Dispositivos opto-electrónicos para Dispositivos opto-electrónicos para rehabilitación visualrehabilitación visual

Bioing. Marcelo RaponiBioing. Marcelo Raponiraponimarcelo@gmail.comraponimarcelo@gmail.com

Asociación Argentina de Baja VisiónAsociación Argentina de Baja VisiónJornada de Baja VisiónJornada de Baja Visión

14 Agosto de 2010, Buenos Aires14 Agosto de 2010, Buenos Aires

¿Qué es la Baja Visión?¿Qué es la Baja Visión?

Limitación visual que incapacita para realizar actividades cotidianasLimitación visual que incapacita para realizar actividades cotidianas(agudeza visual <= (agudeza visual <= 0.30.3 y/o campo visual <= y/o campo visual <=20º20º))

"Disminución de las funciones visuales, incluso tras un "Disminución de las funciones visuales, incluso tras un tratamiento y/o corrección refractiva convencional” (tratamiento y/o corrección refractiva convencional” (O.M.S.O.M.S.) )

Diferentes patologías: Diferentes patologías: DMRE, RP, glaucomaDMRE, RP, glaucoma, etc., etc.

¿Cómo vería un individuo con Baja Visión?¿Cómo vería un individuo con Baja Visión?

Mejoramiento de la visión disminuidaMejoramiento de la visión disminuida

Ayudas ópticas Ayudas ópticas visión cercana, intermedia y lejanavisión cercana, intermedia y lejana

lenteslentes especialesespeciales y y lupaslupas, con/sin luz, de apoyo y manuales, , con/sin luz, de apoyo y manuales, ayudasayudas telescópicastelescópicas mono/binoculares, fijas o adosadas al lente mono/binoculares, fijas o adosadas al lente

CámaraCámara Circuito procesamientoCircuito procesamientoDisplay portátilDisplay portátil

Circuito cerrado TVCircuito cerrado TV

Ayudas electrónicasAyudas electrónicas

http://www.enhancedvision.com

$2,795.00

Video Magnificador Portatil (Jordy)Video Magnificador Portatil (Jordy)

Leer, escribir, ver en cualquier ambiente. Conexión a monitor.

Aumento ajustable hasta 30x Imágenes a colorAutoenfoque, zoom digitalAlto contraste Liviano, portable (baterías 2-5 hr)

Visión alternativa o sustitución sensorialVisión alternativa o sustitución sensorial

Objetivo: reemplazar una entrada sensorial (visual) por otra, preservando algunas de las funciones claves del sentido original.

CámaraCámara

Circuito de procesamiento

Sonidos Estímulos vibrotáctiles

Estímulos eléctricos

LáserLáser UltrasonidoUltrasonido

Núcleo del sistemaNúcleo del sistema

EntradasEntradas

SalidasSalidas

Sensor de Mowat y detector de obstáculos Nottigham (80’): linternas ultrasónicas portátiles. Transforman reflexiones linternas ultrasónicas portátiles. Transforman reflexiones ultrasónicas en señales vibrotáctiles y auditivas. ultrasónicas en señales vibrotáctiles y auditivas.

Sonic Pathfinder (1984): Sonic Pathfinder (1984): sistema sonar pulsátil (3 sistema sonar pulsátil (3 receptores, 2 transmisores, 1 microcomputadora). receptores, 2 transmisores, 1 microcomputadora).

Tonos Tonos sobre una sobre una escala musical escala musical para denotar para denotar distanciadistancia, con , con un un pitchpitch (altura tonal) descendente cuando un objeto se (altura tonal) descendente cuando un objeto se aproxima. aproxima.

Envía tonos al oído correspondiente según la ubicación del Envía tonos al oído correspondiente según la ubicación del objeto.objeto.

Ayuda electrónica para la marchaAyuda electrónica para la marcha

Extender el pequeño rango y cobertura angular del bastón:Extender el pequeño rango y cobertura angular del bastón:•AcústicamenteAcústicamente (ultrasonido) (ultrasonido)

•ÓpticamenteÓpticamente (luz láser) (luz láser)

Telémetro laser (Javier Fornés, Mendoza)Telémetro laser (Javier Fornés, Mendoza)

Láser IRLáser IR escanea el escanea el entorno cada entorno cada 39 mseg 39 mseg y y emite emite sonidossonidos para avisar para avisar de un obstáculo a media de un obstáculo a media altura diferenciando los altura diferenciando los oídos. oídos.

