Coup d`oeil sur le projet Argus II

XXIIes Olympiades de Physique France
Coup d’œil sur le projet
Argus II
2014-2015
Léonie FAGOT, Elise LEPAGE, Apolline NOSAL
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Sommaire
Introduction
I)
Le fonctionnement de l'œil et ses les dégénérescences
1. Fonctionnement de l’œil ……………………………………………………….. p. 4
2. La rétinite pigmentaire …………………………………………………..……. p. 6
II)
Le dispositif Argus II
1. Composition …………………………………………………………………….. p. 7
2. Mécanisme …………………………………………………………………..….. p. 8
3. Modélisation du système à échelle humaine ……………………………..……. p. 8
III)
1.
2.
3.
4.
5.
IV)
1.
2.
3.
4.
Explications du montage
Pont de Wheatstone ………………………………………………………..…… p. 11
CNA …………………………………………………………………………........ p. 11
Modulation/Démodulation …………………………………………….……...... p. 13
CAN ……………………………………………………………………………… p. 14
Conclusion ….......................................................................................................... p. 14
Conséquences sur la vie du patient, limites et avenir
Effet de l’implant sur la vision du patient …………………………………...... p. 16
Les points positifs ………………………………………………………………. p. 16
Limites du projet ……………………………………………………………….. p. 17
De belles perspectives pour l’avenir ………………………………………..…. p. 18
Conclusion
Remerciements
Sources et lexique
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RESUME DU PROJET
La rétinite pigmentaire est une pathologie héréditaire, qui concerne une personne sur 4000, jusqu’à
aujourd’hui incurable. C’est une maladie dégénérative de la rétine et qui se traduit par la destruction de
photorécepteurs.
Lorsqu'un individu est atteint de rétinite pigmentaire, alors le processus de vision est interrompu : le
système visuel ne peut plus transformer la lumière en image. Le projet Argus II permet en fait de
reconstituer ce système, et notamment par le contournement des photorécepteurs détruits, afin d'assurer
la transmission de la lumière vers le cortex cérébral.
Nous avons décidé de reproduire, à l’aide d’un montage électronique, le parcours de l’image d’un objet
observé jusqu’à l’implant rétinien. Cette manipulation nous permet de comprendre le fonctionnement du
dispositif Argus II en rendant tangibles les différents éléments, car la modélisation sera réalisée à une
échelle bien plus importante.
Introduction
Argus est un dieu de la mythologie grecque qui possédait 100 yeux. Héra lui
demanda de surveiller Zeus et sa maitresse. En l’apprenant, Zeus ordonna à
Hermès de tuer Argus. Il l’endormit avec sa flûte enchantée avant de lui
couper la tête. Héra plaça les 100 yeux d’argus sur son animal préféré, le
paon. Argus prête aujourd’hui son nom à l’expression « avoir les yeux
d’Argus » qui signifie être vigilant et lucide ; mais aussi à un dispositif non
moins connu : l’Argus II.
Il s’agit d’une avancée scientifique qui a abouti il y a plusieurs mois et qui
se propose de rendre la vue à des personnes atteintes de maladies
dégénératives de la rétine (principale cause de cécité dans les pays
développés), telle que la rétinite pigmentaire.
Qu’est-ce que la rétinite pigmentaire et comment agit-elle ? Comment le
dispositif Argus ll permet-il d’améliorer la vue des personnes atteintes de
cette maladie ? Comment modéliser le projet Argus II à notre échelle ?
Quelles sont les conséquences et les limites de ce projet ?
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I)
Le fonctionnement de l'œil et ses dégénérescences
Dans cette première partie, nous évoquerons le mécanisme de l’œil et nous présenterons une pathologie :
la rétinite pigmentaire, le but de l’Argus ll étant de la contrer. Afin de ne pas rendre compte d'une
approche trop écolière et difficile à comprendre, nous avons réalisé une maquette et quelques
modélisations.
Quelle est l'anatomie d'un œil sain ? Quel est son fonctionnement ?
1. Le fonctionnement de l’œil
a) Dans sa globalité
Le fonctionnement de l’œil peut être réduit à un modèle simplifié : les principaux éléments sont un
diaphragme, une lentille, et un écran, à l’instar d’un appareil photo (voir doc 1 : modèle de l’œil réduit).
L’écran sur lequel se forme l’image est la rétine.
1-Modèle réduit de l’œil
L’iris assure le rôle du diaphragme : cette membrane contractile adapte le diamètre de la pupille, et donc
adapte la quantité de rayons lumineux pénétrant dans l’œil, en fonction de la luminosité ambiante.
