CN116440409B - 基于红外光激励的人类视网膜细胞刺激设备及方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了基于红外光激励的人类视网膜细胞刺激设备，包括体外佩戴单元和体内植入单元，所述体外佩戴单元为搭载摄像头、FPGA开发板、红外LED发光模块的视觉辅助眼镜，所述体内植入单元植入眼球，所述体内植入单元包括若干组PV‑cell太阳能电池板和脉冲波形发生电路，所述脉冲波形发生电路固定在所述PV‑cell太阳能电池板的背面并与所述PV‑cell太阳能电池板电连接，若干所述脉冲波形发生电路分别通过输出电极对不同的视网膜神经元细胞进行刺激。本发明采用上述结构的基于红外光激励的人类视网膜细胞刺激设备及方法，采用PV‑cell代替无线天线，利用红外光照射PV‑cell为电路进行供电，电路生成脉冲信号对视网膜神经节细胞进行电刺激，从而达到修复视网膜的功能。
Description
技术领域
本发明涉及视觉辅助设备技术领域，尤其是涉及基于红外光激励的人类视网膜细胞刺激设备及方法。
背景技术
眼睛是我们感知世界的重要器官之一。但是，全世界目前有大约3200万盲人，如此巨大的一个数字，使得重建盲人的视觉系统成为了医学领域重点关注的方向之一。目前，已经该有多种方式可以使视觉系统得以改善，比如通过逆转视力受损细胞的方式使动物重见光明，以及通过脑皮层植入的方式在脑海中展现特定内容。同样，随着电子集成的发展，仿生眼也进入了临床试验阶段。2014年，美国监管机构批准了一种新的治疗失明装置，这台名为ArgusII的装置通过安装在眼镜上的摄像头，可以将视觉信号发送到眼睛后部约3×5毫米的网格状电极上，ArgusII的作用是取代遗传性视网膜色素变性中丢失的感光细胞信号。据该装置制造商SecondSight估计，世界上约有350人正在使用ArgusII。ArgusII提供了一种相对粗糙的人工视觉，使用者看到的漫射光点是光幻视。ArgusII分为体内植入部分和体外病人必须穿戴的部分。植入设备将植入到病人的视网膜上，设备中含有电极阵列，电池和一个无线天线。外部设备包含一副眼镜，内置前向的摄像头和无线电发射器以及一个视频处理单元。电池和天线的植入具有诸多弊病，例如进行核磁共振、安检时容易产生干扰，以及电池存在耐久度问题，都会对患者的生活产生不利影响。
发明内容
本发明的目的是提供基于红外光激励的人类视网膜细胞刺激设备及方法，采用PV-cell代替无线天线，利用红外光照射PV-cell为电路进行供电，电路生成脉冲信号对视网膜神经节细胞进行电刺激，从而达到修复视网膜的功能。
为实现上述目的，本发明提供了基于红外光激励的人类视网膜细胞刺激设备，包括体外佩戴单元和体内植入单元，所述体外佩戴单元为搭载摄像头、FPGA开发板、红外LED发光模块的视觉辅助眼镜，所述体内植入单元植入眼球，所述体内植入单元包括若干组PV-cell太阳能电池板和脉冲波形发生电路，所述脉冲波形发生电路固定在所述PV-cell太阳能电池板的背面并与所述PV-cell太阳能电池板电连接，若干所述脉冲波形发生电路分别通过输出电极对不同的视网膜神经元细胞进行刺激。
优选的，所述摄像头处于所述视觉辅助眼镜的两个镜片之间，所述FPGA开发板设置于所述视觉辅助眼镜的控制器内，所述控制器设置于所述视觉辅助眼镜的侧面并靠近人耳，所述红外LED发光模块位于所述控制器与所述镜片之间，所述红外LED发光模块上设置有若干红外光LED，所述红外光LED呈阵列设置，所述红外光LED朝向人眼方向。
优选的，所述红外LED发光模块采用8*8、16*8、16*16、64*32或64*64的阵列，所述红外光LED射出800nm波长的红外光。
