En visuel protese , også kendt som et bionisk øje , er en eksperimentel visuel enhed designet til at genoprette synsfunktionen til dem, der lider af fuldstændig eller delvis blindhed. Mange enheder er blevet udviklet ved hjælp af cochleaimplantater og neuroprotetiske teknologier . Idéer til at bruge elektrisk strøm (såsom retinal elektrisk stimulation) til at genoprette synet går tilbage til det 17. århundrede. De blev diskuteret af Benjamin Franklin, Tiberius Cavallo og Charles Leroy. [1] [2] [3]
Evnen til at tillade en blind person at få syn med et bionisk øje afhænger af de omstændigheder, der forårsagede tabet af synet. Nethindeprotesen er den mest almindelige synsprotese. Denne protese er bedst egnet til patienter med synstab på grund af fotoreceptordegeneration . Chancerne for succes øges, hvis patientens synsnerve blev udviklet før blindhedens begyndelse. Mennesker med medfødt blindhed har muligvis ikke en fuldt udviklet synsnerve, selvom neuroplasticitet tillader nerven at udvikle sig efter implantatplacering. [fire]
Synsproteser udvikles som et potentielt værdifuldt hjælpemiddel til mennesker med synsnedsættelse. Argus II , der er udviklet i samarbejde med University of Southern California (USC) og fremstillet af Second Sight Medical Products Inc., er i øjeblikket den eneste sådan enhed, der modtager markedsføringsgodkendelse (CE-mærke i 2011). [5] De fleste andre projekter er under udvikling.
Mark Humayun, Eugene DeJuan, Howard D. Phillips, Wentai Liu og Robert Greenber var de første opfindere af den aktive visuelle protese. [6] De beviste, at deres koncept virkede under patientstudier på Johns Hopkins University . I slutningen af 1990'erne grundlagde Greenberg Second Sight sammen med en iværksætter af medicinsk udstyr. [7] Deres første generations implantat havde 16 elektroder og blev brugt på USC mellem 2002 og 2004. [8] I 2007 begyndte virksomheden at teste sit andengenerations 60-elektrode implantat, kaldet Argus II. [9] 30 personer fra 4 lande deltog i testene. I foråret 2011 blev Argus II, baseret på resultaterne af et klinisk forsøg, der blev offentliggjort i 2012 [10] godkendt til kommerciel brug i Europa, og Second Sight lancerede produktet. I USA blev Argus II certificeret den 14. februar 2013. National Eye Institute, Department of Energy og National Science Foundation støttede udviklingen af Second Sight. [elleve]
Claude Veraart fra universitetet i Louvain har udviklet en protese, der er en oprullet manchetelektrode omkring synsnerven bagerst i øjet. Som planlagt skal stimulatoren modtage signaler fra det eksterne kamera, som omdannes til elektriske signaler, og som direkte stimulerer synsnerven.
