人工视网膜系统、眼外光学装置及眼内植入芯片

摘要

一种人工视网膜系统，包含：一眼外光学装置以及一眼内植入芯片。眼外光学装置用以接收外部影像并将其转换为光学脉波信号及产生光能。眼内植入芯片用以接收自眼外光学装置传入的光学脉波信号以产生电刺激信号，眼内植入芯片并具有太阳能电池模块以接收光能并转换为电力以作为眼内植入芯片的电源。此人工视网膜系统使用光学调变方式，将影像信息转换为光学脉波信号传入眼内再进行解码，可提高信号光强度且不影响信号对比度。

说明书

技术领域

本发明是有关于一种人工视网膜系统、眼外光学装置及眼内植入芯片，特别是有关于一种使用光学调变方式将影像信息转换为光学脉波信号的人工视网膜系统、眼外光学装置及眼内植入芯片。

背景技术

色素性视网膜退化(Retinitis Pigmentosa)及老年黄斑退化(Age-Related Macular Degeneration,AMD)是两种因为视网膜感光细胞退化而造成的疾病。其中，黄斑部病变好发于老年人，根据统计，在美国40岁以上的成年人中，有0.8％罹患老年黄斑部病变，且恐有演变失明的危险。因上述两种疾病而失明的患者，目前并没有任何药物可医治，因此有关于取代感光细胞的人工视网膜的相关研究为该些患者带来莫大的希望。

传统的人工视网膜包含太阳能芯片，利用电刺激残存神经细胞的方式来产生视觉；然而，太阳能供电不足是相关技术开发的一大问题，因此在美国专利US 20050090875中，提出一种头戴式背景光投射仪，其是将强光投入眼内视网膜芯片中，使光电池增加输出电流以提供足够的电流，然而该方法会导致影像信息的对比度下降而影响呈像质量。而在台湾专利TW 201334768中，为解决使用背景光加强光线强度而产生的对比度降低的缺点，使用背景光消除器以改善上述缺失，然而由于眼内植入的芯片面积非常小，因此上述装置需要搭载高精细度的对焦系统才得以实施，且影像光不能照到背景光消除装置，否则信号光会因此消除进而影响信号质量。综上所述，有需要提供解决上述问题的人工视网膜技术。

发明内容

本发明提供一种人工视网膜系统、眼外光学装置及眼内植入芯片，使用光 学调变方式，将影像信息转换为光学脉波信号传入眼内再进行解码，可提高信号光强度且不影响信号对比度，提供良好的呈像质量及相关应用。

本发明的一实施例提供一种人工视网膜系统，包含：眼外光学装置以及眼内植入芯片。眼外光学装置包含影像撷取模块，以接收外部影像而产生影像信号；及第一信号处理模块，其与影像撷取模块电性连接，用以接收影像信号并将其转换为光学脉波信号及产生光能。眼内植入芯片包含第二信号处理模块，以接收光学脉波信号并将其转换为控制信号；第三信号处理模块，以接收控制信号而产生电刺激信号；及太阳能电池模块，与第二信号处理模块及第三信号处理模块电性连接，并用于接收光能并将其转换为电力以提供眼内植入芯片电力来源。

本发明的另一实施例提供一种眼外光学装置，其可应用于人工视网膜系统，包含：影像撷取模块，用于接收外部影像以产生影像信号；以及信号处理模块，其与影像撷取模块电性连接，用于接收影像信号并将其转换为光学脉波信号。其中，光学脉波信号是藉由调变光学脉波的频率、振幅、或相位而形成的信号。

本发明的又一实施例提供一种眼内植入芯片，其可应用于人工视网膜系统，包含光学脉波信号处理模块，用于接收光学脉波信号并将其转换为控制信号；电刺激信号产生模块，用于接收控制信号以产生电刺激信号；以及太阳能电池模块，其与光学脉波信号处理模块及电刺激信号产生模块电性连接，且接收光能并将其转换为电力以提供眼内植入芯片电力来源。其中，光学脉波信号是藉由调变光学脉波的频率、振幅、或相位而形成的信号。

以下将藉由具体实施例配合所附的图式详加说明，当更容易了解本发明的目的、技术内容、特点及其所达成的功效。

附图说明

图1为根据本发明实施例的人工视网膜系统的方块示意图。

图2为根据本发明一实施例的眼外光学装置的方块示意图。

图3为根据本发明一实施例的眼内植入芯片的方块示意图。

图4为根据本发明一实施例的眼内植入芯片的像素的方块示意图。

符号说明

100、400 眼外光学装置

101、401 影像撷取模块

102第一信号处理模块

112、412 影像编码模块

122、422 发光二极管模块

200、500 眼内植入芯片

201第二信号处理模块

202第三信号处理模块

203、503 太阳能电池模块

211、511 光侦测模块

221、521 信号解码模块

301外部影像

302影像信号

303发送信号

304光学脉波信号

305电讯号

306控制信号

307电刺激信号

308电力

309刺激电流

310像素电刺激信号

402信号处理模块

501光学脉波信号处理模块

502电刺激信号产生模块

600像素

601刺激器

602刺激电极

1000 人工视网膜系统

具体实施方式

本发明将藉由下述的较佳实施例及其配合的图式，作进一步的详细说明。需注意的是，以下各实施例所揭示者，系为便于解释本案技术特征，并非用以限制其可实施的态样。

请参阅图1，根据本发明实施例的人工视网膜系统1000可包含眼外光学装置100及眼内植入芯片200。其中，眼内植入芯片200可为一植入式的生医芯片，可藉由手术而置于眼球下视网膜区域。眼外光学装置100包含影像撷取模块101及与影像撷取模块相互电性连接的第一信号处理模块102，影像撷取模块101是用于截取外部影像301以产生影像信号302，接着将影像信号302经由第一信号处理模块102处理而被转换为光学脉波信号304。其中，外部影像301可为可见光或自然界的物体所发出的光线。