Le cristallin est un élément prépondérant de la vision. Il peut être assimilé à une lentille biconvexe et
permet l'accommodation : en faisant varier son rayon de courbure, le cristallin permet à l'œil de s'adapter
à la vision à diverses distances et de générer des images nettes. Il fait converger les rayons vers un point
précis de la rétine, la macula, ou tâche jaune, comme présenté dans la modélisation ci-dessous.
2-Modélisation du fonctionnement du cristallin
b) La rétine
La rétine est le tissu composé de neurones qui tapisse le fond de l’œil. La lumière stimule les
photorécepteurs (cellules qui assurent la transformation de quanta de lumière en influx nerveux) qui
envoient des signaux nerveux aux neurones bipolaires puis aux neurones ganglionnaires avant de rejoindre
le nerf optique et d’être analysée par le cerveau. Au niveau de la macula, chaque photorécepteur est
directement relié à un neurone bipolaire puis ganglionnaire. C’est donc la zone où la précision est
maximale.
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3-Schéma de fonctionnement de la rétine :
Nous nous sommes particulièrement intéressées au fonctionnement de la rétine. Pour ce faire nous
avons réalisé des observations microscopiques d’une rétine humaine (photographies 4 et 5). Nous avons
également observé le fond de l’’œil, il s’obtient par un examen médical appelé électrorétinogramme. Dans
le cas d'un œil sain, on distingue clairement les veines, la tache jaune, le point aveugle. La rétine ne
présente pas de marques de dégradation (photographie 6).
Photographie 4 : Coupe de
rétine au microscope (×40)
Photographie 5 : détail d'une
coupe de rétine au microscope
(électronique ; ×100)
Photographie 6 : Fond de l'œil sain : (source : http://edouard.benois.pagesperso-orange.fr/cata.htm)
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2. La rétinite pigmentaire
a) Généralités
La rétinite pigmentaire est une pathologie héréditaire (elle concerne 45 gènes) jusqu’à aujourd’hui
incurable. Elle concerne une personne sur 4000. C’est une maladie dégénérative de la rétine et qui se
traduit par la destruction de photorécepteurs.
Ceci entraine tout d’abord une perte d’acuité nocturne puis générale et un rétrécissement du champ de
vision (effet tunnel). Elle se déclare chez les personnes entre 10 et 20 ans et conduit le plus souvent à la
cécité totale.
Photographie 7 : fond de l'œil s’un individu atteint de rétinite
pigmentaire
(Source : http://www.regardsetcontrastes.info/deficiencesvisuelles/retinite-pigmentaire/)
Les tissus rétiniens ne sont pas uniformes : on peut distinguer au
fond de l’œil des taches sombres qui tapissent clairement la
totalité de la rétine.
Modélisation de la vision d’une fenêtre.
Vision d’un homme sain
b)
Vision d’un homme atteint
de rétinite pigmentaire
A terme, vision d’un homme
atteint de rétinite pigmentaire.
Importance de l'appareil
Lorsqu'un individu est atteint de rétinite pigmentaire, alors le processus de vision est interrompu : le
système visuel ne peut plus transformer la lumière en image. Le projet Argus II permet en fait de
reconstituer ce système, et notamment par le contournement des photorécepteurs détruits, afin d'assurer
la transmission de l’image vers le cortex cérébral.
Seuls les patients souffrant de rétinite pigmentaire sont pour potentiellement appareillables, car il faut que
le nerf optique soit fonctionnel ce qui n'est pas le cas pour certaines maladies (exemple : glaucome).
Nous allons expliquer dans la suite le fonctionnement du dispositif Argus II et comment il permet de palier
le processus de vision interrompu.
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II)
Le dispositif Argus II
1. Composition
a) composition externe
Le dispositif comprend une paire de lunettes portant une caméra miniature placée au dessus du
nez, ainsi qu’une bobine (1) qui assurera le lien sans fil avec l’implant sur la branche droite.
Est relié par un câble à ces lunettes, un petit ordinateur nommé VPU (Video Processing Unit),
pesant environ 250 g, que le patient porte à la ceinture. Le VPU permet au patient d’allumer et d’éteindre
le dispositif, et d’adapter les réglages à son environnement. Il présente donc des boutons de contrôle
discernables au toucher, de par leur forme (étoile, qui permet d’activer ou non le signal sonore informant
d’une éventuelle déconnexion entre le VPU et l’implant, rond, qui permet de changer l’image perçue en
noir sur blanc en blanc sur noir, et carré), et par des symboles en relief comme ceux utilisés pour le braille.
