CN100490767C - 可植入的视觉假体 - Google Patents
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Abstract
一种医用器械技术领域的可植入的视觉假体。本发明包括：可植入眼眶内的微摄像义眼和针式微电极阵列。所述可植入眼眶内的微摄像义眼包括：太阳能电池板或充电装置，微光学透镜组，光电转换器件，信号处理与转换单元，义眼座，义眼片。太阳能电池板或充电装置、微光学透镜组、光电转换器件和信号处理与转换单元封装成义眼座，信号转换与处理单元置于义眼座外；微摄像义眼植入眼眶内。所述针式微电极阵列包含基底，微电极，内导线，接口座，固定孔，导线和固定板。固定板固定于颅骨上，微电极通过颅骨上的钻孔进入视皮层。视觉电信号通过经皮导线传导到微电极阵列。本发明有利于视野空间的定位，能提高视觉假体的空间分辨率，使视觉假体更加有效。
Description
技术领域
本发明涉及一种医用器械技术领域的装置，具体是一种能够使盲人部分复明的可植入的视觉假体。
背景技术
人的视觉系统是通过眼光学系统对外界物体的成像、视觉神经系统对图像信息的处理以及视觉中枢对视觉信息的再处理获得视觉感知。但有一些疾病，如视网膜色素变形、老年性黄斑变性以及外伤所导致的眼部损伤，往往会导致视觉功能的丧失，且目前无法通过常规的药物或手术治疗方法恢复视觉功能。其实，在视觉通道上任何组成部分的功能缺失，都将造成整个视觉系统的功能丧失。根据视觉系统的工作原理进行仿生，把外界物体的图像信息通过处理和变换，形成视觉信息，然后通过微刺激电极阵列所形成的神经接口，把视觉信息传递到视觉中枢，从而形成一种光幻视。这种装置称为视觉假体。利用在视觉系统相应部位植入视觉假体，有望使上述不可治愈性眼病患者恢复部分视觉功能。目前有通过直接刺激视网膜神经节细胞的方法产生光幻视，但这种方法无法弥补视神经损伤引起的视觉障碍，对残存的视网膜的损伤也是不容忽视，另外，这种方法还有视野小效率低等缺点；有的方法是通过体外的摄像系统获得外界图像信号，经处理后产生视觉神经信号刺激视神经或视皮层，这种方法的缺点是外置摄像机的视野范围相对有限，也会影响美观，同时由于电极密度和范围不可能太大，降低了视野范围和空间分辨率。另外，手术潜在的危险因素也较大，给患者造成心理压力。
经对现有技术的文献检索发现，美国专利号为US6658299B1，发布日期为2003年12月2日，名为“ARTIFICIAL SYSTEM FOR VISION AND THE LIKE”(“视觉和相当器官的人工系统”)的专利文献自述为：“一种视觉或类似器官的人工系统对物体成像并产生相应信号传递给患者的神经系统，使患者产生光幻视，该系统传递人工信号的有效性通过把照相机产生信号的亮暗对应部分转换成实际感觉产生信号的暗亮对应部分得到加强。其它的加强包括产生所视物体边缘相对较亮的信号，信号由多路器对某一局部产生脉冲序列。另外，该发明还包括给患者提供使感觉，如亮度周期性变化的定位器，变化周期对应于所视物体的远近距离，以及提供了可调节的信号放大器来产生可控的调焦效果”。该发明采用在外置眼镜上安放摄像系统的方法来采集图像信号，并需要通过外置计算机系统对图像信号进行解码和视觉信号的编码。这种方法不仅在功能上限制了视觉假体的视野范围，置于患者脸部的笨重及不美观的外置摄像系统和置于腰部的计算机系统大大降低了视觉假体被患者的可接受程度。另外，其单刺激电极阵列的设计和刺激方案也不利于充分利用视觉皮层的有效区域，使可视范围变小。
发明内容
