JP5265209B2 - 視覚再生補助装置 - Google Patents

Description

本発明は患者の視覚を再生するための視覚再生補助装置関する。

近年、失明治療技術の一つとして、複数の電極が形成された基板を有する体内装置を体内に埋植し、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、体外装置を用いて撮像された映像を所定の信号に変換して体内に設置された体内装置に送信し、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装置が知られている（例えば、特許文献１参照）。このような装置では、眼球に設置する基板上に複数の電極を所定のパターンで配列し、各々の電極に電気刺激パルス信号を送るためのリード線（導線）を配線している。このような装置の電極の形成、配線には、半導体集積回路作製に用いられるフォトリソグラフィー等が利用されており、電極及びリード線が薄膜状とされている。
特開２００３−２３０５９０号公報

このような装置では、患者が知覚する視覚の解像度を向上させるために、電極数を増やすと共に高密度に配置する（電極間の間隔を小さくする）ことが求められている。このため、各電極に接続するリード線は、電極数が多くなることで配線が複雑になる。さらに、配置密度が高くなることで配線する空間が小さくなる。

また、このような装置では、体内への長期埋植に耐える耐久性と、好適に網膜を構成する細胞を電気刺激できるようにある程度の厚みを持たせた電極が必要とされる。しかしながら、特許文献１の装置では、薄膜形成法を用いているため電極形成において厚みを持たせることが難しい。このため、金属の切り出し等により厚みを有した電極（以下、バルク電極と呼ぶ）を用いる手法が考えられているが、バルク電極と薄膜状のリード線とを接続することが難しい。一方で、リード線をバルク電極と同様に金属から切り出して、このリード線（以下、バルク線と呼ぶ）とバルク電極と溶接（熔接）等で接続する手法が考えられるが、バルク線は薄膜形成法により形成されるリード線のように配線の自由度が高くなく、その結果、電極を高密度に配置することが難しい。

上記従来技術の問題点に鑑み、基板上にバルク電極を高密度に配置できる視覚再生補助装置を提供することを技術課題とする。

上記技術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） 所定の基板上に複数の電極を格子状に配置した電極アレイと、患者の視覚を形成する視覚神経系を構成する細胞又は組織を電気刺激するために前記導線を介して前記電極から電気刺激パルス信号を出力する制御手段と、該制御手段から前記電気刺激パルス信号を前記電極に伝送するために前記制御手段と前記電極とを繋ぐ導線と、を備える視覚再生補助装置において、
前記導線は前記制御手段側から前記各電極に向けて折れ曲がることなく直線状に平行に並べて配列され、
前記電極アレイは，前記制御手段側から前記直線状に平行に並べて配列された導線の進行方向に向って一列に並ぶ複数の電極の配置軸線と前記直線状に並ぶ導線の軸線とが所定の角度で交差するように前記導線に対して所定の角度傾いた状態で，前記直線状に平行に並べて配列された導線の端部に電極が接続されて形成されている
ことを特徴とする。

本発明によれば、基板上にバルク電極を高密度に配置できる。

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は視覚再生補助装置における体内装置を示す図である。

視覚再生補助装置１は、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１１と、バイザ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所定の信号、本実施形態では、電磁波として体内装置２０側に伝送（無線送信）する。この電磁波には、電気刺激パルス用データと電力が重畳されている。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。

次に、体内装置２０の構成を説明する。図２（ａ）は、体内装置２０の外観を示し、図２（ｂ）は刺激部４０の断面を示した図である。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信号用データや電力を電磁波にて受け取る受信部（受信ユニット）３０と、網膜を構成する細胞を電気刺激する刺激部（刺激ユニット）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とを分けるとともに、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と、電気刺激パルス信号と対応する（電気刺激パルス信号を出力させる）電極を指定する電極指定信号等を含む制御信号とに変換し、刺激部４０へ送信するための役割を有している。

