CN104873330B - 一种人工视网膜植入体 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种人工视网膜植入体，包括接收线圈、解调刺激模块、电极阵列和回路电极，接收线圈与人工视网膜体外装置的传输线圈对心连接，接收体外装置发射的图像编码信号和能量；解调刺激模块与接收线圈连接，将接收线圈的接收到的图像编码信号进行解码，并转化为电信号向电极阵列传输；将接收到的能量进行转化。本发明实现只需要通过刺激内层的视网膜神经节细胞来实现产生视觉的效果，易于植入，安全可靠。

Description

一种人工视网膜植入体

技术领域

本发明属于医疗器械领域，特别涉及一种人工视网膜植入体。

背景技术

近年来随着科技的不断进步，产生了人工视网膜修复技术,即直接将光信号转变为电信号，再利用电信号刺激视网膜内层细胞，可以在一定程度上恢复患者的视力，目前该技术现已经成为视觉修复领域的研究热点。视网膜电刺激的方式以放置刺激电极的位置不同分为两类。第一类是以感光二极体产生微电流刺激的晶片埋植在感光细胞层，称视网膜下植入(Sub-retina implant)，它电刺激的对象以双极细胞为主；第二类为射频电流传送刺激讯号至植于视网膜表层的微电刺激的电极阵列，称视网膜表面植入(Epi-retinaimplant)，它电刺激的对象以神经节细胞为主。

视网膜下植入的技术方案利用了仍然具有部分功能的视网膜神经网络,用微光点二极管代替了受损伤的感光细胞。不需要外置图像采集装置,眼球可活动自如,并对目标进行定位。但由于一般入射光线不足以激活光电二极管,所以需要额外的光源放大系统提供足够的能量。

发明内容

为了解决上述问题，本发明的技术方案如下：一种人工视网膜植入体，包括接收线圈、解调刺激模块、电极阵列和回路电极，其中，

所述接收线圈与人工视网膜体外装置的传输线圈对心连接，接收体外装置发射的图像编码信号和能量；

所述解调刺激模块与所述接收线圈连接，将所述接收线圈的接收到的图像编码信号进行解码，并转化为电信号向所述电极阵列传输；将接收到的能量进行转化，所述解调刺激模块包括电源恢复模块、包络检测模块、时钟提取模块、译码模块、前向控制模块、电流源、反向遥测模块、电极开关网络模块；所述电源恢复模块与所述接收线圈连接；所述包络检测模块与所述接收线圈连接；所述时钟提取模块与所述包络检测模块连接，向译码模块、前向控制模块和反向遥测模块提供时钟信号；所述译码模块的输入连接包络检测模块，输出连接前向控制模块、电流源和电极开关网络模块；所述前向控制模块输出连接电流源和电极开关网络模块；所述反向遥测模块输入连接电极开关网络模块，输出连接接收线圈；

所述电极阵列包括若干个触点电极和与触点电极一一连接的电极丝，所述触点电极至少有一半表面积暴露在封装硅胶外，所述电极丝包裹在封装硅胶内，所述触点电极用来对视神经进行刺激；

所述回路电极包括环状回路电极和平板回路电极，用来与所述触点电极形成电流通路。

可选地，所述电源恢复模块包括静电防护电路、过压保护电路、超载保护电路、整流电路和直流电压转换电路，用来为包络检测模块、时钟提取模块、译码模块、前向控制模块、电流源、反向遥测模块和电极开关网络模块供电及提供保护，将接收线圈接收到的能量经过静电防护电路、过压保护电路和超载保护电路后输入整流电路，整流电路的输出整流电压输入直流电压转换电路，直流电压转换电路的输出电压低于整流电压。

可选地，所述包络检测模块包括输入保护电路、信号检测电路、放大整形电路和包络提取电路，接收线圈传送来的输入信号经过所述输入保护电路，输入信号检测电路，信号检测电路提取的脉冲信号经过放大整形电路后输入包络提取电路，包络提取电路输出脉宽调制的数据信号；再经过所述时钟提取模块，输出1MHz的时钟包络信号。

可选地，所述译码模块包括比特位译码电路和帧译码电路，所述比特位译码电路将经包络检测模块处理后的由人工视网膜体外装置传送来的位编码信号转变为“0”和“1”信号，所述帧译码电路包括串并转换电路、帧解码错误检测电路、数据控制分配电路和刺激参数寄存电路，比特位译码电路的输出连接串并转换电路，串并转换电路的输出连接帧解码错误检测电路，帧解码错误检测电路的输出连接数据控制分配电路，数据控制分配电路的输出连接刺激参数寄存电路，刺激参数寄存电路输出刺激参数。

