本發(fā)明屬于視覺(jué)代替技術(shù)領(lǐng)域,涉及到一種人眼視覺(jué)刺激和形成的裝置,特別是一種視覺(jué)修復(fù)系統(tǒng)。
背景技術(shù):
視覺(jué)是人和其他大部分生物接收外部信息最直接的方式,視力的損傷將對(duì)生活日常帶來(lái)不便。視力受損可分為很多種,包括角膜損傷、晶狀體變性、視網(wǎng)膜損傷以及全眼球損壞或缺失等,其中角膜移植手術(shù)是針對(duì)角膜損傷治療的有效手段;而隨著年齡的增長(zhǎng),晶狀體容易發(fā)生變性造成視力障礙,人工晶狀體移植是治療晶狀體疾病的通用手段;眼底視網(wǎng)膜是視覺(jué)系統(tǒng)中最復(fù)雜的部分,容易發(fā)生各種病變,當(dāng)受到外傷或病變導(dǎo)致視網(wǎng)膜受損時(shí)將產(chǎn)生永久性失明,一旦視網(wǎng)膜受損造成失明時(shí),暫時(shí)沒(méi)有特別有效的治療手段恢復(fù)視力。
先天性視網(wǎng)膜退化性疾病如視網(wǎng)膜色素變性將導(dǎo)致視網(wǎng)膜感光細(xì)胞的死亡,最終將導(dǎo)致失明,視網(wǎng)膜神經(jīng)節(jié)干細(xì)胞變性引起的視網(wǎng)膜炎也將導(dǎo)致視網(wǎng)膜功能受損。針對(duì)這種問(wèn)題,目前存在電極刺激方法和超聲刺激方法,電刺激方法是在視網(wǎng)膜上植入微電極,體外相機(jī)采集圖像后直接用控制電極刺激視網(wǎng)膜的神經(jīng)節(jié)細(xì)胞,從而產(chǎn)生視覺(jué)信號(hào),起到視覺(jué)效果,但是由于其采用的是視網(wǎng)膜接觸式裝置,安全性不高;另外一種方法就是超聲刺激方法,在體外通過(guò)發(fā)射定向超聲刺激視網(wǎng)膜,從而產(chǎn)生視覺(jué),采用非植入式方法,使得無(wú)創(chuàng)性提高了,但是由于眼球結(jié)構(gòu)的復(fù)雜,使得超聲傳輸?shù)倪^(guò)程中,精度受到很大影響,以上兩種方法都對(duì)細(xì)胞特異性方面不夠精確,不能準(zhǔn)確定位于特定的感光細(xì)胞上。
光敏感通道蛋白是一種受光脈沖控制非選擇性陽(yáng)離子通道蛋白,用遺傳工程的方法,將其轉(zhuǎn)入視網(wǎng)膜神經(jīng)細(xì)胞里,可以通過(guò)光照來(lái)改變神經(jīng)細(xì)胞的活性。
技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素:
針對(duì)以上問(wèn)題,并結(jié)合光敏蛋白的特性,本發(fā)明的目的在基于光敏蛋白的基礎(chǔ)上,提出一種視覺(jué)修復(fù)系統(tǒng)。
為解決上述技術(shù)問(wèn)題,本發(fā)明采用的一個(gè)技術(shù)方案是:提供一種視覺(jué)修復(fù)系統(tǒng),包括體外裝置和體內(nèi)裝置,所述體外裝置包括圖像采集模塊、第一無(wú)線信號(hào)傳輸模塊、無(wú)線供電模塊;所述體內(nèi)裝置包括第二無(wú)線信號(hào)傳輸模塊、圖像顯示投影模塊、無(wú)線供電接收模塊;所述圖像采集模塊采集圖像信息由第一無(wú)線信號(hào)傳輸模塊發(fā)送至體內(nèi)裝置;所述第二無(wú)線信號(hào)傳輸模塊接收?qǐng)D像信息由圖像顯示投影模塊顯示并投影在視網(wǎng)膜光感部分上,進(jìn)而產(chǎn)生視覺(jué)神經(jīng)反應(yīng)。
進(jìn)一步的,所述的圖像采集模塊,包括微型相機(jī)和圖像處理芯片;所述微型相機(jī)用于采集眼睛前方的圖像信號(hào),所述圖像處理芯片用于將采集的圖像信號(hào)進(jìn)行優(yōu)化和轉(zhuǎn)換,并且根據(jù)圖像效果,控制微型相機(jī)進(jìn)行對(duì)焦。
