CN104602654A - 人造感觉上皮 - Google Patents

Abstract

一种植入患者耳蜗内(301)的人造感觉上皮(1)，具备压电薄膜(2)和在压电薄膜上设置的大量的微电极(3)、(3)、……，压电薄膜被设置成沿着耳蜗内的基底膜(306)，利用来自耳蜗外部的声波，压电薄膜中与基底膜的振动部位相对应的部位进行振动，大量的微电极中在压电薄膜的振动部位设置的微电极将电刺激给予螺旋神经节细胞(311)。人造感觉上皮优选为具备对压电薄膜进行支撑的、且可固定在耳蜗内的支撑体(4)。

Description

人造感觉上皮

技术领域

本发明涉及一种植入耳蜗内的人造感觉上皮。

背景技术

作为听觉障碍的听力损失分为：由外耳·中耳的传音系统的功能障碍导致的传导性听力损失、以及主要由内耳功能障碍导致的感音神经性听力损失。传导性听力损失可以期待通过手术得到改善，而弥补感音神经性听力损失就需要使用称为助听器或人工内耳的听觉辅助设备。

对于严重的感音神经性听力损失来说，即使使用助听器，也不能充分地弥补功能障碍。因此，为了治疗严重的感音神经性听力损失患者，提出了如在下述非专利文献1中公开那样的人工内耳。

这种人工内耳，通过使用植入耳蜗内的多通道电极对听觉神经增加直接电刺激，使脑对声音进行识别。通过使用这种人工内耳，能够恢复患有内耳功能障碍的患者的听觉。

〔非专利文献〕

非专利文献1：美国国家科学院院报(Proceedings of the National Academy ofSciences of the United States of America)/2011年11月8日/vol.88/no.45/18390-18395

发明内容

然而，这种人工内耳存在如下问题：不能对人类听觉频率范围的声音进行全频段覆盖。也就是，这种人工内耳被构成为：通过从外部来到压电薄膜的声波使压电薄膜进行振动，再通过在压电薄膜上设置的大量的微电极将电刺激传递到螺旋神经节细胞。

压电薄膜形成为细长的梯形形状，共振频率沿着长度方向发生变化。来自外部的声波来到压电薄膜时，压电薄膜中对应于声波频率的部位进行共振，该部位上设置的微电极对螺旋神经节细胞进行刺激。也就是说，使用压电薄膜进行频率鉴别。

耳蜗是螺旋状的管，这种人工内耳以压电薄膜的长度方向成为耳蜗管的轴方向的方式，被插入到耳蜗内。压电薄膜在共振频率越低的部位，宽度越大，但该宽度无法超过耳蜗管的直径。使用这种人工内耳的情况下，对于可插入耳蜗内的压电薄膜的宽度来说，不能完全覆盖人类听觉频率范围中的低频段的声音。

另外，也提出了利用声音处理器进行频率鉴别的类型的人工内耳。对于这种人工内耳来说，虽然可以对人类听觉频率范围的声音进行全频段覆盖，但是声音处理器无法植入体内，只能安装在体外。因此，存在如下问题：使用者的活动在很多情况下被限制，且对使用者来说成了大负担。

本发明是鉴于上述问题点而作出的，提供一种完全体内植入型的感音神经性听力损失用辅助设备，其能够对人类听觉频率范围的声音进行全频段覆盖。

为了达到上述目的，本发明是植入患者耳蜗内的人造感觉上皮，具备压电薄膜和在所述压电薄膜上设置的大量的微电极，所述压电薄膜被设成沿着所述耳蜗内的基底膜，利用来自所述耳蜗的外部的声波使所述压电薄膜中与所述基底膜的振动部位相对应的部位进行振动，所述大量的微电极中在所述压电薄膜的所述部位上设置的微电极将电刺激给予螺旋神经节细胞。

本发明的人造感觉上皮，被构成为来自耳蜗的外部的声波使压电薄膜中与基底膜的振动部位相对应的部位进行振动，使用基底膜进行频率鉴别，因此能够对人类听觉频率范围的声音进行全频段覆盖。还有，本发明的人造感觉上皮不需要频率鉴别用的体外设备，因此可以做成完全体内植入型。

