81107

ИСКУТВЕННЫЕ АППАРАТЫ ПО ВОСТАНОВЛЕНИЮ ЗРЕНИЯ

Реферат

Медицина и ветеринария

Сетчатка состояит из слоя рецепторов и нескольких слоев других клеток рецепторы расположены на дальней от света стороне сетчатки прилегающей к глазному дну. Световоспринимающие фоторецепторы располагаются в самом наружном слое сетчатки соприкасающимся с пигментным слоем и скрыты под внутренними...

Русский

2015-02-19

558.12 KB

3 чел.

ИСКУТВЕННЫЕ АППАРАТЫ ПО ВОСТАНОВЛЕНИЮ ЗРЕНИЯ

  1.  Строение глаза человека

Зрение - канал, через который мы получаем около 90% всей информации об окружающем мире. Сам же процесс видения делится на три части. Первая - фокусирование изображения: информация концентрируется на небольшом поле, происходит ее "заготовка" для дальнейшей обработки. Основные используемые средства - оптические. Вторая часть - фоторецепция: в сетчатке - тоненькой пленочке, выстилающей дно глаза, - информация переводится с языка электромагнитных излучений на язык электрических сопротивлений мембран, потоков ацетилхолина и другие языки, имеющие хождение в организме. И наконец, последняя, третья часть - построение и анализ наших представлений о том, что мы видим. Здесь главный инструмент - мозг, но заметная часть этой работы совершается непосредственно в сетчатке, которая служит, таким образом, "филиалом" мозга.

Объектив нашего глаза (рис. 1.1) составной: одна часть, роговица, - с неизменяемым фокусным расстоянием; другая, хрусталик, изменяет свою кривизну, автоматически устанавливая резкое изображение того предмета, который привлек наше внимание. Хрусталик по совместительству выполняет роль светофильтра, он не пропускает ультрафиолетовые лучи, которые могут повредить сетчатку, и поэтому слегка желтый на просвет. Светосила нашего объектива (отношение площади зрачка к квадрату фокусного расстояния) до 1:3 - это неплохо для угла зрения около 100° в любой плоскости. Объектив фокусирует изображение не на плоскость, а на часть сферы, что намного упрощает дело.

Радужная оболочка - цветное колечко, середину которого называют зрачком. В зависимости от освещенности наш зрачок автоматически меняет диаметр от 2 до 8 мм. Пигментный эпителий, расположенный за сетчаткой, эффективно поглощает свет, чтобы уменьшить его рассеяние, иначе четкость изображения ухудшалась бы. Сетчатка, состояит из слоя рецепторов и нескольких слоев других клеток, рецепторы расположены на дальней от света стороне сетчатки, прилегающей к глазному дну.

Для цветного зрения мы используем колбочки, а для сумеречного черно-белого - палочки. Чувствительность палочек выше чувствительности колбочек, возможно, потому, что на одинаковое количество зрительного пигмента (который распределен по всем мембранам наружного сегмента) у них приходится гораздо меньшая площадь наружной мембраны (см. рис.1 2). Колбочки бывают трех сортов: "синие", с максимумом спектра поглощения 450 нм; "зеленые" (lmax = 530 нм) и "желтые" (lmах = 570 нм). Максимум спектра поглощения у палочек 500 нм, что соответствует синевато-зеленому цвету. Световоспринимающие фоторецепторы располагаются в самом наружном слое сетчатки, соприкасающимся с пигментным слоем, и скрыты под внутренними слоями нервных клеток. Свет сначала проходит через внутренние слои сетчатки, а потом попадает на световоспринимающие клетки.

Зрительный путь начинается от сетчатки глаза и заканчивается в зрительной коре, расположенной в шпорной борозде затылочной доли.

Рисунок 1.1 – Строение глаза человека. Восприятие света

1.2 Актуальность решаемой проблемы

Как известно терапия – это область клинической медицины, которая занимается вопросами происхождения, лечения, диагностики и профилактики заболевания внутренних органов.

