DE19931083A1 - Retina-Implantat und Verfahren zur Herstellung eines solchen - Google Patents
Retina-Implantat und Verfahren zur Herstellung eines solchenInfo
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Abstract
Es werden ein Retina-Implantat (30) und ein Verfahren zur Herstellung eines solchen angegeben, mit einem Chip (36) zur subretinalen Implantation, mit einer Empfänger-Spule (37) zur induktiven Einkopplung von elektromagnetischer Energie, die mit einer zur Umwandlung einer in der Empfänger-Spule (37) induzierten Wechselspannung in eine zur Stromversorgung des Chips (36) geeignete Gleichspannung gekoppelt ist, wobei die Empfänger-Spule (37) zur Aufnahme und Positionierung außerhalb der Sclera (12) auf dem Augapfel (10) ausgebildet und dimensioniert ist und die Wandlereinrichtung (35) vorzugsweise als separate Einheit ausgebildet ist, die gleichfalls außerhalb des Augapfels (10) auf der Sclera positioniert werden kann (Fig. 2).
Description
Die Erfindung betrifft ein Retina-Implantat mit einem Chip zur
subretinalen Implantation, mit einer Empfänger-Spule zur induk
tiven Einkopplung von elektromagnetischer Energie, die mit
einer Wandlereinrichtung zur Umwandlung einer in der Empfänger-
Spule induzierten Wechselspannung in eine zur Stromversorgung
des Chips geeignete Gleichspannung gekoppelt ist.
Die Erfindung betrifft ferner ein Verfahren zur Herstellung
eines solchen Retina-Implantats.
Ein derartiges Implantat ist grundsätzlich bekannt.
In jüngster Zeit werden Retina-Implantate entwickelt, die zur
Behandlung von Patienten vorgesehen sind, deren Sehvermögen
vollständig oder teilweise durch Retina-bedingte Defekte ver
lorgengegangen ist. Im Prinzip soll hierzu ein lichtempfind
licher Chip in den subretinalen Raum unterhalb der Retina im
plantiert werden, der eine Vielzahl von Pixelelementen besitzt,
über den ein auf die Retina durch die noch intakte Linse des
Auges projiziertes Bild aufgenommen, in elektrische Signale um
gesetzt werden soll und über eine Vielzahl von Stimulations
elektroden in elektrische Stimuli für die an dem Chip anliegen
den Zellen der Retina umgesetzt werden sollen, um so das Seh
vermögen des erblindeten oder teilweise erblindeten Patienten
wiederherzustellen bzw. zu verbessern.
Aus der US-A-4 628 933 ist ein Retina-Implantat bekannt, das
jedoch nicht zur subretinalen Implantation sondern zur epi
retinalen Implantation bestimmt ist, d. h. der lichtempfindliche
Chip soll nicht in den subretinalen Raum sondern unmittelbar
auf die Oberfläche der Retina implantiert werden. Die Stimula
tionselektroden sind demzufolge nicht an der der Linse zuge
wandten Seite des Chips sondern an dessen Rückseite vorgesehen.
Es hat sich gezeigt, daß sowohl bei den subretinalen Implanta
ten als auch bei den epiretinalen Implantaten die Zufuhr von
externer Energie notwendig ist, um die aufgenommenen Licht
signale aktiv verstärken zu können und in Stimulationssignale
für die anliegenden Zellen umsetzen zu können.
Hierzu wird gemäß der US-A-4 628 933 vorgeschlagen, mittels
elektromagnetischer Induktion Energie auf das Implantat zu
übertragen. Hierzu ist eine Empfänger-Spule um den Umfang des
Implantat-Chips gewickelt, mittels derer HF-Energie, die von
einer externen, beispielsweise an einem geeigneten Brillen
gestell befindlichen Energiequelle abgegeben wird, aufgenommen
und in elektrische Energie zum Betrieb des Chips umgesetzt
wird.
Da eine derartige Spule jedoch mit einer ausreichenden
Windungszahl versehen sein muß, einen erheblichen Spulendurch
messer für die effektive Einkopplung der Hochfrequenzenergie
aufweisen muß und geeignete Einrichtungen zur Gleichrichtung
und Glättung der induzierten Wechselspannung vorgesehen sein
müssen, wäre ein derartiger Chip zur Implantation in das
menschliche Auge wegen seiner erheblichen Größe kaum geeignet.
Aus diesem Grunde wurden in jüngster Zeit subretinale Implan
tate entwickelt, die nicht über die HF-Einkopplung von elektro
magnetischer Energie, sondern mittels unsichtbarer Infrarot
strahlung mit Energie versorgt werden, die von einer geeigneten
photovoltaischen Schicht in elektrische Energie umgesetzt wird.
Ein derartiges subretinales Implantat ist beispielsweise aus
der WO 98/17343 bekannt.
Als nachteilig wird hierbei jedoch angesehen, daß zum Betrieb
des Implantats ständig Infrarotstrahlung in das Auge einge
strahlt werden muß.
Die Aufgabe der Erfindung besteht demnach darin, ein verbesser
tes Retina-Implantat anzugeben, das über induktive Einkopplung
von elektromagnetischer Energie versorgt wird und das auf mög
lichst einfache Weise ohne die Gefahr von Komplikationen in den
subretinalen Raum implantiert werden kann.
Ferner soll ein Verfahren zur Herstellung eines solchen Retina-
Implantats angegeben werden.
Diese Aufgabe wird bei einem Retina-Implantat gemäß der ein
gangs genannten Art dadurch gelöst, daß die Empfänger-Spule zur
Aufnahme und Positionierung außerhalb der Sclera auf dem Aug
apfel ausgebildet ist.
Auf diese Weise wird es ermöglicht, eine ausreichend dimensio
nierte Empfänger-Spule zu verwenden, die außerhalb des Aug
apfels angeordnet wird und in vorteilhafter Weise durch ein
Operationsverfahren eingesetzt werden kann, bei dem es ver
mieden wird, das Implantat durch den Glaskörper des Auges hin
durchzuführen.
