CN106390285A - 电荷补偿电路、电荷补偿方法及人工视网膜系统 - Google Patents

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Abstract

本发明提供了一种电荷补偿电路，其是用于对脉冲电流产生电路进行电荷补偿的电荷补偿电路，脉冲电流产生电路产生用于神经刺激的双向脉冲电流，电荷补偿电路包括：检测电路，其用于检测由脉冲电流产生电路生成的双向脉冲电流信号的一个刺激周期内的电荷总量；判断电路，其用于判断由检测电路检测的电荷总量是否超过安全电荷量；以及补偿电路，其用于当判断电路判断电荷总量超过安全电荷量时，产生具有净电荷量的补偿脉冲电流信号以使电荷总量在安全电荷量以内。根据本发明，能够在不利用占据面积较大的大电容的情况下，在有限的空间内充分地提高电荷平衡能力。此外，本发明还提供了电荷补偿方法及人工视网膜系统。

Description

电荷补偿电路、电荷补偿方法及人工视网膜系统
技术领域
本发明涉及神经刺激领域，具体涉及电荷补偿电路、电荷补偿方法及人工视网膜系统。
背景技术
在神经刺激领域中，通过刺激电极提供电刺激能够使神经组织产生反应，从而获得期望的功能。例如在现有的人工视网膜的视力修复系统中，为了给盲人恢复视觉感受，一般需要在盲人的眼球内放入植入体，这样的植入体替代了例如因视网膜色素变性(RP)或老年黄斑变性(AMD)等而受损的感光细胞的功能，在视觉通路的其他功能得到保留的情况下，可以通过植入体中的刺激电极来对视网膜保留完好的其他神经通路产生刺激从而让盲人恢复部分视力。在人工视网膜系统中，体外的摄像头捕捉视频图像，接着图像处理装置将视频图像转化为电信号并发送给植入体，然后，位于眼内的植入体将电信号转换为刺激信号，并通过植入体的刺激电极对视网膜的神经节细胞进行刺激，由此使盲人能够在大脑皮层上感受到光感，恢复部分视力。
发明内容
然而，在现有的神经刺激装置例如人工视网膜系统中，所产生的用于神经刺激的刺激电流很可能不能保证在一个刺激周期内电荷量在安全电荷量以内，被刺激的神经组织(例如视网膜的神经节细胞或双极细胞)因此有可能存在正电荷或负电荷等净电荷，导致神经组织例如视网膜的神经节细胞或双极细胞受到损伤。
为了保证神经组织例如视网膜的神经节细胞或双极细胞所接收的刺激电荷的平衡性，也有考虑在脉冲电流产生电路与被刺激部位之间设置RC电路，以平衡神经节细胞或双极细胞上多余的电荷。然而，RC电路的电荷平衡性能与RC电路中的电容的容量正相关，为了平衡较多的正电荷或负电荷，需要将RC电路中的电容的容量提升，由此需要更大面积的电容。然而，在神经刺激领域中，电路设计空间往往容易受限，无法集成面积占据较大的大电容，因此，利用RC电路来平衡电荷能力并不能充分得到发挥。
本发明是有鉴于上述的状况而作出的，其目的在于提供一种能够在有限的空间内能提高电荷平衡能力的电荷补偿电路、电荷补偿方法及人工视网膜系统。
为此，本发明的第一方面提供了一种电荷补偿电路，其是用于对脉冲电流产生电路进行电荷补偿的电荷补偿电路，所述脉冲电流产生电路产生用于神经刺激的双向脉冲电流，所述电荷补偿电路包括：检测电路，其用于检测由所述脉冲电流产生电路生成的所述双向脉冲电流信号的一个刺激周期内的电荷总量；判断电路，其用于判断由所述检测电路检测的所述电荷总量是否超过安全电荷量；以及补偿电路，其用于当所述判断电路判断所述电荷总量超过安全电荷量时，产生具有净电荷量的补偿脉冲电流信号以使所述电荷总量在所述安全电荷量以内。
在本发明中，通过检测电路来检测由脉冲电流产生电路所生成的双向脉冲电流信号在一个刺激周期内的电荷总量，利用判断电路来判断由检测电路检测的电荷总量是否超过安全电荷量，并且当判断电路判断电荷总量超过安全电荷量时，补偿电路产生具有净电荷量的补偿脉冲电流信号以使电荷总量在所述安全电荷量以内。如此，在不使用占据面积较大的大电容(RC电路)的情况下，通过发送具有净电荷量的补偿脉冲电流信号对双向脉冲电流进行电荷平衡，由此，能够在有限的空间内充分地提高电荷平衡能力。
另外，在本发明所涉及的电荷补偿电路中，在所述补偿电路中，当所述判断电路判断所述电荷总量为正值时，产生具有负值的补偿电荷量的补偿脉冲电流信号以使所述电荷总量在所述安全电荷量以内，并且当所述判断电路判断所述电荷总量为负值时，产生具有正值的补偿电荷量的补偿脉冲电流信号以使所述电荷总量在所述安全电荷量以内。由此，能够更加有效地确保用于神经刺激的电荷总量在安全电荷量以内。
另外，在本发明所涉及的电荷补偿电路中，可选地，所述补偿脉冲电流信号的幅值低于预设幅值，并且所述补偿脉冲电流信号的周期小于所述双向脉冲电流信号的周期。在这种情况下，可以用多次补偿的方式快速完成电荷补偿。
另外，在本发明所涉及的电荷补偿电路中，可选地，在所述双向脉冲电流信号中，正向脉冲电流信号的波形与负向脉冲电流信号的波形相反，所述检测电路检测所述正向脉冲电流信号的电荷量与所述负向脉冲电流信号的电荷量的绝对值，所述判断电路通过比较所述正向脉冲电流信号的电荷量与所述负向脉冲电流信号的电荷量的绝对值来判断所述电荷总量是否超过安全电荷量。
另外，在本发明所涉及的电荷补偿电路中，可选地，所述检测电路检测由脉冲电流产生电路生成的所述双向脉冲电流信号的平均值，所述判断电路判断所述平均值的绝对值是否大于预设值，并且当所述平均值的绝对值大于所述预设值时，补偿电路产生具有净电荷量的补偿脉冲电流信号以使所述电荷总量在所述安全电荷量以内。在这种情况下，通过检测平均值是否大于预设值，能够方便地确定是否需要提供电荷补偿。
另外，在本发明所涉及的电荷补偿电路中，可选地，所述检测电路检测由所述脉冲电流产生电路生成的双向脉冲电流信号的电流平均值，并将所述电流平均值转换为电压平均值，并且所述判断电路判断所述电压平均值的绝对值是否大于预设电压值，当所述电压平均值的绝对值大于所述预设电压值时，所述补偿电路产生具有净电荷量的补偿脉冲电流信号以使所述电荷总量在所述安全电荷量以内。在这种情况下，可以将电流平均值转换成电压平均值来检测，并且通过将电压平均值的绝对值与预设电压值相比，当所述电压平均值的绝对值大于所述预设电压值时，通过补偿电路的补偿能够使用于神经刺激的电荷总量在所述安全电荷量以内。