更進(jìn)一步的,所述圖像顯示投影模塊包括晶狀體收縮感應(yīng)裝置,所述晶狀體收縮感應(yīng)裝置包括壓力感應(yīng)圈和壓力信號(hào)處理芯片,壓力感應(yīng)圈由一種柔性材料組成,通過(guò)根據(jù)自身各點(diǎn)的壓力和形變,測(cè)量睫狀肌對(duì)體內(nèi)裝置的收縮控制數(shù)據(jù),并將收縮控制數(shù)據(jù)經(jīng)第一無(wú)線信號(hào)傳輸模塊發(fā)送至圖像采集模塊,所述圖像采集模塊根據(jù)收縮控制數(shù)據(jù)控制微型相機(jī)進(jìn)行對(duì)焦。
作為一種改進(jìn),所述圖像顯示投影模塊還包括圖像顯示屏和投影透鏡組;所述的投影透鏡組包括單透鏡或透鏡陣列。
作為進(jìn)一步改進(jìn),所述體外裝置還包括電源,所述電源分別與圖像采集模塊和無(wú)線供電模塊連接;所述電源通過(guò)無(wú)線供電模塊和無(wú)線供電接收模塊為圖像顯示投影模塊供電。
具體的,所述圖像顯示投影模塊中的圖像顯示屏,用于顯示采集的圖像信息,所述投影透鏡組用于將顯示的圖像投影到眼底視網(wǎng)膜上,以形成視覺(jué)。
作為一種改進(jìn),所述圖像顯示投影模塊中的圖像顯示屏,為平面屏或曲面屏的一種,形狀可以是方形,圓形或者多邊形。
具體的,所述圖像顯示投影模塊的焦面位于視網(wǎng)膜光感部分上。
具體的,所述體外裝置設(shè)置于眼睛鏡框上或者采用頭戴式結(jié)構(gòu)。
本發(fā)明一種視覺(jué)修復(fù)系統(tǒng),在基于光敏蛋白的基礎(chǔ)上,提出一種體外供電和采集圖像,將顯示和投影裝置設(shè)置在人工晶狀體中,并通過(guò)植入的方式置于人體內(nèi),通過(guò)無(wú)線信號(hào)和供電傳輸,使得體內(nèi)能夠本發(fā)明能夠在體內(nèi)顯示和投影出體外采集的圖像,將顯示出的圖像經(jīng)透鏡組投影在視網(wǎng)膜感光部分上,從而刺激視覺(jué)神經(jīng),修復(fù)視覺(jué)為失明患者帶來(lái)光明。同時(shí)本發(fā)明采用成熟的晶狀體植入手術(shù)技術(shù),能夠減小手術(shù)植入的風(fēng)險(xiǎn),提高安全性。
附圖說(shuō)明
圖1是本發(fā)明一種視覺(jué)修復(fù)系統(tǒng)的整體示意框圖;
圖2是本發(fā)明一種視覺(jué)修復(fù)系統(tǒng)的實(shí)施例示意框圖;
圖3是本發(fā)明一種視覺(jué)修復(fù)系統(tǒng)的體內(nèi)裝置示意框圖。
具體實(shí)施方式
以下結(jié)合圖1至圖3具體說(shuō)明本發(fā)明提供的一種視覺(jué)修復(fù)系統(tǒng)。
如圖1所示,為本發(fā)明具體實(shí)施案例基于光敏蛋白的晶狀體植入式視覺(jué)修復(fù)系統(tǒng)示意框圖;一種視覺(jué)修復(fù)系統(tǒng),包括體外裝置1和體內(nèi)裝置2,所述體外裝置1包括圖像采集模塊11、第一無(wú)線信號(hào)傳輸模塊12、無(wú)線供電模塊13;所述體內(nèi)裝置2包括第二無(wú)線信號(hào)傳輸模塊21、圖像顯示投影模塊22、無(wú)線供電接收模塊23;所述圖像采集模塊11采集圖像信息由第一無(wú)線信號(hào)傳輸模塊12發(fā)送至體內(nèi)裝置2;所述第二無(wú)線信號(hào)傳輸模塊21接收?qǐng)D像信息由圖像顯示投影模塊22顯示并投影在視網(wǎng)膜光感部分3上,進(jìn)而產(chǎn)生視覺(jué)神經(jīng)反應(yīng)。
