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JP4827480B2 - Visual reproduction assist device - Google Patents

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JP4827480B2
JP4827480B2 JP2005287948A JP2005287948A JP4827480B2 JP 4827480 B2 JP4827480 B2 JP 4827480B2 JP 2005287948 A JP2005287948 A JP 2005287948A JP 2005287948 A JP2005287948 A JP 2005287948A JP 4827480 B2 JP4827480 B2 JP 4827480B2
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Description

本発明は視覚再生のため、体内に設置される視覚再生補助装置に関する。   The present invention relates to a visual reproduction assisting device installed in the body for visual reproduction.

近年、失明治療技術の一つとして、電極等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。このような視覚再生補助装置は、例えば、体外にて撮像された映像を光信号や電波信号に変換した後、体内に設置された体内装置に送信し、電極から刺激パルス信号を出力して網膜を構成する細胞を電気刺激することにより、視覚の再生を試みる装置がある(例えば、特許文献1参照)。このように電極からの電気刺激パルス信号を用いて視覚の再生を促す場合、より明確な視覚を得るためには電極の数を多くするとともに、高いフレームレートを確保させておく必要がある。
特開2004−298298号公報
In recent years, as one of the blindness treatment techniques, research has been conducted on a visual regeneration assisting device that attempts to regenerate vision by implanting an in-vivo device having electrodes or the like into the body and electrically stimulating cells constituting the retina. Such a visual reproduction auxiliary device, for example, converts an image captured outside the body into an optical signal or a radio signal, and then transmits the signal to an in-vivo device installed in the body, and outputs a stimulation pulse signal from the electrode to output the retina. There is a device that attempts to regenerate vision by electrically stimulating the cells that make up (see, for example, Patent Document 1). In this way, when visual regeneration is promoted using the electrical stimulation pulse signal from the electrodes, it is necessary to increase the number of electrodes and ensure a high frame rate in order to obtain a clearer vision.
JP 2004-298298 A

このような視覚再生補助装置において電極を多数配置しつつ、ある程度のフレームレートを維持するためには、複数の電極から同時に刺激パルス信号を出力させる必要がある。しかしながら、複数の電極で同時刻の刺激を行う場合、刺激電流の強度差によって、電極間で電流が流れ易い。これによって、刺激電流同士の干渉が起こりやすくなり、視覚の再生に影響を及ぼすこととなる。
上記従来技術の問題点に鑑み、複数の電極から同時に刺激を行っても電極間に電流が流れることなく、好適に視覚の再生を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。
In order to maintain a certain frame rate while arranging a large number of electrodes in such a visual reproduction auxiliary device, it is necessary to simultaneously output stimulation pulse signals from a plurality of electrodes. However, when stimulating at the same time with a plurality of electrodes, the current easily flows between the electrodes due to the difference in the intensity of the stimulation current. As a result, interference between stimulation currents is likely to occur, which affects visual reproduction.
In view of the above-mentioned problems of the prior art, it is a technical problem to provide a visual reproduction assisting device that can suitably reproduce visual without causing current to flow between electrodes even when stimulation is performed simultaneously from a plurality of electrodes. To do.

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) 複数の電極を用いて網膜を構成する細胞を電気刺激することにより視覚を再生する視覚再生補助装置において、前記複数の電極に接続される制御部であって,前記複数の電極から電気刺激パルス信号を出力するための制御部と、を備え、第1の電極から前記電気刺激パルス信号を出力している間に第2の電極から電気刺激パルス信号を出力させる場合において,前記制御部が前記第1の電極の電極電位と第2の電極の電極電位が等しくなるように前記電気刺激パルス信号の出力を制御することを特徴とするためのヤゲン軌跡を得る。
In order to solve the above problems, the present invention is characterized by having the following configuration.
(1) In the vision regeneration assisting apparatus for reproducing visual by electrically stimulating the cells constituting the retina by using a plurality of electrodes, and a control unit connected to said plurality of electrodes, electricity from the plurality of electrodes A control unit for outputting a stimulation pulse signal, and when the electrical stimulation pulse signal is output from the second electrode while the electrical stimulation pulse signal is output from the first electrode, the control unit A bevel trajectory is obtained for controlling the output of the electrical stimulation pulse signal so that the electrode potential of the first electrode is equal to the electrode potential of the second electrode.

本発明によれば、複数の電極から同時に刺激を行っても電極間に電流が流れることなく、好適に視覚の再生を行うことができる。   According to the present invention, even if stimulation is simultaneously performed from a plurality of electrodes, current can be reproduced suitably without current flowing between the electrodes.

本発明の実施の形態を図面を用いて説明する。図1は視覚再生補助装置の外観を示した概略図、図2は実施の形態で使用する視覚再生補助装置における体内装置を示す図、図3は制御系のブロック図である。   Embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings. FIG. 1 is a schematic diagram showing an external appearance of a visual reproduction assisting device, FIG. 2 is a diagram showing an in-vivo device in the visual reproduction assisting device used in the embodiment, and FIG. 3 is a block diagram of a control system.