另外，在本发明所涉及的电荷补偿电路中，可选地，当所述电压平均值的绝对值大于预设电压值，且所述电压平均值为正值时，所述补偿电路产生具有负值的净电荷量的补偿脉冲电流信号以使用于神经刺激的所述电荷总量在所述安全电荷量以内，并且当所述电压平均值的绝对值大于预设电压值，且所述电压平均值为负值时，所述补偿电路产生具有正值的净电荷量的补偿脉冲电流信号以使用于神经刺激的所述电荷总量在所述安全电荷量以内。
另外，本发明的第二方面提供一种电荷补偿方法，其是用于对脉冲电流产生电路进行电荷补偿的电荷补偿方法，所述脉冲电流产生电路产生用于神经刺激的双向脉冲电流，所述电荷补偿方法包括：检测由所述脉冲电流产生电路生成的所述双向脉冲电流信号的一个刺激周期内的电荷总量；判断由所述检测电路检测的所述电荷总量小于或等于安全电荷量；并且当所述判断电路判断所述电荷总量超过安全电荷量时，产生具有净电荷量的补偿脉冲电流信号以使所述电荷总量在所述安全电荷量以内。
另外，在本发明所涉及的电荷补偿方法中，可选地，当判断所述电荷总量为正值时，产生具有负值的补偿电荷量的补偿脉冲电流信号以使所述电荷总量在所述安全电荷量以内，并且当判断所述电荷总量为负值时，产生具有正值的补偿电荷量的补偿脉冲电流信号以使所述电荷总量在所述安全电荷量以内。由此，能够更加有效地确保用于神经刺激的电荷总量在所述安全电荷量以内。
此外，本发明的第三方面还提供一种人工视网膜系统，包括：植入装置，其至少具有上述的任一项所述的电荷补偿电路；摄像装置，其用于捕获视频图像，并且将所述视频图像转换成视觉信号；以及视频处理装置，其与所述摄像装置连接，并且将所述视觉信号进行处理并生成调制信号，所述调制信号被传送给所述植入装置，所述植入装置将所接收的所述调制信号转换成作为电刺激信号的所述双向脉冲电流信号，从而对视网膜的神经节细胞或双极细胞发放所述双向脉冲电流信号来产生光感。
根据本发明，通过电荷补偿电路主动补偿神经组织(例如神经节细胞或双极细胞)上有可能存在的多余的净电荷，能够提高对刺激电荷的电荷平衡的效率，确保神经刺激的安全性和可靠性。另外，能够在不利用占据面积较大的大电容的情况下，在有限的空间内充分地提高电荷平衡能力。
附图说明
图1是示出了本发明的实施方式所涉及的人工视网膜系统的结构示意图；
图2是示出了本发明的实施方式所涉及的人工视网膜系统的刺激电极结构植入到眼球内的示意图；
图3是示出了图2所示的刺激电极结构(刺激端)贴附在眼球内的视网膜上的局部示意图；
图4是示出了本发明的实施方式所涉及的用于神经刺激的脉冲电流产生电路的电路模块的示意图；
图5是示出了本发明的实施方式所涉及的双向脉冲电流信号的示意图。
图6是示出了本发明的实施方式所涉及的不同脉冲电流幅度的精度的示意图
图7是示出了本发明的实施方式所涉及的电荷补偿电路的电路模块的示意图；
图8是示出了本发明的实施方式所涉及的补偿脉冲电流的示意图；以及
图9是示出了本发明的实施方式所涉及的电荷补偿电路的电路结构示意图。
具体实施方式
以下，参考附图，详细地说明本发明的优选实施方式。在下面的说明中，对于相同的部件赋予相同的符号，省略重复的说明。另外，附图只是示意性的图，部件相互之间的尺寸的比例或者部件的形状等可以与实际的不同。
(人工视网膜系统)
图1是示出了本发明的实施方式所涉及的人工视网膜系统的结构示意图。图2是示出了本发明的实施方式所涉及的人工视网膜系统的刺激电极结构植入到眼球内的示意图。图3是示出了图2所示的刺激电极结构(刺激端)贴附在眼球内的视网膜上的局部示意图。
在本实施方式中，如图1所示，人工视网膜系统(有时也称“人工视网膜”)包括体内植入部分即植入装置1、以及体外部分即体外设备3。在本实施方式所涉及的人工视网膜系统中，植入装置1与体外设备3可以经由无线方式耦合。在一些示例中，植入装置1与体外设备3可以经由图1所示的接收天线11与发射天线33进行耦合。另外，在本实施方式中，植入装置1与体外设备3的耦合方式不限于此，例如植入装置1与体外设备3也可以经由红外接收的方式来实现。
在一些示例中，植入装置1主要包括基体(未图示)以及设置在基体上的电子封装体11、刺激电极结构12和接收天线13。另外，植入装置1中的基体可以经过例如缝合方式固定在眼球2上。
此外，如图2所示，植入装置1中的刺激电极结构12的刺激端12a(刺激电极阵列)可以经由眼球2的切口进入眼球2的玻璃体腔内，并且贴近于视网膜，以便能够对视网膜(特别是视网膜的神经节细胞或双极细胞)进行电刺激(例如发放双向脉冲电流)(参见图3)。
在一般情况下，例如对于视网膜色素变性(RP)或老年黄斑变性(AMD)等病患者而言，因视网膜色素变性(RP)或老年黄斑变性(AMD)而造成感光细胞的衰退或死亡，也即正常的视觉通路因感光细胞病的病变而受到阻碍，正常进入眼内的光无法被转变成视觉电信号，导致患者丧失视觉。在本实施方式中，刺激电极结构12的刺激端12a相当于替代了感光细胞的作用，刺激端12a通过产生电刺激信号例如发放双向脉冲电流信号，从而对视网膜神经节细胞或双极细胞进行刺激(参见图3)。由于大部分视网膜色素变性(RP)或老年黄斑变性(AMD)患者除了感光细胞外的其他视觉通路大多得到完好保留，因此，神经节细胞或双极细胞受到由刺激电极结构12产生电刺激信号刺激后，该电刺激信号经由保留完好的下游视觉通路(视神经)传递至大脑皮层并产生光感，从而能够部分恢复病人的视觉。
此外，需要说明的是，尽管本实施方式着眼于人工视网膜系统的视神经刺激进行描述，然而，本实施方式并不限于人工视网膜领域，相反，本实施方式所涉及的电荷补偿电路101也可以适用于其他神经刺激领域例如人工耳蜗、深脑部刺激、心脏起搏器、脊髓刺激器、等。
在本实施方式中，如图1所示，体外设备3可以包括摄像装置31、视频处理装置32和发射天线33。在体外设备3中，摄像装置31可以用于捕获视频图像，并且将所捕获的视频图像转换成视觉信号。
在一些示例中，摄像装置31可以为具有摄像功能的设备例如摄像机、数字照相机、CCD相机等。通过该摄像装置31，从而能够捕获例如外界的影像。另外，为了方便使用，可以将体积较小的摄像机嵌在眼镜上。另外，也可以通过佩戴轻便的具有摄像功能的眼镜作为摄像装置31来捕获视频图像。再者，摄像装置31也可以用等来实现。另外，在本实施方式中也可以通过使用超声波成像(例如声呐)或电磁波成像(例如雷达)来获取图像，或者也可以使用其他能够生成范围和角度信息的设备。