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。電極４４と対向電極（帰還電極）３４の間に電流パルスを印加することにより神経への刺激が行われる。 また、刺激部４０は、電気刺激パルス信号を出力する複数の電極４４、刺激制御部４２（制御手段）、これらを設置する基板４３を含む。各電極４４は、後述する作製方法（接続形態）にて各々が刺激制御部４２に接続される（詳細は後述する）。刺激制御部４２は、制御部３２から送られてきた制御信号（電極指定信号を含む）に基づいて、対応する電気刺激パルス信号を電極４４の各々へ振り分けるマルチプレクサ機能を有する。電極４４には生体適合性が高い導体、例えば金や白金、窒化チタン、酸化イリジウム等の貴金属が用いられる。各電極４４は、外径（基板４３上に出た部分）が１００〜５００μｍ、高さが１００〜５００μｍに形成される。本実施形態で用いられる基板４３は、眼内、特に、層状の眼組織内に設置されるため、眼球の形状に沿うことが好ましく、層間（層内）に長期埋植されても患者の負担が少ないことが好ましい。このため、基板４３は、パリレン（ポリパラキシリレンの略称。なお、パリレンは登録商標）、ポリプロピレン、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（フレキシブル）な材料を長手方向に延びた平板状に加工したものを用いる。基板４３の厚みは、１０〜１００μｍとされる。この基板４３には、電極４４と刺激制御部４２が電気的に接続する導線であるワイヤ４１が配置される。ワイヤ４１は、生体適合性の高い導体、例えば、金、白金、白金イリジウム等の貴金属から形成され、その表面を生体適合性を有すると共に絶縁性を有する素材、例えば、パリレン、テフロン（登録商標）、ウレタン、ポリイミド等の樹脂にて被覆される。ワイヤ４１は、前述の金属のバルク材（金属塊）からの切り出し、プレス加工、射出成型のいずれの処理にてワイヤ状（細線状）に成型される。なお、ワイヤ４１は貴金属の細線を複数縒り合わせて作製してもよい。ワイヤ４１がこのような縒り線の場合、単線の場合と比べて柔軟性及び強度が確保できる。ワイヤ４１の厚み（径）は、基板４３のフレキシブル性や長期設置性に好ましい程度の厚み、例えば、１０〜１００μｍとされる。従って、ワイヤ４１に被覆を含めた厚み（径）は、おおよそ１０〜１００μｍ程度とされる。基板４３上に実装された刺激制御部４２はワイヤ４１を介して基板４３上に複数個形成された電極４４と接続される。後述する電極４４の作製方法により、ワイヤ４１が基板４３にて覆われることにより、ワイヤ４１の金属部分は絶縁性を有する被覆に二重に覆われるため、ワイヤ４１部分に体液等の浸潤がしても、漏電等の可能性が低くなる。なお、ワイヤ４１は基板４３に覆われるため、ワイヤ４１各々が必ずしも被覆されていなくてもよい。

刺激制御部４２は、各半導体素子の組合せにより機能を果たす半導体の集積回路であり、半導体基板上に集積回路を機能させるパターン配線が形成された面を基板４３側にして接合されている。また、詳細な説明は略すが、刺激制御部４２は、その周囲を金等の生体的ｇ構成の高い貴金属に覆われており（周囲が貴金属メッキ処理されて）、生体からの浸潤等を低減させる構成とされる。なお、刺激制御部４２は、セラミックスや金属にて形成された気密ケースを用いて密封処理される構成としてもよい。このような場合、刺激制御部４２は、ケースに設けられたビアを介してワイヤ４１と接続される。

なお、詳細は後述するが、電極４４は、基板４３上に格子状のパターン、ここでは正方格子状（Ｎ行Ｎ列（Ｎ×Ｎ）の正方行列状）のパターンにて配置され、ワイヤ４１を介して刺激制御部４２と電極４４とが各々接続される。

また、体内において離れた位置に置かれる受信部３０と刺激部４０とは複数のワイヤ（導線）５０によって電気的に接続されている。ワイヤ５０は、体内に設置された際に眼球運動に対応した伸縮性、耐久性を備えることが好ましく、上述のワイヤ４１と同様の素材にて作製される。受信部３０に一端を接続されたワイヤ５０は、基板４３に配置された刺激制御部４２のパッド（図４にて説明する）に接続される。図示は略すが、ワイヤ５０と刺激制御部４２は、溶接や圧着等により接続され、その接続部分は周囲を生体適合性及び絶縁性を有する樹脂にて被覆される。また、ワイヤ５０は、取扱いし易いように、生体適合性の高い素材、例えば、シリコーン、パリレン等により作製されたケーブル５１に収められる。