"Si el objeto está a la "Si el objeto está a la izquierda se escucha un izquierda se escucha un sonido en el oído de ese sonido en el oído de ese lado”lado”

Implante Implante CorticalCortical

NeuroprótesisNeuroprótesisVisualesVisuales

Implante Implante IntraocularIntraocular

Implante epiretinalImplante subretinal

Electrodos superficialesElectrodos de inserción

Componentes

Sensor de imágenesCircuitos de procesamiento

Transmisor/ReceptorCodificador/DecodificadorElectrodos de estimulación

Second SightSecond SightDobelleDobelle

•Corriente eléctrica Corriente eléctrica enviada a la corteza visual o a la enviada a la corteza visual o a la retina, evoca percepciones de puntos de luz retina, evoca percepciones de puntos de luz “fosfenos”“fosfenos”

2. 2. Múltiples fosfenos Múltiples fosfenos debidos a debidos a múltiples puntos de múltiples puntos de estimulaciónestimulación

33. Fosfenos estables. Fosfenos estables a lo largo del tiempo a lo largo del tiempo

4. 4. Variando parámetros Variando parámetros estimulación estimulación modulo brillo, modulo brillo, duración, colorduración, color

5. 5. Fosfenos diferentes Fosfenos diferentes electrodos separados electrodos separados >250 >250 µµmm

6. Electrodos 6. Electrodos superficialessuperficiales: : 1-5 mA1-5 mA para evocar un para evocar un fosfeno.fosfeno.

¿Qué sabemos?

• Prótesis intraoculares: Prótesis intraoculares: NO aplicables NO aplicables en pacientes con en pacientes con glaucomaglaucoma, , destrucción nervio óptico destrucción nervio óptico o de la o de la vía ópticavía óptica

• Si el implante se Si el implante se muevemueve puede dañar la retina puede dañar la retina anclajeanclaje ((pegamento, magneto, tachuelapegamento, magneto, tachuela))

• Nutrición interrumpidaNutrición interrumpida de células próximas al implante de células próximas al implante

• TToxicidad electrónicaoxicidad electrónica. Reacciones químicas producidas . Reacciones químicas producidas entre electrodos/medio biológico (entre electrodos/medio biológico (usar usar pulsos bifásicos pulsos bifásicos balanceadosbalanceados) )

• AislantesAislantes protectores (componentes electrónicos muy protectores (componentes electrónicos muy sensibles a pequeñas concentraciones de sensibles a pequeñas concentraciones de NaNa++))

Puntos a tener en cuentaPuntos a tener en cuenta

• Envío de Envío de energíaenergía y y señalseñal al implante al implante

• PortabilidadPortabilidad y vida útil prolongada y vida útil prolongada

• ActualizaciónActualización sin intervención quirúrgica sin intervención quirúrgica

• BiocompatibilidadBiocompatibilidad (densidad de carga) y (densidad de carga) y aislaciónaislación (nanomateriales)(nanomateriales)

• FocalizaciónFocalización del estímulo sobre cuerpos neuronales del estímulo sobre cuerpos neuronales (geometría electrodos)(geometría electrodos)

• Sistema Sistema reconfigurablereconfigurable (sistemas embebidos, OpenCV) (sistemas embebidos, OpenCV)

• Link telemétrico Link telemétrico (evitar infecciones, rotura, desconexión)(evitar infecciones, rotura, desconexión)

Consideraciones de diseñoConsideraciones de diseño

Ojo DobelleOjo Dobelle

Primera GeneraciónPrimera Generación: : 6868 electrodos, electrodos, 2020efectivos en posiciones irregulares.efectivos en posiciones irregulares.

Segunda GeneraciónSegunda Generación: : 128128 electrodos, electrodos, 64 64 por por hemisferio cerebral. hemisferio cerebral.