如图1所示，视频处理装置32与摄像装置31连接，并且接收由摄像装置31提供的视觉信号。在由摄像装置31捕获的视觉信号传给视频处理装置32之后，视频处理装置32可以对该视觉信号进行处理。在一些示例中，视频处理装置32可以包括微处理器、专用集成电路(ASIC)、DSP等，以便对该视觉信号进行图像处理(例如采样、编码、调制、滤波等)。另外，视频处理装置32还具有供电电源，该供电电源可以例如经由无线传输的方式提供能量信号给的植入装置1，从而使植入在眼球2内的植入装置1得到供电。
模拟信号发射装置(即发射天线33)可以将包含由视频处理装置32提供的能量信号和处理后的视觉信号作为调制信号(例如RF调制信号)发送给人工视网膜的植入装置1。
另一方面，植入装置10用于接收由视频处理装置30经由例如发射天线33发射的调制信号，并且将该调制信号进行进一步处理，生成双向脉冲电流作为用于神经刺激的刺激电流(刺激信号)。具体而言，图1所示的接收天线11接收该调制信号，并将其传输给后续的电子封装体12进行处理。最后，将由电子封装体12(具体是电子封装体12内的处理电路)根据该调制信号产生电刺激信号并且传送到刺激电极结构12的刺激端12a(例如刺激电极阵列)，从而能够对例如视网膜的神经节细胞或双极细胞进行刺激(参见图3)，神经节细胞或双极细胞接收脉冲电流后产生兴奋响应从而产生光感。在上述情况下，刺激电流有可能刺激到视网膜的神经节细胞或视网膜的双极细胞，也有可能同时刺激到视网膜的神经节细胞或双极细胞。
(脉冲电流产生电路)
图4是示出了本发明的实施方式所涉及的包括电荷补偿电路和脉冲电流产生电路的电路模块的示意图。
如图4所示，本实施方式所涉及的用于神经刺激的电荷补偿电路101和脉冲电流产生电路102。在本实施方式中，电荷补偿电路101和脉冲电流产生电路102可以应用于图1所示的人工视网膜系统。在这种情况下，电荷补偿电路101和脉冲电流产生电路102可以位于图1所示的植入装置10内(例如电子封装体12内)。在一些示例中，例如在上述的人工视网膜系统的植入装置10中，脉冲电流产生电路102可以产生用于刺激视网膜神经节细胞或双极细胞的双向脉冲电流信号(参见图5)。此外，在一些示例中，通过设置在植入装置10中的刺激电极结构12的刺激端12a(参考图2)，能够将由脉冲电流产生电路102产生的双向脉冲电流信号发放到例如视网膜的神经节细胞或双极细胞。
如上所述，脉冲电流产生电路102可以产生用于神经刺激的双向脉冲电流信号。在本实施方式中，由于用于神经刺激的脉冲电流产生电路102能够在增加刺激脉冲电流的宽度的情况下保持脉冲电流的高精度，因此能够提供更有效的电流刺激效果，例如能够有效地刺激到视网膜的双极细胞。另一方面，由于能够实现更宽的脉冲调制范围，因此，能够在硬件层面适应更高的处理要求例如刺激算法优化等。
具体而言，脉冲电流产生电路102能够生成两种不同精度的脉冲电流。在另一些示例中，脉冲电流产生电路102能够生成3种、4种、5种或5种以上的不同精度的脉冲电流。另外，相邻不同脉冲电流之间的不同精度倍数可以为2倍，例如，在电流发生器生成第1脉冲电流、第2脉冲电流、第3脉冲电流、第4脉冲电流和第5脉冲电流5种不同精度的脉冲电流的情况下，第5脉冲电流的精度是第4脉冲电流精度的2倍，第4脉冲电流的精度是第3脉冲电流的精度的2倍，第3脉冲电流的精度是第2脉冲电流的精度的2倍，第2脉冲电流的精度是第1脉冲电流的精度的2倍。另外，本实施方式并不限于此，也可以采用其他不同精度的脉冲电流。
如图4所示，脉冲电流产生电路102对神经组织等进行神经刺激时相当于连接了阻抗负载103。例如，在本实施方式所涉及的电流产生电路100用于人工视网膜的神经刺激时，人体组织液内的视网膜的神经节细胞或双极细胞可以简化地等效为阻抗负载103。
在一些示例中，脉冲电流产生电路102可以生成第1脉冲幅度精度(高精度)和第2脉冲幅度精度(低精度)两种不同精度的双向脉冲电流。例如可以令第1脉冲幅度精度为1μA/步(step)，电流幅度的范围为0～8μA；令第2脉冲幅度精度为8μA/步，电流幅度的范围为8～512μA(参见图7)。这里，这里，高精度脉冲电流的脉冲幅度的精度(第1脉冲幅度精度1μA/步)大于低精度脉冲电流的脉冲幅度的精度(第2脉冲幅度精度为8μA/步)。另外，在其他一些示例中，脉冲电流产生电路102能够提供更多不同精度的脉冲电流。
(双向脉冲电流信号)
图5示出了本发明的实施方式所涉及的双向脉冲电流信号的示意图。图6是示出了本发明的实施方式所涉及的不同脉冲电流幅度的精度的示意图
在一些示例中，由脉冲电流产生电路102生成的双向脉冲电流信号的一个刺激周期T内的电荷总量在所述安全电荷量以内。具体而言，在神经刺激领域中，为了防止脉冲电流信号对人体神经组织例如视网膜的神经节细胞或双极细胞产生净电荷而对人体神经组织造成伤害，需要保证双向脉冲电流信号在一个刺激周期T内的电荷总量在所述安全电荷量以内。
这里，“安全电荷量”是神经组织(例如视网膜的神经节细胞或双极细胞)在安全范围内所能承受净电荷的最大值。超过该安全电荷量的净电荷有可能会对神经组织造成损伤。因此，在实际的神经刺激过程中，需要保证将一个刺激周期T内的电荷总量控制在所述安全电荷量以内。这里，一个刺激周期T为产生一次刺激信号的周期时间。电荷总量是指双向脉冲电流信号的一个刺激周期T内的净电荷的电荷总量。在一些示例中，为了方便起见，也可以令安全电荷量为零。
如上所述，脉冲电流产生电路102可以生成双向脉冲电流信号。该双向脉冲电流信号可以包括有效刺激电流信号和平衡电流信号。其中，有效刺激电流信号可以是对神经刺激对象例如神经节细胞或双极细胞有刺激作用的电流信号，平衡电流信号可以是用于平衡有效刺激电流信号所产生的电荷的电流信号。一般而言，如果有效刺激信号为正向脉冲，则平衡电流信号为负向脉冲；如果有效刺激信号为负向脉冲，则平衡电流信号为正向脉冲。由此，能够确保在一个刺激周期T内双向脉冲电流信号的电荷总量在所述安全电荷量以内(例如该电荷总量为零)。
作为具体例子，在一个刺激周期T内，双向脉冲电流信号的负向脉冲信号在时间上的积分可以与双向脉冲电流信号的正向脉冲信号在时间上的积分的绝对值相等或接近，由此，在一个刺激周期T内的双向脉冲电流信号的电荷总量在所述安全电荷量以内(例如该电荷总量为零)。另外，再参考图5，如图5所示，在一个刺激周期T内，负向脉冲信号的持续时长(负向脉冲宽度)为t1，正向脉冲信号的持续时长(正向脉冲宽度)为t2，则负向脉冲在t1时长内的积分的绝对值与正向脉冲在t2时长内的积分的绝对值相等或接近，即双向脉冲电流信号的电荷总量在所述安全电荷量以内(例如该电荷总量为零)。