なお、図示は略すが、受信部３０は、ケーブル５１、対向電極３４を外に出して、気密性の高いケースに収められ、そのケースの蓋を密閉される。さらに、ケースの上から生体適合性がよく絶縁性を有する樹脂等でコーティングされる。これにより、受信部３０はハーメチックシールされる。

次に、電極４４について説明する。図３は電極４４付近の模式的断面図である。図４は電極４４、ワイヤ４１、刺激制御部４２との関係を説明するための基板４３の模式的上面図である。図５はワイヤ４１と電極４４の接続方法（基板４３の作製方法）を説明するための模式的断面図である。

基板４３には、電極４４とこれに接続される導線（ワイヤ４１）とが配置されている。電極４４は、丸みを持ち（半球状に突出し）直接生体に接触し電気刺激パルス信号を出力させる先端部であるヘッド部４４ａと、ヘッド部４４ａと反対方向に所定長さだけ延びワイヤ４１が接合される柱部材（軸部）４４ｂから構成される。また、柱部材４４ｂには、ヘッド部４４ａと反対側に形成され、電極４４を基板４３から抜けることを抑制する役目を果たすワッシャ（座金、ハトメ）４６が接合される。ワッシャ４６は、柱部材４４ｂに貫入され、柱部材４４ｂの先端がかしめられる（塑性変形）ことで、電極４４と一体となる環状の部材である。このため、ワッシャ４６は基板４３内に包埋されていることが好ましい。なお、ワッシャ４６は、電極４４と同様に生体適合性を有する素材にて成型される。ここでは、ワッシャ４６は、電極４４と同じ素材のプレス加工等で成型されるものとする。

柱部材４４ｂは、ワッシャ４６を通すために使用され、その長さ（柱の高さ）は、ワッシャ４６を通すのに充分な長さを持ち、後述する作製方法にて電極４４が作製された際に、ワイヤ４１とワッシャ４６との間に空間を持たせるのに充分な長さを持つ。また、柱部材４４ｂは、ワッシャ４６が接合された際に、ワイヤ４１を柱部材４４ｂの側面に沿って、複数本、ここでは、２本程度配置できる程度の空間（柱の高さ）を持つものとする。従って、ヘッド部４４ａの下方の基板４３内には複数のワイヤ４１が配置できる構成とされる。また、柱部材４４ｂの外径は、５０〜５００μｍ程度とされる。電極４４の外径は、１００〜８００μｍ（ヘッド部４４ａと同様）、基板４３から突出した部分の高さは１００〜８００μｍ（基板４３に包埋されたヘッド部４４ａが基板４３から突出した高さ）とされることが好ましい。

なお、電極４４、ワッシャ４６及びワイヤ４１は、前述のように成型されるものとし、本明細書ではバルク部材と呼ぶこととする。なお、ヘッド部４４aの形状は、図示するように半球状としたが、これに限るものではなく、網膜を構成する細胞を電気刺激できる構成であればよく、例えば、針状に先端に向かって尖った形状でもよい。

次に、図４に基づいて、電極４４とワイヤ４１及び刺激制御部４２との関係を説明する。図示されるように、基板４３上にはワイヤ４１がその長手方向に沿って直線状に並んで配置されている。また、電極４４が正方格子（本実施形態では５×５の正方行列、つまり、Ｎ＝５の正方行列状に配置され格子状の電極アレイを形成している。ここでは、説明の簡便のため、１行１列、２行１列、…、５行１列に該当する電極４４に（１，１）のように符号を付した。また、電極４４を２重円で示し、外側の円がヘッド部４４ａの外径、内側の円が柱部材４４ｂの外径を示すものとする。前述したように、ヘッド部４４ａと柱部材４４ｂとの間には各電極４４に接続されるワイヤ４１以外のワイヤ４１が通ることのできる空間（外側の円と内側の円との間）Ｓが形成されている（電極４４の斜線部領域）。なお、電極４４同士の配置間隔（ある電極４４の上下左右方向の電極４４の側面間の距離）は、５０〜５００μｍ程度とされる。

