JPH10502552A - 軟質人造神経板 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 約３０００乃至１０００Ｎ／ｍｍ²のモジュールと、５０μｍ以下の厚さを備え、神経束の複数の小束の間への埋込みと挿入用の、軟質にして非導電性、人造の内移植できる神経板で、それを前記神経板の内側にある導電ラインを介して前記神経板と一体になったケーブルに接続し、また前記ケーブルが制御ならびに信号受信器ユニットに接続できることを特徴とする神経板の開示である。

Description

【発明の詳細な説明】 軟質人造神経板 本発明は神経束を小束間へ埋込または挿入する軟質かつ非導電性、人造の内移 植できる神経板（ＦＮＰ）に関するものである。 技術分野 本発明が応用する技術分野は、神経補綴学にある。この分野では神経束と神経 繊維を多数の電極に可能な限り徐々に接触させて、多局性かつ同時性の神経信号 の誘導および／または神経繊維の刺戟を行う新しい可能性が求められている。こ れにより、技術援助システムを利用して肉体的に損ねられた機能を神経信号の記 録と末梢神経系にある神経の刺戟による回復も可能である筈である。 技術の状態：現行技術の欠点 小束間電極 小束（小束は神経束内の神経繊維の組織単位である）内の神経信号の検出に小 束間誘導技術を用いる。小束間電極は単一双極極板であって、神経小束内の電位 と、電磁障害が原因する外乱を大いに除去する差測定を可能にする神経表面にお ける電位との両電位を誘導する。猫のかぎつめのある前足の知触覚神経からの信 号を内移植した小束電極を用いて記録した。さらに、運動神経を内移植した小束 電極によりうまく刺戟した。 欠点：前記電極の正確な埋込みに費される時間と労力はかなりなものである。 線状電極のように、電極は単一チャンネルである。新しい多チャンネルの珪素の 実施例は現在開発中である。単一および多チャンネルの実施例は永久内移植には それほど適してはいない。さらに、神経周膜（前記束の回りの膜）は電極の挿入 時に損傷を受ける。 皮質内移植、すなわち大脳皮質の硬膜に入る移植と別々に血管壁内、心臓内移 植のニーズのために特に開発されたシャフト電極は１９９２年刊ＩＥＥＥ、トラ ンズアクションズ．オン．バイオメディカル．エンジニアリング（ＩＥＥＥ Ｔ ｒａｎｓａｃｔｉｏｎｓ ｏｎ Ｂｉｏｍｅｄｉｃａｌ Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎ ｇ）第３９巻第２７１乃至２７９頁ならびに第５巻第４７４乃至４８１頁で周知 である。１２５μｍ厚さのカプトン（Ｋａｐｔｏｎ）箔の末梢神経の小束の間へ の挿入は、前記神経が筋肉の移動の結果としての電極の移動のためだけでなく、 超小型電極から前記神経に重力の結果としてかかる重量荷重と時々刻々にかかる 荷重のため同様に、ひどく退化させられ、そのため誘導も刺戟も不可能になるか らである。 メッシュ電極 Ｋｏｖａｃｓ（コバックス）［２］は既にメッシュ様ミクロ構造に枝分れする 近位神経断端の単一ファイバーの接触を実証している。前記神経の断端の分枝を 助けるため、一部切取り（繊維性に変った神経部分の円刃刀での切取り除去）を 近位の断端で行う必要がある。この手術は接触する多量の末梢神経（例えば、坐 骨神経（ｉｓｃｈａｉｔｉｃｕｓ）大腿ヘルニア（ｆｅｍｏｒａｌｉｓ）に、あ るいは機能の連続性を全く失うことなしに神経には適当であるとは思われない。 メッシュ電極は、自由神経端が前記メッシュを通す分枝の必要があるので健康な 神経との接触には適さない。 カフス電極 １９７０年代以来、神経外（ｅｘｔｒａｎｅｕｔｒａｌ）のカフス状電極、い わゆるカフス電極を用いて前記神経を取囲んで埋込み神経像の刺戟と記録を行う 試みが行われてきた。カフス電極はその間、生物医学的電極の最も成功した形式 の構造になって、多くの技術分野で用途を見出した。様々な形式の構造に対しい くつかの米国特許がある：第３，７７４、６１８号、第３，７３８，３６８号な らびに第３，６５４，９３３号である。