如上所述，脉冲电流产生电路102提供了两种不同的脉冲幅度精度，第1脉冲幅度精度和第2脉冲幅度精度，其中，第1脉冲幅度精度为1μA/步，幅度范围为0～8μA(例如1μA、2μA、3μA、……、8μA)；第2脉冲幅度精度为8μA/步，幅度范围为8～512μA(例如8μA、16μA、24μA、……、512μA)(参见图6)。在一些示例中，如图7所示，当神经刺激对象例如视网膜的神经节细胞或双极细胞需要较低的脉冲电流刺激时，脉冲电流产生电路102可以提供精度较高的脉冲幅度精度(例如1μA/步)，例如当神经节细胞或双极细胞需要的电流幅度小于或等于8μA时，生成脉冲幅度精度为1μA/步的电流，可以提供1μA、2μA、3μA、4μA、5μA、6μA、7μA、8μA共8种脉冲幅度的电流；当神经节细胞或双极细胞需要的电流大于8μA时，生成脉冲幅度精度为8μA/步的电流，可以提供16μA、24μA、32μA、40μA、...512μA共64种脉冲幅度的电流。如此，脉冲电流产生电路102能够提供至少两种不同的精度的脉冲幅度，生成至少两种不同精度的脉冲电流，由此能够提供更高效的电流刺激方式。
在一些示例中，脉冲电流产生电路102可以根据脉冲电流参数生成低精度脉冲电流或高精度脉冲电流。具体而言，脉冲电流产生电路102在接收脉冲电流参数之后，判断所要生成的双向脉冲电流信号的脉冲幅度是否小于临界值。当所要生成的双向脉冲电流信号的脉冲幅度小于或等于临界值时，脉冲电流产生电路102生成高精度脉冲电流；当所要生成的双向脉冲电流信号的脉冲幅度大于临界值时，脉冲电流产生电路102生成低精度脉冲电流。
在本实施方式中，临界值可以预先进行设定。另外，高精度脉冲电流的幅度精度和低精度脉冲电流的幅度精度也可以预先进行设定。例如，如图6所示，临界值可以设置为8μA，高精度脉冲电流的幅度精度为1μA/步，低精度脉冲电流的幅度精度为8μA/步。在这种情况下，当脉冲电流产生电路102判断所要生成的双向脉冲电流信号的幅度小于或等于8μA时，脉冲电流产生电路102生成高精度(1μA/步)脉冲电流；当脉冲电流产生电路102判断所要生成的双向脉冲电流信号的幅度大于8μA时，脉冲电流产生电路102生成低精度(8μA/步)脉冲电流。如此，脉冲电流产生电路102能够提供两种不同精度的脉冲电流，当神经节细胞或双极细胞需要的脉冲电流较小时，提供高精度的脉冲电流，可以更加准确的刺激到视网膜的双极细胞，能够提供更加高效的刺激方式。
在一些示例中，当双向脉冲电流信号的正向脉冲宽度大于预设时长且正向脉冲幅度小于临界值时，或者当双向脉冲电流信号的负向脉冲宽度大于预设时长且负向脉冲幅度小于临界值时，脉冲电流产生电路102产生高精度脉冲电流。
对于刺激脉冲电流的宽度(刺激时间)，尽管作用机理目前仍未完全明确，但是通过延长刺激脉冲宽度(例如负向脉冲宽度)，更有可能刺激到更深入的神经细胞，由此能够获得更加有效的神经刺激。例如对于人工视网膜系统而言，宽的刺激脉冲能够更有效地刺激到视网膜的双极细胞，由此能够提供更有效和更精准的神经刺激。具体而言，当双向脉冲电流信号的负向脉冲宽度大于预设时长且负向脉冲幅度小于临界值时，该双向脉冲电流信号能够更加精准的刺激到视网膜的双极细胞，由于双极细胞在视觉通路上的一一对应性比神经节细胞优越，因此更加精准地刺激视网膜的双极细胞可以形成更加准确的光感，提高刺激效率。另外，也能够在硬件层面适应更高的处理要求例如刺激算法优化等。
在本实施方式中，当双向脉冲电流信号的正向脉冲宽度大于预设时长且正向脉冲幅度小于临界值时，或者当双向脉冲电流信号的负向脉冲宽度大于预设时长且负向脉冲幅度小于临界值时，脉冲电流产生电路102产生高精度脉冲电流，精准的刺激双极细胞，形成更加准确的光感，可以给盲人提供更加高效的刺激方式。
(电荷补偿电路)
图7是示出了本发明的实施方式所涉及的电荷补偿电路的电路模块的示意图。图8是示出了本发明的实施方式所涉及的电荷补偿电路的电路结构示意图。图9是示出了本发明的实施方式所涉及的补偿脉冲电流的示意图。
在本实施方式中，如图7所示，电荷补偿电路(也可以称“主动电荷补偿电路”)101包括检测电路1011、判断电路1012和补偿电路1013。检测电路1011可以用于检测由脉冲电流产生电路102生成的双向脉冲电流信号的一个刺激周期T内的电荷总量。另外，判断电路1012可以用于判断由检测电路1011检测的电荷总量是否超过安全电荷量。此外，补偿电路1013可以用于当判断电路1012判断电荷总量超过安全电荷量时，产生具有净电荷量的补偿脉冲电流信号以使用于神经刺激的电荷总量在所述安全电荷量以内。这里，净电荷量根据需要补偿的情况，可以为负电荷的电荷量，也可以为正电荷的电荷量。
在本实施方式中，电荷补偿电路101可以应用于图1所示的人工视网膜系统。在这种情况下，电荷补偿电路101可以位于图1所示的植入装置10中。具体而言，脉冲电流产生电路102可以位于图1所示的电子封装体12。在本实施方式中，电荷补偿电路101可以用于对脉冲电流产生电路102进行电荷补偿。
理论上，可以通过设置双向脉冲电流信号的脉冲电流参数(例如，脉冲电流参数可以包括正向脉冲宽度、正向脉冲幅度、负向脉冲宽度、负向脉冲幅度、脉冲间隔等)而使得双向脉冲电流信号在一个刺激周期T内的电荷总量在所述安全电荷量以内。然而，在实际应用电路中，脉冲电流产生电路102所生成的双向脉冲电流信号因为各种因素在一个刺激周期T内的电荷总量很可能会超出安全电荷量。在这种情况下，双向脉冲电流信号所积累的净电荷有可能对人体眼部神经节细胞或双极细胞会造成损害。在本实施方式中，通过电荷补偿电路101来主动补偿神经组织(例如神经节细胞或双极细胞)上积累的多余的净电荷，能够提高对刺激电荷的电荷平衡能力，确保神经刺激的安全性和可靠性。
在本实施方式中，检测电路1011可以用于检测脉冲电流产生电路102生成的双向脉冲电流信号的一个刺激周期T内的电荷总量。接着，判断电路1012判断由检测电路1011检测的双向脉冲电流信号的一个刺激周期T内的电荷总量是否超过安全电荷量。如果双向脉冲电流信号的一个刺激周期T内的电荷总量在安全电荷量以内，则补偿电路1013不工作；如果双向脉冲电流信号的一个刺激周期T内的电荷总量超过安全电荷量，则补偿电路1013产生具有净电荷量的补偿脉冲电流信号，使得用于神经刺激的电荷总量在所述安全电荷量以内。
