Retina implantı

Retina implantı, Retina dejenerasyonu nedeniyle kör olan hastalara görme restorasyonu için retina protezleri, dünya çapında bir dizi özel şirket ve araştırma kurumu tarafından geliştirilmektedir. Sistem, retinitis pigmentosa (RP) veya yaşa bağlı maküler dejenerasyon (AMD) gibi retina hastalıkları nedeniyle fotoreseptörlerini kaybeden kişilere faydalı görüşü kısmen geri kazandırmak içindir. Şu anda klinik deneylerde üç tip retina implantı bulunmaktadır: epiretinal (retina üzerinde), subretinal (retinanın arkasında) ve suprakoroidal (koroid ile sklera arasında). Retina implantları, hayatta kalan retina nöronlarını elektriksel olarak uyararak retinaya görsel bilgi sağlar. Şimdiye kadar, ortaya çıkarılan algılar oldukça düşük çözünürlüğe sahipti ve ışığın algılanması ve basit nesnelerin tanınması için uygun olabilir.
Geçmiş
Foerster, oksipital korteksin elektriksel uyarımının görsel algılar, fosfenler yaratmak için kullanılabileceğini keşfeden ilk kişiydi. İmplante edilebilir bir stimülatörün görme restorasyonu için ilk uygulaması Dr. Brindley ve Lewin, 1968 idi. Bu deney, doğrudan elektrik stimülasyonu kullanılarak görsel algılar yaratmanın uygulanabilirliğini gösterdi ve retina implantları da dahil olmak üzere görsel yolun stimülasyonu için başka implante edilebilir cihazların geliştirilmesini motive etti. Özellikle retina stimülasyon cihazları, tüm körlük vakalarının yaklaşık yarısının retina hasarından kaynaklanması nedeniyle araştırmaların odak noktası haline geldi. Retinal implantların gelişimi, kısmen, insanların sınırlı girdi ile önemli duyusal fonksiyonları yeniden kazanabileceğini gösteren koklear implantların ilerlemesi ve başarısı ile motive edilmiştir.
Second Sight Medical Products tarafından üretilen Argus II retina implantı, Şubat 2013'te ABD'de ve Şubat 2011'de Avrupa'da pazar onayını alarak onaylanan ilk implant oldu. Cihaz, şekilleri ve hareketi algılama yeteneğini kaybetmiş RP'li yetişkinlerin daha hareketli olmalarına ve günlük aktiviteleri gerçekleştirmelerine yardımcı olabilir. Epiretinal cihaz Retina İmplant olarak bilinir ve orijinal olarak Almanya'da Retina İmplant AG tarafından geliştirilmiştir. Avrupa'da çok merkezli bir klinik deneyi tamamladı ve 2013'te CE İşareti alarak onay alan ilk kablosuz epiretinal elektronik cihaz oldu.
Adaylar
Retina implantları için en uygun adaylar, retinitis pigmentosa veya yaşa bağlı makula dejenerasyonu gibi retina hastalıklarına sahiptir. Bu hastalıklar, retinanın dış tabakasındaki fotoreseptör hücrelerini etkileyerek, iç ve orta retina tabakalarını sağlam bırakarak körlüğe neden olur. Minimal olarak, bir hastanın retina implantına aday olabilmesi için sağlam bir ganglion hücre tabakasına sahip olması gerekir. Bu, optik koherens tomografi (OCT) görüntüleme kullanılarak non-invaziv olarak değerlendirilebilir. Retina implantları için adaylar belirlenirken, kalan görme miktarı, genel sağlık ve ailenin rehabilitasyona bağlılığı gibi diğer faktörler de dikkate alınır. Yaşa bağlı makula dejenerasyonu olan ve periferik görüşü bozulmamış olan kişilerde, retina implantları hibrit bir görme şekline neden olabilir. Bu durumda implant, kalan çevresel görüşü merkezi görme bilgisi ile tamamlayacaktır.
Türler
Yerleşime göre iki ana tip retina implantı vardır. Epiretinal implantlar retinanın iç yüzeyine, subretinal implantlar ise dış retina tabakası ile retina pigment epiteli arasına yerleştirilir.
