基于新型光电材料,EPFL带来无线人造视网膜方案

基于新型光电材料,EPFL带来无线人造视网膜方案
2021年09月17日 17:45 青亭网

关于AR隐形眼镜,青亭网曾报道过Mojo Viosion、InWith、Innovega等,我们了解到,这是一个在生物学和前沿科技融合的尖端应用场景,虽然距离临床应用还有一段距离,但未来的趋势仍然难以阻挡,尤其是在帮助解决视力方面的问题。

Mojo Vision上个月公布最新路线图,得知AR隐形眼镜初期目标用户就是视障群体,核心功能之一是增强物体边缘等多种功能,从而让弱视患者可以更好的理解周围环境。

同样是专注在解决视力问题,近期另一项来自瑞士洛桑联邦理工学院(简称:EPFL)的基于人工视网膜的研究公布。这项方案之所以值得关注,是因为它目的同样是解决视力障碍问题,但是专注在恢复盲人(视力完全消失或接近消失)的视力。而其它隐形AR眼镜通过增强显示效果,主要面向具备一定视觉能力的弱视或相关视力障碍群体。

新型无线人工视网膜诞生

据外媒数据,全世界有约3200万人是盲人,其中有200-400万盲人属于视网膜中感光细胞缺失导致。这种类型的失明用户,最有潜力的治疗方式就是人工视网膜植入。然而,目前人工视网膜效果比较差,法律上这些人依然会被认为是盲人。

和传统的人工视网膜相比,EPFL的方案明显不同,后者最大的特点在于采用了“光电材料”。EPFL美敦力神经工程学院主席Diego Ghezzi一直致力于此方面的研究,他表示:为了保证日常生活,人工视网膜视场角至少要40度,而现有产品往往在20度左右。

神经工程学院提出了一种创新的无线人工视网膜植入体,其基于高柔韧性的材料制成,同时包含了光伏像素/光电材料(photovoltaic pixels),号称可提供46度视场角、更大的分辨率。目前,该研究已经发表在《Nature Communications》期刊。

1,传统人工视网膜原理

据悉,传统人工视网膜采用了外部摄像头(通常在眼镜上)捕捉画面,然后通过一台微型计算机进行数据处理转换为电信号,通过无线或有线方案发送给一系列微电子部件(人工视网膜假体)。

传统人工视网膜原理

这里面存在一个比较麻烦的问题,就是电路设计,而且采用有线传输方案,这对手术和日后生活会带来不便。

  • 1,内部微电子部件需要供电;

  • 2,外部摄像头捕捉的光信号,转换为电信号并传送回内部人工视网膜。

2,EPFL无线人工视网膜方案

EPFL的方案和传统方案类似,均由外置相机、眼镜、内置的植入物组成。但是,该方案采用无线设计,并且表面积更大,意味着可以大幅提升使用者的体验,而更大的图像尺寸也有助于更好的理解外部环境。

据了解,此前国内美国桑地亚国家实验室、南京大学化学化工学院沈群东教授也公布过采用纳米电池或光电材料的方案。

EPFL美敦力神经工程学院科学家Laura Ferlauto表示:现有的人工视网膜只能刺激视网膜中间的部分细胞。据悉,通过扩大视网膜像素数量,有助于提高画面的清晰程度。

光电材料、无线传输

EPFL的方案优势在于:采用了全新的“光电材料”,简单来说就是人工视网膜自身会产生电流,不再需要单独供电;同时,占用空间更少,从而提高视觉灵敏度和视场角。

和传统人工视网膜方案的电极方案不同,光伏像素方案中,相机捕捉的光不再转换为电信号,相反还需要进行放大处理,方便进行检测。

佩戴者看到的是一幅简化的黑白图像,因为这些图像是由一系列光点组成,佩戴者必须理解这些光点,从而分析形状以及物体。EPFL人工视网膜内置光点从2300个提高到10500个,也意味着约等于100×100像素规格,这种规模放到视网膜上清晰度并不高。

Diego Ghezzi表示:佩戴者看到的图像和我们夜晚观看星空(星座)有点类似,但是该方案目前仍未进行人体测试,医疗审批需要很长时间,另外也并不确定现有产品规格是否可以看清楚画面。

因此,EPFL转而采用了一套VR虚拟测试系统,该系统可以模拟佩戴者看到的图像,然后进行分析与后续优化。

根据EPFL的虚拟测试系统来看,人工视网膜最重要的因素是视场角的大小,如果视场角比较小,即便图像很清晰,但分辨起来仍然更为困难。因此,大的视场角即便图像清晰度略低,大脑人仍可以通过强大的分析能力、从稀疏的图像中分析物体边缘和运动中的物体等。

通过VR测试系统初步验证,人工视网膜在理论上较为合理,而且相比传统有线人工视网膜方案优势更大,但距离广泛应用仍然有很长时间。

参考:EFPLTechCrunch

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