Summary
Een methode wordt beschreven om driedimensionale vestibulo oculaire reflex (3D VOR) bij mensen met het zes graden van vrijheid (6DF) motion simulator te meten. De versterking en uitlijning van de 3D hoekige VOR een directe maat voor de kwaliteit van vestibulaire functie. Representatieve gegevens over gezonde proefpersonen worden verstrekt
Abstract
Het evenwichtsorgaan is een sensor die hoek-en lineaire versnellingen meet met zes vrijheidsgraden (6DF). Volledige of gedeeltelijke defecten in het evenwichtsorgaan leidt tot milde tot ernstige evenwicht problemen, zoals vertigo, duizeligheid, oscillopsia, gang unsteadiness misselijkheid en / of braken. Een goed en regelmatig voorkomende maatregel blik stabilisatie kwantificeren is de winst, die wordt gedefinieerd als de grootte van de compenserende oogbewegingen wat betreft opgelegde hoofdbewegingen. Om vestibulaire functie testen vollediger men beseffen dat 3D VOR genereert ideaal compenserende oculaire rotaties niet alleen met een magnitude (gain) gelijk en tegengesteld aan de rotatie van het hoofd, maar ook om een as die co-lineair met het hoofd rotatieas (alignment ). Abnormale vestibulaire functie resulteert daarmee in veranderingen van de versterking en veranderingen in uitlijning van de 3D VOR respons.
Hier beschrijven we een methode om 3D VOR meten met behulp van hele lichaam rotatie op een 6DF motivatieop platform. Hoewel de methode maakt het ook mogelijk het testen vertaling VOR antwoorden 1, beperken we ons tot een bespreking van de methode om 3D-hoekige VOR meten. Bovendien, ons beperken we hier om een beschrijving van de gegevens bij gezonde personen in reactie verzameld om sinusvormige en impuls stimulatie hoekig.
Onderwerpen zijn rechtop zitten en ontvangen het hele lichaam kleine amplitude sinusvormige en constante versnelling impulsen. Sinusvormige stimuli (f = 1 Hz, A = 4 °) werden geleverd om de verticale as en om assen in het horizontale vlak variërend tussen rollen en stampen in stappen van 22,5 ° in azimuth. Impulsen werden geleverd in yaw, roll en pitch en in het verticale kanaal vlakken. Oogbewegingen werden gemeten met behulp van de sclera zoekspoel techniek 2. Zoekspoel signalen werden bemonsterd op een frequentie van 1 kHz.
De input-output-ratio (winst) en de uitlijning (co-lineariteit) van de 3D VOR werden weer berekendm het oog spoel signaleert 3.
Gain en co-lineariteit van 3D VOR afhankelijk van de oriëntatie van de stimulus as. Systematische afwijkingen werden gevonden in het bijzonder bij horizontale as stimulatie. In het licht werd het oog rotatieas goed uitgelijnd met de stimulus as oriëntaties 0 ° en 90 ° azimut, maar geleidelijk afgeweken meer en meer in de richting van 45 ° azimut.
De systematische afwijkingen in uitlijning voor intermediaire assen kan worden verklaard door een lage winst voor torsie (X-as of rol-as rotatie) en een high gain voor verticale oogbewegingen (Y-as of pitch-as rotatie (zie figuur 2). Omdat tussenas stimulatie leidt compenserende respons op basis vector optelling van de afzonderlijke componenten oog rotatie, zal de netto reactie as afwijken omdat de versterking voor X-en Y-as verschillend.
In de duisternis van de winst van alle ogen draaien onderdelen had lageER waarden. Het resultaat was dat de verkeerde uitlijning in duisternis en voor impulsen hadden verschillende pieken en dalen dan in het licht: de minimale waarde is bereikt voor pitch-as stimulatie en zijn maximum voor roll as stimulatie.
Case Presentatie
Negen proefpersonen deel aan het experiment. Alle proefpersonen gaven hun geïnformeerde toestemming. De experimentele procedure werd goedgekeurd door de Medisch Ethische Commissie van de Erasmus Universiteit Medisch Centrum en gehandeld op grond van de Verklaring van Helsinki voor onderzoek met mensen.
