ES2269411T3 - Estructura de microcontactos para su implantacion en mamiferos, en particular en seres humanos. - Google Patents
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Abstract
Estructura de microcontactos para el contacto epirretiniano de tejido nervioso del ojo para una prótesis visual en mamíferos o seres humanos, en la que la densidad superficial de los microcontactos (2) no es constante a lo largo de la superficie de la estructura de microcontactos, caracterizada porque los microcontactos (2) están dispuestos esencialmente en posición rotacionalmente simétrica alrededor del punto central de la estructura de microcontactos.
Description
Estructura de microcontactos para su
implantación en mamíferos, en particular en seres humanos.
La presente invención se refiere a una
estructura de microcontactos destinada a la implantación en
mamíferos, en particular en seres humanos, prevista para el
contacto de tejidos nerviosos en el sistema visual. Más
concretamente, la estructura de microcontactos se ha de disponer
para el contacto de las células ganglionares de la retina alrededor
de la fóvea, o para el contacto de la corteza visual (área V1).
Las cegueras adquiridas o provocadas por un
defecto genético pueden tener dos causas, entre otras. La primera
causa consiste en la destrucción de la capa fotorreceptora de la
retina, con lo que la incidencia de fotones no se traduce en una
estimulación correspondiente de las células ganglionares. Este
cuadro clínico sólo afecta a parte de las células ganglionares, de
modo que una estimulación externa de las células ganglionares
todavía existentes puede producir una percepción visual. Sobre esta
base, desde hace algún tiempo se están efectuando desarrollos que
incluyen la implantación de una estructura de microcontactos para el
contacto de las células ganglionares.
La segunda causa esencial de la ceguera en este
contexto puede consistir en una interrupción de la transmisión de
señales entre las células ganglionares y la zona del cerebro que se
ocupa de la percepción visual, o en un defecto de las propias
células ganglionares. Para este cuadro clínico también se
desarrollan implantes en los que una estructura de microcontactos
está directamente en contacto con la corteza visual, más
concretamente con el área V1 de la corteza visual, donde provoca
una percepción visual por estimulación eléctrica.
Las estructuras de microcontactos conocidas
hasta el momento consisten esencialmente en un material de soporte
que porta por un lado elementos de contacto conductores eléctricos
configurados en forma de púas o agujas que sobresalen del plano de
la lámina de soporte. Por ejemplo, los documentos US 5,109,844, US
5,159,927, US 5,411,540, DE 19525570 A1 o EP 0460320 B1 dan a
conocer estructuras de microcontactos de este tipo. En todas estas
estructuras de microcontactos, los contactos individuales están
distribuidos sobre la superficie del implante de manera uniforme,
es decir, con una densidad superficial constante. La densidad
superficial es de aproximadamente hasta 20 contactos por mm^{2}.
Hasta ahora se ha partido de la base de que para aumentar la
definición visual es deseable la mayor densidad superficial posible
de los microcontactos. El documento
US-A-5 109 844 da a conocer un
implante de retina con una disposición de electrodos en la que se
han eliminado electrodos al azar.
La práctica demuestra que este concepto resulta
problemático, al igual que las estructuras de microcontactos
conocidas hasta ahora. Un problema consiste en que creciente aumento
de la cantidad de microcontactos requiere un aumento
correspondiente del dispositivo externo que alimenta dichos
microcontactos. De acuerdo con los conceptos actuales, cada
microcontacto individual es alimentado por un canal independiente de
un codificador. Las condiciones límite de este dispositivo externo
son las dimensiones, el consumo de energía y por último también su
coste. Si con una unidad de alimentación externa dada se puede
alimentar una cantidad determinada de microcontactos, con dicha
cantidad de microcontactos se ha de producir la mejor percepción
visual posible. La distribución actual de los microcontactos con
densidad superficial constante resulta desventajosa para ello, ya
que no tiene en cuenta que se ha de atribuir una mayor importancia a
la zona del campo visual central que a la zona marginal
circundante.
Además, el tejido que se ha de poner en contacto
con los microcontactos no está estructurado de tal modo que una
distancia determinada de dos puntos entre sí en el tejido
corresponda en cada zona del campo visual a la misma distancia
angular con respecto al eje visual. Más bien, en el caso de las
células ganglionares de la retina, alrededor de la zona de mayor
agudeza visual, denominada fóvea, primero no hay ninguna célula
ganglionar y después, a una pequeña distancia radial del punto
central de la fóvea, hay una gran densidad de células ganglionares
que produce una depresión en forma de cráter en el borde de la
fóvea. La capa de las células ganglionares que se encuentra a
continuación de esta zona es más delgada.