1は視覚再生補助装置であり、図1及び図2に示すように、外界を撮影するための体外装置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とからなる。体外装置10は、患者が掛けるバイザー11と、バイザー11に取り付けられるCCDカメラ等からなる撮影装置12と、外部デバイス13、一次コイルからなる送信手段14等にて構成されている。   Reference numeral 1 denotes a visual reproduction assisting device, as shown in FIGS. 1 and 2, from an extracorporeal device 10 for photographing the outside world and an in-vivo device 20 that applies electrical stimulation to cells constituting the retina and promotes visual reproduction. Become. The extracorporeal device 10 includes a visor 11 worn by a patient, an imaging device 12 including a CCD camera attached to the visor 11, an external device 13, a transmission unit 14 including a primary coil, and the like.

外部デバイス13には、CPU等の演算処理回路を有するデータ変調手段13a、視覚再生補助装置1(体外装置10及び体内装置20)の電力供給を行うためのバッテリー13bが設けられている。データ変調手段13aは、撮影装置12にて撮影した被写体像を画像処理し、さらに得られた画像処理後のデータを、視覚を再生するための電気刺激パルス用データに変換する処理を行う。送信手段14は、データ変調手段13aにて変換された電気刺激パルス用データ、及び後述する体内装置20を駆動させるための電力を電磁波として体内装置20側に伝送(無線送信)することができる。また、送信手段14の中心には図示なき磁石が取り付けられている。磁石は後述する受信手段31との位置固定に使用される。   The external device 13 is provided with a data modulation means 13a having an arithmetic processing circuit such as a CPU, and a battery 13b for supplying power to the visual reproduction assisting device 1 (external device 10 and internal device 20). The data modulation unit 13a performs image processing on the subject image captured by the image capturing device 12, and further converts the obtained image processed data into electrical stimulation pulse data for reproducing vision. The transmission means 14 can transmit (wireless transmission) the electrical stimulation pulse data converted by the data modulation means 13a and the power for driving the internal apparatus 20 described later to the internal apparatus 20 side as electromagnetic waves. A magnet (not shown) is attached to the center of the transmission means 14. The magnet is used to fix the position with the receiving means 31 described later.

バイザー11は眼鏡形状を有しており、図1に示すように、患者の眼前に装着して使用することができるようになっている。また、撮影装置12はバイザー11の前面に取り付けてあり、患者に視認させる被写体を撮影することができる。   The visor 11 has an eyeglass shape, and can be used by being worn in front of the patient's eyes as shown in FIG. Moreover, the imaging device 12 is attached to the front surface of the visor 11 and can image a subject to be visually recognized by the patient.

図2に示す体内装置20は、大別して体外装置10から送信される電気刺激パルス信号用データや電力を電磁波により受け取るための受信部30と、網膜を構成する細胞を電気刺激するための刺激部40により構成される。受信部30には、体外装置10からの電磁波を受信する2次コイルからなる受信手段31や、制御部32が設けられている。制御部32は、受信手段31にて受信された電気刺激パルス用データと電力とを分けるとともに、電気刺激パルス用データを基に、視覚を得るための電気刺激パルス信号と対応する電極を指定する電極指定信号に変換し、刺激部40へ送信するための役割を有している。また、制御部32は、電力損失をできるだけ少なくするとともに、2相性のパルス信号(例えば、電圧が+側と−側の波形となる双極性のパルス信号)において1刺激ごとにプラスとマイナスの電荷バランスを保つことのできる回路構成となっている。つまり、制御部32は、網膜を構成する細胞への注入電荷量をプラス側とマイナス側で相殺する制御を行う構成となっている。これにより、網膜を構成する細胞に対するイオンバランス差によるダメージを低減できる。   The in-vivo device 20 shown in FIG. 2 is roughly divided into a receiving unit 30 for receiving electrical stimulation pulse signal data and power transmitted from the extracorporeal device 10 by electromagnetic waves, and a stimulating unit for electrically stimulating cells constituting the retina. 40. The receiving unit 30 is provided with a receiving unit 31 including a secondary coil that receives electromagnetic waves from the extracorporeal device 10 and a control unit 32. The control unit 32 separates the electrical stimulation pulse data and the power received by the receiving unit 31, and designates the electrode corresponding to the electrical stimulation pulse signal for obtaining vision based on the electrical stimulation pulse data. It has a role for converting into an electrode designation signal and transmitting it to the stimulating unit 40. The control unit 32 minimizes power loss as much as possible, and positive and negative charges for each stimulus in a biphasic pulse signal (for example, a bipolar pulse signal having a voltage waveform on the + side and − side). The circuit configuration can maintain the balance. That is, the control unit 32 is configured to perform control to cancel the amount of charge injected into the cells constituting the retina on the plus side and the minus side. Thereby, the damage by the ion balance difference with respect to the cell which comprises a retina can be reduced.

