CN1461227A - 人体电子植入体及其人工视觉系统 - Google Patents

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Abstract

一种用于为盲人提供人工视觉或用于如神经肌肉传感器和微刺激器等用途的小型化人体电子植入体。植入体具有高分辨率电极阵列，与安装在电极阵列背面上的、集成了植入体刺激和监控电路的芯片相连。植入体通过感应双向连接由外部单元供给电源，并与外部单元进行通信。

Description

人体电子植入体及其人工视觉系统
技术领域
本发明涉及人体电子植入体，更具体的涉及一种人体电子植入体，它为了提供人工视觉，可以被用来刺激盲人的视觉皮层，或者为了其他目的，可以被用来刺激其他人体器官、组织或神经，而且它也可以被用作用于诊断目的的监控仪器。
背景技术
现在，失明仍然是难以治愈的。诸如语音综合器、三维(3D)触觉显示器以及专用扫描仪等技术通过允许盲人阅读文字并利用金钱提高了盲人的生活质量。但是，对于复明，情形仍然与一百年甚或一千年以前一样。
由于电刺激技术应用于多种环境以增强或恢复器官功能，一些研究小组正致力于对全盲人群的有限的但功能性视觉的恢复。功能性视觉意味着人将能够在没有协助的情况下完成作为每天生活一部分的大多数任务。这将是有限的，由于在最近的将来没有系统能够以相同的精确度替代自然视觉系统。只是所需的分辨能力和数据处理能力过于强大。
如果出现视觉机能障碍并足以严重影响他的日常生活，则他将在法律上被看作失明。医学的判别准则随国家的不同而不同，但是，通常在法律上被看作失明的人包括完全失明人群的特定群体。这意味着他们看不到任何东西，并生活在完全黑暗的世界里。引起失明的原因众多。一些原因起源于眼睛内，而其他原因涉及视觉神经纤维链。
人类视觉刺激的历史开始于1960年，当时发现当以电流刺激人脑的特定部分时，在患者的视场中出现确定的光斑。后来大脑的这个部分被确定为视觉皮层，而且光斑被称为压眼闪光。1968年，首次发表了涉及视觉刺激的临床实验结果。实验通过81个铂电极阵列以电极间不同的电压电源和间距进行。在所有的情况下，电刺激都在视觉皮层的表面上进行。随着研究的深入，取得了显著的发现，可以总结如下：基于皮层内的电流导致相当数量的电流减少、更多的稳定压眼闪光以及与电流成比例的压眼闪光强度。为了实现视觉刺激，两个主要步骤是必需的。第一步是获得现实生活场景并产生刺激信息或者刺激命令字。第二步是按照命令字注入适当的电流以完成刺激。
存在至少三种想要利用电刺激引起足够视觉的正在进行的研究行动。每一种具有它自己与众不同的特性，如下：
1)视网膜刺激，将电极阵列插入光敏视网膜。这种方法的优势是利用大部分的自然视觉神经纤维链。这是优势但也是不方便的地方，因为视觉神经纤维链必须是完整无缺并具有完整的机能。这种刺激方法的一些最大的挑战是机械上的。由于电极阵列放置在视网膜上，它将受到眼睛非常大的角加速度。必须确保电极阵列非常坚固地处于适当的位置以避免损伤视网膜。此外，为了与视网膜具有很好的接触，电极阵列必须不是平面的，而必须与眼睛的球形特性相匹配。这种方法看来是专用于视觉加强的，因为视觉神经纤维链是完整无缺的。例如，对于失去它们外部视觉敏感性的患者，它将是理想的。
2)皮层刺激，将电极阵列插入大脑视觉皮层。这种方法也是专用于完全失明人群的。它唯一的需求是视觉皮层是完整无缺的，看来大于90％的情况都是这样的。研究正在进行以确定长期的刺激对大脑的作用以及由于高密度的电极引起的细胞损伤，但是初步的结果是令人鼓舞的。对于这种方法，关键的步骤是电极阵列到视觉皮层的插入。目前的方法建议气动系统。
3)光学神经刺激是最近提出的全新刺激策略。显而易见地，从视神经到视觉皮层的视觉神经纤维链必须是完整无缺的。由视神经携带的信号的确切特性还没有彻底的搞清楚，而且在可以证明可行性之前，需要更多的研究。
本领域中已知的有美国专利号为4,551,149(Sciarra)；4,628,933(Michelson)；5,159,927(Schmid)；5,215,088(Normann等)；5,324,315(Grevious)；5,324,316(Schulman等)；5,876,425(Gord等)；5,800,535(Hward，III)；5,807,397(Barreras)；5,873,901(Wu等)；5,935,155(Humayun等)的专利；转让给用于失明研究的W H Ross基金会(苏格兰)并于1979年9月26日发表的英国专利申请GB 2,016,276；以及描述本领域情况、于1972年8月29日出版的加拿大专利号为908,750(Brindley等)的专利。
上述专利文献表明至少在理论基础上已经设计了多种植入体。但是，当将它们付诸实践时，出现了很多问题。例如，电子植入体的生产中的困难存在于多种所需功能的集成和整个系统的小型化中。由于利用分立的电子模块建造，现有的植入体表现出高功率消耗并占有相当的空间。以高速操作的RF部分，由于这个部分产生电磁干扰，通常以分立电子元件制成；从而它不能与植入电路的剩余部分集成，否则将允许减少植入体的尺寸和功率消耗。由于具有分立元件的可植入系统具有高额定功率，从而通过导电连接提供的电源很难实用化。一些设计在相同的硅片上将电子组件和电极进行分组。这种方法促进了一些电极向量的实现，但是它针对阵列形式的大数目的电极的应用还有待证明。因为多数当前所用技术是基于ASK调制，用于向系统中可植入部分供电的感应耦合的效率非常低。当使用分立元件设计时，这种低效率阻碍了在相同植入体中所有想要功能的集成。
从而，用于电刺激目的的植入体还远不能监控在电极-组织连接体上的变化。但是，非常想要这种监控功能以监控并跟随与植入的系统相联系的环境的演变。多数现有的系统不能处理大量的输入和输出(几十和几百)；它们主要只设计用于一些刺激通道，如用于电极的10×10阵列。此外，在本领域中，具有在缩减尺寸的表面上有大量电极的电极阵列的植入电子组件的部件还远没有得到与涉及植入体和植入系统的一些其他方面一样多的关注。
发明内容