Epiretinal implantlar
Tasarım ilkeleri
Epiretinal implantlar, retina yüzeyinin üstüne, sinir lifi tabakasının üzerine, doğrudan ganglion hücrelerini uyararak ve diğer tüm retina katmanlarını atlayarak yerleştirilir. Elektrot dizisi, skleraya nüfuz eden mikro yapışkanlar kullanılarak retina üzerinde stabilize edilir. Tipik olarak, gözlüklerdeki harici video kamera görüntüler alır ve işlenmiş video bilgilerini kablosuz telemetri yoluyla uyarıcı elektrotlara iletir. İmplanta radyo frekansı indüksiyon bobinleri veya kızılötesi lazerler yoluyla güç sağlamak için harici bir verici de gereklidir. Gerçek zamanlı görüntü işleme, çözünürlüğü azaltmayı, kontrastı artırmayı, görüntüdeki kenarları algılamayı ve bunu retinadaki elektrot dizisine iletilen uzamsal-zamansal bir stimülasyon modeline dönüştürmeyi içerir. Elektroniklerin çoğu, ilgili harici bileşenlere dahil edilebilir, bu da daha küçük bir implanta ve ek cerrahi olmadan daha basit yükseltmelere olanak tanır. Harici elektronikler, her hasta için görüntü işleme üzerinde tam kontrol sağlar.
Avantajlar
Epiretinal implantlar doğrudan retina ganglion hücrelerini uyarır, böylece diğer tüm retina katmanlarını atlar. Bu nedenle, prensip olarak, epiretinal implantlar, diğer tüm retina katmanları hasar görmüş olsa bile, bireylere görsel algı sağlayabilir.
Dezavantajları
Sinir lifi tabakası, retina gangliyon hücrelerinin uyarı eşiğine benzer olduğundan, epiretinal elektrotların altından geçen aksonlar uyarılarak kavisli algılar oluşturulur ve böylece retinotopik harita bozulur. Şimdiye kadar, epiretinal implantların hiçbiri ışığa duyarlı piksellere sahip değildi ve bu nedenle görsel bilgileri yakalamak için harici kameraya güveniyorlar. Bu nedenle, doğal görmenin aksine, göz hareketleri retina üzerinde iletilen görüntüyü kaydırmaz, bu da böyle bir implantı olan kişi bakış yönünü değiştirdiğinde hareketli nesnenin algısını oluşturur. Bu nedenle, bu tür implantları olan hastalardan gözlerini hareket ettirmemeleri, bunun yerine görme alanını kafalarıyla taramaları istenir. Ek olarak, ganglion hücre katmanında görsel bilgilerin kodlanması, görüntünün farklı özelliklerini kodlayan çeşitli retina ganglion hücrelerinin türlerini hesaba katmak için çok karmaşık görüntü işleme teknikleri gerektirir.
Klinik çalışma
İlk epiretinal implant olan ARGUS cihazı, 16 elektrotlu bir silikon platin dizisi içeriyordu. ARGUS'un Faz I klinik denemesi, 2002 yılında altı katılımcıya cihaz implante edilerek başladı. Tüm hastalar, bazı hastaların görsel işlevi zamanla önemli ölçüde iyileşirken, hafif ve ayrık fosfenler algısı kazandıklarını bildirdi. ARGUS cihazının gelecekteki sürümleri, daha iyi uzaysal çözünürlüğe izin veren, giderek daha yoğun elektrot dizileriyle geliştirilmektedir. En yeni ARGUS II cihazı 60 elektrot içerir ve USC Göz Enstitüsü'ndeki oftalmologlar ve mühendisler tarafından 200 elektrotlu bir cihaz geliştirilmektedir. ARGUS II cihazı Şubat 2011'de pazarlama onayı almıştır (güvenlik ve performansı gösteren CE İşareti) ve Almanya, Fransa, İtalya ve Birleşik Krallık'ta mevcuttur. 2012'de Oftalmoloji'de 30 hasta uzun süreli denemelerinin ara sonuçları yayınlandı. Argus II, 14 Nisan 2013 FDA Onayında ABD FDA'dan onay aldı. Diğer bir epiretinal cihaz olan Learning Retinal Implant, IIP Technologies GmbH tarafından geliştirilmiş ve klinik deneylerde değerlendirilmeye başlanmıştır. Üçüncü bir epiretinal cihaz olan EPI-RET geliştirilmiş ve altı hastada klinik testlere geçirilmiştir. EPI-RET cihazı 25 elektrot içerir ve kristal lensin bir alıcı çipi ile değiştirilmesini gerektirir. Tüm denekler, farklı uzamsal ve zamansal uyarım kalıpları arasında ayrım yapma yeteneğini göstermiştir.
Subretinal implantlar
Tasarım ilkeleri
Subretinal implantlar, retinanın dış yüzeyinde, fotoreseptör tabakası ile retina pigment epiteli arasında, doğrudan retina hücrelerini uyararak ve iç ve orta retina tabakalarının normal işlemesine dayanarak oturur. İmplant, dış retina ve retina pigment epiteli arasındaki minimum mesafe ile mekanik olarak sınırlandırıldığından, bir subretinal implantın yerine yapıştırılması nispeten basittir. Bir subretinal implant, doğrudan gelen ışıktan sinyaller üreten, ışığa duyarlı mikrofotodiyotlar içeren bir silikon levhadan oluşur. Retinadan geçen ışık, mikroelektrot dizileri aracılığıyla altta yatan retina hücrelerine doğrudan elde edilen akımı enjekte eden mikrofotodiyotlar içinde akımlar üretir. Gelen ışık tarafından aktive edilen mikrofotodiyotların modeli bu nedenle, orijinal olay görüntüsünü temsil eden bir görsel algıya yol açan bipolar, yatay, amacrin ve ganglion hücrelerinin bir modelini uyarır. Prensip olarak, subretinal implantlar, implante edilen mikrofotodiyotlar dizisinin ötesinde herhangi bir harici donanım gerektirmez. Bununla birlikte, bazı subretinal implantlar, görüntü sinyalini geliştirmek için harici devrelerden güç gerektirir.
