자유 모션 플랫폼의 여섯도를 사용하여 세 가지 차원 전정 안구 반사 테스트

이 절차의 전체적인 목표는 전정 기관 장애 환자의 3차원 전정 기능을 측정하는 것입니다. 이를 위해 먼저 피험자를 모션 플랫폼에 앉히고 안전벨트를 착용시킵니다. 그 후 피험자의 눈에 공막 탐색 코일을 삽입합니다.

전정안반사(vestibular ocular reflex)를 3차원으로 측정하기 위해, 진공 베개와 바이트 보드(bite board)를 사용하여 피험자를 고정합니다. 그 다음, 플랫폼을 작동시킵니다. 플랫폼은 3차원 전체의 전정 시스템을 테스트하기 위해 사인파 및 스텝 자극을 무작위 순서로 제공합니다.

마지막 단계는 안구 코일 데이터를 오프라인으로 분석하여 전정 안구 반사의 크기와 정렬 상태를 추출하는 것입니다. 최종적으로 전정 안구 반사의 이득(gain)과 정렬 상태를 통해 정상 전정 기능과 비정상 전정 기능을 구분합니다. 이 기술을 통해 전정 체계를 3차원 전체 방향에서 테스트할 수 있습니다.

이는 이비인후과 클리닉에서 사용되는 단일 접근 회전 의자와 같은 기존 방법들에 비해 갖는 주요한 장점입니다. 이 방법은 건강한 피험자의 3D 전정 기능을 파악할 수 있는 통찰력을 제공합니다. 또한, 이 방법은 청신경초종, 전정신경염 및 다양한 기타 질환과 같은 전정 질환을 연구하는 데 사용됩니다.

본 절차의 시연은 연구 그룹의 박사 과정 학생인 Joyce DITs와 Kasper Boer, 그리고 직원인 Johan Pell이 진행합니다. 이 절차를 시작하려면, 피험자를 모션 플랫폼 중앙에 설치된 의자에 앉히고 플랫폼 바닥에 고정된 4점식 안전벨트로 고정합니다. 실험 동안에는 Robinson의 진폭 검출법에 기반한 표준 25 kilohertz 이중 필드 코일 시스템과 3D 공막 탐색 코일을 사용하여 양안의 안구 운동을 기록합니다.

이를 수행하기 위해 먼저 각 눈에 옥시부탄(oxy butane)을 몇 방울 떨어뜨려 피험자의 눈을 마취하십시오. 그 다음 실리콘에 매립된 공막 탐색 코일을 각 눈에 삽입하십시오. 탐색 코일 삽입이 완료되면, 외이도(meatus externa)와 하안와연(lower orbital canthus) 또는 리드선(reeds line)을 연결하는 가상선이 지평선과 6도 이내가 되도록 피험자의 머리 위치를 잡으십시오.

다음으로, 피험자의 목 주변에 팽창시킨 진공 베개를 사용하여 피험자의 머리를 고정합니다. 그런 다음 피험자가 개별 맞춤형 치과 인상 바이트 보드(bite board)를 물게 합니다. 바이트 보드는 강성 바를 통해 큐빅 프레임에 부착되어 있으며, 각가속도 및 선가속도를 통해 머리의 불필요한 움직임을 측정하는 두 개의 3D 센서가 포함되어 있습니다.

그런 다음 모션 플랫폼을 활성화하고 작동 위치까지 올립니다. 피험자에게 일련의 표적을 각각 5초 동안 주시하도록 지시하여, 양측 공막 검색 코일의 수평 및 수직 신호를 개별적으로 교정합니다. 그 후 미리 프로그램된 동작 시퀀스를 시작합니다.

모션 플랫폼은 여기에 표시된 6개의 컴퓨터 제어 전기기계식 액추에이터를 사용하여 총 6자유도의 각도 및 병진 자극을 생성할 수 있습니다. 움직임을 정의하기 위해 표준 오른손 좌표계를 사용하십시오. 좌표계의 중심은 피험자의 양쪽 귀 중간 지점으로 설정하며, 피험자의 관점에서 정의됩니다.

먼저, 왼쪽 방향의 회전을 Z 방향의 양의 운동으로 정의합니다. 이를 요(yaw)라고 합니다. 다음으로, 아래 방향의 운동을 양의 운동이자 Y 방향으로 정의합니다. 이를 피치(pitch)라고 합니다.

마지막으로, 오른쪽 방향의 단어 회전을 X 방향의 양의 운동으로 정의합니다. 이를 롤(roll)이라고 합니다. 먼저 플랫폼 후면에 장착된 레이저 빔을 사용하여 플랫폼과 안구 운동 데이터를 동기화하십시오.