これら受信手段31や制御部32は、基板33上に形成されている。なお、受信部30には送信手段14を位置固定させるための図示なき磁石が設けられている。また、34は不関電極である。   These receiving means 31 and control unit 32 are formed on a substrate 33. The receiving unit 30 is provided with a magnet (not shown) for fixing the position of the transmitting unit 14. Reference numeral 34 denotes an indifferent electrode.

また、刺激部40には、電気刺激パルス信号を出力する電極41、刺激制御部42、参照電極44が設けられている。各電極41及び参照電極44は、刺激制御部42に接続されている。この接続形態は後で説明する。刺激制御部42は、制御部32から送られてきた電極指定信号に基づいて、対応する電気刺激パルス信号を電極41の各々へ振り分ける役目を果たす。参照電極44は電極41の電極電位を計測するための基準となる電極である。参照電極44は電極41と同程度のサイズ以上で作製されることが好ましい。参照電極44には、生体適合性が高く、電極電位の安定性が高い金属、例えば、銀塩化銀、酸化イリジウム等が用いられる。また、電極41には生体適合性が高い貴金属、例えば金や白金が用いられる。電極41及び参照電極44は基板43上に形成され、刺激制御部42は基板43にフリップチップ実装されている。基板43は、ポリプロピレンやポリイミド等、生体適合性が高く、所定の厚さにおいて折り曲げ可能な材料を長板状に加工したものをベース部としている。この基板43上に電極41と参照電極44とが配置され、さらにリード線43aにて刺激制御部42、と電気的に接続されている。   The stimulation unit 40 is provided with an electrode 41 that outputs an electrical stimulation pulse signal, a stimulation control unit 42, and a reference electrode 44. Each electrode 41 and the reference electrode 44 are connected to the stimulus control unit 42. This connection form will be described later. The stimulation control unit 42 serves to distribute the corresponding electrical stimulation pulse signal to each of the electrodes 41 based on the electrode designation signal sent from the control unit 32. The reference electrode 44 is a reference electrode for measuring the electrode potential of the electrode 41. The reference electrode 44 is preferably produced with a size equal to or larger than that of the electrode 41. For the reference electrode 44, a metal having high biocompatibility and high electrode potential stability, such as silver silver chloride or iridium oxide, is used. The electrode 41 is made of a noble metal having high biocompatibility, such as gold or platinum. The electrode 41 and the reference electrode 44 are formed on the substrate 43, and the stimulus control unit 42 is flip-chip mounted on the substrate 43. The substrate 43 has a base portion made of a material that is highly biocompatible, such as polypropylene or polyimide, and is processed into a long plate shape that can be bent at a predetermined thickness. The electrode 41 and the reference electrode 44 are disposed on the substrate 43, and are further electrically connected to the stimulation control unit 42 through a lead wire 43a.

また、受信部30と刺激部40とは複数のワイヤー50によって電気的に接続されている。ワイヤー50は生体適合性の良い貴金属を用いている、また、複数のワイヤー50は、取り扱いが容易となるように、チューブ51によって一つに束ねられている。なお、各ワイヤー50は接続部分を除いて絶縁被膜が施されている。   In addition, the receiving unit 30 and the stimulation unit 40 are electrically connected by a plurality of wires 50. The wire 50 uses a precious metal having good biocompatibility, and the plurality of wires 50 are bundled together by a tube 51 so as to be easily handled. Each wire 50 is provided with an insulating coating except for the connecting portion.

このような構成を備える体内装置20は、患者の体内の所定位置に設置される。図4は患者眼Eに刺激部40を設置した一例を示す図である。図示するように、基板43上に形成される電極41を脈絡膜E2に接触させた状態で、基板43の一部は、強膜E3と脈絡膜E2との間に設置される。また、基板43の刺激制御部42部分は、強膜E3の外側に置かれる。この基板43の設置は、強膜E3の一部を切開して強膜ポケットを形成させておき、この強膜ポケット内(脈絡膜E2の外側)に基板43の電極部分を挿入し設置後、縫合等により基板43を固定することにより行われる。   The intracorporeal device 20 having such a configuration is installed at a predetermined position in the patient's body. FIG. 4 is a diagram illustrating an example in which the stimulation unit 40 is installed on the patient's eye E. As shown in the drawing, a part of the substrate 43 is placed between the sclera E3 and the choroid E2 in a state where the electrode 41 formed on the substrate 43 is in contact with the choroid E2. Further, the stimulation control part 42 portion of the substrate 43 is placed outside the sclera E3. The substrate 43 is placed by incising a part of the sclera E3 to form a sclera pocket, inserting the electrode portion of the substrate 43 into the sclera pocket (outside the choroid E2), and then sewing. This is done by fixing the substrate 43 by, for example.

