我國人工視網(wǎng)膜專利技術(shù)分析

摘 要：【目的】通過專利分析手段對人工視網(wǎng)膜技術(shù)的相關(guān)專利申請進行系統(tǒng)分析，以期能夠為該領(lǐng)域的深入研究提供參考和借鑒，推動技術(shù)創(chuàng)新?！痉椒ā恳匀斯ひ暰W(wǎng)膜專利技術(shù)為研究對象，從申請專利的技術(shù)方向、重點申請人等角度，分析該領(lǐng)域的專利申請和布局方向。【結(jié)果】人工視網(wǎng)膜技術(shù)在視網(wǎng)膜上植入技術(shù)、襯底材料和刺激電極的研究、圖像和數(shù)據(jù)傳輸方面均有較多的技術(shù)研究?！窘Y(jié)論】相關(guān)企業(yè)應關(guān)注新的技術(shù)發(fā)展，加大創(chuàng)新研究，推動產(chǎn)業(yè)技術(shù)升級。

關(guān)鍵詞：人工視網(wǎng)膜；專利申請；專利分析

中圖分類號：R318.18 文獻標志碼：A 文章編號：1003-5168（2024）18-0128-05

DOI：10.19968/j.cnki.hnkj.1003-5168.2024.18.025

Analysis of Patent Technologies for Artificial Retina in China

ZHOU Dan

（Patent Examination Cooperation Center of the Patent Office， CNlPA， Guangzhou 510555， China）

Abstract：[Purposes] By means of patent analysis， this paper systematically analyzes the related patent applications of artificial retina technology， in order to provide reference and inspiration for in-depth research in this field and promote technological innovation. [Methods] Taking artificial retina patent technology as the research object， this paper analyzes the patent application and layout direction in this field from the perspectives of the technical direction and key applicants of the patent application. [Findings] Artificial retina technology has been extensively studied in terms of implantation techniques， substrate materials and stimulation electrodes， image and data transmission. [Conclusions] Relevant enterprises should focus on new technological developments， increase innovative research， and promote industrial technology upgrading.

Keywords： artificial retina; patent application; patent analysis

0 引言

視網(wǎng)膜是人眼球內(nèi)壁的一層透明的薄膜，由色素上皮層和視網(wǎng)膜感覺層組成，視網(wǎng)膜在人眼中的功能類似于膠片在相機中的功能。外層視網(wǎng)膜變性疾病是發(fā)達國家患病人數(shù)和致盲率最高的眼病，在發(fā)展中國家的發(fā)病人數(shù)也僅次于白內(nèi)障，成為嚴重影響人們健康生活的疾病。最常見的此類疾病主要有視網(wǎng)膜色素變性（RP）［1］和老年性黃斑變性（AMD）［2］。在這些疾病中，雖然將光信號轉(zhuǎn)化為電信號的視網(wǎng)膜光感受細胞層退化了，但是位于其后的水平細胞、雙極細胞和神經(jīng)節(jié)細胞等在一定程度上還是功能完好的［3］。如果旁路掉光感受細胞，利用植入的假體將外部視覺信號轉(zhuǎn)化為電信號直接刺激內(nèi)部的視網(wǎng)膜，使患者產(chǎn)生光幻視，便可以達到一定程度的視覺恢復。這就是采用人工視網(wǎng)膜技術(shù)治療該類眼疾的基本原理［4-5］。

1 人工視網(wǎng)膜技術(shù)

1.1 視網(wǎng)膜上植入技術(shù)

針對光感受器已經(jīng)退化的晚期患者，將刺激器放置在緊貼視網(wǎng)膜神經(jīng)節(jié)細胞處，通過刺激視網(wǎng)膜神經(jīng)節(jié)細胞，視網(wǎng)膜上植入技術(shù)使植入者獲得一定的光感受。視網(wǎng)膜上植入技術(shù)是將微電極陣列緊貼于視網(wǎng)膜外表面，用從眼外傳來的信號直接刺激神經(jīng)節(jié)細胞產(chǎn)生視覺。

國內(nèi)對于視網(wǎng)膜上植入技術(shù)的研究，主要是基于Argus II視網(wǎng)膜上視覺假體的整個結(jié)構(gòu)設計。而浙江諾爾康神經(jīng)電子科技股份有限公司是其中具有代表性的，從該公司公開的專利文件可以看到其對于視網(wǎng)膜上視覺假體的各個部件都做了一定的研究，基本形成了一個完整的鏈條。其主要專利如下。