Особое внимание в наше время уделяют развитию и внедрению в терапевтических целях нанотехнологий, которые позволили бы частично или полностью восстановить ту или иную функцию человеческого организма. Активные разработки ведутся в области офтальмологии так как по данным ВОЗ (Всемирной организации здравоохранения) на данный момент в мире насчитывают 37 миллионов слепых людей и около 125 миллионов людей с крайне плохим зрением. Каждые 5 секунд на нашей планете слепнет взрослый человек, а каждую минуту теряет зрение один ребенок.

Всемирная организация здравоохранения среди частых причин слепоты указывает следующие:

  1.  катаракта (47,9 %)
  2.  глаукома (12,3 %)
  3.  снижение зрения, связанное со старением (8,7 %)
  4.  помутнение роговицы (5,1 %)
  5.  диабетическая ретинопатия (4,8 %)
  6.  слепота у детей (вызывается частности дефицитом витамина А, катарактой и ретинопатией у недоношенных (РН)) (3,9 %)
  7.  трахома (3,6 %)
  8.  онхоцеркоз (0,8 %)

Среди других слепоту могут вызвать и травматические повреждения глаз, инфекции (например, бленнореясифилис и др.).

Самые серьезные нарушения зрения связаны, несомненно, с сетчаткой. Большинство случаев слепоты вызываются болезнями и нарушениями сетчатки и хороида лежащего под ней слоя питающих кровеносных сосудов. Если какая-то часть сетчатки повреждена, очень вероятно, что зрение в какой-то степени будет утрачено. Сетчатка не восстанавливается, так что утрата невосполнима. При рождении глаз имеет полный комплект (около 300 млн.) клеток сетчатки. Эти клетки не делятся и не регенерируют после рождения.

Основная болезнь сетчатки по количеству страдающих от нее вырождение желтого пятна главная причина слепоты у людей старше 60 лет. Другие — это диабетическая ретинопатия, отслоение сетчатки, пигментозный ретинит (ПР), синдром Ашера, ЦМВ (цитомегаловирусный) ретинит, часто развивающийся у людей, пораженных СПИДом, опухоли, нарушения сетчатки у недоношенных детей.

1.3 Argus II - нано устройство позволяющие частично восстановить зрение при повреждении сетчатки глаза

После продолжительных теоретизирований, постулирований и предварительных испытаний на животных, бионический глаз наконец-то становится доступен для людей - сначала в Европе, а затем в США.

Эти имплантаты могут восстановить зрение у полностью слепых пациентов, но только в том случае, если слепота вызвана изъяном сетчатки, как в случае дегенерации желтого пятна (от чего страдают миллионы пожилых людей), диабетической ретинопатии или других дегенеративных заболеваниях глаз. Первые образцы этих имплантатов, названные Argus II, разработанные в недрах фирмы Second Sight, уже доступны в Европе. За $115 000 над пациентом проводят 4-часовую операцию по установке антенны позади глаза и дают специальные очки с камерой, которые посылают сигнал к антенне. Антенна связана с сетчаткой посредством около 60 электродов, что эквивалентно экрану с разрешением в 60 пикселей, сигналы от которых интерпретирует мозг. Обладатели бионических глаз Argus II сообщают, что могут видеть грубые формы, отслеживать движение объектов и медленно читать написанное крупным шрифтом.

 

Рисунок 1.2 -  Имплантант Argus II

Принцип работы Argus II можно проследить по структурной схеме (см.рис. 1.3)

Argus II включает в себя антенну, глазной имплантат с набором электродов и внешнее оборудование — специальные очки с вмонтированной видеокамерой и устройство для обработки видеосигнала этой камеры, похожее на маленький кассетный Walkman, плюс соединительный кабель. Видеокамера захватывает изображение и отправляет его на небольшой носимый компьютер, транслирующий входящий видеопоток в специальные инструкции и отсылающий их по кабелю назад очкам, которые по беспроводному каналу передают их на антенну имплантата. Полученные сигналы поступают на электродный массив, который в обход повреждённых фоторецепторов производит электрическое стимулирование живых клеток сетчатки. Последняя, как ей и положено, передаёт визуальную информацию в мозг по оптическому нерву.

