專利名稱：可植入的視覺假體的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種醫(yī)用器械技術(shù)領(lǐng)域的裝置，具體是一種能夠使盲人部分復(fù)明的可植入的視覺假體。
背景技術(shù)：
人的視覺系統(tǒng)是通過眼光學(xué)系統(tǒng)對(duì)外界物體的成像、視覺神經(jīng)系統(tǒng)對(duì)圖像信息的處理以及視覺中樞對(duì)視覺信息的再處理獲得視覺感知。但有一些疾病，如視網(wǎng)膜色素變形、老年性黃斑變性以及外傷所導(dǎo)致的眼部損傷，往往會(huì)導(dǎo)致視覺功能的喪失，且目前無法通過常規(guī)的藥物或手術(shù)治療方法恢復(fù)視覺功能。其實(shí)，在視覺通道上任何組成部分的功能缺失，都將造成整個(gè)視覺系統(tǒng)的功能喪失。根據(jù)視覺系統(tǒng)的工作原理進(jìn)行仿生，把外界物體的圖像信息通過處理和變換，形成視覺信息，然后通過微刺激電極陣列所形成的神經(jīng)接口，把視覺信息傳遞到視覺中樞，從而形成一種光幻視。這種裝置稱為視覺假體。利用在視覺系統(tǒng)相應(yīng)部位植入視覺假體，有望使上述不可治愈性眼病患者恢復(fù)部分視覺功能。目前有通過直接刺激視網(wǎng)膜神經(jīng)節(jié)細(xì)胞的方法產(chǎn)生光幻視，但這種方法無法彌補(bǔ)視神經(jīng)損傷引起的視覺障礙，對(duì)殘存的視網(wǎng)膜的損傷也是不容忽視，另外，這種方法還有視野小效率低等缺點(diǎn)；有的方法是通過體外的攝像系統(tǒng)獲得外界圖像信號(hào)，經(jīng)處理后產(chǎn)生視覺神經(jīng)信號(hào)刺激視神經(jīng)或視皮層，這種方法的缺點(diǎn)是外置攝像機(jī)的視野范圍相對(duì)有限，也會(huì)影響美觀，同時(shí)由于電極密度和范圍不可能太大，降低了視野范圍和空間分辨率。另外，手術(shù)潛在的危險(xiǎn)因素也較大，給患者造成心理壓力。
經(jīng)對(duì)現(xiàn)有技術(shù)的文獻(xiàn)檢索發(fā)現(xiàn)，美國專利號(hào)為US6658299B1，發(fā)布日期為2003年12月2日，名為“ARTIFICIAL SYSTEM FOR VISION AND THE LIKE”(“視覺和相當(dāng)器官的人工系統(tǒng)”)的專利文獻(xiàn)自述為“一種視覺或類似器官的人工系統(tǒng)對(duì)物體成像并產(chǎn)生相應(yīng)信號(hào)傳遞給患者的神經(jīng)系統(tǒng)，使患者產(chǎn)生光幻視，該系統(tǒng)傳遞人工信號(hào)的有效性通過把照相機(jī)產(chǎn)生信號(hào)的亮暗對(duì)應(yīng)部分轉(zhuǎn)換成實(shí)際感覺產(chǎn)生信號(hào)的暗亮對(duì)應(yīng)部分得到加強(qiáng)。其它的加強(qiáng)包括產(chǎn)生所視物體邊緣相對(duì)較亮的信號(hào)，信號(hào)由多路器對(duì)某一局部產(chǎn)生脈沖序列。另外，該發(fā)明還包括給患者提供使感覺，如亮度周期性變化的定位器，變化周期對(duì)應(yīng)于所視物體的遠(yuǎn)近距離，以及提供了可調(diào)節(jié)的信號(hào)放大器來產(chǎn)生可控的調(diào)焦效果”。