Главная  |  Проблематика зрения  |  Новости офтальмологии  |  Имплантаны в офтальмологии

Имплантаны в офтальмологии


ИМПЛАНТАНТЫ В ОФТАЛЬМОЛОГИИ

Перечень сокращений.

ASR – ArtificalSiliconRetina;
ВМД, AMD – возрастная макулодистрофия;
Дптр, D – диоптрия;
ИОЛ, IOL – интраокулярная линза;
ЛАСЕК, LASEK – лазерный эпителиальный кератомилёз;
ЛАЗИК, LASIK – лазерный интрастромальный кератомилёз;
ПЗС, CCD – прибор с зарядовой связью;
ПММА, PMMA – полиметилметакрилат;
ФРК, PRK – фоторефракционная кератэктомия.

 

Введение.

В настоящее время практически во всех странах мира от 25 до 70% жителей, не являясь больными, имеют низкое зрение, связанное с миопией, гиперметропией и астигматизмом [3]. Большинство этих людей, а их на нашей планете насчитываются многие миллионы, не могут в полном объеме получать необходимую информацию об окружающем мире, рассматривать детали предметов, любоваться и наслаждаться прекрасным в природе и в творениях человека. Они также подвержены большему риску, т. к. не всегда могут вовремя заметить и адекватно отреагировать на грозящую им опасность, и в силу этого сами зачастую представляют опасность для окружающих. Все это вынуждает человека со слабым зрением обитать в более ограниченном, чем человек хорошо зрячий, пространстве. С течением жизни заболевания только накапливаются и в старости к уже имеющимся рефракционным заболеваниям присоединяются глаукома, возрастная макулодистрофия и катаракта, что грозит полной потерей зрения. Здесь будут рассмотрены имеющиеся на сегодняшний день методики протезирования в офтальмологии, начиная от искусственных интраокулярных линз и заканчивая электронными сетчатками. Работа поделена на три больших части по группам глазных заболеваний и методам лечения:

Рефракционные заболевания (миопия, гиперметропия, пресбиопия, астигматизм и другие) и методы исправления рефракции (факичные рефракционные линзы, замена прозрачного хрусталика, внутрироговичные имплантанты и склеральные имплантанты);

Катаракта и различные виды интраокулярных линз для замещения хрусталика;

Поражения сетчатки (пигментный ретинит и макулодистрофия) и электрические методы стимуляции.

 

1. Рефракционная коррекция

1.1 Заболевания.

Рефракционные заболевания связаны с изменением геометрических пропорций глаза, в результате чего происходит несоответствие размера глаза его преломляющему аппарату: при этом изображение рассматриваемого вдали предмета приходится не на определенную область сетчатки, а расположено в плоскости перед ней (миопия), в плоскости за ней (гиперметропия), либо сразу в двух или более плоскостях (астигматизм). Эти три заболевания называются аметропиями. Длительное время такие состояния корригировались только очками или контактными линзами, хотя уже давно предпринимались попытки хирургического их исправления. Со временем такие операции стали называть рефракционными.[3]

Помимо аметропий по симптомам к рефракционным заболеваниям можно отнести следующие заболевания:

-         Пресбиопия, или возрастная дальнозоркость - состояние глаз, которое возникает у всех без исключения людей с возрастом (обычно после 40 лет). Человеку становится сложно различать мелкие предметы вблизи, читать газетный шрифт и т.п. Это происходит из-за того, что хрусталик глаза со временем становится всё более плотным и всё менее эластичным. Ослабевают из-за возрастных изменений мышцы, удерживающие хрусталик.

-         Кератоконус, или коническая роговица - состояние глаза, при котором нормальная - сферическая - форма роговицы нарушена. В результате дистрофии и истончения роговичной ткани роговица принимает коническую форму. Лучи света неравномерно преломляются в различных точках роговицы из-за её измененной, конусовидной формы. Свет настолько причудливо преломляется на её поверхности, что человек искажённо видит окружающий мир. Возникает астигматизм и близорукость(миопия).Естественно, что пациент прежде всего жалуется на снижение остроты зрения, искажение предметов, невозможность четкого зрения. Для того, чтобы рассмотреть что-либо, он старается как-то особенно прищуриться или наклонить голову. Однако, в отличие от истинной (первичной) близорукости, очки такому пациенту не удается подобрать - они все равно не дают удовлетворяющей его остроты зрения. На последних стадиях кератоконуса появляется видное невооруженным глазом конусовидное выпячивание роговицы. Кератоконус развивается лишь у одного человека из 2000. Причины заболевания не известны.

 

1.2 Историческая справка.

Первые попытки исправить рефракционные недостатки предпринимались более чем 200 лет назад. Эти процедуры, произведенные Tadini (1790) и Casannatta (1790), были направлены на видоизменение хрусталика и уменьшение передне-заднего размера глаза.

Спустя 100 лет V. Fukala показал, что удаление прозрачного хрусталика при миопии высокой степени приводит к положительному результату. Но распространению этой рефракционной операции мешали частые осложнения - гнойная инфекция и отслойка сетчатки.

По мнению же большинства, изучающих историю этого вопроса, именно кератотомия при астигматизме, выполненная в 1885 году норвежским офтальмологом L. Schiotz является первой рефракционной операцией. [3]

 

1.3 Современные методы без применения имплантантов.

Имеющиеся хирургические методики целесообразно подразделить на роговичные и интраокулярные методы коррекции. К операциям, влияющим на оптические свойства роговицы можно отнести:

-         ФРК (фоторефракционная кератэктомия) (PRK);

-         ЛАЗИК (Laser in Situ Keratomileusis) LASIK;

-         ЛАСЕК (laser epithelial keratomileusis) LASEK;

-         РК (Радиальнаякератотомия) (RK);

-         АК (Астигматическая кератотомия);

-         ЛТК (Лазерная термическая кератопластика) (LTK);

-         Кератопластика с помощью горячей иглы - HNK (Hot Needle Keratoplasty);

-         ВРК (Внутрироговичные кольца) (ICR);

-         Лимбальные послабляющие разрезы (LRI) [27].

Наибольшую популярность получили методики с применением эксимерного лазера: фоторефракционная кератэктомия (ФРК, PRK - Photo Refractive Keratectomy) и лазерныйи нтрастромальный кератомилез (ЛАЗИК, LASIK - Laser in situ keratomileusis). Хотя в обоих случаях используется один и тот же лазер, техники ФРК и LASIK существенно различаются. При фоторефракционной кератэктомии (Рис.1, PRK) после деэпителизации (этап I) воздействию лазерного луча подвергается наружная поверхность роговицы (этап II), а образовавшаяся после такого воздействия эрозивная поверхность роговицы (этап III), как правило, в течение 4-5 суток эпителизируется. При интрастромальном кератомилезе (Рис.1, LASIK) передние слои роговицы после специального разреза приподнимаются, при этом обнажаются более глубокие слои (этап I), которые и моделируются эксимерным лазерным лучом (II). Затем временно приподнятые поверхностные слои роговицы возвращаются на свое привычное место (этап III). Швы при этом не используются, так как лоскут хорошо фиксируется уже через несколько минут после операции. В результате такого воздействия практически отсутствует роговичный синдром. [3]

Рис.1. Слева – методика ФРК, справа – LASIK.
На рисунке показаны профили роговицы.

Длительное наблюдение над пациентами, перенесшими ФРК и LASIK, показало, что LASIK является более физиологичным способом (Рис.2), при нём не разрушаются эпителиальная базальная и передняя пограничные мембраны, наблюдаются лучшие результаты и меньшее количество осложнений.[3]

Рис.2. А - в норме роговица до фоторефракционной кератэктомии состоит из пяти слоев: а) эпителий, b) передней пограничной мембраны, с) собственного вещества (стромы), d) задней пограничной мембраны и е) эндотелия; В - роговица после фоторефракционной кератэктомии, отсутствует передняя пограничная мембрана (b); С - роговица после LASIK'a имеет все пять слоев.

Цена на операцию LASIK за один глаз составляет от 350 до 1000$. Операция выполняется за 15 минут, частота осложнений (резь в глазах) 0.5-5%. Цена на операцию ФРК за один глаз составляет от 250 до 500$, при этом среди возможных осложнений выделяют помутнение роговицы, кератит (воспаление роговицы) и аллергические реакции, как результат длительного использования препаратов для промывания роговицы после операции. Несмотря на все минусы ФРК по мнению д-ра Холладея (Holladay) через 1-2 года эта операция будет давать лучшие результаты, чем LASIK [8].

Среди общих минусов этих техник является необратимость операции. Дополнительная коррекция осуществляется либо очками, либо контактными линзами. Также эксимерными техниками пока нельзя исправлять аметропии высоких степеней. Всех этих недостатков лишены интраокулярные линзы (ИОЛ) – оптические имплантанты, внедряемые в глаз.

Все имплантанты для исправления рефракции глаза можно разделить на следующие группы:

-         Факичные линзы (PRL, Phakic Refractive Lens) – устанавливаются параллельно с живым хрусталиком;

-         ИОЛ, замещающие живой хрусталик;

-         Склеральныеимплантанты (SEBs, Scleral Expansion Bands);

-         Внутрироговичные кольца (ICR, Intra Corneal Ring).

 

1.4 Строение и классификация ИОЛ.

На сегодняшний день существует около 1500 моделей ИОЛ, изготавливаемых 33 компаниями по всему миру [5]. Любая интраокулярная линза состоит из оптической части (самой линзы) и гаптической – крепления, предотвращающего перемещения линзы в глазу (Рис.3). Гаптика может быть монолитно встроена в линзу (как на Рис.3, А) или в виде отдельных частей (Рис.3, В). Раздельная гаптика обычно С-образная (C-loop, случай Рис.3,В) и выполняется из полипропиленовой нити.

Рис.3. Некоторые модели интраокулярных линз (ИОЛ) и различные формы гаптики. 1 – гаптика (крепление), 2 – оптическая часть (линза). А – переднекамерная факичная линза; B,C,G – линзы для замены хрусталика (размещаются в капсулу хрусталика); B,D,E – заднекамерные факичные линзы; F – линза для закрепления на радужке.

По расположению гаптики различют:

-         Неангулированную гаптику (линза и гаптика лежат в одной плоскости, Рис.4,A).

-         Ангулированную гаптику (если она располагается под углом к плоскости линзы, Рис.4,B).

Исследования показывают, что ангулированная гаптика лучше [10,13].

По оптическому краю линзы различают ИОЛ:

-         С закруглённым оптическим краем (Рис.5.А);

-         С прямым оптическим краем (Рис.5,В);

-         C заострённым оптическим краем (Рис.5,С).

Статистические данные показывают, что заострённый оптический край лучше, т.к. предотвращает вторичное помутнение задней капсулы хрусталика [10,13].

По расположении линзы в глазу различют:

-         Факичные рефракционные линзы (устанавливаются перед живым хрусталиком);

-         ИОЛ, устанавливаемые в капсулу хрусталика вместо живого хрусталика.

Рис.4. Примеры профилей ИОЛ с неангулированной (А) и ангулированной (в 10 градусов) гаптической частью.

