Summary
En metode er beskrevet til at måle tredimensionelle Vestíbulo okulære reflekser (3D VOR) hos mennesker ved hjælp af et seks frihedsgrader (6DF) motion simulator. Forstærkningen og forskydning af 3D kantede VOR giver et direkte mål for kvaliteten af vestibulære funktion. Repræsentative data vedrørende raske forsøgspersoner er forudsat
Abstract
Den vestibulære organ er en sensor, der måler kantede og lineære accelerationer med seks frihedsgrader (6DF). Hel eller delvis fejl i det vestibulære organ resulterer i mild til svær balance problemer, såsom vertigo, svimmelhed, oscillopsia, gangart unsteadiness kvalme og / eller opkastning. En god og ofte anvendte foranstaltning at kvantificere blik stabilisering er gevinsten, der er defineret som størrelsen af kompenserende øjenbevægelser med hensyn til pålagte hoved bevægelser. For at teste vestibulærreaktion mere fuldstændigt må man indse, at 3D VOR ideelt genererer kompenserende okulære rotationer ikke kun med en størrelsesorden (forstærkning) lig med og modsat rotation, men også om en akse, der er co-lineær med hovedet rotationsakse (justering ). Unormal vestibulære funktion dermed resulterer i ændringer i gevinst og ændringer i tilpasningen af 3D VOR respons.
Her beskriver vi en metode til at måle 3D VOR hjælp hele kroppen rotation på en 6DF motipå platformen. Selv om metoden også mulighed teste oversættelse VOR svar 1, begrænser vi os til en diskussion af metoden til at måle 3D kantede VOR. Derudover begrænser vi os her til beskrivelse af data indsamlet i raske forsøgspersoner som reaktion på kantede sinusformet og impuls stimulation.
Emner sidder oprejst og modtage hele kroppen lille amplitude sinusformede og konstant acceleration impulser. Sinusformede stimuli (f = 1 Hz, A = 4 °) blev leveret omkring den lodrette akse og omkring akser i det horisontale plan varierende mellem valse og bane på trin på 22,5 ° i azimut. Impulser blev leveret i giring, roll og pitch og i de lodrette kanalen planer. Øjenbevægelser blev målt ved hjælp af sclerale søgning coil teknik 2.. Søg coil signaler blev samplet ved en frekvens på 1 kHz.
De input-output ratio (forstærkning) og forskydning (co-linearitet) i 3D VOR blev beregnet from øjet spole signalerer 3..
Gain og co-linearitet 3D VOR afhang orientering af stimulus akse. Systematiske afvigelser blev fundet især i vandrette akse stimulation. I lyset øjet rotationsakse blev justeret korrekt med stimulus akse orienteringer 0 ° og 90 ° azimuth, men efterhånden træder mere og mere i retning 45 ° azimuth.
De systematiske afvigelser i forskydning for mellemliggende akser kan forklares ved en lav gevinst for torsion (X-aksen eller roll-aksen rotation) og en høj gevinst for lodrette øjenbevægelser (Y-akse eller pitch-akse rotation (se figur 2). Fordi mellemliggende akse stimulation fører en kompenserende respons baseret på vektor summation af de enkelte øjet rotation komponenter, vil netto respons akse afviger fordi berigelsen for X-og Y-aksen er anderledes.
I mørke gevinst på alle øjet rotation komponenter havde lavdre værdier. Resultatet var at misforholdet i mørke og for impulser havde forskellige højdepunkter og lavpunkter end i lys: dens minimale værdi blev nået for beg-akse stimulation og dens maksimale for rulleakse stimulation.
Case Præsentation
Ni patienter deltog i forsøget. Alle emner gav deres informerede samtykke. Den eksperimentelle procedure blev godkendt af Medical Ethics Committee for Erasmus University Medical Center og levet op til Helsinki-deklarationen til forskning med menneskelige forsøgspersoner.
