岩手大学教職大学院...メッセージ 院生インタビュー 02 令和元年度 岩手大学教職大学院 03 岩手大学大学院教育学研究科(教職大学院)は平成
不二門尚 大阪大学大学院医学系研究科 感覚機能形 …...1.002 0 5 10 15 0.997...
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人工網膜人工網膜現状と今後の展望現状と今後の展望
不二門 尚不二門 尚
大阪大学大学院医学系研究科
感覚機能形成学
Osaka Univ. Graduate School of MedicineMedical Robotics and Image Science
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人工網膜とは人 網膜
本邦における人 網膜研究 現状 本邦における人工網膜研究の現状
今後の展望
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視細胞は消失しているが、網膜内層が残存 た疾患 治療戦略残存した疾患の治療戦略
人工網膜
再生医療再生医療
(遺伝子導入) 胎児網膜移植
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網膜色素変性(視細胞は死んでいるが、神経節細胞は生きている)
視力視力 視力 0視力 0.8
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人工網膜とは
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Phosphenee
Mechanical phosphene
Electrical PhosphenePhosphene
6
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目標
眼前指数弁程度の人工視覚を動物モデルで達成する10年以内に人工視覚システム実用機を開発する(2001-)
白内障 外傷
高度近視10%
白内障、外傷、脳卒中、他
14%
緑内障25%
黄斑変性11%
糖尿病網膜症網膜色素変性、視力:手動弁
70
80
糖尿病網膜症23%網膜色素変性
17%
失明原因疾患
大阪大眼科、網膜色素変性外来患者171例中30
40
50
60
70(中江公裕 他:我が国における視覚障害の現況. 2006)
7両側0.01(指数弁)以下:29例(17.0%)
(342眼中77眼(22.5%))0
10
20
30
0 光覚 手動弁 0.01 0.02-0.1
0.2- 0.4
0.5- 0.9
1
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本邦独自の人工網膜の方式脈絡膜上-経網膜刺激方式 (STS)脈絡膜上-経網膜刺激方式 (STS)
脈絡膜上 経網膜刺激方式(STS)脈絡膜上-経網膜刺激方式(STS)
硝子体不関電極
網膜上電極方式 網膜下電極方式
硝子体
網膜
刺激電極
網膜
強膜
脈絡膜
刺激電極
8刺激電極
14
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人工網膜移植(USCグル プ)人工網膜移植(USCグループ)
10
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視神経刺激型電極
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網膜色素変性モデルラット(RCSラット)に対する脈絡膜上-経網膜電気刺激による人工視覚
ERG
100 ms20 uV
VEP
100 ms100 uV
100 ms
EEP20 ms
50 uV
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STS法により賦活される網膜部位のOptical imaging (ネコ)
0.5 msec 0.5 msec
Electric stimulator
15 - 500 µAfrequency 50 Hz
CCD
Fundus imageIR filter
Observation lightvisible lightInfrared light (IR)
IR filter
Infrared light (IR)
12電気刺激で賦活される網膜部位を反射光量の変化で検出
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網膜の機能画像(光刺激の場合)
神経組織に観察光を当てると、活動部位では反射光量が変化する
Okawa Y et al IOVS 2007
13
Okawa Y,et al IOVS 2007
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電極部位STSで賦活される網膜部位と電流値の関係
300 microA150 microA100 microA65 microA
3°
300 microA150 microA100 microA65 microA
賦活範囲 賦活範囲
14STS刺激 時間経過 刺激電流値
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電極の設置部位
Ch1の部位
2 mm
Ch1の部位
Ch2の部位
10°
2 mm
Optical Imaging の結果
眼底写真
Optical Imaging の結果
Ch1による刺激 Ch2による刺激
15
電流強度1 mA, 20 Hz
10° 10°
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電極の設置部位
Ch1の部位
2 mm
Ch1の部位
Ch2の部位
10°
2 mm
Optical Imaging の結果
眼底写真
Optical Imaging の結果
Ch1による刺激 Ch2による刺激
16
電流強度1 mA, 20 Hz
10° 10°
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Ch1による刺激
1.003x 10
4
0 998
0.999
1
1.001
1.002
3
0 5 10 150.997
0.998
10100Ch2による刺激
9900
10000
10100
0 5 10 159800
10050
強度
0 5 10 159900
9950
10000Ch1とCh2の同時刺激
