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莱加内斯维戈塞尔塔: 基于二維面陣探頭的視網膜刺激設備.pdf

摘要
申請專利號:

维戈塞尔塔vs皇家社会 www.vmyqew.com.cn CN201511019409.9

申請日:

20151229

公開號:

CN105435379A

公開日:

20160330

當前法律狀態:

有效性:

審查中

法律詳情:
IPC分類號: A61N7/00,A61F9/00 主分類號: A61N7/00,A61F9/00
申請人: 深圳先進技術研究院
發明人: 邱維寶,蘇敏,趙慧霞,王晶瑤,李永川,鄭海榮
地址: 518055 廣東省深圳市南山區西麗大學城學苑大道1068號
優先權: CN201511019409A
專利代理機構: 北京三友知識產權代理有限公司 代理人: 王濤
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法律狀態
申請(專利)號:

CN201511019409.9

授權公告號:

法律狀態公告日:

法律狀態類型:

摘要

本發明公開了一種基于二維面陣探頭的視網膜刺激設備,包括:鏡架和二維面陣探頭,二維面陣探頭安裝在鏡架的鏡框中,鏡架上設有攝像裝置、集成電路和電源;二維面陣探頭與眼睛之間設有耦合部件;攝像裝置用于采集圖像信息并將圖像信息發送至集成電路;集成電路用于將圖像信息轉化為電信號并將電信號傳輸至二維面陣探頭;二維面陣探頭用于在電信號激勵下產生超聲,對視網膜進行超聲刺激;電源用于給攝像裝置和集成電路供電。視覺功能障礙者戴上該設備后,集成電路將攝像裝置采集的圖像信息轉為電信號,利用電信號對二維面陣探頭進行激勵,形成多個焦點的聚焦聲束,超聲刺激作用在視神經細胞上,使視覺功能障礙者感受到圖像信息,恢復視覺感知功能。

權利要求書

1.一種基于二維面陣探頭的視網膜刺激設備,其特征在于,包括:鏡架和二維面陣探頭,所述二維面陣探頭安裝在鏡架的鏡框中,所述鏡架上設置有攝像裝置、集成電路和電源;所述二維面陣探頭與用戶的眼睛之間設置有耦合部件;所述攝像裝置,用于采集圖像信息,并將所述圖像信息發送至所述集成電路;所述集成電路,連接至所述攝像裝置,用于將所述圖像信息轉化為電信號,并將所述電信號傳輸至所述二維面陣探頭;所述二維面陣探頭,連接至所述集成電路,用于接收所述電信號,并在所述電信號的激勵下產生超聲,對用戶的視網膜進行超聲刺激;所述電源,連接至所述攝像裝置與所述集成電路,用于給所述攝像裝置和所述集成電路供電。2.根據權利要求1所述的基于二維面陣探頭的視網膜刺激設備,其特征在于,所述耦合部件包括:耦合膜,設置于所述鏡框中,所述耦合膜與所述二維面陣探頭之間具有耦合液腔,所述耦合液腔內充滿耦合液;當用戶佩戴所述視網膜刺激設備后,所述耦合膜與眼睛接觸,被眼睛壓成弧面。3.根據權利要求1所述的基于二維面陣探頭的視網膜刺激設備,其特征在于,所述二維面陣探頭包括:從上至下依次粘接的背襯、壓電層和匹配層;所述匹配層與所述耦合部件之間的距離小于所述背襯與所述耦合部件之間的距離;所述背襯內嵌有多個電路板,所述電路板從所述背襯的頂面露出預設長度,所述背襯的底面鍍有電極;所述壓電層的上表面和下表面均鍍有電極,形成第一電極面和第二電極面,所述第一電極面作為所述壓電層的正極,所述第二電極面作為所述壓電層的負極;所述第一電極面與所述背襯的電極面對齊通過導電膠粘接;所述壓電層的至少一側面鍍有電極,與所述第二電極面聯通;所述電路板的內層電路與所述正極導通,所述電路板的最外層電路通過鍍有電極的側面與所述負極導通;所述壓電層包括陣元陣列,各陣元之間的縫隙中填充有去耦材料,切割所述陣元的刀縫從所述第二電極面切至所述背襯的電極面下方預設距離處。4.根據權利要求3所述的基于二維面陣探頭的視網膜刺激設備,其特征在于,所述背襯使用聲阻抗小于預設閾值的材料。5.根據權利要求3所述的基于二維面陣探頭的視網膜刺激設備,其特征在于,所述二維面陣探頭中的電路板通過信號電纜與所述集成電路相連。6.根據權利要求3所述的基于二維面陣探頭的視網膜刺激設備,其特征在于,所述集成電路,具體用于控制所述電信號對各陣元的激勵的時間延遲,使得陣元產生的聲波組合成具有多個焦點的聲場,對視網膜進行多點刺激。7.根據權利要求1至6中任一項所述的基于二維面陣探頭的視網膜刺激設備,其特征在于,所述基于二維面陣探頭的視網膜刺激設備包括:兩個攝像裝置、兩個集成電路和兩個電源;所述兩個攝像裝置分別設置在兩個鏡框上;所述兩個集成電路和兩個電源分別對稱設置在所述鏡架的兩個鏡腿上。8.根據權利要求1至6中任一項所述的基于二維面陣探頭的視網膜刺激設備,其特征在于,所述二維面陣探頭的形狀是圓形、矩形或正多邊形。

