(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
医療用ミクロ電極であって、軟質組織にインプラント又は挿入された後に互いに相対的に動くことができて、電極に沿った距離を増加又は減少することができる部分を含み、該部分の少なくとも一部は水性体液に溶解性若しくは生物分解性の第１の堅い生体適合性マトリックスに埋め込まれており、基部と先端部の間に配置された電極本体を含み、ここで、少なくとも該先端部及び該電極本体は該第１マトリックスに埋め込まれている、医療用ミクロ電極。
【請求項２】
上記基部、上記先端部及びそれらの間に配置された上記電極本体から成り、少なくとも一部が上記第１の堅い生体適合性マトリックスに埋め込まれた、請求項１に記載の電極。
【請求項３】
上記先端部に配置された固定手段を含む、請求項１に記載の電極。
【請求項４】
上記電極本体が、非伝導性コア、該コア上の１つ又はそれ以上の電導性層、及び該１つ又はそれ以上の電導性層上の絶縁層を含む、請求項１又は２に記載の電極。
【請求項５】
上記コアに垂直に上記絶縁層を通って、上記電導性層との電気的接触を可能にする１つ又はいくつかの通路を含む、請求項４に記載の電極。
【請求項６】
上記固定手段が上記第１マトリックスに埋め込まれている、請求項３に記載の電極。
【請求項７】
上記マトリックスが、溶解若しくは分解速度が異なる２つのセクションを含む、請求項１〜６のいずれか１項に記載の電極。
【請求項８】
上記電極本体が、その長さがその末端の間の距離よりも２％又はそれ以上だけ長い形状で上記第１マトリックスに埋め込まれている、請求項１〜７のいずれか１項に記載の電極。
【請求項９】
上記電極本体が、その長さがその末端の間の距離よりも２０％又はそれ以上だけ長い形状で上記第１マトリックスに埋め込まれている、請求項１〜７のいずれか１項に記載の電極。
【請求項１０】
上記電極本体の直径が１０−７〜１０−４ｍである、請求項１〜８のいずれか１項に記載の電極。
【請求項１１】
上記第１マトリックス上に溶解遅延皮膜を含む、請求項１〜１０のいずれか１項に記載の電極。
【請求項１２】
請求項１〜１１のいずれか１項記載のミクロ電極を２つ以上含む医療用ミクロ電極束であって、少なくとも一部は水性体液に溶解性若しくは生物分解性の堅い生体適合性の共有のマトリックスに埋め込まれている医療用ミクロ電極束。
【請求項１３】
上記マトリックス又は１つ若しくはそれ以上の上記マトリックス上に溶解遅延皮膜を含む、請求項１２に記載の電極束。
【請求項１４】
束の電極が取り付けられた、非伝導性材料の基部プレートを含む、請求項１２又は１３に記載の電極束。
【請求項１５】
１つ又はそれ以上の光学ファイバーを含む、請求項１２〜１４のいずれか１項に記載の電極束。
【請求項１６】
水性体液に溶解性若しくは生物分解性の堅い生体適合性アレーマトリックスに少なくとも一部が埋め込まれた、請求項１２〜１５のいずれか１項に記載の電極束を２つ又はそれ以上含む、医療用電極束アレー。
【請求項１７】
上記体液中のアレーマトリックスの溶解若しくは分解速度が、同じ体液中の束マトリックスの溶解若しくは分解速度よりも高い、請求項１６に記載のアレー。
【請求項１８】
上記アレーマトリックス上に溶解若しくは分解遅延皮膜を含む、請求項１６又は１７に記載のアレー。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、医療用電極、特に医療用ミクロ(微小)電極、かかる電極の束、及びかかる電極及び／又は電極束のアレーに関する。本発明の医療用電極、電極束及び電極束のアレーは、脳、脊髄、内分泌腺器官、筋肉及び結合組織のような軟質組織に挿入するのに意図される。
【背景技術】
【０００２】
中枢神経系（ＣＮＳ）に長期間埋め込むことができる電極は広範囲の応用分野を有する。原則として、全ての脳核はかかる電極から記録するか又は電極により刺激することができ、そしてそれらの機能は監視できる。特に重要なのは、脳核刺激にマルチチャンネル設計を使用することである。かかる設計において、電極群又は個々の電極さえも別々にアドレスできる。このことは使用者に、電極の刺激が、非選択的刺激と比べて改良された治療効果を生じるような電極を選択するのを可能にする。脳又は脊髄の刺激は、脳核が退化又は損傷した状況で、特に価値がある。脳活性の監視は、薬物供給又は電気的刺激のような他の手段と連結されると有用になり得る。電極もまた、組織の特定の部位を損傷するために使用できる。脳構造を記録しそして刺激するために、いろいろな形体の埋め込まれた電極が過去に開発されそして使用された。電極の耐久性埋め込みを達成するために、該電極を組織に固定しそして電極が組織に対して動くのを最小にすることが重要である。重要なことは、例えば呼吸及び排気により引き起こされる内因性の動き、又は突然の身体の加速又は減速のような他の動きにより、脳及び頭蓋骨のようないろいろな組織、及び同じ組織の異なる部分、例えば脳又は脊髄内の異なる部位、は互いに相対的に動き得る。例えば、各心臓鼓動は不均一又は放射状の動きを動脈の周りに生じさせる。真っすぐな非弾性ワイアが均一に動いていない領域内を通ると、該ワイアは組織内で滑る傾向があり、従って周囲の組織内で機械的摩擦及び／又は変更した張力を生じ、それは次に該組織を損傷するであろう。かかる動きは、電極を用いて得られる記録及び／又は刺激の質を低減し、そしてまた、電極に対する組織の反応を引き起こし得る。本発明に関連した別の考察は、組織内へのワイア電極の固定性は最適な性能に重要であることである。ワイア電極の先端近くに配置された、突き出たフィラメント（バーブ）の形態の固定手段は知られている。ワイア電極に影響を及ぼす組織の動きは固定手段に伝搬し、隣接する組織を損傷する危険性を生じる。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
本発明の第１の目的は、電極を挿入した組織又は電極を埋め込んだ組織内で容易に変位することなく該組織と共に動くようにした、前述の種類の電極を提供することである。
【０００４】
本発明の第２の目的は、電極を挿入した組織又は電極を埋め込んだ組織に害を与えない又は殆ど害を与えない、前述の種類の電極を提供することである。
【０００５】
本発明の第３の目的は、軟質組織内の所望の位置に所望の形状で容易に置くことができる、前述の種類の電極を提供することである。
【０００６】
本発明の第４の目的は、前述の所望の性質を有する電極の束を提供することである。
【０００７】
本発明の第５の目的は、前述の所望の性質を有する電極及び／又は電極束のアレーを提供することである。
【０００８】
本発明の更なる目的は、下記の発明の概要、図面に例示された多くの好ましい態様、及び添付の特許請求の範囲から明らかになるであろう。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本発明は、医療用電極、特に軟質組織に埋め込まれた又は挿入された医療用ミクロ（微小）電極、のいろいろな部分の運動の自由度を改良して、該電極を取り巻く組織の不均一な運動の負の影響、特に該電極を変位させる及び／又は電極を、周囲の組織を損傷する危険があるように動かす傾向がある影響、を避けることが望ましい、との考察に基づく。特に、本発明は、かかる電極が、相互に動くことができる部分を含んで、電極に沿った該部分の距離を増加又は減少させるようにするのが有利である、との考察に基づく。本発明はまた、電極のインプラント（埋め込み）又は挿入のために、特に電極の所望の形状でのインプラント又は挿入のために、本発明の電極が、電極束、又は電極束のアレー、又は単一電極及び電極束のアレーであるか否かに関係なく、形状的安定性を必要とする、との考察に基づく。本願で、「形状」とは三次元形態に関するか、又は本発明の電極が取ることができる又はその可撓性により取ることができる形状を云う。本発明によると、形状的安定性は、電極が一旦軟質組織内の所望の位置に配置されると取り除くことができる生体適合性支持材料内の電極の少なくとも部分的な態様により与えられる。容易に除去できるように、該支持材料は、体液内、即ち、水性環境内、で溶解性又は分解性であり、また、電極が脂肪組織に挿入された場合、脂肪に富む環境内でも溶解性又は分解性であるような材料である。支持材料が溶解又は分解した後、支持材料又はその分解生成物は、それぞれ生きた組織内で作動する溶質輸送メカニズムにより挿入部位から除かれそして／又は代謝される。本発明の支持材料は分解されて溶解されるか、又は体液内で溶解性が向上することが必要な材料であり得る。かかる分解は生きた組織内で作動するメカニズムにより行われる。
