CN109621195B - 视网膜假体、植入装置及柔性电缆 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种视网膜假体的柔性电缆，包括：微电极，所述微电极具有在植入视网膜时对应在视网膜神经盘两侧的两个安装孔，且包括位于两个安装孔之间的电极区和与所述电极区相连的弹性部，所述弹性部至少能在所述两个安装孔连线的长度方向变形拉伸，所述电极区设有多个刺激电极；引入部分，所述引入部分适于连接电子器件；以及连接部分，所述连接部分连接在所述微电极和所述引入部分之间且包括分别与所述多个刺激电极连接的多条导线。根据本发明实施例的柔性电缆，可使微电极受力均匀且能够更好地贴合于视网膜以获得更有效的刺激效果。本发明还公开了视网膜的植入装置及视网膜假体。

Description

视网膜假体、植入装置及柔性电缆

技术领域

本发明涉及眼科神经刺激器技术领域，尤其是涉及一种视网膜假体的柔性电缆、具有其的视网膜的植入装置、以及具有该植入装置的视网膜假体。

背景技术

相关技术中，视网膜假体的植入装置在植入时，通常只植入一个视网膜钉，从而在平面结构的微电极上仅有一个固定受力点，这样容易导致与视网膜钉相对的另一侧翘起或受力不均，进而导致微电极上部分刺激电极与视网膜表面之间的距离较大，最终导致需要较大强度的刺激电流，才能产生较好的视觉感知效果。

而由于微电极中刺激电极的数量一般为数十个、数百个甚至数千个，如果其中有较大比例的刺激电极需要大的刺激电流，则会导致刺激总电流增加，不仅耗费电能，降低电池使用时间，严重时还会导致神经损伤或惊厥发作。

发明内容

本发明旨在至少解决现有技术中存在的技术问题之一。为此，本发明提供了一种视网膜假体的柔性电缆。

本发明还提供了一种具有上述柔性电缆的视网膜的植入装置。

本发明另外还提供了一种具有上述植入装置的视网膜假体。

根据本发明第一方面实施例的一种视网膜假体的柔性电缆，包括：微电极，所述微电极具有在植入视网膜时对应在视网膜神经盘两侧的两个安装孔，且包括位于两个安装孔之间的电极区和与所述电极区相连的弹性部，所述弹性部至少能在所述两个安装孔连线的长度方向变形拉伸，所述电极区设有多个刺激电极；引入部分，所述引入部分适于连接电子器件；以及连接部分，所述连接部分连接在所述微电极和所述引入部分之间且包括分别与所述多个刺激电极连接的多条导线。

根据本发明实施例的柔性电缆，通过设置两个安装孔，在植入视网膜时便于对微电极进行两点固定，从而使得微电极的受力均匀，也不会有翘起的情况发生，保证了刺激电极与视网膜表面之间的距离均匀，从而避免了大刺激电流导致对人体的伤害。而通过设置弹性部，可保证微电极在植入到视网膜时，可以更好地贴合于视网膜的相应表面。

根据本发明的一些实施例，所述弹性部包括：至少两条柔性链，所述柔性链的一端分别与所述电极区相连，所述柔性链在其长度方向上可变形拉伸；和闭合端，所述闭合端连接在所述至少两条柔性链的另一端，所述闭合端与所述至少两条柔性链之间限定出适于对应所述视网膜神经盘的避让孔，从而可以避免微电极对视网膜神经盘的干涉，进而保证精准的视觉感知效果。

根据本发明的一些实施例，所述两个安装孔包括第一安装孔和第二安装孔，所述第一安装孔位于所述电极区和所述连接部分之间，所述第二安装孔位于所述闭合端上。

根据本发明的一些实施例，从所述连接部分到所述电极区的方向上，所述柔性电缆的宽度逐渐增加；在远离所述电极区的方向上，所述闭合端的宽度逐渐减小。由此，减小了微电极的整体面积，易于微电极植入眼球内，降低微电极移动时对眼球组织带来的损伤，而且还可以降低成本。

