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Die
Erfindung betrifft eine Energieversorgungsvorrichtung für ein Retina-Implantat,
insbesondere zur Minimierung von thermischen Schädigungen eines Auges, wobei
das Retina-Implantat mit einer Vielzahl von Pixelelementen und Elektroden
versehen ist, wobei die Pixelelemente ein vorhandenes Licht derart
umwandeln, dass durch die Elektroden eine Stimulierung von Netzhautzellen
vorgesehen ist, und wobei eine Lichtquelle, insbesondere eine IR-Beleuchtung,
zur Energieversorgung des Retina-Implantats
vorgesehen ist.
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Weltweit
wird seit Jahren an der Realisierung von Sehprothesen, die es blinden
oder hochgradig sehbehinderten Personen durch ein begrenztes Sehvermögen wieder
erlauben sollen, sich in unbekannter Umgebung zu orientieren, gearbeitet.
Hierbei gibt es verschiedene Lösungsansätze, wie
beispielsweise die Bildaufnahme mittels externer Kamera vorzunehmen,
deren Signale nach einer Vorverarbeitung, beispielsweise über eine
Kabelverbindung, direkt in das Gehirn übertragen oder über ein
epiretinales Implantat der Retina des Auges zugeführt wird.
Des weiteren kann auch die Bildaufnahme mit einem subretinalen Implantat
erfolgen, beispielsweise mittels eines integrierten Fotodiodenarrays.
Das Fotodiodenarray reizt ortsaufgelöst Zellen der Retina durch elektrische
Signale. Bei den subretinalen Implantaten kann man zwischen passiven
und aktiven Implantaten unterscheiden. Die passiven Implantate nutzen nur
die in der Bildinformation enthaltene Energie zur Reizung von Netzhautzellen,
während
die Implantate mit aktiver Signalverstärkung eine externe Energieeinkopplung
benötigen.
Besonderer Vorteil der aktiven Retina-Implantate ist die Möglichkeit
der Adaption an verschiedene Umgebungsleuchtdichtebedingungen.
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Für die aktiven
Retina-Implantate ist eine vom System zur Generierung des Seheindruckes
unabhängige
Energieversorgungseinheit erforderlich, die sich außerhalb
des Auges befindet und ohne Kabelverbindung zum Retina-Implantat
arbeitet. Hier kann man zur Zeit entweder zwischen einer nicht sichtbaren
Beleuchtung oder alternativ eine induktive Kopplung über Antennenspulen
unterscheiden.
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Aus
der
DE 197 05 988
C2 ist ein subretinales Implantat bekannt, wobei das Implantat
mit einer für
nicht sichtbares Licht wirksamen, photovoltaischen Schicht versehen
ist. Hierbei wird die Energieversorgung über Infrarotlicht vorgenommen.
Das Retina-Implantat ist mit einer an einer Netzhaut anliegenden
Oberfläche
versehen, wobei die Oberfläche mit
Elektroden zum Stimulieren von Zellen der Netzhaut versehen ist.
Das Infrarotlicht-Strahlenbündel
ist so ausgelegt, dass es das Retina-Implantat streuflächig trifft.
Des weiteren wird das Lichtbündel
durch eine Linse nur lediglich geringfügig verändert, wobei eine Fokussierung
des Lichtbündels
vermieden werden soll, um lokale Erwärmungen im Augeninneren zu
verhindern. Hierbei ist vorgesehen, dass die Infrarot-Einkopplung
global, d.h. über
einen möglichst großen Oberflächenbereich
der Retina bzw. des Implantats, vorgenommen wird, während andererseits die
Zellen nur lokal stimuliert werden.
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Des
weiteren ist aus der
DE
197 13 612 A1 eine Stimulationsvorrichtung für einen
Netzhautersatz als Sehprothese bekannt, wobei Retinaneuronen zur
Wiedergewinnung von Sehwahrnehmungen mit Hilfe einer Laserapparatur
stimuliert werden. Hierbei werden die Neuronen mittels eines Laserstrahls
stimuliert, der von außen
durch die Linse in das Auge auf die Retina projiziert wird. So werden
die Neuronen selektiv und unabhängig
mit den vom zentralen Sehsystem erwarteten Signalen versorgt. Die Laserapparatur
kann als portabler Laser mit geeigneter Wellenlänge und mit einer Optik zur
Variation der Strahlparameter und einer Vorrichtung zur Änderung der
Strahlrichtung ausgebildet sein.
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Da
nach dem gegenwärtigen
Kenntnisstand für
die Energieversorgung des Retina-Implantates eine mittlere Leistung
von ca. 3 bis 4 mW benötigt wird,
besteht die potentielle Gefahr bei dem oben erwähnten Stand der Technik, dass
die Relativbewegung des Auges zur Energiequelle nicht mit berücksichtigt
wird. Somit könnte
eine passive und undifferenzierte Dauerbeleuchtung des Augenhintergrundes über die
zu erwartende tägliche
Nutzungsdauer zu einer thermischen Schädigung des Auges führen. Nach
aktuellem Kenntnisstand können
auch Temperaturerhöhungen
von wenigen Kelvin, beispielsweise bei Fieber, das menschliche Gewebe
bei längerer Dauer
schädigen.
Da das Auge in der Augenhöhle von
Fettgewebe umgeben und nur mit dünnen
Adern durchzogen ist, was wiederum den Wärmetransport einschränkt, muss
von einer potentiellen thermischen Schädigung des Auges ausgegangen
werden.
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Der
Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, eine Vorrichtung zur
Minimierung von geometrischen oder temporären Verlusten bei Beleuchtung
des Augenhintergrunds zu schaffen, um eine thermische Schädigung eines
Auges, welches mit einem Retina-Implantat
versehen ist, auszuschließen.
