基于新型光電材料,EPFL帶來無線人造視網膜方案

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關于AR隱形眼鏡,青亭網曾報道過Mojo Viosion、InWith、Innovega等,我們了解到,這是一個在生物學和前沿科技融合的尖端應用場景,雖然距離臨床應用還有一段距離,但未來的趨勢仍然難以阻擋,尤其是在幫助解決視力方面的問題。

Mojo Vision上個月公布最新路線圖,得知AR隱形眼鏡初期目標用戶就是視障群體,核心功能之一是增強物體邊緣等多種功能,從而讓弱視患者可以更好的理解周圍環境。

EPFL帶來無線人造視網膜1108x622

同樣是專注在解決視力問題,近期另一項來自瑞士洛桑聯邦理工學院(簡稱:EPFL)的基于人工視網膜的研究公布。這項方案之所以值得關注,是因為它目的同樣是解決視力障礙問題,但是專注在恢復盲人(視力完全消失或接近消失)的視力。而其它隱形AR眼鏡通過增強顯示效果,主要面向具備一定視覺能力的弱視或相關視力障礙群體。

新型無線人工視網膜誕生

據外媒數據,全世界有約3200萬人是盲人,其中有200-400萬盲人屬于視網膜中感光細胞缺失導致。這種類型的失明用戶,最有潛力的治療方式就是人工視網膜植入。然而,目前人工視網膜效果比較差,法律上這些人依然會被認為是盲人。

和傳統的人工視網膜相比,EPFL的方案明顯不同,后者最大的特點在于采用了“光電材料”。EPFL美敦力神經工程學院主席Diego Ghezzi一直致力于此方面的研究,他表示:為了保證日常生活,人工視網膜視場角至少要40度,而現有產品往往在20度左右。

EPFL帶來無線人造視網膜1108x622 (1)

神經工程學院提出了一種創新的無線人工視網膜植入體,其基于高柔韌性的材料制成,同時包含了光伏像素/光電材料(photovoltaic pixels),號稱可提供46度視場角、更大的分辨率。目前,該研究已經發表在《Nature Communications》期刊。

1,傳統人工視網膜原理

據悉,傳統人工視網膜采用了外部攝像頭(通常在眼鏡上)捕捉畫面,然后通過一臺微型計算機進行數據處理轉換為電信號,通過無線或有線方案發送給一系列微電子部件(人工視網膜假體)。

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傳統人工視網膜原理

這里面存在一個比較麻煩的問題,就是電路設計,而且采用有線傳輸方案,這對手術和日后生活會帶來不便。

  • 1,內部微電子部件需要供電;
  • 2,外部攝像頭捕捉的光信號,轉換為電信號并傳送回內部人工視網膜。

2,EPFL無線人工視網膜方案

EPFL的方案和傳統方案類似,均由外置相機、眼鏡、內置的植入物組成。但是,該方案采用無線設計,并且表面積更大,意味著可以大幅提升使用者的體驗,而更大的圖像尺寸也有助于更好的理解外部環境。

據了解,此前國內美國桑地亞國家實驗室、南京大學化學化工學院沈群東教授也公布過采用納米電池或光電材料的方案。

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EPFL美敦力神經工程學院科學家Laura Ferlauto表示:現有的人工視網膜只能刺激視網膜中間的部分細胞。據悉,通過擴大視網膜像素數量,有助于提高畫面的清晰程度。

光電材料、無線傳輸

EPFL的方案優勢在于:采用了全新的“光電材料”,簡單來說就是人工視網膜自身會產生電流,不再需要單獨供電;同時,占用空間更少,從而提高視覺靈敏度和視場角。

和傳統人工視網膜方案的電極方案不同,光伏像素方案中,相機捕捉的光不再轉換為電信號,相反還需要進行放大處理,方便進行檢測。

EPFL帶來無線人造視網膜implant-pixels

佩戴者看到的是一幅簡化的黑白圖像,因為這些圖像是由一系列光點組成,佩戴者必須理解這些光點,從而分析形狀以及物體。EPFL人工視網膜內置光點從2300個提高到10500個,也意味著約等于100×100像素規格,這種規模放到視網膜上清晰度并不高。

Diego Ghezzi表示:佩戴者看到的圖像和我們夜晚觀看星空(星座)有點類似,但是該方案目前仍未進行人體測試,醫療審批需要很長時間,另外也并不確定現有產品規格是否可以看清楚畫面。

因此,EPFL轉而采用了一套VR虛擬測試系統,該系統可以模擬佩戴者看到的圖像,然后進行分析與后續優化。

EPFL帶來無線人造視網膜phosphors-1 EPFL帶來無線人造視網膜Figure 7

根據EPFL的虛擬測試系統來看,人工視網膜最重要的因素是視場角的大小,如果視場角比較小,即便圖像很清晰,但分辨起來仍然更為困難。因此,大的視場角即便圖像清晰度略低,大腦人仍可以通過強大的分析能力、從稀疏的圖像中分析物體邊緣和運動中的物體等。

通過VR測試系統初步驗證,人工視網膜在理論上較為合理,而且相比傳統有線人工視網膜方案優勢更大,但距離廣泛應用仍然有很長時間。

參考:EFPLTechCrunch

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