図示されるように、正方行列状に並んだ電極４４からなる電極アレイが基板４３の長手方向（ワイヤ４１の進行方向）に対して傾いて（角度を持って）形成されている。より具体的には、刺激制御部４２側から延びるワイヤ４１の進行方向に向って一列に並ぶ複数の電極４４の配置軸線Ｌと基板４３上に直線状に並ぶワイヤ４１の軸線とが所定の角度θ（例えば１〜２０度程度）で交差するようにワイヤ４１に対して電極アレイが傾いた状態で形成されている。

このようなワイヤ４１に対する電極アレイの傾きはアレイを形成する電極４４の数（行列）にもよるが、一列に並ぶ電極４４に対して各々接続するワイヤ４１が基板に等間隔で直線状に配置するのに必要な傾きを有していればよい。具体的には、Ｎを正方行列の階数（本実施形態では、Ｎ＝５）とおくと、θ＝ａｒｃｔａｎ（１／Ｎ）となるようにワイヤ４１と電極アレイとの角度を定める。ワイヤ４１を等間隔に配置されることにより、それぞれのワイヤ４１が平行な関係とされる。

また、図４において、刺激制御部４２はその外形を点線で示し、各ワイヤ４１と刺激制御部４２とを接続するためのボンディングパッド４２ａを刺激制御部４２の点線内に模式的に示す。パッド４２ａは、電極４４と対応するように、格子（正方行列）状に配置され、パッド４２ａの各々にワイヤ４１が接続される。なお、パッド４２ａは電極４４のような大きさを必要とせず電極４４と比べて小さい径にて作製できるため、パッド４２ａとワイヤ４１の各々の接続において、あるパッド４２ａと接続されるワイヤ４１が他のパッド４２ａと接触することはない。なお、ボンディングパッドの配置パターンは、電極４４のような格子状にしなくてもよい。刺激制御部４２とボンディングパッドとの電気的な接続が確保されると共に、ワイヤ４１が直線状に基板４３に配置される配置パターンであればよい。

ここで、ある電極４４に注目した場合、この電極４４が持つ空間Ｓに別の電極４４に接続されたワイヤ４１が通る。これは、ヘッド部４４ａの外径に対して、基板４３内に配置される柱部材４４ｂの外径を充分に小さくしたことで、ワイヤ４１が配置される基板４３内の空間（空間Ｓ及び隣接する電極４４の間の空間）を確保したことに依っている。このようにして、ワイヤ４１の軸線と電極４４の１列の配置軸線Ｌとが角度θを持つような関係とされても、ワイヤ４１がこのワイヤ４１と接続されていない他の電極４４と干渉しない（他のワイヤ４１、電極４４に応力を受けない）構成とされる。従って、隣接するワイヤ４１同士が干渉することなく、直線状に刺激制御部４２へと延びることができる。

以上のようにして、各電極４４と刺激制御部４２とを接続する各々のワイヤ４１が直線的に基板４３に配置されることとなる。各ワイヤ４１に対し電極４４で構成される電極アレイが傾いて配置されるためバルク材で構成された電極（バルク電極）４４を基板４３上に高密度に配置できる。また、ワイヤ４１が配置される基板４３内の空間を確保する構成とすることで、電気刺激パルス信号を出力するヘッド部４４ａを大きくすると共に、電極４４を密集して（高密度に）配置しても各ワイヤ４１を直線的に基板４３に配置することができる。従って、さらに電極４４を基板４３上に高密度に配置できる。また、バルク材であるワイヤ４１に曲げる等の負担を掛けることなく、電極４４と刺激制御部４２とを接続することができる。これにより、長期に安定して動作する刺激部４０ができる。

次に、電極４４が形成された基板４３（刺激部４０）の作製方法を、図５に基づき説明する。図５（ａ）は、電極４４にワイヤ４１を接続するステップを示した図である。

電極４４の柱部材４４ｂに絶縁被覆されたワイヤ４１の先端を置き、レーザ溶接や抵抗溶接等の溶接技術が用いて接続（溶接）を行う。この際、ワイヤ４１の溶接箇所は、溶接時の熱により、絶縁用樹脂による被覆が取り除かれた状態で接続されることとなる電気的に接続される。このとき、ワイヤ４１は、ヘッド部４４ａに近づけておくことが好ましい。なお、電極４４とワイヤ４１の接続は、圧着加工等を用いた機械的接続であってもよい。