Seks fag tjente som kontroller. Tre forsøgspersoner havde en ensidig vestibulær nyrefunktion som følge af en vestibulære schwannoma. Alderen på kontrolpersoner (seks mænd og tre kvinder) varierede fra 22 til 55 år. Ingen af kontrollerne havde visuelle eller vestibulære klager som følge af neurologiske, hjerte kar og oftalmologiske lidelser.
Alderen af patienterne med schwannoma varierede mellem 44 og 64 år (to hanner og en hun). Alle schwannoma Emnerne var under medicinsk overvågning og / eller havde modtaget behandling af et tværfagligt team bestående af en othorhinolaryngologist og neurokirurg af Erasmus University Medical Center. Testede patienter havde alle en højre vestibulære schwannoma og gennemgik en vent og se-politik (tabel 1 emner N1-N3), efter at være blevet diagnosticeret med vestibulære schwannoma. Deres tumorer havde været stabil i over 8-10 år på magnetisk resonans.
Protocol
1.. 6DF Motion Platform
Vestibulære stimuli blev leveret med en bevægelse platform (se figur 1) er i stand til at generere kantede og translationel stimuli på i alt seks frihedsgrader (FCS-MOOG, Nieuw-Vennep, Holland). Platformen bevæges af seks elektro-mekaniske aktuatorer forbundet til en personlig computer med dedikeret kontrol software. Det genererer præcise bevægelser med seks frihedsgrader. Sensorer placeret i aktuatorerne løbende platformen motion profil. Enheden har <0,5 mm præcision lineære og <0,05 ° for kantede bevægelser. Vibrationer under stimulation var 0,02 °. Resonansfrekvens af anordningen var> 75 Hz. Platform motion profil blev rekonstrueret fra sensoren oplysninger i aktuatorer med inverse dynamik og sendes til dataindsamling computer. Sådan synkroniserer platform og øjenbevægelser data blev en laserstråle monteret på bagsiden af plaTForm og projiceret på en lille fotocelle (1 mm, reaktionstid 10 mikrosekunder). Udgangsspændingen af fotocelle blev udtaget med en hastighed på 1 KHz sammen med øjenbevægelser data og forudsat en real time indikator for motion debut med 1 millisekund nøjagtighed. Under den offline analyse ved hjælp af Matlab (Mathworks, Natick, MA), det rekonstruerede motion profil platform baseret på sensoren oplysninger aktuatorerne i platformen var præcist afstemt med debut af platformen bevægelse.
2.. Emner
A. Seating
Forsøgspersonerne sidder på en stol monteret på platformens centrum (figur 2). Emnet krop blev fastholdt med en fire-punkts sikkerhedssele, som anvendes i racerbiler. Sikkerhedsselen var forankret til bunden af motion platform. Stolen var omgivet af en PVC kubisk ramme og tjente som en støtte til de feltspoler. Feltet spolesystem var indstilles i højden, således at subject øjne var i midten af det magnetiske felt.
B. Hoved fiksering
Hovedet er immobiliseret ved hjælp af en individuelt formet dental-impression bid bestyrelse, som var knyttet til den kubiske rammen via en stiv stang. Et vakuum pude foldet rundt om halsen og en ring fastgjort til stolen sikres yderligere fiksering af emnet (figur 1). Hertil kommer, at overvåge falske hoved bevægelser under stimuleringen vi vedlagt to 3D sensorer (Analog Devices Inc., Norwood, MA) direkte til bid bord, en for kantet og én for lineære accelerationer.
3.. Koordinere System
Eye rotationer er defineret i en hoved-fast højrehåndet koordinatsystem (figur 3). I dette system fra subjektets synspunkt en venstregående rotation omkring Z-aksen (giring), en nedadgående rotation omkring Y-aksen (beg) og højregående rotation omkring X-aksen (rulning) defineres som posive. De planer vinkelret på X, Y og Z rotationsakser er henholdsvis den rulle, stigning og giring fly (figur 3).