可选地，所述前向控制模块包括数据解释单元、系统寄存器、刺激模式及时序控制电路、电极开关控制电路和错误控制电路，输出端口有刺激输出端、电极开关控制端；所述数据解释单元的输入为译码电路输出的刺激参数，输出连接系统寄存器、刺激模式及时序控制电路、电极开关控制电路和错误控制电路，刺激模式及时序控制电路的输出为刺激输出端，电极开关控制电路的输出为电极开关控制端。

可选地，所述电流源根据译码电路的输出实现可程控的电流值，至少包括两个独立编程电流源，每个独立编程电流源经过镜像，生成P型电流源和N型电流源。

可选地，所述反向遥测模块通过与电极开关网络模块连接，得到电极阵列所在组织的神经阻抗和神经刺激放电参数，进行滤波、模数转换和调制后，向所述接收线圈输出反向调制信号。

可选地，所述电极开关网络模块，包括电极地址寄存器、电极开关、电极隔直电容和设置在电极开关处的自动放电电路，电极地址寄存器与所述电极开关控制端连接，将每个电极开关的地址寄存，按照控制指令对电极开关的打开和闭合进行控制，电极开关的一端连接所述刺激输出端，另一端连接自动放电电路和电极隔直电容的一端，电极隔直电容的另一端连接所述触点电极。

可选地，还包括刺激安全检查模块，与所述译码模块连接，在译码模块的译码过程中，刺激安全检查模块设置射频错误位和奇偶检验位来记录译码错误。

可选地，所述触点电极呈矩形阵列排列，个数为24-256个。

本发明的有益效果在于：本发明的人工视网膜植入体避开大部分的视网膜，只需要通过刺激内层的视网膜神经节细胞来实现产生视觉的效果，所以可以给所有只要保留部分视网膜神经节细胞功能及传导通路正常的视网膜疾病患者如视网膜色素变性、眼外伤等提供视觉的感知。并且本发明的植入体的刺激电极阵列是固定在视网膜上，玻璃体既可以作为电极阵列的支撑体，又可作为散热器，并且对于视网膜的血管影响较小，同时也易于从眼外观察。

附图说明

图1为本发明具体实施例人工视网膜植入体的结构示意图；

图2为本发明具体实施例人工视网膜植入体的解码刺激模块原理框图；

图3为本发明具体实施例人工视网膜植入体的整体原理框图；

具体实施方式

下面将结合附图，对本发明的优选实施例进行详细的描述。

参见图1-图3，一种人工视网膜植入体，包括接收线圈10、解调刺激模块20、电极阵列30和回路电极40，其中，

所述接收线圈10与人工视网膜体外装置的传输线圈对心连接，接收体外装置发射的图像编码信号和能量；

所述解调刺激模块20与所述接收线圈10连接，将所述接收线圈10的接收到的图像编码信号进行解码，并转化为电信号向所述电极阵列30传输；将接收到的能量进行转化，所述解调刺激模块20包括电源恢复模块210、包络检测模块220、时钟提取模块240、译码模块230、前向控制模块250、电流源260、反向遥测模块270、电极开关网络模块280；所述电源恢复模块210经电容C与所述接收线圈10连接；所述包络检测模块220与所述接收线圈10连接；所述时钟提取模块240与所述包络检测模块220连接，向译码模块230、前向控制模块250和反向遥测模块270提供时钟信号；所述译码模块230的输入连接包络检测模块220，输出连接前向控制模块250、电流源260和电极开关网络模块280；所述前向控制模块250输出连接电流源260和电极开关网络模块280；所述反向遥测模块270输入连接电极开关网络模块280，输出连接接收线圈10；

所述电极阵列30包括若干个触点电极和与触点电极一一连接的电极丝，所述触点电极至少有一半表面积暴露在封装硅胶外，所述电极丝包裹在封装硅胶内，所述触点电极用来对视神经进行刺激；

所述回路电极40包括环状回路电极和平板回路电极，用来与所述触点电极形成电流通路。

进一步地，所述电源恢复模块210包括静电防护电路211、过压保护电路212、超载保护电路213、整流电路214和直流电压转换电路215，用来为包络检测模块220、时钟提取模块240、译码模块230、前向控制模块250、电流源260、反向遥测模块270和电极开关网络模块280供电及提供保护，将接收线圈10接收到的能量经过静电防护电路211、过压保护电路212和超载保护电路213后输入整流电路214，整流电路214的输出整流电压输入直流电压转换电路215，直流电压转换电路215的输出电压低于整流电压。