【００１０】
単一電極
本発明によると、軟質組織内に挿入又は埋め込むための電気伝導性（電導性）の薄い可撓性電極であって、第１末端と第２末端を有し、組織内に一旦埋め込まれると、その第１末端から第２末端までの距離を増加及び／又は減少させることができる形状を有する電極が開示される。該電極は、その第１末端で、可撓性リード線により電気的装置と電気的に連結するための基部を有し、該リード線は該基部に繋がれている。該基部は目的に適したあらゆる形態を有し得る。電極はその第２末端で先端部、特に電極を軟質組織に挿入するのに適合しそして電極を組織内に場合によっては固定するのに適合した先端部、を含む。該先端部と該基部との間にわたる電極本体は可撓性であり、場合によっては弾性的に可撓性であるか、又は可撓性部分及び場合によっては弾性的に可撓性な部分を含む。好ましくは断面がほぼ円形の電極本体は、電導性又は非電導性のコア、該コアが非電導性の場合は該コア上に電導性層、及び該電導性層又は電導性コア上に絶縁性層を含む。しかしながら、他の電極断面、例えば長方形又は多角形、もまた使用できる。或いは、電極本体は電導性材料を充填した非電導性ポリマーチューブを含むか又は該ポリマーチューブから成る。非電導性コアは好ましくは天然、半合成又は合成ポリマーフィラメント、例えば絹、綿、人工絹（酢酸セルロース）、ポリエチレン、ポリプロピレン、ポリアミド等のフィラメント、である。電導性コアは金、白金、チタン、合金、鋼の薄い金属ワイア、又は電導性ポリマー繊維である。非電導性コア上の電導性層は、例えばイオンスパッタリング又は蒸着法により、該コア上に沈着（ｄｅｐｏｓｅｄ）した、高電導性金属、例えば銅、銀、及び金、又は金属合金、例えば白金−イリジウム、から成るか又はそれらを含む。金の層の場合、コアへの接着は、該金層とコアとの間にクロム又はタングステンを挿入することにより改良できる。かかる挿入は他の金属層を用いた場合も実行可能である。沈着した金属電導性層の厚さは０．１μｍから約１００μｍである。或いは、電導性層は電導性ポリマーから成るか、又は該ポリマーを含んでもよい。絶縁層は非電導性ポリマーを含むか、好ましくは該ポリマーから成る。殆どの適用で、電極本体の直径は約１０−７から約１０−４ｍ、好ましくは約２．５・１０−５ｍ未満である。しかしながら、いくつかの適用では、特に電極が軟質組織の損傷を生じるように意図された場合、電極本体はもっと大きい直径を有してもよい。
【００１１】
電極本体の絶縁層は、好ましくは本体の第１末端から本体の第２末端に延び、即ち、電極本体全体が絶縁される。絶縁に適した材料の例には、ガラス、ポリビニルホルマール、シリコンゴム、又は耐水性ラッカーである。しかしながら、電極本体に沿って、絶縁層を通って電導性コアへの通路、特に該コアにほぼ垂直に配置された通路、を設けることが可能である。
【００１２】
大容積の組織の電気的刺激を意図する場合、標的組織に挿入する電極部分を絶縁しないのが好ましいであろう。或いは、電極本体は絶縁されない領域を含んで、組織内の多数の部位の刺激／記録を可能にしてもよい。
【００１３】
組織への挿入を容易にするために、本発明の電極は生体適合性マトリックス材料から成る堅い又は実質的に堅い本体内に少なくとも部分的に埋め込まれる。本発明のマトリックス材料は好ましくは肉眼で均一である。該埋め込みは、電極本体の少なくとも一部分、更に好ましくは電極先端及び該先端から延びる電極本体の一部分を含む。「実質的に堅い」は、本体が僅かしか弾性的に可撓性でなくてもよいことを示す。マトリックス本体は、体液中で、特に水性体液中だけでなく、脂肪に富んだ体液中でも溶解性又は生分解性である固体マトリックス材料を含むか又は該材料から成る。電極をマトリックス本体内に入れると、電極を組織内に挿入し又は埋め込みそして所望の配置に配置できるようにするだけでなく、所望の形状で配置できるようにする。電極又はその少なくとも一部分は該マトリックスに形状的にロックされる。該マトリックスの溶解又は分解の後、該電極、特に電極本体は、組織内でその最初の又は第１の形状を保持するか、又は第２の形状若しくは無数の形状を取るか若しくは又は取るようにされる。「第１の形状」とは、マトリックス中の電極若しくは電極本体若しくは電極本体の部分の形状を意味する。曲線状又は非直線状の形状の電極本体は、電極を組織内に固定するのを改良する。何故なら、組織細胞は該本体に近くなるように成長するであろうからである。直線状電極本体とは対照的に、曲線状又は他の非直線形状の電極本体は、本発明の電極が変位することなく、該電極が埋め込まれた又は挿入された組織の不均一な動きと一致して動く該電極の能力を改良する。
【００１４】
電極本体による第２の形状の採択は、いくつかの手段により与えることができる。電極本体が弾性的に可撓性であるか弾性的に可撓性の部分を含む場合、該電極本体をマトリックス本体内に圧縮した又は引っ張った状態で埋め込むことができ、電極を軟質組織内に埋め込んだ後、該マトリックスが溶解すると、該電極本体は膨張又は収縮し得る。
【００１５】
最初の形状で、一般に一方向に延びている電極本体は、規則的若しくは不規則な屈曲部、スパイラル部、ループ、ジグザグ部分等を含み得る。言い換えると、その最初の形状で、電極本体の長さはその第１末端と第２末端の間の距離よりも実質的に大きい。実質的に大きいとは、その第１電極末端と第２電極末端の間の距離の２パーセント以上、特に５パーセント以上、更に２０パーセント以上、そして５０パーセントまで又はそれ以上だけ大きい長さを意味する。しかしながら、電極の第２末端から延びる電極の先端部分は真っすぐ又は僅かに曲がった形状を有するのが好ましい。
【００１６】
絶縁されていない電極の遠位端又は先端部分は、いかなる形状でもよい。電極が記録用に意図されている場合は、尖った先端が好ましい。電極が刺激用に使用されることを意図されている場合は、電極先端部は尖った縁を含まず、むしろ先端部の侵食を低減するために滑らかな輪郭を有するのが好ましい。場合によっては電極先端部分の表面積は、粗面化により大きくして、周囲の細胞との接触を増加させ、そして電極のインピーデンスを減少させてもよい。粗面は、例えば、電極を白金黒でコーチングするか、又はエッチングにより得ることができる。
【００１７】
その基部で、電極は絶縁された可撓性電線を介して電子設備と電導的に接触する。
【００１８】
