Tredimensionell Vestibulära okulära reflexen tester med en sex frihetsgrader Motion Platform
Summary
Ett förfarande beskrivs för att mäta tredimensionella vestibulo okulära reflexer (3D VOR) hos människor med hjälp av en sex frihetsgrader (6DF) rörelse simulator. Förstärkningen och förskjutning av 3D-kantiga VOR ger ett direkt mått på kvaliteten av vestibulär funktion. Representativa data på friska försökspersoner tillhandahålls
Abstract
Det vestibulära organ är en sensor som mäter vinkel och linjära accelerationer med sex frihetsgrader (6DF). Fullständig eller partiell defekter i vestibulära organ resulterar i lindriga till allvarliga jämviktsproblem, som svindel, yrsel, oscillopsi, gångstil ostadighet illamående och / eller kräkningar. En bra och ofta använt mått för att kvantifiera blick stabilisering är förstärkningen, vilken definieras som storleken av kompenserande ögonrörelser med avseende på utskjutna huvudrörelser. För att testa vestibulär funktion mer fullständigt måste man inse att 3D VOR idealiskt genererar kompenserande okulära rotationer inte bara med en magnitud (gain) lika och motsatt huvudet rotation utan även kring en axel som är co-linjär med huvudet rotationsaxel (anpassning ). Onormal vestibulär funktion leder alltså till förändringar i förstärkning och förändringar i inriktningen av 3D VOR svar.
Här beskriver vi en metod för att mäta 3D VOR använda hela kroppen rotation på en 6DF motivationpå plattformen. Trots att metoden också kan testa översättning VOR svar 1, begränsar vi oss till en diskussion av metoden för att mäta 3D kantiga VOR. Dessutom begränsar vi oss här till beskrivning av uppgifter som samlats in hos friska försökspersoner som svar på kantiga sinusformad och impuls stimulans.
Ämnen sitter upprätt och får hela kroppen små amplituder sinusformade och konstant acceleration impulser. Sinusformade stimuli (f = 1 Hz, A = 4 °) levererades omkring den vertikala axeln och kring axlar i horisontalplanet varierar mellan vals och tonhöjd i steg av 22.5 ° i azimut. Impulser levererades i gir, rulla och tonhöjd och i de vertikala kanalen plan. Ögonrörelser mättes med hjälp av sklerala tekniken sökspole 2. Sökspole signaler samplas vid en frekvens av 1 kHz.
Den input-output-ratio (vinst) och förskjutning (co-linjäritet) i 3D VOR beräknades tillbakam ögat spolen signalerar 3.
Gain och co-linjäritet av 3D VOR berodde på orienteringen av den stimulans axel. Systematiska avvikelser påträffades i synnerhet under horisontella axeln stimulering. I ljuset ögat rotationsaxel var väl överens med den stimulans axeln vid orienteringar 0 ° och 90 ° azimut, men så småningom avvek mer och mer mot 45 ° azimut.
De systematiska avvikelser i snedställning för mellanliggande axlar kan förklaras av en låg vinst för vridning (X-axel eller rulle-axeln rotation) och en hög förstärkning för vertikala ögonrörelser (Y-axeln eller beck-axeln rotation (se figur 2). Eftersom mellanliggande axel stimulering leder en kompensatorisk reaktion baserad på vektorsummering av de enskilda komponenterna ögat rotation, kommer nätet respons axeln avviker eftersom vinsten för X-och Y-axeln är olika.
I mörker förstärkningen av alla komponenter öga rotation hade lågER värden. Resultatet blev att den förskjutning i mörkret och för impulser hade olika toppar och dalar än i ljuset: det minsta värde uppnåddes för lutningsaxeln stimulans och dess maximum för valsaxelriktningen stimulering.
Case Presentation
Nio försökspersoner deltog i försöket. Alla försökspersoner gav sitt informerade samtycke. Den experimentella proceduren godkändes av medicinska etikkommitté Erasmus University Medical Center och följs Helsingforsdeklarationen om forskning på människor.
Sex försökspersoner som kontroller. Tre personer hade en ensidig vestibulär försämring på grund av en vestibulär schwannom. Åldern på kontrollpersoner (sex hanar och tre honor) varierade från 22 till 55 år. Ingen av kontrollerna hade visuella eller vestibulära klagomål på grund av neurologiska, kardiovaskulära och oftalmologiska sjukdomar.
Åldern av patienterna med schwannoma varierade mellan 44 och 64 år (två hanar och en hona). Alla schwannoma betvingar var under medicinsk övervakning och / eller hade fått behandling av ett multidisciplinärt team bestående av en othorhinolaryngologist och en neurokirurg av Erasmus University Medical Center. Testade patienter hade alla rätt sida vestibulär schwannoma och genomgick en vänta och se politik (tabell 1, ämnen N1-N3) efter diagnosen vestibulära schwannoma. Deras tumörer hade varit stabil i över 8-10 år på magnetisk resonanstomografi.