Det implanterbare miniatureteleskop er, selvom det ikke er en aktiv protese, en type visuelt implantat, der kan bruges til behandling af fremskreden makuladegeneration . [12] [13] Denne type anordning implanteres i øjet, hvilket øger (ca. tre gange) størrelsen af det billede, der projiceres på nethinden. [fjorten]
Et eksempel er teleskopet bygget af VisionCare Ophthalmic Technologies. Den er på størrelse med en ært og er implanteret bag iris. Billedet projiceres på sunde områder af den centrale nethinde, uden for den degenererede gule flod , og forstørres for at reducere den blinde plets indvirkning på synet. Et forstørrelsesforhold på 2,2x eller 2,7x giver dig mulighed for at se eller skelne et objekt af interesse, mens det andet øje bruges til perifert syn. Et øje, der har et implantat, vil have begrænset perifert syn som en bivirkning. Patienter, der bruger enheden, kan stadig have brug for briller for optimalt syn. Før operationen bør patienterne først prøve et håndholdt teleskop for at se, om det vil forbedre deres syn. En af de største ulemper er, at den ikke kan bruges til patienter, der er blevet opereret for grå stær. Og også for at installere et teleskop skal du lave et stort snit i hornhinden. [femten]
I 1995 begyndte udviklingen af subretinale retinale proteser på University Eye Hospital Tübingen. En chip med mikrofotodioder blev placeret under nethinden, som opfattede lys og omdannede det til elektriske signaler, der stimulerer ganglieceller som en naturlig proces i fotoreceptorerne i en intakt nethinde. Naturlige fotoreceptorer er meget mere effektive end fotodioder, og synligt lys er ikke kraftigt nok til at stimulere MPDA. Derfor bruges en ekstern strømforsyning til at øge stimulationsniveauet. De første forsøg på mikrogrise og kaniner blev startet i 2000, og alene i 2009 blev implantater implanteret i 11 patienter som led i et klinisk pilotstudie. De første resultater var opmuntrende - de fleste patienter var i stand til at skelne dag fra nat, nogle kunne endda genkende genstande - en kop, en ske og følge bevægelsen af store genstande. [16] De første implantationer i Storbritannien fandt sted i marts 2012 og blev udført af Robert McLaren ved University of Oxford og Tim Jackson på Royal London Hospital. [17] [18] Fra 2017 havde Alpha IMS, fremstillet af Retina Implant AG Germany, 1500 elektroder, størrelse 3×3 mm, tykkelse 70 mikron. Når det først er placeret under nethinden, giver dette næsten alle patienter mulighed for at opleve en vis grad af genopretning af lysopfattelsen. [19]
Joseph Rizzo og John Wyatt fra Massachusetts begyndte at forske i gennemførligheden af en nethindeprotese i 1989 og testede stimulering på blinde frivillige mellem 1998 og 2000. De har siden udviklet den subretinale stimulator, et sæt elektroder, der er placeret under nethinden og modtager billedsignaler fra et kamera monteret på et par briller. Stimulatorchippen afkoder billedinformationen transmitteret af kameraet og stimulerer retinale ganglieceller i overensstemmelse hermed. Anden generations protese indsamler data og sender dem til implantatet via radiofrekvensfelter fra en spole af sendere monteret på briller. Modtagerens sekundære spole er syet rundt om iris. [tyve]
Brødrene Alan Chow og Vincent Chow har udviklet en mikrochip indeholdende 3.500 fotodioder, der registrerer lys og omdanner det til elektriske impulser. De stimulerer sunde retinale ganglieceller. ASR kræver ikke eksterne enheder. ASR-mikrochippen er en siliciumchip på 2 mm i diameter (samme koncept som i computerchips), 25 mikrometer tyk, indeholdende 5.000 mikroskopiske solceller kaldet "mikrofotodioder", hver med sin egen stimulerende elektrode. [21]
Daniel Palanker og hans gruppe på Stanford University udviklede ikke et solcelleanlæg, som også er et "bionisk øje". Systemet inkluderer en subretinal fotodiode og et infrarødt billedprojektionssystem monteret på videobriller. [22] Information fra videokameraet behandles i en lommecomputer og vises i et pulserende infrarødt (850-915 nm) videobillede. Det infrarøde billede projiceres ind på nethinden gennem øjets naturlige optik og aktiverer fotodioder i subretinal implantatet, som omdanner lyset til en pulseret bifasisk elektrisk strøm i hver pixel. [23] Elektrisk strøm, der strømmer gennem vævet mellem de aktive og returelektroderne i hver pixel, stimulerer nærliggende indre retinale neuroner, primært bipolære celler, som videresender excitatoriske reaktioner til retinale ganglieceller. Denne teknologi bliver kommercialiseret af Pixium Vision og er fra 2018 under kliniske forsøg.
