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电子义眼工作原理,电子眼与义眼有啥区别

    发布时间:2018-12-07 17:11:35   来源:互联网   作者:欧仕达助听器西安中心
“电子眼”即是目前科学家正在积极展开研究的“电子视觉假体”。目前小斌斌可能还无法接受“电子眼”手术。
  据介绍,人体视觉的形成需要有完整的视觉通路,包括眼球的屈光系统、视网膜、视路和大脑视觉中枢。当人们注视外界物体时,物像聚焦在视网膜上,刺激视觉细胞产生电信号,并通过神经纤维传至大脑。因此每个视觉细胞后都有一根神经纤维传入大脑中枢的对应点位。譬如一个杯子的影像,刺激了一片视觉细胞后,会使和它们相连的神经纤维传输电信号,并使对应大脑组织兴奋,通过一系列复杂的生物化学反应,形成杯子的形状、颜色等概念。因此,电信号的产生和传输是视觉形成的基础。理论上,只要能在视网膜、视神经和大脑中枢中选择性地刺激这些点位,就能产生杯子的影像。事实上,视网膜刺激点位是最容易寻找的,而目前还没有任何技术能准确定位视神经纤维或脑皮质细胞与物体影像之间的对应关系,所以在后两者中选择性刺激产生相似影像的想法还很难实现。
  视觉假体是一种光电转换的设备,其工作原理与人工耳蜗相似,即将摄像机代替人工耳蜗的麦克风,当接受外界光刺激后,转换成电信号。同时,它要有选择性刺激的能力,就是只能使与影像对应的神经兴奋并传输电信号,如果一旦刺激不相干神经,可能就无法产生对于物体相似的影像。
  目前,根据视觉假体的植入及刺激部位不同,视觉假体分为视皮层假体、视神经假体、视网膜假体三大类。其中,视网膜假体是近年研究最为活跃的。其通过手术将假体植入视网膜前或视网膜下,直接由芯片感受物像刺激,产生电信号直接刺激对应部位的视觉细胞,沿着原有正常的视觉通路进入大脑产生视觉。因此,刺激的点位越是密集,看到的图像就会越清晰。不过,目前已有成果仅仅能使盲人看见模糊的物体轮廓,离人们所期待的彩色清晰的视觉效果还差非常远。目前,其临床应用上只限于因视网膜外层病变而失明的眼睛,如视网膜色素变性。因此,对于像小斌斌这样的视网膜都已缺失的情况,主要考虑能在未来安装视皮层假体,它主要是通过安装于眼镜上的微型相机取得影像,然后在体外装置转换成无线信号传送到植入头部的电极及芯片,刺激大脑的视觉区域,“看见”物体。但此手术需要开颅,术后有出血和感染风险;同时刺激产生的电压,可能会引起病人疼痛或癫痫发作。而其难点是无法选择性刺激脑部点位产生相似影像,是目前值得关注的一个重要问题。
  另外一种是视神经假体,其通过刺激视神经残端达到产生“视幻觉”的效果。但植入这种假体,仍需进行开颅手术,仍无法解决视觉对应关系,空间分辨率有限,尚存在很多问题需要解决。根据目前研究进展,有科学家预计未来5-10年内可能会有突破性进展。这也是目前小斌斌无法接受“电子眼”手术的原因。

“义眼”美观但无功能

Q 最近一段时间,郑州几家三甲医院的眼科医生们总是被问到类似问题:听说山西被挖眼男孩小斌斌要装“电子眼”了,我的孩子有没有希望?

A 面对病人和家属焦急又渴望的眼神,医生们一脸无奈:“真的对不起,不是我们不想治,技术没到那一步。”

在不少眼科医生看来,现阶段不少普通人对“电子眼”、“义眼”等概念有所混淆,将技术的方向与现有局限混作一谈。

郑州大学附属郑州中心医院眼科主任丁相奇说,“义眼”即假眼,这一技术已经在国内成熟地应用几十年。不过,义眼仅仅是为了改善容貌,没有任何视功能。应用义眼,患者看不见任何东西。因而,临床上往往是单侧眼球丧失的患者会佩戴义眼,以减少对容貌的影响;双目失明者很少也没有必要植入一对假眼。

郑大二附院眼科主任医师王延武说,植入义眼虽不能使其恢复视力,但像小斌斌如果不植入义眼,眼眶处没有填充物时,就很容易导致眼眶、眼睑组织进一步萎缩、塌陷,影响面部容貌。义眼虽是一种假体产品,但当人们由于一些疾病不得不摘除眼球时,医生都会建议采取义眼植入的方式,用来改善外观容貌,不让眼部变形。

“电子眼”还在实验阶段

Q 小斌斌目前接受的义眼植入手术并非此前热传的“电子眼”,那么“电子眼”到底又是何物?