CN104013491A公開了一種可折疊的微創(chuàng)人工視網(wǎng)膜微電極陣列，包括可折疊的軟基板。所述軟基板的兩端分別設有第一號連接觸點陣列區(qū)與第二號連接觸點陣列區(qū)，第一號連接觸點陣列區(qū)由第一號連接觸點組成，第二號連接觸點陣列區(qū)由第二號連接觸點組成，軟基板上設有刺激電極陣列區(qū)，刺激電極陣列區(qū)由刺激電極組成，第一號連接觸點陣列區(qū)與刺激電極陣列區(qū)通過排線連接，第二號連接觸點陣列區(qū)與刺激電極陣列區(qū)通過排線連接，軟基板邊緣上設有縫線孔，刺激電極陣列區(qū)為半球形結(jié)構(gòu)。

CN105266957A公開了一種人工視網(wǎng)膜刺激電極及其制作方法。其中刺激電極包括電極頭部分、纖細部分、電極身部分和連接部分，所述電極頭部分包括橢圓形的柔性基底、第一固定釘、第二固定釘、觸點電極以及與觸點電極連接的電極絲，所述電極絲貫穿所述纖細部分、所述電極身部分和所述連接部分；所述纖細部分與所述電極頭部分相連；所述電極身部分與所述纖細部分相連；所述連接部分與所述電極身部分通過圓角相連，包括錐形部、三角部、回路電極以及與回路電極連接的回路電極絲。

CN105287100A公開了一種人工視網(wǎng)膜微電極固定釘，包括釘尖、釘身、墊片、彈簧緩沖部件、緩沖固定部件、釘帽和釘頭。其中，所述釘尖包括釘尖頭部和釘尖底部，所述釘尖頭部為四棱錐形，所述釘尖底部為方形，釘尖相對于釘身突出，在將人工視網(wǎng)膜微電極釘在黃斑區(qū)后，能夠良好地固定；所述釘身與所述釘尖連接，為光滑圓柱形；所述墊片由硅膠制成，設置在所述彈簧緩沖部件下方，與所述彈簧緩沖部件牢固相連；所述彈簧緩沖部件與所述緩沖固定部件牢固相連，所述緩沖固定部件與所述釘帽相連，所述釘帽上方設置所述釘頭。

CN104873330A公開了一種人工視網(wǎng)膜植入體，包括接收線圈、解調(diào)刺激模塊、電極陣列和回路電極。接收線圈與人工視網(wǎng)膜體外裝置的傳輸線圈對心連接，接收體外裝置發(fā)射的圖像編碼信號和能量；解調(diào)刺激模塊與接收線圈連接，將接收線圈收到的圖像編碼信號進行解碼，并轉(zhuǎn)化為電信號向電極陣列傳輸；將接收到的能量進行轉(zhuǎn)化。

但是該公司并未對植入式封裝材料作研究，且國內(nèi)公司的相關(guān)研究較少，主要是中國科學院深圳先進技術(shù)研究院和哈爾濱工業(yè)大學（威海）。其主要專利如下。

CN105771089 A（中國科學院深圳先進技術(shù)研究院）公開了可植入式的人造視網(wǎng)膜陶瓷封裝體的制造方法。CN105749421 A（中國科學院深圳先進技術(shù)研究院）公開了可植入式的人造視網(wǎng)膜硅封裝體的制造方法，提供上表面具有至少一個環(huán)形凹槽的導電硅基板；在導電硅基板的上表面形成絕緣連接層，使得所述環(huán)形凹槽所包圍的柱狀體的上表面與導電硅基板的上表面通過絕緣連接層相連；使所述柱狀體的上、下表面暴露出來；在柱狀體的上、下表面形成導電焊接盤；在導電硅基板的下表面以及絕緣連接層的上表面分別形成具有生物兼容性的薄膜；在導電硅基板上設置具有生物兼容性的金屬環(huán)，金屬環(huán)包圍在導電硅基板上表面形成的所有導電焊接盤；在金屬環(huán)上設置具有生物兼容性的金屬蓋，形成容納電路板的密閉空間。