 

 

Рис.5. Примеры профилей ИОЛ с разными оптическими краями: А – закруглённым, B– прямым, С – заострённым.

 

По материалу изготовления различают:

-         Линзы из полимера полиметилметакрилата (ПММА, РММА, Рис.6). Это ранние версии ИОЛ, которые обычно называют жёсткими.

-         Линзы из силиконов (Рис.7).

-         Гидрофобные и гидрофильные акрилы (Рис.8).

Силиконовые и акриловые ИОЛ ещё называют гибкими, т.к. до имплантации они находятся в свёрнутом состоянии, а после операции принимают нужную форму за счёт эффекта памяти формы. Некоторые линзы имеют гидрофобную поверхность для предотвращения роста эпителиальных клеток и кальцификации (против вторичной катаракты) [4].

При анализе биосовместимости наихудшие показатели у жёстких линз из ПММА. Наилучшие – у акриловых линз. [10,13]

 

Рис.6. Химическая формула твёрдого полимера полиметилметакрилата (ПММА, PMMA).

Рис.7. Общая химическая формула силиконовых полимеров (Xи X’ – радикалы)

Рис.8. Общая химическая формула акриловых полимеров (R и R’ – радикалы).

 

1.5 Расчёт оптики ИОЛ

По оптической схеме различают:

-         Эквиконвексные линзы (кривизна обеих сторон линзы одинакова);

-         Биконвексные линзы (кривизна сторон разная);

-         Плано-конвексные линзы (передняя сторона линзы плоская).

Оптически эти три схемы различаются по расположению основной, или оптической плоскости, относительно которой рассчитывается сила ИОЛ. Основная плоскость находится в месте, где входящий луч света пересекается с исходящим лучом (Рис.9).

Рис.9. Различные оптические схемы ИОЛ.
Вертикальная линия – основная плоскость.
А – входящий луч, В – исходящий луч.

У эквиконвексных линз основная плоскость совпадает с центром ИОЛ, что позволяет достичь достаточно точных значений послеоперационной рефракции и снижения бликов по сравнению с би- или плано-конвексными ИОЛ.

Для каждого пациента требуется линза с определённой оптической силой. Поэтому сначала производится расчёт линзы, после чего из имеющегося списка выбирается подходящая ИОЛ. Для расчёта ИОЛ используются различные формул: Holladay, SRK II, SRK T, Binkhorst II, Hoffcr Q, Haigis, Showa. Расчёт производится автоматически специальными приборами. Например, упрощённый вид формулы SRKII для ИОЛ выглядит следующим образом:

, где

P – оптическая сила ИОЛ [дптр];

K– оптическая сила роговицы [дптр];

A – А-константа;

L– передне-задняя ось (ПЗО), т.е. длина глаза [мм].

В формулу могут вводиться дополнительные параметры, как например, искривления для гибких линз. ПЗО и оптическая сила роговицы могут быть определены ультразвуковым сканированием. А-константа, необходимая для расчета силы ИОЛ указывается производителем для каждой линзы в зависимости от рекомендуемого места расположения ИОЛ и расположения основной плоскости. При изменении соотношения кривизны сторон ИОЛ также перемещается основная плоскость и изменяется А-константа. Однако, большинство производителей дают одно значение А-константы для всех диоптрийностей. Соотношение кривизны 1:1 дает стабильное положение оптической плоскости независимо от диоптрийности и постоянное значение А-константы и следовательно:

-         обеспечиваеются более предсказуемые послеоперационные результаты, меньшее сферическое отклонение;

-         нет деградации изображение при децентрации или наклонении.

По исследованиям НИИ глазных болезней РАМН наиболее точной формулой расчета оптической силы ИОЛ в глазах со средней величиной ПЗО является формула SRK II, с большой величиной ПЗО – формула SRK/T, с малой величиной ПЗО – формула Holladay [32].

 

1.6 Факичные рефракционные линзы

Методика использования факичных линз (PRL, Phakic Refractive Lens) для коррекции рефракции глаза предполагает имплантацию искусственной интраокулярной линзы (ИОЛ), которая устанавливается перед живым хрусталиком без его удаления.

По месту расположения факичных ИОЛ в глазу различают:

-         Переднекамерные линзы;

-         Линзы, фиксируемые на радужке (ирис-клипс, iris-clip);

-         Линзы, фиксируемые в зрачке ("грибы");

-         Заднекамерные факичные линзы.

 

1.6.1 Переднекамерные линзы

Первая имплантация ИОЛ в глаз с хрусталиком - факичный глаз, была произведена в середине 20 века Бенедетто, в Риме. Линзу устанавливали в переднюю камеру и фиксировали в углу передней камеры глаза. ИОЛ была изготовлена из твёрдого полимера полиметилметакрилата (ПММА). Ранние послеоперационные результаты давали великолепную остроту зрения, но вскоре выяснилось, что слишком велик процент послеоперационных осложнений, поэтому операция потеряла популярность. До 1980-х годов о ней забыли, пока она не возродилась в России и Западной Европе. Исследование шло по нескольким направлениям. В России впервые имплантировали мягкую, эластичную факичную ИОЛ, фиксировавшуюся в углу передней камеры. Однако выяснилось, что через 4-6 месяцев после операции происходит очень большая потеря клеток заднего эпителия роговицы, поэтому все линзы пришлось удалить. В то же время проф. Байкофф (Франция) опубликовал данные результатов 1000 операций по установке ИОЛ из ПММА, фиксированных в углу передней камеры, при этом хирург утверждал (и продолжает утверждать), что установка факичных линз лучше, чем кератомилёз (LASIK). Линзы были модифицированы и сейчас их исследует компания Nuvita.[27]

 

1.6.2 Линзы, фиксируемые на радужке (ирис-клипс)

В 1988 году Ворст и Фехнер пришли к выводу, что угол передней камеры - не лучшее место для фиксации линзы, и предложили другую модель из ПММА. Эта модель была запатентована в 1977г. и использовалась для коррекции афакии. Потом эти линзы назвали ворстовскими линзами-когтями, потому что их "когти" захватывали переднюю поверхность срединно-периферического участка радужки (Рис.10). Главным осложнением при применении этих линз была потеря эндотелиальных клеток в 5 из 127 глаз, кроме того встречается овализация зрачка и его децентрация, а также локальная атрофия радужной оболочки.[27]

Рис.10. Пример крепления факичной линзы на радужке.

 

Ещё одним примером ирис-клипс линзы может служить один из первых в мире искусственных хрусталиков, разработанный в СССР в 80-х годах С.Н. Фёдоровым и В.Д. Захаровым - "Спутник", получивший такое название из-за своего внешнего вида (Рис.11). К имплантации ИОЛ было немало противопоказаний, кроме того, такие ИОЛ часто нарушали своё положение - вывихивались, требуя консервативного (занимающего много времени и доставляющего массу неудобств пациенту) или хирургического вправления. Поэтому все операции проводились стационарно, с последующим постельным режимом и длительным ограничением физических нагрузок.

Рис.11. ИОЛ “Спутник” С.Н.Фёдорова.

 

1.6.3 Линзы, фиксируемые в зрачке ("грибы")

После того, как в Москве столкнулись с осложнениями после применения линз c фиксацией в угле передней камеры, там же была разработана новая модель линз, "грибов", которой пользовались с 1986 до 1990 г. в России. Новая модель отличалась от старой тем, что линзу крепили к зрачку. Главным поводом к этому послужило желание избежать контакта линзы с эндотелием. Было имплантировано больше 120 линз с хорошим результатом. Началась новая эра факичной коррекции с помощью линз, фиксируемых в задней камере. Диаметр оптической зоны линзы был 3.2 мм, а длина - 8.0 мм. Гаптическую часть линзы помещали в заднюю камеру, а оптическая часть оставалась в передней, таким образом линза фиксировалась зрачком.

В послеоперационном периоде довольно часто наблюдались помутнения хрусталика, а возникновение зрачкового блока и, как следствие, повышение внутриглазного давления сделали необходимым изменение дизайна линз, с целью избежания контакта и с эндотелием роговицы, и с передней капсулой хрусталика.

 

Кроме того, после имплантации этой линзы развивались токсические иридоциклиты, пациенты жаловались на глэр-эффект (непереносимость яркого света) в ночное и сумеречно время, в нескольких случаях развилась вторичная катаракта и описаны воспалительные реакции через длительное время после операции.

 

1.6.4 Заднекамерные факичные линзы

Основываясь на работе с "линзами-грибами", российские офтальмологи предложили исключительно заднекамерные факичные линзы, сделанные из совершенно нового силиконового материала, который не был токсичным и имел более высокий показатель преломления. Конфигурация, параметры и механизм фиксации этих ИОЛ сильно отличается от "линз-грибов". Они предназначаются для имплантации в ЗК с фиксацией на зонулярных волокнах. Диаметр оптической зоны - 4.5 м, а общая длина 10.0 мм. Линзы были созданы для коррекции высокой степени миопии (начиная с -10.0 дптр). И ее назвали "отрицательной заднекамерной линзой". Эта линза стала прототипом всех заднекамерных линз, имеющихся сейчас на рынке.

Технология факичных линз позволяет исправлять рефракционные нарушения, вплоть до очень высоких степеней. Частота использования факичных линз значительно выросла за последние годы. Эта технология применяется не только для того, чтобы исправить высокие аметропии, но и для аметропий слабых и средних степеней.

 

1.7 Склеральные имплантант

В лечении пресбиопии лидируют 2 технологии - дополнительные склеральные сегменты, или склеральные имплантаты (SEBs, ScleralExpansionBands) и факичные пресбиопические ИОЛ.

Техника операции склеральных имплантантов включает в себя установку 4 небольших кусочков инертного пластика (обычно из ПММА) по кругу в склере в проекции экватора хрусталика для формирования дополнительного склерального объема (Рис.12). SEB позволяет хрусталику двигаться свободнее и освобождает подлежащую мышцу. Это позволяет пациентам видеть предметы на разных расстояниях, уменьшая эффекты пресбиопии.

 

Рис.12. Расположения склеральных имплантантов. Слои от центра: зрачок, радужка, склера. Четыре имплантанта установлено по углам. 

За последние 5 лет техника операции улучшилась, количество удачных операций возросло. Формирование в склере "опоясывающей канавки" (Рис.13) для безопасной установки ленты-имплантата - это самая тонкая часть операции по установке склеральных имплантов. В последние годы выяснилось, что глубина "опоясывающей канавки" - определяет эффективность и стабильность сохранения аккомодации после операции. Длина ее должна быть от 3.75 до 4.25 мм, чтобы добиться послеоперационной стабильности имплантанта, а глубина около 400 мкм. Точно расположение имплантата в соответствии с индивидуальнымь и анатомическими особенностями каждого глаза - самая сложная и ответственная часть операции. Доказано, что если имплантат стоит на 200 мкм кзади от экватора хрусталика, то он дает максимальный эффект.

Рис.13. Размещение опоясывающей канавки и имплантанта в склере.

