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方法文章

利用主观视觉垂直范式评估水平面内的静态重力感知

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DOI：

10.3791/60418

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2020年4月28日

 ,  , 
1Department of Neurology, Medical University Vienna, Austria, 2Karl Landsteiner Institute for Clinical Epilepsy Research and Cognitive Neurology, Vienna, Austria

* These authors contributed equally

本文内容

摘要

重力感知通常通过头部直立位时的主观视觉垂直线来确定。在冠状面内分别进行±15°和±30°的头部倾斜附加评估，可提高检测重力感知功能障碍的信息含量。

摘要

前庭系统疾病是医学中最常见的综合征之一。近年来，新型前庭诊断系统的引入使得在临床环境中能够检查所有半规管的功能。然而，负责线性加速度感知及重力感知的耳石系统的评估方法在临床上的应用仍相对有限。目前存在多种用于测量重力感知的实验方法，其中最常用的是主观视觉垂直线（subjective visual vertical）测定法。该方法通常在受试者头部直立位时进行测量。本文介绍一种用于检测耳石器官在滚动平面（roll plane）功能的评估方法，即在头部直立位以及头部向左右两侧分别倾斜 ±15° 和 ±30° 的条件下测量主观视觉垂直线。这种扩展的功能检测范式是一种易于实施的临床测试，可提高对重力感知功能障碍检出的信息含量。

引言

前庭外周性及中枢性病变均可导致耳石功能障碍1。前庭外周性病因包括梅尼埃病、迷路梗死以及上或下前庭神经炎。中枢性耳石功能障碍可发生于从脑干经丘脑2至前庭皮层3的中枢耳石通路受损时。此外，小脑疾病中也可见耳石反射减弱4。尽管目前已有一些标准化方法（如冷热试验或视频头脉冲试验）用于评估半规管功能，但尚无标准化的临床检测方法用于重力估计和垂直感知的评估5。

由于耳石负责感知线性加速度，因此原则上可通过记录所谓的平移性前庭-眼反射（t-VOR）来测量耳石功能。然而，这需要使用特殊的复杂设备，例如平行摆动装置或线性滑车4,6。为了评估单侧球囊和椭圆囊功能，已开发出一种特定的偏心离心测试，可在配备专用旋转椅系统的临床平衡实验室中应用7。当头部偏离旋转轴3.5–4 cm时，偏心位置的椭圆囊会受到单侧的合成离心力刺激。在此范式中，可通过测量诱发的眼球扭转或主观视觉垂直（SVV）来评估耳石功能。然而，该方法同样需要复杂的设备，且在SVV和眼球扭转评估方面仍表现出有限的敏感性7。耳石功能还可通过眼动记录进行量化。评估可在水平或线性加速度下进行，也可在翻滚平面内进行头部或身体倾斜时结合三维视频眼动图（3-D videooculography）实施。后者可测定眼球扭转。但由于该方法敏感性较低，其临床应用也受到限制8。身体垂直感（即个体感知自身身体与真实垂直方向对齐的感觉）可通过所谓的主观姿势垂直进行评估。在此实验任务中，患者坐在电动万向支架的座椅上，在俯仰或翻滚平面内倾斜15°，并被要求指出何时进入和离开直立位置。该技术的缺点不仅在于其实验操作复杂，还在于其同时测量了耳石信号和身体本体感觉信号9。前庭诱发肌源性电位（VEMPs）是否可作为多种临床疾病中耳石功能的有效筛查工具，目前仍有争议10,11。

目前，视觉任务是临床上测量重力感知功能最常用的方法，可通过测量主观视觉垂直（subjective visual vertical, SVV）来实现12。从精确的生理学角度来看，SVV 并非单纯对耳石器官功能的直接检测，因为 SVV 是多种信息来源（包括重力、本体感觉，以及在可获得时的视觉信息）加权整合的结果。然而，为了便于快速临床应用，已开发出一种简化版的 SVV 检测方法，即所谓的“桶测试”（bucket test）13，特别适用于急诊环境，可立即发现重力感知的急性障碍。更为精确和标准化的操作方法是让受试者在黑暗环境中直立状态下，将一条光条或光杆调整至其判断的垂直方向。健康个体在此条件下的偏差通常限制在地球垂直方向的 ± 2° 范围内14。利用 SVV 任务，迄今为止已在多种神经系统疾病中评估了重力感知功能，例如脑卒中15,16或帕金森病17。此外，单侧18,19或双侧前庭损伤20患者，以及良性阵发性位置性眼震患者，也均被报道存在 SVV 感知障碍21。