Protocol
Representative Results
Discussion
Detta dokument beskriver en metod för att exakt mäta 3D kantiga VOR som svar på hela kroppen rotationer hos människor. Fördelen med metoden är att den ger kvantitativ information om vinst och förskjutning av 3D kantiga VOR i alla tre dimensioner. Metoden är användbar för grundforskning och har även potential kliniskt värde, t.ex. för att testa patienter med vertikala kanalen problem eller patienter med dåligt förstådd centrala vestibulära problem. En annan fördel med anordningen är möjlighet…
Declarações
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
Materials
| Electric Motion Base MB-E-6DOF/24/1800KG * (Formerly E-CUE 624-1800) | FCS-MOOG, Nieuw-Vennep, The Netherlands | ||
| Magnetic field with detector, Model EMP3020 | Skalar Medical, Delft, The Netherlands | ||
| CED power 1401, running Spike2 v6 | Cambridge Electronic Design, Cambridge | ||
| Electromagnetic search coils | Chronos Vision, Berlin, Germany |
Referências
- Houben, M. M. J., Goumans, J., Dejongste, A. H., Van der Steen, J. Angular and linear vestibulo-ocular responses in humans. Ann. N.Y. Acad. Sci. 1039, 68-80 (2005).
- Collewijn, H., Van der Steen, J., Ferman, L., Jansen, T. C. Human ocular counterroll: assessment of static and dynamic properties from electromagnetic scleral coil recordings. Exp. Brain Res. 59, 185-196 (1985).
- Goumans, J., Houben, M. M., Dits, J., Van der Steen, J. Peaks and troughs of three-dimensional vestibulo-ocular reflex in humans. J. Assoc. Res. Otolaryngol. 11, 383-393 (2010).
- Ferman, L., Collewijn, H., Jansen, T. C., Vanden Berg, A. V. Human gaze stability in the horizontal, vertical and torsional direction during voluntary head movements, evaluated with a three-dimensional scleral induction coil technique. Vision Res. 27, 811-828 (1987).
- Robinson, D. A. A Method of Measuring Eye Movement Using a Scleral Search Coil in a Magnetic Field. IEEE Trans. Biomed. Eng. 10, 137-145 (1963).
- Haustein, W. Considerations on Listing’s Law and the primary position by means of a matrix description of eye position control. Biol. Cybern. 60, 411-420 (1989).
- Haslwanter, T., Moore, S. T. A theoretical analysis of three-dimensional eye position measurement using polar cross-correlation. IEEE Trans. Biomed. Eng. 42, 1053-1061 (1995).
- Aw, S. T., et al. Three-dimensional vector analysis of the human vestibuloocular reflex in response to high-acceleration head rotations. II. responses in subjects with unilateral vestibular loss and selective semicircular canal occlusion. J. Neurophysiol. 76, 4021-4030 (1996).
- Aw, S. T., et al. Three-dimensional vector analysis of the human vestibuloocular reflex in response to high-acceleration head rotations. I. Responses in normal subjects. J. Neurophysiol. 76, 4009-4020 (1996).
- Crawford, J. D., Vilis, T. Axes of eye rotation and Listing’s law during rotations of the head. J. Neurophysiol. 65, 407-423 (1991).
- Tabak, S., Collewijn, H., Boumans, L. J. Deviation of the subjective vertical in long-standing unilateral vestibular loss. Acta. Otolaryngol. 117, 1-6 (1997).
- Tabak, S., Collewijn, H., Boumans, L. J., Van der Steen, J. Gain and delay of human vestibulo-ocular reflexes to oscillation and steps of the head by a reactive torque helmet. II. Vestibular-deficient subjects. Acta. Otolaryngol. 117, 796-809 (1997).
- Van der Steen, J., Collewijn, H. Ocular stability in the horizontal, frontal and sagittal planes in the rabbit. Exp. Brain Res. 56, 263-274 (1984).
- Seidman, S. H., Leigh, R. J., Tomsak, R. L., Grant, M. P., Dell’Osso, L. F. Dynamic properties of the human vestibulo-ocular reflex during head rotations in roll. Vision Res. 35, 679-689 (1995).
- Seidman, S. H., Leigh, R. J. The human torsional vestibulo-ocular reflex during rotation about an earth-vertical axis. Brain Res. 504, 264-268 (1989).
- Tweed, D., et al. Rotational kinematics of the human vestibuloocular reflex. I. Gain matrices. J. Neurophysiol. 72, 2467-2479 (1994).
- Tabak, S., Collewijn, H. Human vestibulo-ocular responses to rapid, helmet-driven head movements. Exp. Brain Res. 102, 367-378 (1994).
- Paige, G. D. Linear vestibulo-ocular reflex (LVOR) and modulation by vergence. Acta. Otolaryngol. Suppl. 481, 282-286 (1991).
- Halmagyi, G. M., Aw, S. T., Cremer, P. D., Curthoys, I. S., Todd, M. J. Impulsive testing of individual semicircular canal function. Ann. N.Y. Acad. Sci. 942, 192-200 (2001).
- Tabak, S., Collewijn, H. Evaluation of the human vestibulo-ocular reflex at high frequencies with a helmet, driven by reactive torque. Acta. Otolaryngol. Suppl. 520 Pt. 1, 4-8 (1995).
- Crawford, J. D., Vilis, T. Axes of eye rotation and Listing’s law during rotations of the head. J. Neurophysiol. 65, 407-423 (1991).
- Migliaccio, A. A., et al. The three-dimensional vestibulo-ocular reflex evoked by high-acceleration rotations in the squirrel monkey. Exp. Brain Res. 159, 433-446 (2004).