根据本发明的一些实施例，所述柔性链被构造成为以下结构中的至少任一种：螺旋弹性结构、波浪形形状或波纹管状结构。

根据本发明的一些实施例，所述闭合端的端部还具有适于被夹持的夹持端部，以便于医生手术时夹持，可以方便手术操作。

根据本发明的一些实施例，所述弹性部在宽度方向上的尺寸与所述电极区的大致相等，所述宽度方向垂直于所述柔性链的所述长度方向。由此微电极的外轮廓较为平滑，易于微电极植入眼球内。

根据本发明的一些实施例，所述多个刺激电极以阵列方式设在所述微电极内，且所述微电极与视网膜接触的表面被构造成与所述视网膜相应部分的曲率大致匹配。这样，可以使多个刺激电极能够更加有效地贴合于眼球的视网膜，与视网膜的被植入部位例如中央凹区域充分接触，产生更加有效的神经刺激。

根据本发明第二方面实施例的一种视网膜的植入装置，包括：根据上述第一方面实施例所述的柔性电缆；两个固定件，所述两个固定件通过所述两个安装孔将所述柔性电缆的所述微电极固定至视网膜上；电子器件，所述电子器件具有与所述引入部分相连的芯片以对所述多个刺激电极进行驱动；第一无线信号器，所述第一无线信号器与所述电子器件相连，以接收从外部获取的图像信息并将所述图像信息传送给所述电子器件内的所述芯片。

通过两个固定件分别穿过两个安装孔将微电极固定至视网膜，微电极整体受力均匀，不会一端翘起，可以避免视网膜表面的损伤，可以保证视觉感知效果。而且柔性电缆的微电极上设置弹性部，可以使微电极植入时能够更好地贴合于视网膜的相应表面。

根据本发明第三方面实施例的一种视网膜假体，包括：根据本发明第二方面实施例的视网膜的植入装置；外部装置，所述外部装置包括：摄像单元、视频处理单元和第二无线信号器，所述摄像单元与所述视频处理单元电连接，所述视频处理单元和所述第二无线信号器电连接，所述第二无线信号器与所述第一无线信号器电连接。

本发明的附加方面和优点将在下面的描述中部分给出，部分将从下面的描述中变得明显，或通过本发明的实践了解到。

附图说明

本发明的上述和/或附加的方面和优点从结合下面附图对实施例的描述中将变得明显和容易理解，其中：

图1是根据本发明实施例的柔性电缆的示意图；

图2是图1中所示的柔性电缆的微电极部分的放大示意图；

图3是图1中所示的柔性电缆的立体结构示意图；

图4是图3中所示的柔性电缆在植入到眼球内时的示意图；

图5是图4中的柔性电缆植入眼球内时的剖视图；

图6是根据本发明实施例的植入装置中的固定件的示意图；

图7是根据本发明实施例的视网膜假体的示意图。

附图标记：

柔性电缆100；

微电极110；安装孔111；第一安装孔111a；第二安装孔111b；

电极区112；弹性部113；柔性链1131；闭合端1132；避让孔1133；夹持端部114；

引入部分120；连接部分130；刺激电极140；

植入装置1000；固定件200；电子器件300；第一无线信号器400；

视网膜2000；视网膜神经盘2100；中央凹区域2200；眼球3000；

外部装置4000；摄像单元4100；视频处理单元4200；第二无线信号器4300。

具体实施方式

下面详细描述本发明的实施例，参考附图描述的实施例是示例性的，下面详细描述本发明的实施例。

首先，下面参考图1-图2描述根据本发明第一方面实施例的视网膜假体的柔性电缆100。

如图1所示，根据本发明实施例的柔性电缆，包括：微电极110、引入部分120和连接部分130。如图2所示，微电极110包括柔性衬底和设在其上的多个刺激电极140，柔性衬底可以起到支撑和保护刺激电极的作用。