Рисунок 1.3 – Схема работы Argus II

1.4 Bio-Retina - нано устройство позволяющие частично восстановить зрение при повреждении сетчатки глаза

Другой бионический имплантат глаза, Bio-Retina от фирмы Nano Retina, может похвастаться даже более совершенными техническими характеристиками. Он стоит меньше, около $60 000, и отличается тем, что вместо внешней камеры, передающий видеосигнал, используется датчик, который встроен не в обычные очки, а непосредственно в сам глаз, поверх сетчатки. Операция занимает всего полчаса и может проводиться под местным наркозом (см. рис. 2.3).

При дегенерации желтого пятна и диабетической ретинопатии, светочувствительные колбочки и палочки в сетчатке перестают работать. В набор Bio-Retina входит датчик с разрешением 24 на 24 пикселей (всего 576 пикселей), который помещается непосредственно на поврежденную сетчатку, а 576 электродов (см рис.1.5) позади датчика, соединяют его со зрительным нервом. Встроенный обработчик изображения конвертирует информацию каждого пикселя в электрические импульсы, закодированные таким образом, что мозг воспринимает их в черно-белом виде.

Способ, посредством которого осуществляется питание датчика. Система Bio-Retina поставляется в комплекте со стандартными корректирующими линзами, которые модифицированы таким образом, что выпускают лазерный луч в ближней инфракрасной области спектра, который через радужную оболочку поступает в датчик, встроенный в глаз. На датчике расположена фотогальваническая панель мощностью до 3 милливатт. Такого малого количества энергии более чем достаточно для обеспечения работы устройства. Инфракрасный лазер невидим и безопасен. Отсутствие внешней камеры позволяет смотреть со стороны в сторону, двигая только глазами без поворота головы, Важно, что привычное зрение (хоть и более низкого расширения) восстанавливается сразу после установки имплантанта.

Рисунок 1.4 - Система Bio-Retina

  1.  Невзрачные очки используются аккумуляторные батареи ,доставку питания Лазерные аппараты и рабочие линзы.

2 . SHINE мощность лазера - Ближнего инфракрасного лазерного луча достаточно мягким, чтобы светить безопасно через глаз на имплантат, обеспечивает до трех милливатт мощности на фотоэлемент на глаз имплантата. Свет невидим, поэтому он не будет вмешиваться в виду.

3 . Захват изображения – С фоторецепторов световая информации в процессор обработки изображений, который переводит каждый пиксель изображения в последовательность электрических импульсов , которые представляют особый оттенков серого.

4 . TRIGGER НЕЙРОНОВ - Шестьсот игольчатых электродов ( выполненные из биосовместимых материалов кремния и сапфира , чтобы предотвратить образование рубцовой ткани ) проникают в сетчатку. Каждый электрод представляет собой один пиксель, посылая электрические импульсы для стимуляции нейронов глаза, которые передают изображение в мозг.

Рисунок 1.5 - Фотографию угла Bio-Retina, ясно показывая сетку фотодетектора

ВЫВОД

Зрительный аппарат человека – это очень сложная оптическая система. Поэтому в современных медицинских технологиях существует ряд проблем по восстановлению зрения человека, таких как:

  1.  разработка и применение биосовместимых материалов для имплантатов;
  2.  поиск путей удешевизнения технологий изготовления существующих нано разработок;
  3.  расширения изображения восстанавливаемого зрения;
  4.  вопросы связанные с эргономикой и др.

