Trójwymiarowe badanie odruchu przedsionkowo-okulistycznego z wykorzystaniem platformy ruchowej o sześciu stopniach swobody

Ogólnym celem tej procedury jest określenie trójwymiarowej funkcji przedsionkowej u pacjentów z zaburzeniami błędnika. Osiąga się to poprzez posadzenie badanego na platformie ruchomej i zapięcie pasów bezpieczeństwa. Następnie należy umieścić cewki poszukiwawcze twardówki na oczach badanego.

W celu pomiaru odruchu przedsionkowo-ocznego w trzech wymiarach należy użyć poduszki próżniowej oraz zgryzowej płytki stabilizującej w celu unieruchomienia badanego. Następnie aktywowana jest platforma, która dostarcza bodźce sinusoidalne oraz skokowe w losowej kolejności, aby przetestować układ przedsionkowy we wszystkich trzech wymiarach.

Ostatnim krokiem jest analiza danych z cewki ocznej w trybie offline w celu wyznaczenia amplitudy i kierunku odruchu przedsionkowo-ocznego. Ostatecznie wzmocnienie i kierunek odruchu przedsionkowo-ocznego są wykorzystywane do rozróżnienia prawidłowej od nieprawidłowej funkcji przedsionkowej. Technika ta umożliwia nam badanie układu przedsionkowego w trzech wymiarach.

Jest to główna zaleta w porównaniu z istniejącymi metodami, takimi jak krzesła rotacyjne z dostępem jednokierunkowym, stosowane w klinikach laryngologicznych. Metoda ta pozwala na wgląd w trójwymiarową funkcję błędnika u zdrowych osób. Ponadto metoda ta jest wykorzystywana do badania chorób błędnika, takich jak guzy akustyczne, zapalenie nerwu przedsionkowego oraz wielu innych schorzeń.

Procedurę zademonstrują Joyce DITs i Kasper Boer, oboje doktoranci, oraz Johan Pell, pracownik mojej grupy badawczej. Aby rozpocząć procedurę, należy posadzić badanego na krześle zamontowanym w centrum platformy ruchu i zabezpieczyć go czteropunktowymi pasami przymocowanymi do podstawy platformy. Podczas eksperymentu należy rejestrować ruchy obu oczu za pomocą 3D scleral search coils, wykorzystując standardowy dwupolowy system cewek o częstotliwości 25 kHz, oparty na metodzie detekcji amplitudy opracowanej przez Robinsona.

Aby to osiągnąć, w pierwszej kolejności należy znieczulić oczy badanego, wkraplając kilka kropli oksybutanu do każdego oka. Następnie należy wprowadzić do każdego oka cewki poszukiwawcze dla twardówki, osadzone w silikonie. Po wprowadzeniu cewek poszukiwaczy należy ustawić głowę badanego w taki sposób, aby umowna linia łącząca meatus externus z dolnym obrysem oczodołu lub linią Reed'a znajdowała się w odległości nieprzekraczającej sześciu stopni od poziomu.

Następnie unieruchom głowę badanego, używając poduszki próżniowej nadmuchanej wokół szyi. Potem poproś badanego o zagryzienie indywidualnie dopasowanej krawędziowej płyty zgryzowej. Płyta zgryzowa jest przymocowana do ramy sześciennej za pomocą sztywnego pręta i zawiera dwa czujniki 3D służące do pomiaru niepożądanych ruchów głowy poprzez przyspieszenie kątowe i liniowe.

Następnie aktywuj platformę ruchową i podnieś ją do pozycji roboczej. Skalibruj sygnały poziome i pionowe obu twardówkowych cewek poszukiwawczych oddzielnie, instruując badanego, aby fiksował wzrok na serii celów przez pięć sekund każdy. Następnie rozpocznij sekwencję zaprogramowanych ruchów.

Platforma ruchoma jest w stanie generować bodźce kątowe i translacyjne w sumie sześciu stopniach swobody dzięki zastosowaniu sześciu sterowanych komputerowo siłowników elektromechanicznych pokazanych tutaj. W celu zdefiniowania ruchu należy zastosować standardowy prawoskrętny układ współrzędnych. Układ współrzędnych jest wycentrowany w punkcie znajdującym się w połowie odległości między uszami badanego i jest zdefiniowany z perspektywy badanego.

Najpierw zdefiniujmy obrót w lewo jako ruch dodatni w kierunku Z. Jest to znane jako odchylenie (yaw). Następnie zdefiniujmy ruch w dół jako ruch dodatni w kierunku Y. Jest to znane jako pochylenie (pitch).

Na koniec przyjmijmy, że obrót w prawo jest ruchem dodatnim w kierunku X. Jest to znane jako roll. Aby rozpocząć, zsynchronizuj dane dotyczące platformy i ruchów gałek ocznych, używając wiązki lasera zamontowanej z tyłu platformy.

