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人工视觉正在迈出第三步

来源:华商报
摘要:综合9月以来关于小斌斌眼科手术的报道,“电子眼”、“义眼”是两大关键词。9月2日,有媒体报道称,香港眼科专家林顺潮表示,被挖去眼球的6岁山西男童小斌斌有机会通过“电子眼”恢复视力。9月10日,小斌斌在深圳希玛林顺潮眼科医院进行手术,印度籍主刀医生范若思、主治医生林顺潮等医护人员为小斌斌双眼植入义眼球,约......

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山西被挖眼男童小斌斌的“光明”之路牵动着很多人的心。综合9月以来关于小斌斌眼科手术的报道,“电子眼”、“义眼”是两大关键词。 

  9月2日,有媒体报道称,香港眼科专家林顺潮表示,被挖去眼球的6岁山西男童小斌斌有机会通过“电子眼”恢复视力。随后又有报道称,小斌斌准备接受植入义眼手术,并将尝试使用电子导航仪恢复部分行动能力。9月10日,小斌斌在深圳希玛林顺潮眼科医院进行手术,印度籍主刀医生范若思、主治医生林顺潮等医护人员为小斌斌双眼植入义眼球,约一个月后植入“义眼片”,希望两至三个月后使用“电子眼”,将电子讯号传至脑部,有机会可以让他自己走路,希望小斌斌在自己的心理调节下顽强地生活,直到再次“看到”世界的那一天。 

  值得注意的是,这里的“看到”是打引号的,因为只能“看清”事物的轮廓。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。那到底什么是义眼?安装义眼会不会就恢复光明了?电子眼又是什么?为什么现在的小斌斌不适合安装电子眼?我们不妨听听专家的说法。 

  目前的电子眼只能让患者区分光影 

  ——本报连线美国加州第二视力医学产品公司开发部副主席布莱恩·麦赫 

  山西男孩小斌斌被残忍挖眼一事牵动着全国人民的心,而近来病情控制,并被送往深圳接收义眼球植入手术的顺利进展也让大家松了口气。据媒体称,免费为小斌斌治疗的香港眼科专家林顺潮表示,斌斌失去眼球,但仍有机会通过“电子眼”恢复视力。 

  真有这样的电子眼能帮助失去眼球的患者重见光明?这种装置如何工作,在世界范围内的使用面如何?为此,本报连线美国加州第二视力医学产品公司开发部副主席布莱恩·麦赫先生所在的公司已顺利开发并使用世界首款仿生电子眼“阿格斯二代”(ArgusⅡ),可以使失明患者区分物体的光影并“看清”物体的轮廓,该仿生眼已在美国和欧洲获得良好效果。 

  【有些患者也可以看见外面世界的真实色彩】 

  华商报:据悉,“阿格斯二代”是全球首个投放市场的仿生电子眼,那么这种仿生电子眼到底是一种什么样的设备?是否真能让盲人重见光明? 

  布莱恩·麦赫:仿生电子眼实际上是一种视网膜仿真系统,采用人造视网膜技术,来改善失明患者的视力,“阿格斯二代”就是我公司开发的这么一款产品。非常幸运,两年前,欧洲就已经批准使用“阿格斯二代”来植入人眼,而今年2月,该仿生电子眼也获得美国食品和药物管理局(FDA)的批准,成为首款仿生视觉系统医疗器械。这种电子眼虽然无法让失明患者重新见到彩色的世界,但是可以让他们区分光与影,能“看清”事物的轮廓。但随着患者视力渐渐恢复,有些患者确实声称已经可以看到外界事物的真实色彩。从我们的临床试验和患者的反馈来看,该电子眼确实奏效,在美国和欧洲已经成功的30个临床实验就证明了这一点。 

  【眼镜、摄像头、微处理器三者配合,使大脑感知信号】 

  华商报:仿生电子眼具体由哪些部件组成,其工作原理是什么?布莱恩·麦赫:仿生电子眼或许被称作仿生电子系统更合适,因为它不仅仅是一个“眼睛”这么简单,它拥有眼镜、微摄像头、微处理器三个部件。简单来说,仿生电子眼的使用者将佩戴一个影像处理器,将眼镜的摄像机拍摄到的影像转变为60位像素的视觉信息,而后信息被无线传输至仿生眼植入物,眼球后部的60个埋藏电极就能够刺激视网膜细胞,将脉冲通过神经传入大脑。 

  【设备价格十分昂贵,暂时也未能投放中国市场】 

  华商报:临床效果良好的仿生电子眼能否治愈小斌斌,在全球的使用情况是怎样的呢? 