Avantajlar
Bir subretinal implant, kısmen daha basit tasarımı nedeniyle bir epiretinal implanta göre avantajlıdır. Işık toplama, işleme ve stimülasyon, harici kamera, işlem çipi ve bir epiretinal implant ile bağlantılı implante elektrot dizisinin aksine, tek bir çip üzerine monte edilmiş mikrofotodiyotlar tarafından gerçekleştirilir. Uyarıcı diziyi doğrudan hasarlı fotoreseptörlerin yanına yerleştirdiği için subretinal yerleşim de daha basittir. Geri kalan retina katmanlarının işlevine dayanarak, subretinal implantlar, amplifikasyon dahil normal iç retinal işlemeye izin verir, böylece görsel bir yanıt için genel olarak daha düşük bir eşik ile sonuçlanır. Ek olarak, subretinal implantlar, deneklerin bakışlarını değiştirmek için normal göz hareketlerini kullanmalarını sağlar. Subretinal implantlardan gelen retinotopik uyarım, mikrofotodiyotlar üzerine gelen ışığın modeli, istenen görüntünün doğrudan bir yansıması olduğundan, doğası gereği daha doğrudur. Subretinal boşluk mekanik olarak kısıtlı olduğundan ve retina pigment epiteli subretinal boşluk içinde negatif basınç oluşturduğundan, subretinal implantlar minimum fiksasyon gerektirir.
Dezavantajları
Subretinal implantların ana dezavantajı, mikrofotodiyotların yeterli akım üretmesini sağlamak için yeterli gelen ışığın olmamasıdır. Bu nedenle, subretinal implantlar, gelen ışığın etkisini artırmak için genellikle harici bir güç kaynağı içerir. Subretinal boşluğun kompakt doğası, implant üzerinde önemli boyut kısıtlamaları getirir. İmplant ve retina arasındaki yakınlık, implant tarafından üretilen ısıdan retinada termal hasar olasılığını da artırır. Subretinal implantlar, sağlam iç ve orta retina tabakaları gerektirir ve bu nedenle dış fotoreseptör tabakasının ötesine uzanan retina hastalıklarında faydalı değildir. Ek olarak, fotoreseptör kaybı, hasarlı fotoreseptörlerin sınırında stimülasyonu engelleyebilecek ve stimülasyon eşiğini artırabilecek bir zar oluşumuna neden olabilir.
Klinik çalışmalar
Optobionics, bir subretinal implant geliştiren ve tasarımı klinik bir deneyde değerlendiren ilk şirketti. İlk raporlar, implantasyon prosedürünün güvenli olduğunu gösterdi ve tüm denekler, görsel işlevde hafif bir iyileşme ve hafif bir iyileşme bildirdi. Bu cihazın mevcut versiyonu, kontrast, şekil ve hareket dahil olmak üzere görsel detayların algılanmasında iyileşmeler bildiren 10 hastaya implante edilmiştir. Almanya'daki Retina Implant AG, dokuz hastada klinik testlerden geçen bir subretinal implant da geliştirdi. Duruşma tekrarlanan başarısızlıklar nedeniyle beklemeye alındı. Retina Implant AG cihazı, artan uzaysal çözünürlüğe izin veren 1500 mikrofotodiyot içerir, ancak harici bir güç kaynağı gerektirir. Retina implant AG, Şubat 2013'teki Alpha IMS çalışmasına ilişkin 12 aylık sonuçları rapor etti ve Kraliyet Cemiyeti'nin B implant proceedings'inden sonraki dokuz ayda dokuz hastadan altısının cihaz arızası yaşadığını ve sekiz denekten beşinin çeşitli implant- Günlük yaşamda aracılı görsel algılar. Birinde optik sinir hasarı vardı ve stimülasyonu algılamadı. Boston Subretinal İmplant Projesi ayrıca fonksiyonel bir subretinal implantın birkaç tekrarını geliştirdi ve implant fonksiyonunun kısa vadeli analizine odaklandı. Bugüne kadarki tüm klinik deneylerden elde edilen sonuçlar, subretinal implant alan hastaların bazılarının şekil tanıma ve hareket algılama gibi temel görsel görevleri yerine getirme becerisi kazanarak fosfen algısı bildirdiğini göstermektedir.