說明書

技術領域

本發明涉及視覺代替技術領域,尤其涉及一種基于二維面陣探頭的視網膜刺激設備。

背景技術

隨著社會的發展,殘疾人的健康受到越來越多的關注,現今發現的多種致盲疾病的情況是病人的晶狀體模糊或視網膜表層細胞已經不能工作,但是表層以下細胞卻還是健康存活。有許多盲人假肢使用電刺激的方法幫助盲人恢復視覺功能,但是電刺激需要經過手術在人體內植入芯片,在無創性和安全性方面遠遠落后于超聲刺激。

人類眼睛的視覺成像過程是物體的反射光通過晶狀體折射成像于視網膜上,再由視覺神經感知傳給大腦。因此,致使失明的疾病有可能是晶狀體模糊,如白內障;或是視網膜病變,如老年性黃斑變性(AMD)、糖尿病視網膜病變和色素性視網膜炎(RP);還有可能是視神經傳輸受阻,如青光眼。其中視網膜病變的疾病AMD和RP只是視網膜表層感光細胞退化,如果利用設備將物體成像,然后轉化為信號對視網膜深層神經進行刺激將能夠恢復患者的視力,而糖尿病視網膜病變和青光眼等發生在視網膜的深層細胞以及視神經上的病變,則需要對視神經甚至更深層次的細胞進行刺激。

目前,為幫助盲人恢復視覺,出現了多種治療方案,例如,在人體眼球表面植入人造視網膜,利用攝像機捕捉外部景象,然后圖像經無線發射器傳送到患者眼球表面的人造視網膜上,并轉換為電脈沖信號。接著,人造視網膜上的微電極陣列會刺激人體視網膜的視覺神經,直接將信號由視神經傳到大腦,無視視網膜表層感光細胞的病變。又如,使用激光代替無線發射器傳輸圖像。再如,在微電極的排列或在人造視網膜的結構上做出改變。上述方案全部需要進行手術植入具有生物兼容性的人造視網膜,并且由于微電極陣列的大小和陣元的個數會嚴重制約成像的分辨率。