另外，优选具备对压电薄膜进行支撑的、且可固定在耳蜗内的支撑体，理由是这将使到耳蜗的安装变得容易且容易处理。

还有，优选微电极具有朝螺旋神经节细胞突出的突起，理由是这将使电刺激变得容易传递到螺旋神经节细胞。

这种情况下，如果突起是线状的，则电刺激特别容易传递到螺旋神经节细胞。

另外，优选突起与微电极一体成形，理由是这将使零件数量减少且制造成本降低。

还有，优选压电薄膜与基底膜连接，理由是这将使基底膜的振动以好的精度传递到压电薄膜。

还有，如果压电薄膜是细长的带状，压电薄膜的一端上设有利用人类听觉频率范围中的高频段的声波进行共振的高音共振部，高音共振部中的压电薄膜侧的高音共振部的宽度比压电薄膜侧的相反侧的高音共振部的宽度大，则人类听觉频率范围中的高频段的声波以好的精度传递到螺旋神经节细胞，因此听觉性能得到提高。

〔发明效果〕

根据本发明，能够提供一种对人类听觉频率范围的声音进行全频段覆盖的完全体内植入型人造感觉上皮。

附图说明

图1是表示耳朵结构的示意剖视图。

图2是表示耳蜗结构的剖视图。

图3是本发明第一实施方式的俯视图。

图4是图3的A-A’剖视图。

图5是第一实施方式的功能的说明图。

图6是本发明第二实施方式俯视图。

图7是本发明第三实施方式的局部剖视图。

具体实施方式

以下，参照附图，对本发明的人造感觉上皮的实施方式进行说明。在说明本实施方式之前，先参照图1和图2对耳朵的基本结构进行说明。图1是表示耳朵结构的示意剖视图。图2是表示耳蜗结构的剖视图。

图1中，耳朵是负责听觉的感觉器官，大致分为外耳100、中耳200和内耳300。在耳朵的外面产生的声波经外耳道101引导，使位于外耳道101的里面一端的鼓膜102进行振动。由三块骨组成的听小骨201将鼓膜102的振动传递到耳蜗301的内部。

耳蜗301为约两圈半的管状。如图2所示，耳蜗301的内部被分为前庭阶302、中阶303和鼓阶304这三个区域，各区域充满了淋巴液。前庭阶302和中阶303是由前庭膜305分隔的，中阶303和鼓阶304是由基底膜306分隔的。

基底膜306利用经由外耳100和中耳200传播的声波而进行振动。在基底膜306上，各部位具有易振动的特征频率，在与传播到基底膜306的声波的频率相对应的部位发生大的振动。

中阶303的内部存在有称为螺旋器(Corti器)307的器官。螺旋器307中存在内毛细胞308和外毛细胞309这两种细胞，内毛细胞308和外毛细胞309被盖膜310覆盖。

基底膜306进行振动时，基底膜306上的内毛细胞308也进行振动。内毛细胞308在内毛细胞308的顶部具有感觉毛，内毛细胞308通过与盖膜310的相对运动而变形，并产生电位变化。

还有，外毛细胞309通过收缩运动，对微弱的声音刺激进行放大，另一方面对过大的声音刺激进行抑制，提高听觉灵敏度。

在耳蜗301的各部分受到刺激的听觉神经(螺旋神经节细胞311的细胞束)312(参照图1)，将在耳蜗301产生的电信号传递到脑。电信号在按每个特征频率被检测并最终到达大脑皮层时，被设别为具有各种频率成分的复合音。

本实施方式的人造感觉上皮1被插入到耳蜗301的鼓阶304，配置成与基底膜306之间存在微小间隙的状态。图3是人造感觉上皮1的俯视图，图4是图3的A-A’剖视图。以下，参照图3和图4，对人造感觉上皮1的结构进行说明。

人造感觉上皮1具备：细长带状的压电薄膜2，在压电薄膜2上设置的大量的微电极3、3、……，对压电薄膜2的两端进行支撑的支撑体4、4。大量的微电极3、3、……的每一个都包含负电极3a和正电极3b。呈如下状态：压电薄膜2的两端被层叠在支撑体4、4的顶面，在压电薄膜2的两侧边缘部的下侧设置的正电极3b、3b、……的下部嵌入支撑体4。另外，图3中，为了方便查看，压电薄膜2相对于支撑体4的尺寸比例和微电极3相对于支撑体4的尺寸比例比实际的尺寸比例大。

