שיטה מתוארת למדוד רפלקסים עיניים vestibulo תלת ממדי (3D VOR) בבני אדם באמצעות שש דרגות חופש (6DF) סימולטור התנועה. הרווח וחוסר התיאום של VOR הזוויתי 3D מספקים מדד ישיר לאיכות תפקוד שיווי משקל. נציגי נתונים על נבדקים בריאים מסופקים
הרשמה ל-JoVE נדרשת לצפייה בתוכן זה. התחברו או התחילו בגרסת ניסיון בחינם.
מאמר שיטה
שיטה מתוארת למדוד רפלקסים עיניים vestibulo תלת ממדי (3D VOR) בבני אדם באמצעות שש דרגות חופש (6DF) סימולטור התנועה. הרווח וחוסר התיאום של VOR הזוויתי 3D מספקים מדד ישיר לאיכות תפקוד שיווי משקל. נציגי נתונים על נבדקים בריאים מסופקים
האיבר הווסטיבולרי הוא חיישן המודד תאוצות זוויתיות וליניאריות עם שש דרגות חופש (6DF). פגמים מלאים או חלקיים באיבר הווסטיבולרי גורמים לבעיות שיווי משקל קלות עד חמורות, כגון ורטיגו, סחרחורת, אוסילופסיה, חוסר יציבות בהליכה, בחילה ו/או הקאות. מדד טוב ונפוץ לכימות ייצוב המבט הוא ה-gain (ההבחנה), המוגדר כגודל תנועות העיניים המפצות ביחס לתנועות הראש המופעלות. כדי לבחון את התפקוד הווסטיבולרי באופן מלא יותר, יש להבין כי VOR תלת-ממדי מייצר באופן אידיאלי סיבובים עיניים מפצים, לא רק בגודל (gain) שווה ומנוגד לסיבוב הראש, אלא גם סביב ציר הקוליניארי לציר סיבוב הראש (alignment). לפיכך, תפקוד ווסטיבולרי לא תקין מוביל לשינויים ב-gain ולשינויים ב-alignment של תגובת ה-VOR התלת-ממדית.
כאן אנו מתארים שיטה למדידת VOR בתלת-ממד באמצעות סיבוב של הגוף כולו על גבי פלטפורמת תנועה בעלת 6DF. למרות שהשיטה מאפשרת גם בדיקה של תגובות VOR לתרגום 1, אנו מגבילים את עצמנו לדיון בשיטה למדידת VOR זוויתי בתלת-ממד. בנוסף, אנו נגביל את עצמנו כאן לתיאור נתונים שנאספו מנבדקים בריאים בתגובה לגירוי זוויתי סינוסואידלי וגירוי דחף.
הנבדקים ישבו זקוף וקיבלו דחפי תאוצה קבועים וסינוסואידליים בעוצמה נמוכה לכל הגוף. גירויים סינוסואידליים (f = 1 Hz, A = 4°) הועברו סביב הציר האנכי וסביב צירים במישור האופקי, תוך שינוי בין גלגול (roll) לנטייה (pitch) במרווחים של 22.5° באזימוט. דחפים הועברו בסיבוב (yaw), גלגול (roll) ונטייה (pitch) ובמישורי התעלות האנכיות. תנועות עיניים נמדדו באמצעות טכניקת סליל חיפוש סקלרלי (scleral search coil) 2. אותות סליל החיפוש נדגמו בתדר של 1 kHz.
יחס הקלט-פלט (הגבר) וחוסר היישור (קו-ליניאריות) של ה-3D VOR חושבו מאותות סלילי העין 3.
ההגבר (Gain) והקו-לינאריות של ה-VOR התלת-ממדי תלו בoriention של ציר הגירוי. סטיות שיטתיות נמצאו במיוחד במהלך גירוי בציר האופקי. באור, ציר סיבוב העין היה מיושר כראוי עם ציר הגירוי בזוויות של 0° ו-90° אזימות, אך סטה בהדרגה יותר ויותר לכיוון 45° אזימות.