本发明的目的在于针对现有技术的不足，提供一种能够使盲人部分复明的可植入的视觉假体。使其既有利于视野空间的定位，又能提高视觉假体的空间分辨率，使视觉假体更加有效。
本发明是通过以下技术方案实现的，本发明包括：可植入眼眶内的微摄像义眼和针式微电极阵列。所述可植入眼眶内的微摄像义眼将物体进行成像并将图像信号转换成电信号，电信号经编码成视觉刺激信号后传递给针式微电极阵列对视皮层进行刺激。
所述可植入眼眶内的微摄像义眼包括：义眼片、微光学透镜组、太阳能电池板或充电装置、光电转换器件、信号处理与转换单元、义眼座，所述微光学透镜组固定于太阳能电池板内孔上，所述光电转换器件位于微光学透镜组的后方焦点上，对微光学透镜组所成的图像进行光电转换；所述信号处理与转换单元为一微型计算机，对所述光电转换器件所生成的电信号进一步处理，并生成双相视觉电刺激信号；所述信号处理与转换单元封装于义眼座内，或置于义眼座外；所述义眼座为一封装物体，外形为球冠状，对所述微光学透镜组、太阳能电池板、光电转换器件和信号处理与转换单元进行固定和封装；义眼座最前边是平面形状，所述太阳能电池板固定其上，义眼片覆盖在义眼座的前方。
所述针式微电极阵列包含微电极、固定板、固定孔、基底、内导线、接口座和导线，所述微电极为一针式电极，焊接于所述基底表面，各电极接口之间互相绝缘，所述基底下方固定于固定板上；所述内导线连接所述微电极和接口座，所述内导线分布于所述基底的表面；所述接口座是一电缆转换口，位于固定板表面，分别连接内导线和导线；所述导线连接所述信号处理与转换单元和接口座，视觉刺激电信号经所述导线传输到所述接口座，经所述接口座转换到所述内导线，进一步传输到所述微电极。
本发明的工作过程和工作原理是：可植入眼眶的微摄像义眼通过对外界物体成像并通过光电转换器件转换成电信号，电信号再通过信号处理与转换单元生成双相视觉电信号，然后通过经皮导线传输到接口座，进一步通过内导线传输到微电极以刺激视觉皮层，从而产生光幻视。接口座板通过骨钉固定于颅骨相应位置。微电极通过在颅骨上钻孔穿入而进入并刺激视觉皮层。微电极阵列可以一个或一个以上分布于视觉皮层，以增加视野范围和空间分辨率。
本发明的有益效果是：本发明将微摄像系统封装成义眼并植入眼眶的方法以及通过颅骨钻孔的方法引入电极的设计，可以避免体外安装摄像头和信号处理计算机；针式电极阵列通过固定板固定于颅骨上，微电极穿过在颅骨上钻孔穿入视觉皮层，避免了开颅手术，大大减轻了患者的心理压力；针式微电极阵列固定于颅骨上，增加了稳定性，由于柔软的基底使微电极具有随脑组织微移的功能，增加了微电极的相容性；微电极阵列可以一个或一个以上分布于视觉皮层，视野空间容易定位，增加了视野范围，同时增加了视觉假体的空间分辨率，提高电刺激的效率。
附图说明
图1是本发明信号处理与转换单元封装于义眼座内的结构示意图。
图2是本发明信号处理与转换单元外置于义眼座外的结构示意图。
图3是本发明采用太阳能电池板的可植入眼眶内的微摄像义眼结构示意图。
图4是本发明采用充电装置的可植入眼眶内的微摄像义眼结构示意图。
图5是本发明针式微电极阵列的侧视结构图。
图6是本发明针式微电极阵列的俯视结构图。
图7是本发明基底上内导线的分布图。
图8是本发明针式微电极阵列在视觉皮层上的分布示意图。
具体实施方式
以下结合附图对本发明的实施例作详细说明：本实施例在以本发明技术方案为前提下进行实施，给出了详细的实施方式和具体的操作过程，但本发明的保护范围不限于下述的实施例。
如图1、图2所示，本实施例包括：可植入眼眶内的微摄像义眼1和针式微电极阵列10。所述可植入眼眶内的微摄像义眼1将物体进行成像并将图像信号转换成电信号，电信号经编码成视觉刺激信号后传递给针式微电极阵列10对视皮层进行刺激。