その先端及び／又はその本体部で本発明の電極は有利に固定手段、例えば、周囲の組織に関して接着剤若しくは接着性を有する粗面部分若しくは表面部分、を備えることができる。それらは、組織の接着又は伸展を可能にする例えばチタンのような種類、又は酸化チタンで被覆された部分を有するものでもよい。先端部に取り付けられ、挿入手順の間は近位方向に配置されそして次に短距離だけ電極を退位させると拡げられる、薄い側方に延びるフィラメントは知られている（ＷＯ２００７／０４０４４２）。本発明の電極は、それを更に組織内に固定するために、かかるフィラメントを備えてもよい。これらの薄い側方に延びるフィラメントは、電極本体の直径と同じ、好ましくはそれよりも小さい直径を有し、そして／又は該フィラメントを適当な距離だけ、例えば該電極から５０μｍまで又はそれ以上、そしてまた１００μｍまで又はそれ以上、側方に突き出させる長さであるのが好ましい。側方に延びるフィラメントは更に電極として機能するのが好ましく、この場合、少なくともそれらの先端は絶縁されていない。側方に延びるフィラメントはまた、電極の電導性材料を含む又は該材料から成るのが好ましく、その材料は電極本体の材料と一体化しているのが好ましい。しかしながら、側方に延びるフィラメントが電極の材料と異なる材料である場合も本発明の範囲内である。側方に延びるフィラメントは、マトリックスに埋め込まれた電極が組織に挿入するのを妨げないので、該フィラメントは電極からいかなる方向、例えば遠位方向、半径方向又は近位方向、に延びてもよい。電極は多数の側方に延びるフィラメントを含むことも可能であり、そしてこのようなフィラメントは電極から１方向又はいくつかの方向に延びることも可能である。同様に、電極のコア又は支持管は先端部と同じ材料でありそして先端部と一体化しているのが好ましい。電極の先端部に突き出た部材を備えた電極において、それを退却させると該突き出た部材は組織に固定され、電極は退却しないようにするであろう。適当な先端設計、例えば、電極の第１末端と第２末端を結びそして更に組織に結ぶ直線で規定される電極本体の長軸から離れるように屈曲又は傾斜した先端、の電極を押すと、電極の先端部を該長軸の方向から脇にそらせるであろう。
【００１９】
本発明のマトリックス本体は、体液、特に水性環境、或いは脂肪に富む環境にもまた溶解する又は分解される生体適合性材料から成る。分解は該マトリックスと接触している体液、特に水性体液又は体脂肪、に存在する酵素によって触媒され得る。溶解又は分解前に、マトリックス本体は膨潤しても膨潤していなくてもよい。マトリックス本体は遠位方向に長いのが好ましく、即ち、初めに組織に導入される、マトリックス埋込み電極の前部を形成するのが好ましい。それは例えば、少なくとも電極の最初の形状で該電極の第１末端と第２末端との距離に等しい長さの棒として形成することができる。マトリックス本体はその遠位末端の方向に先細になるのが好ましい。その遠位末端部は、軟質組織への挿入を容易にするために、ほぼ円錐形であるのが好ましい。その遠位先端は尖った形状又は尖っていない形状を有することができる。尖っていない形状は挿入中の血管破損の危険性を最小にし、一方尖った先端は組織への挿入の抵抗を減少するであろう。マトリックス本体の形状は、電極を軟質組織に深く挿入する場合、引き続く真っすぐな挿入トラック線を可能にし、これにより使用者は電極を組織内に正確に置くことが可能になる。適したマトリックス材料には、当業界で知られた、生体適合性炭水化物系又はタンパク質系接着材料が含まれる。他の有用な公知の生体適合性マトリックス材料には、次のものが含まれる：ポリグリコール酸、カルボキシビニルポリマー、ポリアクリル酸ナトリウム、カルボキシメチルセルロース、ナトリウムカルボキシメチルセルロース、プルラン、ポリビニルピロリドン、カラヤゴム、キサンタンガム、アラビアゴム、グアーガム、カッシア  トラガム（ｇｕｍ  Ｃａｓｓｉａ  Ｔｏｒａ），ガッチ  ガム（ｇｕｍ  Ｇｈａｔｔｉ）及び他の天然ガム、ペクチン、トラガカント、アルギニン酸。
【００２０】
場合により、マトリックス本体は、体液内、特に水性環境又は脂肪に富む環境内での溶解又は分解速度が異なる２種又はそれ以上のマトリックス材料セクションを含む。例えば、ある種の適用では、マトリックス本体は２つのセクション、近位セクションと遠位セクション、であって、遠位セクションの材料の溶解速度が近位セクションの材料の溶解速度よりも実質的に高い２つのセクションを含み、遠位セクションの溶解時間を２０秒から１０分だけ短くするのが好ましい。この設計は、本発明の電極が両マトリックスセクションを損なわないで、標的組織近くに挿入するのを可能にする。電極本体の遠位若しくは第２末端部分及び／又は先端が埋め込まれている遠位セクションのマトリックス材料が溶解すると、電極を組織から短距離だけ退却させるか短距離だけ組織に更に押すことができる。マトリックス本体が溶解向上手段、例えば体液が染み込むことができるチャンネル、を含むのは、本発明の範囲内である。従って、マトリックス本体又はその部分は非多孔性又は多孔性の構造を有してもよい。マトリックス材料の溶解若しくは分解の遅延は、マトリックス本体又はそのセクションに溶解遅延又は分解遅延コーチングの１層又はそれ以上の層を配置することにより達成できる。マトリックス溶解又は遅延コーチングの材料は、水性環境でそれにより保護されたマトリックスセクションよりも実質的に遅い速度で溶解する材料であるのが好ましい。マトリックス溶解遅延コーチングはまた、水性環境又は体脂肪に富んだ環境内で容易に溶解しないが分解性であってもよく、例えばワックスコーチング、ポリエステルコーチング、例えばポリグリレート、ポリラクテート、ポリ（グリレート、ラクテート）又はポリカーボネートコーチング、又はコラーゲンのコーチングのようなペプチドコーチングであってもよい。
【００２１】
本発明の電極は、軟質の生きた組織、特に脳及び脊髄の組織、に挿入するように意図されているが、肝臓、腎臓、骨格筋肉、心臓筋肉、内蔵筋肉及び結合組織に挿入するようにも意図されている。本発明の電極は、記録及び／又は神経刺激の目的で使用することができる。記録の目的に使用された場合、本発明の電極ワイアは小型化されたプレアンプリファイアーを備えることができる。アンプリファイアーは先端から短距離に、例えば本体と先端部との接点に配置して、シグナル対ノイズ比を改良するのが好ましい。
【００２２】
軟質組織への挿入を更に容易にするために、ミクロマニピュレーター（微細操作）ロッド又は類似のものを、マトリックスの近位末端の近く又は近位末端で、マトリックスに取り付けるか又はマトリックスに埋め込むのが好ましい。或いは、ミクロマニピュレーターの取り外し可能な取り付けを、電極の基部に固定したドッキング（結合）手段により与えてもよい。
【００２３】
このように、本発明は、可撓性の電極であって、その遠位先端から近位基部までの長さを、軟質組織への挿入後に可逆的に増加及び減少させることができる電極を開示する。
【００２４】
電極束
ある適用では、前に開示した種類の多数の適切に配置された電極を使用するのが有利である。例えば、軟質組織領域内に複数の電極を配置する目的で、本発明の堅い又は実質的に堅いマトリックスを２つ又はそれ以上の電極、或いは１００までもの電極、で共有することができる。共通のマトリックス本体中の本発明の２つ又はそれ以上の電極の組み合わせを”電極束”と名付ける。電極束に、少なくとも部分的にマトリックス本体に配置されている、慣用の真直な電極ワイア、光学ワイア、収縮性ポリマー又は堅い電極チップであって電極及び／又はエレクトロニクスを収容した電極チップを設けるのも本発明の範囲内である。場合により、マトリックス本体は、水性環境内での溶解速度が異なるマトリックス材料の２つ又はそれ以上のセクションを含んでもよい。本発明の電極束用のセクションに分けられたマトリックス本体は、その特徴に関して、上記の本発明の電極のマトリックス本体に対応する。
【００２５】
電極束からなる本発明の電極はいろいろな長さであるのが好ましく、そしてマトリックス本体が回転対称形、例えば円筒状、である場合、マトリックス本体の中心軸の周りに配置するのが好ましい。最も長い電極を該軸から短距離に配置し、そして短い電極を該軸からより長い距離に配置して、電極の先端が丸いマトリックス本体先端を規定するようにさせるのが好ましい。電極の近位末端を、該回転軸を横断する面内に又は該面近くに配置するのが好ましい。しかしながら、電極を、一方向に傾斜した電極束先端又はそうでなければ対称的でない電極束先端を形成するように配置するのも本発明の範囲内である。従って、電極束マトリックス本体は遠位方向に先細り、従って例えば円錐又は平らな三角形末端遠位部分を形成してもよい。該末端遠位部分は、電極束を軟質組織に挿入する間、血管の破裂の危険性を最小にするために、尖っていない形状を有することができる。