いくつかの電極は１５年間の使用で安全 であった。電極の数は最大限で３乃至４に限定される。神経内の刺戟の限られた 局部的解決だけが達成された（３極極板）。 欠点：神経の多局部刺戟（４つ以上の電極を用いて）は限られた範囲でだけ可 能である。比較的深部の構造は刺戟電流を強くする以外達成できない。同時に行 う刺戟と誘導は不可能である。 本発明の目的は、従って、神経の刺戟と神経信号の誘導とを移植組織により同 時に行なわせることである。この目的は本発明により請求の範囲の請求項１記載 の神経板と、請求項１１記載の神経板を組立てる方法を用いて解決することがで きる。有利な実施例を従属請求項に述べる。 本発明により、また両面電極装置と小束間（小束の間）内移植のため、小束の 直接多接触がうまくゆく。この利点の説明には神経生理学への短時間の説明が必 要である。小束は神経鞘と対照され、事実上小束を神経に集め、比較的硬く、ま た神経繊維の保護膜に相当する囲繞膜の形態の、いわゆる神経周膜により取囲ま れた繊維の束である。前記神経板の内移植の概念は前記小束の間に内移植を施す ことであり、そこでは前記神経周膜が損傷なく残り、従って神経と別々に神経繊 維にも外傷を負わせることが電極の概念での外傷よりも少ないと考えられ、その 場合、前記シャフト電極を神経と別々に小束にも刺込むことにより傷を前記神経 周膜に根本的に賭けることになる。これらの小束を末梢神経の遠位部分に機能的 に配置する、すなわち特定の神経繊維束を身体の特定の器官と別々に部分にも割 り振る。近位的周辺と近位的中心と、この分離はしばしば明確ではない。前記神 経板概念のため、身体の機能的部分と別々に器官も前記束を介して計画的に作用 させることができる。神経内にではあっても神経の回りでない、例えば神経の回 りのカフス電極の場合のように平で軟質のカフス電極を内移植することで、深部 の構造は、大電流で神経に与えられる機能的損傷が構造概念のため防ぐことがで きるような方法で小電流により刺戟できる。そのうえ、カフス電極で起こり得る ような手術後の浮腫からの圧力で神経に与える損傷を末梢神経における構造の原 理により防ぐことができる。 前記電極の二側面装置は神経信号（板の片方の面での）の同時刺戟（板の他面 での）を可能にする。多電子神経像を誘導する場合、信号が空間的一時間的に解 像できる。前記両側面での多数の電極により、前記神経信号の刺戟と誘導が両側 面で前記電極のそれぞれの間隔と別々に電極の閉塞と同時に起こることがある。 これに対しては下記する図面を参照すれば多数の神経端の検出性と別々に接触性 も改善できる。 上記に開示した現行技術の電極を用いての試みは今まで、古典的珪素技術では ウエハーの薄型化を選択的湿式化学エッチング法を用い、その処理の開始時点で の電極の構造がボロンを珪素基板に拡散させることで決める必要がある。この拡 散工程の後では、電極を前記基板のより深部に下部拡散前面に付着乃至挿入でき ない。試料をＥＤＰにより自由にエッチングした後では、半導体技術とミクロ技 術を用いても、薄膜技術を用いる金属に絶縁被膜層を施し、その後、電極用の窓 の開口に適応させ構成することはもはやできない。重合体材料（ポリイミド樹脂 ）を選んで珪素を断念し、そして電極の二側面を多層技術を用いて平面構造に配 置する方法の揮発は現行技術を上回る大きい改善である。 本発明を用いて解決される目的 内移植された軟質神経板を用いる多局性かつ同時性神経信号は多小束もしくは 神経繊維に沿って永久に誘導でき、神経は刺戟がほとんどなくても、また神経を 断絶することも、あるいはそれに永久に外傷を負わせることもなく刺戟され得る 。 前記ＦＮＰは累積作用インプルスを前記小束間域で測定し、そこで刺戟だけが できる。単一繊維接触は不可能であり、また意図されていない。本発明の利点は この内移植で受ける外傷を最小限に止めることである。 カフス電極用に本来開発された手順は、電極の配列と刺戟棒の設計に用いるこ とができる。三極極板に制御電流を用いると場を電極のすぐ回りに限定させて、 小繊維群を刺戟する。