具体而言，当判断电路1012判断双向脉冲电流信号在一个刺激周期T内的电荷总量为正电荷时，补偿电路1013产生负向电流脉冲，以使用于神经刺激的电荷总量在所述安全电荷量以内；当判断电路1012判断双向脉冲电流信号在一个刺激周期T内的电荷总量为负电荷时，补偿电路1013产生正向电流脉冲，以使用于神经刺激的电荷总量在所述安全电荷量以内。
在本实施方式中，补偿电路1013可以主动进行电荷补偿。一旦判断电路1012判断由检测电路1011检测的脉冲电流产生电路102所产生的一个刺激周期内的电荷总量超过安全电荷量，因此补偿电路1013可以及时进行电荷补偿，提高电荷平衡效率或能力，确保被刺激的神经组织的安全性。
在一些示例中，当判断电路1012判断双向脉冲电流信号的一个刺激周期T内的电荷总量超过安全电荷量时，补偿电路1013可以产生具有净电荷量的补偿脉冲电流信号，使得用于神经刺激的电荷总量在所述安全电荷量以内。另外，当判断电路1012判断双向脉冲电流信号的一个刺激周期T内的电荷总量小于零时，补偿电路1013可以产生具有正值的净电荷量的补偿脉冲电流信号使得用于神经刺激的电荷总量在所述安全电荷量以内。
例如，当判断电路1012判断双向脉冲电流信号的一个刺激周期T内的电荷总量为-1×10-7库伦的负电荷时，补偿电路1013产生电荷总量为1×10-7库伦的正电荷(例如，补偿电路1013可以产生一个脉冲宽度为1毫秒、脉冲幅值为100微安的正向脉冲，或者补偿电路1013可以产生一个脉冲宽度为10毫秒，脉冲幅值为10微安的正向脉冲)，使得用于神经刺激的所述电荷总量在所述安全电荷量以内。又例如，当判断电路1012判断双向脉冲电流信号的一个刺激周期T内的电荷总量为1×10-7库伦的正电荷时，补偿电路1013产生电荷总量为-1×10-7库伦的负电荷(例如，补偿电路1013可以产生一个脉冲宽度为1毫秒，脉冲幅值为100微安的负向脉冲，或者补偿电路1013可以产生一个脉冲宽度为10毫秒，脉冲幅值为10微安的负向脉冲)，使得用于神经刺激的所述电荷总量在所述安全电荷量以内。
在本实施方式中，补偿脉冲电流信号的幅值可以低于预设幅值，并且补偿脉冲电流信号的周期可以小于双向脉冲电流信号的周期。这里，预设幅值是能够对神经组织(例如神经节细胞或双极细胞)起到刺激作用的最小电流幅值，通过将补偿脉冲电流信号的幅值设置为低于预设幅值，由此可以防止补偿脉冲电流信号可能对神经组织(例如神经节细胞或双极细胞)产生的误刺激，抑制神经组织(例如神经节细胞或双极细胞)可能接收到补偿脉冲电流信号而产生不必要的兴奋。另外，也可以设置补偿脉冲电流信号的周期小于双向脉冲电流信号的周期，由此，可以在较短的时间内进行电荷补偿，可以快速进行电荷补偿。
在一些示例中，双向脉冲电流信号中的正向脉冲电流信号的波形可以与负向脉冲电流信号的波形相反。也即，在双向脉冲电流信号中，正向脉冲电流信号的波形除了与负向脉冲电流信号反相外，脉冲电流的波形形状相同。如此，检测电路1011可以检测正向脉冲电流信号的电荷量与负向脉冲电流信号的电荷量的绝对值。然后，判断电路1012通过比较正向脉冲电流信号的电荷量与负向脉冲电流信号的电荷量的绝对值来判断电荷总量是否超过安全电荷量。
再参考图5，图5示出了本发明的实施方式所涉及的双向脉冲电流信号的示意图。如图5所示，双向脉冲电流信号可以包括正向脉冲信号和负向脉冲信号，并且正向脉冲电流信号的波形与负向脉冲电流信号的波形相反。此时，检测电路1011可以检测正向脉冲电流信号的电荷量与负向脉冲电流信号的电荷量的绝对值。例如，正向脉冲电流信号的电荷量为Q1＝I1×t1，负向脉冲电流信号的电荷量的绝对值为Q2＝|I2×t2|，|I2×t2|即I2×t2的绝对值。接着，判断电路1012判断电荷量Q1与电荷量Q2之间的差值即净电荷总量＝Q1-Q2。当电荷量Q1与电荷量Q2相等时，则确定电荷总量为零。当电荷量Q1与电荷量Q2不相等时，则确定电荷总量不为零，其中，当电荷量Q1大于电荷量Q2时，确定电荷总量为正值(存在净正电荷)，当电荷量Q1小于电荷量Q2时，确定电荷总量为负值(存在净负电荷)。另外，只要确保上述电荷总量不论是净正电荷或净负电荷在安全电荷量以内即可。
在一些示例中，检测电路1011可以检测由脉冲电流产生电路102生成的双向脉冲电流信号的平均值。具体而言，通过直接计算双向脉冲电流信号的负电荷量与正电荷量之间的净电荷量，并且对该净电荷量取平均值，由此可以获得由脉冲电流产生电路102所生成的双向脉冲电流信号的电荷总量是否存在净电荷。然后，判断电路1012可以判断平均值的绝对值是否大于预设值，并且当平均值的绝对值大于预设值时，补偿电路1013可以产生具有净电荷量的补偿脉冲电流信号以使用于神经刺激的电荷总量在安全电荷量以内。
在本实施方式中，双向脉冲电流信号的平均值可以是双向脉冲电流信号的平均电流值、平均电荷值等。另外，预设值可以是预设电流值、预设电荷值等。
在一些示例中，双向脉冲电流信号的平均值可以是双向脉冲电流信号的平均电流值。在这种情况下，检测电路1011可以检测双向脉冲电流信号的平均电流值为Ia＝|(I1×t1+I2×t2)/(t1+t2)|，其中I2为负值。令预设电流值为I’(I’>0)，判断电路1012可以判断Ia是否大于I’。如果Ia大于I’，则补偿电路1013产生具有净电荷量的补偿脉冲电流信号使得用于神经刺激的电荷总量在安全电荷量以内；如果Ia小于或等于I’，则补偿电路1013不工作。
在一些示例中，双向脉冲电流信号的平均值可以是双向脉冲电流信号的平均电荷值。在这种情况下，检测电路1011可以检测双向脉冲电流信号的平均电荷值为Qa＝|(I1×t1+I2×t2)/2|，其中I2为负值。令预设电荷值为Q’(Q’>0)，判断电路1012可以判断Qa是否大于Q’。如果Qa大于Q’，则补偿电路1013产生具有净电荷量的补偿脉冲电流信号以使用于神经刺激的电荷总量在安全电荷量以内；如果Qa小于或等于Q’，则补偿电路1013不工作。
在一些示例中，检测电路1011可以检测由脉冲电流产生电路102生成的双向脉冲电流信号的电流平均值，并将电流平均值转换为电压平均值。在这种情况下，判断电路1012可以判断该电压平均值的绝对值是否大于预设电压值。在这种情况下，当电压平均值的绝对值大于预设电压值时，补偿电路1013可以产生具有净电荷量的补偿脉冲电流信号以使用于神经刺激的电荷总量在安全电荷量以内。