【００２６】
本発明の別の好ましい側面によると、電極束は、組織の放射刺激を可能にするために及び／又は周囲の組織から発散する放射線を記録するために、１つ又はそれ以上の光学ファイバー又はその素子（コンポーネント）を含む。電極の態様に対応する態様で、１つ又はそれ以上の光学ファイバーは、電極束内の選択された位置にマトリックスによって保持される。
【００２７】
本発明の更なる好ましい側面によると、本発明のマトリックスに埋め込まれた電極束中の２つ又はそれ以上の電極は、それらの末端で又は末端近くで、例えばセラミック又はポリマー材料の基部プレートにより結合することができる。このように結合された電極は、同じ長さでも又は異なる長さでもあってもよい。基部プレートはアンプリファイアーのような電子コンポーネントを備えてもよく、そして刺激及び記録の目的で組織の外側のエレクトロニクスにケーブルを介して又は遠隔測定的に結合してもよい。該基部プレートは、ミクロマニピュレーターを受容する手段を設けるためにも使用し得る。
【００２８】
本発明の更なる好ましい側面によると、電極束は、電流を通した時に形状を変えることができる、例えば屈曲することができる、収縮性二金属元素の１種又はそれ以上を含む。かかる収縮性下元素は、マトリックスに埋め込んだ電極束の挿入経路を制御するために使用できる。
【００２９】
電極束を軟質組織に挿入するために、ミクロマニピュレーターが電極アレーの近位末端部分に取り付けられるか取り付け可能であり、該近位末端部分からミクロマニピュレーターは近位方向に延びる。
【００３０】
本発明の電極束の堅さは組織内へのその挿入を容易にする。挿入すると、第１マトリックスセクションは迅速に溶解する。これにより、電極の遠位末端部分は、隣接する電極に対して横方向の変位が可能となる。電極束を組織に更に挿入すると、扇形に拡がる手段を含む電極の遠位部分を電極束の軸から離れる方向に、拡げるように屈曲させる。第２マトリックス部分の溶解は電極の近位部分を自由にするので、隣接する電極に対して横及び／又は軸方向の変位が可能になり、そして組織内で浮遊した配置を取り、これにより組織内のその位置は安定化され、そしてそうでなければ他の電極との結合した動きにより起こるであろう組織の反応又は損傷が防止される。
【００３１】
電極及び／又は電極束のアレー
本発明によると、平行に又はほぼ平行に配置された２つ又はそれ以上のマトリックスに埋め込まれた電極及び／又は電極束は、体液のような水性媒体に溶解するのり（グルー）で結合することができる。のりは生体適合性でなければならない。適したのりは、炭水化物又はタンパク質を基材としたのり、例えばアルキル化及び／又はカルボキシル化セルロース誘導体、アミロース、及びゼラチンを基材としたのり、であることができるが、別の性質のもの、例えばポリビニルピロリドン及びポリアクリル酸のアルカリ塩、であることもできる。このようにして、電極及び／又は電極束を埋め込み（インプランテーション）に適した所望の幾何学的パターンに列に配置することができる。これにより、インプランテーションに要する時間は、個々の電極及び／又は電極束のインプランテーションにより得られる同じ幾何学的パターンに必要な時間と比べて、かなり短縮される。１つ又はそれ以上の、かかるアレー内のマトリックスに埋め込まれた本発明の電極及び／又は電極束は、一時的に又は恒久的に互いに固定された関係に保たれた本発明の２つ又はそれ以上のマトリックス埋め込み電極で置き換えることができる。該電極をかかる固定された関係に保つ手段は、本発明の１つ又はそれ以上のマトリックス材料を含むか又は該マトリックス材料から成るか、又はそれとは独立のものであってもよい。それとは独立のものである場合、該手段は、水性環境内でマトリックス埋め込み電極束のいかなるマトリックス材料よりもゆっくり溶解及び／又は分解するもの、又は恒久的手段、例えばＷＯ２００７／０４０４４２の電極束を固定関係に保持する手段、であることができる。同様に、本発明の電極アレー内の１つ又はそれ以上の電極束は、ＷＯ２００７／０４０４４２の電極束の１つ又はそれ以上で置き換えることができる。電極束アレー内の電極束の適当な距離は５０μｍから５００μｍ又はそれ以上である。
【００３２】
マトリックス埋め込み電極束のアレー、又は本発明のマトリックス埋め込み電極と本発明のマトリックス埋め込み電極束との組み合わせのアレーは、科学的、医学的及び動物介護の目的に、長時間持続刺激、電気的ニューロン活性及び伝達物質若しくは生物活性分子のレベルの、レドックス反応の測定によるマルチ−チャンネル記録、及び組織の正確な損傷に適する。
【００３３】
方法及び使用
本発明によると、マトリックス本体に埋め込まれた本発明の電極の製造方法も開示される。該方法は、固定手段を供給し、電極及び場合によっては埋め込むべき追加の要素、例えば光学ファイバー、収縮性要素等、を固定手段中に所望の形状で固定し、このように固定された電極の基部以外を覆うさや（sheath）を適用し、第１マトリックス材料の溶液又は懸濁液を該電極上に、埋め込むように意図された電極部分を覆うように塗布し、該マトリックス溶液又は懸濁液のそれぞれ溶媒及び／又は分散媒を蒸発又は硬化させ、該さやを取り除き、そして該電極を該固定手段から離すことを含む。電極を２種のマトリックス材料中に埋め込んで、それぞれが電極の部分を封入する、対応するマトリックス区画を形成するために、上記のようにして固定手段により固定した電極の適当な部分を、第１マトリックス材料の溶液又は懸濁液で被覆し、その溶媒及び／又は分散媒を引き続き蒸発させ、次いで被覆するために残された電極の部分を第２マトリックス材料の溶液又は懸濁液で被覆し、引き続き第２マトリックス材料の溶液又は懸濁液の溶媒及び／又は分散媒を蒸発させ、そして該電極を該固定手段から離す。該方法で、電極は、低湿潤性の滑らかな材料、例えばポリフルオル化炭化水素ポリマー又はシリコンゴム、のさや内に配置しそしてその中に固定するのが好ましい。溶媒蒸発を容易にするために、さや材料は多孔性、特に微孔性であるのが有利である。マトリックス材料の塗布及び乾燥後、電極をさやから引き出す。
【００３４】
本発明の電極を２種のマトリックス材料に埋め込んで、電極の複数の部分が埋め込まれる別個のマトリックス区画を形成するための別の方法は、電極全体を第１マトリックス材料に埋め込み、第１マトリックス材料の一部、好ましくは遠位末端から延びる遠位部分、を溶解させ、もはや埋め込まれていない電極の遠位部分を、例えば埋め込まれていない遠位部分に適用されたさやへの行使（recourse)を取ることにより、第２マトリックス材料で覆い、該さやを第２マトリックス材料の溶液又は懸濁液で充填し、溶媒を蒸発させて第２マトリックス材料を乾燥／硬化させ、そして該さやを除去することを含む。
【００３５】
本発明により、マトリックス埋め込み電極、特に本発明のマトリックス埋め込み電極、を軟質組織に挿入又はインプラントする方法もまた開示される。
【００３６】
本発明により、マトリックス埋め込み電極束、特に本発明のマトリックス埋め込み電極束、を軟質組織に挿入又はインプラントする方法もまた開示される。
【００３７】
本発明により、マトリックス埋め込み電極束のアレー、特に本発明のマトリックス埋め込み電極束のアレー、を軟質組織に挿入又はインプラントする方法もまた開示される。
【００３８】
本発明はまた、マトリックス埋め込み電極、マトリックス埋め込み電極束又はマトリックス埋め込み電極束のアレーを、科学的、医学的及び動物介護の目的で、長時間持続刺激、電気的ニューロン活性及びレドックス反応の測定による伝達物質のレベルのマルチ−チャンネル記録、及び組織の正確な損傷に使用することに関する。