次に、このように電極４４にワイヤ４１が接続された状態で、柱部材４４ｂにワッシャ４６を通す。このとき、ワッシャ４６とワイヤ４１との間にワイヤ４１が１本入る程の空間をあけておく（ヘッド部４４ａとワッシャ４６との間にワイヤ４１が垂直方向に２本入る空間をあけておく）。ワッシャ４６の内径は、柱部材４４ｂの外径よりも若干大きく形成されている。また、柱部材４４ｂの先端部は、ワッシャ４６に貫入された際に、柱部材４４ｂの先端部が突出するような長さとされている。なお、ヘッド部４４ａとワッシャ４６との間にワイヤ４１が２本入る空間（領域）を作るために、ヘッド部４４ａの下面に柱部材４４ｂよりも径が大きくヘッド部４４ａよりも径が小さくワイヤ４１の厚みを持つ段差を設ける構成としてもよい。

その後、柱部材４４ｂの先端部をプレス加工することにより、柱部材４４ｂとワッシャ４６とがかしめられ、電極４４とワッシャ４６とが固着（接続）され、ヘッド部４４ａの下方に位置する柱部材４４ｂの周囲の領域に空間Ｓが形成される（図４（ａ）参照）。このようなステップを各電極に対して行い、各ワイヤ４１に各電極４４を接続する。なお、ワッシャ４６と電極４４の固着には、プレス加工等の機械加工に限るものではなく、溶接等を用いてもよい。

図５（ｂ）は、ワイヤ４１が各々接続された複数の電極４４を所定の治具に並べるステップを示した図である。治具７０には、ワイヤ４１が接続された電極４４が配置される。治具７０には、ヘッド部４４ａが収まる径を有する孔７１が、正方行列状に形成されている。治具７０には、例えば、平板状の金属等にレーザ加工や機械加工により孔が形成されたものを用いる。孔７１の径は、ヘッド部４４ａ収められた状態で、孔７１とヘッド部４４ａとの間に隙間がない程度されることが好ましい。また、孔７１の深さはヘッド部４４ａの高さと同じか、それよりも若干浅く形成される。各孔７１に電極４４を配置すると、図５（ｂ）に示される状態となる。

その後、刺激制御部４２と各ワイヤ４１とを接続する（刺激制御部４２の図示を略す）。ハーメチックシールされ、ボンディングパッド４２ａが露出された刺激制御部４２を治具７０上に配置する。このとき、正方行列状に配置された電極４４（孔７１）に対して、図４に示されるようにワイヤ４１が互いに干渉せず直線状となるように、各ワイヤ４１に張力を掛ける。刺激制御部４２をワイヤ４１が前述のような直線状となる治具７０上の位置に置く。そして、各々のワイヤ４１が直線状となるように、ワイヤ４１に張力を掛けつつ各々のパッド４２ａと溶接する。このとき、図５（ｂ）に示されるヘッド部４４ａとワッシャ４６との間にはワイヤ４１が配置されることとなる。

図５（ｃ）は、治具７０に電極４４が配置された状態でＣＶＤ（化学気相成長）法を用いて基板４３を形成するステップを示した図である。基板４３となる素材の成長はワッシャ４６側（電極４４の底面側）から行われる。具体的には電極４４が配置された治具７０を成長装置（蒸着装置）内に入れ、パリレン等の生体適合性が高く絶縁性の高い基板用材料を治具７０上に成長させる。治具７０が平板状であるため、形成された基板４３も平板状とされる。処理を行う時間等を調節することにより、基板４３は先に説明した厚みにて形成される。これにより、ワイヤ４１を基板４３に内包した状態で、折り曲げ可能なフレキシブル性を持つ基板４３が平板状に成形されることとなる。

このようにして、形成された基板４３を治具７０から剥離させることにより、ワイヤ４１が基板４３に内包され、電極４４が基板４３上に露出した状態でパリレンにて外側を被覆されワイヤ４１及び電極４４が接続された刺激制御部４２が得られる。なお、形成された基板４３の不要部分は切断、除去される。

