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人工视觉最新进展

2005-08-13 16:08 未知 未知 阅读 0
核心摘要: 本文综述了人工视觉领域的最新进展,重点介绍了电刺激视觉中枢技术的历史与现状,以及美国多贝尔研究所研发的“多贝尔眼”人工视觉系统。该系统通过摄像机、传感器和植入大脑皮层的电极阵列,使盲人达到20/400的视敏度,可辨认1.5米外的字母。文章还讨论了视觉假体的理想标准、技术挑战及未来展望。

当眼球受到不可逆的损害而完全丧失光感后,按照目前的医学技术水平,我们无法让患者恢复视力。因此,创造人工视觉的想法一直激励着无数科学家去探索。目前常用的方法有两种:一种是“人工视网膜技术”,另一种是“电刺激视觉中枢技术”。前者要求患者的视觉传导通路和视觉中枢无功能性障碍,而后者对视觉传导通路无特殊要求,因此应用前景更广。据估计,约90%的失明患者属于后一种情况。

电刺激视觉中枢技术可追溯到20世纪20年代。1920年代,德国神经外科医生首次报告刺激清醒人大脑皮质,点状刺激一侧视皮质可在对侧视野产生静止的点状光觉。1968年,首次发表涉及视觉刺激的临床实验结果,实验通过81个铂电极阵列刺激大脑皮层。1995年,Shaw提出类似设想,将光电池接受的光转变为电刺激,施用于大脑枕叶皮质的电极,该系统引起极大关注并获得美国专利。1960年代的一项研究显示,一名患者手持光电池,将光信号转变为电刺激,通过导线传至视皮质后,能够跟踪光源。后续多项研究证实,通过不同刺激可产生相应的光幻视。理想的视觉假体应满足以下标准:①假体应可移动;②利用现有视觉通路装置提供人工视觉;③能复制出接近正常的视觉。这一研究跨学科,需要工程、计算机、生物学等领域的专门知识,目前仍存在许多问题。

美国纽约市多贝尔研究所宣布,经过30多年的研发,该所及其附属机构成功为盲人研制出一套人工视觉系统。盲人戴上该系统后,在管状视状况下,可达到约20/400的视敏度。该系统被《美国人造内脏器官学会期刊》称为“多贝尔眼”,俗称“人造眼”。它由安装在眼镜上的超小型电视摄像机和超声远距传感器组成。传感器通过电线和佩戴在盲人皮带上的微型电脑相连,通过对图像和预告信号的处理,微型电脑使用先进的计算机成像技术,包括边缘探测算法来去除“噪音”,简化图像。然后电脑再启动另一台微型电脑,由后者把脉冲发射至一排内置于盲人大脑视觉皮层表面的68个白金电极上。被刺激后,每个电极会产生1至4个相隔紧密的光幻视,即“眼冒金星”。这种黑色背景上的白色光幻视在一臂之距处看上去大约是一个长20厘米、宽5厘米的物体。据《美国人造内脏器官学会期刊》报道,多贝尔研究所成功对一名62岁的男性盲人进行了试验。该人在36岁时因创伤失明。通过学习如何使用该系统及“判读”显示,目前他可以辨认1.5米之外约5厘米大小的字母,达到20/400的视敏度。人工视觉系统的担纲研究人员为多贝尔研究所的威廉·H·多贝尔医生,他自1971年开始该项目研究,仅解决如何将电线接入皮层下后佩戴者既无不适感又不受感染这一难题就花费了20年。由于技术难度极大,手术费用高达11.5万美元(约合人民币98万元),专家预言这种装置大规模使用还需至少十年。根据一份最新报告,超过100万40岁以上的美国人是盲人,另外240万美国人因糖尿病引起的视网膜病、老年性黄斑变性、白内障或青光眼而视力严重受损。预计未来30年,由于人口老龄化,这一数字将在美国成倍增长。

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