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Die
Aufgabe wird erfindungsgemäß gelöst durch
eine Energieversorgungsvorrichtung für ein Retina-Implantat gemäß der kennzeichnenden
Merkmale nach den Ansprüchen
1 oder 22. Die Aufgabe wird ferner gelöst durch ein Verfahren zur
Energieversorgung eines Retina-Implantats gemäß der kennzeichnenden Merkmale
nach den Ansprüchen 48
oder 49.
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Erfindungsgemäß wird in
einer ersten Lösung
eine räumlich
fixierte Beleuchtung des Retina-Implantates bzw. eines Empfängers für eine mittlere
Blickrichtung des Auges bevorzugt. Die Intensität der Beleuchtung kann bei
Abweichung der Lage des Retina-Implantates von einem Beleuchtungsbereich
auf dem Augenhintergrund verringert bzw. sogar abgeschaltet werden.
Das bedeutet, dass der Energieempfänger ziemlich genau beleuchtet
werden kann, wobei ständig
die Energie abgespeichert wird. Da das Retina-Implantat mit relativ
hoher Energie beleuchtet wird, kann, wenn sich. das Auge bzw. die Retina
weg vom Beleuchtungsbereich dreht, die Netzhaut durch die dauernde
Beleuchtung geschädigt
werden. Erfindungsgemäß kann diese
Schädigung
dadurch umgangen werden, dass die dauerhafte Beleuchtung des Retina-Implantates
entweder abgeschaltet wird oder die Intensität der Beleuchtung wesentlich
verringert wird, so dass keine dauerhaften und bleibenden Schädigungen
der Retina bzw. der Netzhaut zurückbleiben.
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In
besonders vorteilhafter Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen,
dass ein Sensor, insbesondere eine Sensorzelle, zur Analyse der
Lage des beleuchteten Bereiches auf der Retina/ Retina-Implantat
vorgesehen ist.
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Mit
einer einzelnen Sensorzelle kann somit die Lage des Beleuchtungsbereiches
auf dem Augenhintergrund detektiert werden. Hierbei wird jeweils
die Rückstreuung
des Augenhintergrundes von der des Infrarotempfängers hinsichtlich Helligkeit oder
Farbe unterschieden, um ein bestimmtes Signal zur Regelung abzuleiten.
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Des
weiteren ist ferner von besonderem Vorteil, dass die Intensität der Beleuchtung
durch eine elektronische Schaltung oder durch Modulation der Lichtquelle
regelbar ist, und dass die Intensität der Beleuchtung durch Umformung
der Lichtstrahlung regelbar ist.
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Eine
Umformung der Lichtstrahlung hat dahingehend einen Vorteil, dass
lokal am Augenhintergrund die Energiedichte sehr viel geringer wird
als bei einer Dauerbeleuchtung.
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Eine
weitere vorteilhafte Weiterbildung der Erfindung sieht vor, dass
die Lichtquelle an einer optischen Sehhilfe, insbesondere einer
Brille, angeordnet ist.
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Da
das Retina-Implantat nur die abgestorbenen Fotorezeptoren der Netzhaut
ersetzt, bleibt gegebenenfalls die Notwendigkeit der Korrektur einer Fehlsichtigkeit
erhalten, so dass viele Personen nach der Implantation der Sehprothese
auf eine Brille angewiesen sein werden. Es ist daher vorteilhaft,
die externe Energieversorgung in ein spezielles Brillengestell zu
integrieren.
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Ferner
ist es besonders vorteilhaft, dass die Sehhilfe mit einer Energieeinheit
versehen ist, wobei die Energieeinheit in Verbindung mit einer Ladeeinrichtung
zur Energieaufladung der Energieeinheit vorgesehen ist.
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Zur
Erhöhung
des Tragekomforts kann die Brille mit einer Energieeinheit, z.B.
in Form eines Akkus, ausgestattet sein, der eine Auskopplungseinheit über einen
ganzen Tag mit der erforderlichen Leistung versorgen kann. Um die
Ausfallsicherheit zu erhöhen,
könnte
die Energieeinheit in Form einer Standardbatterie ausgelegt sein,
so dass in Notfällen
auf den leicht zu erhaltenden Batterietyp zurückgegriffen werden könnte. Es
ist von wesentlichem Vorteil, wenn die erforderliche Ladedauer der
Ladeeinrichtung auf einige Stunden beschränkt wird, so dass dieser Vorgang
während
der nächtlichen
Ruhepause der Person abgeschlossen werden kann. Somit könnte die
Ladeeinrichtung ständig
in der Nähe
des Ruhemöbels
der Person angeordnet sein, so dass diese die Brille auch ohne Seheindruck
wiederfindet.
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Eine
zweite Lösung
der Aufgabe sieht erfindungsgemäß vor, dass
eine Nachführeinrichtung
für die
Beleuchtung bei Bewegung des Auges vorhanden ist. Somit kann bei
Feststellung, dass sich das auf oder in der Netzhaut befindliche
Retina-Implantat aus dem Beleuchtungsbereich hinausbewegt, eine Nachführung der
Beleuchtung vorgesehen sein. Somit kann stets die empfindliche Empfängerfläche des Retina-Implantates
getroffen und so eine dauerhafte Schädigung des Auges ausgeschlossen
werden. Des weiteren ist besonders bei dieser Ausführung von
Vorteil, dass hier die Leistung bzw. die Intensität der Beleuchtung
auf ein erforderliches Minimum beschränkt werden kann.
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Eine
besonders vorteilhafte Ausgestaltung der zweiten Lösung sieht
vor, dass ein Sensor, insbesondere eine Vierquadranten diode, vorgesehen
ist, welche bei Bewegung des Auges eine Richtungsinformation zum
Nachführen
des beleuchteten Bereiches liefert.