4.. Eye Movement Optagelser
Eye bevægelser i begge øjne er optaget med 3D sclerale søgning bredbånd (Skalar, Delft, Holland) 4 ved hjælp af en standard 25 kHz to feltspole system baseret på amplitudedetekteringsarrangementet metode Robinson (Model EMP3020, Skalar Medical, Delft, Holland) 5.. Spolen signalerne blev passeret gennem en analog low-pass filter med cut-off frekvens på 500 Hz og stikprøven on-line og lagres på harddisk ved en frekvens på 1 kHz med 16 bit præcision (CED system, der kører Spike2 v6, Cambridge Electronic Design , Cambridge).
5.. Søg Coil Calibration
Forud for forsøgene blev følsomhed og ikke-orthogonaliteten af retning og vridning spoler verificeret in vitro ved at montere spolen på en Fick giMBAL ordning placeret i midten af det magnetiske felt. Ved at dreje kardanophænget systemet om alle kardinale akser vi kontrolleret, at alle spoler anvendt i forsøgene var symmetrisk til alle retninger i 2%.
In vivo blev de horisontale og vertikale signaler fra begge spoler individuelt kalibreret ved at instruere underlagt successivt fiksere en serie af fem targets (centralt mål og et mål på 10 grader til venstre, højre, op og ned) i fem sekunder hver. Calibration mål blev projiceret på en gennemsigtig skærm på 186 cm afstand. Indlæg eksperiment analyse af kalibreringsdata resulterede i følsomhed og offset værdier for de hver søgning spolerne. Disse værdier blev derefter brugt i analyseprocedurer skrevet i Matlab 3..
6 Stimulation
A. Sinusformet stimulation
Den leverede platform hele kroppen sinusformede rotationer (1 Hz, A = 4 °), om de tre cardinale akser: Den rostralt-caudale eller lodret akse (giring), den interaurale akse (tonehøjde) og nasal-occipital akse (roll), og om mellemliggende vandrette akser øget i trin på 22,5 ° mellem rullen og banen.
Sinusformede stimuli blev leveret i lys og mørke. I lyset, fikseret fag på et kontinuerligt tændt visuel mål (en rød LED, 2 mm i diameter), der ligger 177 cm foran emnet i øjenhøjde (figur 1C venstre panel). Hoved blev placeret således, at Reids linje var base (den imaginære linje, der forbinder meatus externa med lavere orbital Cantus) var inden for 6 grader fra jord-vandret). Under sinusformet stimulering i mørke, blev den visuelle mål præsenterede kort (2 sek) når platformen var stille under hvert interval mellem to på hinanden følgende stimuli. At undgå spontane øjenbevægelser under stimulering blev forsøgspersoner bedt om at fiksere den imaginære placering af rummet faste mål i sinusoidal stimulation efter målet havde været slukket lige før motion debut. Vi har kontrolleret, at den type undervisning hovedsageligt reduceret øjenbevægelser foretaget i mørke og kun havde en lille effekt på gevinst (<10%). Denne variabilitet forekom i alle komponenter (vandrette, lodrette og torsion) samtidig.
B. Impulse stimulation
Kortvarige hele kroppen impulser blev leveret i et svagt belyst miljø. Den eneste synlige stimulus til rådighed for emnet var en visuel mål placeret på 177 cm foran emnet i øjenhøjde. Hver impuls blev gentaget seks gange og leveres i tilfældig orden og med tilfældig timing af bevægelse indtræden (intervaller varierede mellem 2,5 og 3,5 sekund). Profilen af de impulser var en konstant acceleration på 100 ° sek -2 løbet de første 100 msek impuls, efterfulgt af en gradvis lineært fald i acceleration. Dette stimulus resulterede i en lineær stigning i hastigheden nå frem til en veloched på 10 ° sek -1 efter 100 msek. Afvigende hoved bevægelser under vestibulære stimulering målt ved den kantede sats og lineære accelerationsniveauer enheder var mindre end 4% af stimulus amplitude. Peak hastigheden af øjenbevægelser som svar på disse impulser var 100 gange højere end støjniveauet af spolen signaler.