針對上述問題,目前尚未提出有效的解決方案。

發明內容

本發明提供了一種基于二維面陣探頭的視網膜刺激設備,以至少解決現有的恢復視覺感知功能的設備需要手術植入且成像質量易受影響的問題。

本發明實施例提供了一種基于二維面陣探頭的視網膜刺激設備,包括:鏡架和二維面陣探頭,所述二維面陣探頭安裝在鏡架的鏡框中,所述鏡架上設置有攝像裝置、集成電路和電源;所述二維面陣探頭與用戶的眼睛之間設置有耦合部件;所述攝像裝置,用于采集圖像信息,并將所述圖像信息發送至所述集成電路;所述集成電路,連接至所述攝像裝置,用于將所述圖像信息轉化為電信號,并將所述電信號傳輸至所述二維面陣探頭;所述二維面陣探頭,連接至所述集成電路,用于接收所述電信號,并在所述電信號的激勵下產生超聲,對用戶的視網膜進行超聲刺激;所述電源,連接至所述攝像裝置與所述集成電路,用于給所述攝像裝置和所述集成電路供電。

在一個實施例中,所述耦合部件包括:耦合膜,設置于所述鏡框中,所述耦合膜與所述二維面陣探頭之間具有耦合液腔,所述耦合液腔內充滿耦合液;當用戶佩戴所述視網膜刺激設備后,所述耦合膜與眼睛接觸,被眼睛壓成弧面。

在一個實施例中,所述二維面陣探頭包括:從上至下依次粘接的背襯、壓電層和匹配層;所述匹配層與所述耦合部件之間的距離小于所述背襯與所述耦合部件之間的距離;所述背襯內嵌有多個電路板,所述電路板從所述背襯的頂面露出預設長度,所述背襯的底面鍍有電極;所述壓電層的上表面和下表面均鍍有電極,形成第一電極面和第二電極面,所述第一電極面作為所述壓電層的正極,所述第二電極面作為所述壓電層的負極;所述第一電極面與所述背襯的電極面對齊通過導電膠粘接;所述壓電層的至少一側面鍍有電極,與所述第二電極面聯通;所述電路板的內層電路與所述正極導通,所述電路板的最外層電路通過鍍有電極的側面與所述負極導通;所述壓電層包括陣元陣列,各陣元之間的縫隙中填充有去耦材料,切割所述陣元的刀縫從所述第二電極面切至所述背襯的電極面下方預設距離處。

在一個實施例中,所述背襯使用聲阻抗小于預設閾值的材料。

在一個實施例中,所述二維面陣探頭中的電路板通過信號電纜與所述集成電路相連。

在一個實施例中,所述集成電路,具體用于控制所述電信號對各陣元的激勵的時間延遲,使得陣元產生的聲波組合成具有多個焦點的聲場,對視網膜進行多點刺激。

在一個實施例中,所述基于二維面陣探頭的視網膜刺激設備包括:兩個攝像裝置、兩個集成電路和兩個電源;所述兩個攝像裝置分別設置在兩個鏡框上;所述兩個集成電路和兩個電源分別對稱設置在所述鏡架的兩個鏡腿上。

在一個實施例中,所述二維面陣探頭的形狀是圓形、矩形或正多邊形。

通過本發明的基于二維面陣探頭的視網膜刺激設備,視覺功能障礙者戴上該設備后,攝像裝置采集圖像信息,集成電路將圖像信息轉化為電信號,利用該電信號對二維面陣探頭進行激勵,形成多個焦點的聚焦聲束,超聲刺激作用在健康的視網膜神經細胞或視神經細胞上,使視覺功能障礙者感受到圖像信息,恢復視覺感知功能。該設備可以實現多點刺激,提高成像的質量。同時,該設備具有無創性且安全性較高。

附圖說明

此處所說明的附圖用來提供對本發明的進一步理解,構成本申請的一部分,本發明的示意性實施例及其說明用于解釋本發明,并不構成對本發明的限定。在附圖中:

圖1是本發明實施例的基于二維面陣探頭的視網膜刺激設備的結構示意圖;

圖2是本發明實施例的基于二維面陣探頭的視網膜刺激設備的局部剖視圖;

圖3是本發明實施例的基于二維面陣探頭的視網膜刺激設備的連接示意圖;