Le VPU doit être rechargé chaque nuit, il ne possède en effet que 8h d’autonomie. Il permet aussi de
contrôler ce que le patient reçoit comme informations lors de tests de vision.
b) Composition interne
L’implant placé à l’intérieur de la tête est majoritairement à l’extérieur du globe oculaire. Il est
maintenu par la bande sclérale, qui entoure l’œil, et qui est placée sous la sclérotique, la membrane
blanche et très résistante qui enveloppe l’œil humain. Sur cette bande sclérale est placée une bobine(2),
ainsi qu’un petit boitier électronique. De ce boitier électronique part un câble qui pénètre dans l’œil, au
bout duquel se trouve un faisceau de 60 électrodes, dont 55 seront fonctionnelles, et les 5 autres servent à
suppléer une éventuelle défaillance d’une autre électrode. Ce faisceau d’électrodes est fixé à l’aide d’un
clou rétinien sur la rétine, c'est-à-dire au contact du corps vitré. C’est donc un implant épi-rétinien, par
opposition aux implants sub-rétiniens, placés entre la rétine et la choroïde. Plus précisément, il sera placé
sur la macula, car c’est cette zone qui va permettre une précision maximale.
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Source des images : http://www.2-sight.eu/fr/presentation-du-systeme
2. Mécanisme
La caméra miniature capte une image, et l’envoie par le câble au VPU. Le VPU transforme l’image
en format digital, et la transforme en une image de 60 pixels, en blanc sur noir ou noir sur blanc.
L’information est ensuite transmise à la bobine (1) qui va l’envoyer par ondes radio à une fréquence de
3,156 MHz. La bobine (2) va démoduler l’information, la transmettre au boitier électronique, qui va la
convertir en signal électrique. Chaque pixel va correspondre à un signal électrique différend : si il doit
apparaître blanc, un signal électrique sera transmis, si il doit apparaître noir, il n’y aura pas de signal
électrique. Chaque électrode recevant un signal électrique va donc stimuler un endroit de la rétine, c’est-àdire une zone de neurones ganglionnaires et bipolaires, et ainsi jouer le rôle des photorécepteurs
manquant. Le signal électrique est donc naturellement transmis de ces neurones à l’aire visuelle du
cerveau, par le biais du nerf optique. Le patient percevra donc des phosphènes, des sensations lumineuses
qui ne sont pas directement produites pas des ondes lumineuses. (En effet, les perceptions lumineuses
dues à l’argus II sont artificielles et provoquées.)
Les bobines (1) et (2) permettent aussi de recharger l’implant par induction.
Le patient verra donc l’équivalent d’une image de 6x10 pixels, en noir sur blanc ou blanc sur noir,
sur un champ de vision de 20°, soit l’équivalent d’une règle de 30 cm tenue à bout de bras. Ces résultats
peuvent toutefois varier d’un patient à l’autre.
3. Modélisation du système à échelle humaine
Nous avons décidé de reproduire le parcourt de l’information, de l’image de l’objet observé jusqu’à
l’implant rétinien. Cette manipulation nous permet de comprendre le fonctionnement du dispositif Argus
II en rendant tangibles les différents éléments, car la modélisation sera réalisée à une échelle bien plus
importante.
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De la caméra jusqu’à l’implant, l’information suit donc le parcours suivant :
a) Montage réalisé
Le dispositif nécessaire pour reproduire le parcourt de l’information à l’échelle humaine et pour
l’équivalent de deux électrodes est donc constitué des parties suivantes :
-
Deux photorésistances montées dans deux ponts de Wheatstone, pour convertir l’intensité lumineuse
en signal numérique codé en 2bits, c’est à dire un signal dont la grandeur représentative à un instant
donné est une grandeur binaire.
Pour obtenir ce signal numérique, il existe 4 états d’éclairement. A chaque état, on associe un nombre
binaire, constitué d’une série de « 0 » et de « 1 »
État 1 : les deux photorésistances sont éclairées (0/0),
État 2 : la première est éclairée, l’autre non (0/1),
État 3 : l’autre est éclairée, la première non (1/0),
État 4 : aucune n’est éclairée (1/1).
La quantité de nombres binaires possibles, ou résolution R, pour 2 bits est donc : R = 22 = 4
-
A l’aide d’un montage en comparateur, on arrive à obtenir un signal numérique binaire avec des
valeurs de tension très distinctes.
-
Un Convertisseur Numérique/Analogique (CNA) pour pouvoir transmettre ce signal en 2bits. Le
problème est qu’il est impossible de distinguer les 4 signaux, si l'on émet tout simultanément. Pour
pouvoir être transmis simultanément et identifiés à la réception, ces signaux doivent être traités et on
obtient alors 4 tensions Us fonctions de l'état éclairé ou non éclairé des photorésistances.
-
Un modulateur de tension et un émetteur, pour moduler en amplitude le signal analogique obtenu.
