一种视网膜内膜的视觉假体制造技术

本发明专利技术公开了一种视网膜内膜的视觉假体，包含体外控制器、体外连接电缆、体外发射天线、体内接收器、体内连接电缆和视觉刺激芯片，视觉刺激芯片为光敏芯片，放置在视网膜内膜，产生的电信号直接刺激视网膜内膜的视神经细胞。本发明专利技术具有直接并行刺激视神经细胞、无需额外电信号转换、可弯曲延展、与人眼原有的光学系统兼容性较好等优点。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及光电子
，尤其涉及一种视网膜的视觉假体。
技术介绍
视网膜感光细胞病变，例如视网膜色素变性、老化性黄斑病变，是后天致盲的重要原因，目前在医学上尚无有效的治疗方法。在这些致盲的病人中，相当一部分虽然视网膜内的感光细胞严重受损，但视神经等电信号传输通道相对完好。如果能够在视神经的前端位置，植入电子器件，产生与人体视神经系统相兼容、反应入射光强分布的电信号，这样就形成了等效的视觉假体，可以让视网膜感光细胞病变的盲人产生一定程度的等效视觉，大大改善这些病人的生活质量。目前，视网膜视觉假体的主要分为以下两大类：一、视网膜内膜(Epiretinal)视觉假体，以美国Second Sight Medical公司生产的百眼巨人二代(ARGUS II)为代表。它包括外置摄像头、外置处理和供能单元、外置串行电缆、外置发送天线、体内接收天线、体内串行电缆、体内处理和供能单元和刺激电极阵列等。外置摄像头将外界的光信号转换成代表图像分布的电信号，电信号在外置处理和供电单元的控制下通过一根串行电缆传送到外置发送天线，外置发送天线以无线的方式将能量和代表图像的串行信号发送到体内，体内接收天线接收能量和代表图像的串行信号，在内置接收器电路的控制下通过体内串行电缆发送到位于视网膜内膜的刺激电极阵列，并转换为刺激电极阵列的并行电信号。现有的视网膜内膜视觉假体的主要优点是：电极阵列直接接触视网膜内膜的视神经细胞，即使病人视网膜的其它类型的细胞(如感光细胞、双极细胞、无长突细胞和水平细胞等)功能丧失，视网膜内膜视觉假体原则上还能帮助病人产生视觉。存在的主要问题是：1.外置摄像头拍摄的图像信号，需要经过并行-串行和串行-并行的两次转换，在相当程度上造成了视觉假体电信号对外界光信号响应的延迟。2.感光元件外置，病人不能重新利用人眼的光学系统(如玻璃体、瞳孔、睫状肌等)实现对入射光场的反应，和正常的人眼光学系统不兼容。二、视网膜外膜(Subretinal)视觉假体，以德国Retina Implant公司生产的Alpha IMS为代表。它包括外置处理和供能单元、外置发射天线、体内接收天线、体内控制和供能单元、视觉刺激芯片。视觉刺激芯片放置在感光细胞功能失效的视网膜外膜位置，包含的光电探测器、放大器和刺激电极的阵列，外界光信号通过眼睛原有的光学系统投射到视觉刺
激芯片的位置，视觉刺激芯片中的光电探测器阵列并行地将光场分布转化成图像的电信号分布，放大器阵列放大光电探测器阵列的电信号，并通过电极阵列刺激视网膜的双极细胞，然后电信号依次通过视网膜的无长突细胞和水平细胞，最终到达视神经细胞。现有的视网膜外膜视觉假体的主要优势是：1.与人眼原有的光学系统兼容性较好，由于视觉刺激芯片内置在原有的视网膜位置，可以重新利用人眼的光学系统(如玻璃体、瞳孔、睫状肌等)实现对入射光场的反应。2.视觉刺激芯片直接将光场信号转换成图像电信号，直接、并行地刺激视网膜的相关细胞，避免了并行-串行和串行-并行等电信号转换造成的反应延迟。主要缺点是：对视网膜细胞的完整性要求较高，除了允许感光细胞功能失效以外，要求视网膜其他类型的细胞(如双极细胞、无长突细胞和水平细胞等)功能完整，否则难以产生有效的视觉。
技术实现思路
本专利技术的目的旨在至少在一定程度上解决上述视觉假体存在的技术问题之一。为此，本专利技术的目的在于提出一种视网膜内膜的视觉假体。本专利技术能够直接并行刺激视神经细胞、与人眼原有的光学系统兼容性较好。为达上述目的，根据本专利技术第一方面实施例提出的一种视网膜内膜的视觉假体，包含体外控制器、体外连接电缆、体外发射天线、体内接收器、体内连接电缆、和视觉刺激芯片，其特征在于：所述视觉刺激芯片为光敏芯片，放置在视网膜内膜的位置，产生的电信号直接刺激视网膜内膜的视神经细胞。本专利技术实施例提出的视网膜内膜的视觉假体，将光敏视觉刺激芯片放置在视网膜内膜的位置，产生的电信号直接刺激视网膜内膜的视神经细胞，由此能够直接并行刺激视神经细胞、无需额外电信号转换、可弯曲延展、与人眼原有的光学系统兼容性较好。另外，根据本专利技术上述实施例的视网膜内膜的视觉假体还可以具有如下附加的技术特征：在一些示例中，所述视觉刺激芯片为包含多个光控电脉冲发生器的二维阵列器件，其中，每个所述光控电脉冲发生器根据入射光产生与视神经兼容的电脉冲信号，照射到所述光控电脉冲发生器的光越强，产生的所述电脉冲信号的频率越高。在一些示例中，所述视觉刺激芯片的每个光控电脉冲发生器包括：光电探测器，将入射光信号转化为电压信号，入射光越强，所述光电探测器的输出电压变化越快；施密特触发器，以所述光电探测器的输出电压作为输入电压，输出相应的触发电压作为所述光控电脉冲发生器的输出；电压控制电流源，根据所述施密特触发器的输出电压对所述光电探测器两端进行充放电，实现对所述光电探测器的输出电压的反馈控制；刺激电极，一端连接
所述施密特触发器的输出端，另一端直接接触视网膜内膜的视神经细胞。在一些示例中，所述视觉刺激芯片的每个光控电脉冲发生器的光电探测器、施密特触发器和电压控制电流源的功能层为无机半导体和金属材料，在无机半导体衬底制作完毕后转移到柔性衬底上。在一些示例中，所述视觉刺激芯片、体内连接电缆、体内控制器由柔性、耐腐蚀材料衬底密封，所述视觉刺激芯片的形状可以根据视网膜的形状进行弯曲延展。所述体内控制器由柔性、耐腐蚀材料密封，形成类似胶囊的形状。在一些示例中，所述视觉刺激芯片由两片柔性、透明、耐腐蚀材料衬底密封，其中所述光电探测器、施密特触发器和电压控制电流源位于其中一片衬底的内表面，所述另一片衬底打孔，所述刺激电极阵列填充所述另一片衬底的孔阵列，一端和施密特触发器阵列的输出端接触，另一端和视神经接触。在一些示例中，所述视觉刺激芯片的每个光控电脉冲发生器的施密特触发器由不超过6个场效应管组成，电压控制电流源由不超过2个场效应管组成。在一些示例中，所述视觉刺激芯片的每个光控电脉冲发生器的功能层为硅半导体及金属电极，在硅衬底上制作，所述硅衬底和所述光控电脉冲发生器的功能层之间有硅的氮氧化物作为转移工艺的牺牲层。在一些示例中，所述视觉刺激芯片的每个光控电脉冲发生器的光探测器的功能层为GaAs基外延层及金属电极，在GaAs衬底上制作，所述GaAs衬底和所述光电探测器的GaAs基外延层之间有AlAs作为转移工艺的牺牲层。本专利技术附加的方面和优点将在下面的描述中部分给出，部分将从下面的描述中变得明显，或通过本专利技术的实践了解到。附图说明本专利技术的上述和/或附加的方面和优点从结合下面附图对实施例的描述中将变得明显和容易理解，其中：图1是本专利技术一个实施例的视网膜内膜的视觉假体的系统框图和视觉刺激芯片的结构示意图及在视网膜中的相对位置；图2是本专利技术一个实施例的视网膜内膜的视觉刺激芯片的每个光控电脉冲发生器的原理性电路图；图3是本专利技术一个实施例的视网膜内膜的视觉刺激芯片的每个光控电脉冲发生器的一种可能的MOS级电路图；图4是本专利技术另一个实施例的视网膜内膜的视觉刺激芯片的每个光控电脉冲发生器的
一种可能的MOS级电路图。具体实施方式下面详细描述本专利技术的实施例，所述实施例的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种视网膜内膜的视觉假体，包含体外控制器、体外连接电缆、体外发射天线、体内接收器、体内连接电缆、和视觉刺激芯片，其特征在于：所述视觉刺激芯片为光敏芯片，放置在视网膜内膜的位置，产生的电信号直接刺激视网膜内膜的视神经细胞。

