JP2006280412A - 視覚再生補助装置及び該装置の製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】 体内（眼内）に設置する装置の大きさを小さくさせることのできる視覚再生補助装置を提供する。
【解決手段】 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、多数の電極が形成されるとともに，多数の電極に電気的に接続され網膜を構成する細胞を刺激するための電気刺激信号を電極から出力するためのマルチプレクサ部がフリップ実装される基板と、患者に認知させる被写体を撮影する撮影手段と、撮影手段により得られた被写体情報を電気刺激パルス信号としてマルチプレクサを介して電極から出力するための信号変換手段と、信号変換手段とマルチプレクサ部とを電気的に接続するワイヤーと、を有し、ワイヤーの一端はマルチプレクサ部に形成されたバンプと直接接続されている。
【選択図】 図２

Description

本発明は視覚再生のため、眼内に設置される視覚再生補助装置及びその製造方法に関する。

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眼内に設置し、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、眼内に設置された体内装置に送信して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ものである（特許文献１ 参照）。
特開２００４−２９８２９８号公報

前述したような体内装置を患者の体内（眼内）に設置可能するためのスペースは限られており、体内装置をできる限り小型化させる必要がある。
本発明は上記の事情を鑑みてなされたものであり、体内（眼内）に設置する装置の大きさを小さくさせることのできる視覚再生補助装置及びその製造方法を提供することを技術課題とする。

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） 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、多数の電極が形成されるとともに，該多数の電極に電気的に接続され網膜を構成する細胞を刺激するための電気刺激信号を前記電極から出力するためのマルチプレクサ部がフリップ実装される基板と、患者に認知させる被写体を撮影する撮影手段と、該撮影手段により得られた被写体情報を電気刺激パルス信号として前記マルチプレクサを介して前記電極から出力するための信号変換手段と、該信号変換手段と前記マルチプレクサ部とを電気的に接続するワイヤーと、を有し、該ワイヤーの一端は前記マルチプレクサ部に形成されたバンプと直接接続されていることを特徴とする。
（２） （１）の視覚再生補助装置において、前記マルチプレクサ部に設けられたワイヤー接続用の前記バンプは他の接続のために設けられるバンプの高さよりもよりも低くされていることを特徴とする。
（３） （１）の視覚再生補助装置において、前記ワイヤーは生体適合性のよい材料にて被覆された状態で複数本用意されるとともに、該複数のワイヤを束ねて一本のケーブル状とするケーブル形成部材を有することを特徴とする。
（４） （３）の視覚再生補助装置において、前記ワイヤーの線材はプラチナ、プラチナ−イリジウム合金、ステンレス鋼のいずれかであることを特徴とする。
（５） 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の製造方法において、基板上に電極及び該電極とマルチプレクサ部とを接続するためのリード線を形成する第１ステップと、前記マルチプレクサ部を前記基板上にフリップ実装するためにマルチプレクサ部の入力部及び出力部にバンプを形成する第２ステップと、前記マルチプレクサ部の前記出力部にバンプを介してリード線を直接接続するとともに前記入力部にバンプを介して通信用のワイヤーを直接接続する第３ステップと、を有することを特徴とする。

本発明によれば、効率の良い配線が行えるとともに装置を小型化することができる。

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。
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。

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。
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。

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信号とを分ける回路、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に変換するための変換回路や、変換した電気刺激パルス信号を刺激部４０へ送信するための電気回路等を有している。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。３４は不関電極（参照電極）であり、制御部３２に接続されている。

また、刺激部４０は、電気刺激パルス信号を出力する電極４１、マルチプレクサ部４２、が設けられている。電極４１は基板４３上に形成され、マルチプレクサ部４２は基板４３にフリ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、この上に電極４１とマルチプレクサ部４２とを電気的に接続するためのリード線４３ａが配線されている。

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（プラチナ、プラチナ-イリジウム合金）やステンレス鋼を用いている、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。