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Hierbei
ist von Vorteil, sobald sich der Empfänger in eine Richtung relativ
zu dem abgebildeten Muster auf der Vierquadrantendiode bewegt, kann diese
ein Signal geben, in welche Richtung jetzt die Beleuchtung nachgestellt
werden sollte.
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Eine
besonders vorteilhafte Ausgestaltung der zweiten Lösung sieht
alternativ vor, dass ein Sensor, insbesondere ein Bildchip, vorgesehen
ist, welcher aus einem Bild der Retina auf eine Lage des Retina-Implantats/Energieempfänger schließt.
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Durch
Einsatz eines Bildchips ist es nun möglich, einen größeren Bereich
des Augenhintergrundes zu beobachten und damit festzustellen, wo der
Infrarotempfänger
sich in dem beobachteten Augenblick auf der Netzhaut befindet. Dadurch
können räumliche
Informationen erlangt werden, wobei somit das Nachführen bzw.
Nachstellen der Beleuchtung genauer und unkomplizierter erfolgen
kann.
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Auch
in diesen Ausführungsformen
ist es sinnvoll, die Lichtquelle in einer Brille anzuordnen und
somit eine wahrscheinlich erforderliche Sehhilfe damit zu kombinieren.
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Vorteilhafte
Ausgestaltungen und Weiterbildungen der Erfindung ergeben sich aus
den weiteren Unteransprüchen
und den nachfolgend anhand der Zeichnung prinzipmäßig beschriebenen
Ausführungsbeispielen.
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Es
zeigt:
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1 eine prinzipmäßige Darstellung
eines Auges in Ruhestellung, wobei mittels einer Lichtquelle ein
Energieempfänger
beleuchtet wird;
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2 eine prinzipmäßige Darstellung
des Auges bei Bewe gung, wobei mittels einer starren Lichtquelle
ein Energieempfänger
nicht mehr beleuchtet wird;
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3 eine prinzipmäßige Darstellung
des Auges bei Bewegung und bei Abschaltung der Lichtquelle;
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4 eine prinzipmäßige Darstellung
einer weiteren Möglichkeit
bezüglich 1 mit einer Linse vor der
Lichtquelle;
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5 eine prinzipmäßige Darstellung
des Auges nach 4 bei
Bewegung mit nachgeführter Lichtstrahlung;
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6 eine prinzipmäßige Darstellung
einer weiteren Möglichkeit
bezüglich 1 mit einem Umlenkspiegel;
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7 eine prinzipmäßige Darstellung
des Auges nach 6 bei
Bewegung mit nachgeführter Lichtstrahlung;
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8 Prinzipskizze eines Flussdiagramms am
Beispiel der bewegten Beleuchtungsoptik mit Abgrenzung zwischen
aktiver und passiver Variante; und
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9 eine prinzipmäßige Darstellung
von Möglichkeiten
der Einbringung von Beleuchtung in ein Auge.
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In 1 ist ein Auge 1 in
Ruhestellung, also ohne jegliche Beweglichkeit, dargestellt, welches
ein Implantat 2, insbesondere ein Retina-Implantat, auf einer
Netzhaut (Retina) 3 des Auges 1 aufweist. Zunächst werden
zum besseren Verständnis
die wichtigsten Komponenten des Auges 1 kurz erläutert, und zwar
entlang einer optischen Achse 4, in der die Komponenten
auch von Lichtstrahlung 11 bei der Bildentstehung durchlaufen
werden. Das Licht 11 tritt zunächst durch die Hornhaut (Cornea) 5 in
das Auge ein. Beim Auftreffen auf die Grenzfläche Luft/Hornhaut, wird das
Licht 11 stark gebrochen, da sich der Brechungsindex von
1 (Luft) auf 1,376 (Cornea) verändert.
Danach tritt das Licht 11 von der Cornea 5 in eine
Vorderkammer (hier nicht dargestellt) ein, wobei nur eine geringe
Brechung des Lichts vorhanden ist, da die Brechzahlen der Hornhaut 5 und
der Flüssigkeit,
welche sich in der Vorderkammer befindet, annähernd gleich sind. Den Abschluss
der Vorderkammer bildet eine Iris 6, welche die eintretende
Lichtmenge in das Auge 1 festlegt. Daraus folgt die Bezeichnung
Pupille, die als einstellbare- Öffnung
der Iris 6 bezeichnet wird. Nach Durchtreten der Öffnung der
Pupille fällt
das Licht 11 auf eine Augenlinse 7, welche für die Feinabstimmung
im Abbildungsprozess sorgt. Nach der Brechung an der Augenlinse 7 tritt
das Licht 11 in einen Glaskörper ein, welcher hier ebenfalls
nicht dargestellt ist, da zur Implantation eines Energieempfängers 8 bzw.
des Retina-Implantats 2 der Glaskörper entfernt wird bzw. bei
subretinalen Implantaten der Glaskörper nicht zwingend entfernt
werden muss. Nach Durchquerung des Glaskörpers erreichen die Lichtstrahlen 11 die
Netzhaut 3. Die Netzhaut 3 ist mit einer Struktur
von Fotorezeptoren, als Stäbchen
und Zapfen bekannt, bedeckt. Zusätzlich
zu diesen optischen Komponenten enthält das Auge 1 noch
weitere Komponenten, wie die Lederhaut (Sclera) 9, die
eine äußere feste
Hülle des Augapfels
darstellt.
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Das
Implantat 2 kann zum einen ein epiretinales Implantat darstellen,
in Form eines Datenempfängers
einer Kamera, welche außerhalb
des Auges 1 angeordnet ist, wobei das epiretinale Implantat
direkt auf der Retina 3 aufliegt und die Ganglienzellen reizen.
