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Aufnahme horizontaler Saccade Performances genau bei neurologischen Patienten mit Elektro-oculogram

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DOI:

10.3791/56934

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13. März 2018

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1Department of Cell Physiology, Kyorin University, 2Segawa Memorial Neurological Clinic for Children, 3Department of Neurology, University of Tokyo, 4Department of Neurology, Kyorin University, 5Department of Neurology, Fukushima Medical University

In diesem Artikel

Zusammenfassung

Der Artikel beschreibt eine praktische Methode zur Erfassung von horizontalen Augenbewegungen mit hoher Genauigkeit durch Elektro-Oculogram bei neurologischen Patienten, mit einer Tasse Ag-AgCl-Elektrode mit einer breiten Kunststoff Franse. Stabile Messung erfordert eine korrekte Auswahl und Fixierung der Elektroden, ausreichend Zeit für Licht Anpassung auftreten und Re-Kalibrierung je nach Bedarf nehmen.

Zusammenfassung

Elektro-Oculogram (EOG) hat seit klinische Augenbewegungen aufnehmen, vor allem horizontale Sakkaden verbreitet obwohl Video-Oculography (VOG) weitgehend die es heutzutage aufgrund der höheren räumliche Genauigkeit stattgefunden hat. Es gibt jedoch Situationen, in denen EOG hat klare Vorteile gegenüber VOG, z. B. Patienten mit schmalen Augen Spalten oder Katarakt Objektive, und Patienten mit Bewegungsstörungen. Der vorliegende Artikel zeigt, dass bei ordnungsgemäßer Umsetzung EOG eine Genauigkeit fast so gut wie VOG mit beträchtlichen Stabilität für die Aufnahme, erreichen kann während Umgehung von Problemen im Zusammenhang mit VOG Aufnahme. Der vorliegende Beitrag beschreibt eine praktische Methode zur Erfassung der horizontalen Sakkaden okulomotorischen Paradigmen mit hoher Genauigkeit und Stabilität von EOG bei neurologischen Patienten. Die erforderlichen Maßnahmen sind zu eine Ag-AgCl-Elektrode mit einer breiten Kunststoff Franse in der Lage, Reduzierung von Lärm zu verwenden und zu warten, bis genügend Licht Anpassung auftreten. Diese Wartezeit hilft auch, um die Impedanz zwischen den Elektroden und der Haut zu senken, und damit stabiles Signal aufgezeichnet, wie die Zeit vergeht. Darüber hinaus wird Re-Kalibrierung durchgeführt, wie während der Aufgabenwahrnehmung erforderlich. Mit dieser Methode der Experimentator Abweichungen der Signale sowie Verschmutzung der Artefakte oder Lärm aus dem Elektromyogramm und Elektroenzephalogramm vermeiden und ausreichende Daten für klinische Auswertung der Sakkaden sammeln kann. Also wenn implementiert, EOG kann eine Methode der hohen Praktikabilität, die weithin für neurologische Patienten angewendet werden kann, aber auch für Studien an gesunden Probanden wirksam sein kann.

Einleitung

Es gibt drei große Möglichkeiten, Augenbewegungen, die konventionelle EOG der VOG, aufgenommen von der Video-basierte Eye-tracking-System und der skleralen Suchmethode Spule (SSC) aufzuzeichnen. Unter anderem wurde EOG häufig verwendet für die Aufzeichnung von Augenbewegungen bei Patienten seit den 1970er Jahren wegen seiner Einfachheit. Überall anwendbar, die klinische Bevölkerung, diese Methode ausgiebig für die Diagnose von neurologischen Patienten verwendet worden und hat nützliche Angaben über die Pathophysiologie, die zugrunde liegenden Erkrankungen1,2, 3,4,5. Darüber hinaus ist es nach wie vor die einzige Technik, die praktisch für die Aufzeichnung von Augenbewegungen während des Schlafes (Rapid Eye Movement während der REM-Schlaf und andere Formen der Augenbewegungen) verwendet werden kann.

Da der Augapfel in seinem vorderen Aspekt einschließlich der Hornhaut im Verhältnis zu seiner hinteren Seite positiv geladen ist, gibt es eine Spannungsdifferenz zwischen den vorderen und hinteren Aspekten der Augen bezeichnet das Corneo Retinal-Potenzial. Aufgrund des Vorhandenseins von diesem Potenzial die richtige Elektrode werden positiver als die linke, wenn die Themen dreht ihren Blick nach rechts, und negativ werden, wenn sie ihren Blick nach links drehen. Da die Spannungsdifferenz zwischen den linken und rechten Elektroden deutlich mit dem Drehwinkel der Augäpfel für horizontale Sakkaden korreliert, kann es zur horizontalen Augenbewegungen messen. Allerdings hält diese Korrelation nicht für die vertikale Richtung, obwohl vertikale EOG noch verwendet werden kann, um Auge Bewegungen6zu messen. Auf der anderen Seite, verwenden einige Studien vor allem vertikale EOG zur Überwachung blinkt.