Zes proefpersonen dienden als controlegroep. Drie patiënten hadden een unilaterale vestibulaire stoornis vanwege een vestibulair schwannoom. De leeftijd van de controlepersonen (zes mannen en drie vrouwen) varieerde 22-55 jaar. Geen van de controles hadden een visuele of vestibulaire klachten ten gevolge van neurologische, cardio-vasculaire en oogheelkundige aandoeningen.
De leeftijd van de patiënten met schwannoma varieerde tussen 44 en 64 jaar (twee mannetjes en een vrouwtje). Alle schwannoma proefpersonen waren onder medisch toezicht en / of hadden ontvangen behandeling door een multidisciplinair team bestaande uit een othorhinolaryngologist en een neurochirurg van het Erasmus Universitair Medisch Centrum. Geteste patiënten hadden allemaal een goede kant vestibulair schwannoma en onderging een wait and watch beleid (tabel 1; onderwerpen N1-N3) na de diagnose met vestibulaire schwannoma. Hun tumoren was stabile al meer dan 8-10 jaar op magnetische resonantie beeldvorming.
Protocol
1. 6DF Motion Platform
Vestibulaire stimuli werden geleverd met een motion-platform (zie figuur 1) kunnen genereren hoekig en translationeel stimuli op een totaal van zes vrijheidsgraden (FCS-MOOG, Nieuw-Vennep, Nederland). Het platform wordt bewogen door zes elektromechanische actuators aangesloten op een personal computer met speciale besturingssoftware. Het genereert nauwkeurige bewegingen met zes vrijheidsgraden. Sensoren geplaatst in de actuatoren continu bewaakt het platform bewegingsprofiel. Het apparaat heeft <0,5 mm precisie voor lineaire en <0,05 ° voor hoekige bewegingen. Trillingen tijdens de stimulatie was 0,02 °. Resonantiefrequentie van de inrichting was> 75 Hz. Platform bewegingsprofiel werd gereconstrueerd uit de sensor informatie in de actoren via inverse dynamica en verzonden naar de gegevensverzameling computer. Om platform en oogbewegingsdata synchroniseren werd een laserstraal op de achterzijde van de pla gemonteerdeTForm en geprojecteerd op een kleine fotocel (1 mm, reactietijd 10 psec). De uitgangsspanning van de fotocel werd bemonsterd met een snelheid van 1 KHz samen met de gegevens oogbeweging en voorzien van een realtime indicatie van de beweging begin met 1 msec nauwkeurigheid. Tijdens de offline analyse met Matlab (Mathworks, Natick, MA), de gereconstrueerde bewegingsprofiel van het platform op basis van de sensorinformatie van de actuators op het platform werd exact uitgelijnd met het begin van platform beweging.
2. Vakken
A. Seating
De proefpersonen zitten op een stoel gemonteerd in het midden van het platform (figuur 2). Lichaam van de proefpersoon werd tegengehouden met een vier-punts veiligheidsgordel, zoals gebruikt in racewagens. De gordels zijn verankerd aan de basis van de beweging platform. De stoel is omgeven door een PVC kubieke frame en diende als ondersteuning voor het veld spoelen. Het veld spoelsysteem is in hoogte verstelbaar, zodat de Subject ogen waren in het midden van het magnetische veld.
B. Head fixatie
Het hoofd wordt geïmmobiliseerd met behulp van een individueel gegoten tandheelkundige-impressie beet board, die was verbonden aan de kubieke kader via een stijve balk. Een vacuüm kussen gevouwen langs de hals en een ring aan een stoel tenslotte ondersteund fixatie van het subject (figuur 1). Bovendien, om valse hoofdbewegingen bewaken tijdens de stimulatie, bevestigd we twee 3D-sensoren (Analog Devices Inc, Norwood, MA) rechtstreeks aan de beet board, een voor hoekige en een voor lineaire versnellingen.