なお、不関電極34は図示するように眼内中央の前眼部よりの位置に置かれる。これによって、網膜E1は電極41と不関電極34(対向電極)との間に位置することとなる。よって、電極41からの電気刺激パルス信号が効率的に網膜を通ることとなる。   The indifferent electrode 34 is placed at a position from the anterior eye portion at the center of the eye as shown in the figure. As a result, the retina E1 is positioned between the electrode 41 and the indifferent electrode 34 (counter electrode). Therefore, the electrical stimulation pulse signal from the electrode 41 efficiently passes through the retina.

一方、受信手段31は、体外装置10に設けられた送信手段14からの信号(電気刺激パルス用データ信号及び電力)を受信可能な生体内の所定位置に設置される。例えば、図1に示すように、患者の側頭部の皮膚の下に受信部30(図では受信手段31のみ示している)を埋め込むとともに、皮膚を介して受信部30と対向する位置に送信手段14とを設置しておく。受信部30には、送信手段14と同様に磁石が取り付けられているため、埋植された受信部30上に送信手段14を位置させることにより、磁力によって送信手段14と受信部30とがくっつき合い、送信手段14が側頭部に保持されることとなる。   On the other hand, the receiving means 31 is installed at a predetermined position in the living body that can receive signals (electric stimulation pulse data signal and power) from the transmitting means 14 provided in the extracorporeal device 10. For example, as shown in FIG. 1, the receiving unit 30 (only the receiving unit 31 is shown in the figure) is embedded under the skin of the patient's temporal region and transmitted to a position facing the receiving unit 30 through the skin. The means 14 is installed. Since the magnet is attached to the receiving unit 30 similarly to the transmitting unit 14, the transmitting unit 14 and the receiving unit 30 are adhered to each other by magnetic force by positioning the transmitting unit 14 on the implanted receiving unit 30. Therefore, the transmission means 14 is held on the temporal region.

なお、ワイヤー50を束ねるチューブ51は、側頭部に埋め込まれた受信部30から側頭部に沿って皮膚下を患者眼に向かって延び、患者の上まぶたの内側を通して眼窩に入れられる。眼窩に入れられたチューブ51は、図4に示すように強膜E3の外側を通り、基板43に設置された刺激制御部42に接続される。   The tube 51 that bundles the wires 50 extends from the receiving unit 30 embedded in the temporal region to the patient's eye along the temporal region, and is inserted into the eye socket through the inside of the patient's upper eyelid. As shown in FIG. 4, the tube 51 placed in the eye socket passes through the outer side of the sclera E3 and is connected to the stimulation control unit 42 installed on the substrate 43.

なお、本実施形態では、体内装置20(刺激部40)の設置位置を強膜E3側に位置させて、強膜側(脈絡膜側)から網膜E1を構成する細胞を電気刺激する構成としたが、これに限るものではない。患者眼の網膜を構成する細胞を好適に刺激することが可能な位置に電極を設置することができればよい。例えば、体内装置を患者眼の眼内(網膜上や網膜下)に置き、電極が形成されている基板先端部分を網膜下(網膜と脈絡膜との間)や網膜上に設置させるような構成とすることもできる。   In the present embodiment, the installation position of the in-vivo device 20 (stimulation unit 40) is positioned on the sclera E3 side, and the cells constituting the retina E1 are electrically stimulated from the sclera side (choroid side). However, it is not limited to this. It is only necessary that the electrode can be installed at a position where cells constituting the retina of the patient's eye can be suitably stimulated. For example, the internal device is placed in the eye of the patient's eye (on the retina or below the retina), and the tip of the substrate on which the electrode is formed is placed under the retina (between the retina and choroid) or on the retina. You can also

また、本実施形態では、刺激部40で参照電極44を使用する構成としたが、これに限るものではない。参照電極44を刺激部40に設けず、不関電極34が参照電極44の機能を兼ねる構成としてもよい。   In the present embodiment, the reference electrode 44 is used in the stimulation unit 40. However, the present invention is not limited to this. The reference electrode 44 may not be provided in the stimulation unit 40, and the indifferent electrode 34 may function as the reference electrode 44.