画角 (度)
0 5 10 15
10°刺激部位を変えると反応部位も変化した。
点同時に刺激すると反応部位も 箇所にな た
17
102点同時に刺激すると反応部位も2箇所になった。⇒二点弁別の可能性
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STS方式急性臨床試験目的: 視細胞がほぼ消失した症例(視力手動弁以下)でSTS法
の有効性を検証(大阪大学医学部倫理委員会承認済)
方法: *進行した網膜色素変性の4症例が協力者として参加
*2極電極を強膜上に置いて(参照電極:手首)、フォスフェンを感じる場所を探る
強膜ポケ 内 刺激電極を挿 (参照電極 硝 体*強膜ポケット内に刺激電極を挿入し(参照電極:硝子体中)、フォスフェンの閾値、2点弁別、見え方、パターンの認識などを検討識などを検討
施行 年齢 性別 視力
症例1 H17 9月 65 男 光覚弁症例1 H17.9月 65 男 光覚弁
症例2 H17.10月 65 女 光覚弁
症例 月 男 眼前手動弁18
症例3 H20.2月 60 男 眼前手動弁
症例4 H20.2月 65 女 光覚弁
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刺激電極刺激電極
電極: 電極:症例1,2 ユニークメディカル製9ch白金電極
電極径0.2 mm,電極間距離0.8mm 症例3 4 NIDEK製49ch弾丸型白金電極症例3,4 NIDEK製49ch弾丸型白金電極
電極径0.5 mm,電極間距離1.4mm
硝子体電極:硝子体電極症例1,2 径0.1mm Pt wire症例3,4 NIDEK製 径0.5mm電極
19
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網膜刺激電極の埋植
2020
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急性臨床試験 症例 1の profile
症例1 66歳男性 網膜色素変性症(両眼) 症例1.66歳男性 網膜色素変性症(両眼)
視力:右 光覚、 左:0
現病歴:小学校2年より夜盲症、35歳頃より視力低下、50歳頃より手動弁(両眼)
白内障手術:平成10年
上
Phosphene 試験の結果(右目)
上
右 左
21
下1.4mA
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2極電極での強膜上からの刺激
9極電極による刺激(1点刺激)強膜上からの刺激 (1点刺激)
電極間1mm
Φ=500um
閾値 0.4mA
電極間Φ=200um
閾値0.3-0.5mAパチンコ玉ー500円玉
22 30
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9極電極による刺激 (多点刺激)9極電極による刺激 (多点刺激)
Pt, Φ=200um
Ch6-9 鼻側上方と耳側下方に2つのピークがあった。
Ch8-9 上方と鼻側下方にがphospheneが生じた。
86
239
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慢性埋め込み型STS 人工視覚システム慢性埋め込み型STS 人工視覚システム
implant
ラジオ波
External unit
24
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長期埋植の安全性確保(人工内耳型の電送システム)
デコーダー
2次コイル
25蝸牛電極
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26
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目的
•これまでの知⾒をもとに、指数弁課題遂⾏時の⼈⼯網膜システム埋植者の知覚をシミュレ ションする網膜システム埋植者の知覚をシミュレーションする。•指数弁相当の視⼒を提供するのに必要なシステムの仕様を考える。
眼前30 cm20 四⽅ 5 mm ⾓20 cm 四⽅ 5 mm ⾓
空間解像度:電極密度 画素密度(ピクセレーション)27輝 度 :パルス頻度 階調表現(ポスタリゼーショ
ン)
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Photoshop™での処理手順
原図 ⾃動レベル補正 フィルタ原図 ⾃動レベル補正 ピクセレート
8 bit 256階調 3202画素
ポスタリゼーション(8階調)
出⼒レベル補正(128 255)
フィルタノイズ(15%)を加える
8 bit:256階調, 3202画素
(8階調)(128-255)ノイズ(15%)を加える
28
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階調表現1 bit:2階調2 bit:4階調3 bit:8階調8 bit:256階調
102
202
8 bit:256階調8 bit:256階調3202画素
102
202
29
202
![Page 30: 不二門尚 大阪大学大学院医学系研究科 感覚機能形 …...1.002 0 5 10 15 0.997 0.998 10100 Ch2による刺激 9900 10000 0 5 10 15 9800 10050 強度 0 5 10 15 9900](https://reader034.fdocument.pub/reader034/viewer/2022042107/5e8759ca80c5d150b41e395f/html5/thumbnails/30.jpg)
階調表現
視知覚の向上が期待できる視知覚の向上が期待できる特に・背景とオブジェクトのコントラストが弱い状況・空間解像度(電極密度)が⾼い状況空間解像度(電極密度)が⾼い状況
輝度を8階調で表現できれば望ましい< 50 Hz / period で実現できる
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ピクセレート:画素数(電極数)
3×3極
4×4極
6×66×6極
8×831
極
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読書可能な視力の達成歩行可能な視野の確保 読書可能な視力の達成歩行可能な視野の確保
8×20=160 pixel160 pixel
3 mmΦ=100um
電荷注入能力の高い電極
323.5 mm × 2300 um(視角24°)
複数の基板の埋植 (Ir O2)