CN105167882B - 一种超高分辨率视网膜假体及其通讯方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种超高分辨率视网膜假体及其通讯方法，其微电极矩阵装配在驱动芯片上，微电极矩阵的电极分别连接到驱动芯片上的通道，驱动芯片通过多根连接线连接到无线芯片，本发明将传统一个刺激器芯片分为两个，将其中的驱动芯片和微电极矩阵一起植入视网膜前位或下位，无线芯片置于巩膜外侧，使得植入体与巩膜外设备的中间连接线的直径大大减小，因此本发明植入时在巩膜上的切口大小不再取决于连接线直径，而是取决于微电极的大小，而微电极在实际使用中是受严格控制的，通常单边不超过5mm，植入时的手术切口较现有技术小并且不用考虑增加刺激通道对切口的影响，降低了引发感染和眼球过低的风险，还可增加通道实现高分辨率的视觉效果。

Description

一种超高分辨率视网膜假体及其通讯方法

技术领域

本发明涉及一种超高分辨率视网膜假体及其通讯方法，属于生物医电领域。

背景技术

世界卫生组织报告显示，世界范围内有超过1.6亿人视力受到不同程度的损害，其中，大约4500万人患盲症。临床资料表明，视网膜变性疾病，如视网膜色素变性(RtinitisPigmentosa，RP)、年龄相关性黄斑病变(Age-Related macularDegeneration，AMD)等，是致盲的主要疾病。人们尝试手术、药物等多种方法帮助患者恢复视力，但目前各种方法的效果均不理想。根据临床资料显示：在视盲患者的病例中，尽管黄斑部感受器近乎完全丧失，但黄斑部内核层和节细胞层的生存率仍比较高，分别达到80％和30％，通过植入视网膜假体，可以恢复部分视觉。到了20世纪90年代末期，研究视网膜假体，让假体产生与外界图像信息相对应的电刺激信号，刺激并激活视觉系统，从而使失明或濒临失明的患者重新获得部分有用视力成为新兴的研究方向。

视网膜假体是一种可植入的仿生电子设备。目前手术植入视网膜假体在国际上被认为是恢复盲人功能性视力的有效手段，是严重晚期视网膜色素变性(RP)和年龄相关性黄斑退化(AMD)患者的上佳选择。

通常视网膜假体的植入体部分由一个刺激器芯片驱动，将外部设备捕捉到的像素化的图像信息转换成相应的刺激电流，通过一个微电极矩阵来刺激内层视网膜，在相应位置触发动作电位(Action Potential)并通过视网膜神经通路传递给大脑皮层的视觉中枢，从而形成图像视觉。因此，刺激通道的数量越多，分辨率越高，大脑产生的图像视觉感知就越清晰。但是刺激通道数量的增多给刺激器芯片与微电极矩阵的连接带来了一个技术瓶颈。由于刺激器芯片的通道与微电极矩阵的电极是一一对应的关系，因此成百上千个刺激通道意味着刺激器芯片与微电极矩阵之间需要成百上千条导线连接。微电极矩阵是必须植入视网膜的，意味着这些导线必须穿透眼球壁(巩膜)，即使这些导线可以被做在一种多层结构的柔性电缆(flexible cable)中，也很难避免造成过大的尺寸，从而造成过长的手术切口，增加了引发感染和眼压过低的风险。

发明内容

本发明要解决的技术问题是：为克服上述问题，提供一种手术创口更小的超高分辨率视网膜假体及其通讯方法。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：

一种超高分辨率视网膜假体，包括微电极矩阵，所述微电极矩阵装配在驱动芯片上，所述微电极矩阵的电极分别连接到所述驱动芯片上的通道，所述驱动芯片通过多根连接线连接到无线芯片，所述驱动芯片和微电极矩阵一同植入视网膜前位或下位，所述无线芯片置于巩膜外侧。

优选地，所述无线芯片包括曼彻斯特编码器和反向数据解码器，所述驱动芯片包括曼彻斯特解码器和反向数据编码器，所述曼彻斯特编码器通过前向数据线连接到所述曼彻斯特解码器，所述反向数据编码器通过反向数据线连接到所述反向解码器。

