视网膜假体的研究进展

人工视觉的研究是指在视路的不同部位植入不同的视觉假体 ,由植入物假体产生电信号 ,刺激并激活视觉系统 ,从而使失明或频于失明的眼重新获得部分有用视力。本文就近年来研究最为活跃的视网膜假体的实验基础、种类、植入方法、生物相容性及长期稳定性、优缺点等作一介绍。

视网膜假体改良技术及临床应用研究进展

视觉假体是一种能帮助盲人恢复部分视觉的新科技产物。按其植入部位的不同可分为视皮层假体、视神经假体和视网膜假体。对于视网膜假体,人们己开展了大量的动物实验和临床应用研究,其临床效果得到肯定。但在刺激参数、生物相容性、长期稳定性以及临床应用等方面仍存在许多缺陷和局限性。现就近年来视网膜假体改良技术及临床应用的研究加以综述。

视网膜假体专用集成电路研究进展

近些年来,人工视网膜假体的研究成为视觉修复领域的一个热点。文中根据不同的视网膜假体实现方案,概括介绍了视网膜假体专用集成电路的主要种类及实现方法;分析比较了视网膜上假体和视网膜下假体两种实现方式的优缺点。重点论述了视网膜假体专用集成电路中能量和数据收发、全局数字控制器以及神经驱动阵列等模块的基本原理及研究进展。最后讨论了视网膜假体专用集成电路设计上所面临的一些挑战及关注问题的展望。

视网膜假体微电极的研究进展

从视网膜上假体和视网膜下假体两个方面,介绍了视网膜假体微电极阵列的研究进展和面临的挑战,并且对今后的微电极阵列的发展方向进行了展望。

视网膜假体视觉信息处理模型

视觉假体方案是神经工程领域用于部分或完全恢复视觉的主要手段,建立生物视网膜模型,并仿真其视觉信息处理功能,是视网膜假体研究中的一个重要组成部分。从已知的生理机制出发,提出两层结构的视网膜信息处理模型:外网状层(Out Plexiform Layer,OPL)信息提取和内网状层(Inner Plexiform Layer,IPL)信息编码,通过时空滤波、静态非线性调整和泊松峰电位产生,建立输入刺激图像和输出峰电位序列之间的直接关系,并在MATLAB平台上结合其图形模块进行仿真研究,得到了与内、外网状层处理结果对应的边缘轮廓图像和携带视觉信息的峰电位序列,为视网膜假体研究提供了一种理论上的可行性模型。

基于MEMS技术的高密度视网膜假体微电极阵列的研制

提出了一种基于MEMS技术设计和制作应用于视网膜假体的柔性神经微电极阵列的工艺流程,引入离子束刻蚀的工艺大幅度减小了导线和线间的宽度,在单层聚合物上制作了高密度的微电极阵列(120通道,10×12阵列)。对实际制得的微电极阵列测试表明,其在1 kHz频率的电脉冲刺激下阻抗均值为16 kΩ±2 kΩ,相位差均值为-85o±3o,达到了预期设计目标。

Argus II视网膜假体系统

美国Second Sight公司发明的Argus II视网膜假体系统于日前由FDA获准进入美国市场，是首款用于治疗成人严重视网膜色素变性的植人性设备。该设备由一个可植入眼内或眼周围的小型电子装置、一个附着在眼镜上的微型摄像机和一个由患者佩戴或携带的视频处理装置3部分组成。

人工视觉假体研究综述(Ⅰ)--视网膜假体研究现状

如何部分或完全恢复视觉功能是目前神经工程和组织工程领域研究的热门课题,采用神经接口和神经假体方案来部分恢复视觉功能是目前主要的手段。视网膜刺激方案是国内外研究较多和较为成熟的刺激方案。本文从技术角度出发,全面地综述了视网膜假体的机制、优缺点和国内外最新研究状况。

视网膜假体中基于DSP的图像处理平台构建

构建基于DSP的图像处理平台,并就平台功能、各种图像处理算法及其对DSP的要求予以讨论。

基于遗传算法的视网膜假体电刺激波形优化

目的利用多房室模型模拟神经节细胞电刺激响应,运用遗传算法优化刺激波形,探索视网膜上假体的最优电刺激波形。方法用多房室模型来模拟视网膜神经节细胞,膜特性采用Fohlmeister-ColmanMiller(FCM)模型。运用遗传算法(genetic algorithm,GA)对波形刺激相进行优化,比较GA优化波形(单独考虑能耗的能量最优波形,单独考虑电荷安全的电荷最优波形,两者均考虑的GA最优波形)与传统矩形波在使神经节细胞产生动作电位时的能耗和电荷量。结果在相同脉宽下,能量最优波形的能耗减少24.319pJ,电荷最优波形的电荷减少1335pC,GA波形的能耗和电荷则分别减少24.0295pJ和854pC,GA波形与尾部截断的高斯波形相似。结论对于视网膜的胞外电刺激,通过遗传算法优化的波形比传统矩形波具有更高的能量和电荷效率。