Si esta zona se ocupa con una estructura de
microcontactos que presenta una densidad superficial constante de
los microcontactos, éstos no alcanzan ninguna célula ganglionar en
el centro de la fóvea. Los canales del dispositivo de alimentación
externo conectados con estos microcontactos no tienen ninguna
función fisiológica. La zona del "borde del cráter" de la
fóvea presenta muchas células ganglionares por unidad de superficie,
de modo que hay relativamente pocos microcontactos disponibles para
una cantidad dada de células ganglionares. La densidad superficial
de las células ganglionares disminuye después en la zona exterior,
mientras que la densidad superficial de los microcontactos
permanece constante. Por consiguiente, la cantidad de microcontactos
disponibles para una cantidad dada de células ganglionares
aumenta.
Debido a esta realidad fisiológica, precisamente
en el área que se ocupa del campo visual central y de la zona de
mayor agudeza visual, es decir, el "borde del cráter" de la
fóvea, hay disponibles relativamente pocos microcontactos, mientras
que en la zona circundante, que más bien representa un papel
secundario en la percepción visual, proporcionalmente hay
disponibles muchos microcontactos. Por consiguiente, el resultado
obtenido con una estructura de microcontactos de este tipo con
densidad superficial constante no es óptimo, tanto en relación con
la impresión visual lograda, que infravalora la parte más importante
del campo visual, como en relación con el aprovechamiento más
eficaz posible del dispositivo de alimentación externo.
Lo mismo es aplicable al contacto de la corteza
visual. En este caso, la correspondencia entre la superficie de
lugares correspondientes del campo visual en la superficie del
cerebro y el campo visual reproducido tampoco es lineal. En
relación con la evaluación fisiológica del campo visual, una
estructura de microcontactos con densidad superficial constante de
los microcontactos también conduciría en este caso a una
infravaloración de la zona central del campo visual.
Por ello, el objetivo de la presente invención
consiste en crear una estructura de microcontactos que posibilite
un contacto del tejido nervioso teniendo en cuenta la
correspondencia no lineal entre la superficie del tejido y el campo
visual y que, con una cantidad limitada de canales disponibles,
permita conectar éstos con el tejido de tal modo que la parte del
campo visual más valorada fisiológicamente sea reproducida con una
cantidad mayor de microcontactos que la parte menos valorada del
campo visual.
Este objetivo se resuelve mediante una
estructura de microcontactos con las características indicadas en la
reivindicación 1 para implante en el ojo y mediante una estructura
de microcontactos con las características indicadas en la
reivindicación 6 para implante en la corteza visual.
En el caso de la estructura de microcontactos
para implante en el ojo, dado que la densidad superficial de los
microcontactos no es constante en la superficie de la estructura de
microcontactos, la distribución de los microcontactos se puede
elegir de tal modo que se produzca la correspondencia más eficaz
posible entre los canales disponibles, que están limitados por los
recursos externos, y el campo visual a reproducir. Para ello, las
zonas del campo visual con mayor valoración fisiológica obtienen una
mayor densidad de microcontactos que las zonas de menor relevancia.
Además, la densidad superficial de los microcontactos se puede
adaptar a la densidad de las neuronas a contactar en el tejido en
contacto correspondiente.
En este contexto, en el caso de la estructura de
microcontactos para un contacto epirretiniano resulta ventajoso
elegir una configuración redonda u ovalada rotacionalmente simétrica
con un punto central en la que, una vez realizado el implante, el
punto central está dispuesto en la zona de la fóvea del ojo, y una
zona con un radio de aproximadamente de 175 a 200 \mum alrededor
de dicho punto central está libre de microcontactos, como mínimo de
microcontactos utilizados de forma activa.
La mayor densidad superficial disponible de
microcontactos se dispone preferentemente en una zona situada a una
distancia radial del punto central de aproximadamente 200 \mum a
1.200 \mum. En una zona situada a una distancia radial del punto
central de más de aproximadamente 1.200 \mum, que tiene una menor
valoración fisiológica, los microcontactos presentan
preferentemente una menor densidad superficial que en la primera
zona, de modo que para dicha zona se requieren menos recursos del
dispositivo de alimentación externo.