CN105598619 A（哈爾濱工業(yè)大學（威海））公開了一種焊接人造視網(wǎng)膜中Al2O3陶瓷和鈦環(huán)的卡具。CN105541368 A（哈爾濱工業(yè)大學（威海））公開了一種采用AuPd釬料對Al2O3陶瓷與鈦環(huán)的釬焊方法，球磨由Au粉和Pd粉組成的釬料，清洗母材，將釬料制成膏狀并裝配成Al2O3陶瓷/AuPd釬料/鈦環(huán)的待焊結(jié)構(gòu)，啟動真空泵達到真空度要求后通電加熱并保溫，然后隨爐冷卻至室溫，完成AuPd釬料對Al2O3陶瓷與鈦環(huán)的釬焊連接。釬焊后所得的Al2O3陶瓷/AuPd釬料/鈦環(huán)接頭組織致密，且生物兼容性較好。特別適合于人造視網(wǎng)膜結(jié)構(gòu)中Al2O3陶瓷/鈦環(huán)的連接。

目前視網(wǎng)膜上視覺假體的主要結(jié)構(gòu)是由Second Sight公司所設計的Argus II視網(wǎng)膜上視覺假體。該公司在國外（尤其是美國）擁有大量的專利申請，覆蓋整個鏈條，但沒有一件專利進入中國，這也是國內(nèi)公司可以突破的一個方向，同時要時刻關(guān)注該公司是否有進入中國的跡象。

1.2 襯底材料和刺激電極的研究

基于MEMS工藝的視網(wǎng)膜假體微電極采用的襯底材料可以分為硅樹脂、環(huán)氧樹脂和各種聚合物（聚酰亞胺（Polyimide）和聚對二甲苯（Parylene）、聚氨酯等）。視網(wǎng)膜假體的刺激電極主要分為兩類：平面電極和三維或柱狀電極，材料主要為稀有金屬（鉑、金等）、金屬復合物、合金和導電聚合物等。國內(nèi)主要的研究者是高?；蛘哐芯克?。主要專利如下。

CN1875895 A（華中科技大學）公開了一種柔性視網(wǎng)膜芯片及其制備方法，頂層和底層聚合物薄膜之間設置有規(guī)則分布的硅島和通孔，硅島內(nèi)含有用于模擬生理性功能的功能單元，通孔與硅島交錯分布，硅島與頂層聚合物薄膜之間設置有引線層；底層聚合物薄膜上的空隙處與頂層聚合物薄膜緊密黏合于一起；電極為功能單元的一部分，位于頂層聚合物薄膜或底層聚合物薄膜上。

CN101254094 A（復旦大學）公開了一種組裝式神經(jīng)微探針陣列的制作方法，用電鍍焊接的方法把微探針陣列與對應的柔性互連線組裝在一起，并用定刻膠對焊接處進行加固，電化學腐蝕出金屬探針針尖后，用聚對二甲苯涂敷除插腳外的所有地方，接著，反應離子刻蝕掉針尖上的聚對二甲苯，根據(jù)刻蝕的條件可以控制微探針的阻抗。

CN102336386 A（北京大學）公開了一種三維實體針尖柔性微電極陣列及其制作方法，該微電極陣列包括：包裹在絕緣的柔性襯底中分立絕緣柱陣列、電極、導電引線，其中絕緣柱頭部呈針尖狀，被電極包裹，針尖電極裸露在外，導電引線沿著絕緣柱和絕緣的柔性襯底鋪設，一端與電極相連，另外一端裸露在外，所述絕緣柱為實心結(jié)構(gòu)，從而保證電極能扎入刺激部位，有效提供電刺激和記錄。為制得該三維實體針尖柔性微電極陣列對硅材料采用硅劃片—腐蝕法，以制得三維實體針尖柔性微電極陣列。

CN102921101 A（中國醫(yī)學科學院）公開了一種寬視野視網(wǎng)膜微電極陣列，所述的電極陣列部分由柔軟聚酯襯底、視網(wǎng)膜刺激電極陣列構(gòu)成，刺激電極陣列嵌入在柔軟聚酯襯底上，刺激電極陣列呈矩形且水平方向的長度大于垂直方向的長度，在柔軟聚酯襯底設有固定孔；電極陣列引出部分由柔軟聚酯襯底及嵌入在其上的電極引線構(gòu)成；所述的外接電刺激點陣部分由外接電刺激部分襯底及外接刺激點陣構(gòu)成，外接刺激點陣嵌入在柔軟聚酯襯底上，刺激電極陣列通過電極引線與外接刺激點陣相連接。