本文介绍了一种改进的主观垂直视觉（SVV）评估方法，该方法不仅在头部直立位测量SVV估计值，还在滚转平面内±15°和±30°的头部倾斜位置进行测量。这一范式提高了检测重力感知缺陷以及SVV系统性偏斜的信息含量。

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方案

该研究已获得维也纳医科大学伦理委员会的批准，并按照《赫尔辛基宣言》中的伦理标准进行。所有患者和对照组参与者在研究开始前均签署了知情同意书。

1. 患者在牙科椅上的安置

  1. 进行双眼测量。让患者坐在带有靠背和头部固定装置的稳定座椅上。该装置可使患者的头部保持稳定且位置固定，由一条弹性头带和一个U形头枕组成，两者可通过粘性绑带相互固定。将座椅置于可封闭的暗室中，以便在黑暗环境下评估主观垂直视觉（SVV）。
  2. 通过将头枕对准附着在椅背上的量角器刻度，将其调整至所需倾斜角度（0°、±15° 或 ±30°）。实验开始时，将头枕在枕下高度处调整为0°倾斜。
  3. 将弹性头带放置于患者头部，并用后部的螺丝固定。确保头带不要置于患者前额过低的位置，以免影响眼球运动。
  4. 将头带和头枕上的粘性绑带相互连接，以确保患者头部与座椅上的头枕实现最佳固定。

2. SVV 装置的安装

  1. 使用固定装置将SVV单元安装在患者前方的椅子上（图1a）。SVV单元由一根杆上安装的LED光条组成，可置于患者前方。通过连接的电位计可在滚动平面内调节光条的位置。
  2. 确保SVV单元牢固固定，并且光条正对患者头部，且与患者眼睛处于同一水平高度。
  3. 将SVV单元连接到椅子下方的电源接口。
  4. 将电位计置于患者的左手，并指导其如何进行SVV调节。站在患者前方，如有必要，再次调整光条位置，以确保其位于冠状平面内。
  5. 从SVV单元背面的量角器上读取相对于真实垂直方向的SVV偏差值。量角器具有±20°范围、以2°为间隔的角度显示，并配备一个位于显示面前方3 cm处的红外摄像头，可在完全黑暗环境中实现连续数据采集（图1b, 1c）。
  6. 在进入下一步之前，检查屏幕上的可见性。角度显示的红外图像被传输至舱室外的屏幕，从而可在不打开舱门的情况下持续收集患者的SVV估计值，避免测试间因开门导致的视觉重新定向。

3. 在视觉控制下的校准

  1. 将光条相对于绝对垂直方向（每次主观垂直视觉任务前的起始位置）向右或向左倾斜30°，要求患者在视觉控制下将其调整至垂直位置。此步骤用于对患者进行自我校准，并检查患者的视觉运动能力。
  2. 若患者确认所显示的主观垂直视觉位置，则将其与实际垂直方向进行比较。
  3. 若患者的设定值与实际垂直方向存在显著偏差，需再次检查主观垂直视觉装置的直立位置。偏差在±1°范围内可视为视觉运动功能正常。

4. 中立头位时的SVV设定

  1. 打开用于同步记录SVV估计值的检查协议。该协议可在实验过程中记录测量数据，并随机确定SVV任务从+30°或-30°的起始位置开始执行。
  2. 关闭舱门，使患者在整个实验过程中处于完全黑暗的环境中。通过内部对讲系统检查患者是否能清楚理解指令。现在请患者将光条调整至起始位置：向右或向左倾斜30°（根据实验方案进行随机化）。 图1d).
  3. 等待15秒后，指导患者调节光条，使其从起始位置移动至主观垂直位。患者无时间限制，可随时进一步校正所设定的位置。患者通过内部对讲系统口头确认设置。
  4. 在实验方案中记录显示屏上显示的倾斜角度（单位：度）。根据定义，顺时针方向的角度偏差标记为正，逆时针方向的角度偏差标记为负。. 总共让患者进行6次SVV调整，每次的起始位置在±30°范围内随机设定。
  5. 在完成中立头位的试验后，进行头部在翻滚平面倾斜状态下的测试。每位患者的倾斜方向顺序（-30°、-15°、+15° 和 +30°）也需随机化。

