XXIIes Olympiades de Physique France Coup d’œil sur le projet Argus II 2014-2015 Léonie FAGOT, Elise LEPAGE, Apolline NOSAL Page 1 sur 23 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 Page 2 sur 23 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 ? Page 3 sur 23 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. Page 4 sur 23 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) Page 5 sur 23 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. Page 6 sur 23 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. Page 7 sur 23 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. Page 8 sur 23 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. Page 9 sur 23 b) Chaine de traitement Nous avons donc abouti au circuit ci-dessous : Dans la suite de notre mémoire, nous allons expliquer ce montage. Page 10 sur 23 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. Page 11 sur 23 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 Page 12 sur 23 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. Page 13 sur 23 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. Page 14 sur 23 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. Page 15 sur 23 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. Page 16 sur 23 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/ Page 17 sur 23 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. Page 18 sur 23 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. Page 19 sur 23 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. Page 20 sur 23 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. Page 21 sur 23 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] Page 22 sur 23 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. Page 23 sur 23