圖4是本發明實施例的二維面陣探頭的結構示意圖;

圖5是本發明實施例的二維面陣探頭的聚焦示意圖。

具體實施方式

下面結合本發明實施例中的附圖,對本發明實施例中的技術方案進行清楚、完整地描述,顯然,所描述的實施例僅僅是本發明一部分實施例,而不是全部的實施例?;詒痙⒚韉氖凳├?,本領域普通技術人員在沒有做出創造性勞動前提下所獲得的所有其他實施例,都屬于本發明的?;し段?。圖中各種元器件的圖示僅為示意圖,并非按真實比例和形狀,圖中各種元器件排列位置并不按圖中所示嚴格限定。

本發明實施例提供了一種基于二維面陣探頭的視網膜刺激設備,適用于視網膜表層感光細胞病變的病人。圖1是本發明實施例的基于二維面陣探頭的視網膜刺激設備的結構示意圖,如圖1所示,該視網膜刺激設備包括:鏡架100和二維面陣探頭200,鏡架100包括鏡框101和鏡腿102。

二維面陣探頭200安裝在鏡框101中,二維面陣探頭200與用戶的眼睛之間設置有耦合部件(圖1未示出)。鏡架100上設置有攝像裝置300、集成電路400和電源500。較優的,攝像裝置300可以設置在鏡框101上,便于以用戶眼睛的視角采集圖像。較優的,集成電路400和電源500可以設置在鏡腿102上。二維面陣探頭200、攝像裝置300、集成電路400和電源500的數量均可以為兩個,例如,可以在每個鏡框101上分別設置一個攝像裝置300,模擬用戶兩只眼睛查看周圍環境;其中一個集成電路400和一個電源500設置在一個鏡腿102上,另外的集成電路400和電源500設置在另一個鏡腿102上,各自與對應側的二維面陣探頭200或攝像裝置300配合工作。

攝像裝置300,用于采集圖像信息,并將圖像信息發送至集成電路400。攝像裝置300可以根據光線、天氣、環境等情況進行更換,以便所采集的圖像能達到最好的效果。

集成電路400,連接至攝像裝置300(例如可以通過數據線連接),用于將圖像信息轉化為電信號,并將電信號傳輸至二維面陣探頭200。集成電路400具體用于控制電信號對各陣元的激勵的時間延遲,使得陣元產生的聲波組合成具有多個焦點的聲場,對視網膜進行多點刺激,即實現了電子聚焦。集成電路400的具體結構可以根據視網膜刺激設備的實際結構和需要進行設置,只要能夠實現將圖像信息轉換為電信號以及控制電信號的時間延遲。集成電路400控制電信號的電壓大小不同,則陣元產生的聲波強度不同,進而可以調節二維面陣探頭200產生聲場及其焦點的強度。

二維面陣探頭200,連接至集成電路400,用于接收電信號,并在電信號的激勵下產生超聲,對用戶的視網膜進行超聲刺激。

電源500,連接至攝像裝置300與集成電路400,用于給攝像裝置300和集成電路400供電。電源500可以是電池或其他供電設備。

通過上述基于二維面陣探頭的視網膜刺激設備,視覺功能障礙者戴上該設備后,攝像裝置采集圖像信息,集成電路將圖像信息轉化為電信號,利用該電信號對二維面陣探頭進行激勵,形成多個焦點的聚焦聲束,超聲刺激作用在健康的視網膜神經細胞或視神經細胞上,使視覺功能障礙者感受到圖像信息,恢復視覺感知功能。該設備可以實現多點刺激,提高成像的質量。同時,該設備具有無創性且安全性較高。

現有的二維面陣探頭是結構聚焦,即將探頭做成弧面或者增加聲透鏡,通過這樣的結構,改變聲波的路徑,將聲波聚在一起,實現聚焦。而本發明中的二維面陣探頭為相控陣探頭,是電子聚焦,即使用電子系統(如攝像裝置和集成電路)控制實現多個焦點的聚焦聲束;具體的,二維面陣探頭可通過電子系統控制每個陣元激勵時間的延遲,從而控制探頭焦點的位置,實現多點聚焦。

