(57)【要約】【課題】  人間の可聴周波数帯域の音を全帯域に亘ってカバーできる完全体内埋込型の感音性難聴用補助機器を提供する【解決手段】患者の蝸牛内３０１に埋め込む人工感覚上皮１であって、圧電膜２と、圧電膜上に設置された多数の微小電極３、３、・・・とを備え、圧電膜は、蝸牛内の基底膜３０６に沿って設けられ、蝸牛の外部から到来する音波によって、圧電膜のうち、基底膜の振動部位に対応する部位が振動し、多数の微小電極のうち、圧電膜の振動部位に設置された微小電極がラセン神経節細胞３１１に電気刺激を与える。【選択図】  図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
患者の蝸牛内に埋め込む人工感覚上皮であって、
圧電膜と、
前記圧電膜上に設置された多数の微小電極と
を備え、
前記圧電膜は、前記蝸牛内の基底膜に沿って設けられ、
前記蝸牛の外部から到来する音波によって、前記圧電膜のうち、前記基底膜の振動部位に対応する部位が振動し、
前記多数の微小電極のうち、前記圧電膜の前記部位に設置された微小電極がラセン神経節細胞に電気刺激を与える、人工感覚上皮。
【請求項２】
前記圧電膜を支持するとともに蝸牛内に固定可能な支持体を備える、請求項１に記載の人工感覚上皮。
【請求項３】
前記微小電極がラセン神経節細胞に向けて突出する突起を有する、請求項１又請求項２のいずれかに記載の人工感覚上皮。
【請求項４】
前記突起が線状体である、請求項３に記載の人工感覚上皮。
【請求項５】
前記突起が前記微小電極に一体成形されている、請求項３又は請求項４に記載の人工感覚上皮。
【請求項６】
前記圧電膜が前記基底膜に連結されている、請求項１から請求項５のいずれかに記載の人工感覚上皮。
【請求項７】
前記圧電膜は、細長い帯状であり、
前記圧電膜の一端には、前記患者の可聴周波数帯域のうちの高い周波数帯域の音波によって共振する高音共振部が設けられており、
前記高音共振部のうち、前記圧電膜側の前記高音共振部の幅は、前記圧電膜側とは反対側の前記高音共振部の幅よりも大きい、請求項１から請求項６のいずれかに記載の人工感覚上皮。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、蝸牛内に埋め込む人工感覚上皮に関する。
【背景技術】
【０００２】
聴覚障害である難聴は、外耳・中耳の伝音系の障害により生じる伝音性難聴と、主として内耳障害により生じる感音性難聴とに分けられる。伝音性難聴は、手術による改善が見込まれるのに対し、感音性難聴を補うには、補聴器や人工内耳といった聴覚補助機器を使用する必要がある。
【０００３】
高度の感音性難聴は、補聴器を使用しても、障害を十分に補うことができない。そこで、高度の感音性難聴患者の治療のために、下記非特許文献１に開示されるような人工内耳が提案されている。
【０００４】
この人工内耳は、蝸牛内に埋め込まれた多チャネル電極を用いて聴神経に直接電気刺激を加えることで脳に音を認識させる。この人工内耳を使用することで、内耳に障害を持つ患者の聴覚を回復させることが可能である。
【先行技術文献】
【非特許文献】
【０００５】
【非特許文献１】Proceedings of the National Academy of Sciences of the United States of America/November 8, 2011/vol.88/no.45/18390-18395
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかしながら、この人工内耳は、人間の可聴周波数帯域の音を全帯域に亘ってカバーできないという問題がある。すなわち、この人工内耳は、外部から圧電膜に到来する音波によって圧電膜が振動し、圧電膜上に設置した多数の微小電極によってラセン神経節細胞に電気刺激を伝えるように構成されている。
