光刺激视觉修复设备和光刺激视觉成像方法与流程

本发明属于视觉修复技术领域，涉及一种光刺激视觉修复设备和光刺激视觉成像方法，可应用于视力损伤的视觉替代修复。

背景技术：

视觉是人和其他大部分生物接收外部信息最直接的方式，视力的损伤将对生活日常带来不便。先天性视网膜退化性疾病如视网膜色素变性等将引起视网膜感光细胞的死亡，最终导致视力的完全丧失。在无法将视网膜感光细胞治愈的情况下，目前存在多种视觉代替修复方法，包括电极刺激方法和超声刺激方法。电极刺激方法是在视网膜上植入微电极，根据体外相机采集图像控制电极阵列刺激视网膜的神经节细胞，从而产生视觉信号，起到视觉代替的效果，但是由于其采用的是植入式的视网膜接触装置，在安全性和无创性存在一定的问题。另外一种方法是超声刺激方法，在体外通过发射定向超声刺激视网膜，从而产生视觉，采用非植入式方法，使得无创性提高了，并且能够不受晶状体混浊等干扰，但是由于衍射效应等影响使得超声的作用分辨率有限，且眼球结构的复杂，在超声传输的过程中精度受到很大影响，使得最终视觉修复效果有限，另外以上两种方法都对细胞特异性方面不够精确，不能准确定位于特定的感光细胞上。

技术实现要素：

有鉴于此，有必要提供一种精度较高且不需要手术植入的光刺激视觉修复设备和光刺激视觉成像方法。

一种光刺激视觉修复设备，包括镜架、图像采集装置、图像投影装置和电源；

所述图像采集装置和所述图像投影装置均安装于所述镜架上，所述图像采集装置用于采集图像信息，并将所述图像信息处理后传输给所述图像投影装置；

所述图像投影装置包括图像显示屏和投影透镜，所述图像投影装置用于接收处理后的图像信息，在所述图像显示屏上生成投影图像，并将投影图像通过所述投影透镜出射；

所述图像采集装置和所述图像投影装置分别和所述电源连接，所述电源用于给所述图像采集装置和所述图像投影装置供电。

在其中一个实施例中，所述图像采集装置包括图像采集单元和数据处理单元，所述图像采集单元用于采集图像信息，所述数据处理单用于将所述图像信息进行数据处理，并将处理后的数据传输给所述图像投影装置。

在其中一个实施例中，所述图像采集单元为微型相机，所述微型相机能够根据视野图像的距离，自动变焦，或者手动变焦。

在其中一个实施例中，所述投影透镜能够沿着所述图像显示屏的主轴位置前后移动，使得所述图像显示屏位于所述投影透镜的焦平面上或者位于焦平面的前后位置。

在其中一个实施例中，所述投影透镜，是单透镜或微透镜阵列；

所述图像显示屏，是平面显示屏或者曲面显示屏。

在其中一个实施例中，所述图像显示屏和投影透镜共轴，所述图像显示屏接收处理后的图像信息并显示，显示的图像经过所述投影透镜后，变为平行光线出射。

在其中一个实施例中，所述图像采集装置、所述图像投影装置和所述电源的数量均为两个，所述两个图像采集装置分别安装在镜架前端的两侧，所述两个图像投影装置分别安装在镜架的镜片上，所述两个电源分别安装在镜架的镜腿上。