3. Coördineren System
Eye rotaties worden gedefinieerd in een hoofd-vaste rechtshandig assenstelsel (figuur 3). In dit systeem vanuit het oogpunt van een naar links rotatie om de Z-as (yaw), een neerwaartse rotatie om de Y-as (pitch) en rechts rotatie om de X-as (roll) het onderwerp gedefinieerd als positive. De vlakken loodrecht op de X, Y en Z rotatieassen respectievelijk de roll, pitch en yaw vlakken (figuur 3).
4. Eye Movement Recordings
Oogbewegingen van beide ogen werden opgenomen met 3D sclerale zoekspoel (Skalar, Delft, Nederland) 4 met een standaard 25 kHz twee veldwikkeling gebaseerd op de amplitude detectiemethode Robinson (Model EMP3020, Skalar Medical, Delft, Nederland) 5. De spoel signalen werden doorgegeven via een analoog laagdoorlaatfilter met een grensfrequentie van 500 Hz en bemonsterd on-line en opgeslagen op de harde schijf met een frequentie van 1 kHz met 16 bits precisie (CED systeem draait Spike2 v6, Cambridge Electronic Design , Cambridge).
5. Search Coil Kalibratie
Voorafgaand aan de experimenten werd de gevoeligheid en non-orthogonaliteit van richting en torsie spoelen in-vitro geverifieerd door monteren van de spoel een Fick giMBAL systeem geplaatst in het midden van het magnetische veld. Door aan de cardansysteem over al kardinale assen werd nagegaan of alle spoelen in de experimenten waren symmetrische alle richtingen binnen 2%.
In vivo, werden de horizontale en verticale signalen van de beide spoelen individueel gekalibreerd door het instrueren van het onderwerp te fixeren achtereenvolgens een reeks van vijf doelen (centrale doelstelling en een target op 10 graden naar links, rechts, omhoog en omlaag) gedurende vijf seconden. Werden kalibratiedoelen geprojecteerd op een doorzichtig scherm op 186 cm afstand. Bericht experiment analyse van de kalibratiegegevens resulteerde in gevoeligheid en offset waarden voor de elke zoekopdracht spoelen. Deze waarden werden vervolgens gebruikt bij de analyse procedures geschreven in Matlab 3.
6 Stimulatie
A. Sinusvormige stimulatie
Het platform geleverd gehele lichaam sinusvormige rotaties (1 Hz, A = 4 °) over de drie cardinal assen: De rostrale-caudale of verticale as (yaw), de interaurale as (pitch) en de neus-occipitale as (rol), en over de tussenliggende horizontale assen verhoogd in stappen van 22,5 ° tussen rollen en stampen.
Sinusvormige stimuli werden geleverd in licht en duisternis. In het licht, onderwerpen gefixeerd op een continu verlichte visuele target (een rode LED, 2 mm diameter) gelegen 177 cm aan de voorkant van het onderwerp op ooghoogte (figuur 1C linkerpaneel). Hoofd was zodanig dat Reid's lijn was base (de denkbeeldige lijn die de gehoorgang externa met de lagere orbitale cantus) was binnen 6 graden van de aarde-horizontaal) geplaatst. Tijdens sinusvormige stimulatie in het donker, was het visuele doelwit kort voorgesteld (2 sec) wanneer het platform was stationaire tijdens elk interval tussen twee opeenvolgende stimuli. Om spontane oogbewegingen tijdens de stimulatie te vermijden, werden proefpersonen geïnstrueerd om de denkbeeldige plaats van de ruimte vast doel fixeren tijdens sinusoidal stimulatie nadat de doelstelling was uitgeschakeld werd net voor beweging ontstaan. We geverifieerd dat het type instructie vooral verminderde de oogbewegingen gemaakt in het donker, en had slechts een klein effect op de winst (<10%). Deze variabiliteit zich in alle componenten (horizontaal, verticaal en torsie) tegelijkertijd.