Zum anderen kann es ein subretinales Implantat darstellen; das Lichtsensoren
besitzt und als Rezeptorersatz in die Fotorezeptorschicht im beschädigten Bereich
einsetzbar ist. Die Ausführungsformen
beziehen sich speziell auf subretinale aktive Implantate, welche
eine externe Energieeinkopplung benötigen. Selbstverständlich können sich
diese Ausführungsbeispiele
auch auf ein epiretinales Implantat beziehen, wobei nach bisherigen
Erkenntnissen dabei die externe Energieeinkopplung nicht notwendig
ist, da die Kamera die Bildinformation praktisch kodiert ins Auge übermittelt
und so eine Stimulation der Netzhautnervenzellen bewirkt. Erforderlich wäre dies
eventuell, wenn die Kamera in dem vorderen Augenabschnitt, beispielsweise
anstelle der Augenlinse 7 integriert werden würde und
so das Auge als ein autarkes System Licht in Nutzsignale für die Retina 3 überführt.
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Das
Ziel der Erfindung besteht nun darin, eine Energieversorgungsvorrichtung
zu schaffen, welche die Energieeinkopplung in das Auge 1 auf den
Energieempfänger 8 vornimmt
und so die erforderliche Energie zuverlässig über einen langen Zeitraum ohne
Schädigung
des Auges 1 zulässt.
Hierzu wird eine Lichtquelle 10, insbesondere eine Infrarotdiode,
vor dem Auge 1, insbesondere in einer Brille, angeordnet.
Die Anordnung der Infrarotdiode 10 in einer Brille ist
demnach vorteilhaft, da das Retina-Implantat 2 nur die
abgestorbenen Fotorezeptoren der Retina 3 ersetzt und so
gegebenenfalls eine Notwendigkeit der Korrektur einer noch bestehenden
Fehlsichtigkeit erhalten bleibt. Zur Korrektur der Fehlsichtigkeit
kann somit auf eine Brille zurückgegriffen
werden. Die Brillenfassung kann demnach mit Brillengläsern ohne
oder mit optischer Wirkung ausgestattet sein.
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Für die Energieversorgung
des Retina-Implantates 2 wird nach gegenwärtigem Kenntnisstand eine
mittlere Leistung von 3 bis 4 mW benötigt. Um den Energieempfänger 8 des
Implantates 2 mit der nötigen
Leistung zu versorgen, sind folgende Varianten denkbar:
- – eine
Bestrahlung 11 der empfindlichen Fläche des Energieempfängers 8 mit
größerer Leistung
- – eine
Bestrahlung bzw. Beleuchtung 11 einer größeren Region
des Energieempfängers 8 mit
der mittleren erforderlichen Leistungsdichte, so dass auf der empfindlichen
Empfängerfläche stets
die nötige
Leistungsdichte vorliegt
- – es
wäre aber
auch eine kombinierte Lösung
zwischen den bisher genannten Varianten denkbar.
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Die
erste Variante wäre
mit folgender Modifikation möglich,
wobei eine räumlich
fixierte Beleuchtung des Energieempfängers 8 für die mittlere
Blickrichtung des Auges 1 vorgenommen wird, wobei aber bei
Bewegung des Auges 1 die Beleuchtung bzw. Bestrahlung 11 auf
den Energieempfänger 8 abgeschaltet
oder die Intensität
verringert wird. Die erforderliche erheblich größere Leistungsdichte, welche
hierbei eingesetzt werden sollte, muss auch bei häufig wechselnden
Blickrichtungen und daraus resultierenden Abschaltungen der Beleuchtung 11 im
zeitlichen Mittel genügend
Energie zum Retina-Implantat 2 transportieren. Voraussetzung
einer derartigen Beleuchtungsvariante ist ein Sensor, der die Lage
des Beleuchtungsbereiches am Augenhintergrund detektieren kann.
Hierbei sollte jeweils die Rückstreuung des
Augenhintergrundes von der des Infrarotempfängers 8 hinsichtlich
Helligkeit und Farbe unterschieden werden, um ein Regelsignal ableiten
zu können. Dies
ist möglich,
indem man die von der Netzhaut 3 zurückgestreute Strahlung 11 analysiert,
und danach Informationen erhält,
ob sich der Empfänger 8 auch noch
vollständig
im beleuchteten Bereich auf der Retina 3 befindet. Dies
kann aber auch durch Analyse des vorderen Augenabschnittes bzw.
der Bewegung der Pupille geschehen.
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Es
kann als Sensor eine einzelne Sensorzelle zur Analyse der Lage des
Beleuchtungsbereiches auf dem Empfänger 8 oder der benachbarten
Retina 3 genutzt werden. Diese einzelne Sensorzelle gibt ein
Signal ab und anhand dieses Signales kann erkannt werden, ob sich
der relevante Bereich des Augenhintergrundes aus dem beleuchteten
Fleck bzw. Bereich hinausbewegt. Dies ist ein Kriterium dafür, ob nun
die Beleuchtung 11 ausgeschaltet werden sollte oder nicht.
Um dies zu erkennen, wird eine Optik zur Abbildung des ausgeleuchteten
Netzhautbereiches auf den Sensor benötigt. Des weiteren wird hierfür eine Elektronik
zur Signalauswertung und Steuerung der Lichtquelle 10 erforderlich,
welche über
die Helligkeit des zurückgestreuten
Lichtbündels 11 einfach diese
Schaltinformation bereitstellen kann (siehe hierzu 2 und 3).
