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使用视频头脉冲试验系统检测全部六个半规管

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DOI：

10.3791/59012

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2019年4月18日

 , 
1Department of Otolaryngology, Head & Neck Surgery and Audiology, Aalborg University Hospital, 2Department of Clinical Medicine, Aalborg University

本文内容

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摘要

本方案描述了如何使用全球常用的两种独立测试系统正确执行视频头脉冲试验。文中介绍了2D和3D视频头脉冲试验两种方法。

摘要

在过去十年中，评估人类前庭系统的现有检测程序和方法得到了迅速发展。2009年和2013年，商用视频头脉冲试验（vHIT）的出现使临床医生能够检查前庭系统中全部三对半规管的功能。vHIT检测彻底改变了前庭功能检测，在全球许多诊所和医院，该检测现已被视为眩晕患者最重要的初始检查手段。目前全球有多个vHIT系统的制造商。本文将介绍其中应用最广泛的两种vHIT系统——EyeSeeCam和ICS Impulse的检测方案。该方案包括对两种不同检测方法的描述，即二维vHIT检测（2D vHIT testing）和三维vHIT检测（3D vHIT testing）。vHIT系统包含一副轻便的护目镜及配套软件。该检测快速（5–10分钟），且受试者所感受到的不适极小。然而，检测包含多个步骤，若任一步骤操作不当，均可能影响最终的检测结果。因此，检测人员必须充分了解可能导致噪声和/或伪迹的各种因素。在临床环境中开展vHIT检测之前，对未来的检测人员进行系统化培训，并严格遵守本检测方案，有助于最大限度地减少这些检测挑战。vHIT检测并非简单的“即插即用”式检测。然而，若操作正确，该检测可对前庭系统高频域功能提供极为出色的客观评估，具有极高的阳性预测值，特异性接近百分之百。

引言

眩晕是患者寻求一般医疗建议时第三常见的主诉，终生患病率为7.8%1,2。由于眩晕可能是多种疾病的首发症状，因此常常难以判断其病因是源于前庭器官本身的疾病，还是身体其他部位的疾病3。传统上，前庭功能检测对临床医生而言既困难又耗时，且常给受试者带来明显不适。许多此类检测以往都是在床旁进行，依赖于经验丰富的检查者以及配合度较高的眩晕患者。1988年，一种广受认可的床旁前庭功能检测方法被提出，并被称为"头脉冲试验"4。在过去十年中，已有检测技术与方法迅速发展，同时涌现出多种新的检测手段。目前，多种用于评估前庭系统功能的实验室检测方法已实现商业化。2009年，一种新型检测方法——视频头脉冲试验（vHIT）——进入市场。借助该检测技术，全球的临床医生现在能够客观、快速地（5–10分钟）评估前庭系统的六个半规管（SCCs）功能，且患者仅需承受轻微不适5。vHIT检测已彻底改变了前庭功能检测领域，在全球许多诊所和医院中，它现已被视为急性与慢性眩晕患者最重要的初始检测手段6。

全球有多个厂商生产vHIT系统。其中应用较广泛的包括EyeSeeCam（丹麦）、ICS Impulse（丹麦）和VHIT Ulmer（法国）（参见材料表）。前两种vHIT系统在设计上较为相似，本文将对此进行进一步描述（分别称为vHIT系统A和vHIT系统B）。这两种vHIT系统均提供一种轻便的护目镜，内置高速摄像机用于记录眼动，以及一个用于测量头部速度的传感器7。配套软件需安装在笔记本电脑上，护目镜通过USB数据线连接至同一台计算机。在进行vHIT检测时，将护目镜佩戴并牢固固定于受试者头部。受试者需保持注视墙面的固定目标，同时由检测者在待测半规管所在平面施加快速、突然且不可预测的头部脉冲。vHIT系统会向检测者提供一份报告，内容包括：1）一幅显示头部与眼部速度随时间变化的曲线图；2）一个计算得出的数值，称为"平均增益值"。

完成vHIT测试后，软件会计算平均增益值，该值定义为被测每个半规管（SCC）的眼动速度（°/s）除以头动速度（°/s）。不同的vHIT系统通过检测前庭-眼反射（VOR）来评估半规管功能，但通常采用不同的方法计算平均增益值。vHIT系统A采用回归增益法，可在整个头部脉冲速度范围内进行图形化数据分析。在vHIT测试完成后，系统提供回归曲线的平均斜率（即通过不同头动速度及其对应增益值数据点的最佳拟合直线的斜率）。vHIT系统B则采用曲线下面积（AUC）法计算增益值，即将眼动速度曲线下的面积除以头动速度曲线下的面积。这种基于面积的VOR增益受眼动速度微小偏差的影响较小，而仅基于眼动速度记录计算的VOR增益则可能受此类偏差影响7。使用AUC方法时，增益值计算为从头部脉冲起始至头动速度回归为零时刻之间的累积慢相眼动速度与累积头动速度的比值。

