【視界密碼】醫學雜誌專刊/眼科醫學/近視/雷射/老花/遠視/白內障/青光眼/角膜移植/REVIEW

吳重雨醫師學經歷
 

現職

國立交通大學終身講座教授

生醫電子轉譯研究中心創辦人

經歷

國立交通大學校長

教育部國家講座
 

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眼睛就像一具超級精密相機，水晶體好比相機的鏡頭，視網膜好比數位相機的電子晶片感光元件。光線由外部經過角膜，水晶體，玻璃體，而照射到視網膜，視網膜的感光細胞(photoreceptors)產生一系列的光傳導電化學反應，產生初步的視覺訊號，再經由視網膜的神經節細胞(ganglion cells)傳到大腦枕葉皮質而形成視覺。

　　視網膜退化或病變，如老年性黃斑部退化(Age-related Macular Degeneration, AMD)或是色素性視網膜炎(Retinitis Pigmentosa, RP)等，會導致視網膜感光細胞損傷或死亡，因而喪失視力。例如色素性視網膜炎，盛行率大約四千分之一，患者常在十餘歲時開始產生夜盲症狀，進而視野缺損，約於四、五十歲時失明，目前仍無任何有效治療方法。針對此病具有潛力之治療方法之一就是植入人工視網膜，因為微電子技術及眼科學之高度發展，人工視網膜進展順利，已成為電子界與眼科學界重要研發課題。

　　人工視網膜基本原理是利用光感測元件將外界影像轉變為電脈波，經由植入患者視網膜附近的電極(electrodes)，對視網膜殘存的神經細胞加以電脈波刺激，產生初步的視覺訊號，再經由視網膜的神經節細胞傳到大腦而形成視覺，使沒有感光細胞而失明的患者可以恢復部分視覺。依植入位置分類，主要分為置於視網膜上方神經節細胞附近的上視網膜植入(epi-retina)式及置於視網膜下方感光細胞附近之下視網膜植入式(sub-retina)。目前美國有款上視網膜植入式人工視網膜，根基於台灣留美學者劉文泰教授之研究，已通過美國FDA認證上市，具有60個像素，為人類歷史上第一個成功商品化之電子視網膜，具有劃時代之意義。台灣亦於2017年引進，分別在長庚醫院及台北榮民總醫院植入病人，開啟人工視網膜在台灣之應用。

　　國立交通大學生醫電子轉譯研究中心(Biomedical Electronics Translational Research Center, BETRC)人工視網膜團隊，在筆者及台北榮總林伯剛醫師帶領下，十多年來致力於研發下視網膜植入式人工視網膜，其架構如圖1之示意圖所示。在植入視網膜下方的晶片(implanted chip)上，設計有256像素之互補式金氧半影像感測器(CMOS Image Sensor, CIS)、電流脈波刺激電路及電極，當自然影像光(nature image light)透過眼球照在類似數位照相機所用的晶片上，影像光就轉為刺激電流脈波，透過電極刺激視網膜神經細胞，形成視覺。晶片上設計有光伏電池(photovoltaic cells, PV cells)，並由眼外雙光源光學系統(external dual-light optical system)產生850奈米波長的紅外線照射而發電，供電給植入晶片。因此，不需連接電線進入眼球提供電能及脈波，使植入手術簡化。植入晶片係在台積電研製，如圖2所示，大小為3.2mm X 3.2mm。

　　2016年起該技術陸續技轉給BETRC新創之晶神醫創公司，進一步發展為產品，造福病人。該公司董事長暨總經理姜信欽博士及副總邱進峯博士帶領的團隊，秉持「勇猛精進、不休不息」的精神，持續努力，目前所研發的人工視網膜雛型產品，已多次植入迷你豬進行各項動物試驗，如圖3所示，已成功測得視網膜電圖(electroretinogram，ERG)及在大腦皮層測得視覺誘發皮質電位（visualevoked cortical potential，VECP或VEP），證明植入晶片電刺激產生的視覺訊號已傳到大腦視覺皮層。目前正在加緊研發人工視網膜產品，並進行各項人體試驗前所須之安全規範驗證，預期在2020年可以進行人體試驗。

　　隨著人類對視覺機制的探索，加上藉由人工視網膜植入對神經科學加速的研究，未來人工視網膜的研發亦將隨之精進，有朝一日必能大幅增加像素數目，以改善解析度；同時也能突破目前的黑白視覺，產生彩色視覺。如此更能造福盲人，甚至賦予人類更精進之視力。讓我們拭目以待!