其中上海交通大學是國內(nèi)襯底材料和刺激電極的主要研究者之一，其主要專利如下：CN101006953 A公開了人造視網(wǎng)膜神經(jīng)柔性陣列微電極芯片及其制造方法，以聚對二甲苯為基底，采用微機電系統(tǒng)加工工藝，在這種柔性基底材料上制備出微電極陣列，并將微電極陣列及金屬引線層、引線接點、電纜引線、轉(zhuǎn)接口等部分構(gòu)成一個視網(wǎng)膜芯片集成體，可用于植入眼內(nèi)，與視神經(jīng)對接，傳輸電信息，刺激視神經(jīng)從而達到恢復視覺的功能。CN101138663 A公開了一種基于柔性基底的生物微電極陣列的制備方法，采用二次光刻和電鑄工藝，在基片表面依次涂覆聚二甲基硅氧烷犧牲層和聚酰亞胺酸，熱固化形成聚酰亞胺柔性基底，在柔性基底上通過濺射、光刻和電鑄工藝制備金屬電路，然后刻蝕金屬底膜，涂覆聚酰亞胺酸，光刻并刻蝕聚酰亞胺酸，電鑄金屬電極，熱固化形成聚酰亞胺，將制備好的基于聚酰亞胺柔性基底的生物微電極陣列從聚二甲基硅氧烷上剝離下來；制造的生物微電極陣列具有成品率高、電極位置可控、阻抗小、生物相容等優(yōu)點。CN101380257 A公開了一種柔性視網(wǎng)膜凸點微電極芯片及其制作方法，以聚氯代對二甲苯為柔性基底和絕緣材料，制備出由若干個微電極敏感元排列構(gòu)成的微電極陣列，同時制作出電極引線及引線焊點，構(gòu)成一個柔性視網(wǎng)膜凸點微電極芯片。這種微電極芯片植入人眼視網(wǎng)膜部位，可實現(xiàn)與視網(wǎng)膜神經(jīng)細胞安全有效地接觸，有效降低刺激脈沖電流，減少微電極植入時對生物組織造成的插入損傷，提高電刺激和神經(jīng)信號記錄的效果，從而更好地恢復視覺功能。

上海交通大學不僅關(guān)注襯底材料和微電極技術(shù)，在人工視網(wǎng)膜的其他部分也做了一定研究。人工視網(wǎng)膜芯片由于其植入部位的特殊性，對植入物的尺寸要求非常嚴格。目前廣泛認可的芯片大小范圍為：直徑2～3 mm，厚度50～100μm，其封裝是一個需要考慮的問題。CN101172069 A（上海交通大學）公開了一種多通道薄膜電極封裝方法及裝置，本發(fā)明方法包括如下步驟：步驟一，用漆包線將薄膜電極的焊盤與引線接口相連接，并將漆包線擰成一束，成為漆包線束；步驟二，絕緣和固定薄膜電極的焊盤區(qū)域；步驟三，封裝薄膜電極的漆包線束和引線接口；步驟四，采用封裝裝置封裝薄膜電極和引線接口，實現(xiàn)薄膜電極的封裝成型。

1.3 人工視網(wǎng)膜的其他部分（圖像采集、數(shù)據(jù)傳輸?shù)龋?/p>

對于人造視網(wǎng)膜其他結(jié)構(gòu)的設計，在國內(nèi)的研究并不多，大部分也都是由高校來完成的。主要專利如下。

CN102813574 A（上海交通大學）公開了一種基于眼動跟蹤的視覺假體圖像采集裝置，包括眼動信號采集及處理模塊、攝像頭和轉(zhuǎn)動云臺。眼動信號采集及處理模塊采集眼球的眼動信號并根據(jù)該信號發(fā)出控制信號以控制轉(zhuǎn)動云臺的轉(zhuǎn)動，使固定在轉(zhuǎn)動云臺上的攝像頭轉(zhuǎn)向該眼球的轉(zhuǎn)動方向并采集該方向的圖像。

