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

5 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

11042. Мехатроника. Основные термины и определения 1.26 MB
  Введение. Основные термины и определения. Мехатроника это новое направление современной науки и техники которое стремительно развивается в последнее десятилетие во всем мире. Если наступивший век считается веком информатизации то для всех машин в самых различных сф
11043. Этапы развития мехатроники. Классификация мехатронных объектов 599.5 KB
  Этапы развития мехатроники. Классификация мехатронных объектов. Мехатроника является молодой областью науки и техники которая выделилась в самостоятельное направление совсем недавно. Об этом можно судить например по возрасту специальных периодических изданий: так ...
11044. Структура и принципы интеграции мехатронных модулей и машин 770 KB
  Структура и принципы интеграции мехатронных модулей и машин Структура мехатронных модулей Мехатронные модули по составу объединяемых устройств и элементов можно подразделить на три группы рис.3.1: модули движения; мехатронные модули движения; интеллек
11045. Мехатронные системы в машиностроительных технологиях 794.5 KB
  Мехатронные системы в машиностроительных технологиях. Автоматизация технологических процессов в производственной сфере проходит путем широкого внедрения мехатронных объектов. Аппаратурные вычислительные и программные возможности в настоящее время позволяют созд...
11046. Промышленные роботы. Основные определения и классификация 295.5 KB
  Промышленные роботы. Основные определения и классификация. Общие сведения о промышленных роботах Исторически мехатроника развивается в основном на базе робототехники. Однако мехатронный подход может быть реализован отнюдь не только в робото
11047. Манипуляторы робототехнических систем 219.5 KB
  Манипуляторы робототехнических систем 6.1. Манипулятор. Кинематические пары цепи и схемы. Базовым элементом робота является манипулятор механизм обладающий несколькими степенями подвижности который предназначен для перемещения и ориентации объектов ...
11048. Кинематика манипулятора. Прямая и обратная задача. Геометрия рабочего пространства 179.5 KB
  Кинематика манипулятора. Прямая и обратная задача. Геометрия рабочего пространства. 7.1 Общие сведения о кинематике манипуляторов. В процессе изучения кинематических свойств многозвенных механизмов возникает необходимость описания движения их звеньев без уче...
11049. Мехатронные транспортные средства, устройства бытового и медицинского назначения. Периферийные устройства компьютеров как мехатронные объекты 513.5 KB
  Мехатронные транспортные средства устройства бытового и медицинского назначения. Периферийные устройства компьютеров как мехатронные объекты. 8.1 Мехатронные транспортные средства. Современная автомобильная МС включает как правило целый ряд подсистем выполн
11050. Информационные системы в мехатронике 96.5 KB
  Информационные системы в мехатронике 1. Место и роль информационных систем Информационная система ИС представляет собой совокупность функционально объединенных измерительных вычислительных и других вспомогательных технических средств предназначенных для получ