Vor kurzem jedoch VOG hat weitgehend an die Stelle der EOG aufgrund der höheren räumliche Genauigkeit bis zu 0,25 - 0,5 Grad und ist inzwischen die Standardmethode für die Aufnahme in der klinischen Einstellung Saccade. Unterdessen kommt EOG eher veraltet betrachtet werden, da seine räumliche Genauigkeit, höchstens 0,5 Grad niedriger als die der VOG ist.

VOG hat jedoch auch ihre Nachteile, wenn in der klinischen Einstellung verwendet. Es gibt Fälle, in denen VOG nicht durchführbar ist; zum Beispiel wird Eye-tracking ungenau in Fächern mit einem schmalen Auge Spalt wie wenn der Großraum der Hornhaut durch die Augenlider verschlossen ist. Bei Patienten mit Katarakt-Objektive behindert aberranten Reflexion des Infrarotlichts zuverlässige Aufzeichnung von der Blickrichtung. Darüber hinaus bieten EOG Vorteile für einige, die Menschen, für die ihre Bewegungsstörung VOG Aufnahme erschwert. Darüber hinaus ist die VOG System teurer im Vergleich zu der Einrichtung der EOG, wodurch oft der ehemaligen in gewöhnlichen medizinischen Einrichtungen nicht verfügbar.

Auf der anderen Seite gilt die SSC-Methode als der Goldstandard für die Messung der Augenbewegungen. Verglichen mit VOG und EOG, diese Methode bietet die höchste räumliche Genauigkeit bis zu 0,1 Grad und ist besonders nützlich, wenn die Aufnahme hoher Frequenz Kopfbewegung6beinhaltet. Diese Methode ist jedoch potentiell invasiv, d. h., schmerzhaft und sehr irritierend für die Augen, und ermöglicht die Aufnahme nur für eine kurze Zeit, etwa unter 30 min oder kürzere7,8,9,10 . Diese kurze Dauer macht es eine Methode ungeeignet für umfangreiche klinische Anwendung, obwohl es in einigen spezialisierten Einrichtungen11erfolgreich benutzt worden ist.

Basierend auf früheren Studien, die Aufnahme von mehr als 250 neurologischen Patienten und 480 Normalpersonen von der gleichen Gruppe12,13,14,15,16,17, 18,19, die vorliegende Studie zeigt, dass EOG ist genau genug, um als Standardtechnik der Auge Bewegung Aufnahme dienen, und vielseitig einsetzbar für die klinische Bevölkerung unter Umgehung verschiedene Nachteile der VOG und SSC. Der vorliegende Artikel beschreibt eine stabile EOG Aufnahme Methode, mit einer Elektrode mit einem breiten Rand damit breite und stabile Kontakt mit der Haut, ähnlich wie ein EEG-Elektrode mit Kollodium für die Aufnahme eines langen Zeitraums sicher auf der Kopfhaut befestigt. Die Impedanz der Elektrode ausfällt und die Aufnahme wird mit der Zeit stabil die Artefakte von Gesichtsmuskeln und Elektroenzephalographie dadurch effektiv zu reduzieren. Diese Methode wird mit gleichzeitig aufgezeichnete VOG verglichen. Wenn Sie richtig vorbereitet und umgesetzt, EOG ist so gut wie VOG in Bezug auf Genauigkeit für Aufnahme Sakkaden bei neurologischen Patienten und EOG möglicherweise sogar besser geeignet, um Saccade Aufnahme bei normalen Probanden.

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Protokoll

Alle experimentelle Verfahren in dieser Studie wurden genehmigt und nach den Richtlinien des Instituts Humanforschung Ethik-Kommission nach Einwilligung durchgeführt.