【００３９】
本発明を、多くの図面を含む概略図面に例示された多くの好ましい態様を参照して、更に詳細に説明する。但し、該図面は等縮尺ではない。電極束は強調した輪郭を与えられている。
【図面の簡単な説明】
【００４０】
【図１ａ】先端セクションと、銀及び金で被覆された非伝導性シルクコア及びポリマー絶縁性皮膜からなる波形状を有する本体とを含む電極の第１態様の縦断面図である。
【図１ｂ】図１ａの電極の先端を通るＡ−Ａ横断面図である。
【図１ｃ】図１ａの電極の本体を通るＢ−Ｂ横断面図である。
【図１ｄ】伸びた状態にある図１ａの態様である。
【図２ａ】図１ａの態様の状態に対応する状態にある、本発明の電極の第２態様の縦断面図である。
【図２ｂ】図２ａの電極の先端の拡大部分図である。
【図３ａ】図１ａの態様の状態に対応する状態にある、本発明の電極の第３態様の縦断面図である。
【図３ｂ】図３ａの電極の先端の拡大部分図である。
【図４ａ】溶解性マトリックスに埋め込まれて示された、本発明の電極の第４の態様の縦断面図である。
【図４ｂ】軟質組織に挿入されそしてマトリックスが溶解した後の状態の、本発明の電極の第４の態様の縦断面図である。
【図４ｃ】軟質組織中で伸びた状態の、本発明の電極の第４の態様の縦断面図である。
【図５ａ】溶解性マトリックスに埋め込まれた本発明の電極束の第１の態様の縦断面図である。
【図５ｂ】図５ａの態様のＣ−Ｃ横断面図である。
【図６】図５ａの電極束の図に対応する、溶解性マトリックスの組み合わせに埋め込まれた、本発明の電極束の第２の態様の縦断面図である。
【図７ａ】図５ａ，５ｂの４つのマトリックス埋め込み電極束を含む本発明の電極束アレーの第１の態様の縦断面図である。
【図７ｂ】図７ａの電極束アレーのＤ−Ｄ横断面図である。
【図８】複数の溶解性マトリックスの組合せに埋め込まれそして膨潤手段を含む本発明の電極束アレーの第２の態様のＦ−Ｆ縦断面図である。
【図８ａ】図８の電極束アレーのＥ−Ｅ横断面図である。
【図８ｂ−８ｆ】軟質組織に挿入された図８、８ａのアレーの溶解性マトリックスの連続的溶解過程を例示する、図８と同じ図である。
【図９】本発明の電極束アレーの第３の態様の、図８に対応する縦断面図である。
【図１０】本発明の電極の第４の態様の、図１ａに対応する図である。
【図１１】本発明の電極の第５の態様の、図１ａに対応する図である。
【図１２】本発明の電極の第６の態様の、Ｇ−Ｇ（図１２ａ）縦断面図である。
【図１２ａ】図１２の電極の、近位方向に向かった拡大平面図である。
【図１３】溶解性マトリックスに埋め込まれそして近位末端で電極ホルダーディスクに結合された本発明の電極束の更なる態様の、図５ａに示す電極束の縦断面図に対応する縦断面図である。
【図１４】図１３に示す種類の４つのマトリックス埋め込み電極束を含み、アレーホルダーディスクに設けられた本発明の電極束アレーの第４態様の縦断面図であって、図７に示す電極束アレーの図に対応するが遠位末端の一部を省略した縦断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００４１】
図１ａ−１ｃの本発明の電極の第１態様１は、第１の近位末端に基部４をそして第２の遠位末端にポイント若しくは先端５を有する、一般に長方形の波形本体２を含み、該先端は尖っていても尖っていなくともよい。尖っていない先端５は、血管に富んだ組織に配置する場合、血管の損傷を避ける利点がある。電極１の基部４は、電極本体２をその近位末端で電気的装置１０に電気的に接続するための薄い絶縁されたワイアと接続するための真珠色のハンダ(pearl of solder)である。該電気的装置はいろいろな種類のものであってよく、例えば該電極に電流を供給するため及び／又は該電極から電気シグナルを受け取るための装置であってもよい。電極本体３は可撓性であるが、実質的に弾性でない。図１ｃの拡大横断図に示されたように、それはコア７、中間層８、及び皮膜９から成る。コア７は絹糸であり、その上にクロムの薄い中間層８がイオンスパッタリングにより配置されている。中間層８はポリビニルホルマールの皮膜９により覆われている。電極本体２とは対照的に、先端部３は絶縁されていない、即ち、皮膜９がない（図１ｂ）。電極１の反対側末端に僅かな力を加えて離すように引き抜くと、図１ｄに示す、伸長した、実質的に真っすぐな電極本体形状となる。
【００４２】
図２ａ，２ｂに示す本発明の電極の第２態様１０１は、本体１０２の波形パターンが第１態様と異なる。参照番号１０３、１０４は先端部を示し、それぞれ尖ったポイント１０５及び電極基部で終わる。
【００４３】
図３ａ，３ｂに示す本発明の電極の第３態様２０１は、尖っていない先端２０５から波形電極本体２０２及び電極基部２０４の方向に延びる先端部２０３が粗面部分２１０である点で、第１態様と異なる。粗面化はインプラント部位での保持性を改良しそして電極と周囲の細胞との接触面積を増大させ、これにより電極と細胞の間の電気抵抗を下げる。
【００４４】
図４ａに、本発明の電極の第４態様３０１が示され、その先端部３０３及びその本体３０２は水溶性材料のマトリックスシェル３１２に、尖った電極先端３０５が尖っていないマトリックスシェル先端３１３と同じ方向を指すように埋め込まれている。先端３０５からある距離に、バーブ３１４が先端部３０３からネジ（ｓｃｒｅｗ）近位方向に延びる。そのリード線３０６を有する基部３０４を除いて、電極３０１はマトリックスシェル３１２に完全に埋め込まれている。埋め込まれた電極本体３０２はジグザグ形状を有する。電極３０１とマトリックスシェル３１２の組合せ３２１は”安定化された電極”と名付けられる。この安定化形体３２１にあると、電極３０１を軟質組織に挿入することができ、一方そのジグザグ形状を保持できる。挿入から短時間内に、マトリックスシェル３１２は体液により溶解する（図４ｂ）。しかし電極３０１は、それがマトリックスシェル３１２に埋め込まれておりそして組織に挿入されていたジグザグ形状をまだ保持する。バーブ３１４により、電極３０１は組織内に、特に電極３０１を組織から引き抜こうとする力に対抗して、固定される。基部３０４に引き抜こうとする力を加えることにより、電極本体３０２は真っすぐにされ、即ち延ばされて、図４ｃに示す真っすぐな構造３０２’をとる。
【００４５】
本発明の４つの電極のマトリックス埋め込み電極束４１１の第１態様が図５ａ，５ｂに示される。図２ａ，２ｂの電極１０１の種類の電極は、平行にそして電極束４１１の回転軸Ｓから等距離に、溶解性マトリックス本体４１２内に配置されている。第１電極の電極本体４０２ａに対して、他の電極の本体４０２ｂ，４０２ｃ，４０２ｄはそれぞれ９０度、１８０度及び２４０度の角度に配置されている。図５ａには、第１及び第３の電極のそれぞれ先端部４０３ａ，４０３ｃ及び基部４０４ａ，４０４ｃも示される。一般に円筒状に先細のマトリックス本体４１２は遠位方向に、初めは僅かに、しかしその遠位を指す末端４１３に向かってさらに進んで、先細になる。
【００４６】
図６に示す本発明の４つの電極のマトリックス埋め込み電極束５１１の第２態様は、図２ａ，２ｂに開示した種類の４つの電極を、回転軸Ｓ’に対して図５ａ，５ｂのマトリックス埋め込み電極束４１１と同じ配置で含む。図５ａ，５ｂの態様とは対照的に、マトリックス本体は２つのセクション、即ち、電極本体５０２ａ，５０２ｃ等を封入する近位セクション５１２’と、それらの先端部５０３ａ，５０３ｃを封入する遠位セクション５１２”、を含む。近位マトリックス本体セクション５１２’の溶解速度は遠位マトリックス本体セクション５１２”の溶解速度よりも遅い。これは、マトリックス埋め込み電極束５１１全体を軟質組織の所望の第１深さ若しくはレベルに挿入するのを可能にし、そして遠位セクション５１２”材料が溶解すると、第２の深さ若しくはレベルに更に挿入するのを可能にし、その間、第１電極５０２ａ，５０３ｃ，５０４ａの支持されない先端部５０３ａ等及び他の電極の支持されない先端部は最早固定されず、例えば中心軸Ｓ’から離れるように屈曲し得る。