Имплантаты последнего поколения имеют выемки на своей нижней части, которые мешают им смещаться в послеоперационном периоде (Рис.14). А новое режущее устройство позволяет автоматически формировать канавку нужной длины и ширины.

 

Рис.14. Вид склерального имплантанта.
Вверху: вид сверху; внизу: продольные виды.

Средний возраст пациентов, подвергшихся операции составил 55 лет. Послеоперационное наблюдение длилось в среднем около 1 года, средняя острота зрения вблизи по Джэгеру - Джей 11, после операции - Джей 4. Более 70% пациентов после операции смогли читать газеты без очков. [27]

 

1.8 Внутрироговичные кольца

Принципиальным отличием этой операции по замыслу авторов является обратимость метода, т.е. пациенты не "заперты" как в случае с ФРК и LASIC операциями. Имплантант можно удалить, если требуется коррекция зрения, или есть неудовлетворенность роговичными кольцами. Технология носит торговую марку Intacs. Коррекция аметропии путем заключается в имплантации ультратонких внутрироговичных колец из ПММА в роговицу (Рис.15,16). В результате происходит изменение кривизны роговицы и ослабляется ее преломляющая сила. Метод позволяет корригировать миопию высокой степени от 12 до 15 дптр в зависимости от толщины трансплантата. Чаще всего внутрироговичные кольца используют для коррекции рефракции глаза при кератоконусе. В России методика имплантации внутрироговичных колец с успехом применяется на кафедре офтальмологии РУДН, на кафедре детской офтальмологии РГМУ.

Рис.15. Внутрироговичные кольца. Горизонтальной
полоской обозначен разрез для внедрения имплантанта.
 

 

Рис.16. Расположение имплантанта в роговице.

Возможные послеоперационные осложнения: инфильтраты роговицы, при возникновении которых трансплантат удаляется. Кроме того, если это биотрансплантат, то постепенно его свойства изменяются, это может привести к уменьшению рефракционного эффекта в течение первого полугода после операции, после чего рефракция стабилизируется. Это трудно предсказуемое изменение необходимо учитывать прогнозировании результата операции. Совпадение прогноза с реальным результатом может быть достигнуто с точностью до 1 дптр у 79% пациентов.

Возможно также появление желтоватых отложений по ходу кольца, врастание эпителия в корнеальный канал, формирование неправильного астигматизма. В случае возникновения осложнений возможно удаление кольца. По данным авторов метода, после удаления кольца роговица снова принимает первоначальную форму, а рефракция отклоняется от таковой до введения кольца не более чем на 1 дптр.

Недостатком является то, что внутрироговичные кольца можно применять только при миопии низкой (слабой) степени. [27

1.9 Сравнение методов коррекции аметропий

Рефракция

Пациенты до 40 лет

Пациенты старше 40 лет

До -3 Дптр

ФРК, LASEK

Операция не целесообразна

От -3 до -6 Дптр

ФРК, LASEK, LASIK

ФРК, LASEK, LASIK при отсутствии противопоказаний

От -6 до -9 Дптр

Факичные ИОЛ, ФРК, LASIK

замена прозрачного хрусталика 

От - 9 Дптр

Факичные ИОЛ

замена прозрачного хрусталика 

До +2 Дптр

 

ФРК, ЛТК (лазерная термокоагуляция)

ФРК, ЛТК при отсутствии противопоказаний 

От +2 до +4 Дптр

ФРК, LASIK

замена прозрачного хрусталика 

От +4 до +7 Дптр

замена прозрачного хрусталика, факичные ИОЛ

замена прозрачного хрусталика 

Примечание: метод замены прозрачного хрусталика будет рассмотрен в разделе про катаракту.

 

1.10 Телескопические ИОЛ

Существует заболевание сетчатки - возрастная макулодистрофия (ВМД), которое приводит к потере центрального зрения и искажениям геометрии воспринимаемого изображения, а также полной потере зрения. Для коррекции изображения используют специальные телескопические очки, лупы и видео-увеличители текстов. В сложных случаях при полной потере зрения используют электрические имплантанты (см. раздел Электрические имплантанты). Доктор Исаак Липшиц (Isaac Lipshitz) предложил вместо громоздких внешних увеличителей использовать телескопическую ИОЛ. Такие линзы прошли апробацию и сейчас производятся компанией VisionCare Ophthalmic Technologies. Торговая марка телескопических ИОЛ – IMT (ImplantableMiniatureTelescope).

Современная телескопическая линза IMT-002 представляет собой две широкоугольных линзы, объединённых в кварцевом корпусе (Рис.17). Гаптическая часть из ПММА. Диаметр ИОЛ: 3.6 мм; длина имплантанта: 4.4 мм; диаметр гаптической части: 13.5 мм. Выпускается две версии линзы: с увеличением 2.2 и 2.7(3.0) крат центральной области. [16]

Рис.17. Телескопическая ИОЛ IMT-002. 

Имплантация устройства требует выполнения большого разреза длиной 10,0–12,0 мм и капсулорексиса большого диаметра – около 7,0 мм. После удаления катаракты бимануальной техникой через два микроразреза,  с помощью острого алмазного лезвия проводится разрез, соединяющий два предварительно выполненных парацентеза. В ходе имплантации линзы используется достаточно большой объем вискоэластика. Для герметизации операционного разреза обычно требуется до четырех швов, и, по опыту, через шесть месяцев у таких пациентов, как правило, возникает индуцированный операцией астигматизм в пределах 1,5 D.

После удаления вискоэластика выполняется периферическая иридэктомия, а затем накладываются швы и выполняется проверка герметизации разреза. В послеоперационном периоде в течение четырех-шести недель пациенты получали инстилляции стероидов.[6]

Использование таких линз значительно улучшает зрение у 89% пациентов [6]. Минусом является заметное сужение угла зрения до 20-24 градусов, однако это больше, чем у внешних увеличителей (Рис.18)[16]. Пациенты с первыми имплантированными теле-ИОЛ отмечали, что для них основной проблемой была потеря периферического зрения в послеоперационном периоде. Таким образом, дальнейшее усовершенствование устройства должно идти именно по пути расширения поля зрения.

Рис.18. Сравнение углов обзора у телескопических очков (А) и телескопической ИОЛ (В). 

Увеличение

Теле-очки (А)

Теле-ИОЛ (В)

2.2х

13 град

24 град

2.7х, 3.0х

5-6 град

20 град

 

2. ИОЛ в катарактальной хирургии

2.1 Заболевание катаракта

Катаракта (от греч. katarrhaktes — водопад) – помутнение хрусталика глаза, препятствующее прохождению лучей света в глаз и приводящее к снижению остроты зрения. Термин катаракта отражает неправильное представление древних греков, по которому причиной катаракты является излияние мутной жидкости между радужной оболочкой и хрусталиком. По месту расположения помутнений в хрусталике различают катаракты: сумочные (в капсуле, покрывающей хрусталик), корковые (в периферических слоях хрусталика) и ядерные (в центральных его слоях) (Рис.1).

Катаракты бывают врождённые и приобретённые. Врождённые катаракты развиваются во внутриутробном периоде, как правило помутнение хрусталика с возрастом не увеличивается и не изменяется, в глазу почти всегда остаются прозрачные участки хрусталика — острота зрения полностью не снижается. По месту расположения помутнений катаракты могут быть передними или задними полярными (ограниченные помутнения капсулы хрусталика), слоистыми и другими. [27]

Рис.1. Виды катаракт: 1 - передняя и задняя капсулярные катаракты; 2 – околоядерная слоистая катаракта; 3 - ядерная катаракта; 4 - корковая катаракта; 5 - полная катаракта.

 

Хирургия катаракты с введением (имплантацией) ИОЛ является успешным методом, применяемым при лечении катаракты. Когда катаракта удалена в ходе операции, глаз становится афакичным, т.е. не содержит в себе хрусталик. Псевдофакия, когда в глазу находится искусственный хрусталик (ИОЛ), устраняет необходимость носить толстые афакичные стекла или контактные линзы.

Причинами катаракты являются возрастные биохимические сдвиги в хрусталике:

-         Накопление ионов Na+, Ca++ и воды;

-         Потеря ионов К+ и аминокислот, глютатиона;

-         Понижение содержания растворимых и увеличение нерастворимы белков хрусталика;

-         Снижение активности ферментов, участвующих в синтезе жизненно необходимых веществ;

-         Увеличение активности протеолетических ферментов и глюкозидаз и понижение содержания АТФ.

 

2.2 История катарактальной хирургии

Во время II Мировой войны английский офтальмолог Гарольд Ридли, обследовал пилотов, получивших ранения глаз. Он обратил внимание, что осколки пластика, из которого изготавливался колпак кабины самолёта, попав в глаз пилотам, не дают никаких побочных реакций. Так Ридли пришла в голову идея создания искусственного хрусталика. 8 ноября 1949 года Ридли имплантировал первый искусственный хрусталик из полиметилметакрилата (ПММА), который представлял собой точную копию человеческого хрусталика. Несмотря на несовершенство хрусталиков Ридли, его идея стала подлинной революцией в офтальмологии. В 1999 году 94-х летнему Гарольду Ридли королевой Елизаветой было присвоено рыцарское звание.

Прежде чем устанавливать ИОЛ, необходимо разрушить и удалить катаракту или здоровый хрусталик, если ИОЛ устанавливается в целях изменения рефракции. В первых операциях по удалению катаракты хрусталик удалялся вместе со своей капсулой. Такая методика получила название интракапсулярной экстракцией. Из серьёзных осложнений такая операция применяется только в случае посттравматической катаракты, когда сохранение капсульного мешка просто невозможно.

Затем появилась классическая экстракапсулярная экстракция катаракты (ЭЭК). Первая операция ЭЭК была осуществлена JacquesDaviel в 1745 году. При традиционной экстракапсулярной экстракции в роговице делается широкий разрез, через который удаляется цельное ядро хрусталика и хрусталиковые массы. Хрусталиковая сумка остается нетронутой. После удаления помутневшего хрусталика в нее имплантируется заднекамерная линза. Эта операция позволяет в значительной мере сохранить естественную структуру глаза, но, из-за обширной зоны вмешательства и наложения больших швов, требует долгого реабилитационного периода и может привести к развитию послеоперационного астигматизма.

Чарльз Келман (Charles Kelman) в 1967 г. при экстракапсулярной экстракции катаракты использовал ультразвуковое дробление ядра хрусталика, предложив для эмульсификации мутного хрусталика аппарат – факоэмульсификатор, названный позже его именем [33]. В основе прибора был генератор ультразвуковых колебаний с частотой 40 кГц, который приводил в действие ультразвуковую иглу в наконечнике, что и вызывало разрушение хрусталика, при введении наконечника через малый разрез. Наконечник также был снабжен каналами для ирригации и аспирации, благодаря которым поддерживался постоянный уровень внутриглазного давления во время операции. Ирригация осуществлялась для поддержания постоянной глубины передней камеры, а аспирация использовалась для удаления разрушенных фрагментов ядра хрусталика. Первая операция Келмана была неудачной: через 4 часа пребывания в операционной комнате и после одного часа и 19 минут использования ультразвука, применения громоздкого прототипа факоэмульсификатора у пациента возникла потеря стекловидного тела, развился эндофтальмит (воспаление в результате занесённой инфекции) и, в конце концов, на следующий день его глаз был энуклеирован [5]. Несмотря на это, сегодня метод факоэмульсификации для удаления катаракты считается наиболее надёжным и безопасным: если в 1996 году некоторые хирурги все еще продолжали выполнять традиционные экстракапсулярные операции, на сегодняшний день их число снизилось до нуля. Факоэмульсификация в течение того же десятилетия демонстрировала противоположную тенденцию и сейчас стала общепринятым стандартом оперативного лечения [12]. Метод факоэмульсификации позволил заметно уменьшить размер разреза роговицы до 1.5-3 мм и использовать гибкие самораскрывающиеся ИОЛ.