所述可植入眼眶内的微摄像义眼1包括：义眼片2、微光学透镜组3、太阳能电池板4或充电装置16、光电转换器件5、信号处理与转换单元6、义眼座7，微光学透镜组3对外界物体成像并通过光电转换器件5将光学图像信号转换成对应的电信号，所生成的电信号再通过信号处理与转换单元6进行编码，生成视觉刺激信号以刺激视皮层。
所述微光学透镜组3固定于太阳能电池板4内孔上；所述光电转换器件5位于微光学透镜组3的后方焦点上；对微光学透镜组3所成的图像进行光电转换；所述信号处理与转换单元6为一微型计算机，对所述光电转换器件5所生成的电信号进一步处理，并生成双相视觉电刺激信号，所述信号处理与转换单元6可封装于义眼座7内，也可以置于义眼座7外。义眼座7为一封装物体，外形为球冠状，对所述微光学透镜组3，太阳能电池板4，光电转换器件5和信号处理与转换单元6进行固定和封装；义眼座7最前边是平面形状，所述太阳能电池板4固定其上。义眼片2为透明材料制成的弧形薄片，覆盖在义眼座7的前方，起遮盖和美容作用。
所述可植入眼眶内的微摄像义眼1为球冠状，前端为平面，可以固定太阳能电池板4，盲人眼球摘除后可以植入眼眶内。
所述义眼片2可以用同义眼座7相同的材料制成，为弧形薄片，中央直径为8—12mm的区域具有透明性，覆盖于义眼座7的最前端，或者可拆卸。
所述微光学透镜组3为一广角短焦距透镜组或可变焦透镜组，焦距在2—10mm，成像范围在20cm到无穷远，视场角在30度以上，微光学透镜组3横向尺寸相当于人眼瞳孔尺寸，在2—6mm之间。
所述光电转换器件5可以是CCD或CMOS制成，位于微光学透镜组3之后，把微光学透镜所成的图像转换成电信号，然后经信号处理与转换单元6生成双相视觉刺激信号。
如图3所示，所述太阳能电池板4为环形盘状结构，外径8—12mm，内径2—6mm，位于微光学透镜组3的前端，能把光能转换成电能并具有电能保存功能，可为可植入眼眶内的微摄像义眼1持续提供能量。
如图4所示，所述充电装置16包含电能存储单元，通过外部充电的方式为整个系统提供能量，以代替太阳能电池板4。
所述太阳能电池板4或充电装置16、微光学透镜组3、光电转换器件5和信号处理与转换单元6以珊瑚羟基磷灰石或特制玻璃、硅胶、树脂、生物陶瓷、特制玻璃等生物相容性好的材料封装成义眼座7。
如图5和图6所示，所述针式微电极阵列10包含导线8，微电极9，固定板11，基底12，固定孔13，内导线14，接口座15。来自可植入眼眶内的微摄像义眼1的视觉刺激信号通过导线8传递到接口座15，再通过内导线14传递到微电极9进行皮层刺激。所述微电极9焊接于所述基底12表面，不同电极接口之间互相绝缘；所述基底12下方固定于固定板11上；所述内导线14连接所述微电极9和接口座15，分布于所述基底12的表面；所述接口座15是一电缆转换口，位于固定板11表面，分别连接内导线14和导线8；所述导线8连接所述信号处理与转换单元6和接口座14；视觉刺激电信号经导线8传输到接口座15，经接口座15转换到内导线14，进一步传输到微电极9，从而起到对视觉皮层的电刺激，形成视觉中枢的光幻视。
所述导线8以纯金或其它阻抗小的金属材料制成，直径10—200μm，导线外部涂上1—5μm厚的绝缘树脂材料薄层，以微焊技术连接接口座15和信号处理与转换单元6。
所述微电极9为一针式电极，采用镍合金或其它硬度材料制成，外周涂上生物相容性好并具有绝缘功能的材料涂层如聚对二甲苯，涂层厚1—10μm，底部以微焊接技术与基底12相连接，并涂上绝缘材料。