【００４７】
本発明の電極束の遠位方向を指す６３１アレー６２０は、本発明のアレー軸Ｒから等距離にそして回転対称的に（４重回転対称）配置された４つのマトリックス埋め込み電極束を含む（図７ａ，７ｂ）。アレー６２０は図５ａ、５ｂに示された種類の４つの電極束を含み、その中で第１束の４つの電極の本体６０２ａ−６０２ｄは参照番号により参照される。該電極束はそれぞれ固体の溶解性マトリックス６１２ａ−６１２ｄ内に埋め込まれている。４つのマトリックス埋め込み電極束は、それらの先端６１３ａ−６１３ｄを同じ遠位方向を指して平行に配置されている。該マトリックス埋め込み電極束は、水性環境で溶解性ののり６３０により結合されている。のり６３０は好ましくは、埋め込み用マトリックス６１２ａ−６１２ｄの材料と組成及び溶解若しくは膨潤速度が異なる。埋め込み用マトリックスの材料は、１種で且つ同じであってもよいが、それらの１つ又はそれ以上が異なる溶解若しくは膨潤速度を有する材料を使用することも考えられる。アレー６２０は、近位平坦末端面がのり６３０の中心に配置された雌カップリング部材６４０を備える。該カップリング部材６４０は、アレー６２０を組織に挿入するための操作ロッド６４１を着脱自在に受け入れるように設計されている。
【００４８】
図７ａ，７ｂのアレーと同じ対称形の本発明の別の、遠位を指した７３１電極束アレー７２０が図８、８ａに示される。アレー７２０の電極束を結合する水溶性のり７３０に加えて、該アレー７２０は更にアレー軸Ｔに対して中心に配置され、そしてそこから半径方向にマトリックス本体７１２ａ−ｄの最内側壁セクションの方に延びる膨潤性プラグ７５０を含む。該本体７１２ａ−ｄのそれぞれは、４つのマトリックス埋め込み電極束を含み。各電極は延長可能な電極本体７０２ａ−ｄ等を有し、一方、軸方向にプラグ７５０の近位面及び遠位面はのり７３０と接し、該のり７３０により４つのマトリックス埋め込み電極束は所定の位置に維持される。挿入ロッド７４１はのり７３０の中心近位部分に埋め込まれている。図８ｂ−８ｆは、アレー７２０を軟質組織７６０に挿入した後の運命を示す。図８ｂはアレー７２０を軟質組織７６０に挿入した直後の状態を示す。アレー７２０はまだ変わっていない。図８ｂは、挿入から２分後の状態を示し、この期間にのり７３０は組織７６０の水性環境内で溶解した。参照番号７６０は、軟質組織と、のり７３０の溶解により形成された流体との両方を表す。マトリックス本体７１２ａ−ｄは、膨潤プラグ７５０への可能な接着以外は今や分離されている。次に、今は組織流体と接触している膨潤プラグ７５０は膨潤し始める。プラグ７５０がかなり膨潤した後の状態は、図８ｄに示される。膨潤プラグ７５０の材料は、水性体液と接触すると初めに膨潤しそして後に溶解する材料である。それは、例えばゼラチンから作られる。プラグの膨潤はマトリックス埋め込み電極束を半径方向に離れるように動かし、その結果は図８ｅに示される。最後に、マトリックス本体７１２ａ−７１２ｄは体液にゆっくり溶解し、その結果、第１電極束の電極７０２ａ，７０２ｃ，第３電極束７０２”、７０２”、及び他の電極束の電極は、図８ｆに示されるように、組織内に置かれるようになる。
【００４９】
図１３に示される本発明の電極束の第３態様は、基部８０４ａ，８０４ｃに取り付けられた延長可能な電極本体８０２ａ，８０２ｃを有する４つの電極を含む。該束は、遠位先端８１３に向かって狭くなる溶解性マトリックス本体８１２に埋め込まれている。電極基部８０４ａ，８０４ｂは電極ホルダーディスク８０７内に形作られ、該ディスクから、伝導体８０６ａ，８０６ｃを備えた該基部の後部分が延びる。電極ホルダーディスク８０７は非伝導性ポリマー材料から作られる。この態様は、電極の近位部分を所望の間隔に保ち、一方遠位部分をより自由に動くことができるようにする。
【００５０】
本発明の電極束アレー９２０の第３態様を図９に示す。該態様は図７ａ，７ｂの電極束アレー６２０と、先端部９０３ａ，９０３ｃを有するいろいろな長さの本発明の電極と同じ長さの電極本体９０２ａ，９０２ｃとが、マトリックス９１２ａに埋め込まれた第１電極束から成ること、そしてマトリックス９１２ｃに埋め込まれた第３電極束が電極本体９０２ｃ”及び電極と平行に配置された光学ファイバー９７０を有する本発明の電極を含むことにおいて、相違する。アレー９２０は４つのマトリックス埋め込み電極束を含み、その束の２つだけが図９に示される。示されるアレーの電極は薄い可撓性伝導体９０６ａ，９０６ｃ，９０６ｃ”を介して制御装置９６０に連結され、該装置により電極は電力供給されるか又は該装置に電極は電気的神経シグナルを伝達し得る。光学ファイバー９７０は中央装置に連結されているように示され、該装置は、該ファイバーを通って、ファイバー９７０がインプラントされた組織に、又はファイバー９７０を介して放射線を受けた組織が発生する放射線を検出するための手段を含んでもよい組織に、放射線を送るための光源を含み得る。
【００５１】
図１０−１２は変更した先端部を有する本発明の電極の更なる好ましい態様を示す。
【００５２】
図１０の電極１００１は、延長可能な長方形電極本体１００２及び先端部１００３を含み、該先端部から、短いタッグ１０１１−１０１１’’’が半径方向／遠位方向にそして先端部１００３に沿って間隔を置いて延びる。
【００５３】
図１１の電極１１０１は、延長可能な長方形電極本体１１０２及び先端部１１０３を含み、該先端部から、二重に曲がったタッグ１１１１−１１１１’’’’がほぼ半径方向にそして先端部１１０３に沿って間隔を置いて延びる。
【００５４】
図１２、１２ａの電極１２０１は、延長可能な長方形電極本体１２０２及び先端部１２０３を含み、その放射状面(radial plane)から２４の後方に曲がったタッグがあり、その中で第１及び第１２のタッグ１２１１ー０１、１２１１−１３が傘状の形状で延びる。
【００５５】
図１４の発明の電極束アレー１３２０は図１３に示した種類の４つの電極束を含む。図１４の断面図で、それらの２つだけが見える。マトリックス本体１３１２ａ，１３１２ｃ及び電極ホルダーディスク１３０７、１３０７’を除いて、４つの電極を含む第１束の要素だけが、参照番号を与えられている。第１束の電極の２つだけが図に見え、第１電極は電極本体１３０２ａを含み、そして第３電極は電極本体１３０２ｃを含む。それらは遠位先端に向かって狭くなる溶解性の実質的に円錐形マトリックス本体１３１２ａに埋め込まれているが、示されていない。それらの基部１３０４ａ，１３０４ｃは非伝導性ポリマー材料の電極ホルダーディスク１３０７内に成型されている。電極束ホルダー１３０７、１３０７”はそれらの近位面をディスク１３３５の遠位面と接してアレーホルダーディスク１３３５に接着して取り付けられ（図示なし）。電極のリード線１３０６ａ，１３０６ｃを、アレーホルダーディスク１３３５を通過させるために、該ディスクは、電極基部１３０４ａ，１３９４ｃに面する貫通穴１３３７ａ，１３３７ｃを備える。電極束はアレー長軸に対して対称的にそしてアレー長軸から同じ距離で配置される（図示なし）。それらの間隔はアレーホルダーディスク１３３５の遠位面から延びる中心円筒状部分１３３６をそれらの間に配置させることを可能にする。円筒形部分１３３６の近位面にある中心穴は、アレー１３２０を軟質組織に挿入することができる操作ロッド１３４１を着脱自在に保持するように配置される。電極束の間は、水性環境で溶解性の生体適合性のり１３３０で満たされる。
【００５６】
材料及び寸法
電極の寸法