优选地，所述前向数据线包括两根数据线，所述反向数据线为一根数据线。

优选地，所述无线芯片和驱动芯片之间还连接有共同回路电极导线。

优选地，所述无线芯片和驱动芯片之间还连接有消耗电极导线。

优选地，所述无线芯片还包括整流电路和稳流电路，所述整流电路连接到线圈，所述稳流电路连接到所述曼彻斯特编码器。

优选地，所述前向数据线还连接到所述驱动芯片中的电源模块上，所述电源模块还与所述曼彻斯特解码器连接。

一种上述分辨率视网膜假体的通讯方法，包括以下步骤：

S1：所述无线芯片接收外部设备传送的无线电源和数据信号，并编码产生差分编码数据传输给所述驱动芯片；

S2：所述驱动芯片从所述差分编码数据中解码出原始数据和系统时钟；

S3：所述驱动芯片还将其产生的反向数据编码后发送给所述无线芯片，并由所述无线芯片解码后发送给所述外部设备。

优选地，所述差分编码数据为采用差分曼彻斯特编码的数据。

优选地，所述反向数据为采用正负脉冲编码的数据。

本发明的有益效果是：(1)本发明植入时在巩膜上的切口大小取决于微电极的大小，而微电极在实际使用中是受严格控制的，通常单边不超过5mm，植入时的手术切口较现有技术小并且不用考虑增加刺激通道会增加连接导线的数量和尺寸，极大地降低了引发感染和眼球过低的风险，还可实现高分辨率的视觉效果。

(2)本发明采用曼彻斯特编码和正负脉冲编码进行通信，由于曼彻斯特编码和正负脉冲编码的特性，导线上不会产生电荷积累，从而在导线绝缘层破损的情况下也不会对组织造成不可逆的损伤。

附图说明

下面结合附图和实施例对本发明进一步说明。

图1是本发明所述一种超高分辨率视网膜假体一个实施例的示意图；

图2是本发明所述一种超高分辨率视网膜假体一个实施例的电路结构示意图；

图3是本发明所述通讯方法的流程图；

图中标记：1-无线芯片，2-驱动芯片，3-连接线，4-切口，5-巩膜，6-线圈,7-视网膜，11-微电极矩阵，12-整流电路，13-稳定电路，14-曼彻斯特编码器，15-反向数据解码器，16-电源模块，17-曼彻斯特解码器，18-反向数据编码器，22-前向数据线，23-反向数据线，24-共同回路电极导线，25-消耗电极导线。

具体实施方式

现在结合附图对本发明作进一步详细的说明。这些附图均为简化的示意图，仅以示意方式说明本发明的基本结构，因此其仅显示与本发明有关的构成。

实施例1

如图1所示的本发明所述一种超高分辨率视网膜假体，现有的视网膜假体包括多种，本发明为植入式假体，需要植入视网膜7，其中本发明微电极矩阵11植入视网膜7前位(epi-retinal)或下位(sub-retinal)，给予视神经刺激并激活视觉系统，所述微电极矩阵11可采用现有的微电极矩阵11，不进行具体限定，在本实施例中，所述微电极矩阵11通过芯片倒装技术装配在驱动芯片2上，所述微电极矩阵11的电极分别连接到所述驱动芯片2上的通道，所述驱动芯片2通过多根连接线3连接到无线芯片1，现有技术中将只将微电极矩阵11植入视网膜7，其连接的刺激芯片在巩膜5外，当需要实现高分辨率的视觉效果时，需要在微电极矩阵11和刺激芯片之间增加刺激通道，并需要增加导线，所以植入时在巩膜5上的切口4会因为导线数量的增多而增大，其陷入了视觉效果越清晰则手术切口4越大的恶性循环。

因此本发明中将传统的刺激芯片分成两个芯片-无线芯片1和驱动芯片2，其中无线芯片1不植入视网膜7内，而驱动芯片2则和微电极矩阵11一起植入视网膜7，由于驱动芯片2采用精细的深亚微米工艺，可以在集成大量刺激通道的同时保持与微电极矩阵11相当或更小的尺寸，因此植入时在巩膜5上的切口4大小取决于微电极的大小，而不是像现有技术中取决于连接线的粗细，而微电极在实际使用中是受严格控制的，通过单边不超过5mm，所以本发明植入时的手术切口4较现有技术小并且不用考虑增加刺激通道对切口4的影响，极大地降低了引发感染和眼球过低的风险，还可实现高分辨率的视觉效果。

实施例2

在实施例1所述的所述超高分辨率视网膜假体的基础上，如图2所示，本实施例中无线芯片1包括曼彻斯特编码器14和反向数据解码器15，所述驱动芯片2包括曼彻斯特解码器17和反向数据编码器18，所述曼彻斯特编码器14通过前向数据线22连接到所述曼彻斯特解码器17，所述前向数据线22最少包括两根数据线。因为所述前向数据线22为采用曼彻斯特编码，因此其理论上可以实现单线传输。但是驱动芯片2的电源模块16需要差分信号输入才能恢复出直流电源，从而需要两根导线传输。因此最优选的为两根前向数据线22，合并数据和电源输入信号，即这两根数据线上传输的差分曼彻斯特编码信号同时作为数据信号与电源输入信号使用。具体还可根据实际使用效果和需求在不影响切口4的情况下将前向数据线22与差分电源输入线分离。