CN104739544 A（納米視網(wǎng)膜有限公司）公開了一種用于向視網(wǎng)膜假體提供能量的可佩戴裝置，所述眼外設備包括：眼鏡框，其放置在受驗者眼睛的前方；能量源，其與眼鏡框耦合且配置為發(fā)射在380～750nm之外的光束。導光元件與眼鏡框耦合，至少一個光學耦合接入元件和至少一個光學耦合接出元件與導光元件光學耦合。耦合接入元件定位成使得光束經(jīng)由耦合接入元件被引入導光元件，并且耦合接入元件和耦合接出元件定位成使得光束從距耦合接出元件的距離在3mm內(nèi)的焦點發(fā)散。

CN101590305 A（重慶大學）公開了一種用于視覺功能修復的人工視網(wǎng)膜電刺激像元電路，包括一個光電二極管、一個電容C1、一個施密特觸發(fā)器、一個CMOS反相器、一個充放電控制回路和一個刺激電極；光電二極管的陽極接地，外界可見光照為光電二極管的輸入，光電二極管的陰極連接控制回路的第一輸出端，施密特觸發(fā)器的輸出為CMOS反相器的輸入，反相器的輸出端與刺激電極相連，刺激電極作為像元電路的輸出端；CMOS反相器的輸出端與充放電控制回路的控制端連接，控制回路的第二輸出端為施密特觸發(fā)器的輸入端，在施密特觸發(fā)器的輸入端與地之間連接有電容C1。

CN102813999 A（上海交通大學）公開了一種具備功率自適應調(diào)節(jié)功能的視覺假體無線傳輸系統(tǒng)及方法，包括刺激器功率預測與調(diào)節(jié)模塊、信號調(diào)制模塊、射頻發(fā)射模塊、射頻接收模塊、能量恢復模塊和數(shù)據(jù)解調(diào)模塊。刺激器功率預測與調(diào)節(jié)模塊根據(jù)視覺假體采集的圖像的數(shù)據(jù)編碼預測視覺假體的神經(jīng)微刺激器根據(jù)該數(shù)據(jù)編碼工作的所需能量并據(jù)此調(diào)節(jié)射頻發(fā)射模塊的發(fā)射功率，以及預測完成調(diào)節(jié)所需的時間。信號調(diào)制模塊用于調(diào)制該數(shù)據(jù)編碼并指令射頻發(fā)射模塊將經(jīng)過調(diào)制的數(shù)據(jù)編碼和所需能量在上述時間之后傳輸?shù)缴漕l接收模塊，射頻接收模塊將接收的數(shù)據(jù)編碼傳送到數(shù)據(jù)解調(diào)模塊以進行解調(diào)，并將接收的所需能量傳送到能量恢復模塊以為神經(jīng)微刺激器提供能量。

CN104739543 A（中國人民解放軍第二軍醫(yī)大學）公開了一種自供能電子視網(wǎng)膜，固定單元位于發(fā)電主體的邊緣，用于將發(fā)電主體固定于心外膜。封裝層覆蓋于發(fā)電主體、輸出單元、電能存儲單元以及固定單元的表面；本發(fā)明的自供能電子視網(wǎng)膜無須更換電池，可以終身使用。CN104739578 A（中國人民解放軍第二軍醫(yī)大學）公開了一種生物能電子視網(wǎng)膜。