微弱プレパルスを用いる微分刺戟棒はさらに前記神経板か らさらに離れた小束を選択的に刺戟させる。神経繊維はその大きさによりブロッ ク技術（例えば陽極ブロック）をそれぞれ用いて、多隣接電極による同時刺戟の 場合に刺戟できる。 現行技術を上回る改善と利点 −小束と神経繊維の神経束内での直接多接触。 −同時刺戟（例えば前記板の片方の側面上）と誘導（板の他方の側面上）が可能 である。 −多電極を平坦な軟質基板に位置させると神経の負う外傷が最小限になる。 −前記軟質神経板を神経繊維内に埋込むことになる機械的安定性。 −高時空的信号分解能。 前記軟質神経板の概念はさらに電極の組立の技術に新しい方法の代表例を示す 。現行技術での珪素に関する技術を用いて今までに組立てられた電極には、基板 の明確な分離（機械的安定）、金属化（電極とフィードライン）と、分離層と不 活 性化層（生理学的適合性、帯状導体の分離）を備えている。軟質の分離材料、例 えばポリイミドの選択により、電極の金属化の上下の合成層に分離と機械的安定 性を与えるため同時に用いる。 前記軟質神経板を重合体と、例えばポリイミド樹脂もしくは珪素製でわずかに 張力をかけて前記重合体と別々に重合体層の内部に入れた接続導電ラインで構成 し、その両側面に例えば白金、イリジウム製の金属超小型電極を配置する。前記 超小型電極に印刷もしくは蒸着を施すことができる。神経板の軸線に沿って２０ 乃至３０列で、原則とし電子神経像の誘導と刺戟の両方のために同一のＦＮＰを 使用できるため、どのような配列にもできる。電極を備えてある。帯状導体は神 経板の内部の超小型電極から前記神経板に組込まれた軟質多層帯状導体（ケーブ ル）に繋がる。信号−前処理アイクロチップを２つの多層帯状導体上に誘導結合 用増幅器もしくはアンテナとして配置できる。ポリイミド樹脂を用いると前述の 構成部材は一体的に組込み得ないという事実に鑑み、ハイブリッド構造部材、例 えば現行技術の電子部品は回路を形成するように構成する必要がある。それぞれ の小型化回路を備えるこれらの構成部材は、請求項１０記載の前記帯状導体それ 自体の上に配置できる。前記帯状導体を神経板と組込んだ構成にすると、エラー の主なる原因である接続点におけるケーブルの分離を防ぐことができる。 これに反して、前記帯状導体はさらに、皮膚を通して導くことができ、また制 御装置と信号受信器ユニットを体外で支えることができる。これらの部材をさら に前記帯状導体上に内移植する場合、エネルギーと信号は誘導結合により両方向 （身体に対する出入）に送信できる。エネルギーキャリヤー、例えば耐久電池も 神経板と共に内移植できる。この場合も、信号送信が電子工学詳述すれば身体の 外部に配置された電子神経像の評価用電子工学に起こる。 前記目的が本質的に刺戟することであり、受信した電子神経像の処理を、例え ば電子治療に必要とされる場合、前記電子処理も前記帯状導体上に配設された信 号受信器ユニットで直接実施できる。 そのうえ、本発明の請求項１１記載の要素は前記移植組織を多層技術の使用に より組立てることである。 組体ての特に有利な方法を請求項１２に述べる。処理中、珪素ウエハーもしく は他の支持体をある意味で「加工助剤」として用い、その上で処理工程のすべて が起こる。別の例として、液体の前もって作られた製品で構成された薄手（２乃 至２０μm）のポリイミド樹脂被膜をつくり、それを焼付け硬化し、金属層を薄 膜技術の使用により蒸着して組織化する。最終層は他のポリイミド樹脂層である 。得られた多層積層のポリイミド樹脂を乾式エッチング処理（リアクティヴイオ ンエッチング：ＲＩＥ）を用いて組織化する。多数の神経板を単一支持体で組立 てる時、各神経板に長い組込みケーブルを備え、外部形態（神経板の）のどのよ うな形状にも精度をより高くしてできるＲＩＥによる神経板の選択が起こる。前 記多層神経板工程の終りで、それぞれ組込みケーブルのついた神経板を珪素ウエ ハーから引離すことができる。その後、その厚さはほぼ１０乃至３０μｍである 。 好ましい実施例 各々が２乃至２０電極をもち、その形状と位置をどういう構成にしてもよい５ 乃至３０の電極の列を神経板の軸線に沿って配置する。