微电极110上具有两个安装孔111，具体而言，安装孔111设在柔性衬底上。在微电极植入视网膜2000时两个安装孔111适于对应在视网膜神经盘2100两侧(如图4所示)。如图4和图5所示，两个固定件200(例如固定钉)通过两个安装孔111可以有效地将微电极110安装固定在视网膜表面上。可选地，柔性衬底上的安装孔111可通过MEMS工艺图案化形成，也可通过机械加工等可能的方式实现。

微电极110还包括位于两个安装孔111之间的电极区112和弹性部113。多个刺激电极140设在电极区112内，该电极区112和其上的刺激电极140通常被布置成贴近于眼球3000的受刺激部位例如中央凹区域2200(如图5所示)。可选地，多个刺激电极140至少为六十个，当然，根据不同需要可布置更多的刺激电极140，例如还可以布置成百上千个刺激电极140。

如图2所示，弹性部113与电极区112相连，弹性部113至少能在两个安装孔111连线的长度方向变形拉伸，这样，微电极110在植入到视网膜2000时，通过对弹性部113的拉伸，可以使微电极110能够更好地贴合于视网膜2000的相应表面。可选地，弹性部113具有避让视网膜神经盘2100的避让孔1133。

引入部分130用于连接电子器件300内的ASIC芯片(专用集成电路)。连接部分130可以连接在微电极110和引入部分120之间且适于穿过眼球壁上的巩膜切口(如图4所示)。连接部分130包括分别与多个刺激电极140连接的多条导线(图未示出)，这样可以单独驱动每个刺激电极140，并且能够针对性地对受刺激部位例如视网膜实施电刺激。其中，连接部分130中的多条导线可以形成一层，也可以形成多层。

根据本发明实施例的柔性电缆，通过设置两个安装孔111，在植入视网膜时便于对微电极110进行两点固定，从而使得微电极的受力均匀，也不会有翘起的情况发生，保证了刺激电极140与视网膜2000表面之间的距离均匀，从而避免了大刺激电流导致对人体的伤害。而通过设置弹性部113，可保证微电极110在植入到视网膜2000时，可以更好地贴合于视网膜2000的相应表面。

在本发明的一些实施例中，柔性电缆100整体由MEMS工艺(MicrofabricationProcess-下至纳米尺度，上至毫米尺度微结构加工工艺的通称)制造而成，其可通过化学气相沉积、溅射、电镀、蒸镀、图案化或其组合制成。

在一些可选的实施例中，柔性衬底的材料优选PMMA(poly(methylmethacrylate)-聚甲基丙烯酸甲酯)、特氟隆、硅树脂、聚酰亚胺、聚对二甲苯(尤其是Parylene-C)。通过采用柔性材料构成的柔性衬底，可以抑制在植入的过程中，微电极110对植入部位例如眼组织的损伤。另外，还可以通过柔性衬底的柔性变形来适应视网膜的植入部位的曲率，从而使设置在多个刺激电极140能够与视网膜的植入部位更充分地贴合，实现更好的电刺激效果。

另外，刺激电极140及连接部分130中导线的材料优选为Au、Ag、Pt、Pd、Ti或它们之间任意组合的合金。由于以上这些金属或它们的合金具有良好的生物兼容性，因此，由这些材料构成的刺激电极140能够确保生物兼容性。另外，这样的刺激电极140能够更加适用于对生物兼容性要求严格的植入式器件。

进一步可选地，微电极110、引入部分130和连接部分120可以被构造成为一体结构。一体结构的柔性电缆结构简单，强度高，且只需要在其表面开孔即可完成所需部分的设置。

根据本发明的一些实施例，弹性部113包括至少两条柔性链1131和闭合端1132。如图2所示，柔性链1131的一端分别与电极区112相连，柔性链1131在其长度方向上可变形拉伸，即柔性链1131的可变形量大于其本身尺寸。闭合端1132连接在至少两条柔性链1131的另一端，闭合端1132与至少两条柔性链1131之间限定出适于对应视网膜神经盘2100的避让孔1133。