該發(fā)明采用在外置眼鏡上安放攝像系統(tǒng)的方法來采集圖像信號(hào)，并需要通過外置計(jì)算機(jī)系統(tǒng)對(duì)圖像信號(hào)進(jìn)行解碼和視覺信號(hào)的編碼。這種方法不僅在功能上限制了視覺假體的視野范圍，置于患者臉部的笨重及不美觀的外置攝像系統(tǒng)和置于腰部的計(jì)算機(jī)系統(tǒng)大大降低了視覺假體被患者的可接受程度。另外，其單刺激電極陣列的設(shè)計(jì)和刺激方案也不利于充分利用視覺皮層的有效區(qū)域，使可視范圍變小。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)的不足，提供一種能夠使盲人部分復(fù)明的可植入的視覺假體。使其既有利于視野空間的定位，又能提高視覺假體的空間分辨率，使視覺假體更加有效。
本發(fā)明是通過以下技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)的，本發(fā)明包括可植入眼眶內(nèi)的微攝像義眼和針式微電極陣列。所述可植入眼眶內(nèi)的微攝像義眼將物體進(jìn)行成像并將圖像信號(hào)轉(zhuǎn)換成電信號(hào)，電信號(hào)經(jīng)編碼成視覺刺激信號(hào)后傳遞給針式微電極陣列對(duì)視皮層進(jìn)行刺激。
所述可植入眼眶內(nèi)的微攝像義眼包括義眼片、微光學(xué)透鏡組、太陽能電池板或充電裝置、光電轉(zhuǎn)換器件、信號(hào)處理與轉(zhuǎn)換單元、義眼座，所述微光學(xué)透鏡組固定于太陽能電池板內(nèi)孔上，所述光電轉(zhuǎn)換器件位于微光學(xué)透鏡組的后方焦點(diǎn)上，對(duì)微光學(xué)透鏡組所成的圖像進(jìn)行光電轉(zhuǎn)換；所述信號(hào)處理與轉(zhuǎn)換單元為一微型計(jì)算機(jī)，對(duì)所述光電轉(zhuǎn)換器件所生成的電信號(hào)進(jìn)一步處理，并生成雙相視覺電刺激信號(hào)；所述信號(hào)處理與轉(zhuǎn)換單元封裝于義眼座內(nèi)，或置于義眼座外；所述義眼座為一封裝物體，外形為球冠狀，對(duì)所述微光學(xué)透鏡組、太陽能電池板、光電轉(zhuǎn)換器件和信號(hào)處理與轉(zhuǎn)換單元進(jìn)行固定和封裝；義眼座最前邊是平面形狀，所述太陽能電池板固定其上，義眼片覆蓋在義眼座的前方。
所述針式微電極陣列包含微電極、固定板、固定孔、基底、內(nèi)導(dǎo)線、接口座和導(dǎo)線，所述微電極為一針式電極，焊接于所述基底表面，各電極接口之間互相絕緣，所述基底下方固定于固定板上；所述內(nèi)導(dǎo)線連接所述微電極和接口座，所述內(nèi)導(dǎo)線分布于所述基底的表面；所述接口座是一電纜轉(zhuǎn)換口，位于固定板表面，分別連接內(nèi)導(dǎo)線和導(dǎo)線；所述導(dǎo)線連接所述信號(hào)處理與轉(zhuǎn)換單元和接口座，視覺刺激電信號(hào)經(jīng)所述導(dǎo)線傳輸?shù)剿鼋涌谧?jīng)所述接口座轉(zhuǎn)換到所述內(nèi)導(dǎo)線，進(jìn)一步傳輸?shù)剿鑫㈦姌O。