次に、本実施形態の模式回路と動作について説明する。図5は、電極41と不関電極34及び参照電極44の接続を示す模式回路図である。図6は各電極41でのタイミングチャートを示す図である。42aは電源で、42bはスイッチ部である。電源42aは、刺激制御部42において電気刺激信号パルス信号の出力時の電源となるものを模式的に示したものである。スイッチ部42bは、刺激制御部42の内部に組み込まれるもので、刺激制御部42の制御を受けて、電源42aと接続される各電極41a、41bのオン・オフを切り換える機能を持つ。41a、41bは電極41の電極であり、ここでは、それぞれ電極A(第1の電極)、電極B(第2の電極)とする。34は不関電極、44は参照電極である。不関電極34は、図2、図3では、制御部32に接続されているが、ここでは、模式的に電源42aに接続されるものとする。電極41a、41bは、それぞれ電源42aに並列に接続される。電極41a、41bは共に、不関電極34、参照電極44を対となる電極としている。   Next, the schematic circuit and operation of this embodiment will be described. FIG. 5 is a schematic circuit diagram showing the connection between the electrode 41 and the indifferent electrode 34 and the reference electrode 44. FIG. 6 is a diagram showing a timing chart at each electrode 41. 42a is a power source and 42b is a switch part. The power source 42a schematically shows what becomes a power source when the stimulation control unit 42 outputs the electrical stimulation signal pulse signal. The switch unit 42b is incorporated in the stimulus control unit 42 and has a function of switching on / off of the electrodes 41a and 41b connected to the power source 42a under the control of the stimulus control unit 42. Reference numerals 41a and 41b denote electrodes of the electrode 41, which are referred to as an electrode A (first electrode) and an electrode B (second electrode), respectively. Reference numeral 34 is an indifferent electrode, and 44 is a reference electrode. The indifferent electrode 34 is connected to the control unit 32 in FIGS. 2 and 3, but here it is schematically connected to the power source 42 a. The electrodes 41a and 41b are each connected in parallel to the power source 42a. Both the electrodes 41a and 41b use the indifferent electrode 34 and the reference electrode 44 as a pair of electrodes.

スイッチ部42bは、電気刺激パルス信号が電極41a、41bのいずれか又は両方から出力される時に、スイッチの開閉が制御される。このスイッチング制御は、それぞれのスイッチで行われる。ここで、一方の電極で電気刺激を行う場合を想定する。スイッチが「開」の状態だと、先に述べた、高入力抵抗状態となり、他方の電極から電気刺激パルス信号が出力されても、「開」状態のスイッチに電流が流れ込むことはない。つまり、電極を回路から切り離すこと(オープン状態にすること)により、高入力抵抗(ハイインプットインピーダンス)状態を実現している。次に、2つの電極から同時に電気刺激を行う場合を想定する。スイッチ部42bの両方が「閉」状態となった場合は、電極41a、41bが、共に電源42aに並列接続状態となる。このとき、電極41a、41bのそれぞれの電極電位は、参照電極44(不関電極34でもよい)に対して、等しくなる。このため、電極41aと電極41b間で電位差が生じず、この電極間で電流が流れることがない。   When the electrical stimulation pulse signal is output from one or both of the electrodes 41a and 41b, the switch unit 42b is controlled to open and close the switch. This switching control is performed by each switch. Here, it is assumed that electrical stimulation is performed with one electrode. When the switch is in the “open” state, the high input resistance state described above is entered, and even if an electrical stimulation pulse signal is output from the other electrode, no current flows into the switch in the “open” state. That is, a high input resistance (high input impedance) state is realized by disconnecting the electrode from the circuit (opening the electrode). Next, it is assumed that electrical stimulation is performed simultaneously from two electrodes. When both of the switch portions 42b are in the “closed” state, the electrodes 41a and 41b are both connected in parallel to the power source 42a. At this time, the electrode potentials of the electrodes 41a and 41b are equal to the reference electrode 44 (or the indifferent electrode 34). For this reason, a potential difference does not occur between the electrode 41a and the electrode 41b, and no current flows between the electrodes.

次に、電極41より出力される電気刺激パルス信号のタイミングチャートの一例について説明する。図6の上段が電極Aのタイミングチャートを示し、下段が電極Bのタイミングチャートを示す。各チャートの横軸は時間を示し、縦軸は電圧を示す。ここで、電極Aと電極Bで同時(同時刻)に2相性の電気刺激パルス信号を出力する場合を考える。なお、図6では、プラス側とマイナス側の矩形波で、一つの刺激を構成している。ここで図6における縦軸は、参照電極44と刺激電極41の電位差、すなわち、刺激電極41の電極電位を示す。また、図6における電位IPP(Inter-Pulse Potential)は、刺激パルスを出力していない時の電極電位を示す。このとき刺激電極44は制御部42により高入力抵抗状態に保たれている。   Next, an example of a timing chart of the electrical stimulation pulse signal output from the electrode 41 will be described. The upper part of FIG. 6 shows a timing chart of the electrode A, and the lower part shows a timing chart of the electrode B. The horizontal axis of each chart indicates time, and the vertical axis indicates voltage. Here, a case is considered in which a biphasic electrical stimulation pulse signal is output simultaneously (at the same time) between the electrode A and the electrode B. In FIG. 6, one stimulus is composed of square waves on the plus side and the minus side. Here, the vertical axis in FIG. 6 indicates the potential difference between the reference electrode 44 and the stimulation electrode 41, that is, the electrode potential of the stimulation electrode 41. Further, the potential IPP (Inter-Pulse Potential) in FIG. 6 indicates the electrode potential when no stimulation pulse is output. At this time, the stimulation electrode 44 is maintained in a high input resistance state by the control unit 42.