7.. Dataanalyse
Coil signaler blev omdannet til Fick vinkler og derefter udtrykt som rotation vektorer 6,7. Fra fastgørelsesdelene data målet ligeud vi bestemt forskydning af spolen i øjet i forhold til de retvinklede primære magnetfelt spoler. Signaler blev korrigeret for dette akseforskydningen af tre-dimensionelle counter rotation. Det blev også bekræftet, at der ikke spole skred var sket i løbet af eksperimentet ved at kontrollere positionen produktionstab i fiksering af målet før hver bevægelse debut.
At udtrykke 3D øjenbevægelser i hastighed domæne,Vi konverterede rotation vektordata tilbage i vinkelhastighed. Før konvertering af rotation vektor vinkelhastighed, glattede vi dataene ved nul-fase med en forlæns og baglæns digitalt filter med en 20-punkts Gauss vindue (længde 20 ms).
8.. Sinusformede Responses
A Gain. Forstærkningen af hver komponent og 3D øje hastighed gevinst blev beregnet ved at montere en sinusoid med en frekvens svarende til platformen frekvens gennem de horisontale, vertikale og torsion vinkelhastighedssensorer komponenter. Gevinsten for hver komponent defineres som forholdet mellem øjet komponent peak hastighed og platform peak velocity blev beregnet separat for hvert øje.
B Forkert. Den misforholdet mellem 3D-eye hastighed akse og hoved hastighed aksen blev beregnet ved hjælp af tilgang Aw og kolleger 8,9. Fra skalar produkt af to vektorer forskydningen blev beregnet som instantaneous vinkel i tre dimensioner mellem den inverse af øjet hastighed akse og hovedet hastighed akse. 3D vinkelhastighed forstærkning og forskydning for hver azimutale orientering blev sammenlignet med forstærkning og forskydning forudsagt fra vektor summation af 0 ° (roll) og 90 ° (tonehøjde) azimut komponenter 10.. Fra denne vektor summation følger det, at når hastighed gevinster for roll og pitch er lige, orientering af øjet rotationsakse flugter med hovedet rotationsaksen, når de to er forskellige, er den maksimale afvigelse mellem stimulus og øjne rotationsakse forventet ved 45 ° azimuth.
9.. Impulssvar
Venstre og højre øje data spor af seks præsentationer for hver bevægelsesretning blev særskilt analyseret. Fordi venstre og højre øje værdier var næsten identiske, blev data fra venstre og højre øje gennemsnit til at bestemme gevinst på øjet hastighed som reaktion på impuls stimulation. Alle spor varindividuelt inspiceret på computerskærmen. Når motivet lavet et blink eller saccade under impuls, spor manuelt blev kasseret. Vinkelhastighed komponenter (N = 5 til 6) i første 100 msek efter debut af bevægelsen blev gennemsnit i tiden siloer af 20 msek (giver en effektiv lavpasfiltrering), og plottet som funktion af platform hastighed 11,12.
Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.
Representative Results
Sinusformet stimulation lys
Figur 4 (øverste panel) viser for kontrolgruppen den gennemsnitlige gevinst af de horisontale, vertikale og torsion vinkelhastighedssensorer komponenter til alle testede sinusformede stimulationer i det vandrette plan i lyset. Torsion var maksimal ved 0 ° azimuth, mens lodret havde sit maksimum ved 90 °. Figur 5 viser 3D-eye hastighed gevinst i lyset. Gain varierede mellem 0,99 ± 0,12 (tonehøjde) og 0,54 ± 0,16 (roll). De målte data nøje svarer til de forudsagte værdier beregnet fra vektoren summen af vridning og vertikale komponenter (stiplet linie i figur 5).