【０００７】
圧電膜は細長い台形状に形成されており、長手方向に沿って共振周波数が変化する。外部からの音波が圧電膜に到来すると、圧電膜のうち、音波の周波数に対応した部位が共振し、その部位に設置された微小電極がラセン神経節細胞を刺激する。つまり、圧電膜で周波数弁別を行っている。
【０００８】
蝸牛は渦巻状の管であり、この人工内耳は、圧電膜の長手方向が蝸牛の管の軸方向となるように蝸牛内に挿入される。圧電膜は共振周波数が低い部位ほど幅が大きくなるが、その幅は蝸牛の管の径以上に大きくすることができない。この人工内耳の場合、蝸牛内に挿入可能な圧電膜の幅では、人間の可聴周波数帯域のうちの低い周波数帯域の音を完全にカバーすることができない。
【０００９】
なお、サウンドプロセッサーで周波数弁別を行うタイプの人工内耳も提案されている。この人工内耳では、人間の可聴周波数帯域の音を全帯域に亘ってカバーすることができるものの、サウンドプロセッサーは体内に埋め込むことができず、体外に装着しなければならない。したがって、使用者の行動が多くの場面で制限され、使用者にとって大きな負担になるという問題がある。
【００１０】
本発明は上記問題点を鑑みてなされたものであり、人間の可聴周波数帯域の音を全帯域に亘ってカバーできる完全体内埋込型の感音性難聴用補助機器を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
上記目的を達成するために、本発明は、患者の蝸牛内に埋め込む人工感覚上皮であって、圧電膜と、前記圧電膜上に設置された多数の微小電極とを備え、前記圧電膜は、前記蝸牛内の基底膜に沿って設けられ、前記蝸牛の外部から到来する音波によって、前記圧電膜のうち、前記基底膜の振動部位に対応する部位が振動し、前記多数の微小電極のうち、前記圧電膜の前記部位に設置された微小電極がラセン神経節細胞に電気刺激を与えるものである。
【００１２】
本発明の人工感覚上皮は、蝸牛の外部から到来する音波によって、圧電膜のうち、基底膜の振動部位に対応する部位が振動するように構成されており、周波数弁別を基底膜で行うので、人間の可聴周波数帯域の音を全帯域に亘ってカバーすることができる。また、本発明の人工感覚上皮は、周波数弁別のための体外機器を必要としないので、完全体内埋込型にすることができる。
【００１３】
なお、圧電膜を支持するとともに蝸牛内に固定可能な支持体を備えるようにすると、蝸牛への装着が容易になるとともに取扱いが容易になるので好ましい。
【００１４】
また、微小電極がラセン神経節細胞に向けて突出する突起を有していると、電気刺激がラセン神経節細胞に伝わり易くなるので好ましい。
【００１５】
この場合、突起が線状であると、特に電気刺激がラセン神経節細胞に伝わり易くなる。
【００１６】
なお、突起が微小電極に一体成形されていると、部品点数が低減して製造コストが安価になるので好ましい。
【００１７】
また、圧電膜が基底膜に連結されていると、基底膜の振動が圧電膜に精度良く伝わるようになるので好ましい
また、圧電膜が、細長い帯状であり、圧電膜の一端には、人間の可聴周波数帯域のうちの高い周波数帯域の音波によって共振する高音共振部が設けられており、高音共振部のうち、圧電膜側の高音共振部の幅が、圧電膜側とは反対側の高音共振部の幅よりも大きいものとすると、人間の可聴周波数帯域のうちの高い周波数帯域の音波がラセン神経節細胞に精度良く伝わるようになるので聴覚性能が向上する。
【発明の効果】
【００１８】
本発明によれば、人間の可聴周波数帯域の音を全帯域に亘ってカバーできる完全体内埋込型の人工感覚上皮を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１９】
