一种人工视网膜及其制造方法与流程

1.本发明涉及视觉恢复技术领域，具体为一种利用超声的发射和接收来判断障碍物的方位，同时利用红外探测的方法来对物体成像的视觉神经刺激的人工视网膜及其制造方法。


背景技术：

2.目前，出现视觉功能障碍者的一大诱因即为眼睛视网膜的感光细胞发生病变导致损坏，而视神经的电信号传输通道并未损坏，可以利用与人体神经系统相匹配的电信号对视神经进行刺激，让大脑能够接收到信号并认为眼睛依然在正常工作，这样就可以使得视觉功能障碍者基于接收到的电信号产生等效的视觉，进而使得视觉功能障碍者恢复部分的视力，产生电信号的装置通常被称为人工视网膜。
3.人工视网膜大致分为两类，一类为基于体外的图像采集装置进行图像采集，然后将采集的图像转化为电信号，供视神经传输给大脑；另一类为采用视觉采集芯片的方式，对于视觉功能障碍者用视觉采集芯片电流刺激依然完好的神经,让大脑能够接收到信号并认为感官依然在正常工作，图像转换为电信号，并通过植入体内的电极将其传送到神经节细胞，从而在大脑中重建视觉。然而现有的视觉神经刺激的芯片装置都过于复杂，集成度低，制作难度较大，且芯片刺激成像的分辨率不高，也无法对目标方位进行准确的判定。
4.由此，目前需要有一种有效的视觉神经的电流刺激的方案来解决现有技术中的问题。


