(57)【要約】【課題】  電極数を多くしても限られたスペースにて効率よく配線を行うことのできる視覚再生補助装置を提供する。【解決手段】  眼球内に設置され眼内への入射光を受光する受光部と、網膜を構成する細胞を電気刺激するための多数の電極と、受光部からの信号に基づいて前記網膜を構成する細胞を電気刺激するための電気刺激信号を形成し電気刺激信号を電極から出力させるための制御手段と、制御手段と電極とを電気的に接続する接続手段と、を有し、接続手段は制御手段と電極とが設置される同一基板上に多層配線にて形成される。【選択図】      図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
眼球内に設置され眼内への入射光を受光する受光部と、網膜を構成する細胞を電気刺激するための多数の電極と、前記受光部からの信号に基づいて前記網膜を構成する細胞を電気刺激するための電気刺激信号を形成し該電気刺激信号を前記電極から出力させるための制御手段と、該制御手段と前記電極とを電気的に接続する接続手段と、を有し、該接続手段は前記制御手段と電極とが設置される同一基板上に多層配線にて形成されることを特徴とする視覚再生補助装置。
【請求項２】
請求項１の視覚再生補助装置において、前記接続手段は耐腐食性の金属線材であり、該金属線材を前記基板上に配線後、該配線上に絶縁層を形成し、さらに該絶縁層上に前記金属線材を用いて配線をすることにより多層配線を形成することを特徴とする視覚再生補助装置。
【請求項３】
請求項２の視覚再生補助装置において、前記接続手段の先端を絶縁層から露出させることにより電極として用いることを特徴とする視覚再生補助装置。
【請求項４】
請求項１〜３の視覚再生補助装置において、前記接続手段は真空蒸着法またはスパッタ法により前記基板上に形成されることを特徴とする視覚再生補助装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は視覚再生のため、眼内に設置される視覚再生補助装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、失明治療技術の一つとして、電極等を有する体内装置を眼内に設置し、網膜を構成する細胞を電気刺激して視覚の再生を試み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、例えば体外にて撮像された映像を光信号や電波信号に変換した後、眼内に設置された体内装置に送信して電極から刺激パルス信号を出力して網膜を構成する細胞を電気刺激することにより、視覚の再生を試みるものである（特許文献１  参照）。
このような視覚再生補助装置では、網膜を構成する細胞を電気刺激するための電極を多くし高密度化することで、より高い分解能を得ることができる。
【特許文献１】米国特許５９３５１５５号明細書
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
しかしながら、患者の体内に前述したような体内装置を設置可能するためのスペースは限られている。このように体内装置の大きさに制限がある状態で、電極数を多くすればするほど、基板上に形成する配線が困難となる。
本発明は上記の事情を鑑みてなされたものであり、電極数を多くしても限られたスペースにて効率よく配線を行う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。
【課題を解決するための手段】
【０００４】
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）  眼球内に設置され眼内への入射光を受光する受光部と、網膜を構成する細胞を電気刺激するための多数の電極と、前記受光部からの信号に基づいて前記網膜を構成する細胞を電気刺激するための電気刺激信号を形成し該電気刺激信号を前記電極から出力させるための制御手段と、該制御手段と前記電極とを電気的に接続する接続手段と、を有し、該接続手段は前記制御手段と電極とが設置される同一基板上に多層配線にて形成されることを特徴とする。
（２）  （１）の視覚再生補助装置において、前記接続手段は耐腐食性の金属線材であり、該金属線材を前記基板上に配線後、該配線上に絶縁層を形成し、さらに該絶縁層上に前記金属線材を用いて配線をすることにより多層配線を形成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、前記接続手段の先端を絶縁層から露出させることにより電極として用いることを特徴とする。