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Das
von der einzelnen Sensorzelle erzeugte Signal wird von einer elektronischen
Steuereinheit ausgewertet und in Steuersignale umgesetzt. Damit kann
im einfachsten Fall das Licht der Lichtquelle 10 geschaltet
oder nur moduliert werden, wobei dies einerseits mittels einer elektronischen
Schaltung oder durch Modulation der Lichtquelle 10 selbst
erfolgen kann. Des weiteren wäre
eine Strahlunterbrechung durch einen Shutter möglich, welcher im einfachsten Fall
das Licht 11 blockt. Es wäre ebenfalls eine Umformung
des Strahlenbündels 11 möglich, wobei
dies durch eine Linse variabler Brennweite (LC-Linse) vorgenommen
werden kann. Diese Variante schaltet das Lichtbündel 11 nicht ab,
sondern verteilt die Strahlung 11 lokal am Augenhintergrund,
so dass die Energiedichte am Augenhintergrund geringer wird. Ebenfalls
wäre die
Umformung durch eine entlang der optischen Achse 4 verschobene
Linse 12, wie sie in den 4 und 5 dargestellt ist, möglich. Dies
führt zu
einer Defokussierung des Strahlenbündels 11. Ebenfalls
wäre anstatt
der Linse 12 eine variable Streufläche, welche direkt beschaltbar
ist, einsetzbar. Dies wäre
beispielsweise ein Polymershutter, welcher von klar auf milchig
schalten kann und dadurch ebenfalls das Lichtbündel 11 am Augenhintergrund weit
verteilen kann.
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Ebenso
wäre anstatt
einer Umformung des Strahlenbündels 11 eine
Strahlumlenkung des Strahlenbündels 11 auf
eine Strahlfalle mittels eines beweglichen Spiegels 13 möglich, wie
in 6 und 7 dargestellt. Die Bewegung
bzw. Kippung des Spiegels 13 kann mit Hilfe von piezoelektrischen
Antrieben oder auch elektrostatisch erfolgen. Eine Strahlumlenkung
wäre auch
mittels eines acusto-optischen Modulators möglich, welcher als Glasstab
mit einem am Ende vorgesehenen Piezokristall ausgeführt ist,
wobei der Piezokristall mit einigen Megahertz schwingt. Diese Schwingung überträgt sich
direkt auf den Glasstab und führt
dort zu Dichtewellen, praktisch Schwankungen der Glasdichte. Dadurch kann
aus dem homogenen Glasstab ein Gitter erzeugt werden, welches das
Strahlenbündel 11 ablenkt.
Dies bedeutet, dass durch eine Änderung
der Frequenz des acusto-optischen Modulators der Strahl 11 aus
seiner Sollposition heraus abgelenkt werden kann.
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Des
weiteren ist eine Lösung
der Erfindung dadurch erreichbar, dass eine Nachführung der
Beleuchtung bei Augenbewegung vorgenommen wird, so dass stets die
empfindliche Empfängerfläche 8 getroffen
wird. Hierbei kann die Leistung der Beleuchtung hingegen auf ein
erforderliches Minimum beschränkt
werden. Voraussetzung auch dieser Beleuchtungsvariante ist ebenfalls
ein Sensor, der die Lage des Beleuchtungsbereiches und auch die
Lage des Infrarotempfängers 8 detektieren
kann. Auch hier kann dies über
die Rückstreuung
realisiert werden. Hierbei wird nicht ein einzelner Fotosensor bevorzugt,
sondern eine Vierquadrantendiode, die bei Augenbewegungen eine Richtungsinformation
zum Nachführen
des Beleuchtungsbereiches liefert. Der Empfänger 8 wird dabei
zwischen den vier Quadranten angeordnet, so dass in allen Bereichen
dasselbe Signal vorhanden ist. Sobald sich der Empfänger 8 in eine
Richtung relativ zu dem abgebildeten Muster auf der Vierquadrantendiode
bewegt, wird ein Signal abgesendet, in welche Richtung jetzt nachzustellen
ist, um den relevanten Bereich am Augenhintergrund mit der notwendigen
Energie zu versorgen.
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Die
Vierquadrantendiode kann ebenfalls mit einer Optik bzw. mit einem
optischen Element zur Abbildung des beleuchteten Bereichs auf dem
Sensor versehen sein, wobei dies möglichst, aber nicht erforderlich,
mit einer Beleuchtungsoptik kombiniert werden kann. Das optische
Element bzw. die Optik, wie auch bei der einzelnen Sensorzelle,
kann als Linse, Spiegel oder als ein anderes optisches Element ausgebildet
sein. Auch hier dient eine elektronische Steuereinheit zur Signalauswertung
und Steuerung der Lichtquelle 10.
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Von
zwingender Notwendigkeit ist aber hier – nicht wie bei einer einzelnen
Sensorzelle – eine Nachführeinrichtung
zum Nachführen
eines Beleuchtungspfades und eines Beobachtungspfades. Die Nachführeinheit
lässt sich
beispielsweise durch eine in zwei orthogonalen Achsen senkrecht
zur optischen Achse 4 bewegbare Linse, wie sie beispielsweise
in 5 angeordnet ist,
realisieren. Es wäre
aber auch eine Verschiebung der Linse mit schiefen Winkeln zur optischen
Achse 4 denkbar. Ebenso wäre als Nachführeinheit
eine Shuttermatrix, also ein Lichtmo dulator, denkbar, wobei es natürlich auch
ein DMD-Chip sein könnte.
Diese Shuttermatrix ist eine örtlich
variable Blende, die das Lichtbündel 11 nur
dahingehend auf den Augenhintergrund auftreffen lässt, wo
es relevant ist. Des weiteren wäre
auch ein in irgendeiner Form ausgeführter Scanner, der um zwei
orthogonale Achsen bewegt werden kann, möglich, wobei dadurch der Strahl
fein nachgeführt
werden kann.
