Second Sight公司專利技術(shù)綜述

李澍歆

摘 要：本文通過對Second Sight公司人造視網(wǎng)膜技術(shù)專利進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析，為國內(nèi)申請人提供研發(fā)方向和專利布局建議。

關(guān)鍵詞：人造視網(wǎng)膜;Second Sight;專利分析

0 引言

對人工視網(wǎng)膜領(lǐng)域的主要海外申請人Second Sight（第二視覺）的專利申請情況進(jìn)行統(tǒng)計(jì)，對研究方向、采用的技術(shù)手段和專利布局上的差異進(jìn)行分析，有助于國內(nèi)相關(guān)生產(chǎn)企業(yè)對人造視網(wǎng)膜的發(fā)展歷史和未來發(fā)展方向做出整體把握。

1 Second Sight公司

Second Sight公司位于加利福尼亞州西爾馬，成立于1998年，是一家視覺醫(yī)療器材公司。其開發(fā)的阿格斯第2代（Argus II）視網(wǎng)膜植入物可用于治療視網(wǎng)膜變性，應(yīng)用于全球范圍內(nèi)1.5萬患者。

1.1 Second Sight專利布局概述

Second Sight公司自2000年開始進(jìn)行人工視網(wǎng)膜相關(guān)專利申請，2007年達(dá)到頂峰，當(dāng)年共申請51件，隨后申請量迅速下滑，申請量每年10件左右，到目前為止，總申請量已達(dá)到235件。Second Sight先在輔助設(shè)備和整體方案分支上申請了少量專利，隨后2001-2007年期間，在人造視網(wǎng)膜領(lǐng)域各個(gè)分支都進(jìn)行了專利申請，電極和芯片兩個(gè)分支數(shù)量增長迅速，在2006年和2007年達(dá)到頂峰，分別為12件和23件，表面修飾、輔助設(shè)備、圖像采集和整體方案也有一定數(shù)量的申請;2007-2016年期間，Second Sight專利申請數(shù)量迅速下滑，各個(gè)分支的申請數(shù)量均有所下降，但在電極和芯片分支還是具有較強(qiáng)的研發(fā)與創(chuàng)新能力，同時(shí)，在圖像采集分支保持了每年持續(xù)申請的態(tài)勢，表明該分支也是Second Sight現(xiàn)階段的關(guān)注重點(diǎn)。

1.2 Second Sight研究方向分析

Second Sight公司的專利申請主要集中在電極領(lǐng)域，其申請數(shù)量為117件，占總數(shù)的50%，其次是芯片領(lǐng)域，有48件，占比為20%，圖像采集領(lǐng)域的專利有15件，占比為6%，涉及整體方案的專利有10件，涉及表面修飾的專利有9件，都占4%左右。另外，在輔助設(shè)備、控制裝置、測試部分、線圈、數(shù)據(jù)無線傳輸、傳輸裝置和外觀設(shè)計(jì)領(lǐng)域均有專利布局。

1.2.1 電極領(lǐng)域

Second Sight公司在電極領(lǐng)域的專利申請主要涉及四大技術(shù)問題，包括避免過度刺激、避免誤刺激、提高刺激準(zhǔn)確性、提高分辨率等。技術(shù)手段包括：采用新材料、改變襯底結(jié)構(gòu)、觸點(diǎn)結(jié)構(gòu)、刺激方案、電連接結(jié)構(gòu)、封裝方法、采用新的固定方法、新的誘導(dǎo)方案以及改善制造工藝。研發(fā)重點(diǎn)主要在于提高電極的刺激準(zhǔn)確性以及使電極與視網(wǎng)膜形狀相匹配上;另外在提高電極有效刺激強(qiáng)度這一技術(shù)問題上也投入了大量的研發(fā)精力，主要的研發(fā)方向是通過改善刺激方案提高電極刺激精度和有效刺激強(qiáng)度，通過改進(jìn)襯底的結(jié)構(gòu)提高電極與視網(wǎng)膜形狀的適配性。

為了避免電極過度刺激組織，申請了3件專利解決上述問題，其中有2件專利采用新的刺激方案，1件專利采用了新的電連接結(jié)構(gòu)，WO2007064916A通過檢測電極阻抗確定刺激閾值，從而確認(rèn)電極的好壞以及設(shè)置電極高度，避免故障電極過度刺激。

