(57)【要約】網膜人工器官テスト装置は、ナノチャンネルガラス（ＮＧＣ）から成るガラスの薄いウエハを有し、このウエハはマイクロワイヤを形成する電導体を充填した、ウエハの平面に垂直な非常に小さなチャンネルを備えている。ガラスの一表面は、網膜の内側の曲率半径に一致した球面形状に仕上げられる。ＮＧＣはシリコンデマルチプレクサ（３０）にハイブリッド化され、そしてビデオ画像は狭くて撓み性のマイクロケーブル（２７）に順次入力され、アナログビデオ入力をサンプリングしＭＯＳ容量に電荷としてその値を記憶する画素対画素の仕方で単位セルの２Ｄアレイに読込む。全ての単位セルが電流フレームに対する画素値でロードされた後、バイフェーズパルスは記憶された画素値に応じてパルスを変調する各単位セルに送られる。
2005516705.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
ビデオ画像を発生する外部画像源と；
患者の眼壁にビデオを通すマイクロケーブルと；
ビデオ画像を単位細胞の二次元（２Ｄ）アレイにデマルチプレクシングする電子チップと；
インジウムバンプを用いて単位細胞の上記二次元（２Ｄ）アレイにハイブリッド化しそして各単位細胞を隣接した神経組織に電気的に接続するナノチャンネルガラス電極アレイと；
マイクロケーブルを介して単位細胞に全面的に加えられるバイフェーズパルスを発生して、電子信号を人間の眼の網膜内に向けさせ、電気化学信号に変換し眼内で患者の視神経に伝達する外部電子回路ボードと；
を有し、
上記ナノチャンネルガラス表面を機械加工して得た整合表面を介して神経組織を刺激すること
を特徴とする網膜人工器官テスト装置。
【請求項２】
ナノチャンネルガラス電子アレイが、セラミックチップキャリヤに装着したマイクロ電子チップにハイブリッド化したものから成り、全ての単位細胞が、入ってくるビデオ画像を予定の単位細胞に向ける一連の行シフトレジスタ及び列シフトレジスタによって制御されることを特徴とする請求項１記載の網膜人工器官テスト装置。
【請求項３】
人の眼球の虹彩を通して光子を受け、これら光子を個々の単位細胞に属する二次元（２Ｄ）の空間的に分離した電気信号に変換するナノチャンネルガラス電極アレイ及び薄膜電子チップと；
電力及び制御信号を患者の眼内の電子チップ及びナノチャンネルガラス電極アレイに個々に伝送する患者の外部に設けられた電子ユニットと；
オンチップ電子回路で発生され、電気信号をナノチャンネルガラス電極アレイに流し、人の眼における網膜組織に加え、眼内の網膜神経を通って視神経に伝達される電気化学信号に変換させるバイフェーズパルスと；
を有し、
上記ナノチャンネルガラス表面を機械加工して得た整合表面を介して神経組織を刺激すること
を特徴とする永久人工網膜装置。
【請求項４】
ナノチャンネルガラス電極アレイが更に、誘導伝達信号を受け、これらの信号を単位細胞（単位セル）のアレイに選択的に加えるオンチップアンテナと、網膜組織への電気信号の印加を制御するデジタル電子装置と、単位格子のアレイに電力を印加するオンチップ電力受量装置と、電子チップを作動するバイアス電圧供給部と、バイフェーズパルスを発生するバイフェーズパルス発生器と、行及び列シフトレジスターとを備えていることを特徴とする請求項３記載の永久人工網膜装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、一般に、神経人工器官に関し、特に高密度電極アレイと網膜の湾曲表面との間に電気的インターフェースを作ることにより盲人用の網膜人工器官を達成する概念に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、神経人工器官の領域において多くの関心がもたれており、特に盲人用の網膜人工器官を達成する概念は多数の研究者によって仮説を立てられてきており、医療研究の活発な分野である。