【図１】耳の構造を概略的に示す断面図である。
【図２】蝸牛の構造を示す断面図である。
【図３】本発明の第１実施形態の平面図である。
【図４】図３のＡ−Ａ’断面図である。
【図５】第１実施形態の作用の説明図である。
【図６】本発明の第２実施形態の平面図である。
【図７】本発明の第３実施形態の要部断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００２０】
以下、図面を参照して本発明による人工感覚上皮の実施形態を説明する。本実施形態の説明に先立って、耳の基本構造について、図１及び図２を参照しながら説明する。図１は耳の構造を概略的に示す断面図、図２は蝸牛の構造を示す断面図である。
【００２１】
図１において、聴覚を司る感覚器である耳は、外耳１００、中耳２００及び内耳３００に大きく分けられる。耳の外で発生した音波は外耳道１０１に導かれ、外耳道１０１の奥端にある鼓膜１０２を振動させる。３個の骨からなる耳小骨２０１が鼓膜１０２の振動を蝸牛３０１の内部へ伝える。
【００２２】
蝸牛３０１は約２回転半巻の管状になっている。図２に示すように、蝸牛３０１の内部は、前庭階３０２、中央階３０３及び鼓室階３０４の３つの領域に分けられ、各領域はリンパ液で満たされている。前庭階３０２と中央階３０３とはライスネル膜３０５により仕切られ、中央階３０３と鼓室階３０４とは基底膜３０６により仕切られている。
【００２３】
基底膜３０６は、外耳１００と中耳２００とを介して伝播する音波によって振動する。基底膜３０６には、各部位において振動しやすい特徴周波数があり、基底膜３０６に伝播する音波の周波数に対応する部位で大きな振動が生じる。
【００２４】
中央階３０３の内部にはコルチ器３０７と称する器官が存在する。コルチ器３０７には、内有毛細胞３０８及び外有毛細胞３０９の２種類の細胞が存在しており、内有毛細胞３０８と外有毛細胞３０９とは蓋膜３１０により覆われている。
【００２５】
基底膜３０６が振動すると、基底膜３０６上にある内有毛細胞３０８も振動する。内有毛細胞３０８は、内有毛細胞３０８の頂部に感覚毛を有しており、内有毛細胞３０８は、蓋膜３１０との相対的な運動により変形して電位変動を生ずる。
【００２６】
また、外有毛細胞３０９は、収縮運動を行って微弱な音刺激を増幅する一方で過大な音刺激を抑制しており、聴覚の感度を高めている。
【００２７】
蝸牛３０１の各部分で刺激を受けた聴神経（ラセン神経節細胞３１１の束）３１２（図１参照）は、蝸牛３０１において生じた電気信号を脳へ伝える。電気信号は特徴周波数ごとに感知され、最終的に大脳皮質に至った際には、様々な周波数成分を有する複合音として認識される。
【００２８】
本実施形態の人工感覚上皮１は、蝸牛３０１の鼓室階３０４に挿入され、基底膜３０６との間に微小な間隙を存した状態で配置される。図３は人工感覚上皮１の平面図、図４は図３のＡ−Ａ’断面図である。以下、図３と図４とを参照して人工感覚上皮１の構成を説明する。
【００２９】
人工感覚上皮１は、細長い帯状の圧電膜２と、圧電膜２上に設置された多数の微小電極３、３、・・・と、圧電膜２の両端を支持する支持体４、４とを備えている。多数の微小電極３、３、・・・の各々は、陰電極３ａと陽電極３ｂとを含んでいる。圧電膜２の両端は支持体４、４の上面に積層され、圧電膜２の両側縁部の下側に設けられた陽電極３ｂ、３ｂ、・・・の下部が支持体４に埋め込まれた状態になっている。なお、図３では、図面を見やすくするために、圧電膜２の支持体４に対する寸法比と、微小電極３の支持体４に対する寸法比とを、実際の寸法比よりも大きくしてある。
【００３０】
本実施形態では、圧電膜２の材料として、圧電性のあるP(VDF-TrFE)膜が用いられており、圧電膜２を加振すると、圧電膜２には振動による歪みに対応した微小電圧が生じる。また、圧電膜２は、蝸牛３０１の外部から到来する音波によって、圧電膜２のうち、基底膜３０６の振動部位に対応する部位が振動するように形成されている。