此外，与床旁头脉冲试验不同，vHIT 可使检查者通过分析随附报告中的图表，检测到代偿性眼动和扫视（包括头动停止后出现的扫视（显性扫视）以及头动过程中出现的扫视（隐性扫视））8,9。关于是否存在病理性扫视的结论需依赖对测试报告的主观评估，因为目前尚无关于病理性扫视定义的共识。然而，如果 ICS impulse 软件将扫视识别为病理性，则这些曲线会被标记为红色。两种 vHIT 系统对眼动记录的分析方式不同。在系统 B 中，通过确定瞳孔质心位置，并结合图像的时间戳来计算眼动速度。 这些数据与头动速度一同用于增益计算。在系统 A 中，分析的是水平和垂直方向的眼动速度。如果仅分析瞳孔，则仅将眼在眼眶内的水平和垂直位置分量输入向量分析算法，以计算前庭眼反射（VOR）增益。

vHIT 检测被认为是一种客观检测方法。然而，该检测对操作者的技术要求较高。施加给受试者的头部脉冲在时间和方向上均需具有不可预测性，且其峰值头速度应达到每秒 150° 至 250°，幅度为 5° 至 20°，理想情况下如此8,9,10,11。成功实施检测的另一个前提是受试者能够理解并遵从所给指令8。该检测还容易受到多种误差来源的影响，最常见的包括护目镜滑动8,11,12，以及因瞳孔检测和追踪不良导致的噪声或伪影8。公司配套软件会在检测过程中自动剔除噪声或伪影过大的脉冲数据。检测完成后，通常还需要手动去除软件未能自动识别和清除的额外噪声和/或伪影。

两种vHIT系统在水平半规管vHIT测试中采用相同的测试方法。然而，垂直半规管的测试比水平半规管测试更难实施。在进行垂直半规管测试时，头部脉冲刺激的施加技术要求更高，眼动包含扭转成分，测试更容易受到护目镜滑动的影响，且受试者体验更不适11。用于vHIT测试的传统方法被称为"3D vHIT测试”，在使用vHIT系统A进行垂直半规管测试时采用该方法。为应对这些挑战，已开发出一种二维改良版vHIT测试方法13。该方法在测试过程中几乎完全消除了眼动的旋转成分，适用于使用vHIT系统B进行垂直半规管测试。结果部分提供了这两种vHIT测试方法的图示及更详细的描述。最近一项研究同时包含了上述两种vHIT系统14。由于这些vHIT系统在垂直半规管测试中采用不同的测试方法，因此在前庭功能评估中同时使用了2D和3D vHIT测试方法。需要指出的是，“3D测试方法”这一名称可能具有误导性，因为目前大多数 commercially available 的vHIT测试系统仅能在两个维度上测量眼动。然而，本文中仍将原始测试方法统称为3D测试方法。上述两种vHIT测试方法将在文中详细描述。还应注意，尽管使用vHIT系统A也可进行2D vHIT测试，但据我们所知，该测试方法尚未在此系统上得到验证。

方案

本方案遵循丹麦北部地区科学伦理委员会的指导方针。

1. 受试者筛选

  1. 招募能够完成测试的受试者。受试者的视力必须能够实现对1.0至1.5米远处一个点的稳定注视。
  2. 有颈部手术史或颈椎间盘突出病史的受试者应予以排除，因为施加的头部脉冲可能加重此类病情。需去除所有化妆品，以免影响瞳孔追踪效果。
  3. 通过粗略的眼球运动检查评估受试者的眼动情况，以排除可能影响检查结果的眼外肌麻痹。同时注意是否存在自发性或凝视诱发性眼震，这些因素可能影响最终结果。
    1. 通过要求受试者将眼球在垂直和水平方向上移动至眼眶的最外侧边缘来进行粗略的眼球运动检查，以确认无眼外肌麻痹存在。
  4. 在光线充足的房间内评估瞳孔大小，并记录瞳孔形态。以确保测试过程中瞳孔追踪不受影响。
  5. 确定双眼是否均适合用于眼动记录。
    注意：    并非所有视频头脉冲测试（vHIT）系统都具备分别记录左眼或右眼眼动的选项。
    1. 在检查受试者眼球运动及视力后，若双眼记录条件不一致，应确定更适合记录眼动的一侧眼睛。
    2. 需特别注意眼部周围区域，若受试者存在单侧或双侧眼睑下垂，应采取适当预防措施。评估并记录睫毛是否过长，以免在测试中影响瞳孔追踪。
    3. 若右眼适合检测，可使用vHIT系统A或系统B进行测试；若仅有左眼适合检测，则必须使用系统A进行vHIT测试。

