JP2011521697A - 移植可能型接続装置 - Google Patents

Abstract

本発明は、骨組織１が定着することができる多孔性担体１２０と担体又は少なくとも当該装置のための空間に埋設される電気的装置とを有する移植可能型接続装置１００に関する。担体は、特に、セラミック粒子、例えばヒドロキシアパタイト及びリン酸三カルシウムの混合を有することができる。電気的装置は、外部装置のリード１１，２１が接続装置の両側において結合可能である１つ以上の貫通ワイヤからなるものとすることができる。接続装置は、例えば、脳と外部パルス発生器との電極間の電気的接続をなすために患者の頭蓋骨１の中へ移植されることができる。

Description

本発明は、移植可能型接続装置に関し、特に、脳における電極に電気的アクセスをなすために患者の頭蓋骨の中へ埋め込むことのできる装置に関する。

国際特許出願に係る文献のＷＯ２００５／０３９６９４Ａ１は、患者の脳の中への電極の埋め込みを必要とする方法を開示している。このような電極への制御及び電力供給は、無線で行うことができるものであるが、低い電力効率の複雑かつ敏感な処理である。対照的に、有線接続は、頭蓋骨を通じる当該ワイヤの変遷がワイヤ切断を招きうる機械的応力に晒されるという不利益がある。さらに、当該ワイヤの貫通は、しばしば炎症を受ける。

こうした状況に基づいて、本発明の目的は、骨構造を通じた電子構成部への電気的に信頼性が高くかつ生理学的に十分親和性のあるアクセスのための手段を提供することである。

この目的は、請求項１による移植可能型接続装置により達成される。好適実施例は、従属請求項に開示される。

本発明により提案される装置は、以下において「移植可能型接続装置」と称される。何故なら、当該装置は、人又は動物の患者の生体の中へ移植可能である（すなわち、この目的のために十分に小さく生物学的適合性のあるものでなければならない）からであり、しかも種々の構成部、特に頭蓋骨のような骨構造の対向側部に配される構成部の電気的接続に役立つからである。この移植可能型接続装置は、次の構成部を有する。

・骨組織が付着することの可能な多孔性担体であって、当該付着が当該担体の表面に限定された接触及び／又は当該担体の中への骨組織の成長を有しうるもの。

・電気的装置であって、当該担体又はこのような電気的装置に確保された当該担体における少なくとも１つの空間（キャビティ）に埋め込まれる電気的装置。この装置は、例えば、隣接の組織に配される電極に電気的パルスを伝送するためのパルス発生器とすることができる。

説明する移植可能型接続装置は、電気的装置のための保護されて安定かつ十分洗練されたシートを提供する利点がある。何故なら、このシートは、当該接続装置の（産業用）製造の間又はその後の応用の間、担体に埋め込まれるからである。加えて、接続装置は、当該組織が付着可能なその多孔性担体のために骨組織内に最適に一体化されるように構成される。したがって、システム全体は、（治療後に）患者の体の中へ密接して一体化されることができるとともに、感度の高い電気的構成部は、安全な、保護された人工構造に維持される。

当該担体は、開口構造を有するのが好ましく、すなわち、当該担体の孔は、当該材料を通じて接続経路を形成するように接続される。この場合、（骨）組織が当該担体の中へと成長しこれによりそれが体の中へと一体化することができることを可能にする。

当該担体は、オプションとして、好ましくは同質又は異質性の混合物の形態を採る分解性材料及び非分解性材料を有することができる。分解性材料は、治療過程中に身体組織により少しずつ置換させることができ、これにより、当該接続装置の例えば患者の頭蓋骨の中への最適な一体化を可能にする。分解性及び非分解性材料の比を適切に選択することにより、この一体化の速度及び最終結果が要望に応じて制御可能である。さらに、例えば、当該電気的装置の近傍においては非分解性材料のより多くの部分及びその周辺においては分解性材料のより多くの部分を有する空間的に変化する組成比を持つ接続装置を製造することができる。

当該担体は、骨様の安定性と良好な生体適合性とを組み合わせるので、セラミック材料を有するのが好ましい。

上述したセラミック材料は、オプションとして、セラミック粒子の不規則又は規則的な母材構造で構成されうる（ここでそれら粒子は、それら自体が不規則又は規則的形状のものとすることができる）。かくして、密度又は多孔率のような物理的特性は、当該構造の適切な選択により所望通りに設定可能である。

