视觉假体图像处理系统设计与实现开题报告

 2021-08-14 01:49:46

1. 研究目的与意义(文献综述)

视觉是人类获得外界信息的重要的途径,但由于先天遗传或后天视觉组织受损等原因,许多人无法获得视觉。根据who公布的数据表明,全球因视觉受损而致残的总人数达到了1.6亿,这些人中有3700万人完全受损,无法看见外界的事物。在我国的盲人总人数约有900万,占全球盲人总人数近5分之1,数量非常庞大,并且这个数目还在逐年递增。从这些数据可以看出,视觉受损或至盲的受害者数量巨大,同时也意味着个人和社会因此损失巨大。盲人和视觉受损数目的巨大另一方面也反映出视觉假体的市场广阔,实用性强,因此研究一种能够让盲人恢复视觉重见光明的假体尤为重要。随着医疗科学的进步,材料学以及电子学等学科的发展,根据人类视觉的原理,模拟人类视觉的视觉假体变得可以实现。同时材料技术和电子技术的发展为研发兼容人体组织、小体积、小功率的微电极提供了技术支撑,在眼内视网膜上植入微电极阵列,通过它刺激视觉神经可以使盲人获得的视觉感受。视觉假体是一种能通过刺激深觉神经通路某个部位,让视觉受损能恢复一定视觉的人造假体,本文主要涉及该视网膜上视觉假体图像处理部分的研究。

视觉假体的研究始于20世纪初,它在医学上的理论基础由神经外科医生wilderpenfield发现,他通过实验发现刺激视觉皮层表面能够让人产生一定区域的视觉。对视网膜上的视觉假体做出最早研究的是在1989年,哈佛大学和麻省理工学院的rizzo和wyatt小组开始致力开发一种表层型人造视网膜。但是电刺激视网膜内层神经首次作为一种理论被提出来是在1994年。随后对视网膜上的视觉假体的研究就开始了,近年来该领域依旧是研究的热点。dr.humayun的科研团队是世界上最先开展了视网膜内刺激临床研究的团队,该团队依次在6名盲人的一只眼内植入了16通道的视网膜上微电极,人均经过3年,微电极一直工作状态良好。北卡州立大学的刘文泰小组是与humayun合作的团队,刘文泰团队在工程技术支持和实现做的工作和成果较多,如微电极阵列的制作和数据和能量的无线传输的研究等。微电极阵列的设计和在眼内固定和发热的问题以及如何在工程上进行无线传输数据和能量由刘文泰小组来实现。虽然该研究小组已经进行了临床试验,但是因为技术和材料的原因视网膜上的视觉假体技术离真正进入临床应用和推广还是任重道远。

中国对视觉假体的研究起步比国际上晚,但是也取得了一定的成果。上海交通大学任秋实教授等人的c-sight小组是国内较早研究视觉假体的团队,c-sight小组将微电极阵列植入神经来刺激视神经来使盲人获得一定的视觉信息。该方法与视网膜上视觉假体殊途同归,只是刺激部位是视神经。

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2. 研究的基本内容与方案

本研究主要内容和基本目标如下:

(1)在研究视觉假体图像处理系统的国内外研究现状和需求的基础上,分析视觉假体的原理和视觉假体的结构框图;阐述视觉假体图像处理系统的组成,研究视觉假体的图像处理的关键技术。

(2)研究视觉假体的图像处理系统的结构,完成视觉假体图像处理系统的整体结构和设计方案,完成视觉假体图像处理系统在matlab环境下的流程的设计,搭建设计开发的软件环境。

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3. 研究计划与安排

第1-3周:收集、研读选题相关的文献资料,完成、完善方案论证,撰写开题报告;

第4-5周:认真学习选题相关的知识、理论和算法等,熟悉掌握项目所需工具、软硬件环境等;

第6-9周:结合前期学习,完成项目方案初步实现,并做好相关记录;

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4. 参考文献(12篇以上)

[1]夏鹏,胡洁,柴新禹等.视觉修复系统模型建立与信息处理[j].上海交通大学学报,2014,48(002):164-167.

[2]陆一樑.刺入式视神经电刺激诱发皮层响应的时空特性及其视觉拓扑投射关系研究[d].上海:上海交通大学,2013:9-15.

[3]吴俊,乔清理,王薇.视觉假体电刺激电流波形的改进研究[j].航天医学与医学工程,2013,26(005):371-374.

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