1. bereiten Sie das Thema und den Raum für rekodieren

  1. Führen Sie Aufnahme in einem Raum mit niedrigen ambient-Beleuchtung, um genügend Licht Anpassung zu ermöglichen.
  2. Haben Sie Themen sitzen vor einer schwarzen, konkave kuppelförmigen Bildschirm messen 90 cm im Durchmesser, die Leuchtdioden (LEDs) eingebettet in Nadelstiche, dienen als den Befestigungspunkten und Saccade Ziele für den okulomotorischen Paradigmen verwendet enthält.
    Hinweis: Die LEDs sind in horizontalen, vertikalen und schrägen Arrays in einem schwarzen, konkave kuppelförmigen Bildschirm, d.h.in 8 Richtungen getrennt um 45 Grad von der Mitte und in einem Abstand von 5 Grad vom Zentrum entfernt, wie ursprünglich entwickelt wurde, von Kato angeordnet. Et Al. 20 für Verhaltens- und physiologische Studien, und für den menschlichen Gebrauch von Hikosaka Et Algeändert. 21
  3. Machen Sie für die Steuerung der okulomotorischen Aufgaben jedes Thema, verbunden mit einem Mikrocomputer, wodurch das Thema einleiten und Beenden einer Aufgabe Prüfung durch Drücken und Loslassen der Taste gedrückt ein Mikroschalter.
    Hinweis: Aufgaben und Datenerfassung erfolgt durch ein maßgeschneidertes Programm auf einem typischen Windows-PC.
  4. Stabilisieren Sie das Thema Kopfposition von Kinn und Stirn Pausen sowie ein Stirnband.

2. Platzieren Sie die Elektroden für EOG

  1. Verwenden Sie eine Ag-AgCl-Cup-Elektrode für die Aufzeichnung von EOG (Abbildung 1), hat einen Durchmesser von 1,8 cm und einer Dicke von 3,5 mm. Der Boden des Bechers umfasst die Ag-AgCl-Elektrode und der Seitenwand ist umgeben von einer Kunststoff Franse von 5 mm Dicke, breite Berührung mit der Haut aktivieren.
  2. Reinigen Sie die Haut mit einem Alkoholtupfer.
  3. Füllen Sie die Tasse mit Elektrode Paste.
  4. Stabil fixieren Sie die Elektrode auf der Haut zu, indem man doppelseitiges Klebeband unter dem Kunststoff und legen Sie die Fransen auf der Haut.
  5. Für die Aufzeichnung von horizontalen Sakkaden von EOG, platzieren Sie die Elektroden an den bilateralen Augenwinkel der Augen, während für die Aufzeichnung von vertikalen Sakkaden, platzieren Sie die Elektroden oberhalb und unterhalb eines Auges.

3. richten Sie die Verstärker für Aufnahme

  1. Verwenden Sie einen Gleichstrom (DC)-Verstärker für die Aufnahme der EOG mit dem Signal digitalisiert bei 500 Hz.
  2. Notieren Sie VOG gleichzeitig mit der videobasierten Eye-tracking System, das Okular Fixierung Positionsdaten bei einer Abtastrate von 500-1.000 Hz erfasst.
  3. Ernähren Sie den analogen Ausgang der horizontalen und vertikalen Auge Positionen zu und setzen Sie den Filter das Datenerfassungssystem mit dem Signal Tiefpass-Filter bei 20 Hz.
  4. Auch, stellen Sie den Filter, High-Intermediate Rauschen wie Elektromyographie und Elektroenzephalographie zu vermindern.
    Hinweis: Für die Analyse, weitere Glättungsprozess ist notwendig für die Berechnung der Saccade Geschwindigkeitsprofile von Auge-Positionsdaten (hier 3-Punkt Glätten erfolgte dreimal).
  5. Wenn möglich, Messen Sie die Impedanz zwischen den Elektroden und der Haut und halten Sie es unter 20 kΩ.

(4) Wartezeit nach der Platzierung der Elektroden für Licht Anpassung

  1. Warten Sie 10-20 min nach dem Platzieren der EOG-Elektrode auf der Haut, bis genügend Licht Anpassung stattfindet.
  2. Ermöglichen Sie die Aufnahme zu stabilisieren und die Impedanz zwischen Elektrodengel zu verringern.

5. kalibrieren Sie die EOG und VOG-Signale

  1. Führen Sie Auge Bewegung Kalibrierung vor jedem Test-Session mit den Themen 5 vorgegebenen Orten betrachten.
  2. Machen Sie genauer gesagt, Themen visuelle Ziele anzuzeigen, in der Mitte und diejenigen, die 20 Grad nach links, rechts, nach oben zu erscheinen, und nach unten von der Fixierung Punkt, sowohl für EOG und VOG.
  3. Einstellen Sie die Verstärkung des EOG wie die Themen auf diese Spots, fixieren so, dass mit der Custom-Built Datenerfassungssystem für die Überwachung der aktuellen Augenposition auf dem Computerbildschirm angezeigt die soll-Position auf dem Bildschirm angezeigt entspricht.

