Wie Mikroelektronik hilft, damit Blinde wieder sehen lernen

| Redakteur: Hendrik Härter

Das Augenimplantat des IRIS-II-Systems. Der Chip des IMMS übersetzt die optischen Informationen in einen elektronischen Datenstrom. Dieser wird an einen Retina-Stimulator weitergegeben, der den Sehnerv anregt.
Das Augenimplantat des IRIS-II-Systems. Der Chip des IMMS übersetzt die optischen Informationen in einen elektronischen Datenstrom. Dieser wird an einen Retina-Stimulator weitergegeben, der den Sehnerv anregt. (Bild: Pixium Vision)

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Mit Hilfe eines bionischen Systems sollen Menschen, die an Netzhautdegeneration erblindet sind und einen intakten Sehnerv haben, teilweise wieder sehen lernen. Zum Einsatz kommt ein Augenimplantat.

Mit Elektronik blinde Menschen behandeln: Im epi-retinalen IRIS-II-System von Pixium Vision steckt ein biokompatibler, implantierbarer Mikroelektronik-Chip, den das IMMS für diese Anwendung entwickelt hat. Dieser Chip ist Teil eines Augenimplantats, mit dem Menschen, die aufgrund von Netzhautdegeneration erblindet sind, aber einen intakten Sehnerv haben, teilweise neu sehen lernen.

Dazu tragen die Anwender eine Brille mit integrierter Kamera, die Bilder der Umgebung aufnimmt. Diese Bilddaten werden durch die Pupille zum Netzhautimplantat übertragen. Dort übersetzt der Chip von IMMS die optischen Informationen in einen elektronischen Datenstrom. Der Datenstrom wird an einen Retina-Stimulator weitergegeben, der den Sehnerv anregt und im Gehirn eine visuelle Wahrnehmung hervorruft.

Elektronisches Implantat

Derzeit laufen europaweit klinische Studien, in denen Patienten mit diesem System innerhalb von Rehabilitationsprogrammen lernen, diese neue Wahrnehmung zu interpretieren. „Solch ein Implantat ist ingenieurtechnisch eine große Herausforderung, nicht nur was die Miniaturisierung und die Funktionalität betrifft,“ sagt Khalid Ishaque, CEO von Pixium Vision, rückblickend auf 15 Jahre Forschung und Entwicklung.

„Stellen Sie sich vor, Sie möchten unter Wasser einen Fernseher im Mittelmeer betreiben, das warm und sehr salzig ist und sich bewegt. Für ein Mikroelektronikimplantat im Auge ist der Vergleich ähnlich.“ Das elektronische Implantat muss flexibel gestaltet sein, so dass es bei einer Drehung des Augapfels weiterhin fehlerfrei funktioniert. Zudem muss die Elektronik energieeffizient arbeiten und innerhalb unkritischer thermischer Sicherheitsgrenzen. Im menschlichen Körper können auch nicht die für Schaltkreise notwendigen Gleichspannungen zur Energieversorgung verwendet werden. Daher musste ein Chip realisiert werden, der über Wechselspannung versorgt wird.

Schaltung mit gieriger Stromaufnahme

Der Infrarot-Empfänger-Chip wird im Inneren des Augapfels eingesetzt und wandelt die über die optische Schnittstelle eintreffenden Informationen in ein Stromsignal, das an den Stimulator-Chip weitergegeben wird. Als wesentliche Elemente zur Umsetzung der Funktionalität haben die Forscher die Fotodiode, den Regelkreis zur Signaldetektion und den Ausgangstreiber entwickelt und getestet. Für einen minimalen Energieverbrauch, geringer Wärmeentwicklung und ständige Betriebsbereitschaft dient ein Schaltungskonzept, der eine Stromaufnahme von unter 120 µA benötigt.

Für die Energieversorgung des Chips im menschlichen Körper haben sich die Forscher etwas Besonderes einfallen lassen. Sie erfolgt mit einer Wechselspannung. Diese wird im Gleichrichter des Chips zu einer internen Gleichspannung gewandelt, die ausschließlich im hermetisierten Schaltkreis verwendet wird. Da aus diesem Grund der Versorgungsstrom nicht mit Standardmesstechnik analysierbar ist, hat das IMMS eine speziell angepasste Messmethode entwickelt. Dabei wird der Wert des Versorgungsstroms mit Hilfe eines induktiven Stromfühlers ermittelt.

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