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Alternativ
kann in diesen Fällen
sowohl eine auf eine Achse beschränkte Nachführung erfolgen, welche auch
mit einem eindimensionalen Sensor, beispielsweise einer Fotodiodenzeile,
durchgeführt werden
kann. Oder auch eine Kombination mit der Schaltung der Lichtquelle
ist realisierbar.
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Erfindungsgemäß wäre ebenso
als Sensor ein Bildchip, gegebenenfalls auch mit einer geringen Auflösung, möglich, der
aus dem Bild des Augenhintergrundes auf die Lage des Energieempfängers 8 schließt. In dieser
Ausführung
wäre ein
größerer beobachtbarer
Bereich auf der Retina 3 möglich. Auch hier wird ein optisches
Element zur Abbildung eines größeren Bereichs
des Augenhintergrundes auf den Sensor benötigt, welches möglichst
nicht mit der Beleuchtungsoptik kombiniert werden sollte. Da diese Variante
ein größeres beobachtetes
Feld auf dem Augenhintergrund zulässt und eine genügend große Pixelanzahl
vorhanden ist, muss die Beleuchtungsoptik nicht unbedingt mit dem
optischen Element kombiniert werden. Eine elektronische Steuereinheit zur
Signalsauswertung und Steuerung ist hier ebenfalls wie auch die
Nachführeinrichtung
zum Nachführen
des Beleuchtungspfades notwendig. Das Nachführen des Beobachtungspfades
ist hier nicht unbedingt erforderlich, vorausgesetzt, der Bildchip
ist relativ groß genug
ausgeführt,
wobei aber selbstverständlich
das Nachführen
des Beobachtungspfades erfolgen kann. Das erzeugte Signal kann danach
von der elektronischen Steuereinheit ausgewertet werden und in Steuersignale
umgesetzt werden. Die Nachführeinrichtung
kann hier ebenso ausgestaltet werden wie bei der Ausführung des
Sensors als Vierquadrantendiode.
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Die
bisher beschriebenen Ausführungen
beziehen sich auf aktive Retina-Implantate. Darüber hinaus sind auch passive
subretinale Implantate bekannt, welche die Energie zur Reizung der
Netzhautzellen aus dem die Bildinformation tragenden sichtbaren
Licht entnehmen. Hierbei ist jedoch von Nachteil, dass die eingesetzten
Chips bei normalen Lichtverhältnissen
nicht arbeiten, weil nur bei sehr hellen Bedingungen genügend Energie
in der Nutzinformation enthalten ist. Da aber eine Signalvorverarbeitung in
den implantierten Chip möglich
ist, die unter anderem eine homogene Grundhelligkeit subtrahiert,
würde sich
eine künstlich
erhöhte
Helligkeit des Augenhintergrundes für die Person nicht störend oder
erkennbar auswirken. Es wird daher als wahrscheinlich angesehen,
dass auch für
eigentlich passive Retina-Implantate eine Energiezufuhr erforderlich
sein wird und daher auch eingesetzt werden wird. Dies könnte in
Form sichtbaren Lichts ausgelegt werden. Es wären dann ebenfalls die bisher
aufgeführten
Lösungen
denkbar, die jeweils ohne Einschränkung auch für sichtbares
Licht einsetzbar sind.
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In
8 ist eine Systemskizze
am Beispiel der bewegten Beleuchtungsoptik mit Abgrenzung einer
aktiven Variante von einer passiven Variante aufgezeigt. Optionale
Pfade sind gestrichelt dargestellt. Die visuelle Information kommt
von außen
durch die Augenlinse
7 auf den Bildchip. Das Implantat
2 enthält außer dem
Bildchip auch noch einen Energieempfänger
8 und eine Elektronik
und Energiespeichereinheit, worauf hier aber im wesentlichen nicht detaillierter
eingegangen wird, dies aber aus der
DE 197 05 988 C2 und der
DE 197 13 612 A1 bekannt
ist und detailliert dort beschrieben wird. Ausgehend davon werden
durch die Stimulationselektroden die Nervenzellen im Auge
1 gereizt.
Die Nervenzellen leiten dann die visuellen Informationen, die über dieses Implantat
2 generiert
wurden, an den visuellen Cortex bzw. das Gehirn weiter.
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Bei
der passiven Variante, hier mit dem Bezugszeichen 14 versehen,
wird über
eine Basisstation Energie zugeführt,
wobei eine Energiespeicherung nicht zwingend erforderlich ist. Die
Energieversorgung steuert wiederum die Lichtquelle 10.
So ist es möglich
die Lichtquelle 10 der Energieversorgung zu steuern. Danach
kann eine gegebenenfalls eingesetzte Optik die energiehaltende Beleuchtung 11 auf den
Energieempfänger 8 zuführen. Da
dies eine passive Variante ist, kann, wenn benötigt, der Empfänger 8 mit
Infrarot beleuchtet werden.
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Bei
der aktiven Variante, hier mit dem Bezugszeichen 15 dargestellt,
ist natürlich
eine Energieversorgung erforderlich. Man benötigt neben einer Steuerung
der Lichtquelle 10 auch eine Steuerung der Aktuatorik,
welche das Infrarotlichtbündel 11 beeinflussen
kann. Diese Aktuatorik könnte
als Shutter, welcher einfach den optischen Pfad blockiert, ausgebildet
sein. Des weiteren könnte
auch eine Steuerung der Lichtquelle 10 beeinflussbar sein,
was bedeutet, dass die Lichtquelle 10 einfach abgeschaltet
werden kann. Die Steuerung der Aktuatorik kann aber erst wirken,
wenn diese eine Rückinformation
bekommt. Um dies zu erreichen, sollte der Bereich um den Energieempfänger 8 mit
einer Optik auf einen Sensor abgebildet werden. Somit kann der Sensor
und die Steuerung miteinander kommunizieren. Der optionale Pfad,
welcher von der Aktuatorik zu der Optik dargestellt ist, könnte ein
Verschieben oder ein Verkippen der optischen Elemente beinhalten,
was wiederum erforderlich sein könnte,
um den Beobachtungspfad und den Beleuchtungspfad zusammen nachzuführen.