Da die Empfänger-Spule außerhalb des Auges auf der Sclera
fixiert wird, kann der Chip, der in den subretinalen Raum im
plantiert werden soll, in geeigneter Weise dimensioniert wer
den, die zur Implantation in den subretinalen Raum besonders
vorteilhaft ist. Dagegen kann die Empfänger-Spule mit einem
ausreichend großen Querschnitt und einer ausreichend hohen
Windungszahl versehen werden, ohne daß hiermit nachteilige Ein
flüsse verbunden sind.
In bevorzugter Weiterbildung der Erfindung sind die Empfänger-
Spule, der Chip, sowie zum Chip führende Zuleitungen in einem
flachen Kunststoffkörper aufgenommen.
Hierdurch wird eine kompakte Ausführung ermöglicht und eine
komplikationsarme Implantation durch eine Sclerainzision an der
Seite im Bereich des Äquators des Auges ermöglicht, durch die
das Ende des flachen Kunststoffkörpers, in dem sich der Chip
befindet, in den subretinalen Raum eingebracht werden kann. Das
Operationsverfahren, das hierbei verwendet wird, ähnelt teil
weise dem in der DE 197 41 487 A1 beschriebenen Operations
verfahren.
Gemäß einer bevorzugten Weiterbildung der Erfindung ist die
Wandlereinrichtung als vom Chip getrennte Einheit ausgebildet,
die zur Positionierung am Augapfel außerhalb der Sclera ge
eignet ist.
Durch diese Maßnahme wird der subretinal zu implantierende Teil
des gesamten Retina-Implantats weiter verkleinert, da die
Wandlereinrichtung Gleichrichter und Glättungskondensatoren
aufweisen muß, die einen gewissen Platzbedarf besitzen und so
mit nicht unmittelbar mit dem Chip kombiniert werden können,
ohne dessen Abmessungen merklich zu vergrößern.
Durch eine derartige Ausführung wird demnach der in den Aug
apfel subretinal einzuführende Teil des Implantats weiter ver
kleinert, so daß dieser Teil des Kunststoffkörpers als dünne
Folie ausgebildet werden kann, in deren Ende der Chip inte
griert werden kann.
Der Kunststoffkörper weist in bevorzugter Weiterbildung der Er
findung einen ringförmigen Abschnitt mit einer zentralen Aus
nehmung auf, an den sich ein flacher Fortsatz anschließt.
Auf diese Weise kann die Empfänger-Spule in besonders geeigne
ter Form in den ringförmigen Abschnitt des Kunststoffkörpers
eingebracht werden, während der Chip am Ende des flachen Fort
satzes vorgesehen werden kann.
Gemäß einer weiteren bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung
ist der ringförmige Abschnitt zur Umschließung des lateralen
Augenmuskelansatzes dimensioniert.
Diese Maßnahme hat den Vorteil, daß sich eine besonders
günstige Anordnung und Positionierung der Empfänger-Spule auf
dem Auge erreichen läßt. Bei der Implantation muß hierzu der
Augenmuskel durchtrennt und anschließend wieder angenäht wer
den, was bei den heutigen Operationsmethoden jedoch keinerlei
Problem darstellt.
Bei einer solchen Anordnung können die Erreger-Spulen zur
Energieversorgung etwa seitlich im Bereich der Schläfen z. B. an
einem Brillengestell angeordnet werden.
Die Wandlereinrichtung ist dagegen in bevorzugter Ausführung am
Kunststoffkörper in einer an die Empfänger-Spule angrenzenden
Position aufgenommen.
Dadurch wird die Wandlereinrichtung, die einen gewissen Platz
bedarf aufweist, in besonders günstiger Weise positioniert.
Gemäß einer weiteren Ausführung der Erfindung weist die
Empfänger-Spule in den ringförmigen Abschnitt integrierte, vor
zugsweise spiralförmig angeordnete Windungen auf.
Auf diese Weise kann die Empfänger-Spule in vorteilhafter Weise
in den ringförmigen Abschnitt des Kunststoffkörpers integriert
werden.
In zusätzlicher Weiterbildung dieser Ausführung ist der ring
förmige Abschnitt in Umfangsrichtung in eine Mehrzahl von Ab
schnitten aufgeteilt, die durch Zwischenräume voneinander ge
trennt sind und elektrisch und mechanisch miteinander verbunden
sind.
Durch diese Maßnahme wird die Flexibilität des ringförmigen Ab
schnitts verbessert, so daß sich der ringförmige Abschnitt des
Kunststoffkörpers selbst dann, wenn dieser aus einem relativ
zugsteifen Material besteht, gut an die gewölbte Oberfläche des
Auges anlegen läßt.
Hierbei können die Abschnitte jeweils durch mindestens einen
Steg in Radialrichtung miteinander verbunden sein oder aber die
einzelnen Abschnitte Teile einer spiralförmig zusammenhängenden
Spule sein.
Vorzugsweise weisen die einzelnen Abschnitte jedoch jeweils
mehrere Windungen auf und sind durch Stege in Radialrichtung
miteinander verbunden, über die auch die elektrische Verbindung
zwischen benachbarten Windungen erfolgt.
Auf diese Weise läßt sich eine besonders gute Flexibilität und
Anpassung an die gewölbte Oberfläche eines Augapfels erreichen,
wobei der ringförmige Abschnitt zunächst als planarer Körper
hergestellt werden kann, der erst anschließend in die ge
wünschte gewölbte Form gebracht wird.
Gemäß einer weiteren Abwandlung kann der ringförmige Abschnitt
des Kunststoffkörpers auch eine mäanderförmige Form aufweisen,
um so eine größere Flexibilität zu erreichen.
Gemäß einer weiteren Ausführung der Erfindung sind zumindest
zwischen der Wandlereinrichtung und einer zum Chip oder zur
Empfänger-Spule führenden Zuleitung Mittel zur Zugentlastung
vorgesehen.