【技术特征摘要】
1.一种视网膜内膜的视觉假体，包含体外控制器、体外连接电缆、体外发射天线、体内接收器、体内连接电缆、和视觉刺激芯片，其特征在于：所述视觉刺激芯片为光敏芯片，放置在视网膜内膜的位置，产生的电信号直接刺激视网膜内膜的视神经细胞。2.根据权利要求1所述的视网膜内膜的视觉假体，其特征在于：所述视觉刺激芯片为包含多个光控电脉冲发生器的二维阵列器件，其中，每个所述光控电脉冲发生器根据入射光产生与视神经兼容的电脉冲信号，照射到所述光控电脉冲发生器的光越强，产生的所述电脉冲信号的频率越高。3.根据权利要求1～2任一项所述的视网膜内膜的视觉假体，其特征在于：所述视觉刺激芯片的每个光控电脉冲发生器包括：光电探测器，将入射光信号转化为电压信号，入射光越强，所述光电探测器的输出电压变化越快；施密特触发器，以所述光电探测器的输出电压作为输入电压，输出相应的触发电压作为所述光控电脉冲发生器的输出；电压控制电流源，根据所述施密特触发器的输出电压对所述光电探测器两端进行充放电，实现对所述光电探测器的输出电压的反馈控制；刺激电极，一端连接所述施密特触发器的输出端，另一端直接接触视网膜内膜的视神经细胞。4.根据权利要求1～3任一项所述的视网膜内膜的视觉假体，其特征在于：所述视觉刺激芯片的每个光控电脉冲发生器的光电探测器、施密特触发器和电压控制电流源的功能层为无机半导体和金属材料，在无机半导体衬底制作完毕后转移到柔性衬底上。5.根据权利要求1～4任一...

【专利技术属性】
技术研发人员：王健，韩彦军，李洪涛，罗毅，欧春晖，关曹予，
申请(专利权)人：清华大学，
类型：发明
国别省市：北京;11