Array de electrodos Utah Array de electrodos Utah

Dr. Joseph Rizzo Dr. Joseph Rizzo (Harvard Medical School - (Harvard Medical School - Massachusetts Eye & Ear Massachusetts Eye & Ear

Infirmary)Infirmary)

Prof. Mark S. HumayunProf. Mark S. Humayun(Wilmer Eye Institute - Johns (Wilmer Eye Institute - Johns

Hopkins University) Hopkins University)

Prof. Ralf Eckmiller Prof. Ralf Eckmiller (University of Bonn, Germany)(University of Bonn, Germany)

Prof. Wentai Liu Prof. Wentai Liu ((North Carolina State University)North Carolina State University)

Implantes IntraocularesImplantes Intraoculares

EpiretinalEpiretinal

Arreglo de fotodiodos (#12, 2.2 mm2)Chip estimulador (duración, polaridad, corriente)Cinta de poliimida (delgada y flexible)

Arreglo de electrodos (1 mm2, iridio activado, 4 µmde espesor)Láser (820 nm, dirección fija, potencia y señal). Mínima absorción, baja disipación calor

Boston Retinal Implant Boston Retinal Implant Project, Rizzo et al.Project, Rizzo et al.

• susceptible a interferenciasinterferencias• requiere bobinadosbobinados y campo magnético de baja amplitudbaja amplitud y alta frecuenciaalta frecuencia• transmisión sin interrupciónsin interrupción• campo magnético pequeño (no quemano quema y penetra todopenetra todo tipo de tejidos)

Bobina de Transmisión

Bobina de RecepciónChip y array de

electrodos

Cámara de video miniatura

Intraocular Retinal Project, Humayun et al.Intraocular Retinal Project, Humayun et al.

Argus IArgus I

16 electrodos, 6 pacientes, 2 años 16 electrodos, 6 pacientes, 2 años

Argus IIArgus II

60 electrodos, 24 pacientes, 2 años60 electrodos, 24 pacientes, 2 años

Centro de Centro de Investigaciones Investigaciones

Biomédicas AvanzadasBiomédicas Avanzadas

www.visionartificial.com.arwww.visionartificial.com.ar

Visión Artificial en Argentina. Historia del grupo. Experiencias Preliminares.

División de Arquitectura y Construcciones, División de Arquitectura y Construcciones, provincia de provincia de ER (Octubre 2000).ER (Octubre 2000).

Audiencia gobernador ER (Marzo 2000). Audiencia gobernador ER (Marzo 2000).

Reunión con el Reunión con el Dr. Joseph Rizzo Dr. Joseph Rizzo en Boston, MA. en Boston, MA. (Octubre2000). Visita de sus laboratorios.(Octubre2000). Visita de sus laboratorios.

ResultadoResultado: : Convenio de colaboración.Convenio de colaboración.

Componentes del primer prototipoComponentes del primer prototipo

Ajustes posibles

Intervalos:Intervalos: 10-30 µs, 0.1-0.3 ms, 1-3 msAmplitud: Amplitud: 10 µA - 1 mA Ancho: Ancho: 10 µs - 10 ms

Neuroestimulador prototipo IINeuroestimulador prototipo II

NEURUS NEURUS Software para procesar imágenes, detectar características

relevantes y comandar 6464 electrodoselectrodos.

ConclusionesConclusiones

Existen Existen distintas alternativas distintas alternativas para efectuar para efectuar rehabilitaciónrehabilitaciónvisualvisual..

Es necesario Es necesario unir esfuerzos unir esfuerzos entre diferentes Instituciones entre diferentes Instituciones para lograr un avance en las investigaciones.para lograr un avance en las investigaciones.

Oportunidad para desarrollar Oportunidad para desarrollar productos nacionales productos nacionales para para pacientes con pacientes con baja visión baja visión y y disfunciones severasdisfunciones severas..

Los sistemas deben ser Los sistemas deben ser portablesportables, de procesamiento en , de procesamiento en tiempo real tiempo real y principalmente, de y principalmente, de bajo costobajo costo..

Trabajo Trabajo interdisciplinariointerdisciplinario (entrenamiento-aprendizaje). (entrenamiento-aprendizaje).

El El sistemasistema debe debe adaptarseadaptarse al al pacientepaciente y su y su patología.patología.

Muchas gracias por su atenciónMuchas gracias por su atención