Die Zugentlastung kann beispielsweise durch eine mäanderförmige
Ausführung etwa im Bereich zwischen dem ringförmigen Abschnitt
und dem flachen Fortsatz im Bereich der Aufnahme der
Wandlereinrichtung oder in einem sich an die Wandlereinrichtung
unmittelbar anschließenden Bereich erreicht werden.
Auf diese Weise wird die elektrische Verbindung zwischen
Empfänger-Spule, Wandlereinrichtung und Chip gegen nachteilige
Einflüsse geschützt, die sich aus der ständigen Bewegung des
Augapfels ergeben können, so daß auch noch Jahre nach einer Im
plantation eine zuverlässige Spannungsversorgung des implan
tierten Chips sichergestellt ist.
Die Empfänger-Spule weist in bevorzugter Weiterbildung der Er
findung eine Windungszahl von etwa 50 bis 200 Windungen,
vorzugsweise von etwa 100 Windungen auf.
Mit einer derartigen Windungszahl läßt sich eine geeignete
Energieübertragung und eine ausreichende Spannung an der
Empfänger-Spule gewährleisten.
Eine derartige Empfänger-Spule kann etwa in Kombination mit
einer externen Sender-Spule mit einer Frequenz von 1 MHz be
trieben werden, die etwa 1000 Windungen bei einem Durchmesser
von etwa 50 mm aufweist und z. B. an einem Brillengestell be
festigt werden kann.
In bevorzugter Weiterbildung der Erfindung weist die Empfänger-
Spule einen Außendurchmesser von etwa 12 bis 20 mm und einen
Innendurchmesser an der Ausnehmung von etwa 8 bis 16 mm auf.
Mit einer derartigen Dimensionierung läßt sich eine vorteil
hafte Anpassung an die anatomischen Gegebenheiten des mensch
lichen Auges gewährleisten.
Gemäß einer weiteren bevorzugten Ausführung der Erfindung ist
der flache Fortsatz mit einer Mehrzahl von Perforationen ver
sehen.
Diese können beispielsweise in einem Rastermaß von ca. 0,1 bis
1 mm angeordnet werden und einen Durchmesser im Bereich
zwischen etwa 20 und 200 µm aufweisen.
Hierdurch wird eine Diffusion von Nährstoffen und Sauerstoff
zwischen Pigmentepithel und Retina ermöglicht, so daß nach
teilige durch die Implantation eines undurchlässigen Teils be
dingte Folgen vermieden werden.
Der Chip ist gemäß einer weiteren bevorzugten Ausgestaltung der
Erfindung in dem flachen Fortsatz eingebettet, wobei seine
aktive Seite zur Zellstimulation freiliegend an der Oberfläche
angeordnet ist.
Hierdurch ist sichergestellt, daß der Chip mit einem geeigneten
Operationsverfahren durch eine Sclerainzision im Bereich des
lateralen Augenmuskels von der Seite her in dem subretinalen
Raum vorgeschoben werden kann.
Gemäß einer weiteren bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung
weist der flache Kunststoffkörper Laschen zur Befestigung am
Augapfel auf.
Auf diese Weise wird ein sicherer Sitz in der gewünschten Posi
tion am Augapfel gewährleistet. Die Laschen können hierbei so
wohl am ringförmigen Abschnitt als auch am flachen Fortsatz,
vorzugsweise im Bereich der Aufnahme der Wandlereinrichtung,
vorgesehen sein.
Gemäß einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung weist die
Wandlereinrichtung Mittel zur Signalverarbeitung eines mit
elektromagnetischer Energie übertragenen Informationssignals,
insbesondere zur Aufbereitung eines Referenzsignals für die Um
gebungshelligkeit auf.
Auf diese Weise wird die ohnehin zur Energieankopplung not
wendige elektromagnetische Energie gleichzeitig zur Übertragung
von Informationssignalen genutzt, beispielsweise zur Über
tragung eines Referenzsignals für die Umgebungshelligkeit, um
eine Anpassung der Amplitude der Ausgangssignale des Chips bei
stark veränderlicher Umgebungshelligkeit zu gewährleisten. Auf
diese Weise kann die Leistungsfähigkeit des implantierten Chips
deutlich verbessert werden.
In bevorzugter Weiterbildung der Erfindung wird der flache
Kunststoffkörper auf einem Hilfssubstrat erzeugt, von dem er
anschließend wieder abgelöst wird.
Auf diese Weise wird das Herstellungsverfahren deutlich verein
facht.
Hierbei werden die Leiterbahnen vorzugsweise auf der Oberfläche
durch Dünnschichtverfahren (Aufdampfen oder Sputtern) erzeugt
und anschließend photolithographisch mikrostrukturiert.
Auf diese Weise kann durch die Verwendung bewährter
Herstellverfahren eine hohe Präzision und Qualität gewähr
leistet werden.
Die Aufgabe der Erfindung wird ferner durch ein Verfahren zur
Herstellung eines Retina-Implantats gelöst, mit einem Chip zur
subretinalen Implantation, mit einer Empfänger-Spule zur induk
tiven Einkopplung von elektromagnetischer Energie, und mit
einer Wandlereinrichtung zur Umwandlung einer in die Empfänger-Spule
induzierten Wechselspannung in eine zur Stromversorgung
des Chips geeignete Gleichspannung, das folgende Schritte auf
weist:
- - Herstellen eines flachen Kunststoffkörpers mit einem ring förmigen Abschnitt mit einer zentralen Ausnehmung, an den sich ein flacher Fortsatz anschließt,
- - Aufbringen von metallischen Leiterbahnen in spiralförmiger Anordnung auf eine Oberfläche des ringförmigen Abschnitts des Kunststoffkörpers, um die Windungen der Empfänger- Spule zu erzeugen und um elektrische Verbindungsleitungen zwischen der Empfänger-Spule, der Wandlereinrichtung und dem Chip zu schaffen,
- - Befestigen des Chips und der Wandlereinrichtung am Kunst stoffkörper,
- - Aufbringen einer Isolationsschicht über den metallischen Leiterbahnen.