Den gennemsnitlige misforholdet mellem stimulus og respons akse gennemsnit over seks forsøgspersoner er vist i figur 6.. I lyset misforholdet mellem stimulus og respons akse blev mindste (5,25 °) under banen og gradvist øges i retning roll indtilorienteringen af stimulus aksen orienteret ved 22,5 ° azimuth (maksimal forskydning: 17,33 °) og faldt mod rullen akse. Disse værdier for hver vandret stimulus vinkel svarer nøje til, hvad man ville forudsige fra lineære vektor summation af rulning og beg bidrag (stiplet linie i figur 6).
Sinusformet stimulation mørke
I mørke maksimale forstærkning af både lodret og vridning komponenter var signifikant lavere (t-test p <0,001) end i lys (lodret: 0,72 ± 0,19 torsion: 0,37 ± 0,09) (Figur 7). Også 3D øje hastighed gevinst var signifikant (t-test p <0,001) lavere end i lys (figur 8). Gain var lidt højere end forventet ud fra de lodrette og vridning komponenter alene (stiplet linie i figur 8). I mørke forskydningen var minimal ved 90 ° (beg) og gradvist øges til et højdepunkt enrunde 0 ° akse (roll). På grund af tilstedeværelsen af en lille horisontal komponent, har mønstret af forskydning i mørke ikke svarer til, hvad man ville forudsige fra lineære vektor summation af kun roll og pitch komponenter (se figur 9).
Impulse stimulation
Hele kroppen impulser omkring interaurale akse (tonehøjde) resulterede i nær enhed gevinst for hovedet op og en gevinst omkring 0,8 til hovedet ned impulser. Forskelle var signifikant (P <0,05).
Vandrette, lodrette og torsionsstivhed gain bestanddele under impuls stimulering er vist i fig. 10. Maksimal gennemsnitlig gevinst for den lodrette komponent alene var 0,85 for tonehøjde (90 ° azimuth). Maksimal gevinst for vridning var 0,42 for rulle (0 ° azimuth). Vektor gevinst er vist i figur 11.. 3D eye hastighed gain varierede mellem 1,04 ± 0,18 for pitch til 0,52 ± 0,16 for roll. Skævhed varierede mellem 28,2 & deg; ± 0,18 for roll, til 11,53 ° ± 0,51 for banen.
Konklusionen er, at selv om impuls stimulation medfører kun en meget kortfattet (100 ms) afbrydelse af visuel information gevinsten og forskydning af øjenbevægelser har et kvalitativt tilsvarende mønster som i reaktion på sinusformet stimulation i mørke. I begge tilfælde den største misforholdet mellem 3D-hoved og øjne rotationsakse opstår under roll stimulation.
Patienter
3D VOR i ikke-opererede patienter
Figur 13 viser placeringen og størrelsen af tumor på MRI scanninger for de tre ikke-opererede patienter (se også tabel 1 i metode afsnit). Den tumor var i alle tre tilfælde på højresidig. Subjektive klager over svimmelhed af disse tre emner varierede. Emne N1 havde en intra-canicular tumor med den mindste størrelse. Han præsenterede sig med unilateral hearing problemer og ingen klager af svimmelhed. Emner N2 og N3 gjorde rapporten klager over svimmelhed, selv om hverken havde fuldstændig desorientering problemer eller vegetative problemer.
Figur 14 viser øjenhøjde spor for de tre ikke-opererede patienter som reaktion på sinusformet stimulering omkring en vandret akse 45 ° azimuth. Ideelt set denne stimulus fremkalder kun en kombination af lodrette og torsionsstivhed øjenbevægelser komponenter og ingen vandrette øjenbevægelser. Under stimulation i lyset var der kun få tegn på horisontal okulær drift hos forsøgspersoner N1 og N2, mens emnet N3 havde en vandret mod venstre nystagmus (langsom fase til højre) og en CW torsionsstivhed nystagmus (langsom fase CCW). I mørket emne N1 havde ringe eller ingen afdrift, mens der for fag N2 og N3 ustabile dukkede op i de vandrette, lodrette og torsionsstivhed spor. Det kun svage tegn på ustabilitet i emnet N1 er torsion, hvor små korrigerende torsionsmomenter saccades blev obserub der var konsekvent i CW retning. Hos forsøgspersoner N2 og N3 torsionsmomenter ustabile var større.