在一实施例中，第一信号处理模块102可包含影像编码模块112及发光二极管模块122，其中影像编码模块112系用以将影像信号302编码以产生可被发送的信号303，而发光二极管模块122是用于接收发送信号303而将其转换为光学脉波信号304并产生光能(图未示)。需注意的是，光学脉波信号是藉由调变光学脉波的频率、振幅、或相位而形成的信号，在本发明的一实施例中，光学脉波信号可包含红外光。

由眼外光学装置100所产生的光学脉波信号304可被传入至眼中的眼内植入芯片200中。在一实施例中，眼内植入芯片200可包含第二信号处理模块201、第三信号处理模块202、及太阳能电池模块203。其中，第二信号处理模块201可包含光侦测模块211及信号解码模块221，由眼外光学装置100所传输的光学脉波信号304可藉由光侦测模块211转换为电讯号305，接着电讯号305再藉由信号解码模块211而转换为控制信号306，而后，控制信号306被第三信号处理模块202所接收而产生电刺激信号307。

在一实施例中，眼内植入芯片200可包含多个像素，而每一个像素包含各自独立的数位模拟转换器、刺激器以及刺激电极以形成第三信号处理模块202。刺激器可将控制信号306转换为具有相对应强度的刺激电流，并藉由刺激电极将刺激电流输出以产生像素电刺激信号(图未示)。其中，电刺激信号307是由 像素电刺激信号所组成，以刺激神经细胞而产生视觉。

另外，眼内植入芯片200中所包含的太阳能电池模块203是与第二信号处理模块201及第三信号处理模块202电性连接，较佳地，太阳能电池模块203是与信号解码模块221及第三信号处理模块202电性连接，且由眼外光学装置100所传输的光能可经由太阳能电池203接收而将其转换为电力308以提供眼内植入芯片200电力来源。

请参阅图2，本发明的另一实施例提供一种眼外光学装置400，其可应用于人工视网膜系统，包含影像撷取模块401以及信号处理模块402。影像撷取模块401可用于接收外部影像301以产生影像信息302，而信号处理模块402可与影像撷取模块401彼此电性连接以用于接收影像信息302并将其转换为光学脉波信号304。其中，信号处理模块402可包含影像编码模块412及发光二极管模块422，影像编码模块412可用以将影像信息302编码以产生发送信号303，而发光二极管模块422可接收发送信号303并将其转换为光学脉波信号304。需注意的是，光学脉波信号是藉由调变光学脉波的频率、振幅、或相位而形成的信号，在本发明的一实施例中，光学脉波信号可包含红外光。

请参阅图3，本发明的又一实施例提供一种眼内植入芯片500，其可应用于人工视网膜系统，包含光学脉波信号处理模块501、电刺激信号产生模块502、以及太阳能电池模块503。光学脉波信号处理模块501包含光侦测模块511以及信号解码模块521，由外部所传输进入的光学脉波信号(图未示)可藉由光侦测模块511转换为电讯号305，接着电讯号305再藉由信号解码模块521而转换为控制信号306，而后，控制信号306可被电刺激信号产生模块502接收而产生电刺激信号307。需注意的是，光学脉波信号是藉由调变光学脉波的频率、振幅、或相位而形成的信号，在本发明的一实施例中，光学脉波信号可包含红外光。

在一实施例中，眼内植入芯片500可包含多个像素，如图4所示，而每一个像素600包含各自独立的数位模拟转换器、刺激器601以及刺激电极602以形成电刺激信号产生模块502。刺激器601可将数字的控制信号306转换为具有相对应强度的模拟刺激电流309，并藉由刺激电极602将刺激电流309输出以产生像素电刺激信号310。其中，电刺激信号307(如图3所示)是由像素电刺 激信号310所组成，以刺激神经细胞而产生视觉。

此外，眼内植入芯片500中所包含的太阳能电池模块503是与光学脉波信号处理模块501及电刺激信号产生模块502彼此电性连接，较佳地，太阳能电池模块503是与信号解码模块521及电刺激信号产生模块502电性连接，且由外部传输的光能可经由太阳能电池503接收而将其转换为电力308以提供眼内植入芯片500电力来源。

综上所述，本发明的人工视网膜系统、眼外光学装置及眼内植入芯片是将外部影像以光学脉波信号的方式传入眼内再进行解码并产生相对应的电流刺激以使神经细胞产生视觉，其中，光学脉波信号可直接提供给太阳能电池转换为电力使用，可提升太阳能电池的使用效率；另外，相较于传统的人工视网膜系统，可在不需要提供额外光源(背景光)、背景光消除器的情况下即可转换为足够的电源，因此不会影响对比度更能简化元件配置，可使整体系统成本降低，提供更广大的市场应用。

以上所述的实施例仅是为说明本发明的技术思想及特点，其目的在使本领域技术人员能够了解本发明的内容并据以实施，当不能以之限定本发明的专利范围，即大凡依本发明所揭示的精神所作的均等变化或修饰，仍应涵盖在本发明的专利范围内。