一种用于人工视觉领域的视网膜前微电极阵列芯片

摘要

一种用于人工视觉领域的视网膜前微电极阵列芯片，包括芯片基底、埋布在芯片基底内的导线和突出于基底表面且形成阵列的微电极，芯片基底的下端边缘开有至少两个下缝线预留孔，芯片基底自下而上顺序排布有微电极排布下区、微电极排布中区、微电极排布上区、基底缩窄区和基底展宽区，基底展宽区内含有与电极排布区对应的触点，通过埋在芯片基底中的导线与微电极相连。芯片基底在邻近基底缩窄区下端分别开有至少三组两个巩膜切口缝线预留孔，其两边缘分别开有至少两个上缝线预留孔，基底展宽区的两边开有眼外缝线预留孔。本发明可刺激盲人的视网膜神经节细胞，恢复部分视力，避免了医源性视网膜裂孔导致的孔源性视网膜脱离、脉络膜出血和交感性眼炎。

说明书

技术领域

本发明涉及一种眼科医疗器械，特别是一种用于人工视觉领域的视网膜前微电极阵列芯片。

背景技术

视觉系统是人类认识和改造客观世界最重要的信息来源。人的视觉系统由眼屈光间质和视觉神经系统组成，形成了光信号传播、光电转换和电信号处理传导，最后由视觉中枢结合人们的生活经验进行感知的完整过程。尽管当今的医疗手段对很多致盲眼病如沙眼、白内障、青光眼等，已有了有效治疗方法，但对于视网膜色素变性（RP）等外层视网膜（光感受器）被破坏的眼底疾病仍无十分有效的疗法。仅仅就RP一种疾病而言，其发病率为1/3500 - 1/4500左右，按照这一数字计算，中国的RP患者约有4万人。

人工视觉假体这一概念的提出，为治疗此类致盲性眼病带来了希望，其设计理念基于这样一个事实，即许多光感受器被破坏的患者，视网膜上仍然能够保存一定数量可以正常传导视觉信号的神经节细胞，因此，通过直接刺激视网膜神经节细胞而绕过受损的光感受器，就可以诱发光幻视，这就是利用电子设备修复视觉功能的重要基础。

目前，国际最新的基于视网膜前刺激的人工视觉假体系统（Argus II）刚刚在欧洲得以批准上市，这一系统由微型摄像头、图像处理装置、光电转换器、微电极阵列等部分构成。通过这一系统，患者可以识别事物、图形，甚至可以阅读大号印刷体的文章。然而，其微电极阵列的设计存在如下缺点：

1、  在视网膜前表面固定微电极阵列需要采用钛钉在视网膜上打孔，这一操作增加了孔源性视网膜脱离的风险；

2、  钛钉钉在视网膜后极部，该部位脉络膜血供丰富，容易造成脉络膜出血甚至脉络膜爆发性出血；

3、  由于损伤了脉络膜（葡萄膜的一部分），容易诱发葡萄膜炎，甚至导致对侧眼发生交感性眼炎；

4、  钛钉为倒刺设计，钉入眼球壁后不易取出，如果微电极阵列在使用一段时间后需要取出或更换，将会非常困难；

5、  该微电极阵列仅仅能够刺激视网膜的黄斑区，无法刺激视网膜的其他区域，即患者仅能恢复部分中心视力，而周边视野无法恢复。

6、  微电极阵列引出眼球后，巩膜切口闭合较差，容易形成切口渗漏。

针对上述这些缺点，本发明设计了一种全新的视网膜前微电极阵列和手术植入方式，用于解决上述问题。

发明内容

本发明提供一种用于人工视觉领域的视网膜前微电极阵列芯片，要解决的主要技术问题有以下几点：

1）视网膜前微电极阵列的形状设计；

2）视网膜前微电极阵列的固定方式（包括手术植入方式）；

3）视网膜前微电极阵列内部的微电极分布。

为实现上述目的，本发明采用如下技术方案：

一种用于人工视觉领域的视网膜前微电极阵列芯片，包括芯片基底、埋布在芯片基底内的导线和突出于基底表面且形成阵列的微电极，其特征在于：所述芯片基底下端边缘开有至少两个下缝线预留孔，芯片基底自下而上顺序排布有微电极排布下区、微电极排布中区、微电极排布上区、基底缩窄区和基底展宽区，所述芯片基底在邻近基底缩窄区的下端分别开有至少三组两个巩膜切口缝线预留孔，下端的两边缘分别开有至少两个上缝线预留孔，所述基底展宽区的两边开有眼外缝线预留孔。