図示するように、時刻t0で電極A,B共に、+Vの電圧が、刺激制御部42により印加される。電極Aでは、時間T01、T02の間、電圧+Vが一定で維持される。一方、電極Bでは、時間T01の間は電圧+Vが一定で維持されるが、時間T02の間は高入力抵抗状態である。時間T01では、電極A、Bは同じ電圧+Vであるため、電極間に電位差が生じない(等電極電位状態)。このため、電極間に電流が流れることがない。また、時間T02では、電極Aの電圧が+Vで、電極Bは高入力抵抗状態となっている。一般に印加電圧+VとIPPは異なるため、電極Aと電極Bの間に電位差が生じるが、電極間に電流が流れない。これは、刺激制御部42が電極Bを高入力抵抗状態にしているためである。このため、電流を流さない電極Bと、電流を流している電極Aとの間に電位差が生じても、電極間に電流が流れない。このようにして、異なる電極で同時に電気刺激パルス信号が出力されても、電極間で電流が流れない構成となる。 As shown in the figure, a voltage of + V is applied by the stimulus control unit 42 to the electrodes A and B at time t 0 . In the electrode A, the voltage + V is kept constant during the times T 01 and T 02 . On the other hand, in the electrode B, the voltage + V is kept constant during the time T 01 , but is in a high input resistance state during the time T 02 . At time T 01 , since the electrodes A and B are at the same voltage + V, no potential difference occurs between the electrodes (equal electrode potential state). For this reason, no current flows between the electrodes. At time T 02 , the voltage of the electrode A is + V, and the electrode B is in a high input resistance state. In general, since the applied voltage + V and IPP are different, a potential difference is generated between the electrode A and the electrode B, but no current flows between the electrodes. This is because the stimulus control unit 42 places the electrode B in a high input resistance state. For this reason, even if a potential difference arises between the electrode B that does not pass current and the electrode A that passes current, no current flows between the electrodes. In this way, even if electrical stimulation pulse signals are simultaneously output from different electrodes, no current flows between the electrodes.

次に、異なる電極41で同時刺激する場合に、各々の電極で電気刺激の強度を調節する方法を説明する。同時刺激をする際に電極間で電流が流れない構成としているため、電流を流す時間、ここでは、電圧+Vでの持続時間を各電極で変化させて、電気刺激の強度に差を与えている。電圧一定で電流を流す時間を変化させ、電極から網膜を構成する細胞への注入電荷量を変化させる。図5に示すように、電極Aは時間T01+T02の間に電圧+Vで電流を流している。また、電極Bは時間T01の間に電圧+Vで電流を流している。電極Aと電極Bでの注入電荷量を比較すると、電圧+Vを長く維持した電極Aの方が、多くなる。このようにして、電気刺激の持続時間により注入電荷量を制御し、これによって電気刺激の強度を変えるようにする。なお、図5の同時刺激において、マイナス側への電気刺激は、前述した方法と同様の概念であるため、説明は省略する。 Next, a method of adjusting the intensity of electrical stimulation with each electrode when simultaneously stimulating with different electrodes 41 will be described. Since the current does not flow between the electrodes when performing simultaneous stimulation, the current flow time, here, the duration at the voltage + V is changed at each electrode to give a difference in the intensity of the electrical stimulation. . The amount of charge injected from the electrode to the cells constituting the retina is changed by changing the current flow time at a constant voltage. As shown in FIG. 5, the electrode A passes a current at a voltage + V during a time T 01 + T 02 . The electrode B is passing a current at a voltage + V during the time T 01 . Comparing the amount of injected charge between the electrode A and the electrode B, the number of the electrode A in which the voltage + V is maintained longer is larger. In this way, the amount of injected charge is controlled by the duration of the electrical stimulation, thereby changing the intensity of the electrical stimulation. In addition, in the simultaneous stimulation of FIG. 5, the electrical stimulation to the minus side is the same concept as the method described above, and thus the description is omitted.

ここでは、網膜を構成する細胞(生体組織)を電気刺激する場合を想定しているため、実際に一定電圧で電気刺激した場合に、電流値がどのような波形になるかの特定が難しい。一定電圧での電気刺激時には、容量性電流成分などを含む電流の過渡的応答がみられる。各電極毎で得られる電流の積分値が、網膜を構成する細胞への注入電荷量となる。   Here, since it is assumed that the cells (biological tissues) constituting the retina are electrically stimulated, it is difficult to specify the waveform of the current value when the electrical stimulation is actually performed with a constant voltage. During electrical stimulation at a constant voltage, a transient response of current including a capacitive current component is observed. The integral value of the current obtained for each electrode is the amount of charge injected into the cells constituting the retina.

以上説明したように、電気刺激パルス信号を出力する各電極を電源に対し並列に接続し、刺激制御部が各電極の切り換えを制御することにより、同時刺激の際に各電極の電気刺激パルス信号の出力を等しくできる。このような構成にすることで、同時刺激の際に、各電極の電極電位を等しくして、各電極間で電流が流れることを低減にすることができる。また、電気刺激パルス信号の各々の電極での持続時間を変化させることによって、電気刺激の強度を変えている。   As described above, each electrode that outputs an electrical stimulation pulse signal is connected in parallel to the power source, and the stimulation control unit controls the switching of each electrode, so that the electrical stimulation pulse signal of each electrode can be used during simultaneous stimulation. Can be made equal. By adopting such a configuration, it is possible to make the electrode potentials of the respective electrodes equal during simultaneous stimulation and to reduce the flow of current between the electrodes. Moreover, the intensity | strength of electrical stimulation is changed by changing the duration in each electrode of an electrical stimulation pulse signal.

