Искусственные имплантанты в офтальмологии

Реферат

БЕЛОРУССКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ УНИВЕРСИТЕТ ИНФОРМАТИКИ И РАДИОЭЛЕКТРОНИКИ

кафедра ЭТТ

РЕФЕРАТ на тему:

Искусственные имплантаты в офтальмологии

МИНСК, 2008

Искусственный хрусталик

В формировании зрения, кроме хрусталика, принимает участие и глазное дно или сетчатка. Сетчатка имеет две части: центральную часть (макулу) и периферическую часть. В макуле находятся клетки, отвечающие за остроту зрения и цветовосприятие. С возрастом в сетчатке накапливается пигмент липофусцин. Молекула-светоулавливатель, обнаруженная в липофусцине, крайне чувствительна к излучению синего света. При длительном воздействии синего света на сетчатку молекула-светоулавливатель выделяет свободные радикалы. Свободные радикалы являются сильным окислителем. Они нарушают процессы жизнедеятельности в клетках сетчатки, что приводит к их гибели и потере зрения. Фотоповреждение сетчатки приводит к возникновению такого заболевания как возрастная дегенерация макулы (ВДМ).

Данное заболевание плохо поддается лечению и может привести к значительной потере зрения или даже к слепоте. Чаще всего возрастная дегенерация макулы возникает у людей старше 50 лет. Длительное воздействие синего света в диапазоне длин волн (400-500 нм) может приводить к возникновению возрастной дегенерации макулы. Природную защиту глаза от воздействия синего света выполняет естественный хрусталик человека.

Механизм оптической защиты сетчатки

Механизм оптической защиты сетчатки 1 Механизм оптической защиты сетчатки 2 Механизм оптической защиты сетчатки 3 Механизм оптической защиты сетчатки 4
15 лет 47 лет 60 лет 70 лет

Рис. 1. Механизм оптической защиты сетчатки.

Естественный хрусталик человека с возрастом желтеет. Желтый цвет хрусталика блокирует проникновение синего света, тем самым предохраняет сетчатку от фотоповреждения. Однако, при удалении хрусталика в случае развития катаракты, удаляется и естественная защита сетчатки глаза от синего света. Клетки сетчатки подвергаются негативному воздействию свободных радикалов. Риск возникновения возрастной дегенерации макулы значительно увеличивается.

Механизм оптической защиты сетчатки 5

Рис. 2. Прогрессирование возрастной дегенерации макулы.

Искусственная оптическая линза (ИОЛ) AcrySof® Natural обеспечивает:

  • защиту сетчатки от излучения синего света в диапазоне 400–500 нм,
  • профилактику возрастной дегенерации макулы
  • максимально соответствует характеристикам естественного хрусталика человека. Линза AcrySof® Natural имеет специальный фильтр желтого цвета, который блокирует проникновение не только УФ, но и синего света на сетчатку.

Механизм оптической защиты сетчатки 6

Рис. 3. Фильтрация синего света.

Желтый цвет линзы AcrySof® Natural максимально приближает цветовосприятие человека после операции по удалению катаракты к естественному зрению. Цвета и яркость предметов идентичны зрению человека с натуральным хрусталиком. Отсутствуют такие симптомы как синее окрашивание объектов, чрезмерно яркие цвета и нечеткое изображение предметов, что может наблюдаться при имплантации других интраокулярных линз.

Механизм оптической защиты сетчатки 7Механизм оптической защиты сетчатки 8

Рис. 4. Установка линзы.

При создании этого искусственного хрусталика особое внимание было уделено биосовместимости с тканями глаза, отсутствию воспалительной реакции после имплантации (пересадки искусственного хрусталика), что сохраняет от воспалительных клеток заднюю капсулу естественного хрусталика (которая остается в глазу после операции).

Поэтому при пересадке этих линз развития вторичных катаракт, которые бы требовали повторной операции в сроки от 1 года до 3 лет, практически не наблюдается. Она остается очень устойчивой после имплантации и предоперационный расчет ее силы всегда полностью соответствует послеоперационной рефракции глаза.