正常な眼では、基本概念において、図１ａ及び図１ｂに示すように、二つの光子１２の光の軌跡は網膜２１に集束している。入ってきた光子１２は光線感受体２２で吸収される前に、透明な網膜細胞の幾つかの層１６、１８を通る。損傷した眼では、図１ｃ及び図１ｄに示すような網膜人工器官装置２４が網膜２１に対して位置決めされる。この場合、光子１２はマイクロワイヤのアレイを埋め込んだガラス部片２８にハイブリッド化されるマイクロ電子刺激アレイ即ち装置２６で吸収される。ガラス部片２８は網膜２１の内側半径に一致した湾曲表面を備えている。マイクロ電子画像作成装置２６は大規模集積（ＶＳＬＩ）回路及び入射光子を電子電荷に変換する光子検出器を収納した薄膜シリコンで構成されている。電荷は比例した量の電子電流に変換されて、近くの網膜細胞層１８に入力される。細胞はファイアし、視神経２８に信号が送られる。
【０００３】
典型的な網膜人工器官装置は二つの技術、すなわち第一にナノチャンネルガラス（ＮＧＣ）電極アレイ及び第二に二次元（２Ｄ）マルチプレクサアレイを組合わせている。ＮＧＣ技術は、ガラスの薄いウエハを作るのに光ファイバー製作技術を使用し、薄いウエハにはその平面に垂直に非常に小さな複数のチャンネルが設けられる。網膜人工器官装置に必要な代表的なＮＧＣウエハは、直径数ｍｍであり、そして１ミクロン台のチャンネル直径をもつ数百万のチャンネルを収容できる。これらのチャンネルには良電導体が充填され、ガラスの一表面は網膜の内側の曲率半径に一致した球面形状に構成されている。湾曲表面上の電導体は僅かに突出させて有効な電極を形成するようにすべきである。
【０００４】
二次元（２Ｄ）マルチプレクサアレイは、シリコン工場で製作されたマイクロ電子装置である赤外線焦面アレイ（ＩＲＦＰＡ）マルチプレクサと同様である。ＩＲＦＰＡマルチプレクは、光子を電荷に変換する相補検出器アレイで捕えた赤外線（ＩＲ）画像を読出す２Ｄアレイである。電荷は数ミリ秒の間、各単位セルに集積され、蓄積される。そして全画像は商用ビデオに融合できるフレームレートでアレイからマルチプレクサされる。外部カメラからの入力画像を得る網膜人工器官テスト装置では、処理は本質的に逆にされ、装置はデマルチプレクサとして機能する。即ち、人工器官装置はデマルチプレクサリング操作を行なうが、本明細書では簡単にマルチプレクサとして記載する。
【０００５】
基本概念は率直にいうと、可視画像は、網膜細胞を電気的に刺激することによって脳において作られ得る。中枢即ち両極神経細胞のような網膜細胞の二次元アレイは、画像の空間的形態をもつ電気的インパルスの二次元アレイを用いて刺激され得る。中枢細胞の脳脊髄は視神経を介して視覚皮質へ画像を伝達する。これは健康な網膜において生じる正常な光変換プロセスに代わるものである。盲人のほぼ９０％において、光線感受体は疾患しているが、他の網膜層はなお電気的刺激に反応する。
【０００６】
図２に示すような実験的テスト方法では、眼科医によって手術室の環境で行なわれる標準の網膜手術法を用いている。患者には通常の麻酔ではなく局部麻酔が施して、手術中に視力を声で記録できるようにする必要がある。
【０００７】
網膜人工器官装置を設計し製作する際に、特に高解像度の画像を発生せる場合には、取り組むべき多数の技術的問題がある。
第一に、高密度電極アレイと網膜の湾曲表面との間の電気的インターフェースを作る問題がある。電極アレイは、網膜の球面状凹面に一致させるために球面状凸面形状でなければならない。電極アレイは普遍的に植え込むために生体適合性がありしかも安全でなければならない。