所述芯片基底可以是聚酰亚胺或聚对二甲苯材料（Parylene）。

所述微电极14、触点15和芯片基底中导线的材料是金属铂或者铂合金。

所述微电极排布中区可以为正方形、微电极排布上区和微电极排布下区为长方形。

所述微电极排布上区、中区、下区含有微电极，微电极的排列方式可以任意安排。

所述微电极的基底展宽区含有与微电极对应的触点，用于引出导线。

所述基底展宽区与基底缩窄区之间可以为平滑连接线。

所述下缝线预留孔、上缝线预留孔、眼外缝线预留孔以及巩膜切口缝线预留孔的孔径可以是0.2～0.4mm。

所述芯片基底的宽度是6～8mm，微电极排布中区的宽度是4mm～7mm，芯片基底的总长度是49mm～88mm，所述基底展宽区与基底缩窄区的总长度在4mm～12mm之间。

有益效果：本发明用于刺激盲人的视网膜神经节细胞，以恢复盲人的部分视力，由于植入此微电极阵列不需要在视网膜上打孔，没有视网膜的直接损伤，避免了医源性视网膜裂孔导致的孔源性视网膜脱离，防止出现脉络膜出血和交感性眼炎，并使植入的微电极阵列容易取出和更换。由于微电极阵列内部的微电极分布分为上中下三个区，因此，此微电极阵列理论上利用中区刺激视网膜黄斑区；由于来自视网膜颞侧的节细胞神经纤维跨过通过黄斑中心凹的垂直线，因此利用微电极的上区和下区刺激可以恢复患者鼻侧的部分视野功能。巩膜切口缝线预留孔的设计可以增加巩膜切口的闭合性。此外，基底缩窄区变成基底展宽区以后，可以减少外引导线焊接的难度，增加电极本身的可靠性。本发明可广泛应用于人工视觉领域中。

附图说明

下面结合附图对本实用新型做进一步详细的说明。

图1是本发明的结构示意图。

图2是本发明固定后的形状示意图。

附图标记： 1-微电极排布下区、2-微电极排布中区、3-微电极排布上区、4-基底展宽区、5-基底缩窄区、6、7-上缝线预留孔、8、9、10-下缝线预留孔、11、12-眼外缝线预留孔、13-芯片基底、14-眼球、15-触点、16-巩膜切口缝线预留孔。

具体实施方式

实施例参见图1、图2所示，一种用于人工视觉领域的视网膜前微电极阵列芯片，包括芯片基底13、埋布在芯片基底13内的导线和突出于基底表面且形成阵列的微电极，其特征在于：所述芯片基底13的下端边缘开有至少两个下缝线预留孔8、9、10，芯片基底13自下而上顺序排布有微电极排布下区1、微电极排布中区2、微电极排布上区3、基底缩窄区5和基底展宽区4，所述芯片基底13在邻近基底缩窄区5下端分别开有至少三组两个巩膜切口缝线预留孔16，其两边缘分别开有至少两个上缝线预留孔6、7，所述基底展宽区4的两边开有眼外缝线预留孔11、12。所述微电极排布上区、中区、下区含有微电极，微电极的排列方式可以任意安排。所述微电极的基底展宽区含有与微电极对应的触点，用于引出导线。