例如，可以通过电流电压转换电路将电流平均值转换为电压平均值，并且令预设电压值为安全的电压值，当电压平均值低于预设电压值时，表明脉冲电流产生电路102生成的双向脉冲电流信号对人体的神经节细胞或双极细胞没有伤害(没有超出安全电荷量)，补偿电路1013可以不需要进行电荷补偿；当电压平均值高于预设电压值时，表明脉冲电流产生电路102生成的双向脉冲电流信号对人体的神经节细胞或双极细胞可能会产生伤害，则补偿电路1013产生具有净电荷量的补偿脉冲电流信号以使用于神经刺激的电荷总量在安全电荷量以内。
在本实施方式中，可以通过检测电路1011将检测的电流平均值转换为判断电路1012容易进行判断(例如，判断电路1012可以使用电压比较器即可以进行判断)的电压平均值，可以方便判断电路1012判断是否需要补偿电路1013进行电荷补偿，并且可以提高判断电路1012的判断结果的准确性。
另外，在一些示例中，当电压平均值的绝对值大于预设电压值，且电压平均值为正值时，补偿电路1013可以产生具有负值的净电荷量的补偿脉冲电流信号以使用于神经刺激的电荷总量在安全电荷量以内；当电压平均值的绝对值大于预设电压值，且电压平均值为负值时，补偿电路1013产生具有正值的净电荷量的补偿脉冲电流信号以使用于神经刺激的电荷总量在安全电荷量以内。
在本实施方式中，检测电路1011可以检测由脉冲电流产生电路102生成的双向脉冲电流信号的电流平均值，并将电流平均值转换为电压平均值。判断电路1012可以判断电压平均值的绝对值是否大于预设电压值，当电压平均值的绝对值大于预设电压值时，且电压平均值为正值时，补偿电路1013产生具有负值的净电荷量的补偿脉冲电流信号以使用于神经刺激的电荷总量在安全电荷量以内；当电压平均值的绝对值大于预设电压值时，且电压平均值为负值时，补偿电路1013产生具有正值的净电荷量的补偿脉冲电流信号以使用于神经刺激的电荷总量在安全电荷量以内。
举例来说，若预设电压值为5毫伏(mv)，当电压平均值为大于5毫伏时(即电压平均值的绝对值大于预设电压值时，且电压平均值为正值时)，补偿电路1013产生具有负值的净电荷量的补偿脉冲电流信号以使用于神经刺激的电荷总量在安全电荷量以内，例如，补偿电路1013产生的补偿脉冲电流信号为负向脉冲。另外，当电压平均值为小于-5毫伏时(即电压平均值的绝对值大于预设电压值时，且电压平均值为负值时)，补偿电路1013产生具有正值的净电荷量的补偿脉冲电流信号以使用于神经刺激的电荷总量在安全电荷量以内，例如，补偿电路1013产生的补偿脉冲电流信号为正向脉冲。
图8是示出了本发明的实施方式所涉及的电荷补偿电路的电路结构示意图。如图8所示，电荷补偿电路101可以包括检测电路1011、判断电路1012和补偿电路1013。在本实施方式中，检测电路1011可以具体包括第1电阻R1、第2电阻R2和电容C1。其中，第1电容的负极与第1电阻R1的第1端接入公共电压VSS，第1电容的正极与第1电阻R1的第2端电连接第2电阻R2的第2端，第2电阻R2的第1端电连接脉冲电流产生电路102和补偿电路1013。
另外，判断电路1012可以具体包括第1电压比较器U1和第2电压比较器U2。其中，第1电压比较器U1的同相输入端和第2电压比较器U2的同相输入端电连接第2电阻R2的第1端，第1电压比较器U1的反相输入端接入预设正电压VTH+，第2电压比较器U2的反相输入端接入预设负电压VTH-，第1电压比较器U1的供电端与第2比较器U2的供电端均接入电源电压VDD，第1电压比较器U1的接地端与第2比较器U2的接地端均接入公共电压VSS，第1电压比较器U1的输出端Out1电连接补偿电路1013的第1控制端C+，第2电压比较器U2的输出端Out2电连接补偿电路1013的第2控制端C-，补偿电路1013的供电端接入电源电压VDD，补偿电路1013的接地端接入公共电压VSS，补偿电路1013的输出端连接脉冲电流产生电路102的输入端，脉冲电流产生电路102的供电端接入电源电压VDD，脉冲电流产生电路102的接地端接入公共电压VSS，脉冲电流产生电路102的输出端连接阻抗负载103。
另外，检测电路1011可以检测脉冲电流产生电路102生成的双向脉冲电流信号在一个刺激周期T内的电荷总量与一个刺激周期T内的电流平均值，并将一个刺激周期T内的电流平均值转换为电压平均值。判断电路1012可以判断上述电压平均值是否位于预设正电压VTH+与预设负电压VTH-之间，如果上述电压平均值位于预设正电压VTH+与预设负电压VTH-之间，则补偿电路1013不需要进行电荷补偿；如果上述电压平均值不位于预设正电压VTH+与预设负电压VTH-之间，则补偿电路1013进行电荷补偿，产生具有净电荷量的补偿脉冲电流信号，以使用于神经刺激的电荷总量在安全电荷量以内。
作为具体例子，假设脉冲电流产生电路102所生成的双向脉冲电流信号在一个刺激周期T内(例如，周期为1秒)的电荷总量的绝对值超过5×10-7库伦时，则补偿电路1013进行电荷补偿。也即，当双向脉冲电流信号的电流平均值大于5×10-7毫安或者小于-5×10-7毫安时，补偿电路1013进行电荷补偿。如果第2电阻R2的阻值为10千欧，则可以令预设正电压VTH+为5毫伏，预设负电压VTH-为-5毫伏。当判断电路1012判断上述电压平均值超过5毫伏时，第1电压比较器U1的输出端Out1输出高电平，第2电压比较器U2的输出端Out2输出高电平；当判断电路1012判断上述电压平均值低于-5毫伏时，第1电压比较器U1的输出端Out1输出低电平，第2电压比较器U2的输出端Out2输出低电平；当判断电路1012判断上述电压平均值位于-5毫伏～5毫伏之间时，第1电压比较器U1的输出端Out1输出低电平，第2电压比较器U2的输出端Out2输出高电平。
在本实施方式中，补偿电路1013的输出端输出的补偿脉冲电流信号与补偿电路1013的第1控制端C+和补偿电路1013的第2控制端C-相关，请参阅下表1。
表1
第1控制端C+ 第2控制端C- 补偿脉冲电流信号
高电平 高电平 负向脉冲
低电平 低电平 正向脉冲
低电平 高电平 无
当判断电路1012判断上述电压平均值超过5毫伏时，补偿电路1013需要补偿负向脉冲，此时，第1电压比较器U1的输出端Out1输出高电平，第2电压比较器U2的输出端Out2输出高电平，即第1控制端C+为高电平，第2控制端C-为高电平，如表1所示，补偿电路1013生成的补偿脉冲电流信号为负向脉冲。