进一步地，所述包络检测模块220包括输入保护电路221、信号检测电路222、放大整形电路223和包络提取电路224，接收线圈10传送来的输入信号经过所述输入保护电路221，输入信号检测电路222，信号检测电路222提取的脉冲信号经过放大整形电路223后输入包络提取电路224，包络提取电路224输出脉宽调制的数据信号；再经过所述时钟提取模块240，输出1MHz的时钟包络信号。

进一步地，所述译码模块230包括比特位译码电路231和帧译码电路232，所述比特位译码电路231将经包络检测模块220处理后的由人工视网膜体外装置传送来的位编码信号转变为“0”和“1”信号，所述帧译码电路232包括串并转换电路、帧解码错误检测电路、数据控制分配电路和刺激参数寄存电路，比特位译码电路231的输出连接串并转换电路，串并转换电路的输出连接帧解码错误检测电路，帧解码错误检测电路的输出连接数据控制分配电路，数据控制分配电路的输出连接刺激参数寄存电路，刺激参数寄存电路输出刺激参数。

进一步地，所述前向控制模块250包括数据解释单元251、系统寄存器252、刺激模式及时序控制电路253、电极开关控制电路254和错误控制电路255，输出端口有刺激输出端、电极开关控制端；所述数据解释单元251的输入为译码电路230输出的刺激参数，输出连接系统寄存器252、刺激模式及时序控制电路253、电极开关控制电路254和错误控制电路255，刺激模式及时序控制电路253的输出为刺激输出端，电极开关控制电路254的输出为电极开关控制端,错误控制电路255对错误信号进行分析后向刺激模式及时序控制电路253和电极开关控制电路254输出。系统寄存器252中保存着初始化、状态和刺激参数等一系列重要的参数，错误控制电路255，将处理植入体出现的各类错误，如位解码错误，帧解码错误，电极、幅度状态错误，最大刺激电荷错误等。对于不同的错误，将采取不同的动作，对于影响刺激安全的错误，错误控制电路255将生成信号输出给刺激模式及时序控制电路253和电极开关控制电路254停止刺激或调整刺激参数，将刺激设置在安全范围以内。

进一步地，所述电流源260根据译码电路230的输出实现可程控的电流值，至少包括两个独立编程电流源，每个独立编程电流源经过镜像，生成P型电流源和N型电流源。

进一步地，所述反向遥测模块270通过与电极开关网络模块280连接，得到电极阵列30所在组织的神经阻抗和神经刺激放电参数，进行滤波、模数转换和调制后，向所述接收线圈10输出反向调制信号。经接收线圈10向体外装置发射，体外装置的DSP进行处理后，调整刺激参数，再传送给植入体，以实现最佳效果。

进一步地，所述电极开关网络模块280，包括电极地址寄存器281、电极开关282、电极隔直电容283和设置在电极开关282处的自动放电电路284，电极地址寄存器281与电极开关控制电路254的输出电极开关控制端连接，将每个电极开关282的地址寄存，按照控制指令对电极开关282的打开和闭合进行控制，电极开关282的一端连接刺激模式及时序控制电路253的刺激输出端，另一端连接自动放电电路284和电极隔直电容283的一端，电极隔直电容283的另一端连接所述电极阵列30。译码模块230输出的刺激参数输入电极开关网络模块280，用于与前向控制模块250的刺激模式及时序控制电路253输出的刺激模式、刺激脉冲时序、刺激位置、刺激幅度等刺激参数进行校验，以提高安全性和可靠性。

进一步地，还包括刺激安全检查模块，与所述译码模块连接，在译码模块的译码过程中，刺激安全检查模块设置射频错误位和奇偶检验位来记录译码错误。

进一步地，所述电极阵列30的触点电极呈矩形阵列排列，个数为24-256个，图1中具体实施例为24个触点电极，但实际不仅限于此。

最后说明的是，以上优选实施例仅用以说明本发明的技术方案而非限制，尽管通过上述优选实施例已经对本发明进行了详细的描述，但本领域技术人员应当理解，可以在形式上和细节上对其作出各种各样的改变，而不偏离本发明权利要求书所限定的范围。

Claims (10)