Auf diese Weise läßt sich erfindungsgemäß ein Retina-Implantat
herstellen, das einen dünnen folienartigen Fortsatz mit dem zu
implantierenden Chip aufweist, die als eine zusammenhängende
flache Einheit ausgebildet ist, auf besonders günstige Weise
mit minimalen Komplikationen implantiert werden kann und außer
dem eine hohe Beständigkeit über eine ausreichend lange Zeit
aufweist.
Gemäß einer Weiterbildung der Erfindung wird die Wandler
einrichtung am Kunststoffkörper durch Kleben, durch Bondieren
mit den metallischen Leiterbahnen und/oder durch Umspritzen mit
einer Kunststoffmasse befestigt.
Auf diese Weise läßt sich eine dauerhafte und Beständige Be
festigung der Wandlereinrichtung am Kunststoffkörper erreichen
und eine gute Abdichtung nach außen.
Gemäß weiteren Merkmalen der Erfindung werden der Kunst
stoffkörper und vorzugsweise auch die Isolationsschicht aus
Polyimid, Polymethylmetacrylat (PMMA) oder Epoxydharz herge
stellt. Gleichermaßen können diese Materialien zum Einbetten
des Chips und/oder zum Umspritzen der Wandlereinrichtung ver
wendet werden.
Diese Materialien haben sich als besonders biologisch verträg
lich und beständig erwiesen, wobei Polyimid oder PMMA besonders
bevorzugt sind.
Der Kunststoffkörper einschließlich der Isolationsschicht wird
vorzugsweise mit einer Dicke von etwa 5 bis 15 Mikrometer,
vorzugsweise von etwa 10 Mikrometer, erzeugt.
Auf diese Weise lassen sich sowohl die Empfänger-Spule als auch
der der Chip und die notwendigen Zuleitungen in einem dünnen
folienartigen Körper unterbringen, der gut zur Implantation ge
eignet ist.
Hierbei weisen die Leiterbahnen vorzugsweise eine Stärke von
etwa 0,5 bis 2 Mikrometer, vorzugsweise von etwa 1 Mikrometer
auf.
Eine solche Dimensionierung hat sich als ausreichend für eine
zuverlässige elektrische Verbindung erwiesen.
Die Leiterbahnen werden vorzugsweise durch Aufdampfen bzw.
Sputtern erzeugt, was eine günstige Herstellung erlaubt. Sie
bestehen vorzugsweise aus Gold, Titan, Platin, Iridium, Alumi
nium oder Kupfer.
Es versteht sich, daß die vorstehend genannten und die nach
stehend noch zu erläuternden Merkmale der Erfindung nicht nur
in der jeweils angegebenen Kombination, sondern auch in anderen
Kombinationen oder in Alleinstellung verwendbar sind, ohne den
Rahmen der vorliegenden Erfindung zu verlassen.
Weitere Merkmale und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus
der nachfolgenden Beschreibung bevorzugter Ausführungsbeispiele
unter Bezugnahme auf die Zeichnung. Es zeigen:
Fig. 1 in perspektivischer Ansicht ein herauspräpariertes
Auge mit eingeführtem Retina-Implantat;
Fig. 2 ein Ansicht des Retina-Implantats in vergrößertem
Maßstab in leicht abgewandelter Ausführung;
Fig. 3 einen Schnitt durch den ringförmigen Bereich des Im
plantats längs der Linie III-III in vergrößerter
Darstellung;
Fig. 4 den ringförmigen Bereich gemäß Fig. 3 in gekrümmter
Form unter Biegebeanspruchung;
Fig. 5 einen Ausschnitt des ringförmigen Bereichs des Im
plantats in gegenüber Fig. 3 nochmals vergrößerter
Darstellung und
Fig. 6 einen schematisierten Querschnitt durch ein Auge mit
eingeführtem Implantat.
In den Fig. 1 und 6 ist ein Augapfel, in den ein erfindungs
gemäßes Implantat eingeführt ist, insgesamt mit 10 bezeichnet.
Der Augapfel 10 weist an seiner Vorderseite eine Hornhaut
(Cornea) 11 und im übrigen eine Lederhaut (Sclera) 12 auf. Der
Limnbus corneae, d. h. der Rand der Hornhaut 11, ist in Fig. 1
mit 16 bezeichnet. Ferner sind in Fig. 1 die seitlichen Augen
muskeln 14, 15 erkennbar.
Vorne am Augapfel 10 wurde der laterale Augenmuskel 13 mittels
eine Schnittes durchgetrennt. Ein erfindungsgemäßes Retina-Im
plantat, das insgesamt mit 30 bezeichnet ist, besitzt einen
ringförmigen Abschnitt 32 und einen sich daran anschließenden
flachen Fortsatz 33 an dessen äußeren Ende, wie aus Fig. 2
näher zu ersehen ist, ein Chip 36 zur subretinalen Implantation
vorgesehen ist. In Fig. 1 ist erkennbar, wie das Retina-Implan
tat mit seinem ringförmigen Abschnitt 32 um den lateralen
Augenmuskel 13 herumgelegt wurde und mit seinem flachen Fort
satz 33 durch eine Sclerainzision 20 in den subretinalen Raum
eingeschoben wurde.
Aufbau und Herstellung des Retina-Implantats wird nachfolgend
anhand der Fig. 2 bis 5 näher beschrieben.
In Fig. 2 ist das Retina-Implantat in der Aufsicht vergrößert
dargestellt. Hierbei ist in Abwandlung zu der Ausführung gemäß
Fig. 1 noch eine Zugentlastung vorgesehen, wie nachfolgend noch
erläutert wird.