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Die
Sensorvarianten, wie auch die Nachführeinheit, können in
einem speziellen Brillengestell, beispielsweise direkt am Bügel, am
Brillenglas oder auch in kombinierter Variante angeordnet sein.
Es ist daher auch vorteilhaft, die externe Energieversorgung in
dieses Brillengestell bzw. Fassung zu integrieren, welches für eine Person
ohne Fehlsichtigkeit mit einem ohne optische Wirkung ausgeführten Brillenglas
ausgestattet sein kann. Es ist aber ebenso auch möglich, dass
die Fassung mit optischen Gläsern
ausgestattet wird, um eine bestehende Fehlsichtigkeit des Patienten
zu korrigieren.
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Die
Energieauskopplung kann passend über eine
zur Antenne am Auge 1 positionierten Spule 17 bei
induktiver Kopplung erfol gen, wie in 9a dargestellt.
Die Spule 17 kann direkt an einer Fassung 16,
in einem Bügel 18 oder
auch direkt auf einem Brillenglas 19 angeordnet sein. Aus
dem bekannten Stand der Technik sind transparente Materialien bzw. Medien
bekannt, die es erlauben würden,
eine derartige Struktur auf das Brillenglas 19 aufzubringen.
Auf die Funktionsweise der hier angedeuteten induktiven Kopplung
wird nicht näher
eingegangen, da diese aus dem bisherigen Erkenntnisstand über Retina-Implantate allgemein
bekannt ist.
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Des
weiteren kann die Energieauskopplung über die Lichtquelle 10 bei
unsichtbarer Beleuchtung erfolgen, wobei die Lichtquelle 10 im Blickfeld
des Energieempfängers 8 des
Implantates 2 liegen sollte. Die Lichtquelle 10 kann
beispielsweise eine IR-LED sein,
wobei aber auch andere Lichtquellen und andere Wellenlängenbereiche,
beispielsweise UV, möglich
wären.
Bei Benutzung von anderen Lichtquellen und Wellenlängenbereichen
muss besonders darauf geachtet werden, dass die Lichtstrahlung 11 verlustfrei
oder mit nur geringen Verlusten bis zur Retina 3 vordringen
kann. Infrarotlicht ist in der Hinsicht besonders bevorzugt, da
es dem Patienten bzw. der Implantat tragenden Person keine störenden zusätzlichen
Informationen bietet.
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Bei
Bevorzugung von unsichtbarer Beleuchtung sind daher folgende Möglichkeiten
gegeben. 9b stellt eine
direkte Einbringung der IR-LED in das Brillenglas 19 dar,
wobei die Kontaktierung auch auf einem Brillenglas 19 unsichtbar
mit ITO erfolgen kann. ITO ist eine dünne, elektrisch leitende Schicht, welche
ebenfalls transparent ist. Somit ist es der besondere Vorteil dieser
Schicht, dass sie auf Brillengläser 19 aufgebracht
werden kann, um so eine elektrische Zuführung zu schaffen. Die Infrarot-LED
kann aber ebenso auch in die Brillenfassung 16 oder in den
Bügel 18 integriert
werden. Dies kann beispielsweise unter Nutzung einer Reflexion am
Brillenglas 19 oder an einem passend positionierten Miniaturspiegel 20 vor
Eintritt in das Auge 1 vorgenommen werden. Anstatt eines
Miniaturspiegels 20 wäre ebenfalls
an dieser Stelle ein Prisma zur Strahlumlenkung möglich. Hier
wäre es
von Vorteil, eine Kollimationsoptik zu der Infrarot-LED vorzusehen,
um das Strahlenbündel 11 positionsgenau
auf den Empfänger 8 zu
leiten.
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Weiterhin-
wäre eine
weitere Variante möglich,
die anstatt eines reflektierenden optischen Elementes eine aufgeraute
Fläche 21 auf
dem Brillenglas 19 aufzeigt (9d).
Unter Nutzung dieses Streuvorganges passender Winkelcharakteristik
wird der Lichtstrahl 11, welcher von der LED 10 ausgeht, in
dem kleinen Streuzentrum 21 in ein divergentes Strahlenbündel 11 umgewandelt.
Das Streuzentrum 21 muss selbstverständlich nicht mittig auf dem
Brillenglas 19 angeordnet sein. Bei dieser Variante wie auch
bei der Variante in 9c ist
es vorteilhaft, die LED 10 in den Bügel 18 zu integrieren.
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Eine
dritte Variante wäre
der Energietransport in einem Lichtleiter 22 zu der erforderlichen Emissionsstelle.
Bei Verwendung des Lichtleiters 22 ist es naheliegend,
dass eine Endfläche 23 reflektierend
ausgeführt
ist. Es wäre
aber ebenso auch eine streuende Endfläche 23 möglich. Bei
dieser Variante kann im Gegensatz zu 9d und 9c die LED 10 auch
an einer anderen Stelle der Brillenfassung 16 angebracht
sein.