Изменилась и методика вскрытия передней капсулы хрусталика: хирурги отказались от техники хаотичного вскрытия передней капсулы по типу “консервной банки” в пользу непрерывного кругового капсулорексиса [12].

 

2.3 Операция факоэмульсификация

Этапы факоэмульсификации:

Дозированный разрез шириной 2,5 миллиметра. Используется одноразовое хирургическое лезвие.

Дозированное круговое вскрытие передней капсулы хрусталика – капсулорексис.

Введение вискоэластиков (вископротекторов) для поддержания объёма передней камеры.

Ультразвуковое дробление ядра хрусталика и удаление его фрагментов.

Аспирация (отсасывание) остаточных масс хрусталика.

Имплантация эластичной ИОЛ.

Искусственный хрусталик после имплантации самостоятельно раскрывается и центрируется в задней камере глаза. При необходимости ИОЛ дополнительно закрепляется швами к склере.

Существует две методики факоэмульсификации: бимануальная и коаксиальная. В коаксиальной методике ирригация (подвод воды в капсулу хрусталика для смачивания тканей) и аспирация (отсасывание воздуха, воды и масс хрусталика) осуществляются одним инструментом по коаксиальным (расположенным один в другом) каналам, поэтому инструмент толще и требует большего разреза роговицы (минимально 2 мм [4]). Бимануальная техника предполагает использование двух раздельных инструментов для ирригации и аспирации (минимальный разрез роговицы 1.5 мм [4]).

Для закачки эластичных ИОЛ в заднюю камеру используется трубчатый инжектор (Рис.2).

 

Рис.2. Трубчатый инжектор внедряет гибкую ИОЛ в заднюю камеру глаза

через разрез в роговице.

 

2.4 Крепление ИОЛ

Иногда при экстракции катаракты повреждается задний листок капсулы хрусталика или цинновых связок [34]. Поэтому для успешного имплантирования ИОЛ необходимо её закрепить. Эта же процедура проводится при сублюксации (вывихе) линзы [11]. Также дополнительное крепление может понадобиться для установки торических ИОЛ против астигамтизма, т.к. разные участки ИОЛ имеют различную оптическую силу, подобранную для данного глаза [3]. В таких случаях гаптика ИОЛ крепится с помощью нитей к склере или радужной оболочке.

Среди множества способов закрепления сущесвуют следующие:

-         Подшивание П-образным швом к радужке на 12 часах. Такое крепление подходит для русских ИОЛ Т-26, производимых ЭТП "Микрохирургия глаза" (Москва). Нити привязывают к телу линзы, а затем обводят их вокруг основания опорного элемента, образуя самозатягивающийся узел (такая конструкция препятствует скольжению нити по опорному элементу и предотвращает децентрацию линзы, Рис.3). Радужную оболочку подшивают, отступая 2-3мм от зрачкового края изнутри кнаружи, а затем прошивают одной из нитей к радужной оболочке челночным швом и выводят нити в разрез. Связывают концы нитей между собой, убедившись, что ИОЛ центрирована и находится в плоскости задней камеры. [34]

Рис.3

-         Подшивание ИОЛ к радужке на 3 и 9 часах. Подходит любая модель ИОЛ с двумя сквозными отверстиями. Нити проводят через отверстия, завязывают узел, оставляя концы 1,5-2 см (Рис.4). Радужную оболочку прошивают изнутри кнаружи и назад, отступая от края зрачка 1,5-2 мм (если не делать обратного вкола, то после затягивания узлов зрачок будет вытянут по горизонтали, что даст косметические нарушения). Завязывают узлы, связывают короткие и длинные концы нитей между собой, убедившись, что ИОЛ зафиксирована в плоскости задней камеры.[34]

Рис.4 

-         Склеральная фиксация ИОЛ на одной нити. Позволяет фиксировать любые типы линз, не имеющих отверстия в теле линзы и замкнутых опорных элементов. Инъекционной иглой прокалывается склера а проекции плоской части цилиарного тела с 3 до 9 часов. Вводят петлю-проводник в просвет инъекционной иглы и с ее помощью протягивают нить через иглу, после чего иглу извлекают из прокола вместе с нитью. Через разрез выводят петлю нити. Фиксируют нитью линзу у основания одного опорного элемента узлом балка, а затем, проведя нить под телом линзы, фиксируют у основания второго опорного элемента (Рис.5). Имплантируют фиксированную линзу, центрируют ИОЛ, смещая и подтягивая нить, прошивают склеру у места выхода нити.[34]

Рис.5

-          Крепление к склере на двух нитях. Предложенная Борисом Малюгиным из МНТК “Микрохирургия глаза” им. акад. С.Н. Федорова (Москва), предполагает подвешивание ИОЛ на двух параллельных проленовых швах, проходящих через sulcus ciliaris. Положение швов в цилиарной борозде контролируется с помощью операционного микроэндоскопа. Швы крепятся к склере в 1,5 мм от лимба под четырьмя лимбальными склеральными лоскутами (Рис.6). [11]

Рис.6

 

2.5 Проблема аккомодации.

Самой неприятной особенностью искусственных ИОЛ, устанавливаемых вместо живого хрусталика является потеря способности к аккомодации – наводки глаза на фокус. В здоровом глазе физиологический механизм аккомодации состоит в том, что при сокращении волокон ресничной мышцы глаза происходит расслабление ресничного пояска, с помощью которого хрусталик прикреплен к ресничному телу. При этом уменьшается натяжение сумки хрусталика, и он благодаря своим эластическим свойствам становится более выпуклым. Расслабление ресничной мышцы ведет к утолщению хрусталика (рис.7).

 

Рис.7. Схема изменения формы хрусталика (указан стрелкой) при аккомодации глаза: слева в состоянии покоя; справа при сокращении ресничной мышцы (степень утолщения хрусталика показана штриховкой).

Для обеспечения способности человеком с ИОЛ рассматривать предметы как вблизи, так и вдали стали вносить следующие изменения в методику имплантации и конструкцию линзы:

-         Имплантация в ведущий глаз ИОЛ, настроенную на дальнее зрение, а в ведомый глаз – на ближнее.

-         Использование бифокальных ИОЛ. Наличие двух оптических фокусов (бифокальность) ИОЛ обеспечивает независимость пациента от очковой коррекции зрения после проведения операции по замене хрусталика при хирургическом лечении катаракты. Традиционные искусственные хрусталики глаза являются однофокусными. Поэтому после имплантации, в зависимости от расчетной послеоперационной рефракции, пациентам требуется дополнительная очковая коррекция для близи или дали. Бифокальная гибридная (дифракционно-рефракционная) ИОЛ состоит из рефракционной линзы и дифракционной структуры (аналога зонной пластинки Френеля). На структуре световой пучок разделяется на два пучка 0-го и +1-го порядка дифракции. В 0-м порядке пучок проходит без отклонения, и ИОЛ работает подобно обычному рефракционному хрусталику, аккомодированному на бесконечность. В +1-м порядке создается дополнительная оптическая сила, и на сетчатку проецируются ближние предметы. Наряду со сфокусированным изображением при дальнем и ближнем зрении формируется расфокусированное, которое подавляется неосознанными процессами головного мозга. Производство бифокальной ИОЛ основано на применении высоких технологий различных научных направлений. Базовыми технологиями являются: методы расчета оптической конфигурации линзы и технология изготовления дифракционной пресс-формы с обратным профилем методом прецизионной лазерной фотолитографии; технология формирования линз из высокоэффективного пространственно-сшитого полимера. Технология изготовления дифракционной пресс-формы обеспечивает прецизионное формирование дифракционного профиля с точностью порядка 0,05 мкм. Форма профиля рассчитывается таким образом, чтобы не только сформировать второй фокус линзы, но и скомпенсировать аберрации, вносимые несферичностью роговицы глаза и самой ИОЛ.

-         Использование мультифоклальных (многофокусных) ИОЛ (Рис.8). Мультифокальные ИОЛ отличаются значительным многообразием формы, структуры оптической части и материалов, из которых они изготовлены (Схема 1). Большое количество существующих и теоретически возможных моделей мультифокальных интраокулярных линз побудили нас к созданию классификационной схемы, описывающей конструктивные и структурные характеристики оптической части линз (схема 1). По количеству элементов, формирующих структуру оптической части, мультифокальные ИОЛ делятся на однокомпонентные, т.е. состоящие из одного оптического материала, и многокомпонентные, т.е. состоящие из двух или нескольких оптических материалов. Конструктивно мультифокальные ИОЛ сгруппированы в четыре основные группы: рефракционные, градиентные, нерефракционные и гибридные (рефракционно-дифракционные). Группа рефракционных ИОЛ включает в себя сферические и асферические конструкции, оптические системы с фасонным профилем, модифицированную линзу Френеля, сегментарные и сложные системы. Подгруппа сегментарных оптических систем состоит из фасеточных конструкций, прямоугольных сегментарных систем, радиальных сегментарных систем (со сдвигом во фронтальной плоскости и без сдвига) и сферических сегментарных систем (2, 3, 4-компонентных). Группа нерефракционных ИОЛ менее представительна. Она включает дифракционные линзы, а также теоретически предполагает свое расширение за счет новых моделей.[35]

Рис.8. Вид мультифокальной ИОЛ.