当該セラミック構造は、ハイドロキシアパタイト及び／又はリン酸三カルシウムを有するのが好ましく、これらは、骨に対しての良好な適合性とともに、それぞれ非分解性及び分解性の材料である。

骨組織の中への移植可能型接続装置の一体化は、当該担体が骨チップ、コラーゲン、血栓及び／又は骨形成促進剤を有する場合にさらに強化することができる。これらの材料の組み合わせ及び量を選択することにより、各ケースの個々の要件（接続装置のサイズ、体における位置、患者の年齢など）に応じて当該体の中への当該接続装置の一体化過程に影響を与えることができる。

当該担体はさらに、導電性被覆を有する導電性材料及び／又は粒子をさらに有するものとすることができる。このようにして、電気的信号及び／又は電力の流れのために当該担体を備えることができる。

当該担体に埋め込まれる（埋め込み可能な）電気的装置は、骨組織近く又はその中へ移植すべき電気又は電子的構成部の何らかの種類とすることができる。実際的な重要性の高いケースにおいて、当該電気的装置は、接続装置の対向側部を電気的に接続する少なくとも１つの導電性ワイヤ又はリードを有し又は当該ワイヤ又はリードからなる。このケースにおいて、移植可能型接続装置は、骨材料を通じた電気的アクセス、例えば当該骨（例えば頭蓋骨）の内部空洞へのアクセスをなすことができる。このようなワイヤ接続の利点は、高い信頼性、頑強さ及びエネルギ効率性である。さらに、当該ワイヤは、同時に骨組織への最適な一体化及び当該担体におけるしっかりとした埋め込みがなされる。このワイヤは、例えば、金属（銅、金など）又は導電性ポリマにより作ることができる。

上述したワイヤは、通常、接続装置の両側における他の装置、例えば第１の（内部）側における実施刺激電極及び第２の（外部）側におけるパルス発生器に接続されることになる。可能であれば、当該ワイヤは、無事にこれら他の装置へと通じることができる。但し、多くのケースにおいて、他の電子端子、例えば上述した刺激電極又はパルス発生器に至るワイヤに対して当該担体に埋め込まれるワイヤを接続する必要性が出てくる。電気的端子に対する当該埋め込みワイヤのこのような接続は、適切な手段、例えば半田付け、溶接、接着剤、圧着などにより、行うことができる。好ましくは、当該接続装置の中へ埋め込まれるワイヤは、外部の電気的端子が（可逆的又は永続的に）結合されることもできる少なくとも１つのコネクタに（可逆的又は永続的に）結合される。したがって、快適なプラグ・アンド・ソケット型接続を確立することができ、これは外科的介入処置の間において接続するのが非常に容易であり、移植された接続装置の取り外しなしで電気的構成部の交換を可能にする。

上述したワイヤは、当該担体を通じて多かれ少なかれ不規則な経路に従うものとすることができる。或いは、これらは、当該担体の管状空間を通じて延びるものとすることができ、これにより、ワイヤに対する最小の曲げ応力の短い経路を提供し、とりわけ、後の段階で（例えば外科的介入処置の間に）当該担体にワイヤを挿入する可能性を提供する。

当該担体を通じて走るワイヤは、オプションとして、（例えば焼結のような処理において）担体材料の粒子に付けられるようにしてもよい。したがって、ワイヤと担体材料との強固な接続が提供される。

本発明のこれらの態様及びその他の態様は、以下に説明される実施例に基づいて明らかとなる。これら実施例は、添付図面を用いて例示により説明されることとなる。
患者の頭蓋骨の中へ移植される本発明による第１の移植可能型接続装置を示す概略的断面図。 第１の移植可能型接続装置を個別に透視図法にて示す図。 本発明による第２の移植可能型接続装置の非正規の担体を通じて延びる２つのワイヤの拡大図。 本発明による第３の移植可能型接続装置の正規の担体を通じて延びる２つのワイヤの拡大図。 平行な導電性経路を備えた本発明の第４の移植可能型装置の概略的透視図。 同等の参照数字又は１００の整数倍だけ異なる数字は、図面において同一又は同様の構成部を指している。

幾つかの外科的処置は、電極が「脳内」に移植され電気的パルスが病気を治療するために特定の箇所に伝送されるとした文献に記述されている。これら病気の例には、パーキンソン病や様々な臨床的鬱病がある。また、蝸牛殻領域の刺激は、聴覚障害を患う患者を補助するために用いられる。これらのケースの全てにおいて、電極（又は複数の電極）は、頭蓋骨領域内に移植される。この電極の先端は、輸送手段であり、電気的パルスを周囲の組織に伝送する。電極（先端）は、これら電気的パルスを発生する装置に何らかの方法で接続される。