Ventajosamente, la distribución de los
microcontactos varía de forma continua en la primera zona y en la
segunda zona, de tal modo que en la primera zona hay un área de
densidad superficial máxima a partir de la cual la densidad
superficial disminuye de forma continua en dirección radial hacia
afuera. En vista de la cantidad limitada de microcontactos (unos
pocos centenares por implante), también se puede hablar de una
distribución cuasicontinua.
Si la densidad superficial de los microcontactos
en el plano que constituye la horizontal en el campo visual natural
es mayor que en las zonas situadas en la parte superior e inferior
del campo visual natural se logra otra optimización entre la
utilidad fisiológica de la percepción visual producida por la
microestructura y la cantidad de los microcontactos disponibles o
de los recursos conectados con los microcontactos.
Lo mismo se puede aplicar correspondientemente a
la estructura de microcontactos para implante en la corteza visual.
En este caso, correspondientemente a la proyección retinotópica del
campo visual en la corteza visual, más concretamente en el área V1
por cada mitad del campo visual, los microcontactos se disponen en
una zona aproximadamente parabólica, presentando la densidad
superficial de los microcontactos un valor máximo en el área del
vértice de la parábola. La zona parabólica corresponde
preferentemente a la forma de la corteza visual, encontrándose la
mayor densidad de los microcontactos en una zona correspondiente a
la fóvea. De forma preferente, aproximadamente un 90% de los
microcontactos se dispone en una zona que corresponde a un campo
visual aproximadamente concéntrico con un ángulo de abertura de 5º
con respecto al eje visual.
La densidad superficial de los microcontactos
disminuye de forma continua o cuasicontinua preferentemente en
todas las direcciones a partir de la zona correspondiente a la
fóvea. También en este caso se logra un aprovechamiento
especialmente bueno de los recursos si la densidad superficial en la
dirección que reproduce el plano horizontal del campo visual
natural es mayor que en las zonas situadas en la parte superior e
inferior del campo visual natural. En relación con la proyección
retinotópica, esto significa que la densidad superficial de los
microcontactos disminuye a lo largo de una línea desde el punto
correspondiente a la fóvea a lo largo del eje de simetría de la
parábola en dirección temporal y más excéntrica.
A continuación se explican detalladamente dos
ejemplos de realización de la presente invención en relación con
los dibujos. En los dibujos:
La figura 1: muestra una vista en planta de una
estructura de microcontactos con una disposición más o menos
rotacionalmente simétrica para implante epirretiniano.
La figura 2: muestra una representación gráfica
del desarrollo de la densidad superficial de los microcontactos en
dirección radia.
La figura 3: muestra una vista, también en
planta, de una estructura de microcontactos con una disposición
aproximadamente parabólica para implante cortical.
La figura 4: muestra una representación gráfica
del desarrollo de la densidad superficial de los microcontactos en
la dirección del eje de simetría del dispositivo parabólico según la
figura 3.
La figura 1 muestra una vista en planta de una
estructura de microcontactos con una disposición más o menos
rotacionalmente simétrica para implante epirretiniano en un ojo.
La estructura de microcontactos presenta una
lámina de soporte 1 con forma aproximada de disco, que por ejemplo
está dividida en varios sectores y fabricada con poliimida. Sobre
esta lámina de soporte está dispuesto un gran número (en la figura
1 aproximadamente 200) de microcontactos 2 aproximadamente
perpendiculares a la lámina de soporte que, de forma conocida en
sí, consisten en pequeñas estructuras de platino sobresalientes.
Estos microcontactos 2 están conectados a su vez a través de
circuitos impresos con una línea de datos 3 que conduce al exterior
y que, de forma unidireccional o bidireccional, transmite señales a
los microcontactos 2 o recibe señales de éstos. En lugar de una
línea de datos también se puede prever una comunicación
inalámbrica.
La lámina de soporte 1 presenta en total tres
zonas concéntricas: una zona central 5 que, una vez realizado el
implante, cubre la fóvea; una primera zona 6 que, una vez realizado
el implante, cubre el borde en forma de cráter de la fóvea; y una
zona exterior 7 que cubre las zonas de la retina situadas más hacia
afuera en la dirección radial.