如圖2所示,耦合部件包括:耦合膜600,設置于鏡框101中,耦合膜600與二維面陣探頭200之間具有耦合液腔700,耦合液腔700內充滿耦合液。耦合膜600可以選取收縮性能良好、聲阻抗與耦合液相近的材料,且厚度做成很薄,例如橡膠。耦合膜600的常態為平面,當用戶佩戴視網膜刺激設備后,耦合膜600與眼睛接觸,被眼睛壓成如圖2所示的弧面。耦合液腔700內充滿耦合液,保證二維面陣探頭200工作時,聲波能夠低衰減地進入人體組織,刺激視網膜神經細胞。

圖3是本發明實施例的基于二維面陣探頭的視網膜刺激設備的連接示意圖,如圖3所示,集成電路400連接至攝像裝置300,二維面陣探頭200連接至集成電路400,電源500連接至攝像裝置300與集成電路400,二維面陣探頭200刺激視網膜。

圖4是本發明實施例的二維面陣探頭的結構示意圖,如圖4所示,二維面陣探頭200包括:從上至下依次粘接的背襯210、壓電層220和匹配層230。其中,匹配層230與耦合部件之間的距離小于背襯210與耦合部件之間的距離,即匹配層230距離用戶眼睛更近。

背襯210內嵌有多個等間距排列的電路板211,電路板211從背襯的頂面露出預設長度,背襯的底面鍍有電極。每個電路板211上均具有電路212,電路212的形狀可以是上下兩端粗,中間細,便于連接壓電層和焊接電纜。如圖4所示的背襯210和電路板211的結構,可以通過夾具將電路板等間距排列并固定,再澆注背襯材料,固化后成型背襯塊;也可以先成型背襯塊并磨到同樣厚度然后和電路板依次粘接。電路板中電路的間距、電路板之間的間距可以根據二維面陣探頭的頻率和聲速等其他聲學參數求得,具體參數的計算是本領域技術人員結合現有技術能夠做到的,此處不做詳細介紹。如果二維面陣探頭所需的陣元數為M×N,則需要N塊電路板,電路板中需含有M+2條電路。

壓電層20可以是壓電陶瓷、壓電復合材料等。壓電層220的上表面和下表面均鍍有電極(或稱為導電膜),形成第一電極面和第二電極面,第一電極面作為壓電層220的正極,第二電極面作為壓電層220的負極。第一電極面與背襯的電極面通過導電膠對齊粘接,如圖中的導電粘接層240所示。

壓電層220的至少一側面鍍有電極,與第二電極面聯通。

內層電路板211的電路212與正極導通,最外層的電路板211的電路212通過鍍有電極的側面與負極導通。

壓電層220包括陣元陣列,各陣元之間的縫隙中填充有去耦材料,切割陣元的刀縫從第二電極面切至背襯的電極面下方預設距離處。

具體的,可以利用劃片機按照電路板中電路的間距、電路板之間的間距,從壓電層的第二電極面往下切,切穿壓電層和導電粘接層并少量切入背襯塊中。切割縫隙的寬度可以按照壓電材料的聲學性能確定。將去耦材料澆注到切割縫隙中,去耦材料主要起到分割陣元和減小陣元之間的聲波干擾的作用。去耦材料固化后利用磨床將多余的去耦材料磨平并在壓電層的至少一側面和下表面鍍上導電膜,側面的導電膜將壓電層的負極和壓電層上表面最外排的導電膜聯通,電路板中的電路通過導電粘接層和壓電層的正負極導通,其中電路板最外層的電路因為與壓電層上表面最外層陣元聯通,所以與負極導通,內層的電路和正極導通。