（４）  （１）〜（３）の視覚再生補助装置において、前記接続手段は真空蒸着法またはスパッタ法により前記基板上に形成されることを特徴とする。
【発明の効果】
【０００５】
本発明の視覚再生補助装置によれば、電極数が多くても効率よく配線を行うことができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００６】
本発明の実施の形態を図面を用いて説明する。図１は本実施の形態の視覚再生補助装置において体外にて使用する体外装置の概略構成を示した図、図２は本実施の形態の視覚再生補助装置において体内（眼内）にて使用する体内装置の概略構成を示した図、図３は本実施形態の視覚再生補助装置の制御系を示したブロック図である。
本実施形態における視覚再生補助装置１は、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。図１に示すように、体外装置１０は患者頭部に装着するバイザー１１と、バイザー１１に取り付けられるＣＣＤカメラからなる撮影装置１２と、外部デバイス１３、１次コイル等からなる電力送信部１４、及び撮影装置にて撮影された画像情報を体内装置２０側に光通信にて送信するための画像情報送信部１５にて構成されている。
【０００７】
図３に示すように、外部デバイス１３は、撮影装置１２からの撮影データを電気刺激パルス用データ（情報）に変換するための演算処理手段となるＣＰＵ（Central Processing Unit  中央演算処理装置）や電力を後述する体内装置２０側に送るための制御回路等を有する制御手段１３ａと、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からなる。撮影装置１２、電力送信部１４及び画像情報送信部１５は、制御手段１３ａに電気的に接続されている。
【０００８】
バイザー１１は、図１に示すように眼鏡形状を有しており、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。電力送信部１４は、バイザー１１を装着した際に患者眼の眼前に位置するようにバイザー１１の前面部１１ａに取り付けられている。また、撮影装置１２はバイザー１１の前面部１１ａの上端に取り付けてあり、患者に認知させる被写体を撮影することができる。
【０００９】
電力送信部１４は、フェライトやパーマロイ等の磁性体を磁芯とし、その周囲を銅線、金線等に絶縁被膜を施したコイル線にて巻くことにより１次コイルを形成している。この電力送信部１４は、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に伝送（無線送信）することができる。また、画像情報送信部１５は、赤外光を発するＬＥＤ等からなり、制御手段１３ａにて変換された電気刺激パルス信号用データを眼内に埋植される体内装置２０側に赤外光にて光通信を行うようになっている。
【００１０】
一方、図２は患者眼の眼内に設置される体内装置の構成を示した図である。体内装置２０は、基板２１、網膜を構成する細胞を電気刺激するための刺激電極２２ａが多数配列されている視覚再生部２２、体外装置１０からの電磁波を受信し電力を取得するための２次コイルからなる電力取得部２３、画像情報送信部１５からの赤外光を受光するための受光素子からなる受光部２４、内部デバイス２５等にて構成されている。なお、内部デバイス２５は、受光部２４からの信号を基に視覚再生部２２から出力させる電気刺激パルス信号を生成し、視覚再生部２２へ送信するための制御回路を有す、ＩＣ（integrated circuit）が形成されている。
【００１１】
基板２１は生体適合性の良い材料を使用しており、本実施の形態ではポリイミドを用いている。基板２１は円板部分２１ａと長板部分２１ｂとからなり、円板部分２１ａには電力取得部２３、受光部２４が取り付けられている。また、長板部分２１ｂには内部デバイス２５が取り付けられ、長板部分２１ｂの先端には視覚再生部２２が取り付けられている。また、電力取得部２３、受光部２４、及び刺激電極２２ａは、内部デバイス２５と電気的に接続されている。