第二に、電気的刺激パルスの形状及び繰返し数は一般的には周知であるが、人工器官装置の各個々の受容者に最適化される必要があり得る。当然パルス振幅は網膜内で画素値に比例するように変調される。第三に、中枢細胞の直接電気刺激は、通常網膜の前期層において生じるある一定の画像処理機能を排除する。従って、網膜を刺激する前に画像においてコンピューターに基づく画像処理操作を行なう必要があり得る。第四に、普遍的インプラントへの給電は、眼壁を通るワイヤやケーブルがないようにして、処理する必要がある。第五に、正常な網膜は同時に光線感受体によって発生された画像情報を処理するので、人工器官は横方の膝状核（ＬＧＮ）即ち視覚皮質における下流に同時性の問題を引き起こし得るシーケンシャルラスタースキャンと違って、同時に網膜細胞を同様に刺激すべきであると仮定される。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
本発明の目的は、盲人用の網膜人工器官を達成する装置を提供することにある。
【０００９】
本発明の別の目的は、網膜組織を電気的に刺激する重大な人間の実験中に脳に視覚画像を供給するための網膜人工器官テスト装置を提供することにある。
【００１０】
本発明の別の目的は、脳に視覚画像を供給するように網膜又は任意の神経組織を電気的に刺激する人間の眼に植え込む装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
これら及びその他の目的は、二つの基本技術、即ちナノチャンネルガラス（ＮＧＣ）電極アレイ及び赤外線焦面アレイ（ＩＲＦＰＡ）マルチプレクサを有する網膜人工器官テスト装置及び網膜インプラント装置によって達成される。網膜人工器官テスト装置においては、装置は、手術室環境において標準の網膜手術法を用いて網膜に対して位置決めされる。装置は、ガラスの薄いウエハ（ＮＧＣ）から成り、このウエハには上刃の平面に垂直に非常に小さなチャンネルが設けられる。これらのチャンネルにはマイクロワイヤを形成する良電導体が充填され、ガラスの一表面は、網膜の内側の曲率半径と一致した球面形状に構成されている。良電導体は湾曲表面上のＮＧＣから僅かに突出して電極を形成する。ＮＧＣはインジウムバンプボンドを用いてシリコンＩＲＦＰＡマルチプレクサにハイブリッド化される。画像は、非常に狭い撓み性のマイクロケーブルを介してマルチプレクサに順次入力される。マルチプレクサはセラミックキャリヤに装着され、各々における相互接続ボンドパットは互いに近接するようにされる。ビデオ画像は、画素対画素でマルチプレクサにおける各単位セルに読込まれる。アナログビデオの分離サンプルはＭＯＳ容量に電荷として入力され記憶される。全ての単位セルに電流フレームに対する画素値がロードされた後、各単位セルを介して網膜の相応した領域にバイフェーズパルスが送られる。バイフェーズパルスは記憶された画素値に応じて変調される。バイフェーズパルスは広義の外部接続から平行に流れるので、隣接した網膜神経全ては、正常な網膜における光線感受体を刺激する画像光子と同様に、同時に刺激される。
【００１２】
普遍的な網膜インプラント装置は、網膜人工器官テスト装置と同じ仕方でシリコンチップにハイブリッド化したＮＧＣアレイを使用するが、しかし、画像は外部カメラからのワイヤを介してチップ上にマルチプレクシングされず、代りに、画像はシリコンフォトダイオードを用いて光子−電子変換により各セル内で同時に発生される。光子は装置の背面側に直接伝播する。電力及び全ての制御信号はチップ上の誘導的に駆動されるコイル又はアンテナを介して伝送される。装置は、光子−電子変換プロセスを介して蓄積容量に電荷を集め、蓄積した電荷に応じたバイフェーズパルスで神経組織を刺激し、そして蓄積容量をリセットしてプロセスを繰り返させる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１３】