For at demonstrere ændringerne i 3D stabilitet i schwannoma patienter, vi præsenterer for emne N2 i figur 15. de vandrette, lodrette og torsionsstivhed øjet velocity gain komponenter (øverste panel), 3D-gain (center panel) og forskydning (nederste panel). Ændringerne i gevinst af de enkelte komponenter har en direkte indvirkning på 3D vektorielt øje hastighed gevinst og forskydning. Den tætte sammenhæng mellem forudsagt og målte 3D øjne hastighed og tilpasning, som findes i kontrolpersoner ikke længere gælder for schwannoma patienter.
I særligt hos forsøgspersoner N2 og N3 3D øjet hastighed gevinst i mørke blev påvirket. I underlagt N2 den samlede 3D øjet hastighed gevinst var lavere, hvilket kan forklares med faldet i torsions forstærkning (figur 15). Også i emnet N3 torsion komponenten blev påvirket. Hans torerional eye velocity gevinster svar var asymmetrisk. Dette resulterede i en op til to-fold stigning i forskydning.
Figur 1. Forsøgsopstilling med 6DF motion platform.
Figur 2. Skematisk tegning af det elektromagnetiske felt spolesystem omkring stolen monteret på 6DF bevægelse platform. Pile angiver mulige rotationsakser og oversættelse af platformen.
Figur 3. Directions af rotationer omkring kardinal akser i henhold til højre reglen. Bottom paneler viser slingre roll og pitch-projektion fly.
Figur 4.. Mean gevinst på de vandrette, lodrette og torsion øjet hastighedskomponenter. Resultater af vandrette akse sinusformet stimulation for alle testede vandrette stimulus akser gennemsnit af alle fag (N = 6) i lyset. Tegnefilm nedenunder giver et topbillede af orienteringen af stimulus akse i forhold til hovedet.
Figur 5. Mean 3D øje hastighed gevinst for alle testede vandret stimulusøkser gennemsnit af alle fag (N = 6) i lyset. stiplede linje er vektoren øjet hastighed gain respons forudsiges ud fra de lodrette og vridning komponenter. Tegnefilm nedenunder giver et topbillede af orienteringen af stimulus akse i forhold til hovedet.
Figur 6.. Forskydning af respons akse i forhold til stimulus akse i sinusformet stimulering i lyset. Den stiplede linie i det nederste panel repræsenterer den forudsagte forskydning beregnet fra vektoren summen af kun lodrette og torsion øjet hastighedskomponenter reaktion på ren tonehøjde og ren rulning stimulering, hhv. Fejlsøjler angiver en standardafvigelse.
Figur 7. Mean gevinst på de vandrette, lodrette og torsion øjet hastighedskomponenter. Resultater af vandrette akse sinusformet stimulation for alle testede vandrette stimulus akser gennemsnit af alle fag (N = 6) i mørke. Tegnefilm nedenunder giver et topbillede af orienteringen af stimulus akse i forhold til hovedet.
Figur 8. Mean 3D øje hastighed gevinst for alle testede vandrette stimulus akser gennemsnit for alle forsøgspersoner (n = 6) i mørke. Stiplet linie er vektoren øjet hastighed gevinst reaktion forudsiges fra de lodrette og vridning komponenter. Tegnefilm nedenunder giver et topbillede af orienteringen af stimulus akse i forhold til denhoved.
Figur 9. Forskydning af respons akse i forhold til stimulus akse i sinusformet stimulering i mørke. Den stiplede linie i det nederste panel repræsenterer den forudsagte forskydning beregnet fra vektoren summen af kun lodrette og torsion øjet hastighedskomponenter reaktion på ren tonehøjde og ren rulning stimulering hhv. Fejlsøjler angiver en standardafvigelse.