-         Использование аккомодирующих ИОЛ. Принцип эффективности этих линз - задействование одного из механизмов аккомодации. Как правило, эффект достигается за счет специальной гаптики ИОЛ. Существует 2 разновидности аккомодирующих ИОЛ - с 2-мя и 4-мя гаптическими элементами. Для аккомодирующих ИОЛ с 2-мя гаптическими элементами чрезвычайно важно учитывать процесс заживления капсулы, поскольку размеры такой ИОЛ всегда больше размеров капсулы и в процессе заживления происходит овализация капсулы. Акомодирующие ИОЛ, которые изготавливают из силикона вызывают усиление фиброза капсулы хрусталика, а линзы из гидрогелей не препятствуют пролиферации капсульного эпителия. Все это приводит к уменьшению объема капсульной сумки и ослаблению аккомодационного эффекта - по данным некоторых авторов, через 1 год после операции объем аккомодации в среднем составляет менее 1D. Аккомодирующая линза с 4-мя гаптическими элементами обладает более устойчивыми аккомодационными способностями и через 1 года после операции глаз пациента сохраняет объем аккомодации до 1,5-2 D. [27] 

-         Использование аккомодирующих ИОЛ с двойной оптикой. Мультифокальные и бифокальные ИОЛ, имеющиеся в настоящее время и используемые для коррекции пресбиопии, могут обеспечить хорошее зрение вблизи и вдали, однако, как правило, не дают хорошего зрения на промежуточном расстоянии. Эта линза получила название Synchrony, и разрабатывается компанией Visiogen. Фронтальная оптическая часть ИОЛ Synchrony (Рис.9), обладающая большей оптической силой, способна к трехмерному движению – более интенсивному в переднезаднем направлении, и менее – под углом, тангенциально оптической оси глаза. Осевое движение – основа изменения рефракции, однако тангенциальный сдвиг передней линзы может приводить к изменению градиента рефракции оптики, что способствует увеличению глубины фокуса и улучшает зрение вблизи. Тесты показали, что средняя амплитуда аккомодации у пациентов с имплантированными аккомодирующими ИОЛ с двойной оптикой превышала показатели, полученные в контрольной группе (с обычными ИОЛ из акрила и ПММА) приблизительно на 2 D. [1]

Рис.9. Продольный вид аккомодирующей ИОЛ с двойной оптикой.

 

-         Заполнение капсулы хрусталика гелем. Методика не испытывалась на людях и в данный момент дорабатывается. Пациенту предполагается устанавливать к задней стенке капсулы хрусталика обычную оптическую ИОЛ, с заострённым оптическим краем (против помутнений), а вместо передней (разрушенной) стенки – силиконовую аккомодирующую ИОЛ с плоской гаптикой, чтобы закрыть отверстие непрерывного кругового капсулорексиса. Между двумя линзами заливается гель в виде смеси жидких силиконов, которая полимеризуется в течение 2 часов. При испытаниях основной проблемой стала непрерывная утечка силиконового геля. [2]

 

2.6 Перспективы ИОЛ

В будущем количество различных моделей ИОЛ будет только увеличиваться. Уже сейчас существуют линзы с хромофорным веществом, выполняющим роль жёлтого светофильтра [4]. Это необходимо для защиты сетчатки от вредного ультрафиолетового излучения, которое в здоровом глазе частично задерживает живой хрусталик. Также в ИОЛ внедряют микродатчики для контроля внутриглазного давления. Но основные усилия будут направлены на устранения основных минусов ИОЛ: глэр-эффекта, оптических аберраций, потерю аккомодации и появления светящихся ореолов вокруг ярких источников света.

Оптические аберрации пропорциональны толщине линзы [4], поэтому будущие ИОЛ будут очень тонкими. К тому же тонкие линзы предпочтительны для бимануальной техники внедрения линзы в глаз [7].

Недавно компанией Medennium была изобретена линза Smart Lens. Эта ИОЛ способна изменять свою форму при температуре тела от твердого стержня до сферичного гелеподобного аккомодирующего хрусталика, который полностью заполняет капсулярную сумку. В настоящий момент это устройство, наиболее приближенное по свойствам к естественному хрусталику. Их можно делать на заказ, используя данные магнитно-резонансного изображения о точном размере капсулярной сумки и имплантировать через разрез размером всего лишь 1,0 мм.[5]

В будущем также появится возможность моделирования оптической силы линзы в послеоперационный период.[12]

 

3. Электрические имплантанты

3.1 Введение в проблему искусственных сетчаток

В 1960 году физиолог Бриндли (GilesBrindley) со своими коллегами вживил 80 электродов на поверхность зрительной коры слепого человека. В результате стимуляции зрительной коры у слепого появлялись так называемые фосфены (phosphenes) [23] - характерные пятна, возникающие у зрячих с закрытыми глазами, как например от ярких источников света. Это событие впервые продемонстрировало возможности по восстановлению зрения при нефункционирующей сетчатке. Но передать значимый визуальный сигнал, с камеры или фотодиодов в то время ещё было сложно: электроды были большие, технологии по производству фотодиодов неразвиты, приборов с зарядовой связью (ПЗС) не существовало, электронная оцифровка сигнала была чрезвычайно медленная и громоздкая. Сейчас, благодаря развитию микропроцессорной электроники стало возможным создавать реально работающую искусственную стимуляцию как зрительного нерва, так и внутримозговых центров для передачи визуального изображения.

 

3.2 Заболевания

Существует ряд заболеваний, связанных с изменением работы или повреждением сетчатки и приводящих к полной потере зрения. Среди них:

-         Пигментный ретинит (retinitispigmentosa, PR),или пигментная дистрофия сетчатки – наследственное заболевание человека, характеризующееся разрушением палочек (в первую очередь) и колбочек в сетчатке с замещением их глиальной и фибриллярной тканью. Поражение глаз, как правило, двустороннее. Возможна полная потеря зрения. Некрозы рецепторных клеток происходят из-за нарушения в сосудистой оболочке глаза. На сегодня это заболевание достаточно плохо лечится различными методами реваскуляризации (улучшением кровообращения). Форма

-         Макулярная дегенерация (MD), или макулодистрофия – дегенеративное поражение центральной области сетчатки, которое является причиной ухудшения центрального зрения. В начале заболевания отмечается постепенное снижение зрения, появляются выпадения поля зрения в виде мелких пятен (например, выпадают некоторые буквы при чтении); могут искривляться прямые линии. Позднее снижается зрение вдаль и вблизи, человек не может выполнять привычную зрительную работу. Причинами могут быть возрастные изменения (накопление свободных радикалов) – возрастная макулярная дегенерация (ВМД), наследственные факторы (болезнь Беста) или различные перенесённые травмы. Для лечения на ранних этапах используют препараты (лютеин, например).

Рис.1. Слева: так видит здоровый глаз. Справа: так видит глаз с макулодистрофией - искривление прямых линий и потеря центрального зрения.

 

-         Тапето-ретинальная дистрофия, или хороидеремия – редкое наследуемое нарушение сосудистой оболочки и сетчатки; приводит к потере зрения от периферийного к осевому в течение всей жизни, в основном, у мужчин.

Кроме этих заболеваний, существует группа наследственных синдромов, по признакам похожих на макулодистрофию, либо пигментный ретинит. К ним относятся синдромы Bardet-Biedl, Stargardts, Usherи другие. Все эти заболевания не лечатся введением обычных искусственных интраокулярных линз, т.к. затрагивают только рецепторные клетки. При этом зрительный нерв обычно остаётся способным передавать информацию к зрительному центру. Следовательно, существует возможность использования искусственных моделей сетчатки.

 

3.3 Схематическое представление работы

Принципиальная схема работы искусственной сетчатки представлена на Рис.2.

Рис.2. Принципиальная схема искусственной сетчатки.

Фотодетектор преобразует свет в электрический сигнал.

По размещению фотодетекторы различают:

-         внутренний (матрица фотодетекторов, устанавливаемая на глазное дно);

-         внешний (камера, устанавливаемая в специальные очки).

Преобразователь перекодирует полученный электрический сигнал в такую последовательность импульсов, которая может быть воспринята нейронами и передана далее в нервные центры. При этом учитывают такие факторы, как рефрактерность нейрона (сигнал не должен быть обрывистым, иначе пациент будет видеть мерцание), проецирование изображения на матрицу электродов (изображение не должно быть перевёрнутым) и количество электродов (необходимо производить интерполяцию видеосигнала). Физически преобразователь является микропроцессором, поэтому должен снабжаться энергией. Энергии света недостаточно, чтобы подпитывать преобразователь и электроды [9], поэтому должен быть внешний возобновляемый источник энергии. Такой источник располагается вне организма человека и питается от аккумуляторов. Передача же энергии осуществляется беспроводным путём на основе электромагнитной индукции: для этого на “ушках” специальных очков размещают передающую катушку, а в склеру глаза имплантируют принимающую катушку, соединённую с микросхемами и электродами. Это не относится к технологии ArtificalSiliconRetina (ASR), где преобразователя нет вообще, а стимуляция электродами производится за счёт энергии света (см. п.3.5.1).

Электроды стимулируют нейроны, тем самым вызывая потенциалы действия и дальнейшую передачу информации в нервные центры.

По месту размещения электродов различают:

-         Эпиретинальную технологию (EPI-RET);

-         Субретинальную технологию (SUB-RET);

-         Размещение у зрительного нерва;

-         Размещение в зрительных зонах коры.

На сегодняшний день существует около 15 групп учёных по всему миру, занимающиеся практическими исследованиями и разработками искусственных сетчаток.

 

3.4 Эпиретинальная технология

Сетчатка глаза представляет собой многослойную структуру (Рис.3). Важной особенностью сетчатки является то, что фоторецепторы (палочки и колбочки) обращены не в сторону падающего света (т.е. по направлению к зрачку), а в противоположенном – по направлению к глазному дну. Падающий свет сначала проходит через все слои клеток и попадает на пигментный слой, который переотражает свет на рецепторы. Нервные волокна располагаются с внешней стороны сетчатки. Поэтому появился вопрос: куда ставить стимулирующие электроды – под сетчаткой у рецепторов или над сетчаткой у нервных волокон. Разные учёные предпочли использовать разное размещение и появилось две технологии: эпиретинальная и субретинальная (Рис.4).

 

Рис.3. Строение сетчатки.

 

Рис.4. Расположение электродов в эпиретинальной

и субретинальной технологиях.

В эпиретинальной технологии электроды размещаются над сетчаткой и стимулируют ганглиозные клетки. Эти клетки, также как горизонтальные, биполярные и амакриновые служат для иерархического сжатия визуальной информации (Рис.5). В итоге информация от 120 млн рецепторов ужимается в 100 раз до 1.2 млн ганглиозных клеток, которые передают информацию волокнам зрительного нерва. В каждой из пар IIчерепномозгового нерва содержится примерно 1.2 млн нейронов.

 

Рис.5. Иерархическое сжатие видеоинформации в сетчатке. В эпиретинальной технологии стимулируют ганглиозные клетку.

 

Ниже будут рассмотрены некоторые практические решения по ретинальной технологии.

3.4.1 RetinalImplant

Разработчики: Марк Хамаюн (MarkHumayun) и Джеймс Вейланд (James Weiland) из Университета Южной Калифорнии (USC, KeckSchoolofMedicine); DohenyRetinaInstitute; SecondSight.

Устройство включает ПЗС-камеру, установленную на очки, преобразователь и аккумуляторы с передающей электромагнитной катушкой вне глаза, а также процессор, радиоантенну (принимающую информацию и энергию), кабель и блок электродов, имплантируемые в глаз (Рис.6).

Информация с передатчика от камеры вне тела передаётся внутрь глаза с помощью модулированных высокочастотных радиоволн. Энергия передаются с помощью несущей частоты радиоволн.

Первая операция на человеке осуществлена 19 февраля 2002 года. Ранняя версия имплантанта включала всего 6 электродов, которые подключались к 30000 нейронам. Следующая версия включала уже 4х4 матрицу электродов, т.е. всего 16 электродов, которые охватывали все 1.2 млн нейронов в зрительном нерве [22]. Самая современная версия этого имплантанта, ArgusII, включает 60 электродов. Эта версия коммерческая. Цена имплантанта с операцией –30000$.