為了避免誤刺激，其申請了4件專利來解決上述問題，其中3件改善了觸點(diǎn)的結(jié)構(gòu)，1件采用了新的刺激方案，US20090287276A1采用在視野中與水平方向成45度角的行交替的大電極和小電極的電極陣列，通過確定預(yù)定電流電平的屬性，對處理器進(jìn)行編程，可以獲得更準(zhǔn)確的視覺體驗(yàn)。

為了提高刺激準(zhǔn)確性，其申請了29件專利，其中23件涉及刺激方法的改進(jìn)，4件涉及觸點(diǎn)結(jié)構(gòu)的改進(jìn)，1件涉及封裝結(jié)構(gòu)，1件涉及誘導(dǎo)方案，US20070255343A1通過患者的反饋確定電極上的閾值水平，以及確定最大水平和電極的最大舒適程度，確定后續(xù)電極的閾值和最大電平，其中前電極和后續(xù)電極中的一個(gè)電極被選擇為標(biāo)準(zhǔn)電極，根據(jù)閾值和最大值創(chuàng)建并存儲亮度與電極刺激電平的映射，通過評價(jià)電極團(tuán)的亮度對患者進(jìn)行亮度比較。

為了提高分辨率，申請了4件專利，其中3件涉及觸點(diǎn)結(jié)構(gòu)，1件涉及封裝結(jié)構(gòu)，US20030187491A1通過在視網(wǎng)膜電極陣列主要部分上以不同間隔變化的尺寸和間距設(shè)置電極，使得電極的間距和尺寸在陣列的中心部分較小，并且逐漸增加到陣列的外邊緣，從而提高人造視網(wǎng)膜的分辨率。

1.2.2 芯片領(lǐng)域

Second Sight公司在芯片領(lǐng)域共申請了48件專利，技術(shù)問題包括：如何保證氣密性、減少對組織的損傷、提高芯片的散熱能力、提高芯片的生物相容性和提高芯片的生產(chǎn)和運(yùn)行效率。技術(shù)手段包括：設(shè)置相應(yīng)功能的新部件，使用新材料，改善生產(chǎn)工藝，改進(jìn)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)以及將芯片的部件設(shè)置在特定位置。研發(fā)重點(diǎn)主要在于提高芯片氣密性，提高芯片的生物相容性以及提高芯片制造和運(yùn)行效率三個(gè)方面。主要的研發(fā)方向是通過改進(jìn)生產(chǎn)工藝，改善芯片封裝結(jié)構(gòu)和采用新的封裝材料來保證芯片的氣密性，通過使用新材料和改進(jìn)芯片結(jié)構(gòu)提高生物相容性，通過改進(jìn)工藝提高芯片的生產(chǎn)和運(yùn)行效率。

為了保證氣密性，公司申請了17件專利，其中9件采用改進(jìn)工藝的手段，5件采用改進(jìn)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的手段，3件涉及采用新材料，US20020119176A1通過在在植入器件上涂敷約1微米厚的超微晶金剛石的涂層保證芯片的氣密性。

為了減少芯片植入對組織的損傷，申請了4件專利，其中US20070041164A1將電極陣列連接到柔性基板上，電極陣列的扇形尾部與線纜貼合，從而降低對組織的損傷。

為了提高散熱效果，申請了4件涉及部件設(shè)置位置改進(jìn)的專利，US20020095193A1包括用于電刺激視網(wǎng)膜組織的增強(qiáng)的接收和刺激部分，假體包括對實(shí)際圖像信號作出響應(yīng)的眼外攝像機(jī)，真實(shí)圖像信號射頻從初級線圈耦合到次級線圈，信號處理電路的密封殼體放置在玻璃體中以確保殼體的有效熱傳遞。

為了提高芯片的生物相容性，申請了8件專利，其中US20030233134A1將密封的芯片封裝通過電鍍鉑或金等生物相容材料直接連接到柔性電路或電極上，有效地形成電鍍鉚釘形連接，提高了芯片的生物相容性。

為了提高芯片生產(chǎn)和運(yùn)行的效率，申請了8件專利，其中6件涉及生產(chǎn)工藝的改進(jìn)，US20080314502A1包括提供陶瓷片;在陶瓷片形成至少一個(gè)通孔;插入一導(dǎo)電厚膜膏到通孔;填充漿料的層壓陶瓷片;燒結(jié)該層疊陶瓷基板和使膏填充通孔形成金屬化;去除上陶瓷片和下陶瓷片材以露出上和下表面的金屬化部分，提高了芯片封裝效率。

