JP2007181633A

JP2007181633A - 視覚再生補助装置

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Publication number: JP2007181633A
Application number: JP2006003090A
Authority: JP
Inventors: Toru Saito; 徹齊藤
Original assignee: Nidek Co Ltd
Current assignee: Nidek Co Ltd
Priority date: 2006-01-10
Filing date: 2006-01-10
Publication date: 2007-07-19
Anticipated expiration: 2026-01-10
Also published as: JP4994667B2

Abstract

【課題】埋植する装置自体の生体適合性を高めるとともに、浸潤等による装置の損傷を抑制することのできる視覚再生補助装置を提供すること。
【解決手段】網膜を構成する細胞に電気刺激を与えるための複数の電極から形成される刺激部と、前記電極に接続され，前記刺激電極に送る刺激電流を制御する半導体集積回路からなる制御手段とを備え、前記刺激部及び制御手段を患者の体内に設置して患者の視覚の再生を行うための視覚再生補助装置において、前記制御手段の周囲が少なくとも３層からなる保護層にて被覆されていること。
【選択図】図５

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に関する。

近年、失明治療方法の一つとして、電極を有する装置を眼内等に埋植し、視覚を形成する細胞に対して電極から刺激パルスを出力して刺激することにより、失われた視覚機能の一部を代行させ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、眼内に置くための体内装置を有し、この体内装置には網膜を構成する細胞を電気刺激するための電極と、それを制御する集積回路からなる制御部が設けられたものが知られている（特許文献１参照）。
米国特許５９３５５５号明細書

このような視覚再生補助装置（体内装置）は、眼内あるいは眼内以外の体内に長期間設置するため、できるだけ生体適合性を高める必要がある。また、体液の浸潤や外力等による体内装置の損傷を防ぐ必要がある。

上記従来技術の問題点に鑑み、埋植する装置自体の生体適合性を高めるとともに、浸潤等による装置の損傷を抑制することの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に電気刺激を与えるための複数の電極から形成される刺激部と、前記電極に接続され，前記刺激電極に送る刺激電流を制御する半導体集積回路からなる制御手段とを備え、前記刺激部及び制御手段を患者の体内に設置して患者の視覚の再生を行うための視覚再生補助装置において、前記制御手段の周囲が少なくとも３層からなる保護層にて被覆されていることを有する。
（２）（１）の視覚再生補助装置において、前記保護層は耐衝撃性を有する第１層と、該第１層に対して高いガスバリア性を有する最外の第３層と、前記第１層と第３層との間に形成され、前記第１層と第３層とを密着させるための第２層と、を有することを特徴とする。
（３）（２）の視覚再生補助装置において、前記第１層はシリコーンで形成され、前記第２層はポリパラキシリレン（パリレンＮ）、第３層はポリモノクロロパラキシリレン（パリレンＣ）にて形成されていることを特徴とする。

本発明によれば、埋植する装置自体の生体適合性を高めるとともに、浸潤等による装置の損傷を抑制することができる。

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信号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対応する電極を指定する電極指定信号に変換し、刺激部４０へ送信する制御手段として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。また、３４は不関電極である。

また、刺激部４０には、電気刺激パルス信号を出力する電極４１、刺激制御部４２が設けられている。各電極４１は、刺激制御部４２に接続されている。刺激制御部４２は、制御部３２から送られてきた電極指定信号に基づいて、対応する電気刺激パルス信号を電極４１の各々へ振り分ける制御手段としての役目を果たす。電極４１には生体適合性が高い貴金属、例えば金や白金が用いられる。電極４１は基板４３上に形成され、刺激制御部４２は基板４３にフリップチ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ている。この基板４３上に電極４１が配置され、さらにリード線４３ａにて刺激制御部４２、と電気的に接続されている。

また、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金属、ステンレスや白金等を用いている。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。

また、このような体内装置２０は、図２の点線で示すように、電極４１と不関電極３４の先端以外の構成部分の全てに生体適合性の高い複数の層からなるコーティング層７０が形成されている。このコーティング層７０は、装置内への体液等の浸潤抑制や装置保護等の役目を果たす。

以下にコーティング層７０の詳細について説明する。図５は、一例として基板４３に形成された刺激制御部４２周辺を多層コーティングした状態を模式的に示した図である。図示するように、基板４３上（刺激制御部４２上）には３つの層からなるコーティング層７０が施されている。

