Opname van horizontale Saccade voorstellingen nauwkeurig bij neurologische patiënten met behulp van Electro-oculogram

Samenvatting

Het artikel beschrijft een praktische methode voor het opnemen van horizontale oogbewegingen met hoge nauwkeurigheid door electro-oculogram bij neurologische patiënten, met behulp van een beker Ag-AgCl-elektrode met een brede kunststof rand. Stabiele meting vereist goede selectie en fixatie van elektroden, met voldoende tijd voor licht aanpassing aan het optreden, en re-kalibratie zoals nodig.

Samenvatting

Electro-oculogram (EOG) is wijd verbeid gebruikt voor klinische oog verkeer opnemen, met name horizontale saccades, hoewel de video-oculography (VOG) heeft grotendeels de plaats van het tegenwoordig als gevolg van de hogere ruimtelijke nauwkeurigheid ingenomen. Er zijn echter situaties waarin EOG heeft duidelijke voordelen ten opzichte van de VOG, bijvoorbeeld onderwerpen met smalle oog clefts of cataract lenzen, en patiënten met bewegingsstoornissen. Dit artikel toont aan dat indien goed uitgevoerd, EOG een nauwkeurigheid die bijna zo goed als VOG met aanzienlijke stabiliteit voor opname, bereiken kan terwijl de problemen te omzeilen die zijn gekoppeld aan de VOG opname. De huidige paper beschrijft een praktische methode voor het opnemen van horizontale saccades oculomotor paradigma's met hoge nauwkeurigheid en stabiliteit door EOG in neurologische patiënten. De nodige maatregelen zijn een Ag-AgCl-elektrode met een brede kunststof pony staat voor het verminderen van ruis, en om te wachten op voldoende licht aanpassing aan het optreden. Deze wachttijd helpt ook om te lager de impedantie tussen de elektroden en de huid, waardoor stabiel signaal geregistreerd naarmate de tijd vordert. Bovendien, re-kalibratie wordt uitgevoerd zoals nodig tijdens de uitvoering van de taak. Met behulp van deze methode, de experimentator driften van signalen, alsmede verontreiniging van artefacten en ruis uit de electromyogram en electroencephalogram kunt vermijden en voldoende gegevens voor klinische evaluatie van saccades kunt verzamelen. Dus bij de uitvoering van EOG kan nog steeds een methode van hoge uitvoerbaarheid die kan algemeen worden toegepast op neurologische patiënten, maar ook voor studies in normale onderwerpen effectief kan zijn.

Inleiding

Er zijn drie belangrijke manieren om te registreren van oogbewegingen, de conventionele EOG, de VOG opgenomen door de videogebaseerd eye tracking systeem, en de methode scleral search spoel (SSC). Onder hen, is EOG vaak gebruikt voor het vastleggen van de oogbewegingen in patiënten sinds de jaren 1970 vanwege zijn eenvoud. Breed inzetbaar voor de klinische bevolking, deze methode is uitgebreid gebruikt voor de diagnose van neurologische patiënten en heeft nuttige informatie over de pathofysiologie onderliggende aandoeningen^{1,2, 3,4,5}. Bovendien, is het nog steeds de enige techniek die redelijkerwijs kan worden gebruikt voor de registratie van de oogbewegingen tijdens de slaap (rapid eye movement tijdens de REM-slaap en andere vormen van oogbewegingen).

Aangezien de oogbol positief in haar anterior aspect met inbegrip van het hoornvlies ten opzichte van haar achterste aspect geladen is, is er een spanningsverschil tussen de voorste en achterste aspecten van de ogen die het potentieel van corneo-Retina genoemd. Als gevolg van de aanwezigheid van dit potentieel, zal de juiste elektrode worden meer positieve dan links wanneer de proefpersonen hun blik naar rechts draait en worden negatieve wanneer ze hun blik naar links draaien. Aangezien het spanningsverschil tussen de linker en juiste elektroden aanzienlijk met de draaihoek van de oogbollen voor horizontale saccades correleert, kan het worden gebruikt voor het meten van horizontale oogbewegingen. Echter, deze correlatie niet houdt voor de verticale richting, hoewel verticale EOG kan nog steeds worden gebruikt voor het meten van oog bewegingen⁶. Sommige studies worden aan de andere kant, vooral de verticale EOG gebruiken voor controle knippert.

