Dreidimensional Vestibuläre Ocular Reflex-Test mit Six Degrees of Freedom Bewegung Platform

Das allgemeine Ziel dieses Verfahrens besteht darin, die dreidimensionale vestibuläre Funktion bei Patienten mit vestibulären Störungen zu bestimmen. Dies wird erreicht, indem der Proband zunächst auf eine Bewegungsplattform gesetzt und der Sicherheitsgurt angelegt wird. Anschließend werden sklerale Suchspulen in die Augen des Probanden eingesetzt.

Um die vestibuläre okuläre Reflexantwort in drei Dimensionen zu messen, verwenden Sie ein Vakuumkissen und eine Beißeinrichtung, um den Probanden zu fixieren. Danach wird die Plattform aktiviert. Sie gibt sinusförmige und Sprungreize in zufälliger Reihenfolge aus, um das vestibuläre System in allen drei Dimensionen zu testen.

Der letzte Schritt ist die Offline-Analyse der Augenspulendaten, um die Größe und Ausrichtung des vestibulären Okularreflexes zu ermitteln. Letztendlich werden die Verstärkung (Gain) und Ausrichtung des vestibulären Okularreflexes verwendet, um eine normale von einer pathologischen vestibulären Funktion zu unterscheiden. Mit dieser Technik können wir das vestibuläre System in allen drei Dimensionen testen.

Dies ist ein wesentlicher Vorteil gegenüber bestehenden Methoden wie Einzelzugangs-Drehsesseln, die in HNO-Kliniken verwendet werden. Die Methode ermöglicht Einblicke in die dreidimensionale vestibuläre Funktion bei gesunden Probanden. Außerdem wird die Methode zur Untersuchung vestibulärer Erkrankungen wie Sonoma-Tumoren, vestibulärer Neuritis und zahlreicher Fehlregulationskrankheiten eingesetzt.

Den Vorgang werden Joyce DITs Kasper Boer, beides Doktorandinnen, sowie Johan Pell, Mitarbeiter im wissenschaftlichen Personal meiner Forschungsgruppe, demonstrieren. Beginnen Sie das Verfahren, indem Sie die Versuchsperson auf einen Stuhl setzen, der in der Mitte einer Bewegungsplattform befestigt ist, und befestigen Sie sie mit einem Vierspunkt-Sicherheitsgurt, der am Boden der Plattform verankert ist. Während des Experiments nehmen Sie die Augenbewegungen beider Augen mit 3D-skleralen Suchspulen und einem standardmäßigen 25-Kilohertz-Zweifeldspulensystem auf, das auf der Amplitudenerkennungsmethode nach Robinson basiert.

Um dies zu erreichen, betäuben Sie zuerst die Augen des Probanden mit einigen Tropfen Oxybutan in jedem Auge. Danach werden die in Silikon eingebetteten skleralen Suchspulen in jedes Auge eingesetzt. Sobald die Suchspulen eingeführt sind, positionieren Sie den Kopf des Probanden so, dass die gedachte Linie, die die Mm. externi mit dem unteren orbitären Foramen oder den Riedelschen Linien verbindet, innerhalb von sechs Grad zur Erdoberfläche horizontal liegt.

Als Nächstes immobilisieren Sie den Kopf des Probanden mithilfe eines Vakuumkissens, das um den Hals des Probanden aufgepumpt wird. Danach beißt der Proband auf eine individuell angefertigte dentale Abformung, die als Bissplatte dient. Die Bissplatte ist über einen starren Stab mit dem kubischen Rahmen verbunden und enthält zwei 3D-Sensoren zur Messung unerwünschter Kopfbewegungen über Winkel- und lineare Beschleunigung.

Danach aktivieren Sie die Bewegungsplattform und heben sie in ihre Betriebsposition. Kalibrieren Sie die horizontalen und vertikalen Signale beider skleraler Suchspulen einzeln, indem Sie den Probanden anweisen, nacheinander fünf Sekunden lang auf eine Reihe von Zielmarken zu fixieren. Anschließend starten Sie eine Sequenz vorprogrammierter Bewegungen.

Die Bewegungsplattform ist in der Lage, durch die Verwendung von sechs computergesteuerten elektromechanischen Aktuatoren, die hier gezeigt werden, Dreh- und Translationsreize in insgesamt sechs Freiheitsgraden zu erzeugen. Zur Definition der Bewegung wird ein standardmäßiges rechtshändiges Koordinatensystem verwendet. Das Koordinatensystem ist in einem Punkt zentriert, der sich genau zwischen den Ohren des Probanden befindet, und wird aus der Sicht des Probanden definiert.

Zunächst wird eine Drehung nach links als positive Bewegung in Z-Richtung definiert. Dies wird als Gierung bezeichnet. Anschließend wird eine Abwärtsbewegung als positive Bewegung in Y-Richtung definiert. Dies wird als Nickbewegung bezeichnet.

Definieren Sie schließlich eine rechte Wortdrehung als positive Bewegung in X-Richtung. Dies wird als Roll bezeichnet. Beginnen Sie damit, die Plattform- und Augenbewegungsdaten mithilfe eines am hinteren Ende der Plattform montierten Laserstrahls zu synchronisieren.