本發(fā)明的工作過程和工作原理是可植入眼眶的微攝像義眼通過對(duì)外界物體成像并通過光電轉(zhuǎn)換器件轉(zhuǎn)換成電信號(hào)，電信號(hào)再通過信號(hào)處理與轉(zhuǎn)換單元生成雙相視覺電信號(hào)，然后通過經(jīng)皮導(dǎo)線傳輸?shù)浇涌谧?，進(jìn)一步通過內(nèi)導(dǎo)線傳輸?shù)轿㈦姌O以刺激視覺皮層，從而產(chǎn)生光幻視。接口座板通過骨釘固定于顱骨相應(yīng)位置。微電極通過在顱骨上鉆孔穿入而進(jìn)入并刺激視覺皮層。微電極陣列可以一個(gè)或一個(gè)以上分布于視覺皮層，以增加視野范圍和空間分辨率。
本發(fā)明的有益效果是本發(fā)明將微攝像系統(tǒng)封裝成義眼并植入眼眶的方法以及通過顱骨鉆孔的方法引入電極的設(shè)計(jì)，可以避免體外安裝攝像頭和信號(hào)處理計(jì)算機(jī)；針式電極陣列通過固定板固定于顱骨上，微電極穿過在顱骨上鉆孔穿入視覺皮層，避免了開顱手術(shù)，大大減輕了患者的心理壓力；針式微電極陣列固定于顱骨上，增加了穩(wěn)定性，由于柔軟的基底使微電極具有隨腦組織微移的功能，增加了微電極的相容性；微電極陣列可以一個(gè)或一個(gè)以上分布于視覺皮層，視野空間容易定位，增加了視野范圍，同時(shí)增加了視覺假體的空間分辨率，提高電刺激的效率。


圖1是本發(fā)明信號(hào)處理與轉(zhuǎn)換單元封裝于義眼座內(nèi)的結(jié)構(gòu)示意圖。
圖2是本發(fā)明信號(hào)處理與轉(zhuǎn)換單元外置于義眼座外的結(jié)構(gòu)示意圖。
圖3是本發(fā)明采用太陽能電池板的可植入眼眶內(nèi)的微攝像義眼結(jié)構(gòu)示意圖。
圖4是本發(fā)明采用充電裝置的可植入眼眶內(nèi)的微攝像義眼結(jié)構(gòu)示意圖。
圖5是本發(fā)明針式微電極陣列的側(cè)視結(jié)構(gòu)圖。
圖6是本發(fā)明針式微電極陣列的俯視結(jié)構(gòu)圖。
圖7是本發(fā)明基底上內(nèi)導(dǎo)線的分布圖。
圖8是本發(fā)明針式微電極陣列在視覺皮層上的分布示意圖。
具體實(shí)施例方式
以下結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明的實(shí)施例作詳細(xì)說明本實(shí)施例在以本發(fā)明技術(shù)方案為前提下進(jìn)行實(shí)施，給出了詳細(xì)的實(shí)施方式和具體的操作過程，但本發(fā)明的保護(hù)范圍不限于下述的實(shí)施例。
如圖1、圖2所示，本實(shí)施例包括可植入眼眶內(nèi)的微攝像義眼1和針式微電極陣列10。所述可植入眼眶內(nèi)的微攝像義眼1將物體進(jìn)行成像并將圖像信號(hào)轉(zhuǎn)換成電信號(hào)，電信號(hào)經(jīng)編碼成視覺刺激信號(hào)后傳遞給針式微電極陣列10對(duì)視皮層進(jìn)行刺激。
所述可植入眼眶內(nèi)的微攝像義眼1包括義眼片2、微光學(xué)透鏡組3、太陽能電池板4或充電裝置16、光電轉(zhuǎn)換器件5、信號(hào)處理與轉(zhuǎn)換單元6、義眼座7，微光學(xué)透鏡組3對(duì)外界物體成像并通過光電轉(zhuǎn)換器件5將光學(xué)圖像信號(hào)轉(zhuǎn)換成對(duì)應(yīng)的電信號(hào)，所生成的電信號(hào)再通過信號(hào)處理與轉(zhuǎn)換單元6進(jìn)行編碼，生成視覺刺激信號(hào)以刺激視皮層。