図４は刺激部４０の詳細な構成を示した概略図である。
電極４１は、図４（ａ）に示すように、２次元的に等間隔になるように複数個形成され、電極アレイを形成している。なお、基板４３上に形成される電極４１は、金、白金等の生体適合性、耐食性に優れた導電性を有する材料にて基板４３に形成したリード線４３ａ末端に形成される。なお、電極４１もまた、金、白金等の生体適合性、耐食性に優れた導電性を有する材料にて形成される。また、本実施形態における基板４３上の電極４１は、図４（ａ）に示すように、１０行×１０列にて等間隔に形成されている。リード線４３ａは、電極数分だけ基板４３上に形成されており、図４（ｂ）に示すように多層配線等にて形成されている。リード線を多層に配線する方法としては、例えば、所定の配線パターンを形成するための開口が設けられたマスク（フォトレジスト）を基板に重ねておき、真空蒸着法やスパッタ法を用いて、耐腐食性の金属材料からなる導電層（リード線）をマスクの開口部を介して基板上に形成させる。その後、マスクを基板上から取り除き、導電層を被覆するように所定の厚さを有した絶縁層を形成する。これを複数行うことにより、リード線を多層に配線することが可能となる。

また、マルチプレクサ部４２の図示なき信号出力部には、金等の導電性を有する材料にてバンプ４２ａが形成されており、マルチプレクサ部４２のフリップ実装時にリード線４３ａの末端とバンプ４２ａとが接合されることにより、マルチプレクサ部４２から出力される電気刺激パルス信号がリード線４３ａを介して電極４１に送られることとなる。なお、ワイヤー５０は図４（ｂ）に示すように、マルチプレクサ部４２にバンプ４２ｂを介して直接接続される。

次に、ワイヤー５０をマルチプレクサ部４２に接続させる方法を以下に説明する。なお、図５及び図６は、ワイヤー５０をマルチプレクサ部４２に接続する方法を示した概略図である。
図５（ａ）に示すように、フリップ実装させる際の基板４３上におけるマルチプレクサ部の信号入力部の位置２００を基板４３上に設定しておき、この各位置２００にワイヤー５０の先端が位置するように合わせた後、治具１００を用いてワイヤー５０が前後左右に動かないようにしておく。なお、治具１００はワイヤー５０を上下から挟み込むことにより、ワイヤー５０の位置固定を行う役目を有している。

ワイヤー５０の位置固定が完了したら、基板４３上にマルチプレクサ部４２をフリップ実装させる。図６に示すように、フリップ実装時では、マルチプレクサ部の図示なき出力部にバンプ４２ａを、入力部にバンプ４２ｂを予め形成しておく。そして、リード線４３ａの末端にバンプ４２ａを、位置２００に置かれるワイヤー５０の先端にバンプ４２ｂを各々合わせて、基板４３にマルチプレクサ部４２を圧着させる。このとき基板４３とマルチプレクサ部４２との間には、絶縁性を有する接着剤６０を介在させ、基板４３上にマルチプレクサ部４２を固着させる。なお、リード線４３ａ部に比べてワイヤー５０の接続部が高い場合（基板上における高さが異なる場合）には、マルチプレクサ部４２のフリップ実装時にリード線４３ａとワイヤー５０の両方がバンプに好適に当接するように、予めバンプ４２ａ，４２ｂの高さを調節しておくことが好ましい。本実施形態では、図６に示すようにリード線４３ａに比べワイヤー５０の位置が高いため、他の接続に用いられるバンプ（バンプ４２ａ）の高さよりもバンプ４２ｂの方を低くするように調節している。

図５（ｂ）に示すように、ワイヤー５０とマルチプレクサ部４２とを直接接続させることにより、ワイヤー５０とマルチプレクサ部４２とを接続するための配線スペースや配線を基板４３上に設ける必要がない。その結果、配線作業を少なくすことができるとともに、基板４３を小さくすることが可能となる。