Механизм оптической защиты сетчатки 9

Рис. 5. Линза AcrySof Natural в глазу

Естественный хрусталик человека приобретает желтоватый цвет к 47 годам, а в дальнейшем он становиться еще более желтым. В ультрафиолетовом диапазоне света естественный хрусталик «отсекает» (отфильтровывает) 40–90% излучения. Многие авторы предполагают, что формирование катаракты может быть ответом организма на ультрафиолетовое переосвещение сетчатки. Например, макулодистрофия (повреждение центральной части сетчатки с резким искривлением предметов и понижением зрения) выявляется в четыре раза чаще при афакии (отсутствии хрусталика) и при артифакии (искусственном хрусталике без желтой подкраски).

Этот новый акриловый искусственный хрусталик содержит 0.04% желтого хроматофора и имплантируется в глаз через прокол 2,8 мм. Поэтому выздоровление наступает в три раза быстрее, чем при имплантации обычных искусственных хрусталиков. Пациенты после пересадки отмечают зрительный комфорт, более мягкое восприятие света и более естественные краски окружающего мира.

Механизм оптической защиты сетчатки 10

Рис. 6. Искусственные хрусталики AcrySof ® Natural

Механизм оптической защиты сетчатки 11

Рис. 7. Линза AcrySof ® Restor

Искусственная сетчатка глаза

Биологические сенсорные системы компактны и эффективно расходуют энергию. При попытке создания полупроводниковый аналог сетчатки, сталкиваются с большими трудностями: при толщине 0,5 мм она весит 0,5 г и потребляет 0,1 Вт.

Искусственная сетчатка глаза 1

Рис. 8. Структура сетчатки.

Биологическая сетчатка.

Клетки сетчатки связаны сложной сетью возбуждающих (односторонние стрелки), подавляющих (линии с кружками на конце) и двунаправленных (двусторонние стрелки) сигнальных связей. Такая схема вырабатывает селективные ответы четырех типов ганглионарных клеток (внизу), которые составляют 90% волокон зрительного нерва, передающих зрительную информацию в мозг. Ганглионарные клетки включения «Вкл.» (зеленые) и выключения «Выкл.» (красные) возбуждаются, когда локальная интенсивность света выше или ниже, чем на окружающем участке. Ганглионарные клетки возрастания «Инк.» (синие) и убывания «Дек.» (желтые) генерируют импульсы, когда интенсивность света увеличивается или уменьшается.

Искусственная сетчатка глаза 2

Рис. 8. Структура искусственной сетчатки

Кремниевая сетчатка.

В электронных моделях сетчатки аксоны и дендриты каждой клетки (сигнальные связи) заменяются металлическими проводниками, а синапсы — транзисторами. Перестановки такой конфигурации создают возбуждающие и запрещающие взаимодействия, которые имитируют связи между нейронами. Транзисторы и соединяющие их проводники располагаются на кремниевых чипах, различные участки которых играют роль различных слоев клеток. Большие зеленые площадки — фототранзисторы, преобразующие свет в электрические сигналы.

На ранней стадии развития глаза ганглионарные клетки сетчатки направляют свои аксоны в тектум, сенсорный центр среднего мозга. Аксоны сетчатки направляются с помощью следов химических соединений, выделяемых соседними клетками тектума, которые активируются одновременно; в результате нейроны, возбуждающиеся одновременно, связываются. В итоге в среднем мозге формируется карта пространственного расположения сенсоров сетчатки.

Чтобы смоделировать этот процесс, используют программируемые проводники для создания самоорганизующихся связей между клетками в чипе сетчатки Visio1 (вверху) и чипе искусственного тектума Neurotrope1 (внизу).

Электрические выходные импульсы направляются от искусственных ганглионарных клеток к клеткам тектума через микросхему памяти (ОЗУ) (в середине).