另外，当判断电路1012判断上述电压平均值低于-5毫伏时，补偿电路1013需要补偿正向脉冲，此时，第1电压比较器U1的输出端Out1输出低电平，第2电压比较器U2的输出端Out2输出低电平，即第1控制端C+为低电平，第2控制端C-为低电平，如表1所示，补偿电路1013生成的补偿脉冲电流信号为正向脉冲。
此外，当判断电路1012判断上述电压平均值位于-5毫伏～5毫伏之间时，补偿电路1013无需进行电荷补偿，第1电压比较器U1的输出端Out1输出低电平，第2电压比较器U2的输出端Out2输出高电平，即第1控制端C+为低电平，第2控制端C-为高电平，如表1所示，补偿电路1013不进行电荷补偿。
在本实施方式中，图8仅仅是本发明的优选实施方式所涉及的一种具体的电荷补偿电路，本实施方式并不限于此。在电荷补偿电路101中，检测电路1011、判断电路1012和补偿电路1013的具体实现方式可以有多种变形。
另外，本实施方式所涉及的电荷补偿方法是用于对脉冲电流产生电路进行电荷补偿的电荷补偿方法，脉冲电流产生电路产生用于神经刺激的双向脉冲电流，电荷补偿方法包括：检测由脉冲电流产生电路生成的双向脉冲电流信号的一个刺激周期内的电荷总量；判断由检测电路检测的电荷总量小于或等于安全电荷量；并且当判断电路判断电荷总量超过安全电荷量时，产生具有净电荷量的补偿脉冲电流信号以使电荷总量在安全电荷量以内。
另外，在电荷补偿方法中，当判断电荷总量为正值时，产生具有负值的补偿电荷量的补偿脉冲电流信号以使电荷总量在安全电荷量以内，并且当判断电荷总量为负值时，产生具有正值的补偿电荷量的补偿脉冲电流信号以使电荷总量在安全电荷量以内。由此，能够更加有效地确保用于神经刺激的电荷总量在安全电荷量以内。
另外，在一个优选的实施方式中，可以用电荷收敛补偿方法逐步进行电荷补偿，提高电荷补偿的精确性。在一些示例中，检测电路1011可以检测脉冲电流产生电路102生成的双向脉冲电流信号在一个刺激周期T内的电荷总量。判断电路1012可以判断双向脉冲电流信号在一个刺激周期T内的电荷总量的绝对值是否大于安全电荷量，当判断电路1012判断双向脉冲电流信号在一个刺激周期T内的电荷总量的绝对值超过安全电荷量时，补偿电路1013进行部分电荷补偿。例如，当判断电路1012判断双向脉冲电流信号在一个刺激周期T内的电荷总量为Q1，且Q1的绝对值>Qs(Qs为安全电荷量)时，补偿电路1013进行部分电荷补偿。这里的部分电荷补偿可以为比例电荷补偿，例如按照30％、40％、50％、60％、70％、80％等比例值进行电荷补偿。
例如，假设安全电荷量为5×10-8库伦，当判断电路1012判断双向脉冲电流信号在一个刺激周期T内的电荷总量为1×10-7库伦的负电荷时，补偿电路1013可以按照50％的比例进行正电荷补偿，即补偿电路1013可以进行5×10-8库伦的正电荷补偿。然后，检测电路1011可以继续检测脉冲电流产生电路102累计产生的电荷总量，若判断电路1012判断脉冲电流产生电路102累计产生的电荷总量为6×10-8库伦的负电荷，补偿电路1013进行3×10-8库伦的正电荷补偿。之后，检测电路1011继续检测脉冲电流产生电路102累计产生的电荷总量，当判断电路1012判断脉冲电流产生电路102累计产生的电荷总量超过安全电荷量(5×10-8)时，补偿电路1013继续按照50％的比例进行电荷补偿，直至当判断电路1012判断脉冲电流产生电路102累计产生的电荷总量的绝对值在安全电荷量以内时，补偿电路1013停止进行电荷补偿。当然，在补偿电路1013停止进行电荷补偿之后，检测电路1011可以继续检测脉冲电流产生电路102累计产生的电荷总量，也即是说，检测电路1011可以是一直处于工作状态，实时地进行检测，一旦检测出电荷量超标(脉冲电流产生电路102累计产生的电荷总量的绝对值大于安全电荷量)，补偿电路1013即可进行电荷补偿。
又例如，假设安全电荷量为5×10-8库伦，当判断电路1012判断双向脉冲电流信号在一个刺激周期T内的电荷总量为1×10-7库伦的负电荷时，可以按照60％的比例进行正电荷补充，即补偿电路1013进行6×10-8库伦的正电荷补偿(需要注意的是，实际过程中，补偿电路1013补偿的电荷并不一定等于6×10-8库伦的正电荷)，如图5所示，然后检测电路1011继续检测脉冲电流产生电路102累计产生的电荷总量，若判断电路1012判断脉冲电流产生电路102累计产生的电荷总量为6×10-8库伦的负电荷，补偿电路1013进行3.6×10-8库伦的正电荷补偿。之后，检测电路1011可以继续检测脉冲电流产生电路102累计产生的电荷总量。当判断电路1012判断脉冲电流产生电路102累计产生的电荷总量大于安全电荷量(5×10-8)时，补偿电路1013继续按照60％的比例进行电荷补偿，直至当判断电路1012判断脉冲电流产生电路102累计产生的电荷总量的绝对值小于安全电荷量时，补偿电路1013停止进行电荷补偿。当然，在补偿电路1013停止进行电荷补偿之后，检测电路1011可以继续检测脉冲电流产生电路102累计产生的电荷总量，也即是说，检测电路1011可以是一直处于工作状态，实时的进行检测，一旦检测出电荷量超标(脉冲电流产生电路102累计产生的电荷总量的绝对值大于安全电荷量)，补偿电路1013即可进行电荷补偿。
在一些示例中，检测电路1011可以检测脉冲电流产生电路102生成的双向脉冲电流信号在一个刺激周期T内的电荷总量。判断电路1012可以判断双向脉冲电流信号在一个刺激周期T内的电荷总量是否超过安全电荷量。当判断电路1012判断双向脉冲电流信号在一个刺激周期T内的电荷总量超过安全电荷量时，补偿电路1013可以进行部分电荷补偿。例如，当判断电路1012判断双向脉冲电流信号在一个刺激周期T内的电荷总量为Q1，且Q1超过安全电荷量时，补偿电路1013可以进行部分电荷补偿，这里的部分电荷补偿可以为比例电荷补偿，例如按照30％、40％、50％、60％、70％、80％等比例值进行电荷补偿。