コーティング層７０は、外部からの衝撃等からの保護性（耐衝撃性）に優れた柔軟素材で、さらに生体適合性も高い素材からなる第１層７１、ガスバリア性に優れた素材で、さらに生体適合性も高い素材からなる第３層７３、第１層７１と第３層７３との間に形成され、第１層７１と第３層７３の密着性を高めるための接着層となる第２層７２とを有する。第１層７１の素材としては、例えば、シリコーン等が挙げられる。また、第２層７２の素材としては、第１層７１と第２層との両方に強い密着性を有する素材であればよい。例えば、ポリパラキシリレン（以下、パリレンＮパリレンは登録商標）が挙げられる。また、第３層７３の素材としては、例えばパリレン樹脂で気密性の高いもの、ポリモノクロロパラキシリレン（以下、パリレンＣ）が用いられる。また、各層の成膜順序は上述したように基板側から、柔軟性と耐衝撃性を有した層、密着力を挙げるための層、最外層にガスバリア性に優れた層となるようにしておく。このような膜構成とすることにより、耐衝撃性（物理的要因による損傷を保護する性能）とガスバリア性とを両立しうるコーティング層が得られる。なお、図５では刺激制御部４２周辺をコーティング層７０にて被覆した模式図を示しているが、実際は不関電極３４及び電極４１以外の体内装置２０全体（受信部３０及び刺激部４０）に渡って、このようなコーティング層７０を形成する。

次に、コーティング層７０の形成工程を説明する。以下の説明では、体内装置２０の全体をコーティングした後に、電極４１と不関電極３４の部分だけコーティングを除去することで、電極４１と不関電極３４を形成する方法を説明する。まず、体内装置２０全体に、シリコーンからなる第１層７１（保護層）を形成する。シリコーン層の形成は、体内装置２０をシリコーンを満たした型に浸し、加熱硬化させる。このような第１層の膜厚は保護層として機能しつつ柔軟性を失わない程度の膜厚であればよい。例えば、好ましくは０.１ｍｍ〜２ｍｍ程度、さらに好ましくは０.５ｍｍ〜１ｍｍ程度である。

次に、シリコーンで形成された第１層７１の上に、第２層７２を形成する。第２層７２はパリレンＮを真空蒸着法を用いることによって形成される。第１層７１の形成された体内装置２０を真空蒸着器に入れ、蒸着材料にパリレンＮを用いて、真空蒸着を行う。

第２層７２の膜厚は、密着層としての機能を有するだけの膜厚が得られればよい。好ましくは０．５μｍ〜２０μｍ、さらに好ましくは１μｍ〜５μｍ程度である。なお、第２層７２の形成時に、第１層７１の表面を、予めプラズマ処理等の表面処理をすることで、密着性を向上させるようにしてもよい。

次に、パリレンＮで形成された第２層７２の上に最外層となる第３層７３を形成する。第２層７２の形成と同様にパリレンＣを体内装置２０に真空蒸着させることにより、第３層の形成を行う。なお、第３層の膜厚はガスバリア性を有するだけの膜厚が確保されていればよい。好ましくは１μｍ〜１００μｍ、さらに好ましくは５μｍ〜２０μｍ程度である。第２、第３層ともに厚くなりすぎると、体内装置の柔軟性を失うこととなり、好ましくない。

以上のようにして、体内装置２０の全表面を３層のコーティングで被覆する。この後、電極４１及び不関電極３４の先端部分のコーティングを除去する。このコーティング層７０の除去方法は、既知の半導体加工技術（例えば、ＲＩＥ法等）を利用し、電極４１の生体に接触する部分のコーティング層７０を機械的に取り除く。

なお、以上の説明では、基板４３に電極４１が作製された状態で、体内装置２０全体にコーティング層７０を形成させる方法を説明したが、これに限るものではなく、体内装置２０のコーティング後に電極４１を作製する方法であってもよい。例えば、電極４１以外は作製しておいた体内装置２０の全体にコーティング層７０を形成し、その後に、電極４１を作製する箇所のコーティング層７０に、既知の半導体集積技術等で孔を開ける。そして、孔の開いた場所に電極４１を構成する金属を、既知の半導体集積技術等である蒸着や堆積させることによって、電極４１を作製する。

次に、以上説明した本実施形態の３層コーティングにおいて、コーティング層が３層の場合（シリコーン、パリレンＮ、パリレンＣ）と、２層の場合（シリコーン、パリレンＣ）で、密着性にどのような差があるかピール試験により検証した。その試験結果を表１に示す。コーティングの密着性を検証したピール試験について説明する。試験の方法、結果等は以下のようになる。