  布莱恩·麦赫:虽然仿生电子眼能够让失明患者区分光影、“看清”轮廓,但是使用仿生电子眼需要一个前提,即患者需要具有从视网膜到大脑的视神经功能以及一些完整的视网膜细胞。遗憾的是,这个仿生电子眼不能帮助小斌斌恢复视力,因为据我所知,小斌斌已经失去眼球,失去了仿生眼进行视觉刺激的视网膜,以目前仿生电子眼的水平来看暂时无法帮助他恢复视力。但我们正在研究一种视皮层假体,通过这个假体我们就可以达到刺激视觉皮层的效果,来看看是否能够帮助到他。 

  作为世界上首款获得批准的仿生视觉系统医疗产品,我们确实希望“阿格斯二代”能走进世界各国患者的家里,帮他们恢复视力。但是,这种设备价格十分昂贵,在美国,治疗的费用约为15万美元(约为91.7万元人民币),这还不包括手术和培训的费用。而且我们又仅仅是一家规模较小的企业,因此在市场投放方面不得不做出优先选择,即先投入经济比较发达的美国、欧盟地区和一些中东国家,极高的价格使这个产品打入中国市场现在还存在困难。 

  对于中国市场,我们目前没有进入的计划,但这态势可能会变。这个设备可以帮助那些罹患外部视网膜恶化的病人,比如色素性视网膜炎患者。我们还在计划进行进一步的实验,希望未来还能帮助黄斑点退化的患者。 

  本报记者程垚 

  哪些人群适合做义眼手术? 

  美国费城威尔士眼科医院研究员、眼科医学博士范若思介绍,义眼适合于任何由于各种原因而失去了眼球的患者,例如因为患有眼肿瘤而需要摘除眼球的患者,义眼可缓解眼肿瘤患者受损眼球的痛楚、减低感染的风险,同时起到美容的作用;某些情况下,义眼可以和受损的眼球同时存在,无需摘除真的眼球。有些婴儿先天没有眼球,或者眼球发育不良,没有正常形成。这种情况下,义眼必须植入眼眶,以刺激眼眶的正常发育。 

  电子眼只是低端电子视觉假体 

  ——专访西安交大医学院第一附属医院眼科张小玲教授 

  从小斌斌失去眼球,到有医院免费为小斌斌植入义眼,再到以后很可能装上电子导盲仪,好消息不断。我们在感慨小斌斌有望恢复视觉的同时,也存在这样的困惑,义眼、电子导盲仪和电子眼各自是什么,他们之间存不存在某种联系?西安交大医学院第一附属医院眼科张小玲教授为我们做一个科普。 

  【义眼只是“假肢”,恢复视力需要借助人工视觉】 

  华商报:义眼到底是什么,到底什么设备能帮助盲人恢复视觉? 

  张小玲:义眼实际上只是一种“假肢”,和假腿、假臂属同类概念。但和假腿、假臂不同的是,义眼并不具备视觉功能,不像假腿假肢能够起到支撑的作用,它仅仅是一种弥补面部缺陷的补救措施。如果因为种种原因失去眼球(如严重外伤或严重眼疾摘除眼球),这时候必须要用义眼进行填充,支撑眼眶。同时,制作逼真的假眼还能使患者看起来和正常人相似,从而在心理上对患者起到慰藉的作用。但是,如果眼盲,甚至失去眼球后想恢复视力,必须通过人工视觉来完成,人工视觉是指用人工的方法在视路的不同部位植入不同的视觉假体,由植入的假体接收外界光信息后,转换成生物电信号,刺激大脑产生视觉功能。即植入视觉假体来恢复一定的视力。 

  【视觉假体若研发成功,能使人恢复一定的视力】 

  华商报:您提到视觉假体,这些假体都是什么呢? 