A 郑州大学附属郑州中心医院眼科主任丁相奇告诉记者,“电子眼”的原理简单说就是将芯片(电极)植入大脑视觉皮层,通过外界光刺激后产生影像。“不过,这个影像并非正常人看到的图景,它是极不清晰的,能让患者感觉到天亮与天黑等光感,最好的结果也仅仅是感受到周遭的模糊轮廓。”

记者检索“电子眼”相关学术文献,发现10年前在以色列、美国等地就有相关报道,丁相奇说,但相关技术还不成熟,还有一些并发症、后遗症、使用寿命等关键问题没有攻破,美国食品药品管理局至今都没有批准相关器械应用于临床。

而“电子眼”在学界其实有个更专业的说法是“人工视觉”,它一直吸引着世界上许多国家的科研人员展开科研攻关,希冀着寻找到“人工视力”的奥秘。不过,直到现在,相关技术以及一系列遐想都停留在实验室阶段。

“电子导航仪”让患者“看见”

Q 小斌斌可能要接受的“电子导航仪”有没有可能是一项前所未闻的新突破?“电子导航仪”有没有可能成为失明患者的新福音?

A 眼科医生告诉记者,人们之所以能看见是个十分复杂的过程,并且眼球所含血管与神经十分丰富,很难完整地实施接合,达到完全的解剖对接和功能恢复。目前有各种器官移植,但眼球上仅有角膜移植,眼球移植尚不可能完成。单纯义眼座植入手术和佩戴义眼是比较成熟的技术,在国内县级医院即可完成。

医生们分析,媒体报道的“使用电子导航仪恢复部分行动能力”有几种可能:一种是通过电子传感器,借助远程电脑识别系统,让患者通过语音或电脑成像“看见”周围的画面。另一种可能就是让患者佩戴电子导航仪。

现存主要有两种电子盲人导航仪,分别为前额导盲仪和舌头导盲仪,通过分别植入前额或舌头的小型摄像头摄下眼前画面,这些影像的轮廓将被安置在特殊镜片上的微型电脑处理为线条数据化,并被转化为电子脉冲信号,刺激大脑的“视觉区域”。但患者并非真的看见,而是通过前额的触觉或舌头的味觉,类似于“感觉转移”来感知这些信号,进而感知物体的轮廓。

说得更简单些,它的原理类似于倒车雷达或车载导航仪,它们通过语音让患者“看见”行走路径以及周围的障碍物。


揭开“电子眼”神秘面纱

“电子眼”一直是科学界试图攻克人工视力的难题。从原理上看似乎并不困难,毕竟眼睛工作原理和相机一样,人们能造出相机自然能人造“视力”。

1998年美国能源部牵头组织了数家实力雄厚的国家实验室和大学,共同创建了一个叫做第二视觉Second Sight的公司。它们推出的人造眼名唤“百眼巨人”Argus。这种人造眼通过植入装置,使患者恢复部分视觉。

2002年,第一代百眼巨人的视网膜植入装置只集成了16个电极。也就是说,植入了这种人工眼的6名自愿者只能看到16像素的明暗色块。这会让病人恢复明暗视觉。

2009年7月中旬,第二代百眼巨人获得美国食品与药品监督管理局FDA的认可进入临床试验。二代产品拥有60个电极。这60像素的图案已经能帮助使用者看到光明,分辨基本的形状——比如门在哪里。

目前,拥有200多个像素的第三代产品正在进行临床试验,别小看了这不起眼的200像素,如果它能顺利推广,将能让至少2000万盲人重新拥有辨认亲人面部特征的能力。除此之外,由于这款产品采用的是植入式的芯片的方法,它存在一个长期使用效率下降的问题。

而对于失明人士来说,能否用这些尚在试验阶段的方法改善生活,还是一个需要医生和患者仔细平衡的问题。但是对于失明者这个庞大的群体而言,光明无疑已经出现在了地平线上。
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