所述體外裝置設(shè)置于眼睛鏡框上或者采用頭戴式結(jié)構(gòu)。以體外裝置設(shè)置在眼鏡上為例,鏡框結(jié)構(gòu)采用的是常用的眼鏡外形,如圖2所示,所述的圖像采集模塊11,包括微型相機(jī)111和圖像處理芯片112;所述微型相機(jī)111用于采集眼睛前方的圖像信號(hào),所述圖像處理芯片112用于將采集的圖像信號(hào)進(jìn)行優(yōu)化和轉(zhuǎn)換,并且根據(jù)圖像效果,控制微型相機(jī)111進(jìn)行對(duì)焦。為了盡可能模擬人眼的雙目視覺(jué),將一對(duì)微型相機(jī)111分別安裝在左右鏡框16上,并使得微型相機(jī)111光瞳位置背對(duì)著人眼的瞳孔位置,采集正前方的視野圖像,并將采集的圖像傳輸給與微型相機(jī)111相連接的圖像處理集成芯片112上,進(jìn)行圖像處理和優(yōu)化,反饋調(diào)節(jié)微型相機(jī)111的焦距,從而增強(qiáng)采集圖像中主要物體的識(shí)別效果。圖像采集模塊分別位于左右鏡框,左右對(duì)稱,微型相機(jī)是可2x變焦的針孔相機(jī),4百萬(wàn)像素,圖像處理芯片的主要采用了輪廓提取和圖像多級(jí)閾值分割等算法。
進(jìn)一步的,所述圖像顯示投影模塊包括晶狀體收縮感應(yīng)裝置24,所述晶狀體收縮感應(yīng)裝置包括壓力感應(yīng)圈和壓力信號(hào)處理芯片,壓力感應(yīng)圈由一種柔性材料組成,通過(guò)根據(jù)自身各點(diǎn)的壓力和形變,測(cè)量睫狀肌對(duì)體內(nèi)裝置的收縮控制數(shù)據(jù),并將收縮控制數(shù)據(jù)經(jīng)第一無(wú)線信號(hào)傳輸模塊發(fā)送至圖像采集模塊,所述圖像采集模塊根據(jù)收縮控制數(shù)據(jù)控制微型相機(jī)進(jìn)行對(duì)焦。作為一種優(yōu)選實(shí)施例,所述圖像顯示投影模塊還包括圖像顯示屏和投影透鏡組;所述的投影透鏡組包括單透鏡或透鏡陣列。
圖像顯示投影模塊22、第二無(wú)線信號(hào)傳輸模塊21和無(wú)線供電接收模塊23以及晶狀體收縮感應(yīng)裝置24集成在一個(gè)特制的人工晶狀體中即體內(nèi)裝置,將其植入眼球的晶狀體囊袋中;如圖3所示為本發(fā)明實(shí)施例的晶狀體植入模塊的拆解圖,按照?qǐng)D像信號(hào)方向,依次包括:人工晶狀體支撐架41、無(wú)線供電接收裝置33、投影顯示屏42、投影微透鏡陣列43和人工晶狀體填充液保護(hù)蓋45。采集的圖像信息通過(guò)無(wú)線方式傳輸?shù)降诙o(wú)線信號(hào)傳輸模塊21,利用投影微透鏡陣列43將顯示屏42顯示圖像聚焦在眼球的視網(wǎng)膜上,激勵(lì)視網(wǎng)膜感光部分3上光敏通道蛋白的表達(dá)。視網(wǎng)膜光感部分的光敏通道蛋白是通過(guò)遺傳手段將光敏通道蛋白channelrhodopsin,chr2的dna導(dǎo)入視網(wǎng)膜神經(jīng)層,并在神經(jīng)細(xì)胞上進(jìn)行蛋白合成,該蛋白能夠在470nm光刺激下,打開(kāi)正離子通道,使得細(xì)胞膜電壓改變。
作為進(jìn)一步改進(jìn),所述體外裝置還包括電源14,所述電源分別與圖像采集模塊11和無(wú)線供電模塊13連接;所述電源通過(guò)無(wú)線供電模塊和無(wú)線供電接收模塊為圖像顯示投影模塊21供電。電源14安裝在眼鏡的鏡架上,為了長(zhǎng)時(shí)間使用供電以及短期使用方便,電源14采用的是小型鋰電池蓄電池組和加延長(zhǎng)線充電端口,小型鋰電池蓄電池組安裝在鏡架腳15內(nèi)。采用有線連接的方式為圖像采集模塊11提供電流,還采用對(duì)人體安全且技術(shù)成熟的電磁激勵(lì)技術(shù)為植入在晶狀體的模塊供電。晶狀體植入式無(wú)線供電接收裝置13和無(wú)線供電發(fā)射模塊23相配套使用,將體外電源傳送的能量輸送到體內(nèi)裝置的無(wú)線供電接收裝置23上,整流后為晶狀體植入式的體內(nèi)裝置2供電。無(wú)線供電協(xié)議采用成熟的電磁激勵(lì)技術(shù),電源供電電壓3.3v,晶狀體植入的各模塊工作電壓為1.1v。