上述した電極は、大抵は開頭術の外科的処置の間に移植される。多くのケースにおいて、一方の側において当該電極に接続されるワイヤは、皮膚の下（普通は、鎖骨の下の皮下、鎖骨の下の副次的筋肉又は筋膜下）に位置づけられる外部装置に頭蓋骨を通して押し込まれ、必要なワイヤ配線は、皮膚の真下に位置づけられる。骨弁の置換の後は電極が残る。

一般に、どのようにして電気的パルスが電極先端に届きうるかについての幾つかの選択肢がある。或る方法は、当該装置から電極先端への導電経路（「ワイヤ」又は「リード」）の上述した使用である。「ワイヤレス」のオプションにおいて、エネルギ及び／又は通信情報は、電界、磁界、光、音響場又はこれらの組み合わせを用いることにより頭蓋骨を通じて伝送される。このワイヤレスの方法では、ワイヤが骨物質を通じて押し込まれる必要がなく、これは、このような貫通が炎症の原因又は疲労によるワイヤの機械的故障の原因となりうるので、有利である。但し、無線技術は、エネルギ不足で望ましくない局部的発熱を生じかねないので、いくつかの短所もある。

上記問題に対処するため、本発明は、一方の側においてパルス発生器のような電気的装置又は当該装置からのワイヤが接続され（「外ワイヤ」）、他方の側において当該電極先端に取り付けられ接続される（「内ワイヤ」）ものとして頭蓋骨に埋め込まれる移植可能型接続装置（又は「インターコネクト））を用いることを提案するものである。このアプローチは、当該骨に全部が埋め込まれる最適な相互接続デザインが、骨の両側において２つの環境を完全に分離するので、有益である。

脳組織は、皮下ポケットにおける組織とは異なるので、治療、炎症又は瘢痕組織形成のようなイベントは、異なる起源を有し、異なる生物学的通路を通じて生じる。提案の移植可能型接続装置は、この点につき、内外ワイヤ双方についての材料選択及び機械的特性の最適化を見越している。これに加え、薬剤又はスマート分子（生物学的又は合成材料のもの）の内又は外ワイヤへの付着は、性能を改善することができる。これら分子の幾つかは、例えば、脳組織との組み合わせにおいて望まれないものの、皮下において用いられると非常に有益なものとなりうる。

この提案の移植可能型接続装置を用いることによって、外ワイヤの置換は、比較的に容易である。何故なら、当該装置は、皮膚における小さな切開だけがアクセス可能であるからである。さらに、患者は、例えば微調整又はマッピングの目的のための１組の神経学的系列に配される外部又は治療用の装置に、このようにして簡単に接続されることが可能である。

図１は、患者の頭蓋骨１を通じた断面を概略的に示しており、本発明による移植可能型接続装置又は「インターコネクト」１００の第１の実施例が頭蓋骨における孔の中へと移植される。パルス発生器（図示せず）のような外部装置に至る外ワイヤ１１は、頭蓋骨１の外側に配される接続装置１００のコネクタ１１０に結合される。同様に、脳組織（図示せず）における電極に至る内ワイヤ２１は、接続装置１００の内部コネクタ１３０に付けられる。内部及び外側コネクタ１１０及び１３０は、頭蓋骨１に埋め込まれる多孔性担体１２０により機械的に結合される。これらはまた、担体１２０の中へ埋め込まれた（単一の）ワイヤ（図示せず）により及び／又は担体１２０全体を導電性とすることにより、電気的に結合される。

図２は、図１の移植可能型接続装置１００の透視図を示している。この装置１００は、３つの円筒形要素、すなわち外部コネクタ１１０、担体１２０及び内部コネクタ１３０により構成されることが分かる。

図３は、本発明による第２の移植可能型接続装置２００の担体２２０の内部構造を示している。この担体は、不規則に整形され配置されたセラミック粒子２２１の母材であってこれら粒子の間に開いた穴を形成するものを有する。２つの内部貫通ワイヤ２４１及び２４２は、担体２２０のエンプティ接続空間を通じて（概して互いに平行に）延び、最終的に外部ワイヤ１１，１２及び内部ワイヤ２１，２２にそれぞれ接続する。一般的に、電気的に接続する通路は、例えば金属導電体又は導電ポリマにより形成可能である。