5. 头部倾斜时的 SVV 设置

  1. 通过断开固定胶带，解除初始的头部固定。
  2. 松开头枕，并根据实验方案调整倾斜角度：向右或向左倾斜15°或30°。确保头枕与附着在椅背上的角度计所示相应角度完全对齐，并牢固固定头枕于该位置。
  3. 使用弹性头带将患者头部固定在头枕上。确保该头部倾斜角度对患者而言是可耐受的，并根据需要调整头枕高度。指导患者在试验过程中保持此头部位置。
  4. 关闭舱门，并按照中立头位的方式进行试验。
  5. 试验完成后，解除头部约束，并根据实验方案规定的随机化头倾位置重新调整头枕。
  6. 再次关闭舱门，重复相同操作，直至记录完所有头倾角度下的SVV设定值。

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结果

SVV评估采用一种旋转椅系统（图1a），该系统包含一个可倾斜的头托和一个可调节的LED光条。SVV的调整通过红外相机记录光条背面的量角器显示（图1b）获得。所使用的设备和测试方案与本文所述的测试方法完全一致。

在13名健康个体中进行了主观垂直视觉（SVV）测量，平均年龄为52.8岁，性别分布为69.2%女性和30.8%男性。所有受试者均无前庭系统疾病史，并在前庭功能和眼动功能测试中表现正常，测试内容包括自发性眼动或自发性眼震评估、凝视诱发性眼震评估（±25°）、水平和垂直扫视（±5-20°）、平滑追踪眼动（0.1、0.2和0.4 Hz）、正弦波旋转椅试验检测前庭-眼反射（VOR）增益（0.04、0.08和0.32 Hz）以及VOR抑制试验（0.04 Hz）。在头部处于0°位置时，评估了SVV相对于实际垂直线的绝对倾斜角度（图2），结果显示SVV中位数为1.33（95% CI 0至3.00），该数值与文献报...

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讨论

主观垂直视觉（SVV）是一种用于确保垂直感的方法。它由多种信息整合而成。由于前庭系统在这一感知中具有至关重要的作用，已有研究表明，前庭信息传导通路中任何水平的损伤均会导致SVV误差。

目前，直立头位下的主观垂直视觉（SVV）测量被视为记录耳石功能的临床标准方法。然而，该方法的敏感性较低，因为在黑暗环境中，健康个体的SVV偏差仅限于地球垂直方向的±2°范围内14。既往实验研究表明，在额状面内倾斜头部可提高SVV测试的敏感性23。已有若干研究报告探讨了头部倾斜对正常受试者SVV估计值的影响，证实在此范式下反应变异性更高，因此在重力感知评估方面可能具有更高的敏感性。但这种动态方法是否确实能更有效地检测耳石功能，仍有待通过直接的方法学比较加以验证。然而，此前所有实验研究均未采用标准化的头部倾斜方案，所应用的倾斜角度在矢状面上从7°到20°、30°、35°甚至45°不等24,25<...

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披露

作者无任何利益冲突需要披露。

材料

本文使用的材料清单
姓名公司目录编号评论
可调节塑料测角板，7,87" x 7,87"（标有 0°、15° 和 30° 倾斜角度）自制6用于固定在靠背上，并沿指定倾斜角度（0°、15°、30°）调节头枕
后部带可调螺丝的弹性头带Micromedical Technologies Inc4经改装，附加了粘贴带
高清液晶显示器，分辨率 1366 x 768p，19"Philips5用于舱外监测主观视觉垂直线调整（红外摄像记录）
主观视觉垂直线检测装置，包含红外摄像机（黑白，分辨率 0,25°）Micromedical Technologies Inc2
System 2000（带离心装置的旋转前庭椅系统）Micromedical Technologies Inc., 10 Kemp Dr., Chatham, IL 62629-9769 美国1
可倾斜头枕 Micromedical Technologies Inc3经改装，附加了粘贴带

参考文献

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头部倾斜评估耳石功能检测主观视觉垂直（SVV）测量方案颈肌张力障碍评估肉毒毒素治疗反应头部固定技术随机倾斜角度临床前庭功能检测
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