＜目的＞
シリコーン樹脂へのパリレンＣ膜コーティングの密着度を毒性のある密着促進剤などを使用せずに改善する方法として、シリコーン上にパリレンＮ膜をコーティングし、その上にパリレンＣ膜をコーティングした場合と、シリコーン上にパリレンＣ膜のみコーティングした場合とで、比較し密着度が向上するかどうかを確認する。

＜方法＞
素地としてシリコーン樹脂（Nusil製：MED-4211）を用い、以下のコーティングを施した試料を準備する。試料の大きさは各々40×40mm角（厚さ1.0mm）とした。パリレンコートは真空蒸着法で行った。シリコーンは、厚さ1mmのシリコーン製の板材を入手し40×40mmにカットして使用した。試験は、室温（２３℃）下で行った。
１）パリレンＣを膜厚5.0μｍ程度コーティングした試料３サンプル
２）パリレンＮを中間層として膜厚1.0μｍ程度でコーティングし、その上にパリレンＣを膜厚5.0μｍ程度でコーティングした試料３サンプル
試料に薄刃の鋭利な刃物で被膜に垂直に素地まで達する平行な切れ目と、それらと直角に交わる切れ目を入れる。平行な切れ目の間隔は5mm±1mmとし、25マスのマス目をつけた。
切れ目の入った試料表面に粘着テープ（市販のセロファンテープ）をつけ、90°方向に粘着テープを引き剥がす。素地から剥離したマス目を光学顕微鏡にて観察しカウントする。

＜結果＞

シリコーンに対してパリレンＣ膜のみのコーティングの場合の剥離率は５０％程度であった。シリコーンに対してパリレンＮをコーティングし、その上にパリレンＣをコーティングした場合の剥離率は３０％程度であった。

＜結論＞
剥離試験（ピール試験）を行い、相対的に比較したところ、各３サンプルにおいていずれも中間層にパリレンＮ膜をコーティングした方が、パリレンＣ膜が素地（シリコーン樹脂）からはがれにくいという結果が得られた。従って、中間層にパリレンＮ膜を用いることで密着度が向上したと考える。

また、本実施形態で用いる各ポリマーのガス透過性を表２に示す。

表２では、それぞれのポリマーを断面積２５．４ｃｍ四方、厚さ２５．４μｍのフィルムとして、各項目のガスが２４時間で透過する透過量（ｃｃ又はｇ）を示している。それぞれの単位は、各種ガスの場合、ｃｃ／２４時間（ASTM（米国材料試験協会） D1434-63Tに準拠）であり、水蒸気の場合、ｇ／２４時間（ASTM E96-63Tに準拠）である。表２からパリレンＣの高いガスバリア性がわかる。

以上の試験結果から、本発明の実施形態である体内装置２０にシリコーン、パリレンＮ、パリレンＣと順番にコーティングした方が、シリコーン層に対してパリレンＣのみやパリレンＮのみの２層コーティングよりも、ガスバリア性、密着性とも高いことがわかる。

以上説明した本実施形態では、体内装置２０全体を、シリコーン、パリレンＮ、パリレンＣの３層でコーティングしたが、これに限るものではない。体内装置２０の中でも重要度に応じて、適宜コーティングを変えることも可能である。

例えば、チューブ５１は、パリレンＮのコーティングのみでもよい。チューブ５１は、患者の生体に埋植した際に動くことが多い。このため、あまりにも層の多いコーティングをチューブ５１に施していると、チューブ５１の表面に皺ができる場合がある。これを防ぐために、チューブ５１の表面に柔軟性とガスバリア性を備えたパリレンＮをコーティングすることが好ましい。パリレンＮのみのコーティング工程は、チューブ５１以外の体内装置２０をマスキングし、真空蒸着によって、チューブ５１にだけパリレンＮのコーティングを形成させる。コーティングの後に、既知の半導体集積技術等でマスキングを取り除く。このようにして、チューブ５１は前述の３層コーティングと比較して、皺を抑制しつつ、柔軟性を向上させることができる。

なお、本実施形態では３層のコーティングとしているが、これに限るものではない。前述したコーティング層７０の内側の層に予め別の層をコーティングしておき、体内装置２０のコーティングを４層以上とすることももちろん可能である。例えば、ガスバリア性をさらに向上させるため、刺激制御部４２とその近傍に予めパリレンＣをコートし、その上に本実施形態の３層コーティングを施してもよい。その場合の工程は、体内装置２０の刺激制御部４２とその近傍以外をすべてマスキングし、真空蒸着を行って、刺激制御部４２とその近傍にのみパリレンＣのコーティングを形成させる。その後、前述した方法で、３層のコーティングを行う。このようにして、刺激制御部４２をガスバリア性等の比較的高いパリレンＣで予めコートすることによって、刺激制御部４２部分は、生体からの体液等の浸潤や刺激制御部４２の素材等の生体への流出を抑制する効果が向上する。また、パリレンＣは電気絶縁性が他の素材、例えば、パリレンＮやシリコーンよりも高いため、絶縁性を確保する上でも有用である。

