一種視覺(jué)修復(fù)系統(tǒng)的制作方法

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?chē)h(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)。