本発明の電極は１０−４から１０−７ｍ、特に０．５から２５μｍ、の適当な直径を有する。もっと大きいワイア直径、例えば１．５ｘ１０−３ｍまでが、大きい刺激／記録パラダイムは使用された場合、例えば軟質組織に損傷を生じるために、使用し得る。それらの直径は、軟質組織への挿入を容易にするために、それらの長さにわたって変えることができ、特に電極はそれらの遠位末端のほうへ先細であることができる。それらの遠位末端は尖っていることも尖ってないこともできるが、電極が電気的活性の記録用に使用される場合は尖った先端が好ましい。それらの遠位部は１０−７ｍより小さい直径を有してもよい。
【００５７】
電極の表面は滑らかでも滑らかでなくても、又は部分的に滑らかで部分的に滑らかでなくても、即ち粗面でもよい。電極先端近くの平らでない又はでこぼこした表面は、固定性を改良しそして電極先端のインピーダンスを減少させるためには好ましい。本発明の電極は、それらの近位末端及び遠位末端から延びる部分以外は絶縁されているのが好ましい。しかしながら、電極本体は、組織内の多数の部位で刺激及び／又は記録を可能にする手段をも備えてもよい。かかる手段は、例えば突出する超薄フィラメントから成るか、又は長さ１０μｍ又はそれ以上を占める粗い又は平らでない表面を有する部分から成り得る。かかる領域は、組織との電気的接触が意図されている場合は、電気的に絶縁されていない。それらは固定手段としても役立ち、そして更に、電気的刺激／記録のためにも役立つ。より大きい組織容積の電気的刺激が意図される場合、電極先端から延びる大きい部分、例えば１００μｍまで又は１ｍｍまでの長さの部分、を絶縁しないのが好ましい。電極ワイアの絶縁に適するのは、例えばガラス、ポリビニルフォルマール、シリコンゴム、水不溶性ラッカーである。
【００５８】
分岐した遠位末端部を有する本発明の電極は、マルチ−ストランド絹糸から作ることができ、そこから直径約１μｍから約５μｍの個々のストランドが、該糸の一端で傘のように広がるように配置される。この広がった構造において、電極は電導性材料、特に金属、で慣用の蒸着又はスパッターリング法で覆われる。該電極は次に、該広がったストランドの短い末端セクションを除いて絶縁材料で覆われる。電極コアから所望のポイント又はセクションで延びる枝を含む本発明の電極の製造方法は、薄い金属ワイア又はポリマー糸の短い片を対になった電極コアと絡ませることを含む。金属ワイア又はポリマー糸の片を、いくつかの絹フィラメントから紡いだ絹コアに対してほぼ垂直又は斜め方向に配置して、該金属ワイア又はポリマー糸の片を該絹コアの対になったフィラメントの間に、金ピカのフリンジ（ラメッタ（Lametta)）のように保持させる。この方法での金属ワイアの使用は、マルチ−ポイント電極を製造する手段をも与える。
【００５９】
電極の形状
本発明の重要な特徴は、電極の遠位先端から近位基部までの距離が、電極を破裂させることなく、繰り返し且つ可逆的に増加及び減少されて、ワイアを周囲の軟質組織の不均一な運動、例えば、動脈若しくは静脈血管、心臓又は肺の付近、又は軟質組織と堅い組織との間に起こり得る運動、に円滑に従わせることができることである。これは、電極に多数の屈曲部を設けることにより達成され、該屈曲部は所定のパターンに従っても従わなくてもよい。従って、該電極は波状、巻状、ねじれ状、螺旋状又はその他の直線状でない形状を有することができ、これは、力がワイアに沿って加えられた場合、近位基部から遠位先端までの距離を、少なくとも１％、好ましくは少なくとも５％だけ容易に増加／減少させるのを可能にする。例えば、１ｍｍの長さの電極の先端から基部までの距離を、少なくとも１０μｍ、そして５０μｍ又はそれ以上も増加／減少させることができる。
【００６０】
滑らかな屈曲パターン、例えば波状又は螺旋状パターン、を使用するのが好ましい。急激な屈曲部に特徴付けられるパターンは好ましくない。何故なら、電極の先端と基部の間の距離を増加／減少させることにより引き起こされる力は電極本体上の特定の部位又は電極本体に沿った短いセクションに実質的に影響を及ぼすべきでなく、むしろ大きいセクションに影響を及ぼすべきであるからである。これは、周囲の生きた組織の運動による長さの連続的変化に晒される電極の耐久性を、増加させるであろう。
【００６１】
電極材料
電極密度対組織密度の比に近付き、これにより電極と組織の間の慣性の差異を減少させるために、本発明の電極は好ましくはコア、軽く強い非伝導性材料、例えば天然タンパク質ファイバー、例えば絹、又は電導性材料で覆われたポリマーファイバーを含む。或いは、金属、特に貴金属若しくは貴金属合金、のような電導性材料を充填した管状の支持材料、又は炭素を使用し得る。有用な非伝導性コア又は管状支持材料はガラス及びセラミックである。電導性材料を支持材料上に慣用のスパッターリング又は蒸着技術により沈着させることができる。好ましくはないが、本発明の電極は場合によっては、特に金、白金、チタン、ステンレス鋼、イリジウムのような貴金属を３０重量％より多く含む合金、白金とイリジウムとの組合せ、及びタングステンの電導性金属コア、又は電導性ポリマーの電導性コアを含むことができる。
【００６２】
マトリックス材料
本発明の電極は、溶解速度が相違する１種又はそれ以上の生体適合性マトリックス材料に埋め込まれる。ワイアが挿入中は直線に従うか、又は挿入後形状を保持するように意図された用途においては、１種の埋め込み材料を使用するのが好ましい。電極の遠位部が標的組織内で拡がるように意図された用途においては、少なくとも２種の埋め込み材料、即ち、１つはより耐久性が短く、以下にマトリックス材料Ｘと呼ばれる材料、別のより耐久性が長い、以下にマトリックス材料Ｙと呼ばれる材料、を使用するのが好ましい。適したマトリックス材料には、炭水化物及び／又はタンパク質性材料が含まれるが、例えばアラビアゴム及びポリグリコール酸も含まれる。電極の遠位末端部を埋め込むのに使用されるマトリックス材料Ｘは、血漿又は間質液のような体液中、３７℃の温度で、そこに埋め込まれた電極が短時間、特に５秒から３分以内に、隣接する電極が変位に関して拘束されないようにするような溶解速度を有する。マトリックス材料Ｙは、そこに埋め込まれた電極が３０秒から１０分又はそれ以上であるが、電極の遠位末端部が（横方向の）変位に関して拘束されなくなる時よりも後の時点で、隣接する電極が変位に関して拘束されないような溶解速度を有する材料である。マトリックス材料Ｘについてより長い溶解時間、例えば２０分まで、及びそれに対応してマトリックス材料Ｙについてより長い溶解時間がゆっくりした挿入手順において、例えば電極アレーを組織に深く挿入する場合に、使用し得る。
【００６３】
マトリックス材料Ｘに適した材料には、水中で１０〜３０分又はそれ以上煮沸したスクロースのような二糖類が含まれ、これにより１〜３分の溶解時間が達成される。マトリックス材料Ｘとして適した他の材料には、４０〜５０℃の水に溶解しそして次に乾燥したゼラチン又はゼラチン系材料が含まれる。
【００６４】
マトリックス材料Ｘとして使用するために適した材料は、スクロース、ラクトース、マンノース、マルトースから選ばれた糖若しくは糖の混合物、及びクエン酸、リンゴ酸、リン酸、酒石酸から選ばれた有機酸を含む水溶液を、繰り返し煮沸しそして冷却することにより得ることができる。糖類と有機酸類の組み合わせは溶解時間の範囲を与える。
【００６５】
ゼラチンもまた、マトリックス材料として使用し得る。いろいろな種類のゼラチン又はゼラチン系材料がいろいろな溶解速度を有することは、よく知られている。従って、マトリックス材料Ｘ及マトリックス材料Ｙに２種のゼラチンの適正な組み合わせを選ぶことにより、二セクションの可溶性マトリックスに埋め込まれた電極束若しくはアレーの遠位マトリックス部分の溶解時間を対応する近位マトリックス部分の溶解時間よりも速くすることができる。遠位マトリックス部分に糖系マトリックス材料を使用し、そして近位マトリックス部分にゼラチン系マトリックス材料を使用するか、又はその逆も可能であり、また遠位マトリックス部分にゼラチンを使用しそして近位マトリックス部分にアラビアゴムを使用することも可能である。種々の種類の天然ゴムのようなマトリックス材料の別の有用な組み合わせの選択は、当業者が容易に到達する範囲である。