在其中一个实施例中，所述图像显示屏为圆形、矩形或者多边形。

在其中一个实施例中，所述的镜架为头戴式或者挂耳式。

一种光刺激视觉成像方法，包括如下步骤：

图像采集装置采集图像信息，并将所述图像信息处理后传输给图像投影装置；

图像投影装置包括图像显示屏和投影透镜，所述图像投影装置接收处理后的图像信息，在所述图像显示屏上生成投影图像，并将所述投影图像通过投影透镜出射；

从所述投影透镜出射的光线通过眼球屈光系统后聚焦在眼底视网膜，激励视网膜光感部分产生视觉神经反应，形成图像。

上述光刺激视觉修复设备和光刺激视觉成像方法，通过图像采集装置采集前方视野图像，从而转化为电信号，并对图像进一步处理(图像增强、轮廓提取等)，并将图像传输到图像显示屏，该图像显示屏发出能够激活光敏通道蛋白的特殊波段，视野前方的图像信息在图像显示屏上显示，经过投影透镜后，图像信号进入眼底，并经过人眼的屈光系统后，在人眼视网膜上聚焦，视野图像投影在视网膜上。图像显示屏上像素点的亮暗代表在视网膜上单点聚焦光强的大小，进而控制视网膜神经层上光敏通道蛋白的通断，从而激活神经细胞，产生视觉神经反应，形成视觉。上述光刺激视觉修复设备通过图像显示屏和投影透镜的配合，解决了眼球视觉调节功能失常和投影聚焦问题，可以很好的发挥光视觉刺激效果。

附图说明

图1为一实施方式的光刺激视觉成像光线传输示意图；

图2为一实施方式的光刺激视觉修复设备各个视角的结构示意图；

图3为一实施方式的光刺激视觉修复设备的信号传输过程示意图。

具体实施方式

为了便于理解本发明，下面将参照相关附图对本发明进行更全面的描述。附图中给出了本发明的较佳实施方式。以上仅为本发明的优选实施例，并非因此限制本发明的专利范围，凡是利用本发明说明书及附图内容所作的等效结构或等效流程变换，或直接或间接运用在其他相关的技术领域，均同理包括在本发明的专利保护范围内。

除非另有定义，本文所使用的所有的技术和科学术语与属于本发明的技术领域的技术人员通常理解的含义相同。本文中在本发明的说明书中所使用的术语只是为了描述具体的实施方式的目的，不是旨在于限制本发明。本文所使用的术语“及/或”包括一个或多个相关的所列项目的任意的和所有的组合。

请参阅图1和图2，一实施方式的光刺激视觉修复设备100，包括镜架10、图像采集装置20、图像投影装置30和电源(图未示)。

镜架10包括镜片12和镜框14。镜架10基本形状为常见的眼镜模型。镜架为头戴式或者挂耳式。

图像采集装置20安装于镜框14上，图像采集装置20用于采集图像信息，并将图像信息处理后传输给图像投影装置30。

在其中一个实施例中，请参考图1和图2，图像采集装置20包括图像采集单元22和数据处理单元24。图像采集装置20用于采集图像信息，数据处理单元24用于将图像信息进行数据处理，并将处理后的数据传输给图像投影装置30。具体的，图像采集单元22为微型相机。数据处理单元24为图像信号处理集成芯片。微型相机能够根据视野图像的距离，在一定范围内自动变焦，或者通过镜架上的旋钮26手动变焦，如图2C。

具体的，图像采集装置20是一对针孔相机，分别位于左右镜架10前端上，用于采集视野前方的图像信息，并将图像信息转化为电信号，电信号经由图像采集装置的图像信号处理集成芯片的处理后传输给图像投影模块30的图像显示屏32。针孔相机可以根据图像信号处理集成芯片对图像的识别进行2倍范围变焦，使得采集图像最清楚，也可以根据镜架上针孔相机上方的旋钮26手动变焦，如图2C。

针孔摄像头为旋转光学可变焦摄像头，像素1024×1024。

请参考图1和图2，图像投影装置30包括图像显示屏32和投影透镜34。图像显示屏32和投影透镜34安装于镜片12上。

具体的，图像显示屏32是平面显示屏或者曲面显示屏。图像显示屏32可以为圆形、矩形或者多边形。在其中一个实施中，图像显示屏32大小为2厘米×3厘米，发光谱为中心波长为470nm蓝光波段，像素和针孔相机一致。