2. 实验准备

  1. 包含推荐的硬件和软件以实现视频头脉冲测试。安装前请务必阅读使用手册。
    1. 硬件要求包括一台笔记本电脑和一副配套的轻便护目镜，护目镜内含高速摄像机和运动传感器。对vHIT系统A使用惯性运动传感器，对系统B使用头部速度传感器芯片（MEMs陀螺仪）。运动传感器提供有关头部速度的信息。检查各个硬件组件是否完好无损。
    2. 为每个系统安装相应的软件。
  2. 让受试者坐在一个不旋转的稳固椅子上，距离墙面固定注视点至少1.5米（vHIT系统A）或至少1.0米（vHIT系统B）。调节椅子高度，使受试者的眼睛与注视点处于同一水平；或者，在不同高度设置多个注视点以达到相同效果。
  3. 确保房间光线充足，以尽量缩小瞳孔尺寸。向患者详细说明测试的各个步骤。
    1. 要求受试者在测试过程中通过放松颈部肌肉来避免自主头部运动。为优化测试效果，所有头部脉冲动作必须由检查者施加。
    2. 要求受试者在头脉冲过程中避免眨眼。如有需要，可在每次头脉冲之间提供短暂休息以解决此问题。测试期间，受试者应持续注视墙上的一点。

3. 条件与实验设计

  1. 将护目镜佩戴并调整至患者头部，必须牢固固定（这一点至关重要）。
  2. 牢固收紧头带，确保在进行头部脉冲试验时护目镜不会移位。将护目镜的电缆沿颈部中线放置，并连接至电缆固定夹（vHIT 系统 A），或使用配套的电缆夹固定在患者的衣物上（vHIT 系统 B）。
  3. 确保眼睛充分睁开，眼睑位置不得干扰瞳孔检测。如有需要，相应调整眼睑周围的皮肤。
    1. 将护目镜的上部或下部向外倾斜并远离面部，向上或向下牵拉皮肤，然后重新定位护目镜以固定皮肤位置。目视检查护目镜的佩戴是否合适。
      注意： 护目镜的佩戴是一项极为重要的操作步骤。 佩戴不当可能导致数据采集不准确，并在测试中引入噪声。
  4. 通过旋转摄像头的偏航、俯仰或滚动方向，调整摄像头使瞳孔位于图像中央。将下眼睑边缘与图像底部对齐（vHIT 系统 A）。
    1. 使用 vHIT 系统 B 时，在瞳孔周围设置感兴趣区域（ROI），并在笔记本电脑上选择自动阈值。
    2. 在测试开始前，通过短距离的水平和垂直头部运动评估瞳孔追踪情况。确保在所有位置下整个瞳孔均清晰可见。如有必要，手动进行调整。
  5. 检查 LED 反射光（两个白点）是否接近瞳孔边缘。若如此，应将患者头部在俯仰平面上向前移动，以增大两个反射点与瞳孔之间的距离（系统 A 和 B）。
  6. 要求受试者直视前方水平位置的固定点。如果中心激光投射点与墙上的固定点不重合，请重新调整安装在护目镜鼻梁上方部分的激光（系统 A）。

4. 校准

  1. 对于vHIT系统A，在使用相应软件检测水平半规管之前，需先进行标准校准（步骤4.1.1–4.1.2）。完成此操作后，若计划进行垂直半规管检测，则应立即进行头部校准（步骤4.1.3）。
    1. 双击桌面上的软件图标，程序将打开。通过双击选择仪器 EyeSeeCam 图标位于 选择仪器箱.
      1. 选择 标准 在 校准 菜单并点击 准备.
      2. 让受试者注视中间的激光点。告知受试者不要眨眼，并指示其依次注视每个指定的激光点，每个激光点约2-3秒，期间头部保持不动。
    2. 按照屏幕上的指示操作，或确定患者注视各点的顺序。重要的是，每位受试者必须依次注视全部五个点各一次，最好重复两次。
      1. 确保标准校准满足所需标准。良好的校准在校准报告中显示为一个十字，其每条臂长度相等（参见 图1).
      2. 确保有五个高亮圆圈，分别表示一个中心点和四个外围标记（图像中的眼）。同时确保十字臂在垂直和水平方向上均位于零度位置（空间中的眼）。
    3. 执行头部校准以包含垂直半规管（SCC）测试。选择 头部 在 校准 菜单，然后单击 准备.
      1. 确保头部运动的幅度（峰值头部速度） 约 50°/s。振幅 不得超过100°/s（圆刻度标记的边缘）。
      2. 将患者头部沿俯仰轴前后转动至少5次，随后沿偏航轴左右转动至少5次。运动过程会在屏幕上显示。
      3. 确保头部运动的幅度约为 50°/s。注意不要超过 100°/s（圆形刻度标记的边缘）。
      4. 评估校准的质量。了解良好头部校准的特征。
        1. 确保标记不超过圆的边缘，同时保证标记靠近垂直线和水平线。
        2. 确保第三张图像呈十字形，其支腿在垂直和水平方向上的偏移不超过一个三角形（参见 图2).
        3. 如果患者在校准过程中无法充分配合，请使用默认设置。在选择此选项前，应至少尝试重新校准两次。
  2. 对于vHIT系统B，请按照以下校准步骤操作，以启用全部六个半规管的检测。确保感兴趣区域（ROI）包含整个瞳孔区域。
    1. 打开激光。要求受试者移动头部，使左右两侧的激光点对称地等距分布在注视点的两侧（参见 图3).
    2. 告诉受试者保持头部处于该位置。要求受试者用目光跟随可见的激光束光点 仅通过移动眼睛（校准期间，只有一个激光点在左侧和右侧之间交替显示）。
    3. 通过让参与者注视固定点来检查校准情况。使其头部左右移动约10°。
    4. 检查眼动与头动速度是否匹配。需注意，低频头转动过程中出现的矫正性扫视可能提示前庭功能丧失、小脑功能障碍，或二者兼有。