  张小玲:视觉假体实际上是电子装置(也可说成电脑芯片)。人眼能够看得见东西,主要依靠健康的眼球(主要为视网膜组织)、视神经和视皮质正常结构与功能。根据视觉假体植入的刺激部位分为:视网膜假体、视神经假体和视皮层假体。 

  我们首先要了解视觉形成的原理。 

  首先,外界光线进入人眼,被视网膜神经感觉细胞接收(视网膜是神经组织,是大脑向外的延伸,损伤后不可再生),然后将光刺激转化成生物电信号,再由“视路”(即视神经)传入大脑皮层的视中枢,由中枢整合信号形成图像。 

  从这个过程我们知道,视觉的产生依赖于三大组织器官:眼球(主要为视网膜)、视神经、视皮层,其中任何一个组织受损都可能导致人失明。因此如果想恢复视觉,就必须研发出能代替这三种组织的假体,即视皮层假体、视网膜假体和视神经假体。即便人失去眼球,只要保证能研发出相应的假体,在不同的位置植入视觉假体,来替代原有的自然组织的功能,则依旧能恢复一定的视力。 

  【导盲仪、电子眼都只是低端的电子视觉假体】 

  华商报:那么世界上视觉假体的研发和使用情况如何? 

  张小玲:迄今为止,在全球范围内,高端的视觉假体(以上三类假体都是这样的状况)还在研制中,目前在世界上使用的仿生电子眼、电子导盲仪等仪器其实都只是低端的电子视觉假体,且价格昂贵。 

  电子导盲仪主要是应用超声波原理,像蝙蝠一样,发送和接收超声波,使用者通过简单的学习,透过声波避开身边的障碍物,甚至可以区分人与物。可在5米探测到障碍物。这个先进的检测,不仅使盲人可以避开障碍,还可以提供空间信息识别当前环境。目前市面上有两种:美国研发的舌尖导盲仪,和日本研发的前额导盲仪。 

  视觉假体的研发还有很长的路要走,目前视网膜假体已在美国批准用于临床研究,并有数例患者接受了假体植入,所有患者均有不同程度的视力改善,然而远期效果尚在观察中在我国情况也是如此。 

  本报记者程垚 

  研发历程 

  电子眼还在试验阶段 

  就目前的水平来看,就算给小斌斌植入“电子眼”,也只能看到光明、分辨基本形状,并不能恢复视力,毕竟“电子眼”还在试验阶段。 

  第一代 让病人恢复明暗视觉 

  2002年,第一代电子眼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。 

  第二代 让人看到光明、分辨基本形状 

  2009年7月中旬,第二代电子眼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,分辨基本的形状了--比如门在哪里。 

  第三代 正在试验,有望辨认亲人的面部特征 

  目前,拥有200多个像素的第三代产品正在进行试验,别小看了这不起眼的200像素,如果它能顺利推广,将能让至少两千万盲人重新拥有辨认亲人的面部特征的能力。也就是说,人们通常意义上讲的“电子眼”还在试验阶段。从实验室进入临床应用,保守估计起码还要5到10年。 

  仿生电子眼工作原理 

  1. 

  由摄像头捕捉外界的图像,并将其发送至一个微处理器 

  2. 

  微处理器将图像和视频转换成电磁信号,并通过天线将信号发回眼镜的接收器(注意:电磁信号通过天线传输的过程是无线传输) 

  3. 

  接收器将电磁信号通过微型电线传输至眼球后部的电极板 

  4. 

  视网膜植入电极发出脉冲,这些脉冲旨在绕过受损的光感应器,并刺激视网膜的剩余细胞,最终传输至大脑视觉中枢 

  5. 

  这时大脑就能够感知与植入视网膜电极板上刺激相关的明暗信号 

作者: 2013-9-25
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