Чип сетчатки выдает адрес возбужденного нейрона, а чип тектума воспроизводит импульс возбуждения в соответствующем месте. В нашем примере искусственный тектум дает команду ОЗУ поменять местами адреса 1 и 2. В результате окончание аксона ганглионарной клетки 2 перемещается к клетке тектума 1, вытесняя аксон ганглионарной клетки 3. Аксоны реагируют на градиент электрического заряда, освобожденного возбужденной клеткой и помогающего перенаправить соединения.

После многократного возбуждения блоков соседствующих нейронов искусственной сетчатки (выделенные треугольники вверху слева) конечные точки аксонов клеток тектума, которые вначале были разбросаны (выделенные треугольники внизу слева), сближаются и образуют более однородные полосы (внизу справа).

Искусственная сетчатка глаза 3

Рис. 9. Структура связей.

Искусственные сетчатки «Аргус» (Argus) были успешно вживлены шестерым слепым пациентам, позволив им вновь видеть свет и обнаруживать движение крупных ярких объектов.

Искусственная сетчатка глаза 4

Рис. 10. Внешний вид электронного имплантанта сетчатки.

Эта система объединяет крошечный электронный глазной имплантат с видеокамерой, установленной на тёмных очках. Решётка из 16 электродов в имплантате соединяется с сетчаткой, воздействуя на фоторецепторы. Сигнал, подаваемый на них, проходит длинный путь от камеры: через обрабатывающий процессор, затем — по радиоканалу к приёмнику, расположенному за ухом, и далее — по проводам, протянутым под кожей, к глазному имплантату. Система может работать только с пациентами, у которых ослаблены и повреждены фоторецепторы сетчатки, но здоров глазной нерв.

Предпринимаются попытки воспроизводить нейронные структуры и их функции. Это называют морфингом (отображением) нервных связей на кремниевые электронные цепи. Таким образом создаются нейроморфные микрочипы путем морфинга сетчатки — нервной ткани толщиной 0,5 мм, покрывающей заднюю стенку глаза. Сетчатка состоит из пяти специализированных слоев нервных клеток и выполняет предварительную обработку визуальных изображений (образов), извлекая полезную информацию, не обращаясь к мозгу и не расходуя его ресурсы.

Кремниевая сетчатка воспринимает движения головы человека. Четыре типа кремниевых ганглионарных клеток на чипе Visio1 имитируют реальные клетки сетчатки и выполняют предварительную обработку визуальной информации. Одни клетки реагируют на темные области (красные), другие — на светлые (зеленые).

Третий и четвертый наборы клеток следят за передними (желтые) и задними (синие) границами объектов. Черно-белые изображения, получаемые при декодировании, демонстрируют то, что слепой человек мог бы видеть с помощью нейроморфного имплантата сетчатки.

Искусственная сетчатка глаза 5

Рис. 11. Разработанная на основе морфинга кремниевая сетчатка.

ЛИТЕРАТУРА

[Электронный ресурс]//URL: https://drprom.ru/referat/intraokulyarnyie-linzyi/

1. Белова А.Н. Нейрореабилитация .-М. Антидор, 2000 г. – 568с.

2. Прикладная лазерная медицина. Под ред. Х.П. Берлиена, Г.И. Мюллера.- М.: Интерэкспорт, 2007г.

3. Александровский А.А. Компьютеризованная кардиология. Саранск; «Красный Октябрь» 2005: 197.

4. Разработка и постановка медицинских изделий на производство. Государственный стандарт Республики БеларусьСТБ 1019-2000.

5. Штарк М.Б., Скок А.Б. Применение электроэнцефалографического биоуправления в клинической практике. М. — 2004 г

6. Боголюбов В.М., Пономаренко Г.Н. Общая физиотерапия. М.,СПб.: СЛП, 2008.

7. Ультрафиолетовое излучение в профилактике инфекционных заболеваний./ А.Л. Вассерман, М.Г. Шандала, В. Г.Юзбашев. М. 2003г.