-
Un récepteur et un démodulateur de tension, pour retrouver le signal analogique.
-
Un Convertisseur Analogique/Numérique, pour convertir ce signal en deux courants électriques pour
allumer deux DEL, symbolisant un envoi de courant électrique par l’électrode. Des diodes et une porte
logique OU EXCLUSIF sont suffisantes et permettent de reconstituer le signal numérique d'entrée.
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b) Chaine de traitement
Nous avons donc abouti au circuit ci-dessous :
Dans la suite de notre mémoire, nous allons expliquer ce montage.
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III)
Explications du montage
Les deux photorésistances
sont éclairées
La première non, l’autre
est éclairée
La première est éclairée,
l’autre non
Aucune photorésistance
n’est éclairée
1. Pont de Wheatstone
Schéma d’un pont de Wheatstone :
On a recours à deux ponts de Wheatstone afin de simuler un capteur de 2
pixels.
Le pont se compose d’une photorésistance, dipôle dont la valeur de la
résistance varie en fonction de la lumière incidente ; d’une résistance
variable (0 – 50 kΩ) et de 2 résistances d’une valeur de 10 kΩ.
Plus la photorésistance est éclairée, plus la valeur de résistance est faible.
La résistance variable permet de régler le seuil de basculement (tension négative ou positive) de la tension
UAB.
En fonction de la lumière captée par la photorésistance :
Si VA > VB, soit UAB > 0 V et Si VA < VB, soit UAB < 0 V
2. CNA
Afin de pouvoir assurer la transmission du signal lumineux initial, on doit transformer le signal numérique
en signal analogique.
-
AOP branché en comparateur :
Un amplificateur opérationnel (AOP)
est un amplificateur
électronique qui a pour but d’amplifier la différence de tension
entre ses
deux entrées. Il permet d’effectuer les opérations mathématiques
de base,
comme l’addition, la soustraction, etc. Un AOP branché en comparateur va nous permettre, en reliant
l’entrée inverseuse e- au point B et l’entrée non-inverseuse e+ au point A, de comparer les potentiels au
point A et au point B. Si VA < VB, soit si UAB < 0, en sortie de l’AOP, on a une tension minimale de -15V. Si VA
> VB, soit si UAB > 0, l’AOP délivre une tension maximale de +15V.
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Ainsi, si la photorésistance est éclairée :
Cas 1 : UC théorique = +15V
(UC1 exp = + 14,8V ;
UC2 exp = 14, 8 V).
Si la photorésistance n’est pas éclairée :
Cas 2 : UC théorique = - 15V
(UC1 exp = - 11,1V ;
UC2 exp = - 11,4 V).
-
Diode :
Une diode nous permet de ne laisser passer que les courants de tensions négatives.
Alors :
Cas 1 : UD théorique = 0 V (UD1 exp= 0 V ; UD2 exp = 0 V)
Cas 2 : UD théorique = -15 V (UD1 exp= - 10,5 V ;
UD3 exp = - 10,7 V)
-
AOP en additionneur-inverseur :
Nous utilisons ensuite un AOP en additionneur/inverseur. Il reçoit les données des deux photorésistances
venant des suiveurs, et renvoie une tension en sortie égale à l’inverse de la somme des tensions qui y
entrent. Pour ce faire, on utilise l’AOP en régime linéaire, c’est-à-dire en reliant l’entrée e- à la sortie. En
régime linéaire, ε=0, d’où U+ = U- = 0V
D’après la loi d’Ohm,
UE1 = R3 x I3 ; UE2 = R4 x I4.
Or d’après la loi des nœuds :
I = I3 + I4 =
𝑈𝐸1
𝑅3
+
𝑈𝐸2
𝑅4
Cela donne en remplaçant :
𝑼𝑬𝟏
UF = - R5 x I = -R5 x ( 𝑹𝟑 +
𝑼𝑬𝟐
𝑹𝟒
)
On a bien une somme et une inversion des tensions UE1 et UE2.
Cette addition des tensions nous permet de savoir, selon la tension UF, laquelle des photorésistances est
activée. En effet, il nous est impossible sans le CNA de distinguer les quatre signaux différents qui peuvent
être reçus. Une fois traité, chaque signal a une tension qui lui est propre, on obtient donc 4 tensions
différentes et on peut être sur de l’état éclairé ou non-éclairé de chacune des photorésistances.
Nous réalisons ensuite une table de vérité pour déterminer les valeurs possiblement prises par Us en
fonction de l’état des photorésistances.