5. 实验步骤

  1. 一般测试原则：
    1. 以不可预测的方式施加头脉冲，包括方向和时机均需随机。
    2. 施加突然的头脉冲，幅度应较小（5°–20°）。
      1. 执行高加速度头脉冲（1,000°/s2–4,000°/s2），确保头脉冲动作迅速。
    3. 进行水平半规管（SCC）测试时，头脉冲的峰值头速度应控制在150°/s–250°/s之间；进行垂直半规管测试时，峰值头速度应控制在100°/s–250°/s之间。
    4. 头脉冲幅度应为5°–20°。每次头脉冲完成后，软件将提供关于头脉冲质量的反馈。
      ​注意：使用vHIT系统A时，若头脉冲起始后70 ms内达到峰值头速度，且峰值头速度超过150°/s（下限可根据个人偏好调整），则头脉冲被接受。系统会以绿色对勾直观显示符合标准的头脉冲，或以红色叉号表示未达到预设标准。使用vHIT系统B时，数据在实际测试过程中实时采集。当满足预设的数据算法标准时，头脉冲将被接受。这些标准包括：测试外侧半规管时，头运动的峰值头速度需在120°/s至250°/s之间；测试垂直半规管时，峰值头速度需在100°/s至250°/s之间。若帧率低于219帧/秒，头脉冲将被拒绝。每次头脉冲后，操作者界面也会显示当前脉冲的反馈信息：绿色圆圈表示头脉冲被接受（操作适当），橙色圆点表示头脉冲被拒绝（操作不当）。
  2. 进行水平半规管测试时，将手置于下颌或头顶。注意避免触碰护目镜带或电缆，以防护目镜发生非预期移动。
    1. 要求受试者在测试期间咬紧牙齿，以减少下颌运动，若测试时手置于下颌，则有助于更直接地将力传递至头部。
    2. 将患者头部在矢状面上前倾30°，使水平半规管完全处于水平位置。每侧施加10至20次头脉冲。请注意，软件会记录施加至每个半规管的总脉冲次数。
  3. 进行垂直半规管测试时，将优势手置于患者头顶，并使手指指向待测前半规管方向，非优势手置于下巴处。
    1. 要求受试者咬紧牙齿（患者可咬住木质压舌板）。注意避免触碰护目镜带或电缆，以防护目镜发生非预期移动（拇指可置于乳突，其余手指置于下颌）。
    2. 目前存在两种用于测试垂直半规管前庭眼反射（VOR）功能的方法。可选择使用2D vHIT（步骤5.3.3）或3D vHIT（步骤5.3.4）测试方法评估垂直半规管功能（见图4）。
    3. 使用vHIT系统B进行检查时采用2D vHIT测试方法。将椅子向左或向右旋转45°，在开始垂直半规管测试前，将桌腿置于地面固定标记处，以确保每次连续测试的起始位置精确对齐。这也能保证受试者测试眼与墙面注视点之间保持至少1米的距离。
      1. 右前（RA）和左后（LP）半规管：将固定椅子向左旋转45°。要求患者注视固定点。此时被测量的眼处于外侧位置。
        1. 右前（RA）：在矢状面内将受试者头部向前旋转，方向垂直于墙面。注意避免触碰电缆或护目镜带。
        2. 左后（LP）：在矢状面内将受试者头部向后旋转，方向垂直于墙面。注意避免触碰电缆或护目镜带。
      2. 左前（LA）和右后（RP）半规管：将固定椅子向右旋转45°。要求患者注视固定点。此时被测量的眼处于内侧位置。
        1. 左前（LA）：在矢状面内将受试者头部向前旋转，方向垂直于墙面。注意避免触碰电缆或护目镜带。
        2. 右后（RP）：在矢状面内将受试者头部向后旋转，方向垂直于墙面。注意避免触碰电缆或护目镜带。
    4. 使用vHIT系统A进行检查时采用3D vHIT测试方法。
      1. 将受试者置于距墙面合适距离的前方，并要求其在整个测试过程中保持该位置不变。
      2. 利用右上角的方向/平面引导图，可视化垂直半规管测试期间头部旋转的平面。若测试操作正确，方向应显示在彩色区域内，其中方向以灰色表示，最近一次垂直头脉冲以黑色表示。
      3. 右前（RA）半规管：将头部向前旋转，并在矢状面右侧偏转45°。左后（LP）半规管：将头部向后旋转，并在矢状面左侧偏转45°。
      4. 左前（LA）半规管：将头部向前旋转，并在矢状面左侧偏转45°。右后（RP）半规管：将头部向后旋转，并在矢状面右侧偏转45°。
      5. 注意避免触碰电缆或护目镜带，以免引入测试噪声。