 

Рис.6. СхемаRetinal Implant.

3.4.2 Learning Retinal Implant (LRI)

Разработчики: ГисбертРичард (Gisbert Richard, Гамбург-Эппендорф, Германия); IIP-Technologies GmbH; Intelligent Medical Implants (IMI).

Как и устройство, разработанное доктором Хамаюном и его коллегами, данный имплантат использует изображение, полученное от внешней цифровой камеры, для стимуляции группы электродов, размещенных на поверхности сетчатки. Основные составляющие данной системы – это миниатюрная видеокамера, встроенная в очки, преобразователь сигнала, носимый на поясе, и имплантируемая эпиретинальная группа электродов (Рис.7). Преобразователь трансформирует сигнал, полученный от видеокамеры в импульсные сигналы, поочередно посылаемые на инфракрасный передатчик, также вмонтированный в очки, который затем по беспроводной связи передает эти сигналы на инфракрасный приемник, соединенный с группой электродов, расположенных на поверхности сетчатки. Питание электродов осуществляется беспроводным путем от внешнего источника. Система называется “обучающимся” имплантатом, поскольку мощный процессор обработки цифровых сигналов и перестраиваемое программное обеспечение должны обеспечить пациенту возможность оптимизировать визуальное восприятие путем регулировки сигнала. Таким образом, получаемое изображение будет более точно соответствовать наблюдаемому объекту.

Доктор Ричард успешно имплантировал LearningRetinalImplant четырем пациентам. Сроки пребывания имплантатов в глазу составили в среднем 27 недель. Первая операция была проведена в конце ноября 2005 г. У всех пациентов в результате дегенеративного заболевания сетчатки до операции острота зрения была на уровне светоощущения. Перед имплантацией ретинального протеза доктор Ричард с коллегами выполняли криоретинопексию и экстракцию катаракты. Четыре недели спустя они проводили склеротомию и подготавливали склеральный туннель размерами 8x8 мм, через который был введен ретинальный имплантат. Последний был установлен над макулой и прикреплен к склере с помощью специально разработанного фиксатора. После имплантации устройств пациенты проходили процедуру тестирования зрительного восприятия, при которой электроды стимулировались сигналами компьютера, а не видеоизображением от камеры, вмонтированной в очки. Все пациенты могли правильно определять взаиморасположение двух одновременно активируемых электродов и правильно различать направления (право, лево, верх и низ) [9].

 

Рис.7. Схема Learning Retinal Implant

 

Рис.8. Learning Retinal Implant (47 электродов), установленный на глазном дне.

 

3.4.3 Плюсы и минусы эпиретинальной технологии

Плюсы:

-         По сравнению с установкой имплантантов непосредственно в кору, неопасные возможные хирургические осложнения.

-         По сравнению с установкой имплантантов непосредственно в кору, возможность использовать всю мощь обработки визуального сигнала мозгом.

-         По сравнению с субретинальной технологией, простая установка группы электродов.

Минусы:

-         По сравнению с установкой имплантантов непосредственно в кору, сложный хирургический доступ к сетчатки.

-         Стимуляция ганглиозных клеток, а не рецепторов усложняет фильтрацию и обработку сигнала.

-         Сложное и ненадёжное (при резком повороте глаз) крепление электродов. [18]

-         Современные устройства не позволяют различать цвета.

-         Низкая разрешающая способность.

 

3.5 Субретинальная технология

Субретинальная технология предполагает размещение электродов между пигментным слоем и рецепторами. Т.к. при вышеперечисленных заболеваниях сетчатки фоторецепторный слой (палочки и колбочки) отмирает, то стимулировать их бесполезно. Поэтому стимуляция осуществляется на биполярные клетки. Несмотря на сложность доступа к субретинальному пространству при хирургической операции, подключение и закрепление электродов проще. Если же для питания электродов использовать энергию света, то размеры электродов и фотодетекторов заметно уменьшаются, что позволяет достичь высокой разрешающей способности.

Доктор Дэниел Паланкер (Daniel Palanker) из Стэнфордского Университета занимается исследованием конструкций электродов для субретинальной стимуляции высокого разрешения. Чем меньше расстояние от электрода до объекта стимуляции, тем меньше нужна энергия и тем больше можно разместить электродов на эквивалентную площадь. Однако, на определённом малом расстоянии возникают паразитные эффекты, которые ограничивают разрешающую способность матрицы электродов. К ним относятся:

-         Наводка между соседними электродами. Влияние соседних электродов не должно быть больше 1/10 основного поля в месте стимуляции, иначе проявление интерференции электромагнитных волн будет слишком сильно. На Рис.9 показана зависимость разрешения от расстояния при условии 10% наводки. Для обеспечения зрения 20/80 необходимо размещать электрод на расстоянии не далее 7 мкм. Это эквивалентно 2500 точек (пикселей) на квадратный мм.

Рис.9. Зависимость разрешающей способностью (пикселей на кв.мм) искусственной сетчатки от расстояния между электродами и стимулируемыми клетками (в мкм) с учётом влияния наводок по 10% критерию. Пунктирными линиями отмечена степень слепоты по шкале Всемирной Организации Здравоохранения (ВОЗ). Например, 20/200 означает, что пациент с 20 футов видит так же, как здоровый человек с расстояния 200 футов. Е – мантисса, т.е. степень десятки (например, 1.Е+03=103=1000).

-         Электрохимические влияния. Эти влияния обеспечиваются передачей электронов в электрохимических реакциях, а также возникновением двойных слоёв, приводящих к появлению ёмкостной связи. Эта связь должна быть как можно больше, но увеличение плотности электрического заряда ведёт к эрозии металлических электродов. Наибольшее сохранение заряда обеспечивают электроды из платины (Pt), хлорида серебра (AgCl) и оксидов иридия (IrOx). Как видно из Рис.10 предел разрешающей способности для платинового электрода соответствует 500 точкам/мм2, что эквивалентно зрению 20/200.

Рис.10. Зависимость разрешающей способностью (пикселей на кв.мм) искусственной сетчатки от расстояния между электродами и стимулируемыми клетками (в мкм) для различных видов металлических электродов.

-         Нагрев тканей. Электрический поток в проводящей среде и металлических/жидких электродах неизбежно приводит к рассеиванию мощности, выделению тепла Джоуля и повышению температуры близлежащих тканей. Рассеяние мощности P дискового имплантанта диаметром D, помещенного в жидкую среду с теплоёмкостью и имеющего температуру окружающей среды вычисляется по формуле:

Это рассеивание приводит к ограничениям на количество электродов. Как показано на Рис.11 для массива электродов из оксида иридия при размещении клеток в непосредственной близости от электрода, разрешающая способность ограничена упаковочной плотностью электродов (когда электроды устанавливаются вплотную). При увеличении расстояния происходит рассеяние тепла: нагрев в радиусе r = 5мкм ведёт к ограничению диаметра точки в 4 мкм.

 

Рис.11. Зависимость разрешающей способностью (пикселей на кв.мм) искусственной сетчатки от расстояния между электродами при наличии теплового рассеяния. Электрод из оксида иридия (IrOx), диаметр имплантанта D = 3 мм, увеличение температуры на 1 град. С. Горизонтальные участки на кривых показывают предел упаковочной плотности, r – радиус нагрева.

Кроме влияния этих факторов необходимо учитывать энергосбережения электродов. Чем меньше электрод, тем меньшая нужна сила тока, чтобы возбудить рецепторный потенциал. На Рис.12 показано зависимость необходимой силы тока для достижения потенциала в 30 мВ от расстояния для электродов разных размеров. [19]

 

Рис.12. Зависимость силы тока (в мкА), генерирующей падение напряжения в 30 мВ на каждый 10 мкм длины клеток от расстояния до поверхности электрода (мкм). r– размеры электрода.

Из вышесказанного следует, что чем меньше отдельный электрод и чем он ближе к стимулируемым клеткам, тем меньше энергопотребление в целом и тем выше разрешающая способность искусственной сетчатки. Используя современные материалы для электродов возможно достичь разрешающей способности в 2500 точек/мм2 при дистанции между электродом и клетками в 7 мкм. Это не очень большая величина, в сравнении с настоящей сетчаткой, и в идеале может обеспечить только 20/80 зрение. Но по сравнению с эпиретинальной технологией, где количество электродов, а значит и количество воспринимаемых мозгом точек пока ограничено 60-ю это серьёзный прорыв.

Итак, чтобы получить большую разрешающую способность, надо уменьшить расстояние. Этого можно добиться, размещая матрицу электродов в район жёлтого пятна, где толщина сетчатки наименьшая (50-80 мкм), а также используя определённые свойства сетчатки. Ставя эксперименты на сетчатки крыс, доктор Паланкер обнаружил интересный эффект миграции клеток внутренней стороны сетчатки. Он устанавливал полимерные пластины с отверстиями (от 3 до 40 мкм) из материала Mylarв субретинальную (под сетчаткой) и эпиретинальную (над сетчаткой) области. Выяснилось, что клетки с внутренней стороны сетчатки достаточно быстро мигрируют в отверстия диаметром от 15 мкм (Рис.13,14); в отверстия 3 мкм клетки не проникают (Рис.15); а клетки со стороны волокон зрительного нерва (с эпиретинальной области) вообще не мигририруют (Рис.16)[20].

Рис.13. Миграция клеток сетчатки крыс P7 через мембрану из полимера Mylar, расположенную в субретинальной зоне. Диаметр отверстия 16 мкм, толщина мембраны 13 мкм. 72 часа после вживления мембраны. Масштабная метка: 50 мкм. [19]

 

Рис.14. Миграция клеток сетчатки крыс через мембрану из полимера Mylar, расположенную в субретинальной зоне. Диаметр отверстия 16 мкм, толщина мембраны 13 мкм. 9 дней после вживления мембраны. Масштабная метка: 50 мкм. Слои сетчатки: GС – ганглиолярный слой, IP – внутренний переплетённый слой, IN– внутренний ядерный слой, OP– внешний переплетённый слой, M– мигрирующая ткань, PE– пигментный слой, CH– сосудистый (хороидный) слой. [20]

 

Рис.15. Миграция клеток сетчатки крыс через мембраны из полимера Mylar, расположенные в субретинальной зоне. Диаметр отверстий 20 и 35 мкм, расстояние между отверстиями верхней мембраны – 60 мкм. Промежуток между мембранами – 3 мкм – туда клетки не мигрируют. 7 дней после вживления мембраны. Масштабная метка: 50 мкм. Слои сетчатки: GС – ганглиолярный слой, IN– внутренний ядерный слой, ON– внешний ядерный слой. [20]

 

Рис.15. Отсутствие миграции сетчатки крыс через отверстие в мембране из полимера Mylar, расположенной в эпиретинальной зоне. Диаметр отверстия 23 мкм. 72 часа после вживления мембраны. Масштабная метка: 50 мкм. Слои сетчатки: GС – ганглиолярный слой, IP – внутренний переплетённый слой, IN– внутренний ядерный слой, ON– внешний ядерный слой. [20]

На основании проведённых опытов Паланкер предложил два вида субретинальных электродов (Рис.16,17,18). Глубина проникновения клеток в электрод зависит от высоты выступающих частей электрода.