Figur 10.. Mean gevinst på de vandrette, lodrette og torsion eye hastighedskomponenter reaktion på vandrette akse impuls stimulation. ReSvarene er givet for vandrette stimulus akser ved 45 grader intervaller gennemsnit af alle fag (N = 6). Tegnefilm nedenunder giver et topbillede af orienteringen af stimulus akse i forhold til hovedet.
Figur 11. Mean 3D øje hastighed gevinst for alle testede vandrette stimulus akser gennemsnit for alle forsøgspersoner (N = 6) under impuls stimulation. Stiplet linie er vektoren øjet hastighed gevinst reaktion forudsiges fra de lodrette og vridning komponenter. Tegnefilm nedenunder giver et topbillede af orienteringen af stimulus akse i forhold til hovedet.
Figur 12. Forskydning af respons akse i forhold til stimulus akse i impuls stimulation. Den stiplede linie i det nederste panel repræsenterer den forudsagte forskydning beregnet fra vektoren summen af kun lodrette og torsion øjet hastighedskomponenter reaktion på ren tonehøjde og ren rulning stimulering, henholdsvis . Fejlsøjler angiver en standardafvigelse.
Figur 13.. MRI-scanninger af tre patienter med ubehandlet Schwannoma er. Den Schwannoma er angivet i hver scanning af cirklen.
Figur 14. Eksempler på tidsserier for de tre ikke-opererede patienter som reaktion på sinusformede stimulation omkring en vandret akse 45 ° azimuth Overpanel række:. Lys, Lower panel rækken: Dark. I hvert panel er afbildet til højre (rød) og venstre (blå) øje vandrette (H), lodret (V) og vridninger (T) eye positioner. I denne og alle følgende figurer øjet positioner og hastigheder er udtrykt i en højrehåndet, head-fikseret koordinatsystem. I dette system med uret (CW), ned og mod uret (CCW) øjet rotationer set fra perspektivet af emnet er defineret som positive værdier. Stimulus bevægelse er angivet i hvert panel af den øverste sorte linie.
Figur 15.. Gain og forskydning af 3D VOR af UVD underlagt N2 under vandret akse sinusformet stimulation i mørke Topplade:. Gainaf de horisontale, vertikale og torsionsstivhed øjet velocity komponenter Tegnefilm nedenunder giver et topbillede af orienteringen af stimulus akse i forhold til hovedet center panel:. Mean 3D øje hastighed på hvert testet stimulus akse orientering. Den stiplede linie repræsenterer vektor øjet hastighed gevinst reaktion forudsiges fra de lodrette og torsionsstivhed komponenter Nedre panel:. Forskydning af respons akse i forhold til stimulus akse. Den stiplede linje i det nederste panel repræsenterer den forudsagte forskydning beregnet fra vektoren summen af lodrette og torsionsstivhed øjet hastighedskomponenter. Bemærk den lave gevinst for vridning i det øverste panel og store forskydning i det nederste panel. Klik her for at se større figur .
| Emne | Køn | Alder (år) | Side of tumor | Tumorstørrelse (mm) | Ensidig hørenedsættelse (Fi dB) | Terapi |
| N1 | mand | 61 | højre | 4 | 35 | vente og se |
| N2 | mand | 64 | højre | 14 | 43 | vente og se |
| N3 | mand | 55 | højre | 22 | fuldføre | vente og se |
Tabel 1. Relevante kliniske resultater af de seks patienter, der deltog i forsøgene. Den ensidige høretab beskrevet her var før nogen terapi og udtrykkes i Fi = Flechter indeks (gennemsnit høretab på 500, 1.000 og 2.000 Hz).
Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.