本发明的一个目的是提供一种人体电子植入体，它可以被用作在视觉皮层上的刺激植入体以向盲人提供人工视觉，或者用于如用于可植入生物医学测量、以及特别用于测量电极-神经组织连接体周围的参数的监控装置等的其他应用。
本发明的另一目的是提供一种人体植入体，它充分地小型化，并具有适合用于完全并直接安装在用户头部后面的大脑皮层中、而高度可配置、功能灵活的集成度，并具有低功率消耗。
本发明的另一目的是提供一种人体植入部件，它组合了全定制混合信号芯片和安装在具有缩减尺寸的表面上的大量电极。
本发明的另一目的是提供一种人体植入体，它能够存储可与实时输入的特定刺激参数一起有效使用的预设刺激参数，以形成刺激信号，从而缓和外部单元-植入体的实时通信。
本发明的另一目的是提供一种人体植入体，它能够通过电压、电流和阻抗测量来监控在电极-组织连接体上的变化，以及能够为了诊断和调整的目的向外部单元报告这些变化。
本发明的另一目的是提供一种基于上述植入体的植入系统，而且它可以处理用于在具有有限分辨能力的电极阵列上的改进的刺激的真实场景图像。
按照本发明，提供了一种人体植入部件，包括：
具有指向各自的刺激位置的多个相邻电极的电极阵列；
天线；
全定制混合信号芯片，包括：与天线相耦合的无线收发机电路；交流直流电压转换电路，与无线收发机电路相耦合，并从包含在由无线收发机电路接收到的控制信号中的能量向全定制混合信号芯片供电；控制器，与无线收发机电路相连，并处理包含在由无线收发机电路接收到的控制信号中的操作数据；以及刺激发生器电路，与控制器相连，并依照操作数据产生刺激信号；
电极选择电路，与刺激发生器电路相连，并具有用于依照操作数据将刺激信号向电极中的所选电极传输的可选择输出；以及
基片支座，具有容纳全定制混合信号芯片、天线和电极选择电路的第一侧面及容纳电极阵列的第二、相对的侧面，第一侧面具有位于全定制混合信号芯片周围并分别与电极选择电路的输出相连接的触点，第二侧面具有分别与电极对准并与电极相连的相邻触点阵列，通过穿越基片支座的互连电路分别将在第一和第二侧面上的触点相互连接。
按照本发明，同样提供了一种人体植入体，包括：
具有指向各自的刺激位置的多个相邻电极的电极阵列；
天线；
与天线相耦合的无线收发机电路；
交流直流电压转换电路，与无线收发机电路相耦合，并从包含在由无线收发机电路接收到的植入体控制信号中的能量向植入体提供电源；
控制器，与无线收发机电路相连，并处理包含在由无线收发机电路接收到的植入体控制信号中的操作数据；
刺激发生器电路，与控制器相连，并依照操作数据产生刺激信号；以及
电极选择电路，连接在刺激产生电路和电极阵列之间，所述电极选择电路具有用于依照操作数据将刺激信号向电极中的所选电极传输的可选择输出；
控制器具有：解码器电路，解码包含在植入体控制信号中的操作数据；配置控制器，存储在操作数据中规定并向所有刺激位置和特定的刺激位置进行寻址的公共和特定刺激参数；以及刺激命令控制器，依照公共和特定刺激参数向刺激发生器电路传输刺激控制信号。
按照本发明，同样提供了一种人体植入体，包括：
具有指向各自的刺激位置的多个相邻电极的电极阵列；
天线；
与天线相耦合的无线收发机电路；
交流直流电压转换电路，与无线收发机电路相耦合，并从包含在由无线收发机电路接收到的植入体控制信号中的能量向植入体提供电源；
控制器，与无线收发机电路相连，并处理包含在由无线收发机电路接收到的植入体控制信号中的操作数据；
刺激发生器电路，与控制器相连，并依照操作数据产生刺激信号；
电极选择电路，连接在刺激产生电路和电极阵列之间，所述电极选择电路具有用于依照操作数据将刺激信号向电极中的所选电极传输的可选择输出；以及
监控单元，耦合在控制器和电极选择电路之间，以及响应监控控制信号在所选刺激位置处可控地进行信号测量，并产生指示信号测量的测试结果信号；
控制器具有：解码器电路，解码包含在植入体控制信号中的操作数据；监控命令发生器，解码包含在操作数据中的诊断指令，并依照诊断指令向监控单元传输监控控制信号；以及诊断控制器，接收并处理来自监控单元的测试结果信号。
按照本发明，同样提供了一种人体植入体，包括：
具有指向各自的测量位置的多个相邻电极的电极阵列；
天线；
与天线相耦合的无线收发机电路；
交流直流电压转换电路，与无线收发机电路相耦合，并从包含在由无线收发机电路接收到的植入体控制信号中的能量向植入体提供电源；
控制器，与无线收发机电路相连，并处理包含在由无线收发机电路接收到的植入体控制信号中的操作数据；
电极选择电路，连接在刺激产生电路和电极阵列之间，所述电极选择电路具有用于电极中的所选电极与各自测量位置之间通信的可选择输出；以及
监控单元，耦合在控制器和电极选择电路之间，以及响应监控控制信号在所选测量位置处可控地进行信号测量，并产生指示信号测量的测试结果信号；
控制器具有：解码器电路，解码包含在植入体控制信号中的操作数据；监控命令发生器，解码包含在操作数据中的诊断指令，并依照诊断指令向监控单元传输监控控制信号；以及诊断控制器，接收并处理来自监控单元的测试结果信号。
按照本发明，同样提供了一种人体植入体，包括：
具有指向各自的刺激位置的多个相邻电极的电极阵列；
天线；
与天线相耦合的无线收发机电路；
交流直流电压转换电路，与无线收发机电路相耦合，并从包含在由无线收发机电路接收到的植入体控制信号中的能量向植入体提供电源；
控制器，与无线收发机电路相连，并处理包含在由无线收发机电路接收到的植入体控制信号中的操作数据；
刺激发生器电路，与控制器相连，并依照操作数据产生刺激信号；以及
电极选择电路，连接在刺激产生电路和电极阵列之间，所述电极选择电路具有分组为用于依照操作数据将刺激信号向电极中的所选电极传输的通道的可选择输出；
针对每个通道，电极选择电路包括：多路分解器电路，依照位置和极性控制信号连接于开关装置，并操作开关装置，开关装置受刺激信号支配，而且分别与指定给该通道的输出相连；
针对每个通道，刺激发生器电路包括：信号发生器，由通过与接收刺激控制信号的寄存器电路相连的定时器协助的通道控制器控制，信号发生器依照刺激控制信号产生刺激信号，寄存器电路和通道控制器依照刺激控制信号产生位置和极性控制信号；以及