図４は、図３と同様の表記にて第３の移植可能型接続装置３００の担体３２０の内部構造を示している。このケースにおいて、セラミック粒子３２１は、規則的（周期的）母材において規則的に整形され位置づけられる。

予め規定された相互孔（interpores）及びホールを持つ良好に構成された粒子は、最適な骨形成を見越す。内部貫通ワイヤ３４１，３４２は、担体の管状空間を通じて延び、セラミック粒子３２１に付される。

接続経路（ワイヤ）は、製造中にセラミック担体に組み込むことができる。或いは、セラミック材料は、中空の管状開口部を含むようにしてもよい。適用の間、電極ワイヤは、そこでは外科医によりこれら開口を通じて送り込まれことができ、新しく形成された骨に一体化されることになる。このケースにおいて、（電極ワイヤの（一次的）固定が必要となりうる。

説明した移植可能型接続装置の担体は、オプションとして、１つ又は複数の導電性材料（金属又は導電性の被覆を持つセラミック）を有するものとすることができる。このようにして、接続装置を通じて延びる導電性通路を形成することができ、上述した種類の内部ワイヤを置換することができる。導電性材料を有する担体の領域が絶縁材料により互いに分離されている場合、担体を通じる複数の接続経路を構成することもできる。

図５は、この点について第４の移植可能型接続装置４００の担体４２０を示している。担体４２０は、絶縁性セラミック材料４２１によって分離される複数の平行導電性通路４４１を有する。このような構造は、例えば、精密に秩序化した金属被覆ポリマビーズと、導電通路が間に絶縁材料とともに形成されるような裸のポリマビーズとにより製造可能である。このため、複数の平行な区画を有する主軸（mandrel）を用いることができ、これら区画の各々は、金属被覆ビーズ（図５の黒）又は非被覆ビーズ（白）が充填される。この主軸の除去後において、３Ｄポリママスクは、アイソレータ４２１により分離された幾つかの導電通路４４１からなるものとして形成される。このポリママスクにセラミックスラリーを充填し、ポリマビーズの焼成、セラミックの形成の後に、最終的形状が得られる。

図１及び図２の接続装置１００の担体１２０は、（これら実施例においては、１つではなく幾つかの内部貫通ワイヤが用いられるという点のほかには）それぞれ図３ないし図５の担体２２０，３２０又は４２０のように構成可能である。

担体の開口構造は、大抵は、骨形成を促進させることになりこれにより自然の骨により当該接続装置が溶け込むので好ましい。

内部及び外部ワイヤ１１，１２，２１，２２の取り付けは、圧着、接着剤、半田付け又は溶接（生体外）により行うことができる。また、図１及び図２に示されるような付加的な「標準」コネクタ１１０，１３０は、簡単でかつ可逆性の「プラグイン」接続を可能とするために用いることができる。

本担体は、例えばハイドロキシアパタイト（ＨＡ，非分解性）及び／又はリン酸三カルシウム（ＴＣＰ，分解性）により形成された粒子を持つ（バイオ）セラミック材料を有するのが好ましい。このセラミック材料は、例えば１００％ＨＡにより形成可能であり、或いはＨＡ及びＴＣＰの組み合わせからなるものとすることができる。そして、ＨＡとＴＣＰの比は、この「人口骨」の分解性を決定することとなり、約６０／４０のＨＡ／ＴＣＰ比を「ゴールデンスタンダード」として用いることができるが、他の比を用いてもよい。適切な担体材料に関するさらなる詳細は、例えば、米国特許出願に係る文献のＵＳ４１９５３６６、ＵＳ４６２９４６４、ＵＳ５０１７５１８、ＵＳ５０９６８１４、ＵＳ５２６６２４８、ＵＳ５３５５８９８、ＵＳ５５３１７９４、ＵＳ５５４９１２３、ＵＳ５９１６５５３又はＵＳ６１４９６８８において見つけることができる。