【００６６】
場合によっては、実質的により長い溶解時間を有するマトリックス材料、例えば変性コラーゲン、セルロース誘導体、変性澱粉、又はポリグリコールのような他の生体適合性材料、もまたゆっくりした挿入手順を含む適用に使用できる。例えば、電極アレーのトラックラインが、例えばＸ線画像形成により、挿入中に繰り返し評価される場合、及び／又はトラックラインが電極アレーに含まれる収縮性フィラメントを通して電流を通すことにより変更される場合、挿入手順の完了時間はより長い時間を取り得る。
【００６７】
本発明の電極、電極束又は電極アレーを、皮膚若しくは粘膜の直ぐ下、又は脳若しくは脊髄若しくはその他の組織の表面近く、例えば組織の深さ２ｍｍ未満、に位置する組織に挿入する場合、電極が組織内で拡がる場合も含めて単一のマトリックス材料、特にマトリックス材料Ｘ、を使用すれば十分である。何故なら、電極アレーの拡がった遠位部のみが組織中に配置され得るからである。
【００６８】
場合によっては、本発明のマトリックス埋め込み電極、電極束若しくは電極アレーを、完全に又は部分的に、生体適合性滑剤で覆って、組織への挿入中に摩擦を減少させることができる。滑剤は体液がマトリックス材料に接近するのを遅延してその溶解／分解を減速するようなものであることもできる。有用な滑剤には、グリセロールモノパルミテート、グリセロールジパルミテート、グリセロールモノステアレート、グリセロールジステアレート、パルミチルアルコール、ステアリルアルコールが含まれる。滑剤の薄い皮膜を、例えばマトリックス本体に該滑剤のエタノール若しくは酢酸エチル溶液をスプレーすることにより、マトリックス本体に適用することができる。
【００６９】
例示的用途
本発明の電極、並びに本発明の電極束、及び本発明の電極及び／又は本発明の電極束のアレーの好ましい使用を以下に記載する。
【００７０】
臨床的使用
脳／脊髄損傷後の患者を、例えば卒中又は変性疾患の場合には残ったニューロンからのシグナルを記録し、そして／又はニューロンを刺激して失った機能を補うことにより助ける。動物においても同様な使用が可能である。特に：中脳水道周囲灰白質物質中の核のような鎮痛脳幹中心の刺激による痛み緩和；基底核又は関連した核内の刺激による、パ−キンソン病での震え、舞踏病及びその他の自発的でない運動の緩和又は軽減；アルツハイマー病又はその他の退化性疾患の場合、コリン作用性及び／又はモノアミン作動性核の刺激による記憶の向上；辺縁系中心又はその他の脳領域の刺激による、気分、攻撃、心配、恐怖症、情緒、性的過活動、インポーテンツ、摂食障害の制御；卒中又は脳／脊髄の損傷後の患者の、大脳皮質の残った経路又は下降した運動神経路の刺激によるリハビリテーション；脊髄損傷後の膀胱及び腸を空にするような脊髄機能の制御の、脊髄の関連する部分を刺激することによる再創設；阻止棘上降中心又は適当な小脳領域の刺激による痙縮の制御；脊髄及び脳中の関連する核の刺激による警戒感覚、聴覚、視覚、嗅覚の再創設。
【００７１】
記録が刺激と組み合わされる例には下記が含まれる：抗てんかん薬又は電気パルスを送るシステムと結合した、てんかん病巣にインプラントした電極によるてんかん発作中の監視；中枢運動指令を記録しそして病斑から離れた運動系の執行部分を刺激することによる、運動系の失われた接続の補償；ホルモン放出の制御のために、血糖値の記録。インプラントされた本発明の電極は、電極に十分な強度の電流を流すことにより、組織を局部的に損傷するためにも使用し得る。腫瘍又は異常に活性若しくはてんかん誘発性神経組織を損傷しなければならない場合、これは有用となり得る。
【００７２】
研究での使用
脳及び脊髄の正常又は病的機能を研究するために、ニューロン活性を記録することができ、同時に影響を受けないＣＮＳと相互に作用することができることが必要である。このために、本発明の電極、電極束及び電極束のアレーは、ＣＮＳに長時間インプラントされなければならないであろう。それらの設計及び寸法により、それらはＣＮＳ中に非常に長時間、そして組織容積が徐々に増加する展開中にも、安全に置くことができる。ワイア接続又は遠隔測定設備のいずれかを介して、種々の測定設備、例えば増幅器、刺激器具及びコンピュータ、と連絡することができる。それらはまた、刺激又は記録と刺激の組合せに使用できる。例えば、それらは、潜在的鎮痛のテスト中、動物の脳幹又はその他の部位における痛み関連経路内又は痛み制御系内の活動を監視するために使用できる。
【００７３】
コンピュータ及び神経機能代替器具との相互作用のための接点としての使用
末梢神経系への損傷を有する患者において、ＣＮＳからの指令シグナルを記録するために有用であり得る。これらのシグナルを次にコンピュータプログラムにより解読し、そして神経機能代替物、例えば人工手又は足、中の活性をガ案内し、筋肉及び器官、例えば膀胱及び腸、の刺激を案内するために使用することができる。
【００７４】
内分泌腺及び外分泌線器官の機能の制御における使用
ホルモン分泌又は調節が不足した患者において、本発明の電極、電極束及び電極束のアレーは、内分泌腺器官又は外分泌腺器官からのホルモン分泌を制御するために使用し得る。
【００７５】
符号の説明
１、１０１、２０１、３０１：電極
２、１０２、２０２、３０２：電極本体
３：電極本体
４、２０４，３０４：基部
５、２０５、３０５：先端
７：コア
８：中間層
９：皮膜
３１２：マトリックスシェル
３１４：バーブ
４１１、５１１：電極束
４１２：マトリックス本体
６２０、７２０、９２０：アレー
６３０、７３０：のり
７５０：膨潤性プラグ
７６０：軟質組織
【図１ａ−１ｄ】
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【図２ａ−２ｂ】
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【図３ａ−３ｂ】
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【図４ａ−４ｃ】
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【図５ａ−５ｂ】
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【図６】
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【図７ａ−７ｂ】
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【図８−８ａ】
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【図８ｂ−８ｃ】
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【図８ｄ−８ｅ】
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【図８ｆ】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２−１２ａ】
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【図１３】
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【図１４】
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