Das Retina-Implantat 30 umfaßt eine Empfänger-Spule 37 zur Auf
nahme von extern eingestrahlter elektromagnetischer Energie
(HF-Energie), eine Wandlereinrichtung 35, um die in der
Empfänger-Spule 37 induzierte Wechselspannung gleichzurichten
und zu glätten und ggf. auf eine voreingestellte Spannung zu
stabilisieren, sowie den Chip 36 zur subretinalen Implantation.
Die Wandlereinrichtung 35, die wegen der notwendigen Glättungs
kondensatoren einen gewissen Platzbedarf hat, ist als vom Chip
36 räumlich getrennte Einheit ausgebildet, die an den ring
förmigen Bereich 32 angrenzend am Beginn des flachen Fortsatzes
33 angeordnet ist. Die Wandlereinrichtung 35 besteht z. B. aus
Gleichrichtern, Glättungskondensatoren bzw. wiederaufladbaren
Dünnfilmbatterien und einem Spannungsstabilisator. Zusätzlich
kann sie Komponenten zum Dekodieren und zur Verarbeitung von
mit der elektromagnetischen Energie übertragenen Informations
signalen, etwa von Referenzsignalen für die Umgebungs
helligkeit, aufweisen.
Das Retina-Implantat weist einen flachen, vorzugsweise aus
Polyimid bestehenden Kunststoffkörper 31 auf, in dem die ver
schiedenen Komponenten aufgenommen sind, bzw. an dem diese Kom
ponenten befestigt sind. Im ringförmigen Bereich 32 des Kunst
stoffkörpers 31 ist eine zentrale Ausnehmung 34 mit einem
Durchmesser d1 von etwa 8 bis 16 mm vorgsehen. Der Außendurch
messer d2 des ringförmigen Abschnitts beträgt etwa 12 bis
20 mm. Im ringförmigen Abschnitt 32 ist die Empfänger-Spule 37
aufgenommen, deren Windungen beispielhaft mit 38 in Fig. 2 an
gedeutet sind. Die Enden der Empfänger-Spule 37 sind über eine
Zugentlastung 40, die wie aus Fig. 2 ersichtlich aus einer
zickzackförmigen oder mäanderförmig gewundenen Zunge bestehen
kann, mit der Wandlereinrichtung 35 verbunden. Die Wandlerein
richtung 35 ist über Verbindungsleitungen 41 mit dem Chip 36
verbunden, der am äußeren Ende des flachen Fortsatzes 33 in den
Kunststoffkörper 31 eingebettet ist, wobei seine aktive Ober
fläche, die zur Stimulation von Zellen dient, natürlich frei
liegt. Um eine Befestigung des Implantats 30 am Augapfel 10 in
seiner endgültigen Position zu erleichtern, sind am ring
förmigen Abschnitt 32 und am flachen Fortsatz 33 Laschen 49
bzw. 50 vorgesehen. Wie aus Fig. 2 ferner ersichtlich ist,
weist der flache Fortsatz 33 in seinem Bereich, der zum
späteren Einschieben in den subretinalen Raum bestimmt ist,
eine Vielzahl von Perforationen 52 auf, die beispielsweise in
einem Rastermaß von etwa 0,1 bis 1 mm angeordnet sein können
und einen Durchmesser etwa im Bereich zwischen 20 und 200 µm
aufweisen können. Auf diese Weise wird eine Diffusion von
Nährstoffen und Sauerstoff zwischen Pigmentepithel und Retina
ermöglicht, um so nachteilige Einflüsse des aus isolierendem
Material bestehenden Implantats zu vermeiden.
Der ringförmige Abschnitt 33, in dem die Empfänger-Spule 37
ausgebildet ist, ist vorzugsweise, wie aus den Fig. 3 und 4
ersichtlich, in Umfangsrichtung in eine Mehrzahl von koaxial
zueinander angeordneten ringförmigen Abschnitten 51 aufgeteilt,
die durch Zwischenräume 42 voneinander getrennt sind und die
durch Radialstege 43 mechanisch und elektrisch miteinander ver
bunden sind.
Jeder dieser Abschnitte 51 enthält eine Mehrzahl von Windungen
38 und besitzt z. B. eine Breite in der Größenordnung von etwa
0,5 mm, während die Gesamtbreite etwa im Bereich zwischen 3 und
4 mm liegt.
In Fig. 3 ist beispielhaft ein einziger Radialsteg 43 zwischen
den beiden äußeren Abschnitten 51 erkennbar, über den die bei
den benachbarten Abschnitte 51 mechanisch zusammenhängen und
über den auch die elektrische Verbindung zwischen den benach
barten Windungen 38 erfolgt. Die Verbindung zu den weiter innen
liegenden Abschnitten 51 erfolgt gleichfalls über Radialstege
43, die vorzugsweise winkelmäßig versetzt an anderen Stellen
des ringförmigen. Abschnittes angeordnet sind, um so eine maxi
male Flexibilität der Empfängerspule 37 zu erreichen, da der
Kunststoffkörper 31, wie nachfolgend noch erläutert wird, als
ebener Körper erzeugt wird, sich jedoch das Kunststoffmaterial
möglichst ohne Wellen und Falten an die Oberfläche des gewölb
ten Augapfels anlegen soll. Zusätzlich ist es möglich, diese
isolierten Abschnitte 51 nach der vollständigen Herstellung des
Kunststoffkörpers in eine sphärische Form zu bringen, die der
Wölbung des Augapfels angepaßt ist und zum Beispiel durch Ver
gießen mit Silikon in dieser gewölbten Form zu fixieren, so daß
die Handhabung bei der späteren Implantation vereinfacht wird.
Das Retina-Implantat kann beispielsweise folgendermaßen herge
stellt werden:
Zunächst wird eine dünne Kunststoffschicht 44 gemäß Fig. 5, die z. B. aus Polyimid, PMMA oder Epoxydharz bestehen kann, auf ein planares Hilfssubstrat 53 wie z. B. einen Glas-, Silizium- oder Keramikwafer laminiert bzw. aufgespinnt. Bei dem Hilfssubstrat 53 kann es sich beispielsweise auch um eine Metallfolie han deln.
