具有光学可配置电场限制的光伏视网膜假体制造技术

光伏视网膜假体被提供可光学配置电场限制。视频流被投影到视网膜植入物上。光伏像素阵列被配置为响应于视频流而提供视网膜刺激。光伏像素具有公共返回电极。每个像素具有经由电容接口或法拉第接口耦合到视网膜组织的有源电极。每个像素包括串联连接在公共返回电极和对应的有源电极之间的(多个)光电二极管。所投影的视频流基于源视频流来配置，使得视网膜植入物的在所投影的视频流的下一帧中将变暗的一个或多个像素在前一帧期间被所投影的视频流光学预调(预充电)，以变得足够导电以在所投影的视频流的下一帧期间充当瞬态局部返回电极。电极。电极。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】具有光学可配置电场限制的光伏视网膜假体


[0001]本专利技术涉及光伏视网膜假体。

技术介绍

[0002]视网膜退行性疾病(诸如与年龄相关的黄斑变性(AMD)和视网膜色素变性)是导致无法治疗的视力损伤和法定盲(legal blindness)的主要原因。尽管感光细胞不可逆地丧失，但视网膜内部神经元在很大程度上存活下来。次级视网膜神经元(主要是双极细胞)的电刺激引发视觉感知，从而实现视力的电子恢复。具有100μm双极像素的光伏视网膜下植入物PRIMA(Pixium Vision，法国巴黎)的AMD患者的假体字母视力为1.17
±
0.13像素，对应于20/460
–
20/565的Snellen范围。尽管这是非常令人兴奋的概念证明，但为了使AMD患者广泛采用这种方法，假体视力肯定应该超过他们剩余的周边视力，其通常不低于20/400。20/200的敏度的采样限制对应于50μm像素，并且20/100
‑
对应于25μm。
[0003]与自然视觉一样，假体视敏度从根本上不仅受到空间分辨率(即像素尺寸)的限制，而且还受到刺激图案的对比度的限制，刺激图案的对比度受到相邻电极之间串扰的影响。电场的横向传播可受每个像素中的局部返回电极(如在PRIMA植入物中)来限制，但是缩小这种双极像素是困难的，因为组织中电场的穿透深度也被约束在约像素半径内。因此，这种几何结构中的视网膜刺激阈值随着像素尺寸的减小而迅速增加，并且即使是对于像素尺寸低于40μm的最佳电极材料之一(SIROF)，该阈值也超过了安全电荷注入极限。
[0004]克服这个问题的一种方法是基于使用三维蜂窝形阵列将返回电极提升到内部核层的顶部，从而在阱内垂直定向电场。这种布置使场穿透深度与像素宽度解耦，并大大降低了刺激阈值，因为垂直场与视网膜中双极细胞的定向匹配。尽管最初的动物研究表明，视网膜迁移到视网膜下阱的结果很有希望，但迁移到三维阵列中的神经元的功能性仍有待证实。此外，具有局部返回电极的蜂窝结构的制造工艺远非易事，并且需要进一步发展。