技术实现要素：

5.本发明提供一种人工视网膜及其制造方法，通过超声的发射和接收及对红外线的探测实现对障碍物的方位、距离的判定及成像，最终将接收的超声波和红外信号转化为电信号传输至神经节细胞实现超声与红外的同步成像，通过至少可以解决现有技术中存在的集成度低，制作难度较大，且芯片刺激成像的分辨率不高，也无法对目标方位进行准确的判定等问题。
6.为解决上述技术问题，根据本发明的一个方面，本发明提供了如下技术方案：
7.一种人工视网膜，其特征在于，人工视网膜包括超声阵列模块、红外像元阵列、衬底、信号处理模块，超声阵列模块包括多个超声单元，红外像元阵列包括多个红外探测单元。
8.进一步地，所述超声阵列模块用于发射和接收超声波。
9.进一步地，所述超声单元包括顶电极、底电极和中间的压电层。
10.进一步地，对超声阵列模块的一部分超声单元施加电场，当通过所述顶电极和所述底电极在电介质的极化方向上施加电场时，所述压电层会发生机械变形，从而发射超声波。
11.进一步地，当超声阵列模块的另一部分超声单元接收到超声波时，由于力的作用
而变形时，其内部会产生极化现象，同时在它的两个相对表面上出现正负相反的电荷，产生电信号以向外传输。
12.进一步地，所述红外探测单元包括光学系统、红外探测器、光机扫描机构和分光探测器，所述光机扫描机构在所述光学系统和所述红外探测器之间，所述光机扫描机构对被测物体的红外辐射能量进行扫描，并聚焦在所述分光探测器上，由所述分光探测器将聚焦的红外辐射能量转换成电信号以向外传输。其中分光探测器也可用单元探测器进行替代。
13.进一步地，在接收到电信号后，所述信号处理模块将电信号进行滤波、放大、传输、读取、分析。
14.进一步地，电学触点通过衬底后端连接到视神经，电信号经过所述信号处理模块处理后通过视神经传输到大脑相关功能区域的神经节细胞，从而在大脑中重建视觉，感知物体的大致方位，并对物体进行成像。
15.进一步地，所述衬底具有更接近组织的杨氏模量，具有良好的生物相容性和环境友好性，为所述超声阵列模块和所述红外像元阵列在眼部组织表面的贴合提供了有力的支撑。
16.为解决上述技术问题，根据本发明的一个方面，本发明提供了如下技术方案：
17.一种人工视网膜的制造方法，依次包括以下的步骤：通过mems工艺加工所述超声阵列模块及所述红外像元阵列，最终的所述超声阵列模块和所述红外像元阵列集成在衬底结构上，并在衬底后端布设电学触点，得到人工视网膜。这种制造方法制作难度较小，易于生产，且制作成本相对较低。
18.本发明的有益效果如下：本技术提供一种基于超声和红外探测的人工视网膜及其制造方法，利用逆压电-压电效应实现超声的发射和接收，并对红外辐射能量的探测实现对障碍物的方位、距离的判定及成像，最终将接收的超声波和红外辐射能量信号转化为电信号传输至神经节细胞，从而在大脑中重建视觉，基于超声和红外的同步成像，对障碍物的方位、距离的判定及成像，使得成像的像素增多，进而提高了成像的分辨率，为视觉功能障碍的患者提供便利，且基于mems工艺和具有接近眼部组织杨氏模量的衬底的人工视网膜制造方式，大大降低了制造难度，提高了制造效率，也降低了制造成本。
附图说明
19.为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图示出的结构获得其他的附图。
20.图1为本发明超声人工视网膜结构示意图；
21.图2为本发明超声单元及红外探测单元结构示意图。
22.附图标号说明：
23.1-超声单元，2-红外探测单元，3-衬底，4-信号处理模块。
24.本发明目的的实现、功能特点及优点将结合实施例，参照附图做进一步说明。
具体实施方式
25.下面将结合实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明的一部分实施例，而不是全部的实施例。
26.通常在此处附图中描述和示出的本发明实施例的组件可以以各种不同的配置来布置和设计。因此，以下对在附图中提供的本发明的实施例的详细描述并非旨在限制要求保护的本发明的范围，而是仅仅表示本发明的选定实施例。基于本发明的实施例，本领域技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
27.通常在此处附图中描述和示出的本发明实施例的组件可以以各种不同的配置来布置和设计。因此，以下对在附图中提供的本发明的实施例的详细描述并非旨在限制要求保护的本发明的范围，而是仅仅表示本发明的选定实施例。基于本发明的实施例，本领域技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围；若本发明实施例中有涉及方向性指示(诸如上、下、左、右、前、后
……
)，则该方向性指示仅用于解释在某一特定姿态(如附图所示)下各部件之间的相对位置关系、运动情况等，如果该特定姿态发生改变时，则该方向性指示也相应地随之改变。
28.另外，若本发明实施例中有涉及“第一”、“第二”等的描述，则该“第一”、“第二”等的描述仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示其相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括至少一个该特征。另外，各个实施例之间的技术方案可以相互结合，但是必须是以本领域普通技术人员能够实现为基础，当技术方案的结合出现相互矛盾或无法实现时应当认为这种技术方案的结合不存在，也不在本发明要求的保护范围之内。