6. zeichnen Sie Sakkaden mit der okulomotorischen Paradigmen und kalibrieren Sie Auge Positionen bei Bedarf während der Sitzung

  1. Weisen Sie die Themen über die okulomotorischen Paradigmen.
    Hinweis: Zwei okulomotorischen Aufgaben dienen in der Regel für klinische Studien, die optisch geführte Saccade (VGS) und antisaccade (AS) Aufgaben. Kurz, in VGS, wenn Themen die Taste drücken, ein zentraler Punkt in der Mitte der Kuppel leuchtet und die Themen werden zunächst aufgefordert, an dieser Stelle zu fixieren. 1,5-2 s später, ein Ziel wird vorgestellt, nach dem Zufallsprinzip an einem Ort 5, 10, 20 oder 30 Grad horizontal nach links oder rechts davon zur gleichen Zeit wie die zentrale Fixierung Ort erloschen ist. Die Probanden sind angewiesen, um ein Saccade in Richtung dieses Ziels zu machen. Machen Sie in der AS-Aufgabe die Themen erste Drücken Sie die Taste und dann verlangen Sie, dass sie auf der zentralen Fixierung Punkt zu fixieren, wie es scheint. 1,5-2 s später das Ziel springt nach links oder rechts davon, ähnlich wie oben. Die Themen sind verpflichtet, ein Saccade eine spiegelsymmetrische Position über die zentrale Fixierung vor Ort leisten.
  2. Haben Sie die Themen drücken Sie die Taste und die Prüfungen beginnen.
  3. Während der Sitzung einstellen Sie die Verstärkung des EOG während die Aufgabenleistung so, dass die aktuelle Augenposition auf dem Bildschirm angezeigten immer die Zielposition, die gleichzeitig auf demselben Bildschirm angezeigt ausgerichtet ist. Sowohl für EOG und VOG durchführen Sie Re-Kalibrierung für Anpassung bei Bedarf während der Experimente.
  4. Um die Leistungen der beiden Methoden zu vergleichen, analysieren Sie die gefilterte und digitalisierten EOG-Signale aus dem DC-Verstärker und VOG von einem speziell angefertigten Computerprogramm zu und zeigen Sie die EOG und VOG-Signale zusammen in derselben Spur.

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Ergebnisse

Abbildung 2 zeigt repräsentative gleichzeitige Aufzeichnungen der EOG und VOG in einem normalen Subjekt. 8 Studien der VGS überlagern EOG (graue Kurve) und VOG (rote Kurven; Abbildung 2 ( A). durch das vorliegende Verfahren kalibriert, EOG und VOG Daten sind dafür bekannt, über einen Bereich von 5-30 Grad linear sein, und die räumliche Genauigkeit der Daten ist 0,5 Grad.

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Diskussion

Obwohl heute die vorherrschende Methode zur Erfassung von Sakkaden der VOG geworden ist, zeigte die vorliegende Studie, dass EOG eine Genauigkeit fast vergleichbar mit der VOG bei ordnungsgemäßer Umsetzung (Abbildung 2) erreichen kann. Das vorliegende EOG-Verfahren hat gezeigt, dass eine gute Korrelation mit VOG zu erreichen, bei der Aufnahme von horizontalen Sakkaden und hat erfolgreich eingesetzt in vielen früheren Studien von der gleichen Gruppe12,

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Offenlegungen

Die Autoren haben nichts in Bezug auf diese Studie offen zu legen.

Danksagungen

Dr. Terao wurde durch ein Forschung Projekt Beihilfe für die wissenschaftliche Forschung vom Bundesministerium für Bildung, Kultur, Sport, Wissenschaft und Technologie in Japan [16 K 09709, 16 H 01497] unterstützt. YU wurde unterstützt durch ein Forschung Projekt Beihilfe für wissenschaftliche Forschung vom Bundesministerium für Bildung, Kultur, Sport, Wissenschaft und Technologie in Japan [No.25293206, Nr. 22390181, 15 H 05881, 16 H 05322]; durch Zuschüsse aus Research Committee on die besten rTMS Behandlung der Parkinson Krankheit aus dem Ministerium für Gesundheit und Wohlergehen von Japan; und durch Research Committee on Dystonie des Ministeriums für Gesundheit und das Wohlergehen von Japan.

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Materialien

Liste der in diesem Artikel verwendeten Materialien
NameUnternehmenKatalognummerKommentare
ElektrodeNihon-Kohden (Tokio, Japan)NS111-115Becherelektrode
ElektrodenpasteNihon-Kohden (Tokio, Japan)Gelaid Z-101BAGel-Elektrodenpaste zum Ausfüllen der Becherelektrode
Klebeband Nihon-Kohden (Tokio, Japan)H261Doppelklebeband zur Fixierung der Elektrode
DC-VerstärkerNihon-Kohden (Tokio, Japan)AN-601GVerstärker für
EOG videobasiertes Eye-Tracking-SystemSR research (Mississauga, Ontario, Kanada)Eyelink IIEye-Tracking-System zur Aufzeichnung VOG
FilterNF CorporationMS-521Filter für das EOG-Signal

Referenzen

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