Onlangs, echter, VOG heeft grotendeels de plaats ingenomen van EOG toe te schrijven aan zijn hogere ruimtelijke nauwkeurigheid bereiken tot 0,25 - 0,5 graden, en is inmiddels de standaardmethode voor saccade opnemen in de klinische setting. Ondertussen is EOG gekomen om te worden beschouwd als nogal verouderde, aangezien haar ruimtelijke nauwkeurigheid, ten hoogste 0,5 graden, inferieur aan die van de VOG is.

VOG heeft echter ook zijn eigen nadelen, indien gebruikt in de klinische setting. Er zijn gevallen waarin VOG niet haalbaar is; eye tracking wordt bijvoorbeeld onjuist in vakken met een smalle oog gespleten zoals wanneer de greater area van het hoornvlies is geroteerd door de oogleden. Bij patiënten met staar lenzen belemmert aberrant weerspiegeling van het infrarood licht betrouwbare registratie van de blik richting. Bovendien is het zo dat EOG voordelen voor sommige mensen voor wie hun bewegingsstoornis bemoeilijkt VOG opname kan bieden. Bovendien, is het VOG-systeem duurder in vergelijking met de installatie van EOG, waardoor vaak de voormalige niet via een programma worden in gewone medische faciliteiten.

Aan de andere kant, wordt de SSC-methode beschouwd als de gouden standaard voor het meten van de oogbewegingen. Vergeleken met de VOG en EOG, deze methode biedt de hoogste ruimtelijke nauwkeurigheid, tot 0.1 graden, en is vooral handig wanneer de opname gaat om hoogfrequente hoofd motion⁶. Deze methode is echter mogelijk invasief, dat wil zeggen, pijnlijk en zeer irriterend voor de ogen, en opname zorgt voor slechts een korte periode, ongeveer 30 min of kortere^7,8,9,10 . Deze korte duur maakt het een methode ongeschikt voor uitgebreide klinische toepassing, hoewel het met succes in sommige gespecialiseerde voorzieningen^{11 gebruikt heeft}.

Gebaseerd op eerdere studies opname van meer dan 250 neurologische patiënten en 480 normale onderwerpen door de dezelfde groep^{12,13,14,15,16,17, 18,19}, de huidige studie toont aan dat EOG kunnen nauwkeurig genoeg om te dienen als een standaard techniek van eye verkeer opname en breed toepasbaar voor de klinische bevolking, terwijl het omzeilen van diverse nadelen van VOG en WS. Dit artikel beschrijft een stabiele EOG opname methode, met behulp van een elektrode met een brede rand om breed en stabiel contact met de huid, vergelijkbaar met die van een EEG-elektrode veilig aangesloten op de hoofdhuid door Collodium voor het opnemen van een lange periode. De impedantie van de elektrode daalt en de opname wordt stabiel met tijd, waardoor effectieve vermindering van de artefacten van de gezichtsspieren en elektro-encefalografie. Deze methode wordt vergeleken met de gelijktijdig opgenomen VOG. Goed voorbereid en uitgevoerd, EOG is zo goed als VOG in termen van nauwkeurigheid voor opname saccades bij neurologische patiënten als EOG kan zelfs worden meer vatbaar voor saccade opnemen in normale onderwerpen.

Protocol

Alle experimentele procedures in deze studie werden goedgekeurd en uitgevoerd volgens de richtlijnen van de instelling menselijke onderzoek ethisch comité na het verkrijgen van de geïnformeerde toestemming.