マイクロ電子刺激装置アレイ３０を用いた網膜人工器官テスト装置の好ましい実施形態においては、図３ａに示すように、ナノチャンネルガラス（ＮＧＣ）電極アレイ３２は、赤外線（ＩＲ）焦面アレイ（ＩＲＦＰＡ）マルチプレクサによる技術によりインジウムバンプボンドを用いてシリコンマルチプレクサ３４にハイブリッド化される。画像は、非常に狭い撓み性マイクロケーブル３６を介してマルチプレクサ３４に順次入力される。マイクロケーブル３６は長さほぼ６インチであり、ポリイミド条片にパターン化した金導線を用いて特別に作られる。穴４２を通して金充填したセラミックキャリヤ３８は、セラミックキャリヤの頂面側４４から背面側４６への相互接続を行なう機械的に好都合な手段を形成している。穴を通しての頂面側の接触がシリコンマルチプレクサ３４におけるバンドパット４８に近接するようにセラミックキャリヤを設計することによって、相互接続は、普通のタブボンド５２（マイクロ電子工業において慣用でありかつ当業者に周知の機械的圧力で相互接続するように溶融した薄い金リボン）で行なわれ得る。これにより、相互接続体５２の全ては研磨仕上したＮＣＧ３２で画定された球面状に湾曲した包囲体上に突出してタブボンド相互接続体５２又は患者の網膜５４を損傷するのを阻止する。あらゆる神経人工器官装置の重大な問題は生体適合性及び安全性である。網膜人工器官テスト装置３０による全てのテストの持続時間は非常に短い（１時間以下）であるので、生体適合性の問題は、テスト操作の深刻な影響に対して本質的に低減され、そして普遍的インプラントで生じる一層困難な慢性の問題に取り組む必要がない。図３ａに示すパッケージングの表面は、単に、ガラス３２、プラチナ（Ｐｔ）電極５６及びシリコンカプセル５８から成っている。しかし、あらゆる医療機器の場合のように、主要な安全の問題は電撃の危険である。本装置の目的は、非常に低い電圧及び可及的に最小の電流、即ち好ましくは約１ミリ秒（６０Ｈｚのフレームレートでの各フレーム）の間に単位セル当たり約１ボルト及び１マイクロアンペアを用いて網膜組織の最少電気的刺激を行なうことにある。あらゆる電撃から患者を守るために、患者は光学カップラー（図示していない）を用いて高電圧から絶縁し、これらの光学カップラーは、当業者には周知の技術である低電圧バッテリー（図示していない）により給電される。
【００１４】
ＮＣＧ３２に対する特別の要件は、ＮＣＧ３２を構成するチャンネル５６が図３ｂに示すように、マルチプレクサアレイの各単位セルに多数のマイクロワイヤを接続できるように十分に小さいことである。これは冗長であり、ハイブリッド化整列を簡単化するのに役立つ。ＮＣＧワイヤが単位セルのサイズに近づくと、一対一の整列及びハイブリッド化が要求される。これは、ＮＣＧ周期性における不規則性及び最も近い隣接セル（図示していない）を短縮する可能性のために、非常に問題となる。一方、非常に狭いチャンネル５６は、ＮＣＧ３２におけるチャンネル５６の長さと幅のアスペクト比が非常に高いことを意味している。これにより、適切な厚さの大面積ＮＣＧ３２サンプルを製作するのを困難にさせる。チャンネル５６に対する妥当な設計面積はミクロン台であるべきであると期待される。
【００１５】
ＮＣＧチャンネル５６は、マイクロワイヤを形成するためプラチナのような高導電性材料６２で充填されなければならない。マイクロワイヤの製作は、当業者に周知である技術である、加圧下での溶融材料の電着又は注入を用いて行なわれ得る。チャンネル５６に導電性材料を充填し、そしてマイクロワイヤの連続性を確認した後、ガラス３２の一側は球状表面６４を形成するように研磨仕上げされなければならない。これは、ガラス／金属複合材を注意深く研磨仕上げすることにより行なわれる。曲率半径は、網膜５４の内側に一致嵌合させるために、公称１／２インチである。これは、網膜５４の組織に対してＮＣＧ３２における高密度の電極の位置決めできるので極めて重要である。