Zunächst wird eine dünne Kunststoffschicht 44 gemäß Fig. 5, die z. B. aus Polyimid, PMMA oder Epoxydharz bestehen kann, auf ein planares Hilfssubstrat 53 wie z. B. einen Glas-, Silizium- oder Keramikwafer laminiert bzw. aufgespinnt. Bei dem Hilfssubstrat 53 kann es sich beispielsweise auch um eine Metallfolie han deln.
Nach der Erzeugung dieser dünnen Kunststoffschicht oder Folie
44 auf der Oberfläche des Hilfssubstrats 53 werden metallische
Leiterbahnen 45 auf der Oberfläche der Folie 44 erzeugt. Hierzu
wird das Metall, z. B. Gold, Titan, Platin, Iridium, Aluminium
oder Kupfer auf die Oberfläche aufgedampft bzw. gesputtert.
Hieraus werden dann sämtliche metallischen Leiterbahnen 45,
also die Windungen 38 der Empfänger-Spule 37, Verbindungen
zwischen den einzelnen Abschnitten 51 der Empfänger-Spule 37,
zur Wandlereinrichtung 35 über die Zugentlastung 40 führende
Anschlußleitungen sowie Verbindungsleitungen 41 von der Wand
lereinrichtung 35 zum Chip 36 durch eine anschließende photo
lithographische Mikrostrukturierung erzeugt. Eine vom inneren
Ende der Empfängerspule 37 nach außen verlaufende Brücke 39 muß
in der Regel gesondert angeschlossen werden. Der Chip 36 und
die Wandlereinrichtung 35 werden mit der Oberfläche 47 der
Folie 44 z. B. durch leitfähiges Kleben oder Bonden befestigt
und eine Isolationsschicht zur vollständigen Isolation der
Leiterbahnen 45 aufgebracht, die aus dem gleichen Kunststoff
wie der zunächst auf das Hilfssubstrat 53 aufgebrachte Kunst
stoff, also etwa aus Polyimid oder PMMA, bestehen kann.
Der so gebildete Körper wird anschließend wieder von dem Hilfs
substrat 53 abgelöst. Je nach den geometrischen Verhältnissen
werden Chip 36 und die Wandlereinrichtung 35 auch erst nach
Aufbringen der Isolationsschicht 46 auf die Folie 44 am Kunst
stoffkörper 31 durch leitfähiges Kleben oder Bonden befestigt.
Auch die Zwischenräume 42 zwischen benachbarten Abschnitten 51
der Empfängerspule 37 und die mäanderförmig ausgebildete Zug
entlastung 40 können im Rahmen der photolithographischen
Mikrostrukturierung erzeugt werden.
Dagegen werden die Perforationen 52 im flachen Fortsatz 33 vor
zugsweise anschließend zum Beispiel durch Laserbohren erzeugt.
Die einzelnen Abschnitte 51 der Empfängerspule 37 können zu
sätzlich zum Beispiel mittels Silikon in eine sphärische Form
vergossen werden, die der Wölbung eines Augapfels angepaßt ist.
Die metallischen Leiterbahnen weisen eine Stärke x von etwa 0,5
bis 2 Mikrometer, vorzugsweise von etwa 1 Mikrometer auf.
Nach dem Aufbringen der Isolationsschicht 46 weist die
Empfänger-Spule 37 zusammen mit der Folie 44 eine Gesamtdicke y
von etwa 10 Mikrometer auf.
Das Retina-Implantat 30 kann etwa auf folgende Weise implan
tiert werden:
Nach Eröffnung der Bindehaut am Rande der Hornhaut 11 am schläfenwärtigen Teil des Augapfels 10 wird ein Zügelfaden an gelegt und das Auge nach innen gerollt. Die Bindehaut wird an schließend zur Seite geschoben, ggf. als Lappen. Am Ansatz des geraden lateralen Augenmuskels 13 wird ein Haltefaden in den Muskelansatz eingebracht und der Muskel dann durchtrennt und samt Haltefaden zur Seite geklappt. Etwas oberhalb oder, wie in Fig. 1 gezeigt, etwas unterhalb des Augenmuskels 13 wird dann in die Sclera etwas unterhalb des lateralen Augenmuskels 13 eine Sclerainzision 20 eingebracht und ein kleiner viereckiger Lappen 21 fensterflügelförmig aufgeschnitten und nach unten aufgeklappt.
Nach Eröffnung der Bindehaut am Rande der Hornhaut 11 am schläfenwärtigen Teil des Augapfels 10 wird ein Zügelfaden an gelegt und das Auge nach innen gerollt. Die Bindehaut wird an schließend zur Seite geschoben, ggf. als Lappen. Am Ansatz des geraden lateralen Augenmuskels 13 wird ein Haltefaden in den Muskelansatz eingebracht und der Muskel dann durchtrennt und samt Haltefaden zur Seite geklappt. Etwas oberhalb oder, wie in Fig. 1 gezeigt, etwas unterhalb des Augenmuskels 13 wird dann in die Sclera etwas unterhalb des lateralen Augenmuskels 13 eine Sclerainzision 20 eingebracht und ein kleiner viereckiger Lappen 21 fensterflügelförmig aufgeschnitten und nach unten aufgeklappt.
Durch die beiden Ecken des Lappens 21 werden Haltefäden gelegt
und dann der Lappen nach hinten weggeklappt, wie in Fig. 1 zu
sehen. Unter Einsatz von blutstillenden Mitteln werden die
unter der Sclera 12 liegende Aderhaut 22 und Pigmentepithel
schlitzförmig eröffnet (vgl. Fig. 6), ohne die Retina 19 selbst
zu perforieren. Ggf. unter Sicht mit einer Faseroptik wird das
Ende des den Chip 36 tragenden Fortsatzes 33 in den Aderhaut
schlitz eingeschoben und bis in den subretinalen Raum vorge
schoben, bis sich der Fortsatz zu etwa 4/5 innerhalb des Auges
10 befindet und das Ende mit dem Chip 36 die endgültige
Position erreicht hat. Ggf. kann vorher mit einem flexiblen,
dem Fortsatz des Retina-Implantats 30 ähnelnden Plastikspatel
der Kanal dadurch freigelegt werden, daß die Retina 19 etwas
vom Pigmentepithel abgetrennt wird.