En un ejemplo de realización concreto, la zona 5
también puede carecer de material, es decir, puede consistir en un
agujero central en el implante. Esta zona 5 no tiene ninguna función
en el implante en este contexto.
La primera zona 6 se pone en contacto con el
"borde del cráter", es decir, la zona que rodea directamente
la fóvea y que presenta la mayor densidad de células ganglionares.
Aquí también está situada la zona de las células ganglionares
correspondiente al campo visual foveal y parafoveal central. Por
ello, en esta zona 6 está dispuesta la mayor densidad superficial
de microcontactos 2. La zona 6 incluye aproximadamente 180 de los
aproximadamente 200 microcontactos de la figura 1. Representa un
campo visual hasta una excentricidad de aproximadamente 8º (cónico
con un ángulo de abertura de 16º).
En una forma de realización concreta, la zona 6
no es plana, sino que está adaptada al contorno exterior de la zona
foveal de la retina y en caso dado está dividida en sectores.
La figura 2 muestra la relación funcional ideal
entre la distancia radial de un punto de la estructura de
microcontactos al punto central de ésta y la densidad superficial
\Phi de los microcontactos. Se puede observar que la zona central
5 carece de microcontactos y, en consecuencia, presenta una densidad
superficial 0. La primera zona 6 presenta un valor máximo en 10,
que coincide lo más exactamente posible con la zona de mayor
densidad de células ganglionares de la retina. Por último, la
segunda zona exterior 7 presenta una densidad superficial
decreciente, que también refleja la menor importancia fisiológica
del campo visual exterior correspondiente. En la práctica, la
primera zona 6 ha de permitir con su mayor definición que el
portador del implante reconozca un objeto, mientras que la segunda
zona, con menor definición, ha de posibilitar sobre todo una
percepción de movimiento.
La figura 3 muestra una vista en planta de un
implante cortical 11 con microcontactos 12 dispuestos sobre la
superficie perpendicularmente con respecto al plano de la lámina de
soporte, como en el ejemplo de realización según la figura 1. Una
línea de datos 13 unidireccional o bidireccional establece la
conexión con un recurso externo, como en la figura 1.
La forma del implante corresponde a la forma de
la corteza visual derecha del cerebro de un mono rhesus, en la que
se reproduce el campo visual en una zona parabólica. Esta
reproducción retinotópica del campo visual en el área V1 de la
corteza visual es conocida en la literatura y ha sido demostrada
experimentalmente, véase Tootell et al., J. Neur. Sci. 1988,
tomo 8, páginas 1531 - 1568. Análogamente, el campo visual de otros
mamíferos también se reproduce en la corteza visual
correspondiente, cuya forma puede ser diferente.
Además del implante representado, que se pone en
contacto con la corteza visual derecha, también está previsto un
segundo implante simétrico que se pone en contacto con la corteza
visual izquierda opuesta. De este modo se puede acceder a las dos
mitades del campo visual.
La figura 4 muestra la densidad superficial de
los microcontactos en una representación correspondiente a la
figura 2. A partir del vértice de la parábola, que está indicado con
F' y corresponde a la fóvea de la retina, la densidad superficial
disminuye de forma continua, y una zona que se extiende desde el
punto F' hasta aproximadamente la línea 15 representa un campo
visual hasta una excentricidad de 5º de la mitad izquierda
correspondiente del campo visual. Esta zona contiene aproximadamente
el 80% de los microcontactos 12 disponibles.
Para el portador del implante, esta
configuración significa que, como ya se ha descrito más arriba, la
zona central hasta una excentricidad de por ejemplo 5º permite el
reconocimiento de objetos, mientras que la zona de mayor
excentricidad situada fuera de este cono sólo permite una percepción
que posiblemente induzca al portador del implante a volverse hacia
el objeto percibido de forma periférica para poder reconocerlo.
De este modo, dada la cantidad limitada de
canales estimuladores disponibles en el recurso externo en la
realidad, con una distribución no uniforme de los microcontactos
sobre la superficie de la estructura de microcontactos se logra un
mejor resultado con respecto a la percepción y el reconocimiento de
objetos y personas que con las estructuras de microcontactos
conocidas hasta ahora con una densidad superficial uniforme de los
microcontactos.