可选地，如图2所示，微电极110上的两个安装孔111包括第一安装孔111a和第二安装孔111b，第一安装孔111a位于电极区112和连接部分130之间，第二安装孔111b位于闭合端1132上。

由此，如图4和图5所示，微电极110通过两个固定件200植入到眼球3000内的视网膜2000上时，刺激电极140对应于视网膜2000的中央凹区域2200，而视网膜神经盘2100的位置恰好穿过对应于避让孔1133，从而可以避免微电极对视网膜神经盘的干涉，进而保证精准的视觉感知效果。

在本发明一些可选的实施例中，如图2所示，从连接部分130到电极区112的方向上，柔性电缆100的宽度逐渐增加；而在远离电极区112的方向上，闭合端1132的宽度逐渐减小。由此，减小了微电极110的整体面积，易于微电极110植入眼球3000中，降低微电极110移动时对眼球组织带来的损伤，而且还可以降低成本。

进一步可选地，如图2所示，弹性部113在宽度方向上的尺寸与电极区112的大致相等，其中该宽度方向垂直于柔性链1131的长度方向。由此微电极110的外轮廓较为平滑，易于微电极110植入眼球3000中。

柔性链1131可以被构造成为以下结构中的至少任一种：螺旋弹性结构、波浪形形状或波纹管状结构，由此可实现在其长度方向上的拉伸。如图2所示的可选实施例中，柔性链1131可以为波浪形形状。进一步可选地，闭合端1132也可以被构造成为螺旋弹性结构或波浪形形状。如图2所示的示例中，闭合端1132也被设置成了波浪形形状。

在本发明的一些实施例中，闭合端1132的端部还具有夹持端部114，以便于医生手术时夹持，可以方便手术操作。夹持端部114的宽度小于电极区112的宽度，这样可以便于镊子等工具夹取。为了更便于夹持，如图3和图4的示例中，在植入过程中，夹持端部114可以与电极区112呈成角度设置，可选地可以为90°直角。

根据本发明的一些实施例，多个刺激电极140可以以阵列方式设在微电极110内，且将微电极的与视网膜2000接触的表面构造成与视网膜2000相应部分的曲率大致匹配。这样，可以使多个刺激电极140能够更加有效地贴合于眼球3000的视网膜2000，与视网膜2000的被植入部位例如中央凹区域2200充分接触，产生更加有效的神经刺激。

可选地，多个刺激电极140可以成排成列的阵列方式排布，采用此种排布方式可以更好地适用于需要布置较多数量刺激电极140的微电极110，从而能够更加有效地对视网膜的植入部位进行电刺激。当然，本发明不限于此，多个刺激电极140还可以以其他形状排列，例如从布置在对应于中央凹最中心区域的刺激电极逐渐向外扩展或依次环绕地排列。

在一些可选示例中，刺激电极140的端部裸露或部分裸露在柔性衬底的一侧，以便于向视网膜神经节细胞或双极细胞发送电刺激脉冲。刺激脉冲电流的幅值可以优选为200μA-800μA。

进一步可选地，各个刺激电极140可以形成为高度和截面积大致相同的柱体形状，这样，各个刺激电极140之间的自身阻抗大致相同，由此能够减小刺激电极140之间的阻抗差异带来的不良影响。

根据本发明第二方面实施例的一种视网膜的植入装置1000，包括：根据上述实施例所述的柔性电缆100、固定件200、电子器件300和第一无线信号器400。

如图4和图5所示，固定件200的数量为两个，两个固定件200通过两个安装孔111将柔性电缆100的微电极110固定至视网膜2000上。这样可便于对微电极110进行两点固定，从而使得微电极的受力均匀，也不会有翘起的情况发生，保证了刺激电极140与视网膜表面之间的距离均匀，从而避免了大刺激电流导致对人体的伤害。通过刺激电极140传送到视网膜上的电脉冲信号刺激视网膜上仍保留功能的神经元，并将此刺激通过视觉神经传送到大脑，使患者产生视觉感知。

