ИСКУССТВЕННЫЙ ГЛАЗ Российский патент 2003 года по МПК A61F2/14 

Изобретение относится к области медицины, а именно к созданию искусственного глаза человека для восприятия оптического изображения людьми, потерявшими зрение в результате травмы, но сохранившими зрительный нерв неповрежденным.

Известно устройство для восприятия изображения слепым человеком, содержащее рецепторный узел, соединенный через преобразовательный блок с электромагнитной катушкой с вибратором, причем оно имеет блок оптических преобразований, а рецепторный узел выполнен в виде фотодатчика, жестко связанного с вибратором, при этом фотодатчик оптически связан с блоком оптических преобразований и размещен в его фокальной плоскости /1/.

Недостатком этого устройства является то, что слепой человек не видит оптическое изображение, а воспринимает его, прикасаясь пальцем к колеблющейся поверхности вибратора, не всегда адекватно, т.к. тактильная чувствительность пальцев может меняться во времени в зависимости от физиологического и психологического состояния человека. Кроме того, не определено расположение пальцев относительно поверхности вибратора. Сила прикосновения пальцами к поверхности вибратора также может меняться.

Известен зрительный протез общего пользования для совершенно слепых, основанный на преобразовании оптического изображения в звуковое, в котором оптическое изображение, действуя на фотоэлемент, возбуждает в телефоне разные по высоте и сложности звуки, после зеркала развертки изображения между объективом и фотоэлементом расположены равномерно вращаемый электродвигателем прозрачный диск-модулятор с нанесенными на нем оптическими фонограммами, выполненными на фотоэмульсии в виде концентрических дорожек синусоидальных тонов разной частоты, и неподвижная планка со щелью, ширина которой изменяется от центра диска к его краю в зависимости от длины нанесенных на диске синусоидальных тонов и равна длине периода соответствующей синусоиды в каждом его месте /2/.

Недостатком этого устройства также является то, что человек не видит оптическое изображение, а лишь воспринимает органами слуха преобразованное устройством в звуки оптическое изображение, также полученное устройством.

Прототипом является устройство для восприятия и опознания зрительных образов слепым человеком, содержащее приемную телевизионную систему, электронный блок, блок питания, блок регулирования яркости и контрастности, систему для наблюдения изображения на экране кинескопа, соединительные разъемы и кабели, кроме того, устройство снабжено ячеистой маской, системой датчиков, усилителей, рецепторным узлом, генератором частот, причем ячеистая маска с системой датчиков размещена на экране кинескопа и электрически связана через блок усилителей с рецепторным узлом, установленным на теле человека, выполненным в гибком корпусе и соединенным с генератором частот для воспроизведения изображения любой цветовой гаммы, помимо этого, рецепторный узел снабжен диэлектрическими иглами и элементами крепления и фиксации, диэлектрические иглы рецепторного узла снабжены магнитопроводящим и стаканами для взаимодействия с электромагнитными катушками, одно основание рецепторного узла выполнено заостренным, а другое - тупым, рецепторный узел взаимодействует с телом слепого человека через регулирующие прокладки /3/.

Недостатком данного устройства является низкая эффективность восприятия и опознания зрительных образов слепым человеком, длительность процесса опознания зрительных образов, сложность конструкции, вероятность потери рецепторного узла при порче элементов крепления. Кроме того, человек должен обладать хорошей экстроцептивной чувствительностью и различать прикосновение к коже колющих предметов на расстоянии с шагом до одного миллиметра один от другого.

Цель изобретения - создание искусственного глаза для оптического восприятия изображения людьми, потерявшими зрение в результате травмы, но сохранившими зрительный нерв неповрежденным.

Технический результат изобретения достигается тем, что в зрительном протезе - искусственном глазе - происходит преобразование световых импульсов в электрические сигналы, поступающие в зрительный нерв.

Поставленная цель достигается тем, что в искусственном глазе, содержащем приемную телевизионную систему, рецепторный узел, электронный блок и блок питания, приемная система представляет собой искусственный глаз, содержащий искусственные роговицу, хрусталик и сетчатку, представляющую собой матрицу светочувствительных элементов, находящуюся в фокальной плоскости хрусталика и состоящую, например, из приборов с зарядовой связью (ПЗС) на основе МДП-структур и электрически соединенную с электронным блоком, представляющим собой устройство считывания и преобразования, подсоединенное к источнику питания, а рецепторным узлом является ПЗС-матрица.

Кроме того, источник питания может быть расположен в матрице светочувствительных элементов или под мочкой уха и быть соединенным с устройством считывания и преобразователем с помощью подкожно расположенных проводников.