研磨仕上げプロセスは湾曲したＮＣＧ３２の表面に対して僅かに窪んだマイクロワイヤを形成する。これは、金属がガラスより軟らかいためである。従って、ＮＣＧ３２の湾曲表面６４上に僅かに突出する電極を構成するためにはさらに別の処理が必要である。ＮＣＧ３２をマルチプレクサ３４にハイブリッド化する工程において、マイクロワイヤを直接マルチプレクサ３４におけるインジウムバンプ６６にハイブリッド化するか又はガラスをエッチングしてマイクロワイヤをＮＣＧ３２から僅かに突出させるようにし得る。これは、ＮＣＧ３２の湾曲側面６４における突出した電極を形成するに用いた仕方と同じである。
【００１６】
マルチプレクサ３４の概念的構成を図４に示す。シリコンマルチプレクサ３４は順次幾つかの動作を行なう。第１の段階では、画像は各ユニットセル７２に対して画素対画素でマルチプレクサ３４に読込まれる。行シフトレジスタ７４及び列シフトレジスタ７６は各単位セル７２へのルーチンを制御する。アナログビデオの分離サンプルはＭＯＳ容量に電荷として入力され記憶される。この操作は、標準ビデオ機器でテスト人工器官３０の使用を可能にするＲＳ−１７０テレビジョンフォーマットに適合する仕方で、一秒の６０番目毎に行なわれる。リードオン及びリードオフ能力をもつマルチプレクサ３４は、画素クロック、スタートオブフレームクロック、バイアス電圧、接地及びアナログ入力（ＲＳ−１７０）を含む幾つかの入力信号を備えている。デジタル電子装置ブロック７８は、行シフトレジスタ７４及び列シフトレジスタ７６を制御することによって画像データを単位セル７２に送るスイッチングパルスを発生するので主要なものである。オンチップデジタル電子装置７８なしでは、１２個又はそれ以上のクロックを装置に入力する必要がある。これにより、ケーブル２７は外部駆動電子装置２５から眼壁２９（図２に示すように）を通すことになり、さらに大きく面倒になる。ＩＲＦＰＡマルチプレクサ３４技術の使用は、眼壁２９にケーブル２７を通す問題を大幅に簡単化する。
【００１７】
再び図４を参照すると、全ての単位セル７２が電流フレームについて画素値でロードされた後に、次の段階はバイフェーズパルスを特定の単位セル７２に送ることにあり、その単位セルは各単位セル７２に記憶された画素値に応じて変調される。バイフェーズパルスは全体的な外部接続部から並列に流れるので、隣接した神経は全て同時に刺激される。これは、正常な網膜における作像光子刺激光線感受体と同様な同期作用であるので、構成上の重要な特徴である。さらに、電極は全て電極−神経インターフェースに電荷が生じる野を阻止するため接地される。
【００１８】
これら全ての動作を首尾よく行う装置を設計する際には幾つかの重要な考察事項がある。第一に、マルチプレクサ３２の動作は、ＩＲＦＰＡに対して存在する多くの要求事項、例えば良好な一様性、低雑音、及び高ダイナミックレンジをもって構成されるべきである。当然、網膜人工器官テスト装置３０は、画像データを、ＩＲＦＰＡマルチプレクサ３２より反対方向に動かし、すなわち、画像データは装置からではなく装置へ動き、その他の詳細は同様である。図５には、単位セル７２の一般的な構成を示している。単位セル７２は画素値を記憶し、そしてその値を用いてＮＣＧを介してと網膜組織５４に入力されるバイフェーズパルス８２を変調する。バイフェーズパルス８２及び画像データ８４は両方ともオフチップで発生される。これにより、任意の画像シーケンスが入力されそして任意の形状のバイフェーズパルス８２と組合され得るので、人間の検査中に大きな融通性がある。図５の下部におけるスイッチ８６は、電荷の生成する全ての可能性を避けるために網膜組織５４を接地８８に接続する働きをする。
【００１９】