Si LDR éclairée :
UAB > 0,
Si LDR non éclairée : UAB < 0,
UC = + 15V,
UC = - 15V,
UD= 0V,
UD= - 15V,
UE1= UE2 = 0V
UE1= - 1V et UE2= - 2V
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D’où le tableau avec les valeurs prises par UF :
LDR1
LDR2
Éclairé 0
Éclairé 0
UF (V) théorique //
mesurée
0 // 0,10
Éclairé 0
Non éclairé 1
2 // 1,94
Non éclairé 1
Éclairé 0
1 // 1,07
Non éclairé 1 Non éclairé 1
3 // 2,91
Le CNA permet donc un premier traitement du signal en un signal binaire qui sera ensuite transporté par
une antenne émettrice
3. Modulation/ Démodulation
Le signal analogique obtenu à la sortie du CNA a une fréquence trop basse pour être transmis par une
antenne. Il doit donc être modulé.
Ainsi, le signal à transmettre, appelé signal modulant, va être transmis entre deux antennes par
modulation d'amplitude à l'aide d'une onde porteuse, tension sinusoïdale de haute fréquence (125 kHz
dans notre cas).
En multipliant le signal modulant avec l'onde porteuse de haute fréquence, on obtient un signal modulé,
dont l’amplitude (l’enveloppe) suit les variations du signal modulant. Une antenne émettrice permet la
transmission du signal modulé par ondes hertziennes. Une antenne réceptrice capte l’onde
électromagnétique et restitue le signal électrique modulé.
La démodulation permet alors d’extraire le signal modulant d’origine du signal modulé.
L’étape modulation/démodulation permet donc le transfert de données par les biais d’une antenne. Après
démodulation, on retrouve la tension UF que l’on avait en sortant du CNA. Il faut donc à nouveau traiter
cette tension pour retrouver un signal numérique.
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4. CAN
Il s’agit maintenant de décoder le signal analogique créneaux en signal numérique. Pour cela, nous avons
utilisé un pont diviseur de tension composé de trois résistances et d’une résistance variable montées en
série. Ce pont nous permet d’obtenir trois tensions UM1, UM2 et UM3 qui nous servent de référence pour
comparer notre tension UF ≈ US (il peut y avoir atténuation après la transmission du signal), qui peut
prendre 4 valeurs : 0V ; 1V ; 2V et 3V.
Trois amplificateurs opérationnels, montés en comparateur, suivis d’une diode nous permettent d’obtenir
des tensions aux points P, Q et R de valeurs de 0V ou + 15V pour chacune des tensions de référence.
Les trois signaux sont alors traités grâce à des diodes et une porte logique « OU exclusif », pour
reconstituer le signal lumineux, ici affiché par l’emploi de deux diodes électroluminescentes. Dans le projet
Argus II, les diodes sont remplacées par des électrodes implantées dans la rétine du patient.
Note : La porte OU EXCLUSIF, ou XOR de symbole IEC =1 a pour
symbole opératoire ⊕
En logique booléenne, le résultat R est vrai si et seulement si une des
deux entrées A ou B est à 1.
D’où le tableau de vérité qui suit :
Table de vérité de XOR
A
B R=A⊕B
0
0
0
0
1
1
1
0
1
1
1
0
Us (V)
UR
UQ
UP
UR ⊕ UQ
DEL1
DEL2
0 < Us < UM1
UM1 < Us < UM2
UM2 < Us < UM3
UM3 < Us
0
1
1
1
0
0
1
1
0
0
0
1
0
1
0
0
0
1
0
1
0
0
1
1
L’état des DEL correspond bien à l’état des photorésistances.
5. Conclusion
Voici le schéma récapitulatif permettant de reprendre la chaîne de traitement expliquant le
fonctionnement de l’Argus 2.
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Notre projet
Convertisseur Numérique Analogique
Pont de Wheatstone
AOP en comparateur avec diode
AOP en additionneur - inverseur
Modulation
Onde électromagnétique
Démodulateur
Multiplication de la basse tension
(modulante) par la tension haute
fréquence (porteuse).
Ondes hertziennes transmises
par l'air
L'onde électromagnétique est
reçue par l'antenne.
Un filtre passe-bas élimine la
haute fréquence : il reste la basse
fréquence : la tension modulante.
Le signal (onde électromagnétique) est
émis par l'antenne émettrice.
Convertisseur Analogique Numérique
Trois AOP en comparateur permettent de
générer un signal pour chacun des différents
seuils de la tension modulante.
Des diodes et une porte logique
OU EXCLUSIF sont suffisantes et
permettent de reconstituer le
signal numérique d'entrée.
On fixe Utraitement de manière à obtenir la
bonne tension de basculement des AOP.
Les trois résistances en série fournissent pour
chacun des AOP une tension différente,
proportionnelle à Utraitement.
Dans le projet ARGUS
Chaque photorésistance
représente un pixel de la
caméra.