多孔性セラミック材料を生成する沢山の方法がある。相互多孔性接続を含む開口を有する十分に構成された構造を持つ多孔性セラミックは、セラミック材料の負の窪みを作るためにポリマビーズ（ＰＭＭＡなど）を用いることによって生成することができる。この出願に説明される方法の場合、金属ワイヤ又は他の導電性材料は、その後にポリマビーズが充填される型に入れられる。この型は、炉に入れられ、ポリマビーズのガラス転移温度に達するまで加熱される。炉の状態及び露出時間は、ビーズが溶け共に付着するように制御される。そして、セラミックスラリーは、当該型に注がれ、ビーズの間の残りの開口部が充填される。乾燥後、この緑の形状を含む型は、焼結の炉に入れられ、２つの加熱サイクルにおいてセラミック材料が形成される。第１のステップの目的は、第２のステップにおいてセラミックが焼結される間にポリマを除去することである。セラミック材料の生成のための方法についてのさらなる詳細は、例えば、米国特許出願に係る文献のＵＳ６０３７５１９、ＵＳ６３４６１２３及びＵＳ２００６０２５７４４９において見つけることができる。

本担体は、網又は孔を含む領域が頭蓋骨のレベルにあるようにして外科的介入の間に配される。頭蓋骨における開口部が十分小さい場合、重大なものではない自然発生的な治療及び外傷の閉鎖を生じることとなる。開口部が重大である場合、担体の開口構造は、オプションとして、骨形成促進剤（ＢＭＰ−２など）を付加し又は付加せずに、骨片、コラーゲン、血栓が充填されるものとすることができる。

移植される接続装置は、治療処理が終了するまで位置的に保持される必要がある。このことは、頭蓋骨に対して一時的なものだけでなく持続的な固定により行うことができる。このために、小さなネジの他、接着剤又は当業者に知られている他の方法を用いることができる。

所定の位置において、この接続装置は、内部環境から当該外部を分離し、頭蓋骨の内部に配される電極に対して直接的な電気的アクセスをなすことになる。治療が生じた場合、接続装置は、頭蓋骨の内部領域から当該外部を完全に分離する。

なお、単なる貫通ワイヤよりも精緻な電気的装置を、提案した移植可能型接続装置のセラミック担体に埋設することができる。

上述した移植可能型接続装置は、特に（但し排他的なものではいが）、例えば深部脳刺激又は聴覚障害の治療に関して頭蓋骨領域に用いることができる。これらの装置は、例えば、蝸牛移植部と頭蓋骨の外に配される電子部との間の有線接続を形成することを可能とする。

最後に、本願において、「有する」なる文言は、他の要素又はステップを排除せず、名詞の単数表現は複数を排除せず、単一のプロセッサ又は他のユニットは、複数の手段の機能を満たしうることを注記する。本発明は、あらゆる新規な特徴事項及び特徴事項のあらゆる組み合わせに存するものである。さらに、請求項における参照符号は、これらの範囲を限定するものと解釈してはならない。

Claims (13)

1. 移植可能型接続装置であって、
   ａ）骨組織を付けることのできる多孔性担体と、
   ｂ）電気的装置であって、前記担体及び／又は当該電気的装置の空間に埋設される電気的装置と、
   を有する接続装置。
2. 請求項１に記載の移植可能型接続装置であって、前記担体は、開口構造を有する、装置。
3. 請求項１に記載の移植可能型接続装置であって、前記担体は、分解性材料及び非分解性材料を有する、装置。
4. 請求項１に記載の移植可能型接続装置であって、前記担体は、セラミック材料を有する、装置。
5. 請求項４に記載の移植可能型接続装置であって、前記セラミック材料は、セラミック粒子の不規則的又は規則的粒子を有する、装置。
6. 請求項４に記載の移植可能型接続装置であって、前記セラミック材料は、ハイドロキシアパタイト及び／又はリン酸三カルシウムを有する、装置。
7. 請求項１に記載の移植可能型接続装置であって、前記担体は、骨片、コラーゲン、血栓及び／又は骨形成促進剤を有する、装置。
8. 請求項１に記載の移植可能型接続装置であって、前記担体は、導電性材料及び／又は導電性被覆を備えた粒子を有する、装置。
9. 請求項１に記載の移植可能型接続装置であって、前記電気的装置は、当該接続装置の対向する側部を電気的に接続する少なくとも１つのワイヤを有する、装置。
10. 請求項９に記載の移植可能型接続装置であって、前記ワイヤは、外部リードが結合可能なコネクタに少なくとも一端部において結合される、装置。
11. 請求項９に記載の移植可能型接続装置であって、前記ワイヤは、前記担体における管状空間を通じて延びる、装置。
12. 請求項９に記載の移植可能型接続装置であって、前記ワイヤは、前記担体の粒子に付される、装置。
13. 請求項９に記載の移植可能型接続装置であって、前記ワイヤは、金属又は導電性ポリマにより形成される、装置。

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