1. Prepareer het onderwerp en de kamer voor het hercoderen

1. Opname in een kamer met lage ambient verlichting, zodat voldoende licht aanpassing uitvoeren.
2. Zijn onderwerpen zitten voor een zwarte, holle koepel-vormige scherm meet 90 cm in diameter met lichtgevende dioden (LEDs) ingebed in de gaatjes, die als punten van de fixatie dienen en saccade doelen gebruikt voor het oculomotor paradigma's.
   Opmerking: De LED's zijn ingedeeld in horizontale, verticale en schuine matrices in een zwarte, concave koepel-vormige scherm, dat wil zeggen, in 8 richtingen gescheiden door 45 graden van het centrum en met een interval van 5 graden van het centrum, zoals oorspronkelijk was bedacht door Kato et al.. ²⁰ voor gedrags- en fysiologische studies, en aangepast voor menselijk gebruik door Hikosaka et al. ²¹
3. Zorg voor het regelen van de oculomotor taken, elk onderwerp houden een microswitch knop aangesloten op een microcomputer, waarmee het onderwerp starten en beëindigen van een proces van de taak door het indrukken en loslaten van de knop.
   Opmerking: Taken en data-acquisitie worden gecontroleerd door een op maat gemaakt programma actief op een typische Windows-PC.
4. Stabiliseren van de certificaathouder hoofd positie door kin en voorhoofd rust, alsmede door een hoofdband.

2. plaats de elektroden voor EOG

1. Gebruik een Ag-AgCl cup-elektrode voor het opnemen van EOG (Figuur 1), die een diameter van 1,8 cm en een dikte van 3,5 mm heeft. De onderkant van de cup bestaat uit de Ag-AgCl-elektrode en de laterale wand is omgeven door een kunststof rand van 5 mm dikte, waardoor breed contact met de huid.
2. Veeg de huid met een alcohol doekje.
3. Vul de beker met elektrode plakken.
4. Stabiel fixeren van de elektrode op de huid door het plaatsen van dubbel-stick plakband onder het plastic en bevestig de rand aan de huid.
5. Voor het opnemen van horizontale saccades door EOG, plaatst u de elektroden aan de bilaterale canthi van de ogen, overwegende dat voor het opnemen van verticale saccades, plaats de elektroden boven en onder een oog.

3. de versterkers instellen voor opname

1. Gebruik een gelijkstroom (DC)-versterker voor het opnemen van de EOG, met het signaal gedigitaliseerd bij 500 Hz.
2. VOG tegelijk opnemen, met behulp van de video-based eye tracking systeem, die de positiegegevens oogbeschadigingen en/of fixatie op een sampling rate van 500-1000 Hz registreert.
3. Voeden van de analoge uitgang van de posities van de horizontale en verticale oog en instellen van de filter van het data-acquisitiesysteem, met het signaal low-pass filter bij 20 Hz.
4. Ook het filter instellen om te verzachten van de hoge-intermediair frequentie lawaai, zoals elektromyografie en elektro-encefalografie.
   Opmerking: Voor analyse, een verdere smoothing proces is nodig voor de berekening van saccade snelheid profielen uit het oog positiegegevens (hier, 3-punts smoothing was driemaal uitgevoerd).
5. Indien mogelijk meten van de impedantie tussen de elektrode en de huid en houd het onder 20 kΩ.

4. wachttijd na het plaatsen van de elektroden voor de aanpassing van het licht

1. 10-20 min wachten na het plaatsen van de elektrode EOG op de huid, totdat voldoende licht aanpassing plaatsvindt.
2. Toestaan dat de opname te stabiliseren en de impedantie tussen de elektrode gel te verminderen.

5. het kalibreren van de EOG en VOG signalen

1. Uitvoeren oog verkeer kalibratie voor elke testsessie doordat de onderwerpen kijken 5 vooraf opgegeven locaties.
2. Meer in het bijzonder, maken onderwerpen bekijken van visuele doelen in het midden en die verschijnen van 20 graden naar links, rechts, naar boven en naar beneden van de fixatie komma, zowel voor EOG en VOG.
3. De winst voor EOG zoals de onderwerpen op deze plekken fixeren, zo instellen dat voor het toezicht op de huidige positie van de ogen op het computerscherm weergegeven met behulp van de op maat gemaakte data-acquisitiesysteem overeenkomt met de positie van het doel weergegeven op het scherm.