Le signal est traité en contraste, luminosité et ceci pour chaque couleur (RVB) ainsi qu'en noir et
blanc.
Le signal électrique est transformé en
onde.
C'est une partie de programmation informatique : le programme doit générer en noir et blanc une
porte rouge clair sur fond rouge foncé, tout comme il doit faire apparaître du gris clair sur un
fond blanc, ou du gris foncé sur fond noir.
Pas besoin d'une portée
exceptionnelle : le WiFi, ou le
Bluetooth suffit car le récepteur est
situé dans l’œil juste à côté des lunettes
ARGUS.
Ce traitement est automatisé par le programme informatique.
Dans notre cas, nous avons utilisé des résistances variables dans le pont de Wheatstone pour
régler le seuil à laquelle la tension U AB change de signe.
Le signal passe à travers la peau,
la chair,...
Dans l’œil, une antenne reçoit
l'onde et la démodule.
Cette onde est transcrite en signaux électriques : à chaque pixel de la caméra
correspond une électrode implantée sur la rétine du patient (il suffit de remplacer les
DEL par des électrodes).
Toute l'électronique implanté dans l’œil du patient est alimenté par une petite
batterie rechargeable par le phénomène d'induction (sans fil !) : Ceci permet de
s'affranchir du risque accru d'infection que présente une recharge de batterie par
voie filaire.
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Le dispositif Argus II est donc une version miniaturisée d’un système électrique qui repose sur de
nombreuses étapes de traitement de l’image. Ses apports pour la médecine sont considérables.
Cependant, les années à venir permettront très certainement de nombreuses améliorations du projet.
IV)
Conséquences sur la vie du patient, limites et avenir du projet
1. Effet de l’implant sur la vision du patient
Dans l’œil, l’antenne réceptrice de l’implant rétinien reçoit l'onde et la démodule. L’onde reçue est
transcrite en signaux électriques : à chaque pixel blanc ou noir de la caméra correspond une électrode
implantée sur la rétine du patient.
Au niveau de l’implant rétinien, les électrodes correspondant à un pixel
sensé apparaître blanc vont transmettre une impulsion électrique aux
neurones ganglionnaires avec lesquels elles sont en contact. L’excitation
des neurones ganglionnaires étant reproduite artificiellement, le message
est ensuite acheminé vers le cortex visuel comme le serait un message
visuel normal, par les axones de ces neurones, qui forment le nerf
optique. Grâce à la plasticité cérébrale, le cerveau est capable d’analyser
ces sensations visuelles d’un genre nouveau pour les interpréter en une
image significative. Ainsi, on peut modéliser comme ci-contre la vision
d’un patient appareillé de la fenêtre de notre exemple, qu’il ne pouvait
plus voir du tout.
2. Les points positifs
En 2012, des tests ont été réalisés sur 30 patients dont 29 atteints de rétinite pigmentaire. Afin d’observer
une évolution même négative, aucun d’entre eux n’était aveugle. Ils possédaient une acuité visuelle
supérieure à 2,9 logMAR.
Sur leur demande, 15 patients ont reçu l’Argus de première génération et 15 ont reçu le second.
Selon les médecins, le succès est total, car la vue d’aucun patient ne s’est détériorée. Selon les appareillés,
les avis sont plus partagés :
-
9 sont très satisfaits,
7 sont moyennement satisfaits,
4 ont constaté les effets du dispositif plusieurs semaines après leur appareillage,
5 ne constatent aucune amélioration de leur vue.
10 patients ont souffert de complications suite à l’opération telles que des hypotonies ou des décollements
de la rétine. Pour 16 patients, le dispositif ne fonctionne pas de façon optimale et des données sont
manquantes. 4 personnes appareillées ont été capables de lire des mots de 4 lettres en gros caractères.
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Cependant, une forte variabilité des résultats est observée, elle s’explique par un état de conservation
globale des tissus rétiniens différent selon les patients.
Ces tests ont permis de déterminer des critères plus fins pour être appareillés dans les meilleures
conditions.
De manière générale, le dispositif permet des actions simples et banales comme suivre une ligne blanche,
un trottoir ou repérer des obstacles mais elles représentent un vrai retour à l’autonomie pour des patients
qui allaient perdre complètement la vue.
3. Limites du projet
Point de vue financier
Cette technologie récente et l’opération chirurgicale qu’elle requiert rendent le projet assez couteux. La
France affiche un prix de 73000 euros et le montant est de 150000 euros pour les Etats Unis.
un développement réduit
La rétinite pigmentaire compte 40 000 malades en France pour seulement une trentaine d’appareillages.