為了避免相互的干擾,第一無(wú)線信號(hào)傳輸模塊12和晶狀體植入式第二無(wú)線信號(hào)傳輸模塊21采用的是點(diǎn)對(duì)點(diǎn)的藍(lán)牙傳輸協(xié)議,可以將采集的圖像信號(hào)從體外裝置傳輸至體內(nèi)的第二無(wú)線信號(hào)傳輸模塊21上。
具體的,所述圖像顯示投影模塊中的圖像顯示屏,用于顯示采集的圖像信息,所述投影透鏡組用于將顯示的圖像投影到眼底視網(wǎng)膜上,以形成視覺(jué)。
作為一種改進(jìn),所述圖像顯示投影模塊中的圖像顯示屏,為平面屏或曲面屏的一種,形狀可以是方形,圓形或者多邊形。
具體的,所述圖像顯示投影模塊的焦面位于視網(wǎng)膜光感部分上。
本發(fā)明一種視覺(jué)修復(fù)系統(tǒng)具體操作步驟如下:
步驟1,電源分別與無(wú)線供電發(fā)射模塊和圖像采集模塊相連,為二者提供電能;圖像采集模塊與第一無(wú)線信號(hào)傳輸模塊相連,將采集的圖像信號(hào)傳輸?shù)降诙o(wú)線信號(hào)傳輸模塊;無(wú)線供電接收模塊分別與第二無(wú)線信號(hào)傳輸模塊和圖像顯示投影模塊相連,將接收的電能供應(yīng)給二者;第二無(wú)線信號(hào)傳輸模塊和圖像顯示投影模塊相連,前者將接收的圖像信號(hào)傳輸給后者進(jìn)行顯示。
步驟2,采用對(duì)人體安全的無(wú)線供電方式,將電功率從無(wú)線供電傳輸模塊傳輸?shù)綗o(wú)線供電接收模塊;采用對(duì)人體安全的無(wú)線信號(hào)傳輸方式,將圖像信號(hào)從第一無(wú)線信號(hào)傳輸模塊傳輸?shù)降诙o(wú)線信號(hào)傳輸模塊。
步驟3,圖像采集模塊中安裝在體外的微型相機(jī)采集視野前方或者周圍環(huán)境圖像信號(hào),經(jīng)過(guò)一定的圖像處理和優(yōu)化后,輸送給第一無(wú)線信號(hào)傳輸模塊,進(jìn)而向人工晶狀體內(nèi)即體內(nèi)裝置傳輸圖像信號(hào);
步驟4,第二無(wú)線信號(hào)傳輸模塊接收到第一無(wú)線信號(hào)傳輸模塊的圖像信號(hào)后,輸送給圖像顯示投影模塊;
步驟5,圖像顯示投影模塊接收到圖像信號(hào)后,在投影模塊中的顯示屏上將圖像信號(hào)進(jìn)行圖像顯示,投影模塊中投影透鏡組將顯示的圖像在眼底視網(wǎng)膜上投影形成實(shí)像;
步驟6,圖像顯示像素的灰度大小反映投影位置光強(qiáng)的強(qiáng)度大小,引發(fā)不同光強(qiáng)度光敏通道蛋白的開(kāi)和斷,從而引起不同的視覺(jué)神經(jīng)反應(yīng),形成視覺(jué)圖像。
步驟7、大腦的視覺(jué)控制系統(tǒng),根據(jù)投影在視網(wǎng)膜上的圖像,可能會(huì)做出睫狀肌的收縮反應(yīng),以便對(duì)不同遠(yuǎn)近位置的圖像進(jìn)行聚焦,利用晶狀體收縮感應(yīng)裝置的壓力感應(yīng)圈,收集睫狀肌對(duì)視網(wǎng)膜的各向收縮的收縮控制數(shù)據(jù),并通過(guò)第二無(wú)線信號(hào)傳輸模塊傳輸?shù)襟w外無(wú)線信號(hào)傳輸模塊中。
步驟8、體外第一無(wú)線信號(hào)傳輸模塊接收到收縮控制數(shù)據(jù),輸出給圖像采集模塊中進(jìn)行信號(hào)分析,并控制微型相機(jī)的采集,實(shí)現(xiàn)圖像采集位置的優(yōu)化。
以上所述僅為本發(fā)明的實(shí)施方式,并非因此限制本發(fā)明的專利范圍,凡是利用本發(fā)明說(shuō)明書(shū)及附圖內(nèi)容所作的等效結(jié)構(gòu)或等效流程變換,或直接或間接運(yùn)用在其他相關(guān)的技術(shù)領(lǐng)域,均同理包括在本發(fā)明的專利保護(hù)范圍內(nèi)。