Et australsk hold ledet af professor Anthony Burkitt er ved at udvikle to nethindeproteser. Wide-View-enheden kombinerer nye teknologier med materialer, der med succes er blevet brugt i andre kliniske implantater. Denne tilgang inkluderer en mikrochip med 98 stimulerende elektroder og har til formål at øge patientmobiliteten for at hjælpe dem med at navigere sikkert i deres omgivelser. Dette implantat vil blive placeret i det suprakoroidale rum. De første patienttests med denne enhed startede i 2013.
Bionic Vision Australia-konsortiet er ved at udvikle en High-Acuity-enhed, der inkluderer en række nye teknologier til at kombinere en mikrochip og et 1024-elektrodeimplantat. Enheden er designet til at forbedre synet for at hjælpe med opgaver som ansigtsgenkendelse og læsning af store bogstaver. Det bioniske visuelle system inkluderer et kamera, der transmitterer radiosignaler til en mikrochip placeret bagerst i øjet. Disse signaler omdannes til elektriske impulser, der stimulerer celler i nethinden og synsnerven. Derefter overføres de til de visuelle områder i hjernebarken og omdannes til et billede, som patienten ser.
Det australske forskningsråd tildelte Bionic Vision Australia et tilskud på 42 millioner USD i december 2009, og konsortiet blev officielt lanceret i marts 2010. [24]
Dobelle Eye ligner i funktion MIT Retinal Implan-enheden, bortset fra at stimulatorchippen er placeret i den visuelle cortex , snarere end på nethinden. Første indtryk af implantatet var ikke dårligt. Stadig i udviklingsstadiet, efter Dobels død, blev det besluttet at omdanne dette projekt fra et kommercielt til et statsfinansieret. [25]
Neural Prosthesis Laboratory ved Illinois Institute of Technology i Chicago , udvikler en visuel protese ved hjælp af intracorticale elektroder. I lighed med Dobel-systemet kan brugen af intrakortikale elektroder øge den rumlige opløsning i stimuleringssignaler betydeligt. Derudover udvikles et trådløst telemetrisystem for at eliminere behovet for transkranielle (intrakranielle) ledninger. Elektroder belagt med et lag af aktiveret iridiumoxidfilm (AIROF) vil blive implanteret i den visuelle cortex, der er placeret i hjernens occipitale lap. [26] Udendørsenheden vil fange billedet, behandle det og generere instruktioner, som derefter vil blive transmitteret til de implanterede moduler via en telemetriforbindelse. Kredsløbet afkoder instruktionerne og stimulerer elektroderne, hvilket igen stimulerer den visuelle cortex. Gruppen udvikler eksterne billeddannelsessystemsensorer til at ledsage specialiserede implanterbare moduler indbygget i systemet. Dyreundersøgelser og menneskelige psykofysiske undersøgelser er i gang for at teste gennemførligheden af implantation hos frivillige. [27]
I 2014 begyndte forberedelserne i Rusland til den første operation for at implantere et bionisk øje i blinde patienter. FMBA i Rusland valgte Argus II-protesen til dette formål. Forberedelsen varede i flere år. En proteseproducent testede russisk udstyr, og der blev annonceret en rekruttering af frivillige for at finde en passende patient. Operationen blev finansieret af Alisher Usmanovs velgørende fond "Kunst, videnskab og sport". [28]
Den første operation i Rusland for at implantere en døvblind patient med en Argus II-protese blev udført på Research Center of Ophthalmology, Russian National Research Medical University. N.I. Pirogov under vejledning af direktøren for centret, professor Hristo Perklovich Takhchidi. Den første patient var bosiddende i Chelyabinsk Ulyanov Grigory Aleksandrovich. [29]
Efter den første operation meddelte det russiske sundhedsministerium, at det planlægger at inkludere sådan bistand i gratis højteknologiske bistandsprogrammer. Til dette er det ifølge repræsentanten for afdelingen nødvendigt at udføre omkring et dusin flere operationer for at udvikle et rehabiliteringssystem. Derudover var det planlagt at etablere produktion af egne synsproteser i Rusland. [28]