基于红外光激励的人类视网膜细胞刺激方法，步骤如下：
S1、图像采集：通过智能眼镜上的摄像头采集图像，摄像头将模拟信号转换成数字信号，输入FPGA开发板中；
S2、图像处理：对输入FPGA开发板的RGB565图像进行处理，将图像按帧转化成灰度化的图像，根据红外LED发光模块的阵列对灰度化的图像进行像素分割，每一个红外光LED对应一个像素块；
S3；点亮LED：对每个像素块进行加权平均值计算，平均值达到相应阈值即可点亮对应的红外光LED；
S4、红外激励：具有图像轮廓的红外LED发光模块透过人体皮肤为植入眼底的PV-cell太阳能电池板提供对应波长的光照，PV-cell太阳能电池板受光照后为脉冲波形发生电路供能；
S5、脉冲输出：脉冲波形发生电路产生幅度大小为40mV-60mv的脉冲信号刺激相应的视网膜神经节细胞，恢复视网膜功能。
因此，本发明采用上述结构的基于红外光激励的人类视网膜细胞刺激设备及方法，采用易佩戴、便携的视觉辅助眼镜采集外界图像信息，通过光生电的方式对视网膜进行刺激，极大程度减少了设备对患者的影响，辅助佩戴者获得一定量的视觉信息，有利于患者的视网膜神经节细胞恢复。
下面通过附图和实施例，对本发明的技术方案做进一步的详细描述。
附图说明
图1为本发明基于红外光激励的人类视网膜细胞刺激设备实施例1的结构示意图；
图2为本发明实施例1的基于红外光激励的人类视网膜细胞刺激方法流程图；
图3为本发明实施例1的脉冲波形输出示意图。
附图标记
1、视觉辅助眼镜；2、红外LED发光模块；3、PV-cell太阳能电池板；4、脉冲波形发生电路；5、镜片；6、摄像头；7、控制器。
具体实施方式
以下通过附图和实施例对本发明的技术方案作进一步说明。
实施例1
如图1所示，基于红外光激励的人类视网膜细胞刺激设备，包括体外佩戴单元和体内植入单元。体外佩戴单元为搭载摄像头6、FPGA开发板、红外LED发光模块2的视觉辅助眼镜1。摄像头6处于视觉辅助眼镜1的两个镜片5之间，用于采集前方的图像信息。FPGA开发板设置于视觉辅助眼镜1的控制器7内，用于接收摄像头6信息并进行处理，控制器7设置于视觉辅助眼镜1的侧面并靠近人耳。红外LED发光模块2位于控制器7与镜片5之间，红外LED发光模块2上设置有若干红外光LED，红外光LED呈阵列设置，红外光LED朝向人眼方向。红外LED发光模块2接收FPGA开发板的指示，在特定位置亮起形成图形轮廓。
体内植入单元植入眼球，体内植入单元包括若干组PV-cell太阳能电池板3和脉冲波形发生电路4，脉冲波形发生电路4固定在PV-cell太阳能电池板3的背面并与PV-cell太阳能电池板3电连接。PV-cell太阳能电池板3接受红外光LED的照射后发电，为脉冲波形发生电路4功能，若干脉冲波形发生电路4分别通过输出电极对不同的视网膜神经元细胞进行刺激，使患者形成图像。
红外LED发光模块2采用8*8、16*8、16*16、64*32或64*64的阵列，红外光LED射出800nm波长的红外光。
根据以上设备结构开发的基于红外光激励的人类视网膜细胞刺激方法，如图2所示，步骤如下：
S1、图像采集：通过智能眼镜上的摄像头6采集图像，摄像头6将模拟信号转换成数字信号，输入FPGA开发板中；
S2、图像处理：对输入FPGA开发板的RGB565图像进行处理，将图像按帧转化成灰度化的图像，根据红外LED发光模块2的阵列对灰度化的图像进行像素分割，每一个红外光LED对应一个像素块；
S3；点亮LED：对每个像素块进行加权平均值计算，平均值达到相应阈值即可点亮对应的红外光LED；