如图6所示，固定件200包括杆部210、弹性件220、限位部230和钉头240。杆部210连接在限位部230和钉头240之间，钉头240用于穿刺视网膜2000的表面。弹性件220穿设在杆部210上，且弹性件220的两端分别止抵在限位部230和垫片250上。这样，在两个固定件200将微电极110两点固定在视网膜表面上后，弹性件220可以起到弹性止抵的作用，垫片250与微电极110上的安装孔111的边缘处相接触，从而可以有利于压力的传递。

电子器件300具有与引入部分120相连的芯片以对多个刺激电极140进行驱动。在一些实施例中，电子器件300可以包含ASIC芯片(专用集成电路)、分立原器件等，ASIC芯片用于处理接收到的数据信号发出驱动微电极110的电刺激脉冲。分立原器件包括电容器、电感器、电阻器、振荡器、滤波器等根据电路设计而可能设置的电子元器件。柔性电缆100的连接部分130包含多条导线，连接部分130穿过眼球壁后连接电子器件300。

第一无线信号器400与电子器件300相连，用于接收从外部获取数据及能量并将其传送给电子器件300内的芯片。在一些可选的实施例中，电子器件300可以与第一无线信号器400封装在一体。当然，电子器件300还可以与第一无线信号器400分别封装。第一无线信号器400可以包括内部无线数据线圈和内部无线能量线圈。

下面结合图4和图5描述根据本发明实施例的视网膜假体植入装置1000植入在眼球3000内的过程。

医生通过工具(例如镊子，图未示出)夹持住柔性电缆100的微电极110上的夹持端部114，然后将电极区112贴靠在视网膜2000的表面。持钉器(图未示出)持有一枚固定件200，先并将其送入眼球3000内部，使固定件200依次穿过安装孔111、视网膜2000、脉络膜及巩膜，然后将另一枚固定件200固定，从而将微电极110固定在视网膜2000的表面。

通过两个固定件200分别穿过两个安装孔111将微电极110固定至视网膜2000，微电极110整体受力均匀，不会一端翘起，可以避免视网膜表面的损伤，并能保证视觉感知效果。

一般来说，视网膜2000的中央凹区域2200处的每一个感受器均与一个单独的双极细胞相连，而该双极细胞又是与一个单独的神经节细胞相连。因此，中央凹区域2200的每个视锥细胞都有一条直接到大脑的通路，这条通路给大脑提供了输入的精确位置。因此，将本发明实施例中的柔性电缆100的微电极110贴合于视网膜中央凹区域2200部分，刺激电极140能够发出例如双向脉冲电流信号作为电刺激信号。这里，刺激电极140与视网膜中央凹区域2200之间存在着组织液，由刺激电极140发放的电刺激信号经由组织液传导而对视网膜的神经节细胞或与神经节细胞邻近的双极细胞进行电刺激。神经节细胞或双极细胞受到刺激后，所形成的刺激信号经由视觉通路在大脑皮质层中形成光感。将刺激电极140与视网膜贴合更紧密后，能够更加有效地提高刺激电极结构对视网膜的刺激效率。

根据本发明第三方面实施例的一种视网膜假体，包括根据上述实施例中所述的植入装置1000和外部装置4000。

如图7所示，外部装置4000包括摄像单元4100、视频处理单元4200和第二无线信号器4300。摄像单元4100可以为摄像头，摄像单元4100可以设置在可穿戴设备(例如眼镜)上。需要说明的是，眼镜还可以采用其它可穿戴设备如帽子等代替。视频处理单元4200可以佩戴在患者的其他位置，例如，腰带、衣服带子等位置。

摄像单元4100与视频处理单元4200电连接，例如，摄像单元4100和视频处理单元4200之间可以通过电缆连接。可选地，眼镜上的摄像头将视频信息传送给视频处理单元4200，视频处理单元4200将视频信号转化成电脉冲数据信号。