1.2.3 圖像采集領(lǐng)域

Second Sight公司在圖像采集領(lǐng)域主要涉及以下技術(shù)問題：如何識別障礙、路徑指引、如何提高分辨率、如何提高圖像效果和提供重建視覺的整體方案。技術(shù)手段包括：采用特定程序算法、采用特定電路設(shè)計(jì)、采用改進(jìn)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)以及采用改進(jìn)視頻處理技術(shù)。研發(fā)重點(diǎn)在于提高圖像效果，研發(fā)方向是通過改進(jìn)電路設(shè)計(jì)來提高圖像質(zhì)量。

具體來說，為了識別障礙和實(shí)現(xiàn)路徑指引，WO2016044296A1通過分析捕獲場景中的圖像以檢測障礙物，采用V-Disparity算法檢測地面并從圖像中去除，從而增強(qiáng)視網(wǎng)膜假體僅顯示障礙物的能力。

為了提高分辨率，其申請了3件專利，分別采用了特定的程序算法、改進(jìn)的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)和改進(jìn)的視頻處理技術(shù)三種手段，WO2007035743A2采用在外置的視頻處理器中設(shè)置可下載的各種濾鏡，通過對視頻圖像的處理，從而提高視網(wǎng)膜刺激的分辨率。

為了提高圖像效果，申請了3件改進(jìn)電路設(shè)計(jì)的專利，2件采用特定程序算法的專利和1件采用改進(jìn)的視頻處理技術(shù)的專利，US20110270352A1通過調(diào)節(jié)視覺假體的電極的刺激信號的振幅來調(diào)節(jié)視覺感知的尺寸，而不會改變視覺感知的亮度;通過調(diào)整視覺假體的電極的刺激信號的頻率，調(diào)節(jié)視覺感知的亮度，而不改變尺寸，獲得視覺感知圖像的最佳效果。

1.2.4 表面修飾領(lǐng)域

Second Sight公司在表面修飾領(lǐng)域申請的專利主要集中在解決提高電極和組織的黏附力以及降低界面阻抗兩個(gè)問題上，技術(shù)手段包括在電極表面沉積金屬涂層和有機(jī)圖層。US20060259109A1的電極在鉑表面上具有強(qiáng)的附著力的氧化銥或氮化鈦的表面涂層，與其相同的平滑鉑相比，其表面積增加為至少五倍，氧化銥涂層可以通過諸如濺射的物理沉積工藝在鉑上形成，氧化銥表面涂層的電鍍工藝可以通過電壓控制工藝完成。

1.2.5 輔助設(shè)備領(lǐng)域

Second Sight公司在輔助設(shè)備領(lǐng)域申請的專利主要集中在解決如何方便調(diào)整、如何減小組織損傷以及減小能量消耗三個(gè)問題上，技術(shù)手段包括采用新的結(jié)構(gòu)，改進(jìn)手術(shù)方法以及更改設(shè)置位置等。US20070093852A1的手術(shù)工具有助于外科醫(yī)生容易地拉動電極絲和電極陣列通過眼睛和鞏膜。抓握把手避免由外科醫(yī)生直接抓住電極體引起的對電極體的損傷，并且通過為外科醫(yī)生提供方便的電極陣列的操作，將在外科植入期間對眼睛的創(chuàng)傷和應(yīng)力相關(guān)損傷最小化。

2 結(jié)束語

通過對Second Sight公司申請的專利進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析可以看出，其在人造視網(wǎng)膜領(lǐng)域擁有大量高質(zhì)量專利，專利布局涵蓋了人造視網(wǎng)膜領(lǐng)域的幾乎全部范圍。雖然Second Sight公司視覺假體研究取得了階段性的成果，但仍存在不少缺陷，如工作電極數(shù)量仍非常有限、顏色識別性差、續(xù)航時(shí)間短、不能滿足視覺修復(fù)的需求等，需要國內(nèi)外相關(guān)企業(yè)繼續(xù)增加研發(fā)投入，為幫助盲人實(shí)現(xiàn)復(fù)明而不斷努力。

參考文獻(xiàn)：

[1]陳碧池.人工視網(wǎng)膜的設(shè)計(jì)與技術(shù)挑戰(zhàn)[J].中華實(shí)驗(yàn)眼科雜志，2019（01）：73-76.

[2] 雷旭平，吳開杰，趙磊，等.視覺假體中無線能量和數(shù)據(jù)傳輸?shù)脑O(shè)計(jì)及優(yōu)化[J].中國醫(yī)療器械雜志，2013，37（06）.