所述微电极9为针形结构，总长度为1—5mm，根部直径为50—100μm，针尖直径为2—10μm，针尖长度为2—4μm，针尖镀上铂，增加导电能力，微电极9以矩形排列，间隔100—1000μm。
所述固定板11以树脂或其它生物相容性材料制成，厚度为50—1000μm，可用钛骨钉通过固定孔13固定于颅骨上。
所述基底12为柔软的生物相容性好的材料如环氧树脂制成，厚度为50—500μm。
如图7所示，所述内导线14连接微电极9根部与接口座15，直径是10—100μm，可以是纯金或其它阻抗小的金属材料制成，外部涂上1—5μm厚的绝缘树脂材料薄层。
如图8所示，视觉皮层上可以分布一个或一个以上的针式微电极阵列10，以增加视野范围和空间分辨率。
Claims (10)
1、一种可植入的视觉假体，包括：可植入眼眶内的微摄像义眼和通过固定板固定在颅骨上的针式微电极阵列，可植入眼眶内的微摄像义眼将物体进行成像并将图像信号转换成电信号，电信号经编码成视觉刺激信号后传递给针式微电极阵列对视皮层进行刺激，其特征在于：
所述的可植入眼眶内的微摄像义眼包括：义眼片、微光学透镜组、太阳能电池板或充电装置、光电转换器件、信号处理与转换单元、义眼座，微光学透镜组固定于太阳能电池板内孔上，光电转换器件位于微光学透镜组的后方焦点上，对微光学透镜组所成的图像进行光电转换，信号处理与转换单元对光电转换器件所生成的电信号进一步处理，并生成双相视觉电刺激信号；信号处理与转换单元封装于所述义眼座内，或置于所述义眼座外，义眼座对微光学透镜组、太阳能电池板、光电转换器件和信号处理与转换单元进行固定和封装，太阳能电池板固定在义眼座最前边，义眼片覆盖在所述义眼座的前方；
所述的针式微电极阵列包含微电极、固定板、固定孔、基底、内导线、接口座和导线，微电极焊接于基底表面，各电极接口之间互相绝缘，基底下方固定于固定板上，内导线连接微电极和接口座，内导线分布于基底的表面，接口座位于固定板表面，分别连接内导线和导线，导线连接所述信号处理与转换单元和接口座，视觉刺激电信号经导线传输到接口座，经接口座转换到内导线，进一步传输到微电极。
2、根据权利要求1所述的可植入的视觉假体，其特征是，所述可植入眼眶内的微摄像义眼为球冠状，前端为平面，以固定太阳能电池板。
3、根据权利要求1所述的可植入的视觉假体，其特征是，所述义眼片为弧形薄片，中央直径为8—12mm的透明区域。
4、根据权利要求1所述的可植入的视觉假体，其特征是，所述微光学透镜组为一广角短焦距透镜组或可变焦透镜组，焦距在2—10mm，成像范围大于20cm，视场角在30度以上，微光学透镜组横向尺寸在2—6mm之间。
5、根据权利要求1所述的可植入的视觉假体，其特征是，所述太阳能电池板为环形盘状结构，外径为8—12mm，内径为2—6mm。
6、根据权利要求1所述的可植入的视觉假体，其特征是，所述导线，直径为10—200μm，导线外部涂有1—5μm厚的绝缘树脂材料薄层。
7、根据权利要求1所述的可植入的视觉假体，其特征是，所述微电极为一针式电极，外周涂有绝缘材料涂层，涂层厚度为1—10μm。
8、根据权利要求1或者7所述的可植入的视觉假体，其特征是，所述微电极，总长度为1—5mm，根部直径为50—100μm，针尖直径为2—10μm，针尖长度为2—4μm，针尖镀上铂，微电极以矩形排列，间隔为100—1000μm。
9、根据权利要求1所述的可植入的视觉假体，其特征是，所述固定板，厚度为50—1000μm。
10、根据权利要求1所述的可植入的视觉假体，其特征是，所述基底，厚度为50—500μm。
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