ניתן להסביר את הסטיות השיטתיות בחוסר היישור עבור צירים ביניים באמצעות הגבר נמוך עבור פיתול (סיבוב סביב ציר X או ציר ה-roll) והגבר גבוה עבור תנועות עיניים אנכיות (סיבוב סביב ציר Y או ציר ה-pitch (ראו איור 2). מכיוון שגירוי של ציר ביניים מוביל לתגובה מפצה המבוססת על סכימה וקטורית של רכיבי סיבוב העין הבודדים, ציר התגובה נטו יסטה כיוון שההגברים עבור צירי X ו-Y שונים.
בחושך, ערכי ההבחנה (gain) של כל מרכיבי סיבוב העין היו נמוכים יותר. התוצאה הייתה שלחוסר היישור בחושך ובזמן דחפים היו שיאים ושפלים שונים מאשר באור: הערך המינימלי הושג בעת גירוי בציר ה-pitch והערך המקסימלי בעת גירוי בציר ה-roll.
הצגת מקרה
תשעה נבדקים השתתפו בניסוי. כל הנבדקים נתנו את הסכמתם המודעת. הפרוצדורה הניסויית אושרה על ידי ועדת האתיקה הרפואית של המרכז הרפואי של אוניברסיטת אראסמוס והייתה תואמת להצהרת הלסינקי למחקרים הכוללים נבדקים אנושיים.
שישה נסיינים שימשו כביקורת. לשלושה נסיינים הייתה ליקוי וסטיבולרי חד-צדדי כתוצאה משוואנומה וסטיבולרית. גיל נסייני הביקורת (שש זכר ושלוש נקבות) נע בין 22 ל-55 שנים. לאף אחד מנסייני הביקורת לא היו תלונות חזותיות או וסטיבולריות עקב הפרעות נוירולוגיות, קרדיו-וסקולריות או אופתלמיות.
גילם של המטופלים עם שוואנומה נע בין 44 ל-64 שנים (שני גברים ואישה אחת). כל הנבדקים עם שוואנומה היו תחת מעקב רפואי ו/או קיבלו טיפול על ידי צוות רב-תחומי שהורכב מאוזן-גרון ומנוירוכירורג מהמרכז הרפואי של אוניברסיטת ארסמוס. כל המטופלים שנבדקו סבלו משוואנומה וסטיבולרית בצד ימין והיו נתוני מדיניות של מעקב והמתנה (Table 1; נבדקים N1-N3) לאחר שאובחנו עם שוואנומה וסטיבולרית. הגידולים שלהם היו יציבים במשך למעלה מ-8-10 שנים בבדיקות דימות תהודה מגנטית.
1. פלטפורמת Motion 6DF
גירויי שיווי המשקל נמסרו עם פלטפורמת תנועה (ראה איור 1) מסוגלת לייצר גירויים זוויתיים וtranslational בסך של שש דרגות חופש (FCS-מוג, Nieuw-Vennep, הולנד). הפלטפורמה מועברת על ידי שישה מפעילים אלקטרו מכאניות המחוברים למחשב אישי עם תוכנת שליטה ייעודית. זה יוצר תנועות מדויקות עם שש דרגות חופש. חיישנים להציב את המפעילים ברציפות פיקוח פרופיל תנועת הפלטפורמה. יש המכשיר <דיוק 0.5 מ"מ ליניארי ו< 0.05 ° לתנועות זוויתי. רעידות בזמן הגירוי היו 0.02 מעלות. תדר תהודה של המכשיר היה> 75 הרץ. פרופיל תנועת פלטפורמה שוחזר מהמידע בחיישן מפעיל באמצעות דינמיקה הפוכה ונשלח למחשב אוסף נתונים. כדי לסנכרן את הנתונים של הפלטפורמה ותנועות עיניים, קרן לייזר הייתה רכוב על הישבן של PLAtform ומוקרן על תא פוטואלקטרי קטן (1 מ"מ, זמן התגובה 10 μsec). מתח המוצא של תא פוטואלקטרי נדגמה בקצב של 1 קילוהרץ יחד עם נתוני תנועת העין וסיפק חיווי בזמן אמת של תחילת תנועה עם דיוק אלפיות 1. במהלך הניתוח לא מקוון באמצעות Matlab (MathWorks, Natick, MA), את פרופיל התנועה המשוחזר של הפלטפורמה מבוססת על מידע החיישן של המפעילים בפלטפורמה היה מיושר במדויק עם תחילתה של תנועת פלטפורמה.