図６を参照すると、激しい実験中の網膜人工器官テスト装置３０の動作は、外部付属電子装置２５によって制御され、給電される。入力信号は、毎秒６０個のフレームを達成するのに十分速いデータ速度での画像シーケンスである。マルチプレクサ３４はＲＳ−１７０フォーマットに適合する仕方で、マルチプレクシングした入力信号をサンプリングするように構成される。これにより、網膜人工器官テスト装置３０はあらゆる標準のビデオカメラに直接インターフェースできる。これは、デジタル画像を記憶し、そして６０Ｈｚレートでシーケンシャルフィールドを表示できるコンピューターの使用を包含する（ＲＳ−１７０は毎秒３０フレームの速度でフレーム当たり二つのフィールドをインターフェースする）。マイクロ電子マルチプレクサ３４の実際の制御は、典型的なＩＲＦＰＡに用いた仕方と同じ仕方で一組の信号クロッキングボード９６によって発生した正確な時限のパルスでなされる。同期パルス発生装置９２は、ＲＳ−１７０信号９１をクロッキングパルス９６と同期化するのに用いられる。基本的には、同期パルス発生装置９２は、各ＲＳ−１７０フィールドの開始を検出し、そして相応したパルスを駆動電子装置９４へ送り、駆動電子装置９４は、マルチプレクサ３４に入力される画像データの各フィールドを制御するのに必要なクロッキング信号９６をトリガーし、パルスの同期化はオシロスコープ９３で監視され得る。分離型ブレークアウトボックス９８は人間対象を高電圧電源から電気的に分離（絶縁）する。このボックス９８は、クロック９６、バイフェーズパルス信号８２及びバイアス電位１０２を供給する低電圧バッテリーを分離する光カップラーを備えている。
【００２０】
網膜組織５４を刺激するのに用いるバイフェーズパルス８２は、全てのパルス形状をテストできるようにプログラム可能であり得る。これは開発プロセスに対して幾つかの重要な意味をもっている。第一に、網膜組織５４に対する入力インピーダンスはそれと関連した抵抗性及び容量性リアクタンスの両方をもつので、方形波電圧パルスは所望の方形波電流パルスを発生しない。神経生物学者は、有効な神経刺激を達成するために方形波電流パルスを用いる傾向がある。電極−網膜インターフェースにおける出力インピーダンスの認識で、方形波電流パルスを発生して有効な刺激を行なう電圧形状を計算できる。第二に、網膜５４の種々の層は、恐らくそれらの周波数応答が異なるため、異なる形状のパルスで刺激できることが明らかである。特に、神経細胞か又は双極細胞を選択的に刺激できることが期待される。神経細胞の代わりに双極細胞を刺激することは、網膜５４内により深く到達して一層自然な形態で刺激できるという利点がある。
【００２１】
神経細胞の別個の電気的刺激は、網膜５４の上層に通常発生するある一定のプロセッシング機能を排除する。従って、刺激の前に入ってくる画像においてある一定の機能を行なって間違ったプロセッシングを補償する必要がある。あいにく、人間の網膜の作用の詳細なモデルは決して確認できてない。それでも、ウサギの網膜からの多くの細胞内記録は一般に哺乳類の脊椎動物類では非常に似ていることが示されている。
【００２２】
別の好ましい実施形態では、図７に示すように、完全に自蔵形であり、図１ｃ及び図１ｄに示すものと同様な眼のレンズを通して自然に作像する入射光子に応答する普遍的インプラント装置４０が提供される。この装置４０は患者の眼に手術で埋め込まれ、そして眼壁を通る外部接続がない。この装置４０の基本構成は上記の網膜人工器官テスト装置３０に大いに基づいている。特に、普遍的インプラント装置４０は、網膜人工器官テスト装置３０と同じ仕方でシリコンチップ１０４にハイブリッド化したＮＣＧアレイ１０２を用いている。しかし、単位セル１０６の回路装置は、画像が外部カメラからケーブルを介してチップにマルチプレクシングされず、代わりに画像が図８に概念的に示すようなシリコンフォトダイオード１０８を用いた光子−電子変換を介して各単位セル１０６内に同時に発生されるので構成し直される。光子１１２は、シリコンチップ１０４がバック照明型形態で用いられるので直接各ユニットセル１０６に伝播し、本質的には光子１１２はシリコンチップ１０４の背側に入る。