例如，当判断电路1012判断双向脉冲电流信号在一个刺激周期T内的电荷总量为1×10-7库伦的负电荷时，可以按照50％的比例进行正电荷补充，即补偿电路1013进行5×10-8库伦的正电荷补偿。然后，检测电路1011可以继续检测脉冲电流产生电路102累计产生的电荷总量。如果判断电路1012判断脉冲电流产生电路102累计产生的电荷总量为6×10-8库伦的负电荷，则补偿电路1013可以继续进行3×10-8库伦的正电荷补偿。之后，检测电路1011可以继续检测脉冲电流产生电路102累计产生的电荷总量。当判断电路1012判断脉冲电流产生电路102累计产生的电荷总量超过安全电荷量时，补偿电路1013可以继续按照50％的比例进行电荷补偿，直至当判断电路1012判断脉冲电流产生电路102累计产生的电荷总量在安全电荷量以内时，补偿电路1013可以停止对脉冲电流产生电路102进行电荷补偿。当然，在补偿电路1013停止进行电荷补偿之后，检测电路1011可以继续检测脉冲电流产生电路102累计产生的电荷总量。也即是说，检测电路1011可以是一直处于工作状态，实时地进行检测，一旦检测出电荷量超过安全电荷量，补偿电路1013即可进行电荷补偿。
又例如，当判断电路1012判断双向脉冲电流信号在一个刺激周期T内的电荷总量为1×10-7库伦的负电荷时，可以按照60％的比例进行正电荷补充，即补偿电路1013进行6×10-8库伦的正电荷补偿。然后，检测电路1011可以继续检测脉冲电流产生电路102累计产生的电荷总量。如果判断电路1012判断脉冲电流产生电路102累计产生的电荷总量为6×10-8库伦的负电荷，则补偿电路1013继续进行3.6×10-8库伦的正电荷补偿。之后，检测电路1011可以继续检测脉冲电流产生电路102累计产生的电荷总量，当判断电路1012判断脉冲电流产生电路102累计产生的电荷总量超过安全电荷量时，补偿电路1013可以继续按照60％的比例进行电荷补偿，直至当判断电路1012判断脉冲电流产生电路102累计产生的电荷总量等于零时，补偿电路1013可以停止进行电荷补偿。当然，在补偿电路1013停止进行电荷补偿之后，检测电路1011可以继续检测脉冲电流产生电路102累计产生的电荷总量。也即是说，检测电路1011可以是一直处于工作状态，实时地进行检测，一旦检测出电荷量超过安全电荷量，补偿电路1013即可进行电荷补偿。
虽然以上结合附图和实施例对本发明进行了具体说明，但是可以理解，上述说明不以任何形式限制本发明。本领域技术人员在不偏离本发明的实质精神和范围的情况下可以根据需要对本发明进行变形和变化，这些变形和变化均落入本发明的范围内。

Claims (10)

1.一种电荷补偿电路，其特征在于，
是用于对脉冲电流产生电路进行电荷补偿的电荷补偿电路，所述脉冲电流产生电路产生用于神经刺激的双向脉冲电流，
所述电荷补偿电路包括：
检测电路，其用于检测由所述脉冲电流产生电路生成的所述双向脉冲电流信号的一个刺激周期内的电荷总量；
判断电路，其用于判断由所述检测电路检测的所述电荷总量是否超过安全电荷量；以及
补偿电路，其用于当所述判断电路判断所述电荷总量超过安全电荷量时，产生具有净电荷量的补偿脉冲电流信号以使所述电荷总量在所述安全电荷量以内。
2.根据权利要求1所述的电荷补偿电路，其特征在于，
在所述补偿电路中，当所述判断电路判断所述电荷总量为正值时，产生具有负值的补偿电荷量的补偿脉冲电流信号以使所述电荷总量在所述安全电荷量以内，并且
当所述判断电路判断所述电荷总量为负值时，产生具有正值的补偿电荷量的补偿脉冲电流信号以使所述电荷总量在所述安全电荷量以内。
3.根据权利要求1或2所述的电荷补偿电路，其特征在于，
所述补偿脉冲电流信号的幅值低于预设幅值，并且所述补偿脉冲电流信号的周期小于所述双向脉冲电流信号的周期。
4.根据权利要求1所述的电荷补偿电路，其特征在于，
在所述双向脉冲电流信号中，正向脉冲电流信号的波形与负向脉冲电流信号的波形相反，
所述检测电路检测所述正向脉冲电流信号的电荷量与所述负向脉冲电流信号的电荷量的绝对值，所述判断电路通过比较所述正向脉冲电流信号的电荷量与所述负向脉冲电流信号的电荷量的绝对值来判断所述电荷总量是否超过安全电荷量。
5.根据权利要求1所述的电荷补偿电路，其特征在于，
所述检测电路检测由脉冲电流产生电路生成的所述双向脉冲电流信号的平均值，
所述判断电路判断所述平均值的绝对值是否大于预设值，并且当所述平均值的绝对值大于所述预设值时，补偿电路产生具有净电荷量的补偿脉冲电流信号以使所述电荷总量在所述安全电荷量以内。
6.根据权利要求1所述的电荷补偿电路，其特征在于，
所述检测电路检测由所述脉冲电流产生电路生成的双向脉冲电流信号的电流平均值，并将所述电流平均值转换为电压平均值，并且
所述判断电路判断所述电压平均值的绝对值是否大于预设电压值，当所述电压平均值的绝对值大于所述预设电压值时，所述补偿电路产生具有净电荷量的补偿脉冲电流信号以使所述电荷总量在所述安全电荷量以内。
7.根据权利要求6所述的电荷补偿电路，其特征在于，
当所述电压平均值的绝对值大于预设电压值，且所述电压平均值为正值时，所述补偿电路产生具有负值的净电荷量的补偿脉冲电流信号以使用于神经刺激的所述电荷总量在所述安全电荷量以内，并且
当所述电压平均值的绝对值大于预设电压值，且所述电压平均值为负值时，所述补偿电路产生具有正值的净电荷量的补偿脉冲电流信号以使用于神经刺激的所述电荷总量在所述安全电荷量以内。
8.一种电荷补偿方法，其特征在于，
是用于对脉冲电流产生电路进行电荷补偿的电荷补偿方法，所述脉冲电流产生电路产生用于神经刺激的双向脉冲电流，
所述电荷补偿方法包括：
检测由所述脉冲电流产生电路生成的所述双向脉冲电流信号的一个刺激周期内的电荷总量；
判断由所述检测电路检测的所述电荷总量超过安全电荷量；并且
当所述判断电路判断所述电荷总量超过所述安全电荷量时，产生具有净电荷量的补偿脉冲电流信号以使所述电荷总量在所述安全电荷量以内。
9.根据权利要求8所述的电荷补偿方法，其特征在于，
当判断所述电荷总量为正值时，产生具有负值的补偿电荷量的补偿脉冲电流信号以使所述电荷总量在所述安全电荷量以内，并且
当判断所述电荷总量为负值时，产生具有正值的补偿电荷量的补偿脉冲电流信号以使所述电荷总量在所述安全电荷量以内。
10.一种人工视网膜系统，其特征在于，
包括：
植入装置，其至少具有权利要求1至7中的任一项所述的电荷补偿电路；
摄像装置，其用于捕获视频图像，并且将所述视频图像转换成视觉信号；以及
视频处理装置，其与所述摄像装置连接，并且将所述视觉信号进行处理并生成调制信号，所述调制信号被传送给所述植入装置，
所述植入装置将所接收的所述调制信号转换成作为电刺激信号的所述双向脉冲电流信号，从而对视网膜的神经节细胞或双极细胞发放所述双向脉冲电流信号来产生光感。
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