Pozycję domyślną rozpoznaje się w momencie, gdy laser zostanie wyświetlony na małej fotokomórce umieszczonej na tylnej ścianie; jest ona monitorowana podczas procedury dostarczania stymulacji sinusoidalnych zarówno w warunkach oświetlonych, jak i w ciemności. W świetle badany powinien nieustannie fiksować wzrok na stale zapalonej czerwonej diodzie LED, znajdującej się 177 centymetrów przed nim w całkowitej ciemności. Światło jest włączane na dwie sekundy, a następnie wyłączane przed rozpoczęciem każdego ruchu.

Następnie przeprowadź rotacje całego ciała wokół trzech głównych osi anatomicznych za pomocą platformy ruchowej: osi podłużnej (pionowej), osi poprzecznej oraz osi strzałkowej. Oprócz stymulacji wokół osi głównych, wykonaj rotacje całego ciała w krokach co 22,5 stopnia pomiędzy przechyłem bocznym a pochyleniem. Następnie przeprowadź stymulację impulsową w słabo oświetlonym pomieszczeniu, wykorzystując diodę LED jako cel wizualny.

Aby to osiągnąć, należy podać impulsy o krótkim czasie trwania w każdej z trzech głównych osi oraz w pośrednich osiach poziomych pod kątem 45 stopni. Każdy impuls należy powtórzyć sześć razy, podając je w losowej kolejności. Dodatkowo należy losowo zmieniać moment rozpoczęcia ruchu w przedziale od 2,5 do 3,5 sekundy.

Oddzielenie każdego nowego ruchu podczas stymulacji. Pozyskanie danych o ruchach gałek ocznych z częstotliwością 1000 hertz, przy użyciu systemu akwizycji danych CED. Tutaj przedstawiono przykładowe dane dotyczące pozycji oka dla każdego poszczególnego komponentu.

Następnie surowe dane z sygnałów cewek oka należy przekształcić na prędkość kątową dla każdego komponentu. Dane dotyczące prędkości kątowej służą do obliczenia wzmocnienia, które definiuje się jako amplitudę kompensacyjnych ruchów gałek ocznych w stosunku do narzuconego bodźca. Niezgodność osi (misalignment) to chwilowy kąt wyrażony w stopniach, obliczany w trzech wymiarach pomiędzy odwrotnością osi prędkości oka a osią prędkości głowy.

Przykład niedopasowania w zależności od bodźca. Orientacja osi została przedstawiona tutaj jako linia przerywana; przedstawiony wykres obrazuje średnie wyniki wzmocnienia. Dla poziomej symulacji sinusoidalnej osi w grupie kontrolnej maksimum torsyjne pojawiło się przy azymucie zero stopni, natomiast maksimum pionowe wystąpiło zarówno przy azymucie minus 90 stopni, jak i plus 90 stopni.

Komponent poziomy przedstawia wyłącznie pomiary bazowe. Po połączeniu komponentów pionowego i skrętnego otrzymujemy wartość przewidywaną dla trzech wzmocnień prędkości DI, przedstawioną tutaj w formie linii przerywanej. Wartości rzeczywiste zaznaczono w formie punktów danych.

Niezgodność między osią bodźca a osią odpowiedzi uśredniona dla sześciu badanych, przedstawiona na powyższym wykresie. Linia przerywana reprezentuje wartości przewidywane, które ściśle odpowiadają wartościom rzeczywistym. Niezgodność była najmniejsza podczas ruchu pochylenia (pitch) i stopniowo zwiększała się w kierunku obrotu (roll), osiągając maksymalną wartość 17,33 stopnia przy azymucie 22,5 stopnia.

Zauważono istotną różnicę podczas porównywania składowych wzmocnienia prędkości oka w świetle i w ciemności. Zarówno składowa pionowa, jak i torsyjna były istotnie niższe w ciemności, co skutkowało ogólnie niższym trójwymiarowym wzmocnieniem prędkości oka. Podczas gdy rozbieżność między bodźcem a odpowiedzią była zgodna z wartościami przewidywanymi podczas symulacji sinusoidalnej w świetle, w ciemności nie odpowiadały one wartościom przewidywanym.

Wynika to głównie z wpływu niezerowej składowej poziomej. Stymulacja impulsowa powoduje jedynie krótkotrwałe zaburzenia informacji wizualnych, ale wywołuje odpowiedź pod względem wzmocnienia i rozbieżności jakościowo podobną do stymulacji sinusoidalnej w ciemności. Czułość tej metody zostaje wykazana podczas porównywania pacjentów z anomaliami mózgu, takimi jak jednostronne sinusomy, z pacjentami z grupy kontrolnej.

Po lewej stronie przedstawiono wykresy wzmocnienia i błędów ustawienia pacjenta z guzem mózgu o wielkości 14 milimetrów. Wyraźne różnice są widoczne po porównaniu tych wykresów z wynikami pacjentów z grupy kontrolnej. Po obejrzeniu tego filmu powinni Państwo dobrze rozumieć, w jaki sposób przeprowadza się procedurę badania błędnika na platformie o sześciu stopniach swobody.

Ważne jest zrozumienie sposobu montowania próbek na tej platformie, metody wprowadzania pętli wyszukiwawczych oraz sposobu interpretacji uzyskanych danych.