所述反向数据编码器18通过反向数据线23连接到所述反向解码器，所述反向数据线23为一根数据线，因此本发明在无线芯片1和驱动芯片2之间最少通过三根数据线连接，可以在使用时对切口4处影响更小。

所述无线芯片1和驱动芯片2之间还连接有共同回路电极导线24，可反馈共同回路电极的电位信息，用于实时监测。

所述无线芯片1和驱动芯片2之间还连接有消耗电极导线25，可反馈消耗电极的电位信息，用于实时监测。

所述无线芯片1还连接线圈6，所述线圈6在本实施例中可采用一个来实现来接受无线电源和图像数据信号，也可分别采用电源线圈和数据天线来实现，具体不进行限定，可根据需要进行选择，所述线圈6连接有整流电路12和稳流电路，所述稳流电路连接到所述曼彻斯特编码器14。

所述前向数据线22还连接到所述驱动芯片2中的电源模块16上，所述电源模块16还与所述曼彻斯特解码器17连接，本发明中无线芯片1和驱动芯片2的其他正常实现功能的部件与现有技术相同，此处不再赘述。

实施例3

一种上述分辨率视网膜假体的通讯方法，如图3所示，包括以下步骤：

S1：所述无线芯片1接收外部设备传送的无线电源和数据信号，通过所述整流电路12和稳定电路13产生3.5V直流电源，并通过曼彻斯特编码器14编码产生3.5V的差分编码数据，经过所述前向数据线22传输给所述驱动芯片2；

S2：所述驱动芯片2利用3.5V的方波经过电源模块16产生3V和1V的直流电源，并通过曼彻斯特解码器17从所述差分编码数据中解码出原始数据和系统时钟；

S3：所述驱动芯片2还将反向数据编码器18产生的反向数据编码后，经过反向数据线23发送给所述无线芯片1，并由反向数据解码器15解码后发送给所述外部设备。

优选地，所述差分编码数据为采用差分曼彻斯特编码的数据，同时从曼彻斯特编码中容易恢复出原始数据和时钟，由于曼彻斯特编码的特性，导线上不会产生电荷积累，从而在导线绝缘层破损的情况下也不会对组织造成不可逆的损伤。

优选地，所述反向数据为采用正负脉冲编码的数据，即数据上升沿由一个正脉冲表示，下降沿由一个负脉冲表示；该编码方法同样是电荷平衡的，比曼彻斯特编码更简单，且易于解码。

以上述依据本发明的理想实施例为启示，通过上述的说明内容，相关工作人员完全可以在不偏离本项发明技术思想的范围内，进行多样的变更以及修改。本项发明的技术性范围并不局限于说明书上的内容，必须要根据权利要求范围来确定其技术性范围。

Claims (5)

1.一种超高分辨率视网膜假体，包括微电极矩阵，其特征在于，所述微电极矩阵装配在驱动芯片上，所述微电极矩阵的电极分别连接到所述驱动芯片上的通道，所述驱动芯片通过多根连接线连接到无线芯片，所述驱动芯片和微电极矩阵一同植入视网膜前位或下位，所述无线芯片置于巩膜外侧；所述无线芯片包括曼彻斯特编码器和反向数据解码器，所述驱动芯片包括曼彻斯特解码器和反向数据编码器，所述曼彻斯特编码器通过前向数据线连接到所述曼彻斯特解码器，所述反向数据编码器通过反向数据线连接到所述反向数据解码器；所述前向数据线包括两根数据线，所述反向数据线为一根数据线，驱动芯片采用精细的深亚微米工艺制成。

2.如权利要求1所述的超高分辨率视网膜假体，其特征在于，所述无线芯片和驱动芯片之间还连接有共同回路电极导线，所述无线芯片和驱动芯片之间还连接有消耗电极导线。

3.如权利要求2所述的超高分辨率视网膜假体，其特征在于，所述前向数据线、反向数据线、共同回路电极导线和消耗电极导线都采用缠绕成螺旋结构的外侧包裹有硅胶的白金线。

4.如权利要求1所述的超高分辨率视网膜假体，其特征在于，所述无线芯片还包括整流电路和稳流电路，所述整流电路连接到线圈，所述稳流电路连接到所述曼彻斯特编码器。

5.如权利要求1所述的超高分辨率视网膜假体，其特征在于，所述前向数据线还连接到所述驱动芯片中的电源模块上，所述电源模块还与所述曼彻斯特解码器连接。