S4、红外激励：具有图像轮廓的红外LED发光模块2透过人体皮肤为植入眼底的PV-cell太阳能电池板3提供对应波长的光照，PV-cell太阳能电池板3受光照后为脉冲波形发生电路4供能；
S5、脉冲输出：脉冲波形发生电路4产生如图3所示，幅度大小为40mV-60mv的脉冲信号刺激相应的视网膜神经节细胞，恢复视网膜功能。
实施例2
基于实施例1提出的基于红外光激励的人类视网膜细胞刺激设备及方法，还提供了一种基于FPGA深度学习的LED阵列驱动方法，步骤如下：
S1、摄像头6采集多类图像，形成图片集，输入FPGA开发板进行学习，并判断图片类别特征；
S2、将判断结果进行数据输出，对每一类图像进行数据编号；
S3、根据采集的图像大小和类别，对应在红外LED发光模块2上驱动部分红外光LED亮起，形成预设LED阵列；
S4、体内植入单元依据预设LED阵列对人体视网膜神经节细胞进行刺激。
因此，本发明采用上述结构的基于红外光激励的人类视网膜细胞刺激设备及方法，采用易佩戴、便携的视觉辅助眼镜采集外界图像信息，通过光生电的方式对视网膜进行刺激，极大程度减少了设备对患者的影响，辅助佩戴者获得一定量的视觉信息，有利于患者的视网膜神经节细胞恢复。在体内植入单元中采用无磁性金属材料，减少EMC(电磁干扰)以及做MRI时的不利影响。
最后应说明的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非对其进行限制，尽管参照较佳实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对本发明的技术方案进行修改或者等同替换，而这些修改或者等同替换亦不能使修改后的技术方案脱离本发明技术方案的精神和范围。
Claims (2)
1.基于红外光激励的人类视网膜细胞刺激设备，其特征在于：包括体外佩戴单元和体内植入单元，所述体外佩戴单元为搭载摄像头、FPGA开发板、红外LED发光模块的视觉辅助眼镜，所述摄像头处于所述视觉辅助眼镜的两个镜片之间，所述FPGA开发板设置于所述视觉辅助眼镜的控制器内，摄像头用于采集图像，然后将模拟信号转换成数字信号，输入FPGA开发板中；
所述控制器设置于所述视觉辅助眼镜的侧面并靠近人耳，所述红外LED发光模块位于所述控制器与所述镜片之间，所述红外LED发光模块上设置有若干红外光LED，所述红外光LED呈阵列设置；
对输入FPGA开发板的RGB565图像进行处理，将图像按帧转化成灰度化的图像，根据红外LED发光模块的阵列对灰度化的图像进行像素分割，每一个红外光LED对应一个像素块；
对每个像素块进行加权平均值计算，平均值达到相应阈值即可点亮对应的红外光LED，所述红外光LED点亮后射出800nm波长的红外光，所述红外光LED朝向人眼方向；
所述体内植入单元植入眼球，所述体内植入单元植包括若干组PV-cell太阳能电池板和脉冲波形发生电路，所述脉冲波形发生电路固定在所述PV-cell太阳能电池板的背面并与所述PV-cell太阳能电池板电连接，具有图像轮廓的红外LED发光模块为PV-cell太阳能电池板提供光照，PV-cell太阳能电池板受光照后为脉冲波形发生电路供能；
若干所述脉冲波形发生电路产生幅度大小为40mV-60mv的脉冲信号，分别通过输出电极对不同的视网膜神经元细胞进行刺激。
2.根据权利要求1所述的基于红外光激励的人类视网膜细胞刺激设备，其特征在于：所述红外LED发光模块采用8*8、16*8、16*16、64*32或64*64的阵列。
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