所述微光學(xué)透鏡組3固定于太陽能電池板4內(nèi)孔上；所述光電轉(zhuǎn)換器件5位于微光學(xué)透鏡組3的后方焦點(diǎn)上；對(duì)微光學(xué)透鏡組3所成的圖像進(jìn)行光電轉(zhuǎn)換；所述信號(hào)處理與轉(zhuǎn)換單元6為一微型計(jì)算機(jī)，對(duì)所述光電轉(zhuǎn)換器件5所生成的電信號(hào)進(jìn)一步處理，并生成雙相視覺電刺激信號(hào)，所述信號(hào)處理與轉(zhuǎn)換單元6可封裝于義眼座7內(nèi)，也可以置于義眼座7外。義眼座7為一封裝物體，外形為球冠狀，對(duì)所述微光學(xué)透鏡組3，太陽能電池板4，光電轉(zhuǎn)換器件5和信號(hào)處理與轉(zhuǎn)換單元6進(jìn)行固定和封裝；義眼座7最前邊是平面形狀，所述太陽能電池板4固定其上。義眼片2為透明材料制成的弧形薄片，覆蓋在義眼座7的前方，起遮蓋和美容作用。
所述可植入眼眶內(nèi)的微攝像義眼1為球冠狀，前端為平面，可以固定太陽能電池板4，盲人眼球摘除后可以植入眼眶內(nèi)。
所述義眼片2可以用同義眼座7相同的材料制成，為弧形薄片，中央直徑為8-12mm的區(qū)域具有透明性，覆蓋于義眼座7的最前端，或者可拆卸。
所述微光學(xué)透鏡組3為一廣角短焦距透鏡組或可變焦透鏡組，焦距在2-10mm，成像范圍在20cm到無窮遠(yuǎn)，視場(chǎng)角在30度以上，微光學(xué)透鏡組3橫向尺寸相當(dāng)于人眼瞳孔尺寸，在2-6mm之間。
所述光電轉(zhuǎn)換器件5可以是CCD或CMOS制成，位于微光學(xué)透鏡組3之后，把微光學(xué)透鏡所成的圖像轉(zhuǎn)換成電信號(hào)，然后經(jīng)信號(hào)處理與轉(zhuǎn)換單元6生成雙相視覺刺激信號(hào)。
如圖3所示，所述太陽能電池板4為環(huán)形盤狀結(jié)構(gòu)，外徑8-12mm，內(nèi)徑2-6mm，位于微光學(xué)透鏡組3的前端，能把光能轉(zhuǎn)換成電能并具有電能保存功能，可為可植入眼眶內(nèi)的微攝像義眼1持續(xù)提供能量。
如圖4所示，所述充電裝置16包含電能存儲(chǔ)單元，通過外部充電的方式為整個(gè)系統(tǒng)提供能量，以代替太陽能電池板4。
所述太陽能電池板4或充電裝置16、微光學(xué)透鏡組3、光電轉(zhuǎn)換器件5和信號(hào)處理與轉(zhuǎn)換單元6以珊瑚羥基磷灰石或特制玻璃、硅膠、樹脂、生物陶瓷、特制玻璃等生物相容性好的材料封裝成義眼座7。
如圖5和圖6所示，所述針式微電極陣列10包含導(dǎo)線8，微電極9，固定板11，基底12，固定孔13，內(nèi)導(dǎo)線14，接口座15。來自可植入眼眶內(nèi)的微攝像義眼1的視覺刺激信號(hào)通過導(dǎo)線8傳遞到接口座15，再通過內(nèi)導(dǎo)線14傳遞到微電極9進(jìn)行皮層刺激。所述微電極9焊接于所述基底12表面，不同電極接口之間互相絕緣；所述基底12下方固定于固定板11上；所述內(nèi)導(dǎo)線14連接所述微電極9和接口座15，分布于所述基底12的表面；所述接口座15是一電纜轉(zhuǎn)換口，位于固定板11表面，分別連接內(nèi)導(dǎo)線14和導(dǎo)線8；所述導(dǎo)線8連接所述信號(hào)處理與轉(zhuǎn)換單元6和接口座14；視覺刺激電信號(hào)經(jīng)導(dǎo)線8傳輸?shù)浇涌谧?5，經(jīng)接口座15轉(zhuǎn)換到內(nèi)導(dǎo)線14，進(jìn)一步傳輸?shù)轿㈦姌O9，從而起到對(duì)視覺皮層的電刺激，形成視覺中樞的光幻視。