1.一种人工视网膜植入体，其特征在于，包括接收线圈、解调刺激模块、电极阵列和回路电极，其中，

所述接收线圈与人工视网膜体外装置的传输线圈对心连接，接收体外装置发射的图像编码信号和能量；

所述解调刺激模块与所述接收线圈连接，将所述接收线圈的接收到的图像编码信号进行解码，并转化为电信号向所述电极阵列传输；将接收到的能量进行转化，所述解调刺激模块包括电源恢复模块、包络检测模块、时钟提取模块、译码模块、前向控制模块、电流源、反向遥测模块、电极开关网络模块；所述电源恢复模块与所述接收线圈连接；所述包络检测模块与所述接收线圈连接；所述时钟提取模块与所述包络检测模块连接，向译码模块、前向控制模块和反向遥测模块提供时钟信号；所述译码模块的输入连接包络检测模块，输出连接前向控制模块、电流源和电极开关网络模块；所述前向控制模块输出连接电流源和电极开关网络模块；所述反向遥测模块输入连接电极开关网络模块，输出连接接收线圈；

所述电极阵列包括若干个触点电极和与触点电极一一连接的电极丝，所述触点电极至少有一半表面积暴露在封装硅胶外，所述电极丝包裹在封装硅胶内，所述触点电极用来对视神经进行刺激；

所述回路电极包括环状回路电极和平板回路电极，用来与所述触点电极形成电流通路。

2.根据权利要求1所述的人工视网膜植入体，其特征在于，所述电源恢复模块包括静电防护电路、过压保护电路、超载保护电路、整流电路和直流电压转换电路，用来为包络检测模块、时钟提取模块、译码模块、前向控制模块、电流源、反向遥测模块和电极开关网络模块供电及提供保护，将接收线圈接收到的能量经过静电防护电路、过压保护电路和超载保护电路后输入整流电路，整流电路的输出整流电压输入直流电压转换电路，直流电压转换电路的输出电压低于整流电压。

3.根据权利要求1所述的人工视网膜植入体，其特征在于，所述包络检测模块包括输入保护电路、信号检测电路、放大整形电路和包络提取电路，接收线圈传送来的输入信号经过所述输入保护电路，输入信号检测电路，信号检测电路提取的脉冲信号经过放大整形电路后输入包络提取电路，包络提取电路输出脉宽调制的数据信号；再经过所述时钟提取模块，输出1MHz的时钟包络信号。

4.根据权利要求1所述的人工视网膜植入体，其特征在于，所述译码模块包括比特位译码电路和帧译码电路，所述比特位译码电路将经包络检测模块处理后的由人工视网膜体外装置传送来的位编码信号转变为“0”和“1”信号，所述帧译码电路包括串并转换电路、帧解码错误检测电路、数据控制分配电路和刺激参数寄存电路，比特位译码电路的输出连接串并转换电路，串并转换电路的输出连接帧解码错误检测电路，帧解码错误检测电路的输出连接数据控制分配电路，数据控制分配电路的输出连接刺激参数寄存电路，刺激参数寄存电路输出刺激参数。

5.根据权利要求1所述的人工视网膜植入体，其特征在于，所述前向控制模块包括数据解释单元、系统寄存器、刺激模式及时序控制电路、电极开关控制电路和错误控制电路，输出端口有刺激输出端、电极开关控制端；所述数据解释单元的输入为译码电路输出的刺激参数，输出连接系统寄存器、刺激模式及时序控制电路、电极开关控制电路和错误控制电路，刺激模式及时序控制电路的输出为刺激输出端，电极开关控制电路的输出为电极开关控制端。

6.根据权利要求1所述的人工视网膜植入体，其特征在于，所述电流源根据译码电路的输出实现可程控的电流值，至少包括两个独立编程电流源，每个独立编程电流源经过镜像，生成P型电流源和N型电流源。

7.根据权利要求1所述的人工视网膜植入体，其特征在于，所述反向遥测模块通过与电极开关网络模块连接，得到电极阵列所在组织的神经阻抗和神经刺激放电参数，进行滤波、模数转换和调制后，向所述接收线圈输出反向调制信号。

8.根据权利要求1所述的人工视网膜植入体，其特征在于，所述电极开关网络模块，包括电极地址寄存器、电极开关、电极隔直电容和设置在电极开关处的自动放电电路，电极地址寄存器与所述电极开关控制端连接，将每个电极开关的地址寄存，按照控制指令对电极开关的打开和闭合进行控制，电极开关的一端连接所述刺激输出端，另一端连接自动放电电路和电极隔直电容的一端，电极隔直电容的另一端连接所述电极阵列。

9.根据权利要求1-8之一所述的人工视网膜植入体，其特征在于，还包括刺激安全检查模块，与所述译码模块连接，在译码模块的译码过程中，刺激安全检查模块设置射频错误位和奇偶检验位来记录译码错误。

10.根据权利要求1-8之一所述的人工视网膜植入体，其特征在于，所述触点电极呈矩形阵列排列，个数为24-256个。