このような手順を経ることによって刺激制御部４２及び電極４４が複数配置された基板４３を持つ刺激部４０が作製される（図２、４参照）。

なお、ワイヤ４１は、基板４３に内包される構成に限るものではない。ワイヤ４１は、絶縁性の皮膜を持つため、ワイヤ４１の一部が基板４３の外に露出されていてもよい。基板４３にワイヤ４１がまとめられ、刺激部４０が取扱い易い構成（ここでは、電極４４が平板状に配置された状態で取り扱う構成）であればよい。

なお、ワッシャ４６とヘッド部４４ａとの間の空間Ｓ（図４参照）には、ワイヤ４１が配置されると共に樹脂が入り込むこととなる。これによりワッシャ４６が抜け止めとなって、電極４４が基板４３が脱落しにくくなる。なお、電極４４は、基板４３から抜け出にくい構造であればよく、例えば、ワッシャ４６と電極４４を組み合せる構成とせず、ワッシャ４６と電極とが組み合わされたような形状を持つ電極を金属等により一体成形してもよい。

以上のようにして、基板４３上にバルク材で構成される電極４４が作製されると共に電極４４に接続されるバルク材であるワイヤ４１を直線状に配置して、電極４４と刺激制御部４２とが接続された刺激部４０が得られる。

なお、以上の説明では、ワイヤ４１は同一平面上に配置される構成としたが、これに限るものではない。ワイヤ４１が互いに干渉することなく直線的に配置されていればよい。例えば、ワイヤ４１が上下方向に配置される構成であってもよい。具体的には、前述の実施形態では、ヘッド部４４ａからワッシャ４６までの間にワイヤ４１が上下方向に２本配置できる空間を形成した。この空間に、ワイヤ４１を上下に２本通す構成とする。これにより、ワイヤ４１を前述の実施形態よりも高密度に配置できる。このとき、ワイヤ４１と柱部材４４ｂとの接続箇所（高さ位置）はワイヤ４１の上下関係によって異なることとなる。これにより、電極４４をさらに高密度に配置することができる。

図６は、刺激部４０を眼内に埋植した状態を示す概略図である。対向電極３４は図示するように眼内中央の前眼部寄りの位置に置かれる。これによって、網膜Ｅ１は電極４４と対向電極３４（対向電極）との間に位置することとなる。電極４４からの電気刺激パルス信号電流が効率的に網膜を貫通することとなる。

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とが引き合い、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５０を束ねたケーブル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。眼窩に入れられたケーブル５１は、図５に示すように強膜Ｅ３の外側を通り、基板４３に設置された刺激制御部４２に接続される。

なお、本実施形態では、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Ｅ３側（脈絡膜側）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。電極を配置する基板がフレキシブルであることが好ましい部位で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、層間に電極及び基板を設置すればよい。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。

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７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を生成し、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１３ｂから供給されている電力を前述した変調信号（電気刺激パルス用データ）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、変調信号が使用する帯域の信号を抽出するとともに、この変調信号に基づいて電気刺激パルス用パラメータ信号と制御信号とを形成し、電極指定信号である制御信号を刺激制御部４２に送信する。

刺激制御部４２は、受け取った信号に基づき電力及び制御信号を抽出する。刺激制御部４２は、制御信号に基づき制御部３２から供給される電気刺激パルス信号を各電極４４に分配し、出力させる。各電極４４から出力される電気刺激パルス信号によって網膜Ｅ１を構成する細胞が電気刺激され、患者は視覚（擬似光覚）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。

なお、以上説明した本実施形態では、電極４４は、階数がＮの正方行列としたが、これに限るものではない。格子状のパターンにて複数の電極４４が配置される構成であればよく、Ｎ行Ｍ列の行列状に電極４４が配置される構成であってもよい。

なお、以上説明した本実施形態では、電極４４と刺激制御部４２とを接続するワイヤ４１を直線状に配置すると共に、それぞれのワイヤ４１が平行となるような構成としたが、これに限るものではない。各ワイヤ４１が互いに干渉することなく、直線状に配置される構成であればよい。例えば、ワイヤ４１の一部が互いに平行でない関係であってもよい。