【００３１】
なお、圧電膜２は、患者の可聴周波数帯域よりも高い周波数で共振するように圧電膜２の各部の寸法が設定されている。本実施形態では、長さL1が３５ｍｍ、幅W1が４０μｍ以下、厚さt1(図４参照)が０．４μｍとされており、圧電膜２は人間の可聴周波数帯域の音波の影響を受けずに、基底膜３０６と連動して振動する。
【００３２】
微小電極３、３、・・・は、圧電膜２の両側縁部に沿って千鳥足状に配置されている。圧電膜２に生じる微小電圧による電気刺激は、各々の微小電極３を通じてラセン神経節細胞３１１に与えられる。
【００３３】
本実施形態の微小電極３はMEMS技術により形成され、電極幅（圧電膜２の長手方向に沿う方向の幅と圧電膜２の短手方向に沿う方向の幅）は、各々の微小電極３に生じる電荷総量が最大になるように設定される。
【００３４】
支持体４は、例えばシリコン等の適度の柔軟性を有する材料により形成され、より具体的には、ＳＯＩウェハにより形成することができる。図２に示すように、支持体４は鼓室階３０４の内面に沿って弾性変形し、人工感覚上皮１は基底膜３０６と対向した状態で鼓室階３０４に固定支持される。支持体４を備えることにより、人工感覚上皮１の蝸牛３０１への装着が容易となるとともに、人工感覚上皮１の取扱いが容易になる。
【００３５】
次に、図２を参照して、本実施形態の人工感覚上皮１の作用について説明する。
【００３６】
人工感覚上皮１は、圧電膜２の長手方向が蝸牛３０１の鼓室階３０４の長手方向となるように、一方の支持体４から鼓室階３０４に挿入され、基底膜３０６の近傍に装着される。
【００３７】
外部から患者の可聴周波数帯域の音波が基底膜３０６に到来すると、基底膜３０６のうち、当該音波の周波数に対応する部位が振動する。この振動は人工感覚上皮１の圧電膜２に伝播し、圧電膜２のうち、基底膜３０６の振動部位に対応する部位が振動する。すなわち、周波数弁別を基底膜３０６で行う。
【００３８】
図５（ａ）は人工感覚上皮１が一定方向に変位した状態を示し、図５（ｂ）は人工感覚上皮１が一定方向とは逆の方向に変位した状態を示す。これらの変位の繰り返しが振動であり、この振動は圧電膜２により電圧に変換され、この電圧による電気刺激が圧電膜２の振動部位に設置された微小電極３を介してラセン神経節細胞３１１（図２参照）に与えられる。
【００３９】
人工感覚上皮１は、周波数弁別を基底膜３０６で行うので、患者の可聴周波数帯域の音を全帯域に亘ってカバーすることができる。また、人工感覚上皮１は、周波数弁別のための体外機器を必要としないので、完全体内埋込型にすることができる。
【００４０】
次に、本発明の第２実施形態を説明する。図６は本発明の第２実施形態の平面図である。なお、以下の第２実施形態と第３実施形態とにおいて、第１実施形態と対応する部位には同一の符号を使用し、重複する説明は省略する。また、図６では、図面を見やすくするために、圧電膜２の支持体４に対する寸法比と、微小電極３の支持体４に対する寸法比とを、実際の寸法比よりも大きくしてある。
【００４１】
本実施形態の人工感覚上皮１１では、圧電膜２の一端に高音共振部２ａが設けられている。高音共振部２ａは、患者の可聴周波数帯域のうちの高い周波数帯域の音波によって共振するもので、高音共振部２ａのうち、圧電膜２側の高音共振部２ａの幅は、圧電膜２側とは反対側の高音共振部２ａの幅よりも大きい。高音共振部２ａは蝸牛の入口側に配置され、蝸牛の入口に向かって幅が縮小する台形状に形成されている。高音共振部２ａは圧電膜２と同じ材料で形成され、圧電膜２と同様に、高音共振部２ａの両側縁部に沿って多数の微小電極３、３、・・・（陰電極３ａのみ図示）が設けられている。高音共振部２ａの各部寸法は、例えば、先端部の幅W2を２ｍｍ、基端部の幅W3を４ｍｍ、長さL2を３０ｍｍとすることができる。この場合、高音共振部２ａは５kHz〜２０kHzの音波によって共振する。