29.采用视觉采集芯片的方式，对于视觉功能障碍者用视觉采集芯片电流刺激依然完好的神经,让大脑能够接收到信号并认为感官依然在正常工作，图像转换为电信号，并通过植入体内的电极将其传送到神经节细胞，从而在大脑中重建视觉。然而现有的视觉神经刺激的芯片装置都过于复杂，集成度低，制作难度较大，且芯片刺激成像的分辨率不高，也无法对目标方位进行准确的判定，因此本技术采用以下的实施例中的一种来解决以往视觉采集芯片所存在的问题。
30.实施例1
31.在本实施例中，如图1-图2所示，本发明提供一种人工视网膜包括超声阵列模块、红外像元阵列、衬底3、信号处理模块4，超声阵列模块包括多个超声单元1，红外像元阵列包括多个红外探测单元2；所述超声阵列模块用于发射和接收超声波；所述超声单元1包括顶电极、底电极和中间的压电层。利用逆压电-压电效应，实现声波的发射和接收。
32.声波的发射和接收过程为：对超声阵列模块的一部分超声单元施加电场，当通过所述顶电极和所述底电极在电介质的极化方向上施加电场时，所述压电层会发生机械变形，从而发射超声波。当超声阵列模块的另一部分超声单元接收到超声波时，由于力的作用而变形时，其内部会产生极化现象，同时在它的两个相对表面上出现正负相反的电荷，产生电信号以向外传输。
33.红外辐射能量的采集过程为：所述红外探测单元2包括光学系统、红外探测器、光机扫描机构和分光探测器，所述光机扫描机构在所述光学系统和所述红外探测器之间，所
述光机扫描机构对被测物体的红外辐射能量进行扫描，并聚焦在所述分光探测器上，由所述分光探测器将聚焦的红外辐射能量转换成电信号以向外传输。
34.为了得到视觉神经可识别的电信号，所述信号处理模块4在接收到超声波和红外的电信号后，对电信号进行滤波、放大、传输、读取、分析。以使得处理后的电信号与感光细胞产生的电信号更加接近。
35.为了方便视觉障碍人群的使用，采用以下的方式进行制造人工视网膜，所述衬底具有更接近组织的杨氏模量，具有良好的生物相容性和环境友好性，为所述超声阵列模块和所述红外像元阵列在眼部组织表面的贴合提供了有力的支撑。
36.电学触点通过衬底3后端连接到视神经，电信号经过所述信号处理模块4处理后通过视神经传输到大脑相关功能区域的神经节细胞，从而在大脑中重建视觉，感知物体的大致方位，并对物体进行成像。
37.为了进一步地降低人工视网膜的制造难度和成本，制造人工视网膜依次包括以下的步骤：通过mems工艺加工所述超声阵列模块及所述红外像元阵列，最终的所述超声阵列模块和所述红外像元阵列集成在衬底结构上，并在衬底后端布设电学触点。
38.实施例2
39.在本实施例中，本发明提供一种人工视网膜包括超声阵列模块、红外像元阵列、衬底3、信号处理模块4，超声阵列模块包括多个超声单元1，红外像元阵列包括多个红外探测单元2；所述超声阵列模块用于发射和接收超声波；所述超声单元1包括顶电极、底电极和中间的压电层。利用逆压电-压电效应，实现超声波的发射和接收。红外像元阵列用于接收外界物体的红外辐射能量并产生相应的电信号
40.声波的发射和接收过程为：对超声阵列模块的一部分超声单元施加电场，当通过所述顶电极和所述底电极在电介质的极化方向上施加电场时，所述压电层会发生机械变形，从而发射超声波。当超声阵列模块的另一部分超声单元接收到超声波时，由于力的作用而变形时，其内部会产生极化现象，同时在它的两个相对表面上出现正负相反的电荷，产生电信号以向外传输。
41.为了得到视觉神经可识别的电信号，所述信号处理模块4在接收到超声波和红外的电信号后，对电信号进行滤波、放大、传输、读取、分析。以使得处理后的电信号与感光细胞产生的电信号更加接近。将处理后的电信号传输至神经节细胞，从而在大脑中重建视觉，为视觉功能障碍的患者提供便利。
42.电信号传输的方式如下：所述衬底具有更接近组织的杨氏模量，具有良好的生物相容性和环境友好性，为所述超声阵列模块和所述红外像元阵列在眼部组织表面的贴合提供了有力的支撑。
43.电学触点通过衬底3后端连接到视神经，电信号经过所述信号处理模块4处理后通过视神经传输到大脑相关功能区域的神经节细胞，从而在大脑中重建视觉，感知物体的大致方位，并对物体进行成像。
44.实施例3
45.在本实施例中，本发明提供一种人工视网膜包括超声阵列模块、红外像元阵列、衬底3、信号处理模块4，超声阵列模块包括多个超声单元1，红外像元阵列包括多个红外探测单元2；所述超声阵列模块用于发射和接收超声波。外辐射能量的采集过程为：所述红外探
测单元2包括光学系统、红外探测器、光机扫描机构和分光探测器，所述光机扫描机构在所述光学系统和所述红外探测器之间，所述光机扫描机构对被测物体的红外辐射能量进行扫描，并聚焦在所述分光探测器上，由所述分光探测器将聚焦的红外辐射能量转换成电信号以向外传输。
46.为了得到视觉神经可识别的电信号，所述信号处理模块4在接收到超声波和红外的电信号后，对电信号进行滤波、放大、传输、读取、分析。以使得处理后的电信号与感光细胞产生的电信号更加接近。
47.电信号传输的方式如下：所述衬底具有更接近组织的杨氏模量，具有良好的生物相容性和环境友好性，为所述超声阵列模块和所述红外像元阵列在眼部组织表面的贴合提供了有力的支撑。
48.电学触点通过衬底3后端连接到视神经，电信号经过所述信号处理模块4处理后通过视神经传输到大脑相关功能区域的神经节细胞，从而在大脑中重建视觉，感知物体的大致方位，并对物体进行成像。
49.以上所述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，凡是在本发明的发明构思下，利用本发明说明书内容所作的等效结构变换，或直接/间接运用在其他相关的技术领域均包括在本发明的专利保护范围内。