레이저가 후벽에 위치한 소형 포토셀에 투사될 때 홈 위치가 인식되며, 절차 진행 동안 이를 모니터링하여 명소 및 암소 설정 모두에서 사인파 자극을 전달합니다. 명소에서는 피험자가 암소 상태에서 항상 전방 177 centimeters 거리에 위치한 계속 점등되는 적색 LED에 시선을 고정하도록 합니다. 빛은 각 움직임이 시작되기 전 2 seconds 동안 켜졌다가 꺼집니다.

다음으로, 모션 플랫폼을 통해 세 가지 주요 AE인 횡축(roc coddle 또는 수직축), 횡간축, 비후축을 중심으로 전신 회전을 수행합니다. 주요 축을 중심으로 한 자극 외에도, 롤(roll)과 피치(pitch) 사이를 22.5도 단계로 전신 회전시킵니다. 그런 다음 LED를 시각적 표적으로 사용하여 어두운 환경에서 충격 자극을 수행합니다.

이를 달성하기 위해, 세 개의 주축과 45도 방향의 중간 수평축 각각에 짧은 지속 시간의 충격을 가합니다. 각 충격을 6회씩 반복하며, 무작위 순서로 가합니다. 또한, 동작 시작 시간을 2.5에서 3.5초 사이에서 무작위로 변경합니다.

자극 중 발생하는 각각의 새로운 움직임을 분리합니다. CED 데이터 수집 시스템을 사용하여 1000 hertz의 빈도로 안구 운동 데이터를 획득합니다. 각 개별 성분에 대한 안구 위치 샘플 데이터가 여기에 표시되어 있습니다.

그런 다음 안구 코일 신호의 원시 데이터를 각 성분별 각속도로 변환합니다. 각속도 데이터는 부과된 자극에 대한 보상적 안구 운동의 크기로 정의되는 이득(gain)을 계산하는 데 사용됩니다. 정렬 불량(misalignment)은 안구 속도 축의 역함수와 머리 속도 축 사이의 3차원 상에서 계산된 도(degree) 단위의 즉각적인 각도를 의미합니다.

자극에 따른 정렬 불량의 예시입니다. 축 방향은 점선으로 표시되어 있으며, 여기의 그래프는 이득의 평균 결과를 나타냅니다. 대조군의 수평축 사인파 시뮬레이션의 경우, 비틀림 최대값은 방위각 0도에서 나타난 반면, 수직 최대값은 방위각 -90도와 +90도 모두에서 나타났습니다.

수평 성분은 기저선 측정값만을 보여줍니다. 수직 및 비틀림 성분을 결합하면, 점선으로 표시된 세 가지 DI 속도 이득에 대한 예측값을 얻을 수 있습니다. 실제 값은 데이터 포인트로 표시됩니다.

여기에 나타난 바와 같이 6명의 피험자에 대해 평균을 낸 자극 축과 반응 축 간의 불일치 결과입니다. 점선은 실제 값과 밀접하게 일치하는 예측값을 나타냅니다. 불일치는 피치(pitch) 시 가장 작았으며, 롤(roll) 방향으로 갈수록 점차 증가하여 방위각 22.5도에서 최대 17.33도의 불일치를 보였습니다.

명소와 암소에서 안구 속도 이득 성분을 비교했을 때 유의미한 차이가 관찰되었습니다. 수직 및 회선 성분 모두 암소에서 유의미하게 낮게 나타났으며, 그 결과 전반적인 3D 안구 속도 이득이 낮아졌습니다. 명소에서의 사인파 시뮬레이션 동안 자극과 반응 사이의 정렬 불량은 예측값과 일치했으나, 암소에서는 예측값과 일치하지 않았습니다.

이는 주로 0이 아닌 수평 성분의 영향 때문입니다. 충격 자극은 시각 정보의 일시적인 중단만을 유발하지만, 이득 및 정렬 불량 측면에서는 암흑 속에서의 사인파 자극과 정성적으로 유사한 반응을 보입니다. 이 방법의 민감도는 일측성 종양과 같은 뇌 이상이 있는 환자와 대조군 환자를 비교할 때 입증됩니다.

왼쪽에는 14 millimeter 뇌종양 환자의 이득 및 미정렬 차트가 표시되어 있습니다. 이 차트들을 대조군 환자들의 차트와 비교하면 뚜렷한 차이를 확인할 수 있습니다. 이 영상을 시청하고 나면, 6자유도 모션 플랫폼을 이용한 전정 기관 검사 절차가 어떻게 수행되는지에 대해 충분히 이해하게 될 것입니다.

피험자를 이 플랫폼에 어떻게 고정하는지, 탐색 컬(search curls)을 어떻게 삽입하는지, 그리고 데이터를 어떻게 해석하는지를 이해하는 것이 중요합니다.