 

Рис.16. Поперечный вид субретинального электрода и клетки сетчатка. 1,2 – катод и анод. [19] 

 

Рис.17. Субретинальный электрод с выпирающими катодом и анодом. Такая конструкция позволяет глубже проникнуть электроду во внутренний ядерный слой. 1,2 – катод и анод. 4 – мембрана с отверстиями. [19,20].

 

 

Рис.18. Модель-прототип одного из электродов доктора Паланкера. Разная плотнось кончиков электрода нужна для исследования in-vivo.

В будущем для повышения разрешающей способности субретинальной искусственной сетчатки Паланкер предлагает использовать в качестве материала углеродные нанотрубки (CNT) на кремниевой подложке. Нанотрубки электрохимически стабильнее и биосовместимы в сравнении с металлами.

Кроме того, Паланкер обратил внимание на то, что в случае размещения фотодетекторов за пределами глаза (например, как у всех практически реализованных эпиретинальных моделей) теряется возможность микроперемещений взгляда по изображению, что непрерывно делает здоровый глаз. В итоге изображение всегда зафиксировано в мозгу пациента и его нельзя “выключить”, закрыв глаза. Для сохранения такой возможности, Паланкер предложил собственный вариант (Рис.19): изображение с камеры после преобразователя проецируется на излучающий ИК-экран. Далее ИК-излучение отражается от зеркала специальной формы и перенаправляется в глаз на искусственную сетчатку. Питание электродов и передача сигнала осуществляется засчёт фотоэлектрического эффекта. При этом остаётся возможность рассматривать изображение.

 

Рис.19. Общая схема искусственной сетчатки Паланкера.

Однако, пока технологии Паланкера не воплощены в жизнь. Ниже будут рассмотрены две работающие модели субретинальных искусственных сетчаток.

 

3.5.1 Artifical Silicon Retina (ASR)

Разработчик: докторАланЧоу (Alan Chow); Optobionics.

ArtificalSiliconRetinaпредставляет собой силиконовый чип диаметром 2 мм и толщиной 25 мкм, на котором размещаются 5000 электродов. К каждому электроду подключён фотодиод, преобразующий свет в электроимпульсы, которые затем передаются клеткам сетчатки. Чип питается только от энергии света и не требует внешних источников питания. Доклинические испытания показали наличие сигналов на электроретинограмме (ЭРГ) и иногда визуально-вызванных потенциалов (VEPs) в мозге.

Операция по имплантации включает в себя стандартные витректомию и ретинотомию. Хирург делает три разреза в белковой оболочке глаза, через которые вводятся инструменты. Через эти отверстия заменяется стекловидное тело на соляной раствор. В сетчатке создаётся отверстие, через которое в субретинальное пространство вводится жидкость, приподнимая сетчатку. В образовавшийся карман вводится микрочип ASR. Затем с помощью воздуха хирург медленно подталкивает сетчатку, возвращая её на место. Воздущный пузырь рассасывается в течение 1-2 недель. Вся операция занимает 2 часа.

29 июня 2000 года доктором Чоу произведена первая операция на человеке (Рис.20). Всего было прооперировано 6 пациентов с пигментным ретинитом. За 6-18 месяцов не было выявлено никаких нарушений, инфекций и эрозии электродов. У всех пациентов были заметные улучшения в восприятии яркости, контраста, цвета, форм, движений даже в областях сетчатки, удалённых от чипа.[14]

Рис.20. Глазное дно с установленным чипом ASR (серый круг слева вверху).

Во время испытаний на животных in-vivo Чоу использовал электроды из золота, платины и оксида иридия. Выяснилось, что при воздействии светом в ИК-диапазоне на золотой и платиновый электроды генерируемый импульс был малой амплитудой (Рис.21). К тому же золотой электрод в течение месяцев после операции растворялся, из-за чего амплитуда ещё уменьшалась. Оксид иридия оказался более стабильным. [28]

Рис.21. Ответная реакция золотого, платинного и IrOx электродов на 100 мс воздействие ИК-излучения с амплитудой 50 мВ.

 

Помимо самого стимулирующего электрода в чип входит силиконовая подложка с нанесённым на неё фоточувствительным материалом. Какой материал использовал доктор Чоу в чипах ASRне указывается, однако фотодетекторы должны быть восприимчивы в оптической части волнового диапазона. Профессор Nai Juan Wu предлагает использовать в качестве фоточувствительных элементов плёнки керамики PLZT (Pb0.91La0.09Zr0.65Ti0.35O3) или BMVO (BiVMnO3) [17]. PLZT-керамика является прекрасной средой для накопления генерируемой светом информации [29]. Структура PLZT-керамики представляет собой горячо прессованную смесь лантана, цирконата и титаната свинца. Наблюдаемые в ней эффекты являются результатом ориентации в электрическом поле вектора поляризации сегнетоэлектрических доменов. Как следствие этого, происходит переориентация оптических осей зёрен кристаллов, обладающих явно выраженным двулучепреломлением. Эта керамика даёт наилучший ответ как раз в оптическом диапазоне (длины волн от 380 нм до 650 нм). Исследования профессора NaiJuanWu по имплантации в глаза кроликов микроплёнки из PLZT-керамики и BMVO не выявили никаких биологических несовместимостей [17].

 

3.5.2 Аctive subretinal implant

Разработчики: ФлорианГекелер(Florian Gekeler) идр.; Retina Implant GmbH; University Eye Hospital.

Доктор Флориан Гекелер из университетской глазной клиники (University Eye Clinic, Тюбинген, Германия), представил результаты применения субретинального имплантата размерами 3х3х0.1 мм, в котором используется свет, падающий на 1550 фотодиодов, размещенных в субретинальном пространстве. Фотодиоды выполняют функцию светочувствительных элементов и одновременно стимулируют вышележащую сетчатку. Кроме этих светочувствительных фотодиодов, имплантируемое устройство имеет еще 16 электродов (матрица 4х4), используемых для прямой стимуляции сетчатки. Питание и управление имплантата осуществляется от внешнего устройства, подключаемого с помощью кабеля. «Мы используем фотодиоды для измерения величины светового потока, в свою очередь, последний не является источником энергии для стимуляции сетчатки. Нами выявлено, что даже самый сильный свет не дает возможности стимулировать сетчатку путем трансформации световой энергии в электрическую, как это происходит в устройстве ASR или в так называемых пассивных имплантатах, которые не требуют внешнего питания. Поэтому мы снабдили наше устройство источником внешнего питания», – говорит доктор Гекелер. Имплантация устройства требует предварительного выполнения стандартной трехпортовой витрэктомии. Затем создается локальное отслоение сетчатки путем субретинальной инъекции сбалансированного солевого раствора и последующего введения вискоэластика (Healon) для поддержания полученной полсти. Имплантат вводится через разрезы склеры и хориоидеи и устанавливается в субретинальное пространство в парафовеальной области, в зоне, где имеется относительно неповрежденный ретинальный пигментный эпителий и можно ожидать хорошего эффекта от стимуляции. Устройство подсоединяется к источнику питания с помощью силиконового кабеля, который проходит через разрез во внешней оболочке глазного яблока в орбиту и далее через подкожный тоннель, выходя на поверхность кожи в области ушной раковины пациента. Кабель крепится к склере и краю орбиты для предотвращения любых движений устройства в субретинальном пространстве. У четырех пациентов с ретинальными протезами входной зрительный сигнал создавался с помощью специальной компьютерной программы, которая управляла стимуляцией различных групп электродов. Пациенты могли правильно определять ориентацию горизонтальных или вертикальных полос в 86% случаев. Пациенты также могли правильно определять такие фигуры, как круг и крест. [9]

 

3.5.3 Плюсы и минусы субретинальной технологии

Плюсы:

-         Теоретически высокая разрешающая способность.

-         Возможность распознавать цвета.

-         По сравнению с эпиретинальной технологией надёжное закрепление электродов.

-         По сравнению с установкой имплантантов непосредственно в кору, неопасные возможные хирургические осложнения.

-         По сравнению с установкой имплантантов непосредственно в кору, возможность использовать всю мощь обработки визуального сигнала мозгом. [18]

Минусы:

-         Сложная операция и доступ к субретинальному пространству.

-         Невозможность восстановить зрения при поражениях зрительного нерва.

 

3.6 Имплантанты зрительного нерва

Группа учёных в рамках европейского проекта MIVIP (Microsystems Based Visual prosthesis) изучает стимулирование электродами непосредственно зрительного нерва. Протез включает в себя внешнюю камеру, нейростимулятор в титановом корпусе со спиральным электродам в виде манжетки и интерфейс для передачи информации и энергии посредством радиоволн.

Электрод вживляется за глазным яблоком в свободное место, где зрительный нерв не покрыт мозговой оболочкой, которая ослабила бы стимулирование. Внутриглазное размещение электродов пока невозможно, т.к. не решены проблемы с удерживанием электродов при движении глаз. Электрод выполнен в виде спирали, размещающейся вокруг зрительного нерва и стимулирующей отдельные нервные волокна. При имплантации возникает отёк, но электрод устроен таким образом, что может приспосабливаться к различным диаметрам нерва. Исследования проводились исключительно на больных пигментным ретинитом. При стимуляции у пациентов наблюдались фосфены (phosphenes).[30]

Некоторые параметры имплантанта:

-         Передача энергии и данных по радиоканалу 12Мгц;

-         Скорость потока информации 3Мбит/сек;

-         Передаваемая мощность 250 мВт;

-         8 электродов;

-         Постоянный ток 3 мкА;

-         Прямоугольные импульсы 20 мкс;

-         Положительная или отрицательная полярность (до 8.5 В);

-         Изменение амплитуды импульсов по 5%.[30]

 

Плюсы и минусы имплантации в зрительный нерв:

Плюсы:

-         По сравнению с имплантацией в кору не опасные возможные осложнения.

Минусы:

-         Необходимо нормальное функционирование зрительного нерва;

-         Сложная конструкция и размещение электродов;

-         Самый сложный из всех методик хирургический доступ. [18]

 

3.7 Имплантанты зрительной зоны коры

Исследования по внедрению систем искусственного зрения в зрительную зону коры больших полушарий ведутся с 1960-х годов. Основы этого заложены ещё в начале 20-го века. Пенфилд (Penfield) и Расмуссен (Rasmussen) наблюдали поведенческие изменения при стимуляции различных зон коры головного мозга. Они обнаружили, что стимулирование зрительной зоны вызывают фосфены и что они проецируются в коре в соответствии с координатами возбуждения на сетчатке. Подобная организация зрительного восприятия сделала возможным стимулирование зрительной зоны таким образом, чтобы человек наблюдал детерминированные объекты.