2 我國相關(guān)專利申請情況分析

通過對我國人工視網(wǎng)膜專利進行分析，可以看到，人工視網(wǎng)膜專利申請量并不多，并且起步較晚，在2005年時才開始有這方面的申請，并且每年的增長量較低。這是一個新的領(lǐng)域，并且具有很高的技術(shù)難度。國內(nèi)的申請人主要以大學和科研機構(gòu)為主（見表1），企業(yè)不多，從這一點也可以看出，人工視網(wǎng)膜在國內(nèi)并沒有實現(xiàn)應用，并且，國外的公司也并沒有進入中國進行專利布局。例如，在視網(wǎng)膜上視覺假體有大量專利申請的Second Sight公司，其設計的Argus II視網(wǎng)膜上視覺假體是目前的一個基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)設計。從這一點可以看出，該領(lǐng)域的技術(shù)并沒有達到大量進入市場的要求，并且這個市場也是待開發(fā)的；這也給國內(nèi)企業(yè)在人工視網(wǎng)膜領(lǐng)域帶來了發(fā)揮的空間。從國內(nèi)申請的排名來看，申請量最多的是浙江諾爾康神經(jīng)電子科技股份有限公司，可以看出該公司已經(jīng)在人工視網(wǎng)膜方向進行專利布局，該公司之前主要是以人工耳蝸研究為主；并且從其專利申請的技術(shù)方向來看，其對于視網(wǎng)膜上視覺假體的整個鏈條都有了自己的專利申請，從而實現(xiàn)整體的布局。此外，上海交通大學、中國科學院深圳先進技術(shù)研究院等高校和科研機構(gòu)也對人工視網(wǎng)膜方面做了很多研究，為其實現(xiàn)成果轉(zhuǎn)化打下了基礎(chǔ)。

3 國外人工視網(wǎng)膜的最新進展

韓國KOREA INST SCI & TECH公司在專利US2023177396A1中公開了用于改進視覺假體系統(tǒng)的人工視覺參數(shù)學習和自動化方法。在人工視覺參數(shù)自動化方法中，系統(tǒng)包括傳感模塊、通信模塊、數(shù)據(jù)庫、圖像處理模塊、學習模塊和自動化存儲模塊。傳感模塊被配置為拍攝圖像；通信模塊被配置為將從傳感模塊獲得的數(shù)據(jù)發(fā)送到數(shù)據(jù)庫；數(shù)據(jù)庫被配置為存儲從通信模塊接收的圖像；所述圖像處理模塊經(jīng)配置將來自所述數(shù)據(jù)庫的選定圖像轉(zhuǎn)換成低分辨率磷苯圖像，以產(chǎn)生具有各種人工視覺參數(shù)的測試圖像；學習模塊被配置為從高分辨率訓練圖像中提取重要特征，并構(gòu)建能夠從低分辨率磷苯圖像中識別視覺刺激的各種機器學習模型；自動化和存儲模塊被配置為基于學習模塊中的學習來自動選擇和存儲初級測試數(shù)據(jù)。

美國PREC NEUROSCIENCE公司在專利US2023201574A1中公開了采用心室或血管內(nèi)神經(jīng)電極陣列的視覺假體，涉及一種使用保形電極陣列生成視覺感知的方法。電極陣列可以放置在腦室系統(tǒng)或腦靜脈竇中，其用作微創(chuàng)技術(shù)，用于腦內(nèi)電活動的精確空間和時間定位，以及腦組織的精確電刺激，以在由腦中異常電活動引起的狀況下診斷和恢復功能。本公開還包括一種系統(tǒng)，該系統(tǒng)用于使用這些陣列來生成時變電場，從而以導致視覺感知的方式刺激大腦的視覺通路，包括光學輻射和枕葉皮質(zhì)。

美國Second Sight公司在專利US11813453B2中公開的皮質(zhì)視覺假體包括植入部分和外部部分。植入部分包括植入線圈、電子器件封裝和適于刺激神經(jīng)組織的多個電極。植入的線圈將電力和數(shù)據(jù)傳遞到電子封裝，并且電子封裝驅(qū)動電極。外部部分包括視頻處理器和適于由用戶的鼻子和耳朵支撐的一副眼鏡。所述眼鏡包括：支撐件，所述支撐件適于在植入時將外部線圈保持在所植入的線圈附近；外部線圈向植入線圈供應電力和數(shù)據(jù)。

4 結(jié)語

自1977年眼內(nèi)植入電極刺激視網(wǎng)膜誘發(fā)視覺開始，人工視網(wǎng)膜的研究取得了一定進展，但國內(nèi)人工視網(wǎng)膜的研究還處在初級階段，主要是基于國外的結(jié)構(gòu)設計做出一定的改進，人工視網(wǎng)膜的應用還面臨很大的挑戰(zhàn)。隨著微傳感技術(shù)、材料科學和電子工程等多學科的交叉合作，視覺修復的研究在近幾十年里取得了突破性進展。相關(guān)企業(yè)應關(guān)注新的技術(shù)發(fā)展，加大創(chuàng)新研究，推動產(chǎn)業(yè)技術(shù)升級。

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（欄目編輯：劉靜雅）