Hat das Ende, das den Chip 36 trägt, seine endgültige Position
im Bereich der Macula erreicht, wird sie in dieser Position an
der Sclera außen dadurch befestigt, daß sie mit zwei Kunst
stoff-Fäden, die durch kleine Perforationslöcher an den Laschen
50 am Fortsatz 33 gezogen werden, mit Einzelknoten an der
Sclera befestigt werden. Der ringförmige Abschnitt 32 mit der
Empfänger-Spule 37 wird in ähnlicher Weise mit zwei weiteren
Einzelknopfnähten, die durch Perforationen an den Laschen 49 an
der dem Fortsatz 33 gegenüberliegende Seite der Empfänger-Spule
37 gezogen werden, befestigt. Die Empfänger-Spule 37 wird so
gelegt, daß sich die augapfelseitige Wurzel des lateralen
geraden Augenmuskels 13 innerhalb der Ausnehmung 34 des
ringförmigen Abschnitts 32 befindet.
Anschließend wird der fensterartige Lappen 21 der Sclera 11 an
seinen beiden Ecken mit zwei weiteren Einzelknopfnähten ge
schlossen. Danach wird der laterale gerade Augenmuskel 13 mit
Hilfe des Haltefadens wieder nach vorne gezogen und über den
ringförmigen Bereich 32 hinweg an seiner ursprünglichen Wurzel
mit Muskelnähten befestigt. Dann wird mit einigen wenigen Ein
zelknopfnähten dis Bindehaut wieder angeheftet und der Zügel
faden entfernt. Nachdem die Position des Chips und die
Verhältnisse am Augengrund mit Hilfe der direkten und
indirekten Ophtalmosopie geprüft worden sind, wird zuletzt ein
Salbenverband aufgelegt.
Claims (28)
1. Retina-Implantat mit einem Chip (36) zur subretinalen
Implantantion, mit einer Empfänger-Spule (37) zur indukti
ven Einkopplung von elektromagnetischer Energie, die mit
einer Wandlereinrichtung (35) zur Umwandlung einer in der
Empfänger-Spule (37) induzierten Wechselspannung in eine
zur Stromversorgung des Chips (36) geeignete Gleich
spannung gekoppelt ist, dadurch gekennzeichnet, daß die
Empfänger-Spule (37) zur Aufnahme und Positionierung
außerhalb der Sclera (12) auf dem Augapfel (10) ausge
bildet ist.
2. Retina-Implantat nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet,
daß die Empfänger-Spule (37), der Chip (36), sowie zum
Chip (36) führende Zuleitungen (41) in einem flachen
Kunststoffkörper (31) aufgenommen sind.
3. Retina-Implantat nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekenn
zeichnet, daß die Wandlereinrichtung (35) als vom Chip
(36) getrennte Einheit ausgebildet ist, die zur Positio
nierung am Augapfel (10) außerhalb der Sclera (12) geeig
net ist.
4. Retina-Implantat nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekenn
zeichnet, daß der Kunststoffkörper (31) einen ringförmigen
Abschnitt (32) mit einer zentralen Ausnehmung (34) auf
weist, an den sich ein flacher Fortsatz (33) anschließt.
5. Retina-Implantat nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet,
daß der ringförmige Abschnitt (32) zur Umschließung des
lateralen geraden Augenmuskelansatzes (13) dimensioniert
ist.
6. Retina-Implantat nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet,
daß die Wandlereinrichtung (35) am Kunststoffkörper (31)
in einer an die Empfänger-Spule (37) angrenzenden Position
aufgenommen ist.
7. Retina-Implantat nach einem der Ansprüche 3 bis 6, dadurch
gekennzeichnet, daß die Empfänger-Spule (37) in den ring
förmigen Abschnitt (32) integrierte, vorzugsweise spiral
förmig angeordnete Windungen (38) aufweist.
8. Retina-Implantat nach einem der Ansprüche 4 bis 7, dadurch
gekennzeichnet, daß der ringförmige Abschnitt (32) in Um
fangsrichtung in eine Mehrzahl von Abschnitten (51) aufge
teilt ist, die durch Zwischenräume (42) voneinander ge
trennt sind und elektrisch und mechanisch miteinander ver
bunden sind.
9. Retina-Implantat nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet,
daß die Abschnitte (51) jeweils durch mindestens einen
Steg (51) in Radialrichtung miteinander verbunden sind.
10. Retina-Implantat nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet,
daß die Abschnitte spiralförmig zusammenhängen.
11. Retina-Implantat nach einem der Ansprüche 8 bis 10, da
durch gekennzeichnet, daß die Abschnitte (51) zu einem
wölbungsmäßig an die Oberfläche eines Augapfels (10) ange
paßten annähernd sphärischen Körper vergossen sind.
12. Retina-Implantat nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet, daß zumindest zwischen der Wand
lereinrichtung (35) und einer zum Chip (36) oder zur
Empfänger-Spule (37) führenden Zuleitung (41) Mittel zur
Zugentlastung (40) vorgesehen sind.
13. Retina-Implantat nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet, daß die Empfänger-Spule (37) eine
Windungszahl von etwa 50 bis 200 Windungen, vorzugsweise
von etwa 100 Windungen aufweist.
14. Retina-Implantat nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet, daß die Empfänger-Spule (37) einen
Außendurchmesser (d2) von etwa 12 bis 20 mm und einen
Innendurchmesser (d1) an der Ausnehmung (34) von etwa 8
bis 16 mm aufweist.
