Cải thiện thị lực cho người bị thoái hóa điểm vàng bằng kính viễn vọng áp tròng

Một người bị thoái hóa điểm vàng sẽ nhìn như thế này.

Thoái hóa điểm vàng do tuổi tác (Age-related macular degeneration - AMD) là nguyên nhân hàng đầu dẫn đến tình trạng mù lòa đối với người cao tuổi tại các nước phương Tây. Điểm vàng là một bộ phận nằm ở vùng trung tâm của võng mạc, giúp chúng ta nhận biết sự sắc nét và màu sắc hình ảnh. Các tế bào điểm vàng bị thoái hóa khiến mắt mất dần khả năng nhìn chi tiết ở vùng trung tâm thị giác. Các liệu pháp điều trị quang học truyền thống không mấy hiệu quả đối với một võng mạc đã bị suy yếu. Vì vậy, nhóm các nhà nghiên cứu đa ngành dẫn đầu gới giáo sư Joseph Ford tại đại học California, San Diego (UCSD) đã tạo ra một loại kính áp tròng viễn vọng có thể chuyển đổi giữa các chế độ nhìn bình thường và phóng đại nhằm cải thiện thị lực cho bệnh nhân AMD.

Với các liệu pháp điều trị quang học thông thường, ánh sáng hướng tới mắt được phóng đại và phân tán tới các thành phần không bị tổn thương của võng mạc giúp bệnh nhân có thể nhìn được. Bệnh nhân có thể thực hiện công việc thường nhật như đọc sách báo, nhận biết khuôn mặt và chăm sóc bản thân dễ dàng hơn.

Giải pháp thường dùng đối với bệnh nhân AMD là một loại kính viễn vọng nhỏ, dày khoảng 4,4 mm. Tuy nhiên, kích thước kềnh càng ảnh hưởng đến thẩm mỹ, trường quan sát bị hạn chế và các vấn đề liên quan đến tiền đình (mất thăng bằng, chóng mặt) do mắt phải điều tiết để ổn định hình ảnh khiến giải pháp này chưa được đón nhận rộng rãi. Giải pháp hiện đại hơn là kính viễn vọng cấy ghép, thế nhưng để sử dụng loại kính này thì bệnh nhân phải phẫu thuật cấy ghép và loại bỏ tròng mắt tự nhiên. Lượng ánh sáng đến mắt để phóng đại cũng bị hạn chế và chi phí phẫu thuật đắt đỏ, thường trên 25.000 USD/mắt.

Đồng tác giả nghiên cứu - Eric Tremblay đến từ Trường đại học bách khoa liên bang Lausanne (EPFL) (Thụy Sĩ) cho biết: "Để một phương pháp điều trị quang học được chấp nhận thì nó cần phải tiện lợi và kín đáo". Vì vậy, kính áp tròng viễn vọng là một phương pháp có thể thỏa mãn giữa loại kính viễn vọng đeo mắt và kính viễn vọng micro cấy ghép.

Kính áp tròng viễn vọng do nhóm nghiên cứu của Ford chế tạo chỉ dày 1,17 mm (hình trên). Kính có 2 phần: phần trung tâm có đường kính 2,2 mm mang lại tầm nhìn không phóng đại (1X). Trong khi đó, phần thấu kính hình khuyên sẽ phản xạ ánh sáng tới 4 lần trước khi được chuyển tiếp vào mắt, qua đó mang lại hình ảnh phóng đại 2,8X. Độ phức tạp và tạo hình chính xác của kính được thực hiện bằng quy trình tiện kim cương.

Để chuyển đổi giữa 2 chế độ nhìn, bệnh nhân sẽ phải đeo thêm một cặp mắt kính tinh thể lỏng có lớp phân cực tuyến tính. Yếu tố quang học tinh thể lỏng sẽ thay đổi độ phân cực của ánh sáng khi đưa vào một điện áp.

Ánh sáng phân cực sau khi đi qua lớp tinh thể lỏng sẽ thẳng hàng với tâm khẩu độ của mắt và chỉ ánh sáng này mới đi vào kính áp tròng, mang lại hình ảnh bình thường, không phóng đại. Nếu điện áp trên lớp tinh thể lỏng được thay đổi, ánh sáng sẽ bị phân cực 90 độ và đi vào phần thấu kính hình khuyên trên kính áp tròng, mang lại hình ảnh phóng đại 2,8 lần. Hoạt động chuyển đổi diễn ra rất nhanh và bình thường bệnh nhân không thể thấy được.

