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重見光明-人工電子眼
視覺賦予生命美麗的色彩,當眼睛出現病變時,現代醫學又是如何利用科技輔助光明再現?黃斑部病變及視網膜色素病變是常見的兩種視網膜疾病,黃斑部病變會讓中央視野越來越模糊,而視網膜色素病變是會產生隧道視覺,感覺視野越來越狹小,這兩種病變皆與視網膜感光細胞退化有關。
 
 

視覺賦予生命美麗的色彩,當眼睛出現病變時,現代醫學又是如何利用科技輔助光明再現?黃斑部病變及視網膜色素病變是常見的兩種視網膜疾病,黃斑部病變會讓中央視野越來越模糊,而視網膜色素病變是會產生隧道視覺,感覺視野越來越狹小,這兩種病變皆與視網膜感光細胞退化有關。

 

視覺傳遞路徑

視網膜中具有兩種感光細胞,負責日間視覺的錐細胞以及負責夜間視覺的桿細胞,正常的視覺傳遞路徑,當光線進入眼睛後,會透過角膜和水晶體聚焦後,再投射到視網膜,視網膜中央窩是感光細胞聚集的地方,因此在中央是視野最清楚的地方,焦傳金形容感光細胞就像是CCD camera,而視網膜除了感光細胞,還包括雙極細胞、節細胞和視神經層等非感光細胞,就像是Photoshop負責處理顏色、速度等不同視覺訊息,當眼睛接收到視覺訊息後,會由視網膜將視覺訊息分成不同的平行通道處理後傳送至大腦,由大腦彙整呈現出完整的影像,因此當任一視覺傳遞路徑受阻,便會造成視力受損。

 

視覺受損治療策略

 

焦傳金表示,基因治療、細胞移植和幹細胞治療、間接基因治療、人工視網膜,為視覺受損後四種不同治療策略,前三種為生物醫學方法,而人工視網膜則是利用生醫電子工程的電刺激方法的來解決視障問題。

 

電刺激最早出現於1791年,由義大利科學家Luigi Galvani透過青蛙實驗發現電與神經反應之間的關係,時至今日,電刺激已經被廣泛的被使用在醫療上面,例如人工電子耳、深腦刺激(癲癇、帕金森氏症)、痛覺控制、腦機介面及人工電子眼等,在人工電子眼部分成功發展出四種應用方法:電刺激視網膜、電刺激視神經、電刺激視丘、電刺激視覺皮質,目前最成功的就是電刺激視網膜。

 

人工視網膜最早於1956年由澳洲醫生提出人工視網膜晶片的發想,利用電刺激的方式產生影像,並成功申請美國專利,現在於人工視網膜發展主要有前視網膜晶片、下視網膜晶片、上脈絡膜晶片三種發展模式,依據不同的視障治療需求進行應用。由於現行大部分的人工電子眼需要配戴具有照相機功能的眼鏡裝置,因此外部供電不足問題以及使用者需依靠頭部轉動掃描外部影像的不便性,是目前人工電子眼的兩大挑戰。

 

焦傳金研究團隊與交通大學前校長吳重雨合作,利用分區供電方法,集中電量給單一像素,達到增強電流,解決供電不足的問題,並透過雙光源設計,利用電源光源及訊號光源,讓使用者可以直接觀看,解決頭部轉動掃描不便性的問題,現階段已透過實驗證明此種設計的人工視網膜晶片可以成功引發實驗鼠視網膜的細胞反應。

 

未來挑戰與展望

 

目前人工視網膜的應用已具有很多成功案例,未來如何更增進手術安全性、改善視覺殘影、滿足色彩視覺及提升夜間視覺等,都是人工電子眼的研發挑戰,焦傳金呼籲對於生醫工程有興趣之學生,共同投入電子眼的研究,幫助盲人重見光明。

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