また、本実施形態では、第１層７１のコーティングをシリコーンにより行ったが、これに限るものではない。保護素材として、生体適合性の高いポリイミドを用いてもよい。例えば、電極４１の配線であるリード線４３ａを生体適合性の高いポリイミドでコート（塗布）し、真空蒸着によって、パリレンＮ、パリレンＣとコーティングする。このようにして、リード線４３ａとその近傍に３層のコーティングを形成させる。ポリイミドはシリコーンと比べて絶縁性が高く、リード線４３ａを配線している基板４３もポリイミドで作製しているため、絶縁性、接着性が高まる。

また、本実施形態では、コーティング層７０の第２層（中間層）７２をパリレンＮとしたが、これに限るものではない。第２層（中間層）７２は、第３層（最外層）７３と同族で、第１層（保護層）との含浸性が第３層７３よりも高いものであってもよい。例えば、パリレンＣと同族であるパリレンＨＴ等があげられる。

このような構成を備える体内装置２０は、患者の体内の所定位置に設置される。図５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の刺激制御部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は図示するように眼内中央の前眼部よりの位置に置かれる。これによって、網膜Ｅ１は電極４１と不関電極３４（対向電極）との間に位置することとなる。よって、電極４１からの電気刺激パルス信号が効率的に網膜を通ることとなる。

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。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。

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３では、簡便のためコーティング層７０は図示していないが、電極部分を除いた体内装置２０はコーティングされている。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（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信号と電極指定信号とを形成し、電極指定信号を刺激制御部４２に送信する。刺激制御部４２では受け取った電極指定信号に基づいて前述した方法により、各電極４１から双極性の電気刺激パルス信号を同時に或いは個別に出力させる。複数の電極４１から電気刺激パルス信号を同時に出力する場合には、視覚の再生を妨げない程度の同時出力にて行う。

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。

なお、以上説明した本実施形態では、受信部３０にコーティングしたものを用いてるがこれに限るものではない。受信部３０が収まるようなケースを作製し、受信部３０をケースに収め、その周囲を前述した方法でコーティングして用いてもよい。この場合、ケースは生体適合性の高い素材、例えば、セラミック等で成型する。ケースに受信部３０を収め、チューブ５１を外に出した状態で入口をエポキシ樹脂、パリレンＣ等で密封する。このとき、内部に窒素等の不活性ガスを封入して、受信部３０の劣化を防ぐようにする。ケースの密封後、前述のコーティング方法でケースごと３層のコーティングを行う。

なお、以上説明した本実施形態では、コーティング層７０にパリレンＣ、パリレンＮを用いたがこれに限るものではない。他のパリレンであってもよい。例えば、機械的特性、ガスバリア性の比較的高いパリレンＨＴであってもよい。また、パリレンＮよりもガスバリア性の高いパリレンＤをパリレンＣの代わりに用いてもよい。

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。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。体内装置を体内に設置した状態を示した図である。刺激制御部４２周辺を多層コーティングした状態を模式的に示した図である。

符号の説明

１視覚再生補助装置
１０体外装置
２０体内装置
３０受信部
３２制御部
３４不関電極
４０刺激部
４１電極
４２刺激制御部
４３基板
７０コーティング層
７１第１層（保護層）
７２第２層（中間層）
７３第３層（最外層）

Claims

網膜を構成する細胞に電気刺激を与えるための複数の電極から形成される刺激部と、前記電極に接続され，前記刺激電極に送る刺激電流を制御する半導体集積回路からなる制御手段とを備え、前記刺激部及び制御手段を患者の体内に設置して患者の視覚の再生を行うための視覚再生補助装置において、前記制御手段の周囲が少なくとも３層からなる保護層にて被覆されていることを有する視覚再生補助装置。
請求項１の視覚再生補助装置において、前記保護層は耐衝撃性を有する第１層と、該第１層に対して高いガスバリア性を有する最外の第３層と、前記第１層と第３層との間に形成され、前記第１層と第３層とを密着させるための第２層と、を有することを特徴とする視覚再生補助装置。
請求項２の視覚再生補助装置において、前記第１層はシリコーンで形成され、前記第２層はポリパラキシリレン（パリレンＮ）、第３層はポリモノクロロパラキシリレン（パリレンＣ）にて形成されていることを特徴とする視覚再生補助装置。