マルチプレクサ部４２が基板４３に完全に固定されたら、治具１００を取り外すとともに、ワイヤー５０を図４に示すチューブ５１にて一つに束ねておく。なお、受信部３０側における制御部３２とワイヤー５０との接続は、このように直接接続してもよいし、既存の方法によって接続してもよい。また、図４に示す電極４１以外の体内装置２０はポリイミド等の生体適合性の良い材料にて被覆しておく。

このような構成を備える体内装置２０は、患者の体内（眼内）の所定位置に設置される。図７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のマルチプレクサ部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。なお、不関電極３４は図７に示すように眼内に置かれる。

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。
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７に示すように強膜Ｅ３の外側を通り、基板４３に設置されたマルチプレクサ部に接続される。

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のデータパラメータ（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。
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。

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、変調信号を抽出する。制御部３２は、抽出した変調信号に基づいて、各電極４１から出力させる電気刺激パルス信号と電極指定信号とを形成し、ワイヤー５０を介して電極指定信号マルチプレクサ部４２に送信する。マルチプレクサ部４２では、受け取った電極指定信号に基づいて各電極４１から電気刺激パルス信号を出力させる。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。

以上の実施形態では、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。なお、基板の固定は、縫合だけでなく、例えばタックや生体適合性の高い接着剤等にて固定保持させることもできる。

本実施形態における視覚再生補助装置の外観を示した概略図である。 本実施形態の視覚再生補助装置における体内装置を示した概略図である。 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。 体内装置の刺激部の構成を示した概略図である。 マルチプレクサ部にワイヤーを直接接続する方法を示した図である。 マルチプレクサ部に直接接続された状態を示した図である。 眼内に体内装置を設置した状態を示した図である。

符号の説明

１ 視覚再生補助装置
１０ 体外装置
２０ 体内装置
４０ 刺激部
４１ 電極
４２ マルチプレクサ部
４２ａ,４２ｂ バンプ
４３ 基板
５０ ワイヤー

Claims (5)

1. 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、多数の電極が形成されるとともに，該多数の電極に電気的に接続され網膜を構成する細胞を刺激するための電気刺激信号を前記電極から出力するためのマルチプレクサ部がフリップ実装される基板と、患者に認知させる被写体を撮影する撮影手段と、該撮影手段により得られた被写体情報を電気刺激パルス信号として前記マルチプレクサを介して前記電極から出力するための信号変換手段と、該信号変換手段と前記マルチプレクサ部とを電気的に接続するワイヤーと、を有し、該ワイヤーの一端は前記マルチプレクサ部に形成されたバンプと直接接続されていることを特徴とする視覚再生補助装置。
2. 請求項１の視覚再生補助装置において、前記マルチプレクサ部に設けられたワイヤー接続用の前記バンプは他の接続のために設けられるバンプの高さよりもよりも低くされていることを特徴とする視覚再生補助装置。
3. 請求項１の視覚再生補助装置において、前記ワイヤーは生体適合性のよい材料にて被覆された状態で複数本用意されるとともに、該複数のワイヤを束ねて一本のケーブル状とするケーブル形成部材を有することを特徴とする視覚再生補助装置。
4. 請求項３の視覚再生補助装置において、前記ワイヤーの線材はプラチナ、プラチナ−イリジウム合金、ステンレス鋼のいずれかであることを特徴とする視覚再生補助装置。
5. 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の製造方法において、基板上に電極及び該電極とマルチプレクサ部とを接続するためのリード線を形成する第１ステップと、前記マルチプレクサ部を前記基板上にフリップ実装するためにマルチプレクサ部の入力部及び出力部にバンプを形成する第２ステップと、前記マルチプレクサ部の前記出力部にバンプを介してリード線を直接接続するとともに前記入力部にバンプを介して通信用のワイヤーを直接接続する第３ステップと、を有することを特徴とする視覚再生補助装置の製造方法。