Nhóm nghiên cứu đã thử nghiệm thiết kế kính áp tròng mới với cả mô hình máy tính và thấu kính nhân tạo. Họ cũng tạo ra một mô hình mắt người với kích thước thật để ghi lại hình ảnh thông qua hệ thống kính áp tròng-kính đeo tinh thể lỏng. Trong quá trình chế tạo kính, các nhà nghiên cứu đã sử dụng một loại vật liệu cứng có tên polymethyl methacrylate (PMMA). Sở dĩ phải sử dụng loại vật liệu này bởi họ cần phải đặt các đường rãnh nhỏ vào thấu kính để hiệu chỉnh hiện tượng biến màu gây ra bởi hình dạng của thấu kính.

Các thử nghiệm cho thấy chất lượng hình ảnh phóng đại qua kính áp tròng rõ ràng và mang lại trường quan sát rộng hơn so với các phương pháp truyền thống. Tuy nhiên, nhóm nghiên cứu phải điều chỉnh thêm trước khi hệ thống được thương mại hóa. Theo đó, hiện tượng giảm chất lượng và độ tương phản hình ảnh vẫn xảy ra và vật liệu PMMA chưa thật lý tưởng để chế tạo kính áp tròng bởi nó không thấm khí.

Nhóm nghiên cứu hiện đang tìm cách giữ nguyên thiết kế nhưng sử dụng các vật liệu thấm khí và có thể hiệu chỉnh độ lệch màu mà không cần dùng đến các rãnh nhỏ để uốn cong ánh sáng. Họ hy vọng thiết kế kính áp tròng viễn vọng này sẽ mang lại hiệu năng cải thiện và tầm nhìn tốt hơn cho người bị thoái hóa điểm vàng, ít nhất là trước khi một liệu pháp lâu dài hơn xuất hiện.

Theo: OSA; Gizmag

Võng mạc nhân tạo liệu có mang lại thị lực bình thường như đôi mắt khỏe mạnh?

Việc chiếc võng mạc nhân tạo Argus II của Second Sight chính thức được Ủy ban thực phẩm và dược phẩm Hoa Kỳ (FDA) cấp phép lưu hành hồi đầu năm nay đã đem đến cho người ai bị mù một hy vọng được lấy lại khả năng nhìn. Chiếc võng mạc có thể cải thiện chất lượng đời sống cho các bệnh nhân bị mất thị lực do viêm võng mạc sắc tố - một chứng bệnh làm chết các tế bào võng mạc. Tuy nhiên, thiết bị cấy ghép này không hoàn toàn phục hồi thị lực 20/20 mà chỉ một phần.

Cũng giống như các thiết bị cấy ghép ốc tai vốn không đủ độ nhạy để chuyển tiếp chính xác hỗn hợp phức tạp của các tần số âm thanh, Argus II cũng chỉ có thể mang lại tầm nhìn dưới dạng phim trắng đen phân giải rất thấp thay vì HD.

Argus II một hệ thống gồm nhiều thành phần. Đầu tiên phải kể đến một chiếc camera kĩ thuật số được gắn trên một cặp mắt kiếng. Hình ảnh từ camera sẽ được dịch thành dữ liệu bởi một chiếc máy tính nhỏ và được truyền dẫn không dây đến một con chip cấy ghép trên một mặt của nhãn cầu. Từ đây, con chip sẽ kích hoạt một tấm điện cực siêu mỏng được cấy sau võng mạc để kích thích các tế bào võng mạc gởi thông tin thị giác đến não.

Nghe có vẻ phức tạp nhưng vẫn chưa thể so sánh với đôi mắt tự nhiên của con người. Shawn Kelly - một nhà khoa học tại đại học Carnegie Mellon cũng đang phát triển một hệ thống võng mạc nhân tạo với nền tảng công nghệ tương tự Argus II. Ông giải thích rằng với công nghệ hiện tại, các điện cực chưa đủ tinh vi để có thể mang lại chất lượng hình ảnh chi tiết và rõ ràng như võng mạc bình thường của con người.

Từ nghiên cứu của mình, Kelly kết luận: "Đừng nghĩ rằng võng mạc nhân tạo sẽ mang lại thị giác bình thường. Rất khó để thiết bị có thể truyền đạt màu sắc và các dạng phân giải thị giác mà chúng ta có được với đôi mắt khỏe mạnh."

Tế bào võng mạc thường được biết đến với tên gọi tế bào nón và tế bào que được chia thành 6 loại cảm thụ giúp nhận biết sự tương phản giữa sáng và tối, đỏ và lục, xanh và vàng. Các tín hiệu điện từ tế bào võng mạc truyền qua dây thần kinh thị giác đến não để tạo thành một hình ảnh ảnh hoàn thiện/hoàn hảo như những gì đang thấy trước mắt.

Thay vì mô phỏng hoạt động của các loại cảm thụ, Argus II của Second Sight lại tập trung kích thích các tế bào võng mạc để nhận biết sự tương phản sáng tối. Đối với một bệnh nhân bị mù sử dụng võng mạc nhân tạo, việc có thể phát hiện một cái hố đen ngòm hay một bức tường trước mặt để định hướng lại quan trọng hơn rất nhiều so với việc nhận biết bức tường được sơn màu đỏ hay xanh.