2. נושאים
ישיבה א
הנבדקים ישבו על כיסא רכוב במרכז הפלטפורמה (איור 2). גופו של הנבדק היה מאופק עם חגורת בטיחות ארבע נקודות כמו בשימוש במכוניות מירוץ. חגורות הבטיחות עוגנו לבסיס של פלטפורמת התנועה. הכיסא היה מוקף במסגרת מעוקב PVC ושימש כתמיכה לסלילי השדה. מערכת סליל השדה הייתה מתכוונן בגובה, כך שSubjעיניו של ect היו במרכזו של השדה המגנטי.
קיבוע ראש B.
הראש משותק באמצעות יצוק בנפרד לוח נשיכת שיניים-רושם, שהיה מחובר למסגרת מעוקב באמצעות סרגל נוקשה. כרית ואקום מקופלת סביב הצוואר וannulus מחובר לכיסא נוסף הבטיח קיבעון של הנושא (איור 1). בנוסף, כדי לפקח על תנועות ראש מזויפות במהלך הגירוי, אנחנו מחוברים שני חיישני 3D (Analog Devices Inc, נורווד, מסצ'וסטס) ישירות ללוח הביס, אחד להזווית ואחד לתאוצות ליניאריות.
3. לתאם מערכת
סיבובים עיניים מוגדרים במערכת צירים ימנית ראש קבוע (איור 3). במערכת זו מנקודת מבטו של הנושא של צפייה בסיבוב שמאלה על ציר ה-Z (לסבסב), סיבוב כלפי מטה על ציר ה-Y (המגרש) והרוטציה ימינה על ציר ה-X (גליל) מוגדרים כpositiיש. המטוסים מאונך לX, Y ו-Z הם ציר סיבוב בהתאמה מטוסי רול, המגרש וסבסב (איור 3).
4. הקלטות תנועת העין
תנועות עיניים של שתי העיניים נרשמו עם סלילי 3D scleral חיפוש (Skalar, דלפט, הולנד) 4 באמצעות מערכת סטנדרטית 25 קילוהרץ שתיים תחום סליל המבוססת על שיטת זיהוי המשרעת של רובינסון (EMP3020 דגם, Skalar רפואי, דלפט, הולנד) 5. את אותות הסליל הועברו דרך מסנן נמוך לעבור אנלוגי עם תדר ניתוק של 500 הרץ ודגמו באופן מקוון ומאוחסנים בדיסק קשיח בתדר של 1 קילוהרץ עם 16 דיוק קצת (מערכת הפעלת CED Spike2 V6, עיצוב אלקטרוני קיימברידג' , קיימברידג').
5. כיול קויל חיפוש
לפני הניסויים, הרגישות ולא אורטיגונאליות של סלילי כיוון ופיתול אומתה במבחנה על ידי הרכבה על סליל GI פיקמערכת mbal ממוקמת במרכזו של השדה המגנטי. על ידי החלפה של מערכת gimbal על כל צירי רוחותינו וידאנו שכל הסלילים המשמשים בניסויים היו סימטריים לכל הכיוונים בתוך 2%.
In vivo, את האותות האופקיים ואנכיים של שני הסלילים היו מכוילים בנפרד על ידי מורה כפוף ללקבע סדרה של חמישה יעדים (יעד מרכזי ויעד ב 10 מעלות שמאלה, ימינה, למעלה ולמטה) לחמש שניות כל אחד ברציפות. מטרות כיול היו מוקרנת על מסך שקוף במרחק 186 ס"מ. ניתוח ניסוי הודעה של נתוני הכיול הסתיים ברגישות ובקיזוז ערכים עבור כל חיפוש הסלילים. ערכים אלה שמשו לאחר מכן בהליכי האנליזה הכתובים ב-Matlab 3.
6 גירוי
גירוי סינוסי א
סיבובים סינוסי כל גוף הפלטפורמה נמסרה (1 הרץ, = 4 מעלות) כשלושה Cardiצירים: ציר nal מקורי, הזנב או אנכי (סבסוב), ציר interaural (המגרש) וציר האף-העורפי (גליל), וצירים אופקיים על incremented ביניים בצעדים של 22.5 מעלות בין גליל ואת המגרש.