所述導(dǎo)線8以純金或其它阻抗小的金屬材料制成，直徑10-200μm，導(dǎo)線外部涂上1-5μm厚的絕緣樹脂材料薄層，以微焊技術(shù)連接接口座15和信號(hào)處理與轉(zhuǎn)換單元6。
所述微電極9為一針式電極，采用鎳合金或其它硬度材料制成，外周涂上生物相容性好并具有絕緣功能的材料涂層如聚對(duì)二甲苯，涂層厚1-10μm，底部以微焊接技術(shù)與基底12相連接，并涂上絕緣材料。
所述微電極9為針形結(jié)構(gòu)，總長度為1-5mm，根部直徑為50-100μm，針尖直徑為2-10μm，針尖長度為2-4μm，針尖鍍上鉑，增加導(dǎo)電能力，微電極9以矩形排列，間隔100-1000μm。
所述固定板11以樹脂或其它生物相容性材料制成，厚度為50-1000μm，可用鈦骨釘通過固定孔13固定于顱骨上。
所述基底12為柔軟的生物相容性好的材料如環(huán)氧樹脂制成，厚度為50-500μm。
如圖7所示，所述內(nèi)導(dǎo)線14連接微電極9根部與接口座15，直徑是10-100μm，可以是純金或其它阻抗小的金屬材料制成，外部涂上1-5μm厚的絕緣樹脂材料薄層。
如圖8所示，視覺皮層上可以分布一個(gè)或一個(gè)以上的針式微電極陣列10，以增加視野范圍和空間分辨率。
權(quán)利要求
1.一種可植入的視覺假體，包括可植入眼眶內(nèi)的微攝像義眼和針式微電極陣列，可植入眼眶內(nèi)的微攝像義眼將物體進(jìn)行成像并將圖像信號(hào)轉(zhuǎn)換成電信號(hào)，電信號(hào)經(jīng)編碼成視覺刺激信號(hào)后傳遞給針式微電極陣列對(duì)視皮層進(jìn)行刺激，其特征在于所述的可植入眼眶內(nèi)的微攝像義眼包括義眼片、微光學(xué)透鏡組、太陽能電池板或充電裝置、光電轉(zhuǎn)換器件、信號(hào)處理與轉(zhuǎn)換單元、義眼座，微光學(xué)透鏡組固定于太陽能電池板內(nèi)孔上，光電轉(zhuǎn)換器件位于微光學(xué)透鏡組的后方焦點(diǎn)上，對(duì)微光學(xué)透鏡組所成的圖像進(jìn)行光電轉(zhuǎn)換，信號(hào)處理與轉(zhuǎn)換單元對(duì)光電轉(zhuǎn)換器件所生成的電信號(hào)進(jìn)一步處理，并生成雙相視覺電刺激信號(hào)；信號(hào)處理與轉(zhuǎn)換單元封裝于所述義眼座內(nèi)，或置于所述義眼座外，義眼座對(duì)微光學(xué)透鏡組、太陽能電池板、光電轉(zhuǎn)換器件和信號(hào)處理與轉(zhuǎn)換單元進(jìn)行固定和封裝，太陽能電池板固定在義眼座最前邊，義眼片覆蓋在所述義眼座的前方；所述的針式微電極陣列包含微電極、固定板、固定孔、基底、內(nèi)導(dǎo)線、接口座和導(dǎo)線，微電極焊接于基底表面，各電極接口之間互相絕緣，基底下方固定于固定板上，內(nèi)導(dǎo)線連接微電極和接口座，內(nèi)導(dǎo)線分布于基底的表面，接口座位于固定板表面，分別連接內(nèi)導(dǎo)線和導(dǎo)線，導(dǎo)線連接所述信號(hào)處理與轉(zhuǎn)換單元和接口座，視覺刺激電信號(hào)經(jīng)導(dǎo)線傳輸?shù)浇涌谧?，?jīng)接口座轉(zhuǎn)換到內(nèi)導(dǎo)線，進(jìn)一步傳輸?shù)轿㈦姌O。