Вся система протеза представляет собой наружную камеру, преобразователь, набор электродов и интерфейс для передачи информации и энергии беспроводным путём. Нейростимулятор представляет собой матрицу игольчатых электродов из биосовместимых материалов: Si или IrOx (Рис.22). Кремний предпочтительнее, т.к. в него можно встраивать микропроцессорные элементы. Глубина проникновения электрода от 1.5 до 2 мм (у различных исследовательских групп). Толщина иголок от 35 до 200 мкм.

 

Рис.22. Матрица Si-электродов 10х10 штук. Масштабная метка – 2мм. [18]

 

Рис.23. Кончики электродов (нижняя часть изолирована от окружающей среды).
Масштабная метка – 500 мкм. [18]

 

Снаружи электроды изолированы (например, олимером Parylene-C [31]) так, чтобы проводящим был только кончик (Рис.23). Подводящая проводка к электродам изготовлена из золота или платины. Иногда всю конструкцию устанавливают на титановую подставку, которую прикручивают с внутренней стороны черепной коробки [18].

Электроды должны быть очень острыми, тонкими и прочными. Мозг – вязкоупругий материал, поэтому внедрение электродов должно быть очень быстрым (1 м/c[31]). Иначе возникают повреждения сосудов и деформация корковой поверхности [18]. Электроды устанавливаются в первичной зрительной коре (зона V1, или 17 поле по Бродману) (Рис.24).

 

Рис.24. Схема электрода из Технологического Института в Иллинойсе (Illinois Institute of Technology, Prof. Troyk) [31].

Профессор Норманн (Normann) из Университета Юты (University of Utah) с помощью специальных очков исследовал на зрячих добровольцах, какое количество электродов необходимо, чтобы можно было успешно ориентироваться в пространстве. Оказалось, что для этого необходимо более 625 электродов (матрица 25х25) [18]. На сегодня разные группы учёных имплантируют не более 300 электродов в зрительную кору. То, что видит человек с имплантированным электродом представлено на Рис.25.

 

Рис.25. Слева – естественное изображение. В середине – изображение после оцифровки преобразователем и перед передачей на электроды. Справа – так левое изображение воспринимает человек после стимулирования зрительной зоны коры.

 

Плюсы и минусы корковых имплантантов

Плюсы:

-         Единственный способ восстановить зрение у людей с функционально неработающими сетчаткой и зрительным нервом;

-         Имплантант хорошо закреплён и защищён черепной коробкой от внешний воздействий;

-         Простой хирургический доступ;

-         Низкий порог стимуляции (от 1 до 10 мкА);

-         Используемая архитектура может быть применена в других сенсорных зонах коры.

 

Минусы:

-         Сложная организация и проецирование изображения в область зрительной коры;

-        Проблемы с восприятием цвета, движения;

-         Социальное отторжение имплантантов в мозг;

-         Существенные возможные осложнения. [18]

 

3.8 Перспективы

Слабыми местами всех рассмотренных выше технологий “электронного зрения” являются низкое разрешение стимуляции и проблема энергопотребления. В будущем будет повышено пространственное размещение электродов около стимулируемой области за счёт применения новых материалов (например, углеродных нано-трубок). Проблема энергопотребления может быть решена за счёт использования биологически подпитываемых аккумуляторов. Такие исследования уже ведутся в SandiaNationalLaboratories (США) исследователем Сьюзен Ремп (SusanRempe) и её командой. Получив гранд от Национальной института глаза США (National Eye Institute of the National Institutes of Health), они занимаются разработкой нано-батарей для искусственной сетчатки. В основе этих батарей лежит идея протонообменных мембранных топливных элементов PEM (Proton Exchange Membrane), где энергия запасена в виде протонов с одной стороны мембраны. Ионы забираются из окуржающих тканей и запасаются в контейнере. На Рис.26 показаны три способа построения биобатарей. В первом способе (А) липидная мембрана покоится на пористом материале, служащем как механическая опора. Эта мембрана изготовливается из кварца с нанопорами, из тонкоплёночных материалов или сополимера Nafion (C7HF13O5S . C2F4, Рис.27). Мембрана может быть стабилизирована с помощью поперечных свящей. Синтетической заменой липидного слоя может быть АBA-блоксополимеры (сополимер акрилонитрила, бутадиена и акрилата). Движение ионов осуществляется за счёт градиента магнитного поля, образуемого магнитными наночастицами. Во втором подходе (B) используются крупные поры в подложке, заполненные липидной мембраной. Подобная схема позволяется разнести пространственно накопительные элементы. В третьем случае (С) используется пористый наноматериал без использования без использования натуральных белковых и липидных слоёв.

 

Рис.26. Три подхода к созданию биобатарей.

 

Рис.27. Химическая формула сополимера Nafion. Мембраны Nafion, разработанные DuPont в 1960-х годах сейчас используются в водородных топливных элементах.

 

Заключение

Офтальмология не стоит на месте. Каждый год появляются новые решения. Развитие химии, электроники и компьютерных технологий позволяет сегодня использовать высококачественные имплантанты для устранения последствий различных глазных заболеваний. Несмотря на психологический барьер, который надо переступить человеку для согласия операции по вживлению имплантантов, а также многочисленные возможные осложнения, для многих людей имплантация – единственный шанс восстановить зрение и повысить своё качество жизни.

 

Список литературы.

Гуттман Ш. Аккомодирующие ИОЛ с двойной оптикой обеспечивают высокое зрение как вдаль, так и вблизи // EuroTimes. – 2006. – Ноябрь.

Гуттман Ш. Новые достижения технологии заполнения хрусталиковой сумки полимером с целью восстановления способности глаза к аккомодации // EuroTimes. – 2006. – Ноябрь.

Дронов М.М. Рефракционная хирургия глаза: прошлое, настоящее, будущее // Офтальмохирургия и терапия. – 2001. – т.1, №1. – с.4-11.

Ларкин Г. ИОЛ предназначенные для введения через микроразрез находят все большее распространение в хирургической практике // EuroTimes. – 2006. – Март.

Лейн Н. Первопроходцы прошлого и настоящего исследуют допустимые границы инноваций // EuroTimes. – 2006. – Январь.

МакГрат Д. Обнадеживающие результаты имплантации телескопических ИОЛ пациентам с далеко зашедшей стадией возрастной макулярной дегенерации // EuroTimes. – 2006. – Май.

МакГрат Д. Современные биоматериалы и полимеры расширяют возможности хирургии переднего отрезка глаза // EuroTimes. – 2006. – Январь.

О’Хенеган Р. Рефракционная хирургия – итоги десятилетия // EuroTimes. – 2006. – Январь.

О’Эйнахан Р. Продолжаются исследования эффективности ретинальных чипов? // EuroTimes. – 2006. – Октябрь.

Рамазанова А.М. Комплексная система профилактики и лечения помутнения задней капсулы хрусталика после факоэмульсификации с имплантацией ИОЛ: Автореферат. Дис. … канд. мед. наук:спец.14.00.08 – глазные болезни / Московский НИИ глазных болезней им. Гельмгольца – М., 2006. – 25с.

Хенахан Ш. Сублюксацию ИОЛ можно устранить, “подвешивая” линзу на швах // EuroTimes. – 2006. – Октябрь.

Хенахан Ш. Хирургия катаракты: прошлое – всего лишь пролог // EuroTimes. – 2006. – Январь.

Abela-Formanek C. идр. Results of hydrophilic acrylic, hydrophobic acrylic, and silicone intraocular lenses in uveitic eyes with cataract: Comparison to a control group // JCRS. – 2002. – Vol. 28, No. 7.

14.  Chow A.Y. идр. The Artificial Silicon Retina Microchip for the Treatment of Vision Loss From Retinitis Pigmentosa // Archives of Ophthalmology – 2004. – 122:460-469.

Eckmiller R. идр. Machbarkeitsstudie und Leitprojektvorschläge: Retina Implant und Greif-Implantant // Neurotechnologie - Report Teil 1 und Teil 2. – 1994. – BMFT-REFERAT 523.

16.  Implantable Miniature Telescope (IMT) for End-Stage Age-Related Macular Degeneration: P050034 - Presentation to the Ophthalmic Devices Advisory Panel. – July 14, 2006.

Lin H. идр. A ferroelectric-superconducting Photo-detector // Japanese Journal of Applied Physics. – 1996. – №80. – с.7310.

Normann R.A. Sight Restoration For Individuals With Profound Blindness (http://www.bioen.utah.edu/cni/projects/blindness.htm)

Palanker D.V. Attracting retinal cells to electrodes for high-resolution stimulation // Ophthalmic Technologies. – SPIE. – 2004. – vol.5314. – c.306-313.

Palanker D.V. Migration of Retinal Cells through a Perforated Membrane: Implications for a High-Resolution Prosthesis // Investigative Ophthalmology & Visual Science. – 2004. – №45(9). – с.3266-3270.

Sandia researchers to model nano-size battery to be implanted in eye to power artificial retina / Sandia National Laboratories News Release. – 2006. – January,12.

Weiner J. Sight Seeing // USC Health Magazine. – 2003. – Winter.

Wickelgren I. A Vision for The Blind // Science. – AAAs. – 2006. – May, 26.

http://cortivis.umh.es/ - “CORTIVIS” – Overview

http://neural.iit.edu/ - “The Laboratory of Neuroprosthetic Research” at Pritzker Institute of Medical Engineering – Research

http://www.iip-tec.com– “IIP-Technology” – The Learning Retinal Implant System

http://www.sfe.ru/- Офтальмологическая клиника “Сфера” – Дальнозоркость – Аномалии рефракции – Хирургические способы

PeacheyN.S., Chow A.Y. Subretinal implantation of semiconductor-based photodiodes: Progress and challenges // Journal of Rehabilitation Research and Development. – 1999. – Vol. 36 No. 4. – October.

Максименко Ю.Л., Глинчук М.Д., Быков И.П. Фотоиндуцированные центры в оптически прозрачной PLZT (8/65/35)-керамике // Физика твёрдого тела. – 1997. – т.39, №10.

http://www.dice.ucl.ac.be/optivip/ – OPTIVIP – Objectives.

http://neural.iit.edu – IntraCortical Visual Prothesis – Research.

Иванов М.Н., Бочаров В.Е. и др. Сравнительное изучение современных формул расчета оптической силы ИОЛ // Рефракционная хирургия и офтальмология. – 2003. – Март, №2.

Бочаров В.Е. Ультразвуковая микрохирургия катаракты (факоэмульсификация): Дис. канд. мед. наук. - М., 1977. - С. 72-77.

Моренко В.В., Моренко А.В. Методы фиксации ИОЛ при повреждении заднего листка капсулы хрусталика // http://www.eyenews.ru– Национальный офтальмологический проект.

Морозова Т.А. Интраокулярная коррекция афакии мультифокальной линзой с градиентной оптикой. Клинико-теоретическое исследование: Автореферат. Дис. … канд. мед. Наук / ФГУ “Межотраслевой научно-технический комплекс “Микрохирургия глаза” им. акад. С.Н.Федорова Росздрава” – М., 2006. – 26с.

 

Back to Top