גירויי סינוסי נמסרו באור וחושך. באור, נושאים מקובעים על יעד חזותי ברציפות מוארת (LED אדום, בקוטר 2 מ"מ) ממוקם 177 ס"מ בחזית את הנושא בגובה עיניים (פנל שמאלי איור 1 ג). הראש היה בעמדה כזו שהשורה של ריד הייתה בסיס (הקו הדמיוני המחבר את פנימית וחיצוני meatus עם קנטוס מסלולית התחתון) היה במרחק 6 מעלות מהאדמה אופקית). במהלך גירוי סינוסי בחושך, היעד החזותי הוצג בקצרה (2 שניות), כאשר הפלטפורמה הייתה נייחת בכל מרווח שבין שני גירויים רצופים. כדי להימנע מתנועות עיניים ספונטניות במהלך הגירוי, נבדקים קבלו הנחיה לקבע את המיקום הדמיוני של היעד הקבוע החלל במהלך סינוסואידהגירוי לאחר אל היעד היה כבוי זמן קצר לפני תחילת תנועה. אנחנו וידאנו שהסוג זה של הוראה בעיקר הפחית את תנועות העיניים שנעשו בחשכה, והייתה רק השפעה קטנה על רווח (<10%). השתנות זו חלה בכל הרכיבים (אופקי, אנכי ופיתול) בו זמנית.
גירוי ב 'אימפולס
כל דחפי גוף משך זמן קצרים נמסרו בסביבה מוארת באור קלוש. הגירוי הגלוי רק לנושא היה יעד חזותי הממוקם ב177 ס"מ בחזית את הנושא בגובה עיניים. כל דחף חזר על עצמו שש פעמים ונמסר בסדר אקראי ובעיתוי של תחילת תנועה (מרווחים נעו בין 2.5 ל -3.5 שניות) אקראי. הפרופיל של הדחפים היה תאוצה קבועה של 100 ° -2 שניות במהלך 100 אלפיות השני הראשון של הדחף, ואחריו ירידה הדרגתית בהאצה ליניארית. גירוי זה גרם לעלייה ליניארית במהירות והגיעה לvelocity של 10 ° שניות לאחר 100 אלפיות שני -1. תנועות ראש חריגות בזמן גירוי שיווי משקל שנמדדו על ידי קצב זוויתי ומכשירי ההאצה ליניארית היו פחות מ -4% ממשרעת גירוי. מהירות שיא של תנועות העיניים בתגובה לדחפים אלה הייתה פי 100 מעל לרמת הרעש של אותות הסליל.
7. ניתוח נתונים
אותות קויל הוסבו זוויות פיק ולאחר מכן הביעו כוקטורי סיבוב 6,7. מנתוני הקיבעון של היעד קדימה קבענו חוסר התיאום של הסליל בעין ביחס לסלילי השדה המגנטיים העיקריים מאונך. אותות תוקנו לחוסר תיאום זה קוזז על ידי סיבוב נגד תלת ממדים. כמו כן, וידא שאין זליגה סליל שהתרחשה במהלך הניסוי על ידי אימות פלט העמדה בקיבעון של היעד לפני כל תחילת תנועה.
כדי להביע את תנועות עיניים 3D בתחום המהירות,אנו יומרו נתוני וקטור סיבוב בחזרה למהירות זוויתית. לפני המרה של וקטור סיבוב למהירות זוויתית, אנו החליקו את הנתונים על ידי אפס שלב עם מסנן דיגיטלי קדימה ולאחור עם חלון גאוס 20 נקודות (אורך 20 אלפיות שני).
8. תגובות סינוסי
רווח. הרווח של כל רכיב ועלייה במהירות העין 3D היה מחושב על ידי התאמת סינוסואידה עם תדר שווה לתדר הפלטפורמה דרך הרכיבים האופקיים, האנכיות ופיתול זוויתי המהירות. הרווח עבור כל רכיב מוגדר כיחס בין מהירות שיא רכיב העין ומהירות שיא פלטפורמה חושבה בנפרד לכל עין.