図２に示す刺激電極２２ａは、図示するリード線２７の先端に形成されている。リード線２７は金、白金、チタン等の耐腐食性を有する金属線材であり、基板２１上に多層配線されている。
【００１２】
一方、円板部分２１ａに取り付けられる電力取得部２３は、フェライト等の磁性体からなる磁芯と、磁芯の周囲に巻かれたコイル線（１次コイルと同様に銅線、金線、白金等に絶縁被膜を施したもの）にて形成されており、２次コイルとして用いられる。電力取得部２３は図２（ｂ）に示すように、基板２１（円板部分２１ａ）の裏面側に取り付けられており、眼内に体内装置２０を設置する際に、電力取得部２３が後房付近に収まるようになっている（図４参照）。また、受光部２４は、図２（ｂ）に示すように基板２１（円板部分２１ａ）の表面側に取り付けられており、体内装置２０を眼内に設置した際には、体外装置１０に取り付けられている画像情報送信部１５と対向するようになっている。
また、２６は円板部分２１ａの周囲３箇所に設けられた開口部であり、体内装置２０を眼内に設置した際に、開口部２６を用いて円板部分２１ａを眼内に縫着するために用いられる。さらに長板部分２１ｂの先端はタックによって網膜上に固定保持される。
また、このような構成を備える体内装置２０は、視覚再生部２２の刺激電極２２ａ以外はポリイミド等の生体適合性の良い材料にてその全体が被覆されており、生体組織と構成部品との直接の接触や、体液等の装置内への浸潤を防ぐようになっている。
【００１３】
次に、基板２１上にリード線２７を多層配線する方法について説明する。ここで、図４は基板２１上にリード線を多層配線する工程について示した図であり、図５は多層配線されたリード線２７の状態を示した概略図である。図４（ａ）に示すように、所定の配線パターンを形成するための開口が設けられたマスク５０（フォトレジスト）を基板２１に重ねる。その後、真空蒸着法やスパッタ法を用いて、耐腐食性の金属材料からなる導電層（リード線２７）をマスク５０の開口部を介して基板２１上に形成する（図４（ｂ）参照）。図４（ｂ）に示すように、基板２１上にリード線２７となる導電層を形成後、マスク５０を基板２１上から取り除き、導電層を被覆するように所定の厚さを有した絶縁層５１を形成する。絶縁層５１に使用する材料としては、例えばポリイミド等の生体適合性の良い絶縁材料を用いることができる（図４（ｃ）参照）。
【００１４】
基板２１上にリード線２７と絶縁層５１が形成された後、図４（ｄ）に示すように絶縁層５１上に再びマスク５０を重ねて、真空蒸着法やスパッタ法を用いて耐腐食性の金属材料からなる導電層（リード線２７）を絶縁層５１上に形成する。その後、マスク５０を取り除き、再び絶縁層５１を形成して導電層を被覆することにより、立体的にリード線２７が形成された状態となる（図４（ｅ）参照）。このように下側の層と上側の層との接続がない単層配線を積み重ねる工程を繰り返し行うことにより、各リード線２７同士が独立した多層配線を形成することができる。
【００１５】
また、図５（ａ）に示すように、下層に形成されるリード線の末端（両端）の位置を、上層に形成されるリード線２７の末端の位置よりも基端側（内部デバイス２５側）、や先端側に近づけるようにしておく。このように多層配線されるリード線２７に対して、基板２１の先端側に位置する各リード線２７の末端の上方から、ＲＩＥ（reactive ion etching）等の手法によって絶縁層５１に孔を開け、各リード線２７の先端側の末端を露出させる。図５（ａ）に示すように、この露出したリード線２７の末端部分（先端）を電極２２ａとして用いることができる。なお、図５における絶縁層５１は模式図であるため、厚く記しているが、実際は５〜１０μｍ程度の厚さであり、電極２２ａの形成面積はφ１００μｍ程度となっている。また、このように絶縁層５１に孔を開けてリード線２７末端部分を露出させて電極２２ａとする場合、網膜を構成する細胞と電極２２ａとが接することは困難であるが、電極２２ａから出力される電気刺激パルス信号は、体液等を介して間接的に網膜を構成する細胞を刺激することができる。
【００１６】
また、電極と網膜を構成する細胞とを密着させ、さらに効率よく電気刺激を行いたい場合には、リード線２７の形成時に、各リード線２７の末端部分に白金、金等の電極材料を用いてバンプを形成しておく。このようにリード線末端にバンプが形成された状態で、前述した方法を用いてリード線２７を多層配線し、最表面を被覆する絶縁層を除去することにより、各リード線２７の末端に形成したバンプを露出させる。バンプを露出させることにより、図５（ｂ）に示すように、電極２２ａが最表面に表れるため、電極２２ａと網膜を構成する細胞とを密着させることができる。