【００２３】
装置４０のパッケージングは明らかに、網膜人工器官テスト装置３０のパッケージングと異なる。普遍的インプラント装置４０のパッケージングでは、光子１１２を装置４０の背側に通すようにすることが必要である。これは、網膜人工器官テスト装置３０におけるセラミックキャリアを除去する簡単な事項である。良好な量子効率が必要であるためにシリコンチップ１０４を薄くする必要がある。普遍的インプラント装置４０のパッケージング構成は図７に示されている。シリコンチップ１０４は数１０ミクロンまで薄くされ得、それにより対象物の全体質量は本質的にＮＣＧアレイ１０２の質量であり、網膜１１４に手術により装着し易くなる。
【００２４】
普遍的インプラント装置４０においていかなるマルチプレクシング機能も必要でなく、その結果、チップ１０４の構成は非常に簡単となる。また、付属の電子装置がないが、しかしシリコンチップ１０４は図９に示すように、上述のものと相当に相違している。マルチプレクシング機能は必要ないが、二つの新たな必要条件がある。特に、これらの必要条件は外部電力及び装置４０の動作を調整するのに必要なコマンド信号である。装置４０への電力及び信号の伝送は、誘導駆動型コイル即ちアンテナ１１６で行なわれる。必要な主要オンチップ電子調整は、バイアス電源１１８、バイフェースパルス発生装置１２２及び単位セル１０６のシーケンスの同時動作に対するタイミングを供給する標準のデジタル電子装置１２４の制御である。また、装置４０の動作は単位セルの記憶容量に電荷を集めることにある。オンチップバワーレシーバー１２６は全てのオンチップ電子装置を作動する状態調整電力を供給する。フレームレートは公称毎秒６０フレームであるが、ＲＳ−１７０フォーマットに適合する必要がないのでフレームレートは所望のように調整され得る。
【００２５】
普遍的インプラント装置４０のパッケージングは非常に厳しい。生体適合性の問題に加えて、装置の寿命の問題がある。普遍的インプラントは数１０年間動作する必要がある。心臓ペースメーカー及び蝸牛殻人工器官のような他の電子インプラントに対して同様に必要条件が存在する。普遍的インプラント装置４０の包装は網膜人工器官テスト装置３０の場合より容易であり、装置４０に対する接続ケーブルはない。後者の装置３０の場合、実験の持続時間は典型的には１時間以下であるので、包装は重大な問題ではない。全ての神経人工器官に接続されるケーブルは、時間経過後シールを損傷し最後には故障を生じさせ得る機械的力を受ける。普遍的インプラント装置４０は完全にワイヤレス（ケーブル接続なし）であるので、高い一体性で簡単な包装が達成できるべきである。
【００２６】
神経インプラントに対するこのアプローチの特別の教示は新規の眼内装置であり、従来技術で教示された装置に勝る幾つかの極めて重要な利点をもっている。第一に、ＮＣＧの使用により、大きな面積にわたって網膜細胞に極めて近接して電極を位置決めできる湾曲表面を形成できる。ＮＣＧはまた、非常に高密度で非常に小さな電極（ミクロン台の）（単位平方ｍｍ当たり数千個の電極）を形成することができる。網膜人工器官テスト装置３０に対するマルチプレクサ及び普遍的インプラント装置４０の単位セルサイズに関して、単位セルサイズは最新のマイクロ電子設計規則に基づいて実際にできるだけ小さくされ得る。
【００２７】
網膜人工器官テスト装置３０においてわかったマルチプレクサ技術は、網膜への高いデータ速度をもたらしつつ、眼壁を通るほんの少数の電導体を用いる。本質的には、これにより高い分解能及び速いフレームレートで網膜へ画像シーケンスを入力できる。電導体は小さくて撓み性のマイクロケーブルに形成され得る。これは、人間の実験及びテストを行なうのに重要である。これは、個々の電導体に全ての刺激電極を直接結合することに匹敵する。例えば、眼の外側の入力電子装置に直接接続される際に単純な８×８テストアレイは６４個の入力導体を必要とする。このような装置のケーブル及び付属コネクターは非常に面倒になる。