На чертеже представлено схематическое устройство искусственного глаза человека. Оптическая часть искусственного глаза состоит из роговицы 1 и хрусталика 2. В фокальной плоскости хрусталика 2 расположена искусственная сетчатка 3, которая представляет собой матрицу светочувствительных элементов, выполненную, например, из приборов с зарядовой связью (ПЗС) на основе МДП-структур. Принцип действия этих приборов, основанный на переносе носителей заряда, позволяет осуществлять известными способами преобразование, хранение и переработку информации, представленной плотностью заряда /4, 5/. Электронный блок 4 состоит из устройства 5 считывания и преобразователя 6. МДП-структуры микропроводниками подсоединяются к устройству 5 считывания информации, поступившей на светочувствительный слой искусственной сетчатки 3. Далее эта информация поступает в преобразователь 6, назначение которого преобразовывать информацию в сигналы, которые наиболее приближены к естественным сигналам, поступающим в зрительный нерв от живой сетчатки. Источник питания 7 обеспечивает работу устройства 4 считывания и преобразователя 6. Источник питания может располагаться как автономно, например, под мочкой уха и быть соединенным с блоком считывания и преобразователем с помощью подкожно расположенных проводников, так и в самой матрице-сетчатке в виде вырабатывающих электрический ток фотоэлементов.

Глаз - один из основных органов чувств человека, он выполняет функцию получения и переработки информации об условиях внешней среды. По существу глаз представляет собой измерительное устройство для анализа внешних физических стимулов, а также для оценки эффективности действий, произведенных организмом, т. е. выполняет роль обратной информационной связи организма со средой. Рецепторами в данном случае являются нервные окончания, которые действуют как преобразователь энергии раздражителя в энергию нервного ответа. Нервное волокно может находиться в возбужденном состоянии, когда есть потенциал действия (ПД), и невозбужденном - ПД отсутствует. Таким образом, в нервной системе имеется дискретная двоичная система кодирования информации. Как показывают эксперименты, информация в нервной системе кодируется не последовательностью ПД, как в цифровых машинах, а частотой появления ПД, которая пропорциональна логарифму величины действующего раздражителя /6/.

С учетом сказанного, в предлагаемом устройстве, искусственном глазе, считывание и преобразование поступающей извне информации осуществляется на принципах дискретной обработки сигналов.

Устройство работает следующим образом.

Световые лучи проходят через искусственные роговицу 1 и хрусталик 2 и создают изображение на искусственной сетчатке 3. Кванты света вызывают появление на светочувствительной матрице-сетчатке 3, состоящей из ПЗС на основе МДП-структур, электрических зарядов, величина которых зависит от освещенности. Эти электрические заряды преобразуются в электрические импульсы в устройстве считывания 5, а затем поступают в преобразователь 6, в котором информация преобразуется в сигналы, наиболее приближенные к естественным. Связь со зрительным нервом осуществляется проводниками, оканчивающимися электродами в виде, например, кольцеобразных зажимов, подсоединенных к зрительным нервам. Дальше информация передается в зрительные отделы головного мозга.

Современные достижения микроэлектроники, нейрофизиологии, биотехнологии, а также способность мозга к адаптации говорят в пользу того, что предложенный искусственный глаз поможет адекватно сформировать зрительный образ в соответствии с информацией, поступающей в искусственный глаз на его искусственную сетчатку - светочувствительную матрицу.

Источники информации
1. Авт. св. СССР 955920, МКИ A 61 F 9/08 - аналог.

2. Авт. св. СССР 151060, G 09 B 21/00, A 61 F 9/08 - аналог.

3. Пат. РФ 2057504, МПК А 61 F 9/08 - прототип.

4. Ефремов И.Е., Козырь И.Я., Горбунов Ю.И. Микроэлектроника. Проектирование, виды микросхем, функциональная микроэлектроника. Учебное пособие для вузов.//М., Высшая школа, 1987, с.141-147.

5. Наука и жизнь, 1980, 7, с.30-32.

6. Губанов Н. И., Утепбергенов А.А. Медицинская биофизика.// М., Медицина, 1978, с.283-286.

Изобретение относится к медицине, а именно к созданию искусственного глаза человека для оптического восприятия изображения людьми, потерявшими зрение в результате травмы, но сохранившими зрительный нерв неповрежденным. Искусственный глаз содержит герметично соединенные искусственные роговицу, хрусталик и сетчатку. Сетчатка представляет собой матрицу светочувствительных элементов, находящуюся в фокальной плоскости хрусталика и состоящую, например, из приборов с зарядовой связью (ПЗС) на основе МДП-структур. Матрица светочувствительных элементов электрически соединена с устройством считывания и преобразователем, которые подсоединены к источнику питания и являются одновременно рецепторным узлом, куда подается информация с преобразователя. 2 з.п. ф-лы, 1 ил.

1. Искусственный глаз, содержащий приемную систему, рецепторный узел, электронный блок и блок питания, отличающийся тем, что приемная система представляет собой искусственный глаз, содержащий искусственные роговицу, хрусталик и сетчатку, представляющую собой матрицу светочувствительных элементов, находящуюся в фокальной плоскости хрусталика, состоящую, например, из приборов с зарядовой связью (ПЗС) на основе МДП-структур и электрически соединенную с электронным блоком, представляющим собой устройство считывания и преобразования, подключенное к источнику питания, а рецепторным узлом является ПЗС-матрица. 2. Искусственный глаз, по п.1, отличающийся тем, что источник питания расположен в матрице светочувствительных элементов. 3. Искусственный глаз, по п.1, отличающийся тем, что источник питания расположен под мочкой уха и соединен с устройством считывания и преобразования с помощью подкожно расположенных проводников.