Таким образом проводятся интенсивные исследования и внедряются новые, пока еще дорогостоящие разработки Argus II и более усовершенствованный аппарат Bio-Retina.


ПЕРЕЧЕНЬ ИСПОЛЬЗУЕМОЙ ЛИТЕРАТУРЫ

  1.  Терапевтические аппараты и системы / В.П.Олейник – Учеб. пособ. – Харьков: Национальный аэрокосмический ун-т «ХАИ», 2002г. – 93с.
  2.  http://www.moscowuniversityclub.ru/home.asp?artId=12176 – Электронный ресурс.
  3.  http://budtezdorovjem.ru/kak-myi-vosprinimaem-tsvet/ - Электронный ресурс.
  4.  http://itword.org/bionicheskij-glaz-argus-ii-vozvrashhaet-zrenie/ - Электронный ресурс.
  5.  http://tech-life.org/technologies/255-second-sight-argus - Электронный ресурс.
  6.  http://www.gizmag.com/bio-retina-restore-vision-blind/23387/ - Электронный ресурс.


 

А также другие работы, которые могут Вас заинтересовать

5563. Бертольт Брехт. Жизнь и творчество 48.5 KB
  Бертольт Брехт После смерти Бертольта Брехта прошло немало лет. Предсказания недоброжелателей не оправдались: драматургия и поэзия Брехта не только не ушли в прошлое, но с каждым годом приобретают все большее число друзей. Идеи Брехта по-прежнему со...
5564. Архитектура Древней Греции 116.5 KB
  Введение. Архитектура античной Греции, охватывающая в своём развитии в основном VIII-I века до н.э., делится на три периода: архаический, классический и эллинистический. Им предшествовали периоды крито-микенской культуры на территории южной Гр...
5565. Архитектура страны фараонов. Древний Египет 1.82 MB
  Архитектура страны фараонов. Каменная архитектура Египта, о чем свидетельствуют дошедшие до нас памятники древней египетской цивилизации, служила в первую очередь потребностям религии. Жилые дома, в том числе и дворцовые сооружения, строились из лег...
5566. Информация и информационные процессы 272 KB
  Информация и информационные процессы. Определение понятия информации Информация по-латыни означает сообщение. Определения информации. Информация по Шеннону. Информация сообщение, которое уменьшает или устраняет неопределённость в выборе одной возможности из нескольких.....
5567. Учет и анализ финансовых результатов и использования прибыли на примере ОАО Воронежстрой-Холдинг 438.5 KB
  Развитие рыночных отношений требует осуществления новой финансовой политики, усиления и воздействия на ускорение социально-экономического развития России, рост эффективности производства и укрепления финансов государства. Важная роль в обес...
5568. Фильтрация сигналов на фоне помех 153.5 KB
  Фильтрация сигналов на фоне помех. Задачи и методы фильтрации Электрическим фильтром называется пассивный четырехполюсник пропускающий электрические сигналы некоторой полосы частот без существенного ослабления или с усилением, а колебания вне это...
5569. Анализ параметрических цепей 149.5 KB
  Анализ параметрических цепей Общие понятия о параметрических цепях Электрические системы, в которых хотя бы один из параметров (R, L или C) является переменным во времени, называется цепями с переменными параметрами, называется цепями с переменны...
5570. Анализ нелинейных цепей 297 KB
  Анализ нелинейных цепей 1. Общие понятия об элементах нелинейных цепей Цепи, которые изучались ранее, относятся к классу линейных цепей. Параметры элементов этих цепей. Параметры элементов этих цепей - сопротивлений, индуктивностей, емкостей - не за...
5571. Основы цифровой обработки сигналов 497 KB
  Основы цифровой обработки сигналов 1.Основные понятия Под цифровой обработкой сигналов (ЦОС) понимают операции над дискретными во времени величинами (отсчетами сигналов). Дискретную величину, поступающую на вход устройства ЦОС в n-ый момент времени ...