Además de las distribuciones descritas, también
se pueden emplear otras configuraciones, por ejemplo con una
concentración todavía mayor en la zona de la fóvea, que puede
posibilitar la lectura de textos, pero que con la cantidad dada de
canales con alimentación externa sólo permite una ligera percepción
periférica. Para el tráfico puede resultar ventajosa una
distribución con otros puntos esenciales que acentúe la percepción
periférica, importante para los peatones, en detrimento de una alta
definición en el campo visual central.
Los propios microcontactos pueden estar
configurados en punta o con un diámetro especialmente pequeño en las
zonas con mayor densidad superficial, mientras que en las zonas
exteriores con menor densidad superficial de microcontactos éstos
pueden presentar una configuración más obtusa, por ejemplo con forma
semiesférica. De este modo, en las primeras zonas los campos
receptores correspondientes se estimulan de forma muy selectiva,
mientras que en la zona exterior se logran campos receptores más
grandes con pocos microcontactos.
Aunque en los ejemplos de realización se ha
indicado que la cantidad realmente existente de microcontactos por
unidad de superficie varía, en otras soluciones también se pueden
utilizar microcontactos con una densidad superficial uniforme si
varía la cantidad de los microcontactos conectados activamente con
el recurso exterior. En este caso, la zona periférica presentará
físicamente una mayor cantidad de microcontactos, pero éstos no
estarán conectados, mientras que en la zona del campo visual central
estarán activos todos o prácticamente todos los microcontactos.
Claims (9)
1. Estructura de microcontactos para el
contacto epirretiniano de tejido nervioso del ojo para una prótesis
visual en mamíferos o seres humanos, en la que la densidad
superficial de los microcontactos (2) no es constante a lo largo de
la superficie de la estructura de microcontactos,
caracterizada porque los microcontactos (2) están dispuestos
esencialmente en posición rotacionalmente simétrica alrededor del
punto central de la estructura de microcontactos.
2. Estructura de microcontactos según la
reivindicación 1, caracterizada porque está previsto un punto
central que, una vez realizado el implante, está situado en la zona
de la fóvea del ojo, y porque una zona con un radio de
aproximadamente 175 \mum a 200 \mum alrededor de dicho punto
central carece de microcontactos (2).
3. Estructura de microcontactos según una de
las reivindicaciones anteriores, caracterizada porque la
mayor densidad superficial de microcontactos (2) está dispuesta en
una zona situada a una distancia radial del punto central de
aproximadamente 200 \mum a 1.200 \mum.
4. Estructura de microcontactos según la
reivindicación 3, caracterizada porque en una segunda zona
(7), situada a una distancia radial del punto central de más de
aproximadamente 1.200 \mum, los microcontactos presentan una
densidad superficial menor que en la primera zona (6).
5. Estructura de microcontactos según la
reivindicación 4, caracterizada porque la distribución de
los microcontactos (2) varía de forma continua en la dirección
radial en la primera zona (6) y en la segunda zona (7), de tal modo
que en la primera zona (6) hay un área de densidad superficial
máxima a partir de la cual la densidad superficial disminuye de
forma continua en dirección radial hacia afuera.
6. Estructura de microcontactos para el
contacto de tejido nervioso de la corteza visual para una prótesis
visual en mamíferos o seres humanos, en la que la densidad
superficial de los microcontactos (12) no es constante a lo largo
de la superficie de la estructura de microcontactos,
caracterizada porque los microcontactos (12) están
dispuestos en una zona adaptada aproximadamente a la proyección
retinotópica del campo visual central, presentando la densidad
superficial de los microcontactos (12) un valor máximo en la zona de
la proyección de la fóvea.
7. Estructura de microcontactos según la
reivindicación 6, caracterizada porque la zona en contacto
corresponde a la forma de la corteza visual.
8. Estructura de microcontactos según la
reivindicación 6 ó 7, caracterizada porque la densidad
superficial de los microcontactos (12) disminuye de forma continua
desde la zona correspondiente a la fóvea en la dirección de aumento
de la excentricidad.
9. Estructura de microcontactos según la
reivindicación 6 ó 7, caracterizada porque la densidad
superficial en la dirección que reproduce el plano horizontal del
campo visual natural es mayor que en las zonas con la misma
excentricidad situadas en la parte superior e inferior del campo
visual natural.
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