【００４２】
本実施形態では、５kHz〜２０kHzの帯域の音波については、高音共振部２ａが音波によって直接共振することにより電圧が生成される。
【００４３】
高い周波数帯域の音波の場合、基底膜３０６から圧電膜２に伝播する振動で電圧を生成するよりも、圧電膜２が音波により直接振動する方が電圧を精度良く生成できる場合がある。
【００４４】
そこで、本実施形態では、蝸牛３０１内に挿入可能な膜幅で、かつ５kHz〜２０kHzの音波で共振する高音共振部２ａを圧電膜２の一端に設け、高音共振部２ａを５kHz〜２０kHzの音波で直接共振させて電圧を生成するようにしている。これによって、５kHz〜２０kHzの帯域の音波がラセン神経節細胞に精度良く伝わるようになるので、聴覚性能が向上する。
【００４５】
人工感覚上皮１１によれば、高音共振部２ａは、患者の可聴周波数帯域のうちの高い周波数帯域の音波によって共振するもので、高音共振部２ａのうち、圧電膜２側の高音共振部２ａの幅は、圧電膜２側とは反対側の高音共振部２ａの幅よりも大きい。加齢と共に高音域をカバーする内有毛細胞が機能を消失するので、人工感覚上皮１１の形状は、医学応用上も理にかなったものである。
【００４６】
次に、本発明の第３実施形態を説明する。図７は本発明の第３実施形態の要部断面図である。なお、図７は、基底膜３０６の長手方向に平行な面での断面図として作成しており、その際、本来は螺旋構造であるものを直線として表している。
【００４７】
本実施形態では、各微小電極３にラセン神経節細胞３１１に向けて突出する突起５を設けている。この場合、圧電膜２で生成される電圧による放電が突起５の先端で生じるので、電気刺激がラセン神経節細胞３１１に精度良く伝わるようになる。
【００４８】
本実施形態では、突起５は、各陰電極３ａから突出する短い線状体により形成されている。突起５の材料としては、例えば白金を用いることができる。また、突起５の寸法は、例えば、直径が３〜１０μｍ程度、長さが３〜１０μｍ程度のものとすることができる。
【００４９】
なお、突起５の形状は線状に限定されるものではなく、他の形状（例えば円錐状）であってもよい。また、突起５を微小電極３に一体成形するようにしてもよい。また、突起５の先端はラセン神経節細胞３１１に接触してもよいし、ラセン神経節細胞３１１から離間していてもよい。
【００５０】
以上、本発明の具体的な実施形態を説明したが、本発明は上記の各実施形態に限定されるものではなく、上記実施形態に種々の改変を施すことができる。
【００５１】
例えば、上記実施形態では、人工感覚上皮が基底膜から離間しているが、人工感覚上皮を基底膜と接触させるようにしてもよい。
【００５２】
また、基底膜と人工感覚上皮とを連結して、圧電膜の基底膜に対する追従性を向上させるようにしてもよい。
【００５３】
その他にも、本発明の要旨を逸脱しない範囲で上記実施形態に種々の改変を施すことができる。
【符号の説明】
【００５４】
１、１１  人工感覚上皮
２  圧電膜
２ａ  高音共振部
３  微小電極
４  支持体
５  突起
３０１  蝸牛
３０６  基底膜
３１１  ラセン神経節細胞
【図１】
2014045937.tif 000003
【図２】
2014045937.tif 000004
【図３】
2014045937.tif 000005
【図４】
2014045937.tif 000006
【図５】
2014045937.tif 000007
【図６】
2014045937.tif 000008
【図７】
2014045937.tif 000009