控制器具有：解码器电路，解码包含在植入体控制信号中的操作数据；配置控制器，存储在操作数据中规定的刺激参数；以及刺激命令控制器，依照刺激参数向刺激发生器电路传输刺激控制信号。
按照本发明，同样提供了一种用于刺激盲人的视觉皮层的人工视觉系统，包括：
人体植入体，包括：具有可作用于盲人的视觉皮层的多个相邻电极的电极阵列；以及安装在电极阵列背面上的微刺激器装置，用于响应无线接收到的植入体控制信号，在电极上有选择性地产生刺激信号，在视觉皮层上产生代表人工图像的压眼闪光；以及
外部单元，包括：图像传感器，用于获得真实场景图像；图像处理器和命令发生器装置，与图像传感器相连，用于依照预定的处理操作处理由图像传感器产生的图像数据信号，并产生使人体植入体对应于真实场景图像在视觉皮层上产生人工图像的植入体兼容刺激命令；以及无线收发机电路，与图像处理器和命令发生器装置相连，用于产生无线传输的、负载刺激命令的植入体控制信号，处理操作包括图像数据信号的数字化以形成数字图像，数字图像到具有与电极阵列相同分辨率的成比例缩小图像的图像缩减，以及成比例缩小图像的图像增强以形成与由植入体单元产生的人工图像相对应的增强图像，并由此产生刺激命令。
附图说明
在下面将参照附图给出优选实施例的详细描述，其中相同的数字表示相同的元件：
图1、图2和图3分别是按照本发明的一个实施例的人体植入部件的基片支座的正面和背面示意图，以及该基片支座与电极阵列的分解图；
图4、图5和图6分别是按照本发明的另一实施例的人体植入部件的基片支座的正面和背面示意图，以及该基片支座与电极阵列的分解图；
图7是按照本发明的实施例的人体植入系统的示意图；
图8、图9、图10和图11是按照本发明的人体植入体的内部控制器、刺激产生电路、监控电路和电极选择电路的示意图；
图12是按照本发明描述用于人体植入体的通信协议的可能格式的示意图；
图13是按照本发明描述人体植入体的内部控制器的寄存器中的参数的可能定义的示意图；
图14是按照本发明描述用于人体植入体的刺激模式命令格式的示意图；
图15是按照本发明描述用于人体植入体的诊断模式命令格式的示意图；
图16是按照本发明描述用于人体植入体的电源管理模式命令格式的示意图；
图17是按照本发明描述由用于进行植入体控制的命令字产生的图像处理器执行的图像处理序列的示意图；
图18A-B和图19A-B是按照本发明描述分别由图像处理器和相应的直方图产生的成比例缩小的和增强的图像的示意图；
图20是按照本发明描述外部单元用户接口的屏幕捕获的示意图；以及
图21是按照本发明描述用户佩戴人体植入人工视觉系统的示意图。
具体实施方式
参照图21，按照本发明示出用户2佩戴人体植入系统，在上下文中，所述用户2是盲人，而且所述系统被用于向用户2提供人工视觉。可以理解的是上下文按照本发明示例了植入系统的典型应用，而不应作为限定或限制的意义，因为植入系统可以被用在多种其他的环境中，例如用于监控目的，以及特别用于测量电极-神经组织连接体周围的参数。
人体植入系统包括两个主要部分：位于用户2的视觉皮层上的植入体4，以及可以插入口袋中的外部单元6，为了通过用于在视场中产生对应于真实生活场景的变换的压眼闪光的电极阵列来刺激用户2的视觉皮层，外部单元6获得真实生活场景、处理图像信息并与植入体4进行通信以提供用于供给植入体4电源的能量，并控制植入体4。可以通过安装在眼镜的眼镜腿上的照相机8(如，CMOS图像传感器)获得真实生活场景，而可以通过利用位于用户2的头后面的天线10的感应连接来传输植入体能量和控制信号。
参照图1-6，按照本发明示出了人体植入部件的两个实施例。这些实施例的特征在于在单一全定制混合信号芯片12中大部分电子元件的集成，从而减少电路的功率消耗和尺寸。此外，提供特别的互连电路用于芯片12与具有多个相邻电极16的高分辨率的电极阵列14相互连接，例如，25×26阵列＝650，电极由生物相容材料制成，具有大约1.5mm的平均高度，相互间距为400μm，并遍布在非常小的面积上，例如，1cm2。从而，相比于现有技术的植入体，高度小型化了所得的植入部件，而且互连电路为每个电极16提供单独的连接。如果需要，代替较大的单一阵列，电极阵列14可以由装配到一起的几个更小的电极阵列构成(未示出)。
参照图1-3，将芯片12以给定距离嵌入在具有位于芯片12周围的触点17的非常薄的基片支座14的侧面上。这些触点17分别与芯片12的焊盘18相连，例如通过引线24。基片支座14的另一侧面提供有分别与电极16对准并相连的相邻触点20的阵列。触点20与电极16的连接可以通过冷焊或任何其他合适的技术获得。在基片支座14的两个侧面上的触点17和20通过穿越基片支座的互连电路24分别相互连接在一起。依赖于要获得的连接的数目，互连电路22可以由在基片支座14中制成并在两个侧面间层叠的层来形成。为了减少触点17占据的空间，可以将它们分布在围绕芯片12周围的两行或更多行上的交替移位的设计图案中。为了合理的横截面，从而，从这个实施例得到的人体植入部件非常薄。天线34在基片支座14上芯片12周围伸出，用于与外部单元6进行通信。天线34与为了这个目的而指定的芯片12的焊盘18相连。为了正确操作，天线34与电容器36耦合。可以使用其他适合的天线结构。
参照图4-6，基片支座14可以以具有比前一实施例的基片支座14小的横截面的但是相对平坦的正面部分26，以及从正面部分后面凸出并容纳电极阵列14的更小的背面部分28形成。如前一情况中那样，在正面部分26的最前面上的触点17分别与芯片12的焊盘18相连。但是，触点17也凸出穿过正面部分26，并出现在正面部分26的后面。在这种情况下的互连电路具有环绕在背面部分28的最后面上的相邻触点20的阵列周围的一系列外围触点30。通过引线32将外围触点30和在正面部分26的后面出现的触点17分别连接在一起。在背面部分28中制成并层叠在其最后面和最前面之间的适当设计的电路层将外围触点30和相邻触点20的阵列分别相互连接。这样，从这个实施例得到的人体植入部件比前一个实施例中的厚，但是有更小的横截面。
在上面的两个实施例中，人体植入部件可以由包含接收命令字、检测和修正传输错误、解码命令字和据此控制刺激处理所需的全部电路的硅模具制成。