前記電極の間隔を刺戟用 の電極の場合、好ましくは１５０乃至２５０μｍにとり、信号誘導用の電極の場 合は８０乃至１２０μｍにとる。従って、同一軟質神経板は根本的に電子神経像 （ＥＮＧ）の誘導と刺戟用に用いることができる。前記軟質神経板それ自体の寸 法はほぼ２ｍｍ×１２ｍｍとし、前記ケーブル用に１０乃至５０ｍｍを加える。 図は前記神経板の上部から見た三次元略図と下部から見た平面図である。 ケーブルとは別に、前記神経板の内部の前記帯状導体に、またそれを用いて前 記電極に接続する。組立中、両形式の帯状導体を現行技術により下部重合体層上 に付着、例えば蒸着させる。前記電極と前記神経板内部に配置された帯状導体も １工程で厚手設計のものである電極層と接着する。 前記電極も他の電極で同軸に囲ませ、その場合、例えば内側電極を送信電極と して、また外側電極を受信器電極として設計でき、各々をそれぞれ信号処理ユニ ットに接続する。これに続いて、前記電極と導電ラインを他の重合体層で被覆し その後、電極への窓をつくる。 前記軟質神経板を前記神経束の小束の間に入れて接着し縫合する。１神経束当 り２乃至１０小束と多数の利用ずみ軟質神経束を用いると、この方法で、ほぼ５ ０，０００の神経繊維（１小束当りほぼ５乃至７０００の繊維）が興奮、刺戟あ るいは穿刺（現行技術に比較して）される部位が事実上より多くなる。 他の好ましい実施例では、重合体材料で構成された中間層と、その上に第２の 層を電極の下部金属の上に、神経板の各々の側面に帯状導体の全「平面」が来る ように接着すると、この方法で前記帯状導体が前記電極に対して一層うまくかつ 一層単純に分離される。前記帯状導体を周知の垂直上昇法により、その後、例え ば別々に構成し、その端部でそれぞれの電極を配置させる。前記被覆重合体層の 接着の後、前記電極に対する窓を乾式エッチング法により開口させる。これはさ らに前記神経板の両側面にも前記三層神経板に対すると同様行うことができる。 この窓は電極よりも小形に設計して前記電極を神経板サンドイッチでより都合 よく定着するようにすることである。 さらなる好ましい実施例 機能的電子刺戟を、例えば周辺電極を介して対麻痺患者に用いる時は、中央神 経系から中継された有力な情報の抑止作用の喪失が避けられない対麻痺には常に 様々な程度の痙攣が伴うことを考慮に入れておく必要がある。わずかな運動性刺 戟も有用になるか、あるいはできるようになる前に、痙攣を解放する必要がある 。さらに、麻痺に加えて、収縮とそれがもたらす苦痛により、前記痙攣は患者の 生活の質をさらに落してしまう。 前記痙攣を減少させる可能な方法は電子治療である。この場合、複数の電極の 組合わせが筋肉の全群の同一の広領域に亘る刺戟を可能にするのでＦＮＰの使用 が可能である。前内移植ずみ電極は治療を本質的に単純化するので、患者からよ り大きい好評を受けることも間違なく、用途を広めることであろう。従って、考 え方の成文化と説明が「神経病学」技術の範囲内で完成する以前にさらに広範に 適用され利用されるはずである。 さらに他の好ましい実施例 ＦＮＰも神経脳幹移植組織として用いられよう。それは極めて多数の電極と蝸 牛状原子核（ｎｕｃｌｅａｕｓ ｃｏｃｈｌｅａｒｉｓ）の表面への良好な適用 を提供する。前記ＦＮＰにとって所望の位置に残るために基質を篩構造部材とし て、前記篩を通して成長する繊維芽細胞がそれを取付けるような方法で設計でき る。より大きい空間分解脳での刺戟が、実際の音声認識の方向に位置することが ある周囲雑音の改良像を可能にする。 視覚皮質中の移植組織として、ＦＮＰは硬膜の間、すなわち硬膜上に配置する 中道と電極構成の皮質内溶液を記録する。それは蜘蛛膜領域に配置でき、またそ の軟質性のため、脳の後頭葉にある視覚皮質（Ｖ１、部位１７）の屈曲部に適用 できる。１つのＦＮＰを鞏膜で蔽われた脳の両半分それぞれの烏距溝（ｓｕｌｃ ｕｓ ｃａｌｃａｒｉｎｕｓ）の各々に配置することが考えられる。