6. 结果解读

  1. 测试期间，两种vHIT系统均会忽略不符合某些预设标准的数据集。可手动调整系统A的垂直和水平半规管（SCC）的预设头动速度标准（可选）。
    1. 请注意，公司软件中包含的最终算法会在vHIT测试完成后自动剔除含有伪迹和噪声的头脉冲数据 。如果最终测试结果中仍存在噪声或伪迹，需通过手动数据选择来去除伪迹/噪声。
  2. 两种vHIT系统均支持在测试期间录制眼球运动视频，作为额外的故障排查手段。可根据需要启用此功能（可选）。
    1. 使用配套软件在完成vHIT系统A测试后手动去除额外的噪声/伪迹。进入 编辑 菜单。
      1. 选择 速度轨迹 选项，在下拉菜单中选择 多个。
      2. 手动选择要删除的曲线，然后选择 删除所选。系统将生成一份不包含所选曲线的新报告。若误删过多曲线，选择 显示全部 可重新生成包含所有初始数据的原始报告。
    2. 使用配套软件在完成vHIT系统B测试后手动去除额外的噪声/伪迹。进入 2D分析 菜单。
      1. 将光标置于目标头脉冲处，以高亮显示与该特定头脉冲相关的整个图表。若图表包含噪声和/或伪迹，按 删除 键手动移除该头脉冲。
      2. 手动删除头脉冲后，平均增益值及包含扫视的眼动图将同步调整。若发生头脉冲误删，可恢复 数据集。
  3. vHIT测试完成后，评估并解读测试报告。测试报告包括以时间和头动、眼动速度表示的头脉冲二维图示，以及平均增益值的计算结果。
    1. 平均增益值通过将峰值眼动速度（°/s）除以峰值头动速度（°/s）计算得出。水平半规管（SCC）增益值的正常范围为0.80至1.207。判断增益值是否在正常范围内、过高或过低。
      1. 若平均增益值介于0.80至1.20之间，则判定增益值正常。
      2. 若获得的平均增益值高于预期（>1.20），需重新执行vHIT测试的所有步骤，包括重新校准（执行步骤4中的所有步骤及子步骤，并对相应的vHIT系统执行步骤5中的所有步骤及子步骤）。
        ​注意： 高数值并不代表真正的前庭病理状态，而是提示测试操作不当或受试者在测试过程中未充分配合。
      3. 若平均增益值低于0.80，则判定增益值过低，可能提示前庭器官存在病变，表现为前庭眼反射（VOR）功能受损。
      4. 垂直半规管（SCC）增益值的正常范围为0.70至1.207。判断增益值是否在正常范围内、过高或过低。若平均增益值介于0.70至1.20之间，则判定增益值正常。
        1. 若获得的平均增益值高于预期（>1.20），需重新执行vHIT测试的所有步骤，包括重新校准（执行步骤4中的所有步骤及子步骤，并对相应的vHIT系统执行步骤5中的所有步骤及子步骤）。
          ​注意： 高数值并不代表真正的前庭病理状态，而是提示测试操作不当或受试者在测试过程中未充分配合。
      5. 若平均增益值低于0.70，则判定增益值过低，可能提示前庭器官存在病变，表现为前庭眼反射（VOR）功能受损。
    2. 评估测试报告中的图表，判断是否存在扫视。扫视为矫正性眼球运动，若为病理性，则源于VOR功能受损。
    3. 综合分析所有图像资料，依据Abrahamsen等人的定义13，判断是否存在病理性扫视。
      1. 评估潜在扫视的发生频率。扫视必须出现在超过50%的总头脉冲次数中。
      2. 评估潜在扫视的潜伏期。扫视必须发生在头部运动开始后100 ms内，或头部运动停止后100 ms内。
      3. 评估潜在扫视的速度。扫视的峰值速度必须达到至少为峰值头动速度的50%。
      4. 评估潜在扫视的方向。扫视方向必须与VOR方向一致。若扫视方向相反，应考虑该发现是否可能为自发性眼震的表现。

7. 结论

  1. 根据平均增益值及是否存在病理性扫视，将每侧半规管（SCC）的vHIT检查结果分类为正常、非典型或病理状态。
    1. 若平均增益值在正常范围内，且无病理性扫视，则判定该侧半规管功能正常。
    2. 若平均增益值低于正常范围，且存在病理性扫视，则判定该侧半规管功能为病理状态。
    3. 若平均增益值低于正常范围，但未伴随病理性扫视，则判定该侧半规管功能可能受损/非典型。
    4. 若平均增益值在正常范围内，但伴随存在病理性扫视，则判定该侧半规管功能可能受损/非典型。