以上説明した本実施形態では、異なる電極で、同時刻に電気刺激を開始する構成としたが、これに限るものではない。電気刺激中の電極電位が一定であれば、刺激のタイミングはどのような組合せであってもよい。   In the present embodiment described above, the electrical stimulation is started at the same time using different electrodes, but the present invention is not limited to this. As long as the electrode potential during electrical stimulation is constant, the timing of stimulation may be any combination.

なお、以上説明した本実施形態では、第1と第2の電極を1個ずつとしたが、これに限るものではない。本発明は、複数の電極を使っての同時刺激も想定されるので、第1の電極、第2の電極が複数となる場合も含む。   In the present embodiment described above, the first and second electrodes are provided one by one. However, the present invention is not limited to this. Since the present invention also assumes simultaneous stimulation using a plurality of electrodes, the present invention includes a case where a plurality of first electrodes and a plurality of second electrodes are provided.

以上のような構成を備える視覚再生補助装置において、その動作を図3に示す制御系のブロック図を基に説明する。図1に示す撮影装置12により撮影された被写体の撮影データ(画像データ)は、データ変調手段13aに送られる。データ変調手段13aは、撮影した被写体を患者が認識するために必要となる所定データパラメータ(電気刺激パルス用データ)に変換し、さらに電磁波として伝送するのに適した変調信号に変調し、送信手段14より電磁波として体内装置20側に送信する。   The operation of the visual reproduction assisting apparatus having the above-described configuration will be described based on the control system block diagram shown in FIG. The photographing data (image data) of the subject photographed by the photographing device 12 shown in FIG. 1 is sent to the data modulation means 13a. The data modulation means 13a converts the photographed subject into predetermined data parameters (electric stimulation pulse data) necessary for the patient to recognize, further modulates the modulated subject into a modulation signal suitable for transmission as an electromagnetic wave, and transmission means 14 is transmitted as an electromagnetic wave to the in-vivo device 20 side.

また同時に、データ変調手段13aは、バッテリー13bから供給されている電力を前述した変調信号(電気刺激パルス用データ)の帯域と異なる帯域の電磁波として前記変調信号と合わせて体内装置20側に送信する。   At the same time, the data modulation means 13a transmits the power supplied from the battery 13b to the in-vivo device 20 side together with the modulation signal as an electromagnetic wave having a band different from the band of the modulation signal (electric stimulation pulse data) described above. .

体内装置20側では、体外装置10より送られてくる変調信号と電力とを受信手段31にて受け取り、制御部32に送る。制御部32では受けとった信号から、変調信号が使用する帯域の信号を抽出するとともに、この変調信号に基づいて電気刺激パルス信号と電極指定信号とを形成し、電極指定信号を刺激制御部42に送信する。刺激制御部42では受け取った電極指定信号に基づいて前述した方法により、各電極41から双極性の電気刺激パルス信号を同時に或いは個別に出力させる。複数の電極41から電気刺激パルス信号を同時に出力する場合には、視覚の再生を妨げない程度の同時出力にて行う。複数の電極41から電気刺激パルス信号を同時に出力することにより、一画像を認識させるのに必要な時間を短くすることができ、フレームレートを高くすることが可能となる。また、各電極41は電源に対して並列に接続されており、各電極において印加電圧は同じである。したがって、複数の電極41から同時に電気刺激パルス信号が出力されていても電位差は生じず、電極間の干渉が起こりにくく、好適に視覚の再生を行うことができる。   On the in-vivo device 20 side, the modulation signal and power sent from the extracorporeal device 10 are received by the receiving means 31 and sent to the control unit 32. The control unit 32 extracts a signal in a band used by the modulation signal from the received signal, forms an electrical stimulation pulse signal and an electrode designation signal based on the modulation signal, and sends the electrode designation signal to the stimulation control unit 42. Send. The stimulation control unit 42 outputs bipolar electrical stimulation pulse signals from each electrode 41 simultaneously or individually by the method described above based on the received electrode designation signal. When the electrical stimulation pulse signals are output simultaneously from the plurality of electrodes 41, the simultaneous output is performed so as not to prevent visual reproduction. By simultaneously outputting electrical stimulation pulse signals from the plurality of electrodes 41, the time required to recognize one image can be shortened and the frame rate can be increased. Each electrode 41 is connected in parallel to the power source, and the applied voltage is the same in each electrode. Therefore, even if electrical stimulation pulse signals are simultaneously output from the plurality of electrodes 41, no potential difference is generated, and interference between the electrodes hardly occurs, and visual reproduction can be suitably performed.