この配置で は、刺戟電極を軟い髄膜により刺戟されることになる神経領域から前記髄膜の敏 感な組織にどんなことがあっても貫通したり損傷を与えたりすることなくわずか に分離するだけにとどまる。そこでは前記鞏膜を前記表面に対し垂直に前記硬膜 の全幅を通って走行する直径がほぼ３００乃至５００μｍの複数の柱に機能的に 分割している。それは網膜の局限性領域に属し、視覚と光学的に割当てられる。 前記網膜の局限性領域に割当てられた垂直柱の表面刺激により、光視現象の発生 が期待できるが、ＦＮＰにより可能となる電極の密度と組合わせのため、程々の 形状の認知を可能にする。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １．約３，０００乃至１，０００Ｎ／ｍｍ²のＥ−モジュールと５０μｍ以下 の厚さを備え、神経束の複数の小束の間への埋込みと挿入用の軟質にして非導電 性、人造の内移植できる神経板で、それを前記神経板の内側にある導電ラインを 介して前記神経板と一体になったケーブルに接続し、また前記ケーブルが制御な らびに信号受信器ユニットに接続できることを特徴とする神経板。 ２．前記神経板を重合体材料、特にポリカミドもしくは珪素製にすることを特 徴とする請求項１記載の神経板。 ３．前記Ｅ−モジュルの和が特に２５００−２０００Ｎ／ｍｍ²または／およ び前記厚さが特に２０μｍ以下好ましくは１０μｍ以下であることを特徴とする 請求項１記載の神経板。 ４．前記電極を白金、イリジウム、酸化イリジウムもしくは金で構成し、また 前記制御ユニットに接続して前記神経の刺戟をさせるか、或いは前記信号受信器 に接続して電子神経像すなわち神経信号の受信をさせることを特徴とする請求項 １記載の神経板。 ５．前記受信器ならびに受信器電極を両側面に別々に配置するか、或いは両側 面で混合させることを特徴とする請求項４記載の神経板。 ６．前記制御ならびに信号受信ユニットを前記電極が信号と間欠的に衝突して 前記神経を刺戟させ、これに続いて電子神経像を受信できるような方法で設計す ることを特徴とする請求項１記載の神経板。 ７．前記受信と受信の回数を異なる長さのもの、詳述すれば前記受信回数を前 記送信回数より２乃至１００回長く提供することを特徴とする請求項１記載の神 経板。 ８．１側面当り２０乃至３００の電極を配設し、それを列と柱にして配置し、 どのような組合わせにも発信の仕方を別々にして制御できることを特徴とする請 求項１記載の神経板。 ９．前記ケーブルを平帯状ケーブルとして設計し、かつ前記神経板と多層にし て組込むことを特徴とする請求項１記載の神経板。 10．前記制御ならびに信号受信ユニットに前置増幅器乃至増幅器乃至装置を配 設し、それを前記平帯状ケーブル上もしくはそこでハイブリッド構造にして、前 記発信器と別々に前記受信器の身体の外側での誘導結合となすことを特徴とする 請求項１記載の神経板。 11．神経束の複数の小束の間へ埋込みまたは挿入する軟質、人造にして、片側 もしくは両側面に多電極を、また導電ラインを内側に、さらに組込みケーブルを 備えた神経板の組立て法において、多層技術を用いることを特徴とする方法。 12．重合材料を薄板、例えば珪素上に塗被例えば紡糸、スパッターもしくは噴 霧し、さらに加熱して硬化させ、さらに前記電極と前記導電ラインをそれに前記 神経板と前記ケーブルの内側で接続し、必要に応じて様々な金属製、また薄膜技 術を用いて様々な被膜厚みに整え、さらに、他の重合体層を塗布、硬化させ、そ の後、前記電極上の前記重合体層を除去し、かつ前記基板上の多層を除去するこ とを特徴とする請求項１１記載の方法。 13．前記組込みケーブルを備える多神経板を１つの珪素ウエハー上に様々の形 で組立てることを特徴とする請求項１２記載の方法。 14．前記重合体層を乾式エッチング法、例えばリアクティヴイオンエッチング により構成する、詳述すれば前記電極を露出させ、必要に応じて多神経板を前記 方法で分離することを特徴とする請求項１２記載の方法。 15．２つの層で、その間に前記重合体材料で構成された層を備え、それを前記 神経板が５つの層からなるような方法で組立てることを特徴とする請求項１２記 載の方法。