参照图7，全定制混合信号芯片12最好集成了FM双向数据传送和能量接收器38、控制器40、刺激发生器单元44、可选的但通常需要的监控单元46，以及依赖于所选的设计方案，集成电极选择电路48，或者不集成，因为也可以如点线202所示，作为与芯片12独立的电路提供，从而形成另一全定制芯片。
接收器38从外部单元6发射的植入体控制信号中恢复高频交流信号，并将其转换为直流电压。这个直流电压用于上电整个植入体。接收器38也从外部单元6发射的相同的植入体控制信号中恢复时钟和数据，并将其向内部控制器40传输。接收器38从内部控制器40得到反馈数据，并将其通过箭头42所示的感应连接向用户传输。这样，接收器38起到收发机的作用。尽管反馈功能在大多数的应用中可能是不可缺少的，如果对于特定的应用真的是无用的，仍然是可以省略的。
控制器40解码由外部单元6产生的命令，以便产生给刺激发生器单元44和监控单元46的全部控制信号。
参照图8，控制器40可以通过主要包含12个单元的电路来实现，这12个单元分为3个主要部分：主控制器模块50、刺激控制器模块52和诊断控制器模块54。主控制器模块50检测数据帧并修正一旦出现的通信错误，以便建立控制器40中的其他模块所用的命令字。这可以通过串行/并行转换器和帧检测器56，和错误修正和命令字解码器58来实现。
可以提供电源管理模块60(PMM)来独立地打开或关闭其他模块、单元或刺激通道，以在任意给定时间将功率消耗保持在最小。只有PMM60本身和命令接收所需的两个前述模块56、58不受到被关闭的影响。关闭模块意味着将它的功率消耗下降到零，但并不意味着单元的真正关断，使用易失存储器保持编程参数有效。为了清楚起见，在图8中只展现了到控制器的内部模块的很多控制线中的几条。
配置控制器62最好通过寄存器CRO-CR8保持由用户编程的每个通信、刺激和诊断参数，并使它们可以用于其他模块或单元。可以实现由主控制器50控制的上电复位功能。
此后所述的用于植入体的通信协议的适当的知识对于理解接下来的部分是重要的。
刺激控制器模块52具有随机存取存储器64(RAM)，用以保持由外部单元6在配置处理期间编程的刺激通道/位置寻址序列。
刺激命令发生器66(SCG)解码刺激指令并向刺激发生器单元44发送所需控制信号(如图7所示)，如果可用的话，按照编程的共享刺激参数进行上述操作。
其频率依赖于存储在寄存器CR3中的特定编程参数SCTB的时钟信号68被刺激发生单元44用于刺激，并由刺激时钟模块70产生。
诊断控制器模块54具有解码与刺激系统和电极/组织条件的模拟监控相关的诊断指令，并按照编程的选项/参数，向监控单元46发送所需控制信号(如图7所示)。
其频率依赖于存储在寄存器CR5中的特定编程参数MCTB的时钟信号74被监控单元44用于监控目的，并由监控时钟模块76产生。
诊断控制器78(DC)从由监控命令发生器72执行的数字测试和模拟监控，按照请求向任意模块和单元发射由外部单元6发送的测试向量，并接收其测试结果。DC78也通过奇偶插入和返回字编码器，和并行/串行转换器模块80、82将结果发送回外部单元6。为了清楚起见，在图8中只展现了到控制器的内部模块的很多控制线中的几条。
参照图9，刺激发生器单元44可以通过由25个单独并独立的通道刺激发生器84(CSG)组成的电路来实现。CSG84中的每一个都具有通道控制器86(CC)、定时器模块88和电流数模转换器90(DAC)。
两组寄存器92、94允许当正在使用当前刺激参数时，加载下一刺激参数，从而减少两个连续刺激之间的延迟。未示出的有用于易测性的到/来自控制器的诊断控制器模块78(参见图8)的诊断信号和来自电源管理模块60的电源管理控制信号。
参照图10，监控单元46可以通过具有所需电源和测量模块以执行实时连续刺激监督和用于详细诊断的详细电源/电流/复数阻抗测量的电路来实现。
在正常刺激期间，可以通过比较器96经常地比较每个监控的刺激位置Prb0、Prb1的峰值电压Vpk与最大参考电压VRef来执行连续的监控。如果监控的电压超过参考值，则激发通道溢出信号ChanOF，并在寄存器98的DefChan中存储其上引起问题的通道。由DAC100监控的任意位置之间所允许的电流和阻抗的最大值，并依照存储在图8所示的配置控制器62的寄存器CR6中的参数CalRes来设置参考信号VRef，并将其发送到图11所示的校准通道解码器102。
针对详细诊断，很多选项是可用的。源可以是内部的，则为此使用DAC100，也可以是外部的，则使用图9中所示的通道的DAC90，由多路分解器104产生的MonSrc信号选中，并由图11所示的晶体管装置106操作。波形成形器108可以用来提供用于测试目的的不变的方波或正弦形波。输出级110提供具有发射到晶体管装置106的刺激电流MonStim的电极阵列14，以及提供监控电路46，具有刺激电流的精确电压附属副本，可以通过电流可控振荡器112测量，其范围按照来自存储在图8中所示的配置控制器62的寄存器CR7中的参数OCR的输入信号电平OscRng更改。监控位置的任意采样电压都可以通过具有用于由信号GmRng设置的多种输入电压范围的可变增益的跨导放大器114由相同的振荡器112进行测量。监控位置的电压的峰值大小可以通过峰值检测器116进行测量。刺激电流和监控的电压之间的相位可以通过相位检测器118和用于复数阻抗测量的频率和相位估计器120进行测量。监控单元控制器166按照监控命令发生器72产生的多种控制信号控制监控单元46大多数的元件(参见图8)。提供采样和保持电路168用于跨导测量。
未示出的有用于易测性的到/来自控制器的诊断控制器模块78(参见图8)的诊断信号和来自电源管理模块60的电源管理控制信号。
应该注意的是，在植入体4只是被用于监控目的的情况下，因为不需要任何刺激信号，则可以从植入体4中去掉所有其功能只涉及刺激信号的产生的植入体4的电路。这是例如植入体4被用以监控产生要监控的可测量的电信号的特定人体器官的情况。例如，在这种情况下，可以省略DAC 90和100(参见图10)和刺激命令发生器66(参见图8)。