本实施方式中，作为压电薄膜2的材料，使用具有压电性的P(VDF-TrFE)膜，对压电薄膜2进行激振时，在压电薄膜2上就产生与振动引起的扭曲相对应的微电压。还有，压电薄膜2被形成为：利用来自耳蜗301的外部的声波，使压电薄膜2中与基底膜306的振动部位相对应的部位进行振动。

另外，压电薄膜2各部份的尺寸被设定为：使压电薄膜2以高于患者听觉频率范围的频率进行共振。本实施方式中，长度L1为35mm，宽度W1为40μm以下，厚度t₁(参照图4)为0.4μm，压电薄膜2不受人类听觉频率范围的声波的影响，与基底膜306联动而进行振动。

微电极3、3、……沿着压电薄膜2的两侧边缘部被配置成交错形状。由压电薄膜2产生的微电压引起的电刺激，通过各个微电极3被传递到螺旋神经节细胞311。

本实施方式的微电极3是利用MEMS技术而形成的，电极大小(沿着压电薄膜2的长度方向的大小和沿着压电薄膜2的宽度方向的大小)被设定成使各个微电极3产生的电荷总量为最大。

支撑体4，例如由硅等具有适度柔软性的材料而形成，更具体来说，能够由SOI晶圆来形成。如图2所示，支撑体4沿着鼓阶304的内面发生弹性变形，人造感觉上皮1以对着基底膜306的状态被固定支撑在鼓阶304上。通过具备支撑体4，使人造感觉上皮1安装到耳蜗301变得容易，而且人造感觉上皮1的处理也变得容易。

接下来，参照图2，对本实施方式的人造感觉上皮1的功能进行说明。

人造感觉上皮1，以压电薄膜2的长度方向成为耳蜗301的鼓阶304的长度方向的方式，从一个支撑体4开始插入鼓阶304，安装到基底膜306的附近。

来自外部的患者听觉频率范围的声波来到基底膜306时，基底膜306中与该声波的频率相对应的部位就进行振动。该振动传播到人造感觉上皮1的压电薄膜2上，压电薄膜2中与基底膜306的振动部位相对应的部位进行振动。也就是说，利用基底膜306进行频率鉴别。

图5(a)表示人造感觉上皮1变位到某一固定方向的状态，图5(b)表示人造感觉上皮1变位到某一固定方向的反方向的状态。这些变位的反复就是振动，该振动通过压电薄膜2变换成电压，该电压引起的电刺激经过在压电薄膜2的振动部位上设置的微电极3，传递到螺旋神经节细胞311(参照图2)。

由于利用基底膜306进行频率鉴别，因此人造感觉上皮1能够对患者听觉频率范围的声音进行全频段覆盖。还有，由于不需要频率鉴别用的体外设备，因此人造感觉上皮1可以做成完全体内植入型。

接下来，对本发明的第二实施方式进行说明。图6是本发明第二实施方式的俯视图。另外，在以下的第二实施方式和第三实施方式中，对于与第一实施方式对应的部位使用相同的符号，省略重复的说明。另外，图6中，为了方便查看，压电薄膜2相对于支撑体4的尺寸比例和微电极3相对于支撑体4的尺寸比例比实际的尺寸比例大。

本实施方式的人造感觉上皮11中，在压电薄膜2的一端设有高音共振部2a。由于高音共振部2a利用患者听觉频率范围中的高频段的声波进行共振，因此高音共振部2a中，压电薄膜2侧的高音共振部2a的宽度比压电薄膜2侧的相反侧的高音共振部2a的宽度大。高音共振部2a配置在耳蜗的入口侧，被形成为宽度朝耳蜗的入口缩小的梯形形状。高音共振部2a是以压电薄膜2的相同材料形成的，与压电薄膜2一样，大量的微电极3、3、……(只图示了负电极3a)被设置成沿着高音共振部2a的两侧边缘部。关于高音共振部2a的各部分尺寸，例如，可以使顶端部的宽度W2为2mm，基端部的宽度W3为4mm，长度L2为30mm。这种情况下，高音共振部2a利用5kHz～20kHz的声波进行共振。