各電極41から出力する電気刺激パルス信号によって網膜を構成する細胞が電気刺激され、患者は視覚(光覚)を得る。なお、制御部32は、受信手段31により体内装置20を駆動させるための電力を得る。   The cells constituting the retina are electrically stimulated by the electrical stimulation pulse signal output from each electrode 41, and the patient obtains vision (light sense). The control unit 32 obtains electric power for driving the in-vivo device 20 by the receiving unit 31.

以上説明した本実施形態では、電気刺激パルス信号を、1刺激が2相性のパルスで、プラスとマイナスで電荷量が相殺されるものとしたが、これに限るものではない。プラス側やマイナス側にのみ電位が変化する単相性のパルスや、プラスとマイナスで電荷量が相殺されない2相性のパルスであってもよい。そのような場合は、電気刺激パルス信号とは別に、合計の注入電荷量をゼロに近づける処理が行われていれば良い。その一例としては、制御部や刺激制御部にコンデンサを設け、刺激毎の電荷を蓄積し、適宜放電する構成が考えられる。実際には、プラスとマイナスの電荷量が相殺するような2相性のパルスで電気刺激を行っても、多少電荷が相殺されない場合がある。これを相殺するために、1パルスの電気刺激中に生じる電荷をコンデンサに蓄積し、放電することで、眼内の電荷バランスをゼロに近づける。これにより、眼内の電荷の偏りを低減できる。   In the present embodiment described above, the electrical stimulation pulse signal is a biphasic pulse, and the charge amount is offset between plus and minus. However, the present invention is not limited to this. It may be a monophasic pulse in which the potential changes only on the plus side or the minus side, or a biphasic pulse in which the charge amount is not offset between plus and minus. In such a case, a process for bringing the total injected charge amount close to zero may be performed separately from the electrical stimulation pulse signal. As an example, a configuration is conceivable in which a capacitor is provided in the control unit or the stimulation control unit, the electric charge for each stimulation is accumulated, and discharged appropriately. Actually, even if electrical stimulation is performed with a biphasic pulse in which the positive and negative charge amounts cancel each other, the charges may not be offset somewhat. In order to cancel this, the charge generated during one pulse of electrical stimulation is accumulated in the capacitor and discharged, thereby bringing the charge balance in the eye close to zero. Thereby, the bias | inclination of the electric charge in an eye can be reduced.

視覚再生補助装置の外観を示した概略図である。It is the schematic which showed the external appearance of the visual reproduction auxiliary | assistance apparatus. 本実施形態における視覚再生補助装置の体内装置を示した概略図である。It is the schematic which showed the in-vivo apparatus of the visual reproduction assistance apparatus in this embodiment. 本実施形態における視覚再生補助装置の制御系を示したブロック図である。It is the block diagram which showed the control system of the visual reproduction auxiliary | assistance apparatus in this embodiment. 体内装置を体内に設置した状態を示した図である。It is the figure which showed the state which installed the in-vivo apparatus in the body. 本実施形態の回路構成を模式的に示した図である。It is the figure which showed typically the circuit structure of this embodiment. 本実施形態の電気刺激におけるタイミングチャートを示した図である。It is the figure which showed the timing chart in the electrical stimulation of this embodiment.

符号の説明Explanation of symbols

1 視覚再生補助装置
10 体外装置
20 体内装置
30 受信部
32 制御部
34 不関電極
40 刺激部
41 電極
42 刺激制御部
42a 電源
42b スイッチ部
44 参照電極


DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Visual reproduction | regeneration assistance apparatus 10 External apparatus 20 In-vivo apparatus 30 Receiving part 32 Control part 34 Indifferent electrode 40 Stimulation part 41 Electrode 42 Stimulation control part 42a Power supply 42b Switch part 44 Reference electrode


Claims (1)

複数の電極を用いて網膜を構成する細胞を電気刺激することにより視覚を再生する視覚再生補助装置において、
前記複数の電極に接続される制御部であって,前記複数の電極から電気刺激パルス信号を出力するための制御部と、を備え、第1の電極から前記電気刺激パルス信号を出力している間に第2の電極から電気刺激パルス信号を出力させる場合において,前記制御部が前記第1の電極の電極電位と第2の電極の電極電位が等しくなるように前記電気刺激パルス信号の出力を制御する
ことを特徴とする視覚再生補助装置。
In a visual reproduction assisting device that reproduces vision by electrically stimulating cells constituting the retina using a plurality of electrodes ,
A control unit connected to said plurality of electrodes, and a control unit for outputting an electrical stimulation pulse signals from said plurality of electrodes, and outputs the electrical stimulation pulse signals from the first electrode In the case where the electrical stimulation pulse signal is output from the second electrode in the meantime, the control unit outputs the electrical stimulation pulse signal so that the electrode potential of the first electrode is equal to the electrode potential of the second electrode. Visual reproduction assisting device characterized by controlling.
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