Die Ausgangsposition wird erkannt, wenn der Laser auf eine kleine Fotodiode projiziert wird, die sich an der Rückwand befindet und während des Verfahrens überwacht wird, wodurch sinusförmige Reize sowohl bei Licht als auch im Dunkeln erzeugt werden. Bei Licht fixiert der Proband stets ein kontinuierlich leuchtendes rotes LED-Licht, das sich 177 Zentimeter vor ihm befindet; im Dunkeln hingegen erfolgt keine Fixation. Das Licht wird zwei Sekunden eingeschaltet und danach ausgeschaltet, bevor jede Bewegung beginnt.

Als Nächstes führen Sie Ganzkörperrotationen um die drei kardinalen Achsen über die Bewegungsplattform durch: die rokkale oder vertikale Achse, die interorale Achse und die nasalo-okzipitale Achse. Zusätzlich zur Stimulation um die kardinalen Achsen führen Sie Ganzkörperrotationen in Schritten von 22,5 Grad zwischen Wank- und Nickbewegung durch. Führen Sie anschließend Impulsstimulationen in einer schwach beleuchteten Umgebung unter Verwendung der LED als visuelles Ziel durch.

Um dies zu erreichen, geben Sie kurze Impulse entlang jeder der drei Hauptachsen sowie der horizontalen Zwischenachsen in 45-Grad-Winkeln ab. Wiederholen Sie jeden Impuls sechsmal und geben Sie diese in zufälliger Reihenfolge ab. Variieren Sie zusätzlich den Bewegungsbeginn zufällig zwischen 2,5 und 3,5 Sekunden.

Trennen Sie jede neue Bewegung während der Stimulationen. Erfassen Sie Augenbewegungsdaten mit einer Frequenz von 1000 Hertz unter Verwendung eines CED-Datenerfassungssystems. Hier sind Beispieldaten der Augenposition für jede einzelne Komponente dargestellt.

Danach werden die Rohdaten der Augenspulensignale in die Winkelgeschwindigkeit für jede Komponente umgewandelt. Die Winkelgeschwindigkeitsdaten werden verwendet, um die Verstärkung zu berechnen, die als Betrag der kompensatorischen Augenbewegungen in Bezug auf den vorgegebenen Reiz definiert ist. Die Fehlausrichtung ist der in Grad angegebene momentane Winkel, der in drei Dimensionen zwischen der Inversen der Augen-Geschwindigkeitsachse und der Kopf-Geschwindigkeitsachse berechnet wird.

Ein Beispiel für Fehlausrichtung in Abhängigkeit vom Reiz. Die Achsenorientierung ist hier als gestrichelte Linie dargestellt, die hier ein Diagramm für die Durchschnittsergebnisse der Verstärkung zeigt. Bei sinusförmiger Simulation der horizontalen Achse der Kontrollgruppe trat das torsionale Maximum bei null Grad Azimut auf, während das vertikale Maximum bei minus 90 Grad und plus 90 Grad Azimut lag.

Die horizontale Komponente zeigt nur Basislinienmessungen. Wenn die vertikale und die Torsionskomponente kombiniert werden, ergibt sich der vorhergesagte Wert für die hier als gestrichelte Linie dargestellte dreidimensionale Geschwindigkeitsverstärkung. Die tatsächlichen Werte sind als Datenpunkte dargestellt.

Die Fehlausrichtung zwischen Reiz- und Antwortachse, gemittelt über sechs Probanden, wie hier gezeigt. Die gepunktete Linie stellt die vorhergesagten Werte dar, die den tatsächlichen Werten nahekommen. Die Fehlausrichtung war am geringsten bei der Nickbewegung und nahm allmählich in Richtung der Rollbewegung zu, wodurch eine maximale Fehlausrichtung von 17,33 Grad bei einem Azimut von 22,5 Grad entstand.

Beim Vergleich der Komponenten der Augen­geschwindigkeits­verstärkung bei Licht und bei Dunkelheit zeigte sich ein signifikanter Unterschied. Sowohl die vertikale als auch die torsionale Komponente waren bei Dunkelheit signifikant niedriger, was zu einer insgesamt niedrigeren 3D-Augen­geschwindigkeits­verstärkung führte. Während die Fehlausrichtung zwischen Reiz und Antwort während der sinusförmigen Stimulation bei Licht den vorhergesagten Werten entsprach, stimmen sie bei Dunkelheit nicht mit den vorhergesagten Werten überein.

Das liegt hauptsächlich am Einfluss der nicht null seinenden horizontalen Komponente. Impulsartige Stimulation führt nur zu kurzen Störungen der visuellen Information, zeigt jedoch bezüglich Verstärkung und Fehlausrichtung eine qualitativ ähnliche Reaktion wie die sinusförmige Stimulation im Dunkeln. Die Empfindlichkeit dieser Methode zeigt sich beim Vergleich von Patienten mit Hirnabnormalitäten wie einseitigen Sonomen mit Kontrollpatienten.

Links sind die Verstärkungs- und Ausrichtungsdiagramme eines Patienten mit einem 14 Millimeter großen Hirntumor dargestellt. Offensichtliche Unterschiede sind erkennbar, wenn man diese Diagramme mit denen von Kontrollpatienten vergleicht. Nach dem Anschauen dieses Videos sollten Sie ein gutes Verständnis dafür haben, wie ein vestibuläres Testverfahren auf einer Bewegungsplattform mit sechs Freiheitsgraden durchgeführt wird.

Es ist wichtig zu verstehen, wie Proben auf dieser Plattform befestigt werden, wie Suchwicklungen eingefügt werden und wie die Daten zu interpretieren sind.