なお、以上説明した本実施形態では、患者眼の強膜Ｅ３に基板４３を設置し、強膜Ｅ３を介して網膜Ｅ１を電気刺激する構成としたが、これに限るものではない。患者の視覚を形成する視覚神経系を構成する細胞又は組織を電気的に刺激する構成であればよい。例えば、電気刺激パルス信号を出力する電極を有する刺激部を眼内の視神経乳頭部や眼外の視神経部分に配置し、刺激部への電力供給や指令信号を送る送信部を患者の皮下等の離れた場所に配置して、視神経を電気刺激する構成としてもよい。また、電極を有する刺激部を視交叉や外側膝状体、大脳皮質等の視覚神経系の高次視覚処理を行う組織に配置し、それぞれの組織を構成する細胞を刺激する構成としてもよい。例えば、大脳皮質の後頭葉であれば、錐体細胞等を刺激する又は視覚野Ｖ１、Ｖ２等を刺激する等である。また、以上説明した本実施形態では、撮像装置からの画像データをデータ変調手段にて所定の信号に変換し、送信手段にて信号を体内へと送る体外装置と、体外装置からの信号を受信手段にて受け、その信号に基づいて各電極から電気刺激パルス信号を出力する体内装置と、で構成される体外撮像型の視覚再生捕縄装置を例に挙げたがこれに限るものではない。眼内に撮像装置やデータ変調手段等を埋植する体内撮像型の視覚再生補助装置であってもよい。

なお、以上説明した本実施形態では、ワイヤ４１がヘッド部４４ａとワッシャ４６の間の空間に配置されるように柱部材４４ｂと接続する構成としたがこれに限るものではない。ワイヤ４１を互いに干渉することなく基板４３に配置できる構成であればよく、ヘッド部４４ａの下方で柱部材４４ｂの周囲の領域にワイヤ４１が配置される構成であればよい。例えば、電極４４の底面（ワッシャ４６をかしめるために変形された柱部材４４ｂの底面）又はワッシャ４６にワイヤ４１を熔接する構成としてもよい。この場合でも、ワイヤ４１は軸部（ここでは、柱部材４４ｂ）に接続されるものとする。これにより、ワイヤ４１を配置する際に柱部材４４ｂが邪魔になりにくくなる。従って、ワイヤ４１及び電極４４を高密度に基板４３上に配置できるようになる。

視覚再生補助装置の外観を示した概略図である。 本実施形態における視覚再生補助装置の体内装置を示した概略図である。 電極４４付近の模式的断面図である。 電極４４、ワイヤ４１、刺激制御部４２の関係を示した図である。 刺激部４０を作製する手順を模式的に示した図である。 体内装置を体内に設置した状態を示した図である。 本実施形態における視覚再生補助装置１の制御系を示したブロック図である。

符号の説明

１ 視覚再生補助装置
１０ 体外装置
２０ 体内装置
３０ 受信部
３１ 受信手段
３２ 制御部
３４ 対向電極
４０ 刺激部
４１ ワイヤ
４２ 刺激制御部
４２ａ ボンディングパッド
４３ 基板
４４ 電極
４６ ワッシャ
５０ ワイヤ
５１ チューブ
７０ 治具
７１ 孔

Claims (1)

1. 所定の基板上に複数の電極を格子状に配置した電極アレイと、患者の視覚を形成する視覚神経系を構成する細胞又は組織を電気刺激するために前記導線を介して前記電極から電気刺激パルス信号を出力する制御手段と、該制御手段から前記電気刺激パルス信号を前記電極に伝送するために前記制御手段と前記電極とを繋ぐ導線と、を備える視覚再生補助装置において、
   前記導線は前記制御手段側から前記各電極に向けて折れ曲がることなく直線状に平行に並べて配列され、
   前記電極アレイは，前記制御手段側から前記直線状に平行に並べて配列された導線の進行方向に向って一列に並ぶ複数の電極の配置軸線と前記直線状に並ぶ導線の軸線とが所定の角度で交差するように前記導線に対して所定の角度傾いた状態で，前記直線状に平行に並べて配列された導線の端部に電極が接続されて形成されている
   ことを特徴とする視覚再生補助装置。

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