视网膜前假体中柔性凸起微电极的研制

采用聚对二甲苯(Parylene C)作为结构材料,借助微细加工技术设计并制作了按6×6矩阵排布的柔性凸起微电极阵列.微电极直径为80μm,引线线宽40μm,电极间距为280μm,引线间距为80μm.电极位点高度约为10μm,呈明显的圆滑凸起结构特征.电极和引线表面均平整光滑,轮廓清晰,结构完好.阻抗测试结果表明:随着频率的增加,凸起微电极的阻抗呈下降趋势,显示出明显的高通特性;1 kHz时凸起微电极的阻抗约为10 kΩ,较具有相同基底面积的平面电极约低30%,有助于提高电极的信噪比,可望用于视网膜前假体中.柔性凸起微电极制作工艺简单,利于高效率批量制作并提高微电极的集成度.

视网膜假体的研究进展

目前视网膜假体是所有视觉假体中研究最成熟、最广泛的一种,其研究目标是帮助失明患者恢复有用视力,尤其针对因视网膜色素变性和年龄相关性黄斑变性等致视力丧失者.依电刺激部位不同,视网膜假体分为视网膜上假体和视网膜下假体.前者通过玻璃体手术将微电极植入并固定于视网膜上;后者通过巩膜途径或玻璃体途径将微电极置于视网膜神经上皮层和视网膜色素上皮层之间.近年来对视网膜上假体的阵列电极、刺激电流等进行了改进;对视网膜下假体的芯片、供能方式等做了改进.有望为不可逆盲者提供帮助.

多层视网膜上假体柔性薄膜微电极阵列的研究

提出一种基于MEMS技术的多层视网膜上假体柔性薄膜电极阵列的设计思路,同时构建一套微电极阵列的自动测试系统,对所设计电极进行测试和分析。实验结果表明,电极具有良好的柔性以及阻抗特性,多层设计不会对电极的电学性能造成差异。

视网膜假体的研究现况

经过生物技术、材料科学的发展及对视功能和视网膜神经科学的研究,目前主要有两种视网膜假体用于临床,分别是ArgusⅡ和alpha-IMS。视网膜假体主要通过获取图像、图像转化、内层视网膜产生激动的途径来部分重建外层视网膜的功能,使视觉信息通过视神经传递到视皮质,达到视觉重建的目的。

视网膜上假体电刺激脉冲参数的优化

目的目前视网膜上假体的常用刺激波形是双相不对称矩形脉冲,而脉冲参数是影响刺激响应的主要因素之一。本文目的是寻找视网膜上假体的最佳脉冲参数组合。方法视神经节细胞用房室模型模拟,膜特性采用Fohlmeister-Colman-Miller(FCM)模型。双相不对称矩形脉冲的参数包含阴极相幅值,阴极相持续时间,阴极相与阳极相幅值比和相间间隔。胞外理想点电极刺激视神经节细胞的仿真期间,寻找产生动作电位(AP)的最佳脉冲参数组合。刺激有效性采用刺激阈值,阴极相传递电荷量和能量消耗来比较。结果阴极相持续时间为1 ms,阴极相与阳极相幅值比为1和相间间隔为0.1 ms时有最低刺激阈值。阴极相持续时间为0.1 ms,阴极相与阳极相幅值比为1和相间间隔为0.2 ms时获得最低阴极相传递电荷量。最低能量消耗在阴极相持续时间0.9 ms,阴极相与阳极相幅值比10和相间间隔0.6 ms。结论在最低刺激阈值,最低阴极相传递电荷量和最低能量消耗时,双相不对称矩形脉冲参数组合不同。这些为视网膜上假体选择合适的脉冲参数组合提供一个有意义的参考。