Capacités réduites du dispositif
Le dispositif ne propose une vision que de 6x10 pixels. Comme le représente le document ci-dessous, la
vision du patient est limitée en ce qui concerne les détails.
http://www.infohightech.com/la-bio-retina-entrera-en-essais-cliniques-en-2013/
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La batterie du VPU n’a une autonomie que de 4 à 8 heures selon le modèle choisi. De plus, le dispositif est
très fatigant. Il est en effet impossible pour le patient de choisir de « fermer les yeux », son cerveau est en
permanence sollicité.
4. De belles perspectives pour l’avenir
-
Point de vue financier
Depuis le 4 aout 2014, la sécurité sociale rembourse intégralement l’opération chirurgicale et l’appareillage
en France. C’est également le cas dans d’autres pays d’Europe tels que l’Italie ou l’Allemagne.
-
Point de vue matériel
Les années à venir s’annoncent prometteuses pour le dispositif, les chercheurs espèrent pouvoir réduire la
taille de l’implant qui réduira les risques lors de l’intervention chirurgicale. Ils envisagent également
d’utiliser plusieurs caméras à la fois qui permettront d’améliorer la précision de l’image, de suivre les
mouvements de l’œil ou de calculer des distances.
Des recherches sont également en cours pour tenter de prévenir les personnes appareillées des dangers de
manière acoustique.
Enfin, le dispositif pourrait être, dans les années qui viennent, relié au réseau GSM ou Wifi sous réserve
que les informations captées par la caméra soient en phase avec Google World.
-
Le développement international
Depuis le 18 mars 2014, le projet Argus ll bénéficie du forfait innovation. Il accélère le processus de mise à
disposition des nouvelles technologies innovantes pour les patients.
On compte aujourd’hui 90 patients appareillés dans le monde dont plusieurs patients sont appareillés
depuis plus de 7 ans.
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Conclusion
Le dispositif Argus II vise donc des non voyants ou peu voyants atteints de la
rétinite pigmentaire. Il est composé d’un boitier, de lunettes mais aussi d'un
circuit interne que nous avons reproduit à l’échelle humaine, afin de mieux
comprendre le fonctionnement de cet appareil. Malheureusement, il n'est pas
destiné aux non voyants en général
et son coût reste élevé, et donc la
sélection des bénéficiaires restreinte. Cependant, à la vue des résultats très
positifs, nous ne pouvons espérer que sa démocratisation et une évolution
pour un projet encore plus innovant.
D’autres recherches sont en cours pour améliorer les conditions des patients
atteints de rétinite pigmentaire. En Israël, la bio rétina proposerait une
image 24x24.
Des chercheurs américains travaillent à la mise en place de cellules souches
capables de remplacer les bâtonnets défectueux au niveau de la rétine.
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Problèmes rencontrés
Concernant le montage, nous avons rencontré beaucoup de problèmes liés aux composants électroniques.
Par exemple, un jour nous avons passé deux heures sur un souci et lorsque nous avons vérifié point par
point avec un voltmètre les mesures de tensions de chaque dipôle, il s’est avéré que c’était un fil qui était
défectueux !
La semaine dernière, le condensateur de l’antenne de réception a éclaté et n’ayant pas de condensateur
de rechange, nous avons eu du mal à retrouver une autre antenne qui en plus fonctionne moins bien.
Encore merci aux laborantins qui étaient là pour nous trouver le matériel.
Notre montage ne fonctionne pas à chaque fois : il existe beaucoup d’interférences que nous n’arrivons
pas toujours à expliquer à cause des différents éléments.
Avec l’oscilloscope, nous devrions obtenir des tensions continues de 0 V, 1 V, 2V et 3V. Or, on a un signal
créneau qui apparaît. Cela vient-il de l’oscilloscope ? Ou encore un autre parasite venant des Aop ? Nous
cherchons encore l’origine de ce signal.
Le signal à la réception après démodulation s’affaiblit énormément à cause des pertes, nous avons donc
placé un amplificateur. Par ailleurs, nous n’arrivons pas à réceptionné correctement un des signaux, alors
qu’il est bien là à l’émission. N’arrivant pas à résoudre le problème, nous avons dû séparer le montage et
faire la suite en recréant à nouveau le signal électrique.
En tout cas, ce fut une expérience unique avec plein de rebondissements. C’était dur de toujours bien
s’entendre et de toujours bien communiquer. Il a fallu faire des concessions et travailler en équipe,
d’autant plus qu’on ne vient pas de la même classe. Quelques fois lorsque le montage ne marchait pas,
nous désespérions, et nos professeurs étaient toujours là pour trouver une solution ou pour nous aiguiller
de manière à ce que nous avancions. Nous avons découvert de nouveaux composants, systèmes, une
nouvelle manière de travailler qui nous ont permis d’approfondir nos connaissances et d’acquérir une
certaine autonomie.
