するものとして いる。 なお、 この電気刺激信号はあくまで一例であり、 視覚の再生を促 すような刺激であればこれに限るものではない。
電極 2 3から出力された電気刺激信号は、 その電極 2 3が突き刺され た視神経乳頭 4 5から視神経 4 7を通って大脳を刺激し、 患者には力メ ラ 1 1によって撮像された物体空間を視覚認識させることができる。 そ して本実施形態では、 網膜 4 6に張りめぐらされた神経線維が集中する 視神経乳頭 4 5に電気刺激信号を与えるので、 本来人が網膜 4 6で受け る光から視覚認識できる物体空間の範囲で画像情報を認識させることが できるため、 患者は広い視野の視覚認識が可能となった。
また、 電極 2 3を視神経乳頭 4 5に突き刺すようにした人工視覚シス テム 1では、従来の網膜刺激型のように網膜を傷つけることがなくなり、 網膜剥離を引き起こしてしまう問題もない。 そして、 視神経乳頭 4 5へ の電極 2 3の埋埴は、 網膜中心静脈閉塞症に対する放射状視神経乳頭切 開術が確立されているため、 これを基に術式の確立も可能になる。
また、 体外装置 2と体内装置 3 とから構成したので、 体外装置 2に多 くの機能をもたせることができるようになり、 例えば本実施形態では入 力操作部 3 6に設けられた調整ダイャルの操作入力により、 電極 2 3か ら発せられる刺激パルスのパラメ一タなどの調整が可能になった。
以上、 人工視覚システムの一実施形態について説明したが、 本発明は これに限定されることなく、 その趣旨を逸脱しない範囲で様々な変更が 可能である。 産業上の利用可能性
以上の説明から明らかなように本発明によれば、 患者眼の視神経乳頭 に複数の電極が突き刺すようにして設置され、 体外に置かれた撮像装置 によって得られた画像データから視神経を刺激するために生成された刺 激パルス用信号に基づき、 前記電極から出力する電気刺激信号によって 視神経に刺激を与えることで、 前記撮像装置からの画像を患者に認識さ せるようにしたので、 新たな視覚再生の手法となる視神経乳頭刺激型で あって、 網膜を傷付けることなく広い視野の確保が可能な人工視覚シス テムを提供することが可能になった。

Claims

請 求 の 範 囲
1 . 患者眼の視神経乳頭に複数の電極が突き刺すようにして設置され、 体外に置かれた撮像装置によって得られた画像データから視神経を刺激 するために生成された刺激パルス用信号に基づき、 前記電極から出力す る電気刺激信号によって視神経に刺激を与えることで、 前記撮像装置か らの画像を患者に認識させるようにしたものであることを特徴とする人 ェ視覚システム。
2 . 請求項 1に記载する人工視覚システムにおいて、
前記複数の電極は、 視神経乳頭に対して 1本ごと任意に突き刺すよう にしたことを特徴とする人工視覚システム。
3 . 請求項 1又は請求項 2に記載する人工視覚システムにおいて、 前記撮像装置によって得られた画像データを使用して所定の最適化処 理を行い前記刺激パルス用信号を生成する体外装置と、
前記電極とともに予め患者の体内に埋埴され、 前記刺激パルス用信号 を電気刺激信号に変換処理して前記電極から出力する体内装置とを有す ることを特徴とする人工視覚システム。
4 . 請求項 3に記载する人工視覚システムにおいて、
前記体外装置は、 前記撮像装置と、 所定の最適化処理を行い刺激パル ス用信号を生成する画像処理装置と、 電源とを有することを特徴とする 人工視覚システム。
5 . 請求項 4に記载する人工視覚システムにおいて、
前記画像処理装置は、 前記電極から発せられる刺激パルスのパラメ一 タ調整を行うようにしたものであることを特徴とする人工視覚システム。
6 . 請求項 3乃至請求項 5のいずれかに記載する人工視覚システムに おいて、
前記体外装置から前記体内装置への信号及び電力の送信を、 皮膚に貼 り付け可能な 1次コイルと患者の体内に予め埋埴した 2次コイルとの電 磁誘導によって行うことを特徴とする人工視覚システム。
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