A real-time, GPU-based VR solution for simulating the POLYRETINA retinal neuroprosthesis

Given the modern innovations in the field of neuroprosthetics, that is the branch of biomedical engineering which deals with creating devices to restore motor or sensorial abilities to patients suffering from disabilities, it has become more and more necessary to evaluate the effectiveness and the psychological aspects of prostheses. Since the results of such evaluation are extremely useful when designing the prostheses themselves, simulation of their effects is an invaluable source of precious data. This work presents my project of design and implementation of a prosthetic vision simulator, that is a combination of a virtual environment and a series of filters allowing a sighted test subject to experience the environment as if they were a blind person implnted with a retinal prosthesis, that is a device designed to restore visual faculties lost because of retinal lesions. This thesis starts with an overview of retinal prostheses and virtual reality, describing their history, the state of the art and the opportunities they offer. Chapter 3 describes the hardware setup used, while chapter 4 shows in detail the algorithms making up the simulator and chapter 5 describes the tests' protocols. Finally, chapter 6 discusses the results and the possible future developments. The appendices include code fragments in appendix A and the experimental results of the tests in appendix B.

Date le moderne innovazioni nel campo della neuroprostetica, ossia la branca dell’ingegneria biomedica che si occupa di creare dispositivi per restituire facoltà motorie o sensoriali a pazienti affetti da disabilità, valutare l’efficacia e gli aspetti psicologici delle protesi è sempre più necessario. Poiché i risultati di una tale valutazione sono estremamente utili per la progettazione delle protesi stesse, simulare i loro effetti fornisce facilmente dati preziosi. Questo lavoro presenta il mio progetto di ideazione e realizzazione di un simulatore di visione prostetica, ovvero una combinazione di un ambiente virtuale e una serie di filtri che permettano ad una persona vedente di vedere l’ambiente come lo vedrebbe una persona non vedente cui sia stata impiantata una specifica protesi retinica, vale a dire un dispositivo che restituisca in parte le facoltà visive perse a causa di lesioni della retina. Questa tesi inizia col dare una panoramica delle protesi retiniche e della realtà virtuale, descrivendo la loro storia, lo stato dell’arte e le opportunità che offrono. Il capitolo 3 descrive l’infrastrattura hardware usata, mentre il capitolo 4 mostra nel dettaglio il simulatore ed il capitolo 5 descrive i protocolli di test. Infine, il capitolo 6 discute i risultati e i possibili sviluppi futuri. Le appendici includono frammenti di codice nell’appendice A e i risultati sperimentali del test nell’appendice B.