匹配層可以為一層也可為多層,匹配層可以直接做在壓電層上再磨削到一定厚度,也可以加工到一定厚度后利用有機材料與壓電層粘接。匹配層的厚度、聲阻抗與二維面陣探頭的頻率及壓電材料的有關聲學參數相關。

為突出刺激效果,背襯210可以使用聲阻抗小于預設閾值(低聲阻抗)且質量較輕的材料,例如,可在環氧樹脂中填充微泡制成背襯。

二維面陣探頭200中的電路板211通過信號電纜與集成電路400相連,從而可以實現集成電路300對二維面陣探頭200中各陣元所產生的超聲的控制,進而可以刺激視網膜。

圖5是本發明實施例的二維面陣探頭的聚焦示意圖,如圖5所示,二維面陣探頭可通過電子系統分配陣元產生聲波組合成具有多個焦點的聲場,進行多點刺激。

二維面陣探頭的頻率可根據需要在1MHz~80MHz之間選擇。二維面陣探頭200的形狀可以是圓形、矩形、正多邊形或者其他形狀。如果二維面陣探頭為圓形,壓電層可以看成圓柱體,壓電層鍍有電極的側面可以是圓柱體側面的一部分;如果二維面陣探頭為矩形,壓電層可以看成長方體,壓電層鍍有電極的側面可以是長方體的某一或某幾個側面;如果二維面陣探頭為其他形狀,可以根據實際需求進行設置。

上述二維面陣探頭200的制備方法如下:使用特制夾具將柔性電路板夾緊并在夾具內灌注絕緣膠凝固后打磨成二維面陣探頭的背襯塊;將背襯塊的一面鍍上電極,將極化好并一面已經鍍上電極的壓電材料的電極面和背襯的電極面用導電銀漿粘接起來;使用劃片機對壓電材料進行切割,切穿壓電材料和電極并切入背襯塊,將電極分割開來,將壓電材料劃分為陣元;將去耦材料灌注在所切縫隙內,在壓電材料的另一面鍍上電極連出負極,使用電纜線連接柔性電路板將陣元引出,完成二維面陣探頭的制作。

上述用于視網膜刺激的二維面陣探頭,安裝在貼合眼睛佩戴的特制眼鏡中,輔以電子系統,能控制探頭的焦點,使超聲作用在健康的視網膜細胞上,用戶帶上眼鏡即可對視網膜進行刺激。需要說明的是,上述視網膜刺激設備的外形可以是眼鏡或類似眼鏡,也可為頭盔,還可以是戴在頭上的環狀設備等。

應當理解,本發明的各部分可以用硬件、軟件、固件或它們的組合來實現。在上述實施方式中,多個步驟或方法可以用存儲在存儲器中且由合適的指令執行系統執行的軟件或固件來實現。例如,如果用硬件來實現,和在另一實施方式中一樣,可用本領域公知的下列技術中的任一項或他們的組合來實現:具有用于對數據信號實現邏輯功能的邏輯門電路的離散邏輯電路,具有合適的組合邏輯門電路的專用集成電路,可編程門陣列(PGA),現場可編程門陣列(FPGA)等。

在本說明書的描述中,參考術語“一個實施例”、“一些實施例”、“示例”、“具體示例”、或“一些示例”等的描述意指結合該實施例或示例描述的具體特征、結構、材料或者特點包含于本發明的至少一個實施例或示例中。在本說明書中,對上述術語的示意性表述不一定指的是相同的實施例或示例。而且,描述的具體特征、結構、材料或者特點可以在任何的一個或多個實施例或示例中以合適的方式結合。

以上所述的具體實施例,對本發明的目的、技術方案和有益效果進行了進一步詳細說明,所應理解的是,以上所述僅為本發明的具體實施例而已,并不用于限定本發明的?;し段?,凡在本發明的精神和原則之內,所做的任何修改、等同替換、改進等,均應包含在本發明的?;し段е?。

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基于 二維 探頭 視網膜 刺激 設備
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