文献情報
文献番号
201224036A
報告書区分
総括
研究課題名
MEMS/NEMS人工聴覚器による感音難聴治療法開発
課題番号
H22-感覚-一般-004
研究年度
平成24(2012)年度
研究代表者(所属機関)
伊藤 壽一(京都大学 医学研究科耳鼻咽喉科)
研究分担者(所属機関)
- 中川 隆之(京都大学 医学研究科 耳鼻咽喉科)
- 坂本 達則(京都大学 医学部附属病院 耳鼻咽喉科)
- 平海 晴一(京都大学 医学部附属病院 耳鼻咽喉科)
- 川野 聡恭(大阪大学大学院 基礎工学研究科)
- 土井 謙太郎(大阪大学大学院 基礎工学研究科)
- 和田 仁(東北大学大学院 工学研究科)
- 小池 卓二(電気通信大学 電気通信学部 )
研究区分
厚生労働科学研究費補助金 疾病・障害対策研究分野 障害者対策総合研究
研究開始年度
平成22(2010)年度
研究終了予定年度
平成24(2012)年度
研究費
7,645,000円
研究者交替、所属機関変更
-
研究報告書(概要版)
研究目的
平成23年度までの研究成果で圧電素子膜を用いた完全埋め込み型デバイスが実際に蝸牛内で音響刺激により起電可能なことを示した。平成24年度には、実用化に向けて、1)デバイスからの出力向上、2)応答周波数帯域の広域化、3)ラセン神経節刺激に必要な電圧を減じることが可能な電極開発、4)蝸牛内での固定方法の開発を行った。
研究方法
デバイスからの出力向上に関しては、新しい圧電素子膜の使用、デバイスデザインの改訂を行い、体外での音響刺激に対する応答を記録した。応答周波数の広域化については、平成23年度に引き続き、音波を検知する振動部に厚み変化を与えることで応答周波数帯域を広げる方法で、応答周波数の広域化を図った。電極開発については、蝸牛軸内に挿入する電極開発を行い、蝸牛埋め込み実験を行い、実際の手術操作に耐えうる仕様を調べた。蝸牛内での固定法に関しては、上記の電極デザイン改訂によるデバイスの固定を検討すると同時に、数値モデルを用い、デバイス挿入による基底板振動の変化についての解析を行った。また、平成23年度開発デバイスの蝸牛内長期埋め込みの蝸牛組織に与える組織学的な影響について調べた。
結果と考察
デバイス出力については、新規圧電素子材料の採用とフレームに対する圧電素子膜固定法の変更などのデザイン変更により、体外計測で過去に開発したプロトタイプに比較して、約3000倍の出力増大を達成することができた。応答周波数広域化に関しては、グレイスケール露光法を用いて、膜厚を長軸方向に変化させる圧電素子膜を作製し、圧電素子膜の厚さで最大46倍の変化をつけることに成功した。振動特性では、過去に開発したプロトタイプに比べて、20倍以上の帯域拡大に成功した。電極開発においては、異なる電極長のデバイスを作製し、モルモット蝸牛鼓室階から蝸牛軸への装着実験を行い、電極2本を確実に挿入可能で、デバイス固定にも有効なデザイン変更点が明確となり、詳細な仕様を決定することができた。数値モデル解析では、材質を既存の人工内耳電極の組成と仮定した解析を行い、長さについては、基底板全長とその半分の2通りとした。結果、蝸牛頂部付近の電極の存在が振幅値の低下に影響を及ぼす事が示唆された。特徴周波数位置について解析したところ、基底板長と同じ長さの電極の場合、周波数特性が全体に基底側にシフトすることが明らかとなった。一方、半分の長さの場合、高音域にのみ同様の現象が観察された。したがって、蝸牛基底回転部分のみにデバイスを挿入した場合の蝸牛基底板振動特性に対して与える影響は小さいことが分かった。長期埋め込み実験については、既存の人工内耳電極および平成23年度モデルデバイスを蝸牛基底回転鼓室階に開窓を設け、それぞれを挿入後、筋膜および有茎筋肉弁で閉鎖し、4週間後に組織学的解析を行った。蝸牛基底回転、第2回転鼓室階に軽度の炎症細胞浸潤を認めたが、明らかな線維化はなく、蝸牛感覚上皮、側壁、ラセン神経節に明らかな変性所見は認められなかった。また、既存の人工内耳電極挿入を行った蝸牛との間に明らかな差違は認めなかった。
結論
平成23年度までに開発したデバイスの実用化に関する諸問題解決に向けた研究を行い、最も懸念される問題であった出力向上に関して、圧電素子材料の変更とデザイン改訂により大幅な出力増大に成功した。また、蝸牛内へのデバイス固定にも応用できる蝸牛軸挿入型電極開発を行い、デバイスの実用化に向け、有意義な進捗が認められた。
公開日・更新日
公開日
2013-06-04
更新日
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