参照图11，电极选择电路48可以由包括具有用于同时刺激最大为25个位置的通道解码器126的25个选择通道122的多路复用器/多路分解器电路实现。可以依赖于用于每个通道的符号位(信号符号#x)，通过开关装置124沿两个方向刺激每个位置。
测试通道解码器128选择必须监控哪个通道。当监控特定的通道时，通过MonSrc线路130，使来自刺激发生器单元44中的相应通道刺激发生器84的电流偏离到监控单元46，而且通过MonStim线路132，刺激电流来自后一个单元。以传输到相应通道控制器86的MonChan#x信号通知通道刺激发生器84正在监控它的通道。
可以为电极选择电路48提供以通道解码器102和校准网络134形成并由模拟监控单元46使用的校准通道电路。校准通道解码器102选取适当的已知电阻元件数值。这也被用在连续监控处理中，产生适当的参考限制电压VRef。
模拟多路复用器36组通过Prb0和Prb1线路138、140以任意电极对上的电压提供给监控单元46。
参照图12，按照本发明示出用于人体植入体的通信协议的可能格式。在描述的事例中，命令字142为26位长或更短，并由三个部分：模式标识位144、指令146和数据148组成。应当注意的是，依赖于所选的模式，每条指令146可以包含一个或几个部分。
会话通常以配置处理开始。然后按照由外部单元6传输的编程的配置参数148，刺激周期可以开始。如果发生问题，诊断模式允许监控系统的模拟和数字元件。最后，在任意时间，为了减少功率消耗，电源管理模式使外部单元6能够打开或关闭任意元件。
由命令字<1，0>＝＝00设置的配置模式允许定义与刺激或监控相关的一些可变参数。
在刺激期间，配置控制器62的头五个配置寄存器CR0到CR4定义通信协议。接下来的四个寄存器CR5到CR8定义了许多诊断参数，头三个专用于模拟监控，而最后一个与系统的数字诊断相关。
参照图13，寄存器CR0-CR8中的参数的定义如下。部分刺激字串长度(PSWCL)参数定义了不间断发送的连续刺激字的数目。振幅标志(AF)参数定义了刺激电流振幅是特定的还是每个位置公共的。振幅字长度(AWL)参数定义了指定刺激电流的振幅的位的数目。脉冲持续时间标志(PDF)参数定义了刺激电流脉冲持续时间是特定的还是每个位置公共的。脉冲持续时间字长度(PDWL)参数定义了指定刺激电流的脉冲持续时间的位的数目。相间持续时间标志(IDF)参数定义了刺激电流的两个相位之间的延迟是特定的还是每个位置公共的。相间持续时间字长度(IDWL)参数定义了指定刺激电流的两个相位之间的延迟的位的数目。如果此参数是每个位置公共的，公共振幅(CAMP)参数定义了刺激电流的振幅。如果此参数是每个位置公共的，公共脉冲持续时间(CPD)参数定义了刺激电流的脉冲持续时间。如果此参数是每个位置公共的，公共相间持续时间(CID)参数定义了刺激电流的两个相位之间的延迟。刺激时钟时间基数(SCTB)参数定义了图8所示的刺激时钟70的频率。刺激序列通道(SSC)和刺激序列位置(SSS)参数用以填充图8所示的刺激序列RAM64。低通滤波器截止频率(LPFCF)参数定义了监控单元46中的图10所示的Gm-C低通滤波器150的截止频率。监控时钟时间基数(MCTB)参数定义了控制器40中的监控时钟76的频率(参见图8)。监控DAC振幅(MDACA)参数定义了用于连续监控的DAC90(图9)的输出电流的振幅。校准电阻(CALRES)参数定义了等于用于连续监控的校准网络134中的电阻的参考值(参见图11)。跨导范围(GMR)参数定义了跨导放大器114的增益(参见图10)。振荡器电流范围(OCR)参数定义了振荡器112控制的电流的输入电流范围(参见图10)。单元/模块受测(UMUT)参数定义了单元或模块受到用于数字诊断的测试。扫描链长度(SCL)参数定义了在单元或模块受到测试中的扫描链的位的数目。刺激时钟同步(SS)参数同步刺激时钟70(图8)。监控时钟同步(MS)参数同步监控时钟76(图8)。RAM复位(RR)参数将刺激序列RAM64(图8)的地址指针复位到零。连续监控(CM)参数打开/关闭控制器40(图7)的连续监控特征。
参照图14，在由命令字<1，0>＝＝01设置的刺激模式中，指令152直接依赖于在配置中定义的刺激通信协议。依赖于公共参数，作为每个包含1到34位的刺激字的特定数目(PSWCL)的字串发送指令152。如果字串长于24位，将其分割为用于最后字的24位或更短的连续刺激指令字。
参照图15，由命令字<1，0>＝＝10设置的诊断模式允许数字侧和模拟侧系统条件的详细而多种的分析。当诊断指令字154的第一位被设置为低状态156时，使用如下的数据来确定模拟监控所需的信息。则指令由以下参数组成：监控位置(MS)参数、监控通道(MC)参数、监控电流振幅(MAMP)参数、以及监控选项(MOPT)参数。MOPT参数指定了刺激源、刺激波形、测量值是电流、电压还是电流和电压之间的相位。
当诊断指令字154的第一位被设置为高状态158时，诊断涉及数字系统。为了输入测试向量，下一位被设置为低状态，而且跟随向量160本身。如果测试向量的长度超过配置模式中的SCL参数定义的22位，第23和接下来的位被发送到随后的类似诊断指令字中。
为了读取系统的具体模块中的数据，诊断指令字的第一和第二位都被设置为高状态162。然后，控制器将把测试结果发送回外部单元6。
参照图16，由命令字<1，0>＝＝11设置的电源管理模式允许打开和关闭系统的任意元件。在这种模式中提供的两个参数是定义单元/模块是否必须被打开/关闭的电源管理动作(PA)，以及定义必须对哪个单元/模块施加电源管理动作的单元/模块标识(MID)。
如上所述，可以以脉冲的振幅、相位持续时间和相间持续时间三个参数描述用以产生压眼闪光的刺激的两阶段电流脉冲。这些参数中的每一个和脉冲频率都影响压眼闪光的视觉表现。需要高数据传输速率以从外部单元6向植入体4实时发送全部刺激参数和相应刺激位置的地址。为了降低这个速率，可以如下发送所需刺激数据。首先，预先定义每个参数是公共的或是特定的。公共参数为全部刺激位置所共用，并只要在开始加载一次。但是，特定参数必须在每个激发位置进行更新。作为示例，相位和相间持续时间可以是公共的，而振幅可以是特定的。使用一个或两个公共参数允许在外部单元6和植入体4之间的传输速率上的大幅度下降。可以在配置模式中的任意时间设置选择哪个参数为公共的或特定的以及设置指定其中的每一个所需的位的数目。