【００１７】
一方、基端側（内部デバイス２５側）のリード線末端は、予め絶縁層にて被覆されないようにマスク処理等を行っておき、基端側の各リード線２７の末端と内部デバイス２５とを接続させておく。なお、図５では１つの内部デバイス２５に対してリード線２７を全て接続させるものとしているが、これに限るものではなく、各層毎に各々違う内部デバイスと接続したり、基板２１上に直接ではなく、最表面となる絶縁層５１の上に内部デバイス２５を配置することもできる。
このように、配線を多層とすることにより、配線が困難とならず、限られた面積に多数の電極を形成することができる。
【００１８】
以上のような構成を備える人工視覚システムにおいて、その動作について図３及び図６を用いて説明する。
初めに患者眼Ｅ（使用者の眼）の水晶体を既知の白内障手術装置等によって乳化吸引し、取り除いておく。次に、患者眼Ｅの角膜耳側輪部から所定距離（例えば１．５ｍｍ程度）離れた部位の強膜を所定量程度切開することにより、挿入口を作成し、ここから体内装置２０を眼内に挿入する。また、長板部分２１ｂは網膜に沿って這わせて行き、黄斑部周辺の網膜上に視覚再生部２２を位置させる。眼内における視覚再生部２２の固定は、タック３０を網膜に突き刺すことにより行う。タック３０にて網膜を突き刺すと、タック３０は網膜を貫いて、その先端は脈絡膜又は強膜に達し、これにより視覚再生部３０は網膜上に固定保持される。
【００１９】
一方、円板部分２１ａ側は図６に示すように受光部２４が前側、電力取得部２３が後側になるようにして円板部分２１ａを前眼部の虹彩裏側に置くとともに、受光部２４を瞳孔に位置させる。受光部２４を瞳孔に位置させた後、円板部分２１ａに設けられた開口部２６に縫合糸を通し、虹彩と円板部分２１ａとを縫合することにより、円板部分２１ａを前眼部にて固定保持させる。また、円板部分２１ａの固定保持は虹彩への縫合ではなく、毛様体周辺に縫合するようにしてもよい。
【００２０】
また、体外装置１０においては、バイザー１１を装着して図６に示すように電力送信部及び画像情報送信部１５を眼前に位置させておく。撮影装置１２により撮影された被写体の撮影データは、制御手段１３ａによって所定の帯域内の信号（電気刺激パルス用データ）に変換され、画像情報送信部１５より赤外光として体内装置２０側に送信される。体内装置２０の受光部２４によって受光された電気刺激パルス用データは、電気信号にて内部デバイス２５に送られる。内部デバイス２５では受け取った電気刺激パルス用データを基に、各刺激電極２２ａから出力するための電気刺激パルス信号を生成し、視覚再生部２２に送る。視覚再生部２２では受け取った電気刺激パルス信号を対応する刺激電極２２ａから出力させ、網膜を構成する細胞を刺激し、視覚の再生を促す。なお、体外装置１０の電力送信部１４は、バッテリー１３ｂから供給されている電力によって磁界を形成し、電磁誘導により２次コイルからなる電力取得部２３に対して電力の供給を行う。このように電力取得部２３にて得られた電力は、体内装置２０の駆動や刺激電極２２ａからの電気刺激パルス信号に用いられる。
【図面の簡単な説明】
【００２１】
【図１】本実施形態の視覚再生補助装置における体外装置の概略構成を示した図である。
【図２】本実施形態の視覚再生補助装置における体内装置の概略構成を示した図である。
【図３】本実施形態の視覚再生補助装置における制御系を示した図である。
【図４】リード線を多層配線する方法を示した図である。
【図５】基板上に多層配線したリード線を示した概略図である。
【図６】視覚再生補助装置を患者に取り付けた例を示した図である。
【符号の説明】
【００２２】
１  視覚再生補助装置
１０  体外装置
１１  バイザー
１４  電力送信部
２０  体内装置
２１  基板
２２  視覚再生部
２２ａ  電極
２７  リード線
５１  絶縁層
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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