兔视网膜下非活动视觉假体载片植入对ERG的影响

目的用视网膜电图(ERG)探究视网膜下非活动视觉假体载片植入对视网膜功能的影响。方法24只新西兰白兔,随机分为手术组和伪手术组(各12只兔)。记录各组术前及术后7、15、30、60d(每时间点3只兔)ERGb波振幅。统计各组ERG的a波和b波振幅数值,进行t检验和单因素方差分析。结果各组间及手术组、伪手术组时间点间ERGa波振幅未见明显差异。手术组术后ERGb波振幅较术前正常对照组有不同程度升高(P=0.038),手术组与伪手术组间及伪手术组与术前正常对照组间差异无统计学意义(P=0.649和P=0.369),手术组和伪手术组时间点间差异无统计学意义。结论手术组视网膜下非活动视觉假体载片植入后ERGb波振幅有不同程度的升高,提示载片植入后在一定时间范围内可能保护视网膜的功能。

视网膜下人工假体植入后视网膜变化的研究进展

视网膜下人工假体是目前关于视网膜色素变性和老年性黄斑变性等视网膜外层退行变性疾病研究中的一种新的治疗方法。它旨在利用植入的微电极器替代变性的光感受器细胞,经光-电信号转换,对视网膜内层残留的双极细胞和神经节细胞产生电刺激,进而通过正常的视路在大脑视皮质诱发视觉反应,从而达到恢复视力的目的。然而视网膜下假体植入后视网膜的结构、功能及蛋白表达等可发生一些变化,有学者还发现视网膜下假体植入后一段时间内视网膜的结构和功能得到改善,推测可能有保护作用的参与,但其来源尚不完全明了。本文主要就视网膜下人工假体植入后视网膜的变化作一综述。

国产人工视网膜视觉假体植入兔眼的短期安全性和稳定性的研究

目的评估国产人工视网膜视觉假体植入兔眼后的短期安全性和稳定性。方法选用健康白毛黑眼兔10只,右眼为实验眼。予以全身麻醉后,植入眼行晶状体联合玻璃体切除,将人工视网膜视觉假体植入眼内视网膜上,并用视网膜钉固定。术中观察角膜是否透明、前房出血、眼内出血、视网膜脱离、人工视网膜视觉假体电极芯片的位置;分别于术后1、7 d,1、3、6个月观察角膜是否透明、前房出血与术后并发症发生情况(如眼内出血、视网膜脱离、眼内炎症情况),利用光学相干断层成像术、眼底照相及B超检查评估人工视网膜视觉假体电极芯片与视网膜的位置。6个月时处死动物摘除眼球行病理切片评估视网膜结构完整性。结果共10眼顺利完成人工视网膜视觉假体植入术;其中1眼术中出现眼内出血,并于1个月后吸收,人工视网膜视觉假体电极芯片位正。余9眼术后无明显眼内出血、未见视网膜脱离。6个月时病理切片显示视网膜变薄。结论国产人工视网膜视觉假体手术植入活兔短期观察安全可靠。

ArgusⅡ人工视网膜系统研究进展

ArgusⅡ人工视网膜植入系统是首例经美国FDA和欧洲CE批准临床应用的视网膜植入设备,临床用于外层视网膜致盲患者的功能视觉恢复,是目前广泛应用的人工视觉植入系统。ArgusⅡ系统的工作原理是通过摄像机捕捉图像,转化为特定频率的电信号,传输至位于视网膜前的电极芯片,直接刺激内层视网膜形成视觉,从而取代了光受体细胞的功能。植入ArgusⅡ系统的患者辨认视觉、靶向定位、运动识别和导航能力均有显著提高,少数会发生由植入设备或手术引起的结膜糜烂、低眼压和无菌性眼内炎等不良事件,但均可通过医疗干预缓解。ArgusⅡ系统未来的发展不仅包括图像处理软件的升级和电极芯片等硬件系统的完善,视网膜视觉信号传输处理机制的研究突破更会助力其发展。本文就ArgusⅡ人工视网膜系统的生理基础、工作原理、疗效评估和未来的发展趋势进行综述。

基于MEMS的人工视网膜微电极阵列的研究进展

近年来神经刺激器发展迅速,取得了从概念到临床应用的卓越成果。如人工耳蜗、心脏起搏器、神脑刺激器、人造视网膜假体等。刺激电极正是通过对生物组织(比如神经、肌肉等)进行电刺激引起其兴奋,使之产生冲动。其中视网膜假体对刺激电极有着严格要求,必须设计制备具有高密度、植入损伤小、刺激有效、长期工作稳定和生物安全性高,并且能够和电气部分实现良好连接的刺激电极模块。因此,本文主要对近年来国内外多种植入式电极从材料、制备工艺、表面修饰、性能测试等方面进行总结,同时提出了其中的不足并进行了展望。