Uzamsal çözünürlük
Bir retina implantından beklenen görme kalitesi, büyük ölçüde implantın maksimum uzaysal çözünürlüğüne bağlıdır. Retina implantlarının mevcut prototipleri, düşük çözünürlüklü, pikselli görüntüler sağlama yeteneğine sahiptir.
"Son teknoloji ürünü" retina implantları, temel nesne ayırt etme ve tanıma görevleri için yeterli olan 60-100 kanal içerir. Bununla birlikte, elde edilen pikselli görüntülerin simülasyonları, implant üzerindeki tüm elektrotların istenen retinal hücre ile temas halinde olduğunu varsayar; gerçekte, elektrotlardan birkaçı optimal olarak çalışmayabileceğinden, beklenen uzaysal çözünürlük daha düşüktür. Okuma performansı testleri, 60 kanallı bir implantın, sadece önemli ölçüde büyütülmüş metinle, bir miktar okuma kabiliyetini geri kazandırmak için yeterli olduğunu göstermiştir. Pikselli görüntülerle odada gezinme yeteneğini değerlendiren benzer deneyler, deneyimli denekler için 60 kanalın yeterli olduğunu, naif deneklerin ise 256 kanal gerektirdiğini gösterdi. Bu deney, bu nedenle, yalnızca düşük çözünürlüklü görsel geri bildirimle sağlanan işlevselliği değil, aynı zamanda deneklerin zaman içinde uyum sağlama ve gelişme yeteneğini de gösterdi. Bununla birlikte, bu deneyler, implante edilen deneklerin klinik testlerinden ziyade, normal deneklerdeki düşük çözünürlüklü görme simülasyonlarına dayanmaktadır. Okuma veya oda navigasyonu için gerekli elektrot sayısı implante edilen deneklerde farklılık gösterebilir ve belirli görsel görevler için gerekli uzaysal çözünürlüğü belirlemek için bu klinik popülasyonda daha fazla test yapılması gerekir.
Simülasyon sonuçları, deneklerin okuma, yüz tanıma ve odalarda gezinme dahil olmak üzere çok çeşitli görevleri gerçekleştirmesini sağlamak için 600-1000 elektrotun gerekli olacağını göstermektedir. Bu nedenle, retina implantlarının mevcut uzaysal çözünürlüğünün, bu görevler için yeterli görsel işlevi geri yüklemek için implante edilecek kadar küçük kalırken 10 kat artması gerekir. Yüksek yoğunluklu stimülasyonun, hem donanımda (elektrotlar ve kaplamalar) hem de yazılımda (cerrahi sonuçlara dayalı stimülasyon stratejileri) birçok faktör gerektiren yüksek görme keskinliğine (çözünürlük) eşit olmadığını belirtmekte fayda var.
Mevcut durum ve gelecekteki gelişmeler
Bugüne kadarki klinik raporlar, tüm hastaların elektrotlardan en azından bir miktar ışık hissi verdiğini ve daha küçük bir oranın aydınlık ve karanlık alanların modellerini tanımlama gibi daha ayrıntılı görsel işlevler kazandığını bildirdiği karışık bir başarı göstermiştir. Klinik raporlar, düşük çözünürlükte bile retina implantlarının, aksi takdirde herhangi bir görsel duyusu olmayacak kişilere kaba görme sağlamada potansiyel olarak yararlı olduğunu göstermektedir. Bununla birlikte, implante edilen deneklerde klinik testler bir şekilde sınırlıdır ve uzaysal çözünürlük simülasyon deneylerinin çoğu normal kontrollerde yapılmıştır. Mevcut retina implantları tarafından sağlanan düşük seviyeli görüşün, özellikle periferik görüşü sağlam olan denekler için cerrahi prosedürle ilişkili riskleri dengelemek için yeterli olup olmadığı belirsizliğini koruyor. Gelecekteki araştırmalarda, implantların uzun vadeli stabilitesi ve uzun süreli stimülasyona yanıt olarak retina nöron plastisitesi olasılığı da dahil olmak üzere, retina implantlarının diğer bazı yönlerinin ele alınması gerekir.
Manchester Royal Infirmary ve Prof Paulo E Stanga, 22 Temmuz 2015'te, Second Sight's Argus II'nin ciddi Yaşa Bağlı Makula Dejenerasyonundan mustarip hastalarda ilk başarılı implantasyonunu duyurdu. Bu sonuçlar, hastaların artık görme ile yapay görüşü bütünleştirdiği göründüğü için çok etkileyicidir. AMD'den muzdarip milyonlarca hastaya retina implantlarının kullanımını potansiyel olarak açar.