结果

获得有效且精确的测试结果的前提是进行正确、细致且全面的测试前校准。有关使用vHIT系统A进行正确校准后的报告，请参见图1和图2。系统B的校准通过一步完成，针对全部六个半规管（SCC），要求受试者在激光开启后，视线在出现的两个点之间切换（见图3）。校准完成后，务必检查眼动速度与头动速度是否匹配。正确的校准应使∆值低于21。有关校准程序的详细说明，请参阅制造商提供的操作手册15,16。

眼动追踪分析；以像素和度数表示的眼球位置图；视觉追踪数据对比。
图1：使用vHIT系统A测试水平半规管前的标准校准。 应确保“图像中的眼睛”（左侧图像）包含相当于四个外侧边界以及中心位置的标记，“空间中的眼睛”应显示为一个由垂直线和水平线组成的十字，位于零度位置。 请点击此处查看该图的放大版本。

显示生物力学研究中矢量方向和大小的旋转运动分析示意图。
图 2：使用vHIT系统A测试垂直半规管前的头部校准。 图示为相对于地球坐标系的头部运动三维表示。图中同时显示了水平与垂直方向，以及相对于惯性传感器可能呈斜向的轴线的头部运动。三个极坐标图从三个不同视角展示了头部运动。灰色点：原始头部运动数据，黑色点：校准后的头部运动数据，实心灰色线：相机朝向，实心黑色线：头部朝向。最左侧：灰色与黑色点必须沿左右方向（水平）呈直线排列；中间：灰色与黑色点必须沿上下方向（垂直）呈直线排列；最右侧：灰色与黑色点必须沿两条相互垂直的直线排列，形似十字。 请点击此处查看该图的放大版本。

激光笔眼动追踪实验；注视点显示在墙上，配有追踪头戴设备。
图3：使用vHIT系统B进行校准程序的设置。要求患者将左右两个点与中央注视点保持等距。随着程序进行，每次仅有一个点被点亮，受试者需持续注视可见的光点。当受试者的注视点切换时，系统将追踪瞳孔的运动。请点击此处查看此图的放大版本。

使用这两类设备对水平半规管进行测试的方法类似。对于垂直半规管的测试，可采用二维或三维测试方法。测试全部六个半规管时，请参见图4以了解这两种测试方法的详细说明。

头戴设备进行眼动分析；示意图显示矢量；光学追踪研究。
图4vHIT测试流程的可视化 左侧展示了使用vHIT系统A进行的三维vHIT操作流程。右侧展示了使用vHIT系统B进行的二维改良版vHIT操作流程。中间部分展示了受试半规管（SCCs）的定位示意图。中间部分的图示改编自某智能手机应用程序中的图像（见 材料表）并已获得版权持有者的使用许可。进行水平半规管（SCC）测试时，检查者将双手置于患者的下颌处，向两侧施加头部脉冲刺激。进行垂直半规管测试时，检查者将其优势手（本研究中两名检查者均为右利手）置于患者头顶，另一只手置于下颌下方。a- c) 使用vHIT系统A进行3D vHIT性能示意图。在所有三种设置中，患者均面向摄像机，头部旋转方向与被检测的半规管（SCCs）方向一致。a右前左后（RALP）SCC检测。b水平应力腐蚀开裂（SCC）测试。c左前右后（LARP）半规管功能测试。g–i头部起始位置；箭头指示头部旋转方向；被检测的一组半规管以红色标记。d–f) 使用vHIT系统B进行二维改良vHIT的性能示意图。（d）受试者转头时进行RALP SCC检测 45° 向左，并通过向前或向后旋转头部来传递冲动。 (e水平应力腐蚀开裂（SCC）测试。f) 受试者转身时的 LARP SCC 测试 45° 向右，并通过向前或向后旋转头部来传递冲动。通过旋转患者的头部 45° 在进行 RALP 和 LARP 检测之前，受试者的眼睛与被检测的垂直半规管轴线对齐；因此，施加头部脉冲时主要产生垂直方向的眼动。h), (j），以及（k) 显示头部的起始位置；箭头指示头部旋转的方向；被测试的一组半规管以灰色标记。LARP 表示左前右后平面；RALP 表示右前左后平面。本图的复制已获得授权。 请点击此处以查看此图的放大版本。

每次进行vHIT测试时，测试的每一个单独步骤都至关重要，因为它们可能影响或改变测试结果。每次vHIT测试完成后，检查者必须仔细审阅报告，以确定结果是否有效。应特别注意确保报告中不包含任何噪声或伪迹。已有文献描述了八种可能影响结果的伪迹类型（见图5）。尽管配套软件会从报告中去除大量噪声和/或伪迹，但在评估过程中仍可能需要手动删除噪声和/或伪迹作为额外步骤。如果测试操作正确且受试者在测试过程中充分配合，则在对报告进行评估和解读后，可得出前庭功能正常或真正受损的结论。有关前庭上半规管功能正常受试者的测试报告，请参见图6、图7和图8。一次正常的完整vHIT测试的前提条件包括：平均增益值处于正常范围内，且无病理性扫视眼动。当平均增益值在正常范围内时，头动与眼动速度几乎相同，在镜像视图中对应的曲线几乎完全重合。当不存在病理性扫视时，施加头脉冲期间及之后，头动和眼动速度的波形在全程均高度匹配。

