Drie dimensionaal Vestibulaire oculaire reflex testen met behulp van een Six Degrees of Freedom Motion Platform
Summary
Een methode wordt beschreven om driedimensionale vestibulo oculaire reflex (3D VOR) bij mensen met het zes graden van vrijheid (6DF) motion simulator te meten. De versterking en uitlijning van de 3D hoekige VOR een directe maat voor de kwaliteit van vestibulaire functie. Representatieve gegevens over gezonde proefpersonen worden verstrekt
Abstract
Het evenwichtsorgaan is een sensor die hoek-en lineaire versnellingen meet met zes vrijheidsgraden (6DF). Volledige of gedeeltelijke defecten in het evenwichtsorgaan leidt tot milde tot ernstige evenwicht problemen, zoals vertigo, duizeligheid, oscillopsia, gang unsteadiness misselijkheid en / of braken. Een goed en regelmatig voorkomende maatregel blik stabilisatie kwantificeren is de winst, die wordt gedefinieerd als de grootte van de compenserende oogbewegingen wat betreft opgelegde hoofdbewegingen. Om vestibulaire functie testen vollediger men beseffen dat 3D VOR genereert ideaal compenserende oculaire rotaties niet alleen met een magnitude (gain) gelijk en tegengesteld aan de rotatie van het hoofd, maar ook om een as die co-lineair met het hoofd rotatieas (alignment ). Abnormale vestibulaire functie resulteert daarmee in veranderingen van de versterking en veranderingen in uitlijning van de 3D VOR respons.
Hier beschrijven we een methode om 3D VOR meten met behulp van hele lichaam rotatie op een 6DF motivatieop platform. Hoewel de methode maakt het ook mogelijk het testen vertaling VOR antwoorden 1, beperken we ons tot een bespreking van de methode om 3D-hoekige VOR meten. Bovendien, ons beperken we hier om een beschrijving van de gegevens bij gezonde personen in reactie verzameld om sinusvormige en impuls stimulatie hoekig.
Onderwerpen zijn rechtop zitten en ontvangen het hele lichaam kleine amplitude sinusvormige en constante versnelling impulsen. Sinusvormige stimuli (f = 1 Hz, A = 4 °) werden geleverd om de verticale as en om assen in het horizontale vlak variërend tussen rollen en stampen in stappen van 22,5 ° in azimuth. Impulsen werden geleverd in yaw, roll en pitch en in het verticale kanaal vlakken. Oogbewegingen werden gemeten met behulp van de sclera zoekspoel techniek 2. Zoekspoel signalen werden bemonsterd op een frequentie van 1 kHz.
De input-output-ratio (winst) en de uitlijning (co-lineariteit) van de 3D VOR werden weer berekendm het oog spoel signaleert 3.
Gain en co-lineariteit van 3D VOR afhankelijk van de oriëntatie van de stimulus as. Systematische afwijkingen werden gevonden in het bijzonder bij horizontale as stimulatie. In het licht werd het oog rotatieas goed uitgelijnd met de stimulus as oriëntaties 0 ° en 90 ° azimut, maar geleidelijk afgeweken meer en meer in de richting van 45 ° azimut.
De systematische afwijkingen in uitlijning voor intermediaire assen kan worden verklaard door een lage winst voor torsie (X-as of rol-as rotatie) en een high gain voor verticale oogbewegingen (Y-as of pitch-as rotatie (zie figuur 2). Omdat tussenas stimulatie leidt compenserende respons op basis vector optelling van de afzonderlijke componenten oog rotatie, zal de netto reactie as afwijken omdat de versterking voor X-en Y-as verschillend.
In de duisternis van de winst van alle ogen draaien onderdelen had lageER waarden. Het resultaat was dat de verkeerde uitlijning in duisternis en voor impulsen hadden verschillende pieken en dalen dan in het licht: de minimale waarde is bereikt voor pitch-as stimulatie en zijn maximum voor roll as stimulatie.
Case Presentatie
Negen proefpersonen deel aan het experiment. Alle proefpersonen gaven hun geïnformeerde toestemming. De experimentele procedure werd goedgekeurd door de Medisch Ethische Commissie van de Erasmus Universiteit Medisch Centrum en gehandeld op grond van de Verklaring van Helsinki voor onderzoek met mensen.
Zes proefpersonen dienden als controlegroep. Drie patiënten hadden een unilaterale vestibulaire stoornis vanwege een vestibulair schwannoom. De leeftijd van de controlepersonen (zes mannen en drie vrouwen) varieerde 22-55 jaar. Geen van de controles hadden een visuele of vestibulaire klachten ten gevolge van neurologische, cardio-vasculaire en oogheelkundige aandoeningen.
De leeftijd van de patiënten met schwannoma varieerde tussen 44 en 64 jaar (twee mannetjes en een vrouwtje). Alle schwannoma proefpersonen waren onder medisch toezicht en / of hadden ontvangen behandeling door een multidisciplinair team bestaande uit een othorhinolaryngologist en een neurochirurg van het Erasmus Universitair Medisch Centrum. Geteste patiënten hadden allemaal een goede kant vestibulair schwannoma en onderging een wait and watch beleid (tabel 1; onderwerpen N1-N3) na de diagnose met vestibulaire schwannoma. Hun tumoren was stabile al meer dan 8-10 jaar op magnetische resonantie beeldvorming.
Protocol
Representative Results
Discussion
Dit document beschrijft een werkwijze om nauwkeurig 3D hoekige VOR in reactie op het hele lichaam rotaties bij mensen. Het voordeel van de werkwijze is dat het kwantitatieve informatie over gain en uitlijning van 3D hoekige VOR in alle drie dimensies. De methode is bruikbaar voor fundamenteel onderzoek en heeft ook potentiële klinische waarde bijvoorbeeld voor het testen van patiënten met verticale gracht problemen of patiënten met onbegrepen centrale vestibulaire problemen. Een ander voordeel van het appara…
Disclosures
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 |
References
- 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).