【００２８】
ここで説明した装置３０、４０は、Ｎｏｒｔｈ  Ｃａｒｏｌｉｎａ  Ｓｔａｔｅ  Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ  （ＮＣＳＵ）におけるＷｉｌｍｅｒ  Ｏｐｈｔｈａｌｍｏｌｏｇｉｃａｌ  Ｉｎｓｔｉｔｕｔｅの研究グループで考察した従来の概念の技術的問題を基本的に解決している。ＮＣＳＵと同様な研究はＭＩＴ／Ｈａｒｖａｒｄチームによってもなされている。米国、ドイツ国及び日本において、マイクロ電子チップに少数の電極を装着して網膜細胞を刺激する基本概念に基礎を置く他の研究も進んでいる。しかし、これらの研究のいずれも非常に高い分解能での作像を達成するため網膜に近接して高密度電極を設けるという困難な問題を扱ってない。
【００２９】
第２の研究は、病気に罹った光線感受体を交換するか又はそれらの背後にマイクロ電子チップを位置決めすることにより網膜の背後からマイクロ電子チップで網膜を刺激することにある。
【００３０】
第３の研究は、網膜全体を飛ばして脳の視覚センターを刺激することにある。この研究では、貫通するマイクロ電極を備えたアレイは視覚皮質に対して位置決めされる。これは、頭蓋を介しての細菌の侵入する可能性のある脳の手術を伴う。手術の観点からは、眼内アプローチは細菌の侵入する可能性が最も少ない。
【００３１】
本発明は、それの実施形態について説明してきたが、当業者には理解されるように、特許請求の範囲に定義した発明の範囲及び精神から逸脱せずに、好ましい実施形態において他の変形及び変更が可能である。
【図面の簡単な説明】
【００３２】
【図１ａ】人工器官装置なし（正常な眼）の網膜に入射する光子の光線軌跡を示す概略線図。
【図１ｂ】人工器官装置なし（正常な眼）の網膜に入射する光子の光線軌跡を示す内部線図。
【図１ｃ】人工器官装置（網膜に対して位置決めされた人工器官装置）を備えた網膜に入射する光子の光線軌跡を示す概略線図。
【図１ｄ】人工器官装置（網膜に対して位置決めされた人工器官装置）を備えた網膜に入射する光子の光線軌跡を示す内部線図。
【図２】網膜に対して位置決めされた網膜人工器官テスト装置を示す図。
【図３ａ】全体をパッケージした網膜人工器官テスト装置を示す側面図。
【図３ｂ】ナノチャンネルガラス（ＮＣＧ）電極アレイを示す拡大図。
【図４】網膜テスト人工器官用のシリコンチップの概念的構成（平面図）を示す図。
【図５】オフチップからの外部入力を示す網膜人工器官テスト装置用の単位セルの概念的構成を示す図。
【図６】網膜人工器官テスト装置用の付属電子装置を示すブロック線図。
【図７】普遍的インプラント装置を示す側面図。
【図８】普遍的インプラント装置用の単位セルの概念的構成を示す図。
【図９】普遍的インプラント装置用の単位セル用のシリコンチップの概念的構成（平面図）を示す図。
【図１ａ】
2005516705.tif 000003
【図１ｂ】
2005516705.tif 000004
【図１ｃ】
2005516705.tif 000005
【図１ｄ】
2005516705.tif 000006
【図２】
2005516705.tif 000007
【図３ａ】
2005516705.tif 000008
【図３ｂ】
2005516705.tif 000009
【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【国際調査報告】
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