使用头戴设备进行眼动追踪，图表数据；注视分析的实验设置及数据图。
图 5：八种不同伪迹的可视化展示。 每种伪迹均通过图表以及显示引发该伪迹测试情境的配图进行说明（x轴：时间（秒），y轴：头动和眼动速度（°/s））。黑色和红色线条分别表示眼动速度和头动速度。每个面板左侧的图像显示使用vHIT系统A对受试者进行测试的情景，右侧图像显示使用vHIT系统B对受试者进行测试的情景。对应的图表展示了与该伪迹相关的眼动和头动轨迹。（a）校准错误（增益过高），（b）触碰护目镜（双峰），（c）受试者注意力不集中（眼动轨迹方向错误），（d）反弹（头动超调），（e）头带松动（延迟/相位偏移），（f）瞳孔追踪丢失（轨迹振荡），（g）微小眨眼（伪性扫视），（h）眨眼（伪性扫视）17。本图经许可修改自文献17。 请点击此处查看此图的放大版本。

利用速度图进行头脉冲试验分析；在诊断图表中比较左右耳增益。
图6: 外侧半规管 SCCs 正常的检查报告。 需要注意的是，头部和眼部速度曲线相匹配，所有平均增益值均在正常范围内（0.80–1.20），且未见病理性扫视眼动。 (AvHIT系统B报告。左图：增益值以单个点表示，对应峰值头速度与增益值的成对数据；红色表示右侧，蓝色表示左侧。平均增益值亦以数字形式标出（0.91和1）。右图: x轴 = 时间（毫秒），y轴 = 头部与眼动速度。头部与眼动速度以相同方向（镜像视图）显示，以便于解读。BvHIT 系统报告。左侧：x 轴 = 时间（毫秒），y 轴 = 头部与眼球速度（°/秒）。头部和眼部速度方向相反。右侧: 增益值通过最佳拟合线表示，该线穿过代表峰值头部速度与峰值眼部速度（第一个y轴）以及增益值（第二个y轴）的成对数据点；红色表示右侧，蓝色表示左侧。平均增益值也以数字形式标出（1.07 和 1.07）。 请点击此处以查看此图的放大版本。

眼动速度图，含方向增益曲线；眼动实验数据分析。
图 7：vHIT 系统 A 检测后所有六个半规管均显示正常结果的报告。应注意，头动与眼动速度曲线基本重合，所有平均增益值均在正常范围（0.80–1.20）内或更高，且未见病理性扫视眼动。请点击此处查看该图的放大版本。

显示头部和眼球速度的头脉冲试验图；图中包含前、外侧、后半规管分析。
图8：vHIT系统B检测后所有六个半规管均显示正常结果的报告。 需注意，头部与眼球速度曲线完全匹配，所有平均增益值均在正常范围内（0.80–1.20），且未见病理性扫视眼动。 请点击此处查看该图的放大版本。

要判断前庭功能减退，必须同时存在较低的平均增益值和病理性扫视。当出现较低的平均增益值时，眼球速度的幅度明显低于头部速度的相应幅度。若检查结果确为病理性，则必须观察到病理性扫视。这些扫视可能在头部运动期间或之后出现。为了判断扫视是否真正具有病理性，检查者必须从频率、潜伏期、方向和幅度等方面对扫视进行评估。请参见图9和图10中的示例。

头脉冲试验速度数据，水平位条件；图示显示速度回归及不对称性分析。
图9：使用vHIT系统检测后的病理性测试结果 A。 头部运动停止后可见明显扫视（A），头部运动过程中可见隐性扫视（B），有时两者混合出现（C）。还应注意，在病理性扫视同侧，平均增益值低于正常范围。在（B）和（C）中，红色数字1表示隐性扫视，红色数字2表示明显扫视，红色数字3表示被归类为非病理性扫视的小幅度矫正性扫视。 请点击此处查看该图的放大版本。

头脉冲试验结果；增益与速度关系图及相对不对称性分析。
图10：使用vHIT系统B检测后的病理性测试结果。 头部运动停止后可见明显扫视（A），头部运动过程中可见隐性扫视（B），有时两者混合出现（C）。还应注意，在病理性扫视同侧，平均增益值低于正常范围。在（C）中，蓝色数字1表示隐性扫视，蓝色数字2表示明显扫视。 请点击此处查看此图的放大版本。

讨论

所提供的实验设计应使检查者能够以尽可能高的质量完成全部六个半规管的vHIT检测。为了获得可靠的检测结果，该方案中有多个关键步骤需要严格遵循。检测前的评估非常重要，因为多种状况或疾病可能会干扰或改变检测结果。例如，即使前庭功能正常，眼外肌麻痹、斜视或瞳孔畸形也可能严重影响检测结果。每次检测前对设备进行校准也极为关键，因为校准不准确或错误会显著影响检测结果。在实际检测过程中也需特别注意。受试者需要在检测过程中保持配合，实施头脉冲时应特别注意将脉冲方向准确指向目标平面。