Brian Mech - giám đốc mảng phát triển kinh doanh tại Second Sight cho biết trong các thử nghiệm lâm sàn, khả năng nhìn của tất cả 30 bệnh nhân đều được cải tiến một phần sau khi được cấy ghép võng mạc. Mech nói: "Về cơ bản, họ đã thấy được màu trắng và đen, bóng đổ màu xám và hình ảnh có trung bình từ 50 đến 60 điểm ảnh."

Về khía cạnh thị lực, kết quả tốt nhất được ghi nhận là bệnh nhân từ không có thị lực đến thị lực 20/1260. Chỉ số này có nghĩa để có cùng một lượng thông tin hình ảnh mà một con mắt khỏe mạnh quan sát từ cự ly 1260 ft (384 m), bệnh nhân cần phải đứng ở khoảng cách 20 ft (6,1 m).

Mech thừa nhận rằng võng mạc nhân tạo vẫn rất giới hạn. Ông nói: "So với thị lực bình thường 20/20 của mắt người thì nó (Argus II) có chất lượng quá nghèo nàn. Tuy nhiên, nó vẫn rất tuyệt vời đối với một người mù hoàn toàn." Theo Mech , vẫn còn rất nhiều cơ hội cải tiến hiệu năng của hệ thống nếu khai thác các công nghệ bên ngoài. Thậm chí khả năng nhận biết màu sắc cũng có thể được bổ sung với sự cải tiến của bộ xử lý hình ảnh và truyền dẫn không dây: "Vẫn còn rất nhiều việc phải làm trước khi chúng tôi nâng cấp hình ảnh từ trắng đen lên màu nhưng tin tốt là không cần phải cấy ghép thêm thiết bị mới."

Second Sight hiện đang phát triển các thiết bị cấy ghép võng mạc tiên tiến hơn nhưng thời điểm công bố vẫn chưa được xác nhận. Mech cho biết sẽ mất từ 5 đến 7 năm nữa hoặc hơn để thế hệ võng mạc nhân tạo mới với hiệu năng cao hơn được chế tạo thành công.

Theo: PopSci

ETH Zürich phát triển robot siêu nhỏ giúp đo nồng độ oxy trong võng mạc

Cũng giống như các bộ phận khác trên cơ thể, võng mạc cũng cần oxy để tồn tại. Nếu không nhận đủ oxy, dòng máu nuôi võng mạc sẽ bị hạn chế và có thể gây mù vĩnh viễn. Do đó, nếu sớm phát hiện ra võng mạc của bệnh nhân không nhận đủ oxy, các bác sĩ sẽ có nhiều cơ hội hơn để điều trị kịp thời. Và để hỗ trợ cho các bác sĩ, mới đây các nhà nghiên cứu tại Viện kỹ thuật liên bang Thụy Sĩ tại Zürich (ETH Zürich) đã phát triển một loại robot siêu nhỏ có thể được tiêm vào võng mạc để lấy thông tin về nồng độ oxy.

Lãnh đạo bởi giáo sư Bradley Nelson, nhóm nghiên cứu tại ETH Zürich đã từng chế tạo thành công các robot siêu nhỏ được dùng để truyền dược phẩm và loại bỏ các mô sẹo ở mắt. Thiết bị có kích thước dài 1 mm, rộng 1/3 mm và có thể được dẫn qua dịch thủy tinh thể bên trong mắt thông qua một từ trường được áp dụng từ bên ngoài.

Để biến các robot thành các cảm biến oxy, các nhà khoa học đã phủ một lớp nano hình cầu được làm từ một loại thuốc nhuộm do đại học Granada, Tây Ban Nha chế tạo. Loại thuốc nhuộm này phát huỳnh quang khi được phơi dưới một bước sóng ánh sáng nhất định - huỳnh quang mờ đi càng nhanh chứng tỏ lượng oxy bao quanh thuốc nhuộm càng cao.

Những chú robot siêu nhỏ phủ thuốc nhuộm đã được thử nghiệm thành công trong các mẫu nước với nhiều nồng độ oxy khác nhau. Để sử dụng trong mắt, các robot sẽ được tiêm vào dịch thủy tinh thể, hướng về bề mặt võng mạc. Một xung ánh sáng sẽ được áp dụng trong khoảng thời gian huỳnh quang được quan sát hiển vi qua đồng tử. Đến khi cần loại bỏ, kim tiêm lại được đưa vào và robot sẽ dính vào đầu kim bằng lực từ tính.

Mặc dù đã có nhiều phương pháp để đo nồng độ oxy trong mắt nhưng ETH Zürich vẫn cho rằng chúng không đủ độ nhạy để mang lại kết quả chính xác nhất.

Theo: ETH Life; Dvice