חוסר תיאום ב '. חוסר התיאום בין ציר מהירות העין 3D וציר מהירות ראש חושב באמצעות הגישה של אוי ועמיתים 8,9. מהמוצר סקלר של שני וקטורי חוסר התיאום חושב כתוספותזווית tantaneous בשלושה ממדים בין ההופכי של ציר מהירות העין ואת ציר מהירות הראש. רווח 3D הזוויתי המהירות וחוסר התיאום לכל כיוון azimuthal הושוו לרווח וחוסר התיאום הצפוי מסיכום וקטור של 0 מעלות (גליל) ו90 ° (המגרש) אזימוט הרכיבים 10. מסיכום הווקטור כאן נובע שכאשר רווחים מהירים לגליל ומגרש הם שווים, את הכיוון של ציר סיבוב עין מתיישר עם ציר סיבוב הראש, כאשר שתיים הם שונים, הסטייה המרבית בין גירוי וציר סיבוב עין צפויה ב 45 ° אזימוט.
9. תגובות דחף
עקבות נתונים עין שמאל וימין של שש מצגות לכל כיוון תנועה נותחו בנפרד. בגלל ערכי עין שמאל וימין היו כמעט זהים, את הנתונים מעין שמאל וימין היו בממוצע כדי לקבוע את הרווח של מהירות העין בתגובה לגירוי דחפים. כל העקבות היונבדק בנפרד על מסך המחשב. כאשר הנושא נעשה מצמוץ או saccade בדחף שהעקבות היו מושלכות באופן ידני. רכיבי מהירות זוויתית (N = 5 עד 6) במהלך 100 אלפיות השני הראשון לאחר תחילתה של התנועה היו בממוצע בפחי זמן של 20 אלפיות שנייה (בתנאי נמוך לעבור סינון יעיל) וזממו כפונקציה של מהירות פלטפורמת 11,12.
הגישה מוגבלת. התחברו או התחילו תקופת ניסיון כדי לצפות בתוכן זה.
אור גירוי סינוסי
איור 4 (פנל עליון) מראה לקבוצת ביקורת רווח הממוצע של רכיבי מהירות זוויתית האופקיות, אנכיים ופיתול לכל הגירויים סינוסי נבדקו במישור האופקי באור. הפיתול היה מקסימאלי ב 0 ° אזימוט, ואילו היה לי אנכי המרבי שלו על 90 מעלות. איור 5 מראה את העלייה במהירות העין 3D באור. רווח נע בין 0.99 ± 0.12 (המגרש) ו0.54 ± 0.16 (גליל). את הנתונים שנמדדו מתאים באופן הדוק לערכים החזויים מח...
הגישה מוגבלת. התחברו או התחילו תקופת ניסיון כדי לצפות בתוכן זה.
מאמר זה מתאר שיטה למדידת VOR הזוויתי 3D במדויק בתגובה לסיבובים שלמים בגוף בבני אדם. היתרון בשיטה הוא שהיא נותנת מידע כמותי על רווח וחוסר תיאום של VOR זוויתי 3D בכל שלושת הממדים. השיטה שימושית למחקר בסיסי ויש לו גם פוטנציאל לדוגמא ערך קליני לבדיקת חולים עם בעיות תעלה אנכיות או חולים עם בעיות שיווי המשקל מרכזיות חולה הבינו. יתרון נוסף של המכשיר הוא היכולת לבחון תגובות VOR translational 1. חסרונות של המערכת הם 1) בהיבטי העלות במונחים של ציוד, שטח וכוח אדם (המכונה ...
הגישה מוגבלת. התחברו או התחילו תקופת ניסיון כדי לצפות בתוכן זה.
יש לנו מה למסור.
ממומן על ידי הולנדים מענקי NWO / ZonMW 912-03-037 ו911-02-004.
הגישה מוגבלת. התחברו או התחילו תקופת ניסיון כדי לצפות בתוכן זה.
| שם | חברה | מספר קטלוג | הערות |
|---|---|---|---|
| בסיס תנועה חשמלי MB-E-6DOF/24/1800KG * (לשעבר E-CUE 624-1800) | FCS-MOOG, Nieuw-Vennep, The Netherlands | ||
| שדה מגנטי עם גלאי, דגם EMP3020 | Skalar Medical, Delft, The Netherlands | ||
| CED power 1401, המריץ את Spike2 v6 | Cambridge Electronic Design, Cambridge | ||
| סלילי חיפוש אלקטרומגנטיים | Chronos Vision, Berlin, Germany |
הגישה מוגבלת. התחברו או התחילו תקופת ניסיון כדי לצפות בתוכן זה.