15. Retina-Implantat nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet, daß der flache Fortsatz (33) mit
einer Mehrzahl von Perforationen (52) versehen ist.
16. Retina-Implantat nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet, daß der Chip (36) in dem flachen
Fortsatz (33) eingebettet ist, wobei seine aktive Seite
zur Zellstimulation freiliegend an der Oberfläche angeord
net ist.
17. Retina-Implantat nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet, daß der flache Kunststoffkörper
(31) Laschen (49, 50) zur Befestigung am Augapfel (10)
aufweist.
18. Retina-Implantat nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet, daß die Wandlereinrichtung (35)
Mittel zur Signalverarbeitung eines mit der elektromagne
tischen Energie übertragenen Informationssignals, insbe
sondere zur Aufbereitung eines Referenzsignals für die Um
gebungshelligkeit, aufweist.
19. Verfahren zur Herstellung eines Retina-Implantats (30),
mit einem Chip (36) zur subretinalen Implantantion, mit
einer Empfänger-Spule (37) zur induktiven Einkopplung von
elektromagnetischer Energie, und mit einer Wandlerein
richtung (35) zur Umwandlung einer in der Empfänger-Spule
(37) induzierten Wechselspannung in eine zur Strom
versorgung des Chips (36) geeignete Gleichspannung, das
folgende Schritte aufweist:
- - Herstellen eines flachen Kunststoffkörpers (31) mit einem ringförmigen Abschnitt (32) mit einer zentra len Ausnehmung (34), an den sich ein flacher Fort satz (33) anschließt,
- - Aufbringen von metallischen Leiterbahnen (45) in spiralförmiger Anordnung auf eine Oberfläche (47) des ringförmigen Abschnitts (32) des Kunststoff körpers (31), um die Windungen (38) der Empfänger-Spule (37) zu erzeugen und um elektrische Verbindungsleitungen (41) zwischen der Empfänger-Spule (37), der Wandlereinrichtung (35) und dem Chip (36) zu schaffen,
- - Befestigen des Chips (36) und der Wandlereinheit (35) am Kunststoffkörper (31),
- - Aufbringen einer Isolationsschicht (46) über den metallischen Leiterbahnen (45).
20. Verfahren nach Anspruch 19, bei dem der flache Kunst
stoffkörper (31) auf einem Hilfssubstrat (53) erzeugt
wird, von dem er anschließend wieder abgelöst wird.
21. Verfahren nach Anspruch 20, bei dem die Leiterbahnen (45)
auf der Oberfläche (47) durch ein Dünnschichtverfahren
erzeugt werden und anschließend photolithographisch
mikrostrukturiert werden.
22. Verfahren nach Anspruch 19, 20 oder 21, bei dem die Wand
lereinrichtung (35) am Kunststoffkörper (31) durch Kleben,
durch Bondieren mit den metallischen Leiterbahnen (45)
und/oder durch Umspritzen mit einer Kunststoffmasse be
festigt wird.
23. Verfahren nach einem der Ansprüche 19 bis 22, bei dem der
ringförmige Abschnitt (32) in Umfangsrichtung in eine
Mehrzahl von Abschnitten (51) aufgeteilt wird, die durch
Zwischenräume (42) voneinander getrennt sind.
24. Verfahren nach Anspruch 23, bei dem die Abschnitte (51) zu
einem wölbungsmäßig an die Oberfläche eines Augapfels (10)
angepaßter annähernd kugelkalottenförmigen Körper ver
gossen werden.
25. Verfahren nach einem der Ansprüche 19 bis 24, bei dem der
Kunststoffkörper (31) aus Polyimid, Polymethylmethacrylat
(PMMA) oder Epoxyharz hergestellt wird.
26. Verfahren nach einem der Ansprüche 19 bis 25, bei dem der
Kunststoffkörper (31) einschließlich der Isolationsschicht
(46) mit einer Dicke von etwa 5 bis 15 Mikrometer,
vorzugsweise von etwa 10 Mikrometer erzeugt wird.
27. Verfahren nach einem der Ansprüche 19 bis 26, bei dem die
metallischen Leiterbahnen (45) mit einer Stärke (X) von
etwa 0,5 bis 2 Mikrometer, vorzugsweise von etwa 1 Mikro
meter erzeugt werden.
28. Verfahren nach einem der Ansprüche 19 bis 27, bei dem der
flache Kunststoffkörper (31) im Bereich seines flachen
Fortsatzes (33) mit Perforationen (52) versehen wird.
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---|---|---|---|
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Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
WO2004067088A1 (de) | 2003-01-31 | 2004-08-12 | Eberhard-Karls-Univer Sität Tübingen | Retina-implantat zum stimulieren einer retina in abhängigkeit von einfallendem licht |
DE102008007822A1 (de) * | 2008-02-07 | 2009-08-13 | Fraunhofer-Gesellschaft zur Förderung der angewandten Forschung e.V. | Drahtlose Ladeschnittstelle für einen Energiespeicher |
EP1915115B2 (de) † | 2005-07-14 | 2019-11-27 | Pixium Vision SA | Extraokulares epiretinal-implantat |
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DE4438201C2 (de) * | 1994-10-26 | 1997-01-30 | Gerhard Heinrich Dr In Steeger | Gerät zur langzeitigen Normalisierung des Kammerwasserabflusses aus dem menschlichen Auge |
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- 1999-07-06 DE DE19931083A patent/DE19931083C2/de not_active Expired - Lifetime
-
2000
- 2000-05-03 AT AT00929480T patent/ATE416724T1/de not_active IP Right Cessation
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EP1915115B2 (de) † | 2005-07-14 | 2019-11-27 | Pixium Vision SA | Extraokulares epiretinal-implantat |
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Also Published As
Publication number | Publication date |
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DE19931083C2 (de) | 2002-07-18 |
ATE416724T1 (de) | 2008-12-15 |
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R071 | Expiry of right |