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Die
drei Varianten mittels der unsichtbaren Beleuchtung können neben
der Lichtquelle 10 auch eine einfache Optik zur Kontrolle
der Abstrahlrichtung erfordern, die jedoch problemlos in dieses
System integriert werden kann. Die Optik zur Kontrolle der Abstrahlrichtung
kann schon an der IR-LED 10 vorgesehen sein, wobei dies
aber auch über
ein spezielles Design des Streufleckes 21 oder auch über das
Design des Endpunktes 23 möglich wäre, um dafür zu sorgen, dass das von diesen
Elementen ausgehende Lichtbündel 11 möglichst
unter vielen Beobachtungsrichtungen des Auges 1 noch die
relevante Stelle am Augenhintergrund bzw. auf der Retina 3 getroffen
wird. Die Optik, welche direkt mit der LED kombiniert werden kann,
könnte
als Linse, Spiegel oder auch als speziell designtes Streuelement
ausgeführt
sein.
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Die
bisher aufgezeigten Ausführungsbeispiele
beziehen sich jeweils auf die Versorgung des Retina-Implantates 2 in
nur einem Auge, wobei dies selbstverständlich keine Einschränkung darstellen soll
und auch für
eine möglicherweise
erforderliche Energieversorgung der Retina-Implantate 2 in
beiden Augen des Patienten vorgenommen werden kann.
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Um
den Tragekomfort einer derartigen Brillenfassung 16 zu
erhöhen,
sollte diese über
einen Energiespeicher, beispielsweise in der Form eines Akkus, verfügen, der
die Auskopplungseinheit über einen
ganzen Tag mit der erforderlichen Leistung versorgen kann. Um die
Ausfallsicherheit zu erhöhen, könnte der
Energiespeicher im Format einer Standardbatterie ausgelegt sein,
so dass notfalls auf den leicht zu erhaltenden Batterietyp ausgewichen
werden kann. Darüber
hinaus sollte eine Ladezustandskontrolleinrichtung in die Brillenfassung 16 integriert sein,
die es dem Patienten erlaubt, den Zustand des Energiespeichers zu
ermitteln. Die Ladezustandskontrolleinrichtung kann akustische,
taktile oder visuelle Signale aussenden.
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Die
akustische Variante kann durch Wahl der Frequenz, der Modulation,
der Anzahl der Töne
einer Folge oder der Signallänge
für eine
Restzeitanzeige und/oder durch ein spezielles Signal als Warnung
bei Erreichen einer Mindestzeit vor Ausfall des Systems ausgeführt sein.
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Bei
der taktilen Ausführung
wären verschiedene
Statusanzeigen möglich.
Beispielsweise wäre das über eine
Vibration, welche an die Schläfe,
dem Ohr oder der Nase der Person als Warnung bei Erreichen einer
Mindestzeit vor Ausfall des Systems und/oder mit Modulation möglich. Ebenso
wäre dies über eine
Ausgestaltung der Anzahl oder Länge
des Signales für
eine Restzeitanzeige möglich.
Des weiteren wäre
eine weitere Möglichkeit
der taktilen Ausführung,
das Ein- oder Ausfahren von Gehäuseteilen als
tastbare Punkte, welche eine Ähnlichkeit
mit einem Braille-Display haben könnte, als Restzeitanzeige zum
gezielten Überprüfen mit
der Fingerkuppe. Eine visuelle Sta tusanzeige wäre gegebenenfalls analog zu
den bereits erwähnten
Versionen möglich, aber
nicht unbedingt empfehlenswert, da dies zu psychischem Druck bei
den Patienten führen
könnte, und
mit diesem Informationskanal auf Hinweise zu dessen potentiellen
Ausfall achten zu müssen.
Das Auslösen
der aufgezeigten Statusanzeigemöglichkeiten
wäre automatisch
oder auf Eingabe möglich. Die
automatische Variante wäre
zu empfehlen bei Warnungen der Unterschreitung der Mindestzeit vor Ausfall
oder auch bei der zweiten aufgeführten
taktilen Möglichkeit.
Das Auslösen
auf Eingabe kann beispielsweise durch Drücken eines Schalters oder eines
Tasters erfolgen, wobei diese Variante insbesondere für die akustische,
die erste taktile Möglichkeit und
die visuelle Statusanzeige von Vorteil wäre.
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Aus
praktikablen Gründen
sollte sich die erforderliche Ladedauer des Energiespeichers auf
einige Stunden beschränken,
so dass dieser Vorgang während
der nächtlichen
Ruhepausen des Patienten abgeschlossen werden kann. Es sollte daher
eine einfache Kopplungsmöglichkeit
der Brillenfassung 16 mit einer Ladestation vorgesehen
sein, die über
einen elektrischen Kontakt, beispielsweise einer Steckverbindung,
oder besonders bequem induktiv über ein
Spulenpaar erfolgen kann. Die Basisstation der Brille 16 sollte
ausreichend groß zum
Finden und zum Positionieren auch ohne visuellen Eindruck ausgeführt sein.
Eine Hilfe zum Auffinden der Basisstation wäre die Möglichkeit der akustischen Signalübertragung
für begrenzte
Zeit nach Schwellgeräuschpegel,
beispielsweise ein Ruf/Antwortsystem.
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Da
die bisher ausgeführten
Retina-Implantate 2 nur eine begrenzte Größe und Auflösung aufweisen,
ist gegenwärtig
nicht mit einem Virus von über 0,1
zu rechnen. Dieser Visuswert erlaubt einem Patienten jedoch bisher
nur die Orientierung in unbekannter Umgebung, für spezielle Tätigkeiten
könnten aber
weitere Sehhilfen, beispielsweise eine Brille, eine Brille mit LC-Linse
oder ein HMD (head mounted display) notwendig oder wünschenswert
sein. Für diese
Sehhilfen lassen sich ähnliche
Lösungen
zur Integration einer Energieversorgung des Retina-Implantats 2 realisieren.