文中所述的两种vHIT检测方法各有优缺点。尤其是在进行垂直方向vHIT测试时，检查者必须考虑头部、眼睛和视觉目标的位置。进行头部脉冲时，患者头部可正对墙壁，也可向任意一侧旋转45°。操作者可通过转动患者头部或整个身体来达到该位置。还应考虑何种体位最适合个体患者，因为检测过程中的配合至关重要。  在三维vHIT中对垂直半规管（SCCs）进行检测时，眼球运动同时包含垂直和扭转成分。而在二维改良vHIT检测方法中，通过检测时使眼球向外侧偏转，可消除扭转成分。扭转成分可能增加检测噪声，而眼球外侧偏转则可能因眼睑或睫毛造成伪影。检查者还必须考虑到，在垂直平面内连续施加多次头部脉冲并保持眼球偏转，会使患者感到疲劳。视觉目标也需调整至每位患者的眼睛水平位置。若未做到这一点，可能产生伪影和噪声，干扰检测结果，且患者将难以在检测过程中持续注视目标。检测完成后，检查者必须判断检测结果是否具有足够的质量，并在必要时决定是否重新执行全部检测步骤。最终必须对检测结果进行评估，并在得出最终结论前手动去除所有噪声和/或伪影15,16。

在整个vHIT检测过程中，检测人员必须充分意识到可能产生伪迹的各种诱因。检测过程中的许多不同步骤均可能各自独立地影响最终的检测结果5,12,17,18,19。需要特别注意的是，vHIT检测所提供的两个重要参数——扫视眼动和平均增益值——其异常可能源于伪迹和/或噪声干扰，而非前庭眼反射（VOR）功能本身受损所致。目前尚无统一的平均增益计算标准，各设备制造商采用不同的计算方法。因此，检测人员在比较不同计算方法所得出的平均增益值时，必须谨慎对待。

一项特定研究发现，若采用相同的增益计算方法，几种vHIT系统之间的平均增益值差异无统计学意义19。然而，另一项近期研究发现，平均增益值的差异取决于所使用的设备及增益计算方法20。因此，建议为每种vHIT设备单独获取正常参考值数据21,22,23,24。其他多种因素也可能影响平均增益值，包括护目镜滑动（由绑带过松或检查者触碰护目镜所致）、距墙面距离过短，以及任何隐匿性扫视（若采用AUC增益计算方法）8,12,17,19,25。此外，目前尚无对病理性扫视的明确定义。因此，检查后需对头动与眼动速度曲线图进行解读，以判断是否存在扫视。测试完成后，最终分析所得结论可能受不同评估者之间判断差异的影响，并依赖于操作者既往的vHIT测试经验。建议采用精确且统一的标准来定义病理性扫视。在该领域达成共识之前，推荐应用近期一项研究中定义的四项标准 criteria14。

在过去十年中，前庭功能检测经历了革命性的发展。许多传统的临床床旁检查已被能够客观评估全部五对前庭终器的设备所取代。视频头脉冲试验（vHIT）优于主观性的床旁头脉冲试验，目前全球许多诊所和医院已将其作为眩晕患者前庭功能的首选初筛检测。该检测速度快，对受试者造成的不适极小。然而，该检测容易受到多种误差来源的影响，若未按照特定的预设标准进行操作，则更易出现错误。为了实现vHIT检测在临床和科研中的最佳应用，必须明确定义所需掌握的临床技能、既往经验以及具体的要求或资质。最近一项研究表明，在实施vHIT检测时，具备一定程度的先前经验是有益的；因此，建议未来的检测人员在临床环境中开展vHIT检测前接受系统的培训14。vHIT并非一种简单的“即插即用”式检测；然而，只要操作得当，它能够提供极为出色的前庭系统功能客观诊断。该检测具有很高的阳性预测值，其特异性非常接近百分之百14。

披露

Dan Dupont Hougaard 已从 Otometrics 获得关于 vHIT 理论课程的资金支持。

材料

本文使用的材料清单
姓名公司目录编号评论
EyeSeeCamInteracoustics, 丹麦视频头脉冲试验设备
ICS ImpulseOtometrics, 丹麦视频头脉冲试验设备
VHIT UlmerSynapsys, 法国视频头脉冲试验设备
OtoAccessInteracoustics, 丹麦视频头脉冲试验软件
OTOsuiteOtometrics, 丹麦视频头脉冲试验软件
aVOR AppIphone 应用程序图4中的中段图像经由该应用程序修改而来

参考文献

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勘误


Formal Correction: Erratum: Testing of all Six Semicircular Canals with Video Head Impulse Test Systems
Posted by JoVE Editors on 1/14/2019. Citeable Link.

An erratum was issued for: Testing of all Six Semicircular Canals with Video Head Impulse Test Systems. The article title was updated.

The article title was updated from:

Functional Testing of all Six Semicircular Canals with Video Head Impulse Test Systems

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Testing of all Six Semicircular Canals with Video Head Impulse Test Systems

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