投影透镜34是单透镜或微透镜阵列。在其中一个实施中，投影透镜34为普通透镜，焦距20mm，直径15mm。

请参考图1，图像投影装置30用于接收处理后的图像信息，在图像显示屏32上生成投影图像，并将投影图像通过投影透镜34出射。从投影透镜34出射的光线通过眼球屈光系统40后聚焦在眼底视网膜50，激励视网膜50光感部分产生视觉神经反应，形成图像。其中，视网膜光感部分，是视网膜和通过生物遗传手段在视网膜神经层上表达的光敏通道蛋白。光敏感通道蛋白是一种受光脉冲控制非选择性阳离子通道蛋白，用遗传工程的方法，将其转入视网膜神经细胞里，可以通过光照来改变神经细胞的活性，可应用于视觉修复领域。具体的，视网膜光感部分，是按照生物遗传的方法导入有关光敏通道蛋白channelrhodopsin，ChR2的DNA，并在视网膜神经层上表达生成的光敏通道蛋白，该通道蛋白能够在470nm波段光刺激下，打开正离子通道，激励神经反应。

在其中一个实施中，请参考图3，图像显示屏32和投影透镜34共轴，图像显示屏32接收处理后的图像信息并显示，显示的图像经过投影透镜34后，变为平行光线出射。进一步的，投影透镜34能够沿着图像显示屏32的主轴位置前后移动，使得图像显示屏32位于投影透镜34的焦平面上或者位于焦平面的前后位置，使得图像显示屏32的图像投影在视网膜上最清晰。即，可以根据佩戴者角膜屈光度数，根据调节旋钮36手动调节投影透镜34到图像显示屏32的距离，使得图像投影在视网膜效果是最好的。

请参考图3，将光刺激视觉修复设备100戴于人体眼睛上时，图像显示屏32、投影透镜34、眼球屈光系统40和视网膜50处于共轴位置，图像采集装置20采集的前方视野图像信息后，将图像信息做进一步处理后传输给图像投影装置30的图像显示屏32上显示，显示的图像经过投影透镜34后，变为平行光线，并经过人眼的屈光系统40聚焦作用后，汇聚在人眼视网膜50上，激励视网膜50上光敏通道蛋白的表达，从而产生神经信号。光路表征性地画出了三条光束，图中均为示意性质，不表示真实的光学设计参数。

图像采集装置20和图像投影装置30分别和电源连接，电源用于给图像采集装置20和图像投影装置30供电。在其中一个实施例中，电源安装在镜架的镜腿上。可以理解，电源也可以安装在其他地方，只要能给图像采集装置20和图像投影装置30供电即可。

可以理解，图像采集装置20、图像投影装置30和电源的数量均可以为两个。此时，两个图像采集装置20分别安装在镜架前端的两侧，两个图像投影装置分别安装在镜片上，两个电源分别安装在镜架的镜腿上。一个电源对应一个图像采集装置和一个图像采集装置。

提供一实施方式的光刺激视觉成像方法，包括如下步骤：

S10、图像采集装置采集图像信息，并将图像信息处理后传输给图像投影装置。

S20、图像投影装置包括图像显示屏和投影透镜，图像投影装置接收处理后的图像信息，在图像显示屏上生成投影图像，并将投影图像通过投影透镜出射。

S30、从投影透镜出射的光线通过眼球屈光系统后聚焦在眼底视网膜，激励视网膜光感部分产生视觉神经反应，形成图像。

上述光刺激视觉修复设备100和光刺激视觉成像方法，通过图像采集装置20采集前方视野图像，从而转化为电信号，并对图像进一步处理(图像增强、轮廓提取等)，并将图像传输到图像显示屏32，该图像显示屏32发出能够激活光敏通道蛋白的特殊波段，视野前方的图像信息在图像显示屏32上显示，经过投影透镜34后，图像信号进入眼底，并经过人眼的屈光系统后，在人眼视网膜上聚焦，视野图像投影在视网膜上。图像显示屏32上像素点的亮暗代表在视网膜上单点聚焦光强的大小，进而控制视网膜神经层上光敏通道蛋白的通断，从而激活神经细胞，产生视觉神经反应，形成视觉。上述光刺激视觉修复设备100通过图像显示屏32和投影透镜34的配合，解决了眼球视觉调节功能失常和投影聚焦问题，可以很好的发挥光视觉刺激效果。

以上所述实施例仅表达了本发明的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对本发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。因此，本发明专利的保护范围应以所附权利要求为准。