Discussion
Dette dokument beskriver en metode til at måle 3D kantede VOR reaktion på hele kroppen rotationer i mennesker. Fordelen ved fremgangsmåden er, at det giver kvantitative oplysninger om gevinst og forskydning af 3D kantede VOR i alle tre dimensioner. Metoden er anvendelig til grundforskning og har også potentielle kliniske værdi f.eks teste patienter med lodrette kanalen problemer eller patienter med dårligt forståede centrale vestibulære problemer. En anden fordel ved indretningen er evnen til at teste translationelle VOR responser 1.. Ulemper ved systemet er 1) de omkostningsbesparelser aspekter i form af udstyr, plads og personale (det nuværende maskine er udviklet til pilotuddannelse formål) og 2) ubehag under målingerne. Nøjagtige øjenbevægelser optagelser er baseret på sclerale søgning spole teknik. På grund af sin overlegne signal til støjforhold og fravær af slip i forhold til hoved-monteret infrarøde kamerasystemer, dette er stadig påly teknik til måling VOR responser hos mennesker med høj præcision. Forbedringer i skridsikker infrarød video baser eye tracker systemer er hårdt brug for.
Dataene viser, at hos raske forsøgspersoner kvaliteten af 3D VOR respons varierer ikke kun i form af gevinst, men også i form af tilpasning af øjet rotationsakse med hoved rotationsakse. Som det også blev fundet i andre undersøgelser af 3D VOR dynamik, der er en stor gevinst for horisontale og vertikale øjenbevægelser forhold til vridning. Denne generelle egenskab er også blevet beskrevet i laterale eyed dyr såsom kaniner 13 og frontal øjne dyr såsom aber 14 og mennesker 4, 9, 15, 16. Forstærkningen af VOR for stimulation omkring kardinal akser er i tæt aftale med tidligere undersøgelser i mennesker 8, 17, 18. Der var en lille, men signifikant højere gevinst for beg hoved op, i forhold til pitche hovedet ned impulser. Dette er muligvis relateret til det faktum, at vores impulss var hele kroppen bevægelser i modsætning til tidligere undersøgelser, der involverede stimulering af halsen 19, 20.
Den anden hovedkonklusion er den systematiske variation i misforholdet mellem stimulus og respons akse. I lyset forskydning har minima ved rulning og beg, og dens maksima ved plus og minus 45 ° azimuth. Kvantitativt forskydningen vinkler i vores undersøgelse svarer til dem rapporteret i aber 21, 22.
I mørke og under impuls stimulation er en fordobling i forskydning i forhold til sinusformet stimulation i lyset over hele spektret af testede akser. Under mørke og impuls stimulus betingelser stimulation om rulleakse resultater i den største forskydning. Den forholdsvis store forskydning under valseakseretningen stimulering i mørke har sin oprindelse i en lille men konsekvent vandrette øjenbevægelser komponent, der har i kombination med lav gevinst for vridning et relativt stortbidrag til vektoren forstærkning 3..
Selvom forsøgspersoner viste en fiksering mål i impuls stimulation, forskydninger var ikke signifikant forskellig (t-test p> 0,05) fra den sinusformede stimulation i mørke tilstand. Dette betyder, at den relativt milde impuls, som vi brugte kortvarigt påvirker den visuelle fiksering. Som et resultat af denne reaktion ligner sinusformet stimulering i mørke.
Følsomheden af metoden kan ses i en lille gruppe patienter med unilateral Schwannoma s. I denne ikke-opererede gruppe, der var på en vente og se-politik, var subjektive problemer variable og relativt mild i lyset. Ikke desto mindre, med denne metode kunne vi vise, at i mørket den rigtige 3D gain og tilpasning af 3D VOR forringes. Selv om gruppen er meget lille, viser vore data en sammenhæng mellem tumorstørrelse og sværhedsgraden af 3D VOR abnormiteter.
Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.
Disclosures
Vi har intet at afsløre.
Acknowledgments
Materials
| Name | Company | Catalog Number | Comments |
| 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).