所述芯片基底13是聚酰亚胺或聚对二甲苯材料。

所述微电极14、触点15和芯片基底中导线的材料是金属铂或者铂合金。

所述微电极排布中区2为正方形、微电极排布上区3和微电极排布下区1为长方形，长宽可以根据布线要求灵活掌握，电极点的数量可以灵活掌握，在布线允许的范围内越多越好。以该具体实施方式为例，微电极排布上区、中区、下区分别含有微电极21、143、21个，微电极总数为185个，与之对应的基底展宽区含有的触点数同样为185个。图1仅仅是示意图，具体的微电极、导线以及触点的排布方式可以灵活。

所述基底展宽区4与基底缩窄区5之间为平滑连接线，是与微电极排布下区1、微电极排布中区2、微电极排布上区3对应的电极触点区，通过这一区域的触点可以用外接电源对微电极排布下区1、微电极排布中区2、微电极排布上区3的微电极通电；

所述下缝线预留孔8、9、10、上缝线预留孔6、7、眼外缝线预留孔11、12以及巩膜切口缝线预留孔的孔径是0.2～0.4mm。

所述芯片基底13的宽度是6～8mm，微电极排布中区2的宽度是4mm～7mm，芯片基底13的总长度是49mm～88mm，所述基底展宽区4与基底缩窄区5的总长度在4mm～12mm之间。

所述基底13、基底缩窄区5以及基底展宽区4埋有连接基底展宽区4的触点和微电极排布区1、2、3的导线。

视网膜前微电极阵列的形状设计和其内部的微电极分布。

本发明的基底采用聚酰亚胺或者聚对二甲苯（Parylene）材料，其与视网膜接触的电极金属部分采用铂，埋在基底中的导线亦采用铂。电极阵列的形状设计和内部结构见图1。此微电极阵列中用于预置缝线的孔的直径均为0.3mm，除了a、b、c、d对尺寸要求严格外，其余均可按照埋线要求灵活掌握。按照眼球解剖结构计算，a=7mm，b=5mm。其眼内部分长度，即图中c值应满足：

c = π·AL-角膜直径-7，单位为mm。其中，AL为眼轴长度。一般情况下，角膜直径取值11-12mm。根据不同个体眼轴差异不同，计算c的取值范围在45-80mm之间。眼外部分长度，即图中的d值，取值范围在4mm-12mm之间。

假设有一名因视网膜色素变性失明的患者要求行视觉假体植入，其眼轴轴长为24mm，角膜直径为11mm。

为了恢复部分周边视野的功能，此微电极阵列特别设计了除黄斑区外的两处微电极阵列区域。电极植入后，由于神经纤维层的分布类似电场，因此两区域的微电极如果工作，将诱发产生鼻侧视野的光幻视。

电极尺寸：按照眼球14的解剖结构计算，a=7mm，b=5mm。c = π·AL-角膜直径-7，经计算为68mm。眼外部分d取值12mm,则此视网膜前微电极阵列的总长为80mm。

本发明的固定方式，即植入此视网膜前微电极阵列的手术步骤如下：

首先，需要对患者实施标准的白内障超声乳化手术，将晶状体摘除（可以保留晶体囊袋），之后行标准的三切口玻璃体切割术，将玻璃体切净。在眼球上方12点位，角巩膜缘后3.5mm-4mm做巩膜穿刺口，宽度为7mm。在微电极阵列末端的下缝线预留孔8、9、10中预置带针缝线，之后穿透到6点位的角巩膜缘后3.5mm-4mm，利用下缝线预留孔8、9、10与巩膜在睫状体平坦部附近缝合固定牢固。将此微电极阵列的剩余部分慢慢插入眼球，沿着眼球弧度将微电极排布中区2贴附到视网膜黄斑区。利用微电极阵列上方的上缝线预留孔6、7与巩膜在睫状体平坦部附近缝合固定牢固，用针穿过巩膜切口缝线预留孔16将巩膜切口缝合，使其闭合。将其余部分放在眼球外，利用基底展宽区4两侧的眼外缝线预留孔11、12再次与巩膜缝合固定。至此，此微电极阵列的手术植入完毕。