技术实现思路

[0005]视网膜假体的空间分辨率受到像素尺寸和来自相邻电极的串扰的限制。双极像素中的局部返回电极有助于减少串扰，但它们过度限制了电场向组织中的穿透，从而限制了神经刺激的功效。对电容或法拉第耦合到电解质的有源电极充电，以及由相邻有源电极产生的电场的存在，提高了有源电极上的电势。光伏像素中跨光电二极管的电势增加使其更导电，从而有效地将其转变为瞬态返回电极。因此，如果有源电极变成下一图像中的暗像素，则对有源电极进行预充电使其成为下一脉冲的有效返回电极。有源电极与返回电极之间的距离限定了电场进入组织的穿透深度。像素在下一图像帧中变为瞬态返回的这种预调使得能够通过对投影到光伏阵列上的图像进行时空控制来灵活控制组织中电场的横向和轴向限制。取决于视网膜厚度及其与植入物的接近程度，这可以允许优化每个患者的刺激深度和横向选择性。
[0006]或者，通过用响应于不同波长范围的光敏晶体管对放电进行光学控制，可以将光
伏像素转变为瞬态返回。这些可以是由次级光电二极管选通的光电晶体管或金属氧化物半导体场效应晶体管(MOSFET)。这种单独的光学控制元件可以帮助像素中的有源电极更快地放电，并且还能够优化视网膜中的电流转向以产生指定的电场。
[0007]在第一实施例中，本专利技术是一种向光伏视网膜假体提供照明的方法。该方法特征在于将视频流投影到视网膜植入物上。视网膜植入物包括光伏像素阵列，该光伏像素阵列被配置为响应于视频流而提供视网膜刺激。该光伏像素阵列具有公共返回电极。每个像素具有经由电容接口或法拉第接口耦合到视网膜组织的有源电极。每个像素包括串联连接在公共返回电极和对应的有源电极之间的一个或多个光电二极管。该方法进一步包括区分基于源视频流来配置所投影的视频流，使得视网膜植入物的在所投影的视频流的下一帧中将变暗的一个或多个像素被所投影的视频流光学预调(预充电)，以变得足够导电，使得它们可以在所投影的视频流的下一帧期间充当瞬态局部返回电极。
[0008]在该方法的进一步实施例中，该瞬态局部返回电极被预调，以通过来自所投影的视频流的照明而达到每个光电二极管在0.2V到0.7V范围内的偏置电压。
[0009]更优选地，对瞬态局部返回电极进行预调，以达到每个光电二极管0.3V到0.6V范围内的偏置电压。
[0010]在又另一实施例中，该方法特征在于，用于预调和刺激的图像处理持续时间不长于源视频流的帧持续时间。
[0011]在仍另一实施例中，该方法特征在于，预调算法定义每个电极处的电流的极性和幅度，并且在最小均方误差标准下被优化以近似生物组织中的目标电场。
[0012]在第二实施例中，本专利技术是一种视网膜假体系统，其具有用于将视频流投影到视网膜植入物上的近眼显示器。视网膜植入物具有光伏像素，该光伏像素将从显示器投影的近红外光(例如，850
‑
915nm)转换成流过生物组织的电流以刺激视网膜神经元。视网膜植入物中的每个像素具有串联连接在有源电极和返回电极之间的一个或多个光电二极管。有源电极和返回电极经由电容接口或法拉第接口耦合到生物组织的电解质，并且像素的返回电极连接在一起。由近眼显示器投影到视网膜植入物上的视频流中的图像序列被设计为通过在这些像素中的电极
‑
电解质界面处累积偏置电压来对指定像素进行光学预调，以变得足够导电以充当瞬态返回电极。
[0013]在该系统的进一步实施例中，光电二极管由晶体硅制成，并且其中偏置电压在每个光电二极管0.2
‑
0.7V的范围内。更优选地，偏置电压超过每个光电二极管0.3V。
[0014]在该系统的又另一实施例中，通过控制当前视频帧中被照明的像素与在先前帧中预调但在当前视频帧中未被照明的像素之间的距离，针对患者的解剖结构来优化电场进入视网膜的穿透深度。
[0015]在该系统的又另一实施例中，光伏像素具有一个或多个光学控制晶体管以调节放电电流。
[0016]在第三实施例中，本专利技术是一种视网膜假体，其具有光伏像素阵列，该光伏像素阵列被配置为响应于接收到的视频流提供视网膜刺激。该光伏像素阵列具有公共返回电极。每个像素具有与视网膜组织电容或法拉第耦合的有源电极。每个像素包括串联连接在返回电极和对应的有源电极之间的一个或多个光电二极管。每个像素进一步包括光学可控的电导元件，其中，利用次级照明图案对光伏像素阵列的照明通过激活对应的电导元件来选择
视网膜植入物的一个或多个像素充当局部返回电极。电导元件对NIR光不敏感，但对不同波长范围(例如可见波长范围)敏感。该次级照明图案是在影响电导元件的波长范围内传递的。
[0017]后一个实施例不需要对像素进行预调(预充电)，而是允许使用次级波长的光来直接控制像素的导电性。该实施例简化了对像素导电性的控制，从而简化了对视网膜中电场限制的控制。
附图说明
[0018]图1示出了根据本专利技术的示例本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】1.一种向光伏视网膜假体提供照明的方法，包括：(a)将视频流投影到视网膜植入物上，其中，所述视网膜植入物包括光伏像素阵列，所述光伏像素阵列被配置为响应于所述视频流提供视网膜刺激，其中，所述光伏像素阵列具有公共返回电极，其中，每个像素具有经由电容接口或法拉第接口耦合到视网膜组织的有源电极，并且其中每个像素包括串联连接在所述公共返回电极和对应的有源电极之间的一个或多个光电二极管；以及(b)基于源视频流来配置所投影的视频流，使得所述视网膜植入物的在所投影的视频流的下一帧中将变暗的一个或多个像素被所投影的视频流光学预调，以变得足够导电以在所投影的视频流的所述下一帧期间充当瞬态局部返回电极。2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述瞬态局部返回电极被预调，以通过来自所投影的视频流的照明而达到每个光电二极管在0.2V到0.7V范围内的偏置电压。3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，所述瞬态局部返回电极被预调，以达到每个光电二极管在0.3V到0.6V范围内的所述偏置电压。4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，用于预调和刺激的图像处理持续时间不长于所述源视频流的帧持续时间。5.根据权利要求1所述的方法，进一步包括预调算法，所述预调算法定义每个电极处的电流的极性和幅度，并且在最小均方误差标准下被优化以近似生物组织中的目标电场。6.一种视网膜假体系统，包括：用于将视频流投影到视网膜植入物上的近眼显示器，其中所述视网膜植入物包括光伏像素，所述光伏像素将来自所述显示器的光转换成流过生物组织的电流以刺激视网膜神经元，其中所述视网膜植入物中的每个像素包括串联连接在有源电...

【专利技术属性】
技术研发人员：陈志杰，D，
申请(专利权)人：小利兰，
类型：发明
国别省市：