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Lexique
Cellules photo-réceptrices ou photorécepteurs : cellules composites de la rétine connectée aux cellules
nerveuses. Il en existe deux types : les cônes qui permettent la vision en couleur et les bâtonnets qui
permettent une vision nocturne.
Convertisseur Analogique-Numérique (CAN) : il s'agit d'un montage permettant de traduire une
information analogique tel qu'une tension ou un courant en une information numérique (binaire).
Convertisseur Numérique - Analogique (CNA) : montage électronique traduisant une grandeur numérique
en une valeur analogique (codée sur plusieurs bits), proportionnelle à la grandeur numérique codée. Le
plus souvent, elle sera codée en tension.
Épithélium pigmentaire : la couche externe pigmentée de la rétine, formée d’une couche monocellulaire,
les franges de l’épithélium enveloppent les articles externes des photorécepteurs.
Maladie dégénérative de la rétine : Une maladie dégénérative, par exemple la rétinite pigmentaire, est une
maladie au cours de laquelle la fonction ou la structure des tissus ou de l'organe touché se détériore
progressivement au fil du temps. Seul cas où l'intervention chirurgicale et la pose de la prothèse est
permise.
Nerf optique : Un faisceau de plus d'un million de fibres nerveuses qui transportent des messages visuels
de la rétine au cerveau. On note une condition pour laquelle la prothèse peut être posée : le nerf optique
doit être indemne.
Prothèse épirétinienne : Un implant qui est placé en haut de la rétine par opposition à une prothèse « subrétinienne » qui est positionnée sous la rétine, au contact des photorécepteurs.
Photorésistance : Conducteur électrique dont la résistance varie avec l'éclairement.
Rétine : couche interne de l'œil constituée de cellules photo-réceptrices et de cellules nerveuses.
Rétinite pigmentaire : pathologie génétique jusqu'à aujourd'hui incurable, qui concerne une personne sur
4000. Elle se manifeste d'abord par une perte de la vision nocturne (due à la destruction des bâtonnets)
suivie d'un rétrécissement du champ visuel (destruction des cônes), et donc une destruction des cellules
photo-réceptrices et de l'épithélium pigmentaire. La perte de la vision centrale est tardive. L'argus II est
destiné à des patients atteints d'une maladie dégénérative de la rétine comme cette pathologie.
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Sources
Bibliographie :
Ça m'intéresse n°306
Sciences et vie junior
Sitographie :
Le site des Générations des Nouvelles Technologies :
http://www.generation-nt.com/argus-ii-prothese-oculaire-bionique-finalement-autorisee-usa-actualite1694472.html
le site officiel du projet Argus II « secondsight » :
http://2-sight.eu/fr/
Brevet : http://www.uspto.gov/news/8000000_Visual_Prosthesis.pdf
Brochure: http://2-sight.eu/images/stories/2-sight/pdf/product-info-brochure-fr.pdf
Témoignages : http://2-sight.eu/fr/patients-testimonies-pf-fr
Videos : http://2-sight.eu/fr/comment-largus-ii-permet-t-il-la-vision
Magazine en ligne avec vidéos : http://www.futura-sciences.com/magazines/sante/infos/actu/d/medecine-argus-iiimplant-retinien-autorise-etats-unis-44733/
Site permettant de donner un coût au projet et des informations plus diverses:
http://www.bfmtv.com/economie/systeme-prothese-retinienne-argus-ii-obtient-un-financement-l-and-8217-etataux-etats-unis-europe-585964.html
Site retraçant l'évolution du projet depuis 1900 : http://www.uspto.gov/news/Millions_of_Patents.jsp
Contacts :
Patients et familles - [email protected]
Médecins - [email protected]
Médias - [email protected]
Investisseurs potentiels - [email protected]
Service clientèle - [email protected]
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Clins d’œil
(Remerciements)
Nous remercions…
 Nos enseignants de 1èreS pour nous avoir aidées à construire notre TPE.
 Plus spécialement les professeurs de Physique Mr et Mme Bablon qui nous ont
aidées tout au long de notre projet.
 Les aides de laboratoire qui nous ont aidées à trouver le matériel nécessaire pour
notre montage.
 Les professeurs d’électrotechnique du lycée Margueritte pour leurs conseils
bienveillants en électronique portant sur le fonctionnement des portes logiques.
 Le lycée Margueritte de Verdun, qui nous a permis de réaliser ce projet avec la
modélisation et prêté du matériel.
 Les professeurs José Alain Sahel et Mohan Saïd, du service ophtalmologique du
centre hospitalier des quinze vingt à Paris pour les précisions apportées concernant
le projet Argus II.
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