其次，代替发送具有每个参数的刺激位置地址，使用RAM64(图8)。在植入体的配置阶段期间，外部单元6以在两个设备(植入体4和外部单元6)将使用的图像中的每帧的扫描序列填充存储器64。然后以存储器64中指定的顺序发送刺激参数。
所需数据的这种传送使得植入体4高度可配置，允许外部单元6完全控制刺激操作，以及如果需要的话，允许更高的帧(图像)传输速率。
参照图8，在操作中，刺激命令发生器66组合公共参数数据和每个特定刺激字以产生在脉冲的相位持续时间(PhaseDur)、脉冲的相间持续时间(InterDur)、刺激位置地址(StimSite)、刺激通道数(StimChan)中指示的用于发生器单元44的正确刺激控制信号。
参照图9，当具体的通道控制器86接收刺激控制信号时，它将数据加载到临时寄存器组92中。一旦前一刺激完成，数据作为由通道控制器执行的控制的结果(Idnp和Idcp信号)被传送到主寄存器94中。DAC90响应通道控制器86(Stim信号)，并产生具有依赖于StimAmp数值的振幅的刺激电流。刺激操作开始利用位置地址总线164来选择通道中的正确位置和Stim信号以开始和停止刺激。通道控制器86利用基于刺激时钟70(图8)的定时器88来设置脉冲的相位和相间持续时间。
参照图7，外部单元6具有与照相机8相连的图像处理器和命令发生器模块174，用于依照预定的处理操作处理与由照相机8捕获的真实生活场景对应的图像数据信号，以及用于产生使植入体4对应于真实生活场景图像在视觉皮层上产生人工图像的植入体兼容刺激命令。最好是FM双向数据转移和能量发射机形式的收发机模块176与图像处理器和命令发生器模块相连，用于产生如箭头42所示的负载刺激命令的无线传输的植入体控制信号。更好的是，以电池204供给外部单元6电源。
参照图7和图17，由图像处理器和命令发生器174在由照相机8获得178的真实生活场景170上执行的处理操作可以是图像数据信号的数字化以形成数字图像180，数字图像180到具有与电极阵列14相同分辨率的按比例缩小的图像182的图像缩减，以及按比例缩小的图像182的图像增强以形成与植入体单元4产生的人工图像对应的增强的图像184，以及由此产生刺激命令186。
可以为外部单元6提供具有从内部图样而不是从图像传感器8形成命令字的图样产生接口(未示出)。这样的特征将允许给用户2快速测试用于植入体4的调整的如方块、圆或十字等可识别的图样。
当图像182具有合适的分辨率时，更好地应用基本图像增强技术。增强的目的是给图像更平衡的对比度和亮度。所应用的技术可以是由拉伸图像直方图以覆盖可用象素强度谱的全部的线性直方图均衡。由于只有最小和最大的象素强度是有用的，不需要计算整个直方图。以这些数值，可以建立查找表以逐一地转换原始图像的每个象素。
图18A-B和图19A-B描述了由图像处理器174(图7)产生的按比例缩小的和增强的图像，以及各自相应的直方图。正如可以看到的那样，与图19A所示的增强的图像相对应的图19B所示的直方图比用于图18A所示的增强前的图像的图18B所示的直方图覆盖了更宽的谱区。
在图像增强之后，得到的图像的每个象素都代表应该在皮层刺激期间所引起的压眼闪光。为了引起这种压眼闪光，必须建立命令字以指定每个刺激参数，从波形形状到相位延迟。由于许多参数只影响压眼闪光表现的定性部分，而且目前还没有透彻地了解它们的修改的效果，这些参数必须是容易并快速可变的。此外，当以电流刺激生物细胞时，在几ms的延迟之前，不能重复对相同细胞或周围细胞的刺激。这种延迟被称为复极化时间(repolarization time)。据此，为了建立图像，串行扫描不能用于皮层的刺激。代替的，必须以这种方式选择扫描序列，即，在复极化时间过去之前发生刺激的区域中不执行每个随后的刺激。按照本发明的植入系统的灵活性允许任何想要的扫描序列和具有相同序列的植入体4的结构的使用。
参照图7和图20，可以为外部单元6提供用于配置和测试目的的用于与计算机(未示出)进行通信的通信端口188。例如，如上所述，为了测试该系统，容易识别的形状可以被用以测试压眼闪光出现参数。这些形状可以由外部单元6响应通过用户接口190输入的由计算机发出的测试请求而产生。用户可以选择不同的图样192，并调整不工作的参数194。例如，可以选择方块、十字或圆，每个都可以是实心或空心的。同样可以实现字符产生以实现更复杂的形状。针对更多的用户控制，这些图样可以越过通常的数据通路，而直接在外部单元6中产生命令字。
用户接口190可以显示与照相机8获得的一样的或来自另一源的源图像196，以及以增强形式的缩减到电极阵列14的分辨率的相应图像198。可以通过下拉菜单列表200立即改变缩减图像分辨率。
参照图7，照相机8更好地具有提供电子放大功能的可变分辨率。这种特性可以被用以将传输到植入体4的图像的低分辨率(如，25×25)调整为用户所在的位置。例如，用户可以在大视场的粗糙视图或，相反地，为了看清感兴趣的点的细节或为了阅读目的的有限区域的详细视图之间进行选择。
代替利用当针对每个图像的刺激序列和象素数目恒定时，允许减少传输数据的通带的上述利用RAM64(参见图8)的预定寻址处理，同样可以实现特定的寻址处理以允许按照要传输的每个图像选择刺激位置。然后，通过设置忽略比其低的刺激效果的光强阈值，外部单元6将简单地忽略图像中的某些象素。结果，从而当提升图像刷新速率时，可以降低功率消耗。更好地，阈值是可调节的，以便区分要传输的象素和要丢弃的象素。也可以实现其他合适的寻址方法。
例如，可以以具有大检测面积的超声传感器(未示出)装备按照本发明的植入系统，超声传感器更好地设置为照相机8的最小放大的功能或更大，提供接近检测物体的信息，此信息影响要传输到大脑的光强。这样的系统将允许用户通过跟随他或她看到的暗或清楚区域、不需要在低分辨率(如，25×25)下可能难以获得的周围物体的视觉识别来平滑的运动。
尽管已经在附图中和上面描述了本发明的实施例，对本领域的技术人员可以理解的是，在不偏离本发明的精髓的前提下，可以进行改变和修改。所有这种修改和改变都被认为在由所附的权利要求限定的本发明的范围之内。