本实施方式中，关于5kHz～20kHz的区域的声波，高音共振部2a利用声波直接共振，从而生成电压。

关于高频段的声波，存在如下情况：比起通过从基底膜306传播到压电薄膜2的振动来产生电压，压电薄膜2利用声波进行直接振动更能以好的精度产生电压。

因此，本实施方式中，高音共振部2a以可插入耳蜗301内的薄膜宽度及利用5kHz～20kHz的声波进行共振，将高音共振部2a设置在压电薄膜2的一端，使高音共振部2a利用5kHz～20kHz的声波进行直接共振来产生电压。由此，5kHz～20kHz区域的声波以好的精度传递到螺旋神经节细胞，因此听觉性能得到提高。

利用人造感觉上皮11的话，高音共振部2a利用患者听觉频率范围中的高频段的声波进行共振，高音共振部2a中，压电薄膜2侧的高音共振部2a的宽度比压电薄膜2侧的相反侧的高音共振部2a的宽度大。由于随着年龄增加，覆盖高音域的内毛细胞逐渐丧失功能，因此人造感觉上皮11的形状在医学应用上也是合理的。

接下来，对本发明的第三实施方式进行说明。图7是本发明第三实施方式的局部剖视图。另外，图7是以与基底膜306的长度方向平行的面作成的剖面图，此时，以直线表示本来是螺旋结构的物体。

本实施方式中，在各微电极3上设有朝螺旋神经节细胞311突出的突起5。这种情况下，由压电薄膜2产生的电压所引起的放电在突起5的顶端发生，因此电刺激以好的精度传递到螺旋神经节细胞311。

本实施方式中，突起5是由从各负电极3a突出的短的线状物体形成的。作为突起5的材料，例如能够使用铂金。还有，关于突起5的尺寸，例如可以是直径为3～10μm左右，长度为3～10μm左右。

另外，突起5的形状不限定于线状，也可以是其他形状(例如，圆锥形)。还有，也可以将突起5与微电极3一体成形。还有，突起5的顶端可以与螺旋神经节细胞311接触，也可以与螺旋神经节细胞311有间隔。

以上，对本发明的具体实施方式进行了说明，但本发明不限定于上述各实施方式，能够对上述实施方式进行多种变化。

例如，上述实施方式中，人造感觉上皮与基底膜有间隔，但是也可以使人造感觉上皮与基底膜接触。

还有，也可以连接基底膜和人造感觉上皮，使压电薄膜对于基底膜的追踪性得到提高。

另外，也能够在不脱离本发明要旨的范围内，对上述实施方式进行各种变化。

〔附图标记说明〕

1、11 人造感觉上皮

2    压电薄膜

2a   高音共振部

3    微电极

4    支撑体

5    突起

301  耳蜗

306  基底膜

311  螺旋神经节细胞

Claims (7)

1.一种人造感觉上皮，植入患者的耳蜗内，其特征在于，具备：

压电薄膜；和

在所述压电薄膜上设置的大量的微电极，

所述压电薄膜被设成沿着所述耳蜗内的基底膜，

利用来自所述耳蜗的外部的声波，使所述压电薄膜中与所述基底膜的振动部位相对应的部位进行振动，

所述大量的微电极中，在所述压电薄膜的所述部位上设置的微电极将电刺激给予螺旋神经节细胞。

2.根据权利要求1所述的人造感觉上皮，其特征在于，

具备对所述压电薄膜进行支撑的、且可固定在耳蜗内的支撑体。

3.根据权利要求1或者权利要求2所述的人造感觉上皮，其特征在于，

所述微电极具有朝螺旋神经节细胞突出的突起。

4.根据权利要求3所述的人造感觉上皮，其特征在于，

所述突起是线状物体。

5.根据权利要求3或者权利要求4所述的人造感觉上皮，其特征在于，

所述突起与所述微电极一体成形。

6.根据权利要求1至权利要求5中任一项所述的人造感觉上皮，其特征在于，

所述压电薄膜与所述基底膜连接。

7.根据权利要求1至权利要求6中任一项所述的人造感觉上皮，其特征在于，

所述压电薄膜是细长的带状，

在所述压电薄膜的一端上，设有利用所述患者的听觉频率范围中的高频段的声波进行共振的高音共振部，

所述高音共振部中，所述压电薄膜侧的所述高音共振部的宽度比所述压电薄膜侧的相反侧的所述高音共振部的宽度大。