视频处理单元4200和第二无线信号器4300电连接，第二无线信号器4300与第一无线信号器400电连接。第二无线信号器4300可以包括外部无线数据线圈和外部无线能量线圈，也可以仅包括一个线圈并通过软件控制数据及能量传递。在一些实施例中，视频处理单元4200可以将电脉冲数据信号通过电缆发送回眼镜，通过安装在眼镜上的第二无线信号器4300将数据或能量传送给植入装置1000的第一无线信号器400。

在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示意性实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不一定指的是相同的实施例或示例。

尽管已经示出和描述了本发明的实施例，本领域的普通技术人员可以理解：在不脱离本发明的原理和宗旨的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本发明的范围由权利要求及其等同物限定。

Claims (10)

1.一种视网膜假体的柔性电缆，其特征在于，包括：

微电极，所述微电极具有在植入视网膜时对应在视网膜神经盘两侧的两个安装孔，且包括位于两个安装孔之间的电极区和与所述电极区相连的弹性部，所述弹性部至少能在所述两个安装孔连线的长度方向变形拉伸，所述电极区设有多个刺激电极；

引入部分，所述引入部分适于连接电子器件；以及

连接部分，所述连接部分连接在所述微电极和所述引入部分之间且包括分别与所述多个刺激电极连接的多条导线；

所述弹性部包括：

至少两条柔性链，所述柔性链的一端分别与所述电极区相连，所述柔性链在其长度方向上可变形拉伸；和

闭合端，所述闭合端连接在所述至少两条柔性链的另一端。

2.根据权利要求1所述的视网膜假体的柔性电缆，其特征在于，所述闭合端与所述至少两条柔性链之间限定出适于对应所述视网膜神经盘的避让孔。

3.根据权利要求2所述的视网膜假体的柔性电缆，其特征在于，所述两个安装孔包括第一安装孔和第二安装孔，所述第一安装孔位于所述电极区和所述连接部分之间，所述第二安装孔位于所述闭合端上。

4.根据权利要求2所述的视网膜假体的柔性电缆，其特征在于，从所述连接部分到所述电极区的方向上，所述柔性电缆的宽度逐渐增加；

在远离所述电极区的方向上，所述闭合端的宽度逐渐减小。

5.根据权利要求2所述的视网膜假体的柔性电缆，其特征在于，所述柔性链被构造成为以下结构中的至少任一种：螺旋弹性结构、波浪形形状或波纹管状结构。

6.根据权利要求5所述的视网膜假体的柔性电缆，其特征在于，所述闭合端的端部还具有适于被夹持的夹持端部。

7.根据权利要求2所述的视网膜假体的柔性电缆，其特征在于，所述弹性部在宽度方向上的尺寸与所述电极区的大致相等，所述宽度方向垂直于所述柔性链的所述长度方向。

8.根据权利要求1-7中任一项所述的视网膜假体的柔性电缆，其特征在于，所述多个刺激电极以阵列方式设在所述微电极内，且所述微电极与视网膜接触的表面被构造成与所述视网膜相应部分的曲率大致匹配。

9.一种视网膜的植入装置，其特征在于，包括：

根据权利要求1-8中任一项所述的柔性电缆；

两个固定件，所述两个固定件通过所述两个安装孔将所述柔性电缆的所述微电极固定至视网膜上；

电子器件，所述电子器件具有与所述引入部分相连的芯片以对所述多个刺激电极进行驱动；

第一无线信号器，所述第一无线信号器与所述电子器件相连，以接收从外部获取的图像信息并将所述图像信息传送给所述电子器件内的所述芯片。

10.一种视网膜假体，其特征在于，包括：

根据权利要求9所述的视网膜的植入装置；

外部装置，所述外部装置包括：摄像单元、视频处理单元和第二无线信号器，所述摄像单元与所述视频处理单元电连接，所述视频处理单元和所述第二无线信号器电连接，所述第二无线信号器与所述第一无线信号器电连接。