Claims (30)

1、一种人体植入部件，包括：
具有指向各自的刺激位置的多个相邻电极的电极阵列；
天线；
全定制混合信号芯片，包括：与天线相耦合的无线收发机电路；交流直流电压转换电路，与无线收发机电路相耦合，并从包含在由无线收发机电路接收到的控制信号中的能量向全定制混合信号芯片供电；控制器，与无线收发机电路相连，并处理包含在由无线收发机电路接收到的控制信号中的操作数据；以及刺激发生器电路，与控制器相连，并依照操作数据产生刺激信号；
电极选择电路，与刺激发生器电路相连，并具有用于依照操作数据将刺激信号向电极中的所选电极传输的可选择输出；以及
基片支座，具有容纳全定制混合信号芯片、天线和电极选择电路的第一侧面及容纳电极阵列的第二、相对的侧面，第一侧面具有位于全定制混合信号芯片周围并分别与电极选择电路的输出相连接的触点，第二侧面具有分别与电极对准并与电极相连的相邻触点阵列，通过穿越基片支座的互连电路分别将在第一和第二侧面上的触点相互连接。
2、按照权利要求1所述的人体植入体部件，其特征在于互连电路包括在基片支座中制成并在其两个侧面之间层叠的电路层，电路层分别将在第一侧面上的触点和在第二侧面上的触点相互连接。
3、按照权利要求1所述的人体植入体部件，其特征在于在环绕全定制混合信号芯片的两个相邻行上的交替移位的设计图案中分布位于第一侧面上的触点。
4、按照权利要求1所述的人体植入体部件，其特征在于：
基片支座具有嵌入了全定制混合信号芯片和电极选择电路的基本上平坦的正面部分；以及从正面部分后面凸出并容纳电极阵列的较小的背面部分，基片支座的第一和第二侧面分别位于正面和背面部分的最前面和最后面；
在第一侧面上的触点凸出穿过正面部分并出现在背面部分周围的正面部分的后面；以及
互连电路包括：环绕在背面部分的最后面上的相邻触点的阵列周围的一系列外围触点、将外围触点和在正面部分的后面出现的触点分别相互连接的引线、以及在背面部分中制成并层叠在其最后面和最前面之间的电路层，电路层将外围触点和相邻触点的阵列分别相互连接。
5、按照权利要求1所述的人体植入体部件，其特征在于全定制混合信号芯片包括电极选择电路。
6、按照权利要求1所述的人体植入体部件，其特征在于天线在全定制混合信号芯片周围的基片支座上延伸。
7、按照权利要求1所述的人体植入体部件，其特征在于全定制混合信号芯片包括耦合在电极选择电路和控制器之间的监控电路，监控电路响应由控制器依赖于操作数据发出的监控控制信号进行刺激信号的测量，并向控制器传输测量值，控制器处理测量值并将测试结果信号传输到用于依赖于操作数据向人体植入体外部发射的收发机电路。
8、按照权利要求1所述的人体植入体部件，其特征在于电极由生物相容材料制成，并具有1cm2横截面，电极包括分布在1cm2横截面的列和行中的几百根针，而且基片支座具有实质上小于1mm的厚度。
9、按照权利要求8所述的人体植入体部件，其特征在于针具有1.5mm的平均高度，以及相互间距为400μm。
10、一种人体植入体，包括：
具有指向各自的刺激位置的多个相邻电极的电极阵列；
天线；
与天线相耦合的无线收发机电路；
交流直流电压转换电路，与无线收发机电路相耦合，并从包含在由无线收发机电路接收到的植入体控制信号中的能量向植入体提供电源；
控制器，与无线收发机电路相连，并处理包含在由无线收发机电路接收到的植入体控制信号中的操作数据；
刺激发生器电路，与控制器相连，并依照操作数据产生刺激信号；以及
电极选择电路，连接在刺激产生电路和电极阵列之间，所述电极选择电路具有用于依照操作数据将刺激信号向电极中的所选电极传输的可选择输出；
控制器具有：解码器电路，解码包含在植入体控制信号中的操作数据；配置控制器，存储在操作数据中规定并向所有刺激位置和特定的刺激位置进行寻址的公共和特定刺激参数；以及刺激命令控制器，依照公共和特定刺激参数向刺激发生器电路传输刺激控制信号。
11、按照权利要求10所述的人体植入体，其特征在于控制器还具有存储器，耦合在配置控制器和刺激命令控制器之间，并针对每个刺激信号，存储在操作数据中指定、并表示电极选择电路的输出选择顺序的刺激序列。
12、按照权利要求10所述的人体植入体，其特征在于公共参数包括刺激信号的振幅、刺激信号中脉冲的持续时间以及刺激信号的两个双极相位之间的延迟，配置控制器存储指示。
13、按照权利要求10所述的人体植入体，其特征在于解码器电路包括：检测包含在植入体控制信号中的数据帧的帧检测器；以及产生命令字的错误修正和命令字解码器，该命令字形成用于连接于错误修正和命令字解码器的控制器、结构控制器和刺激命令控制器的操作数据。
14、按照权利要求10所述的人体植入体，其特征在于收发机电路具有产生从植入体控制信号中恢复的、并传送到控制器作为定时基准的时钟信号的输出。
15、按照权利要求10所述的人体植入体，其特征在于控制器具有与解码器电路和人体植入体的预定电路相连的电源管理模块，用于依照操作数据可控地打开和关闭所述预定电路。
16、一种人体植入体，包括：
具有指向各自的刺激位置的多个相邻电极的电极阵列；
天线；
与天线相耦合的无线收发机电路；
交流直流电压转换电路，与无线收发机电路相耦合，并从包含在由无线收发机电路接收到的植入体控制信号中的能量向植入体提供电源；
控制器，与无线收发机电路相连，并处理包含在由无线收发机电路接收到的植入体控制信号中的操作数据；
刺激发生器电路，与控制器相连，并依照操作数据产生刺激信号；
电极选择电路，连接在刺激产生电路和电极阵列之间，所述电极选择电路具有用于依照操作数据将刺激信号向电极中的所选电极传输的可选择输出；以及
监控单元，耦合在控制器和电极选择电路之间，以及响应监控控制信号在所选刺激位置处可控地进行信号测量，并产生指示信号测量的测试结果信号；
控制器具有：解码器电路，解码包含在植入体控制信号中的操作数据；监控命令发生器，解码包含在操作数据中的诊断指令，并依照诊断指令向监控单元传输监控控制信号；以及诊断控制器，接收并处理来自监控单元的测试结果信号。