6. opnemen Saccades met behulp van de Oculomotor van de paradigma's en kalibreren van de posities van het oog zo nodig tijdens de sessie

1. Instrueer de onderwerpen over het oculomotor paradigma's.
   Opmerking: Twee oculomotor taken worden doorgaans gebruikt voor klinische studies, het visueel begeleide saccade (VGS) en antisaccade (AS) taken. Kort, in VGS, wanneer onderwerpen druk op de knop, een centrale plek in het midden van de koepel is verlicht, en de onderwerpen zijn eerst verplicht tot fixeren op deze plek. 1,5-2 s later een doelwit wordt gepresenteerd, willekeurig op een locatie 5, 10, 20 of 30 graden horizontaal naar links of rechts van het, op hetzelfde moment als de centrale fixatie plek is gedoofd. De onderwerpen zijn geïnstrueerd om een saccade richting van dat doel. Breng de onderwerpen eerste druk op de knop in de taak van de AS, en dan eisen dat ze te fixeren op de centrale fixatie punt zoals deze wordt weergegeven. 1,5-2 s later, het doel springt naar links of rechts van het, gelijkaardig aan hierboven. De onderwerpen zijn verplicht om een saccade naar een spiegel-symmetrische standpunt over de plek van de centrale fixatie.
2. Hebben de onderwerpen druk op de knop en het begin van de proeven.
3. Tijdens de zitting, de winst voor EOG tijdens de uitvoering van de taak, zo instellen dat de huidige ooghoogte weergegeven op het scherm wordt altijd uitgelijnd met de positie van het doel tegelijkertijd op hetzelfde scherm weergegeven. Zowel voor EOG en VOG, uitvoeren re-kalibratie voor aanpassing indien nodig tijdens de experimenten.
4. Om te vergelijken van de prestaties van de twee methoden, analyseren de gefilterde en gedigitaliseerde EOG signalen te zijn van de DC-versterker en VOG door een custom-built computerprogramma en de EOG en VOG signalen samen in de dezelfde trace weergeven.

Resultaten

Figuur 2 toont representatieve gelijktijdige records van EOG en VOG in een normale onderwerp. 8 proeven van VGS zijn bovenop voor EOG (grijze curven) en VOG (rode bochten; Figuur 2 A). gekalibreerd door de huidige methode, EOG en VOG gegevens bekend is dat ze lineaire over een bereik van 5-30 graden en de ruimtelijke nauwkeurigheid van de gegevens is 0,5 graden.

Discussie

Hoewel tegenwoordig de heersende methode voor het opnemen van saccades is geworden de VOG, toonde de huidige studie dat EOG een nauwkeurigheid bijna vergelijkbaar met die van de VOG bereiken kan indien naar behoren uitgevoerd (Figuur 2). De huidige EOG-methode is aangetoond dat het bereiken van een goede correlatie met VOG bij het opnemen van horizontale saccades en is met succes gebruikt in vele eerdere studies door de dezelfde groep^12,13...

Materialen

Lijst van materialen gebruikt in dit artikel

Naam	Bedrijf	Catalogusnummer	Opmerkingen
Electrode	Nihon-Kohden (Tokio, Japan)	NS111-115	cup electrode
Electrode paste	Nihon-Kohden (Tokio, Japan)	Gelaid Z-101BA	gel electrode paste om de cup electrode te vullen
Adhesive tape	Nihon-Kohden (Tokio, Japan)	H261	dubbelzijdig plakband voor het fixeren van de elektrode
DC-amplifier	Nihon-Kohden (Tokio, Japan)	AN-601G	versterker voor EOG
video-based eye tracking system	SR research (Mississauga, Ontario, Canada)	Eyelink II	eye tracking systeem voor het opnemen van VOG
Filter	NF corporation	MS-521	filter voor het EOG-signaal