视觉假体中视神经刺激器微电极驱动系统的研究

作     者：王佳 

作者单位：上海交通大学 

学位级别：硕士

导师姓名：任秋实;柴新禹

授予年度：2007年

学科分类：1004[医学-公共卫生与预防医学(可授医学、理学学位)] 10[医学] 

主      题：人工视觉 光幻视 视觉假体 视神经 神经刺激器 微电极驱动系统 

摘      要：据世界卫生组织2002年报告,全球视觉残疾1.4亿,其中4500万为盲人。我国约有550万盲人。致盲的原因有多种,在视觉通路上任何一段:视网膜,视神经,视皮层等的损伤都会导致失明。通过神经电刺激视觉通路中各段可以产生视觉感觉,也被称为光幻视,它能够传递有限但是十分重要的视觉信息,帮助盲人恢复基本视觉。 本篇论文提出一种适用于视神经刺激视觉假体的植入式多通道可编程神经刺激器的系统设计。 本文的研究内容包括:第一,神经电刺激理论的研究:对视神经刺激参数进行需求分析与设计,为视神经刺激器中微电极驱动系统提供设计依据与参数,并建立适用于视神经刺激的模型;第二,可编程神经刺激器的研究:它是视觉假体的核心装置,按照其实现方式不同,在两个层面上提出微电极驱动电路的设计方案——(1)采用模拟集成电路,使用CMOS器件构造微电极驱动电路;(2)采用分立元器件:数字模拟转换集成电路、压流转换集成电路和模拟开关等器件,构成微电极驱动电路。 视神经刺激器能够实现将CMOS摄像机拍摄的图像信息转化为用于有效刺激视神经的电刺激信号,即在数字控制端控制下,微电极驱动系统可以产生多路电荷平衡的双相微电流脉冲,脉冲幅值范围10μA至1 mA,脉冲宽度为20μsec至400μsec,脉冲频率在350 Hz以内。 本研究的创新之处在于采用新的神经电刺激方法,即螺旋袖口式穿刺电极阵列植入视神经位于颅外眶内段的部分。这种刺激方法的主要优点是:(1)避免开颅,可降低手术风险;(2)可以校正视觉通路前端的功能障碍;(3)可以覆盖整个视野范围。主要难点是要研究视觉形成和传导机理及视觉信息编码方式,并通过信号处理实现上述功能。