17、按照权利要求16所述的人体植入体，其特征在于监控单元具有：内部信号源模块，依赖于监控控制信号产生用作刺激信号的测试信号；电流和电压测量电路，响应相应的刺激信号，测量监控的一个刺激位置上的刺激电流和监控的电压；峰值检测器，检测电压的峰值大小；以及相位检测器，测量刺激电流和监控的电压之间的相位，从刺激电流、监控的电压和相位得出测试结果信号。
18、按照权利要求16所述的人体植入体，其特征在于诊断控制器与收发机电路相连，从诊断控制器向用于依赖于操作数据向人体植入体外部发射的收发机电路传输测试结果信号。
19、按照权利要求18所述的人体植入体，其特征在于诊断控制器与植入体的预定电路连接以传输包含在操作数据中的测试向量并接收得到的测试结果信号。
20、一种人体植入体，包括：
具有指向各自的测量位置的多个相邻电极的电极阵列；
天线；
与天线相耦合的无线收发机电路；
交流直流电压转换电路，与无线收发机电路相耦合，并从包含在由无线收发机电路接收到的植入体控制信号中的能量向植入体提供电源；
控制器，与无线收发机电路相连，并处理包含在由无线收发机电路接收到的植入体控制信号中的操作数据；
电极选择电路，连接在刺激产生电路和电极阵列之间，所述电极选择电路具有用于电极中的所选电极与各自测量位置之间通信的可选择输出；以及
监控单元，耦合在控制器和电极选择电路之间，以及响应监控控制信号在所选测量位置处可控地进行信号测量，并产生指示信号测量的测试结果信号；
控制器具有：解码器电路，解码包含在植入体控制信号中的操作数据；监控命令发生器，解码包含在操作数据中的诊断指令，并依照诊断指令向监控单元传输监控控制信号；以及诊断控制器，接收并处理来自监控单元的测试结果信号。
21、按照权利要求20所述的人体植入体，其特征在于监控单元具有：电流和电压测量电路，测量监控的一个测量位置上的电流和电压；峰值检测器，检测电压的峰值大小；以及相位检测器，测量电流和电压之间的相位，从电流、电压和相位得出测试结果信号。
22、按照权利要求20所述的人体植入体，其特征在于诊断控制器与收发机电路相连，从诊断控制器向用于依赖于操作数据向人体植入体外部发射的收发机电路传输测试结果信号。
23、一种人体植入体，包括：
具有指向各自的刺激位置的多个相邻电极的电极阵列；
天线；
与天线相耦合的无线收发机电路；
交流直流电压转换电路，与无线收发机电路相耦合，并从包含在由无线收发机电路接收到的植入体控制信号中的能量向植入体提供电源；
控制器，与无线收发机电路相连，并处理包含在由无线收发机电路接收到的植入体控制信号中的操作数据；
刺激发生器电路，与控制器相连，并依照操作数据产生刺激信号；以及
电极选择电路，连接在刺激产生电路和电极阵列之间，所述电极选择电路具有分组为用于依照操作数据将刺激信号向电极中的所选电极传输的通道的可选择输出；
针对每个通道，电极选择电路包括：多路分解器电路，依照位置和极性控制信号连接于开关装置，并操作开关装置，开关装置受刺激信号支配，而且分别与各自指定给通道的输出相连；
针对每个通道，刺激发生器电路包括：信号发生器，由通过与接收刺激控制信号的寄存器电路相连的定时器协助的通道控制器控制，信号发生器依照刺激控制信号产生刺激信号，寄存器电路和通道控制器依照刺激控制信号产生位置和极性控制信号；以及
控制器具有：解码器电路，解码包含在植入体控制信号中的操作数据；配置控制器，存储在操作数据中规定的刺激参数；以及刺激命令控制器，依照刺激参数向刺激发生器电路传输刺激控制信号。
24、按照权利要求23所述的人体植入体，其特征在于每个寄存器电路包括第一和第二寄存器组，一个用于加载用于下一刺激的刺激控制信号，而另一个用于提供用于当前刺激的刺激控制信号。
25、按照权利要求23所述的人体植入体，其特征在于每个信号发生器包括数模转换器，产生形成刺激信号之一的模拟电流信号。
26、按照权利要求23所述的人体植入体，其特征在于还包括：
监控单元，耦合在控制器和电极选择电路之间，以及响应监控控制信号可控地进行所选刺激信号的测量，并产生指示测量的测试结果信号；以及其中：
针对每个通道，电极选择电路还包括：多路复用器电路，与指定给所述通道的输出相连，用于通过监控单元依赖于监控通道信号进行选择性监控；以及
控制器包括：监控命令发生器，解码包含在操作数据中的诊断指令，并依照诊断指令，向监控单元传输监控控制信号，和向电极选择电路传输监控通道信号；以及诊断控制器，接收和处理来自监控单元的测试结果信号。
27、按照权利要求26所述的人体植入体，其特征在于监控单元包括：峰值检测器，测量刺激信号中监控的一个的最高振幅电平；以及比较器，当最高振幅电平超过预定的安全阈值时，产生溢出信号，向用于处理的诊断控制器报告溢出信号。
28、一种用于刺激盲人的视觉皮层的人工视觉系统，包括：
人体植入体，包括：具有可作用于盲人的视觉皮层的多个相邻电极的电极阵列；以及安装在电极阵列背面上的微刺激器装置，用于响应无线接收到的植入体控制信号，在电极上有选择性地产生刺激信号，在视觉皮层上产生代表人工图像的压眼闪光；以及
外部单元，包括：图像传感器，用于获得真实场景图像；图像处理器和命令发生器装置，与图像传感器相连，用于依照预定的处理操作处理由图像传感器产生的图像数据信号，并产生使人体植入体对应于真实场景图像在视觉皮层上产生人工图像的植入体兼容刺激命令；以及无线收发机电路，与图像处理器和命令发生器装置相连，用于产生无线传输的、负载刺激命令的植入体控制信号，处理操作包括图像数据信号的数字化以形成数字图像，数字图像到具有与电极阵列相同分辨率的成比例缩小图像的图像缩减，以及成比例缩小图像的图像增强以形成与由植入体单元产生的人工图像相对应的增强图像，并由此产生刺激命令。
29、按照权利要求28所述的人工视觉系统，其特征在于图像缩减包括确定覆盖预定数目的相邻象素的数字图像的互补面积上的平均光强，每一块面积对应于电极阵列的一个电极，作为平均光强的函数产生刺激命令。
30、按照权利要求29所述的人工视觉系统，其特征在于图像增强包括基于在按比例缩小的图像中检测到的最大和最小象素强度进行按比例缩小图像的线性直方图均衡。
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