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的可植入的視覺假體，其特征是，所述可植入眼眶內(nèi)的微攝像義眼為球冠狀，前端為平面，以固定太陽能電池板。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的可植入的視覺假體，其特征是，所述義眼片為弧形薄片，中央直徑為8-12mm的透明區(qū)域。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的可植入的視覺假體，其特征是，所述微光學(xué)透鏡組為一廣角短焦距透鏡組或可變焦透鏡組，焦距在2-10mm，成像范圍大于20cm，視場(chǎng)角在30度以上，微光學(xué)透鏡組橫向尺寸在2-6mm之間。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的可植入的視覺假體，其特征是，所述太陽能電池板為環(huán)形盤狀結(jié)構(gòu)，外徑為8-12mm，內(nèi)徑為2-6mm。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的可植入的視覺假體，其特征是，所述導(dǎo)線，直徑為10-200μm，導(dǎo)線外部涂有1-5μm厚的絕緣樹脂材料薄層。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的可植入的視覺假體，其特征是，所述微電極為一針式電極，外周涂有絕緣材料涂層，涂層厚度為1-10μm。
8.根據(jù)權(quán)利要求1或者7所述的可植入的視覺假體，其特征是，所述微電極，總長度為1-5mm，根部直徑為50-100μm，針尖直徑為2-10μm，針尖長度為2-4μm，針尖鍍上鉑，微電極以矩形排列，間隔為100-1000μm。
9.根據(jù)權(quán)利要求1所述的可植入的視覺假體，其特征是，所述固定板，厚度為50-1000μm。
10.根據(jù)權(quán)利要求1所述的可植入的視覺假體，其特征是，所述基底，厚度為50-500μm。
全文摘要
一種醫(yī)用器械技術(shù)領(lǐng)域的可植入的視覺假體。本發(fā)明包括可植入眼眶內(nèi)的微攝像義眼和針式微電極陣列。所述可植入眼眶內(nèi)的微攝像義眼包括太陽能電池板或充電裝置，微光學(xué)透鏡組，光電轉(zhuǎn)換器件，信號(hào)處理與轉(zhuǎn)換單元，義眼座，義眼片。太陽能電池板或充電裝置、微光學(xué)透鏡組、光電轉(zhuǎn)換器件和信號(hào)處理與轉(zhuǎn)換單元封裝成義眼座，信號(hào)轉(zhuǎn)換與處理單元置于義眼座外；微攝像義眼植入眼眶內(nèi)。所述針式微電極陣列包含基底，微電極，內(nèi)導(dǎo)線，接口座，固定孔，導(dǎo)線和固定板。固定板固定于顱骨上，微電極通過顱骨上的鉆孔進(jìn)入視皮層。視覺電信號(hào)通過經(jīng)皮導(dǎo)線傳導(dǎo)到微電極陣列。本發(fā)明有利于視野空間的定位，能提高視覺假體的空間分辨率，使視覺假體更加有效。
文檔編號(hào)A61F2/14GK1961850SQ20061011925
公開日2007年5月16日 申請(qǐng)日期2006年12月7日 優(yōu)先權(quán)日2006年12月7日
發(fā)明者任秋實(shí), 周傳清 申請(qǐng)人:上海交通大學(xué)