B. Impulse stimulatie
Korte duur hele lichaam impulsen werden geleverd in een slecht verlichte omgeving. De enige zichtbare stimulus waarover de subject een visueel doel bij 177 cm voor het subject op ooghoogte. Elke impuls werd zes keer herhaald en geleverd in willekeurige volgorde en met willekeurige timing van beweging ontstaan (intervallen varieerden tussen 2,5 en 3,5 sec). Het profiel van de impulsen een constante versnelling van 100 ° sec -2 tijdens de eerste 100 msec van de impuls, gevolgd door een geleidelijke afname van de lineaire versnelling. Deze stimulus resulteerde in een lineaire toename van de snelheid tot een velocteit van 10 ° sec'1 na 100 msec. Afwijkende hoofdbewegingen tijdens vestibulaire stimulatie gemeten door de hoekige snelheid en lineaire versnelling apparaten waren minder dan 4% van de stimulus amplitude. Pieksnelheid van de oogbewegingen in reactie op deze impulsen werd 100 maal boven het ruisniveau van de spoel signalen.
7. Data Analysis
Coil signalen werden omgezet in Fick hoeken en vervolgens uitgedrukt in rotatie vectoren 6,7. Uit de gegevens van de fixatie doel rechtdoor hebben we de verplaatsing van de spoel in het oog ten opzichte van de orthogonale primaire magneetspoelen. Signalen werden gecorrigeerd voor dit gecompenseerd uitlijning door drie-dimensionale toonbank rotatie. Er werd ook nagegaan of er geen spoel slippen tijdens het experiment had plaatsgevonden door het controleren van de positie uitgang tijdens fixatie van de doelstelling voorafgaand aan elke beweging ontstaan.
Om 3D oogbewegingen uit te drukken in de snelheid domein,we rotatievector data omgezet terug in hoeksnelheid. Voor de conversie van rotatievector naar hoeksnelheid, gladgestreken we de gegevens door nul-fase met een vooruit en achteruit digitaal filter met een 20-punts Gauss-venster (lengte 20 msec).
8. Sinusvormige Responses
Een Gain. De versterking van elke component en 3D ogen velocity winst werd berekend door het aanbrengen van een sinusoïde met een frequentie gelijk aan de frequentie platform via de horizontale, verticale en torsie hoeksnelheid componenten. De versterking voor elke component gedefinieerd als de verhouding tussen oog component pieksnelheid en platform pieksnelheid werd apart berekend voor elk oog.
B Misalignment. De afwijking tussen de 3D-eye snelheid as en hoofd snelheid as werd berekend met de aanpak van de Aw en collega's 8,9. Vanuit het scalaire product van twee vectoren de verplaatsing berekend als het instantaneous hoek in drie dimensies tussen de inverse van het oog snelheid as en de kop snelheid as. De 3D hoeksnelheid krijgen en uitlijning voor elke azimutale oriëntatie vergeleken met de versterking en uitlijning van de voorspelde vector som van de 0 ° (roll) en 90 ° (pitch) azimut onderdelen 10. Uit deze vector optelling blijkt dat wanneer velocity voordelen voor roll en pitch gelijk, de oriëntatie van het oog rotatieas samenvalt met de rotatieas kop, wanneer de twee verschillend, wordt de maximale afwijking tussen stimulus en oog draaias verwacht 45 ° azimut.
9. Impulse Responses
Linker en rechter oog data sporen van zes presentaties voor elke beweging richting werden apart geanalyseerd. Omdat linker en rechteroog waarden waren bijna identiek zijn, de gegevens van linker en rechteroog gemiddeld om de winst van oog snelheid bepalen in reactie op stimulatie impuls. Alle sporen werdenop het computerscherm individueel geïnspecteerd. Wanneer het onderwerp maakte een knipperen of saccade tijdens de impuls die trace handmatig werd weggegooid. Hoeksnelheid onderdelen (N = 5 tot 6) gedurende de eerste 100 msec na het begin van de beweging werden gemiddeld in de tijd bakken van 20 msec (het verstrekken van een effectieve laagdoorlaatfiltering) en uitgezet als functie van het platform snelheid 11,12.
Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.
Representative Results
Sinusvormige stimulatie licht
Figuur 4 (bovenste paneel) toont de controlegroep de gemiddelde versterking van de horizontale, verticale en torsie hoeksnelheid componenten voor alle geteste sinusvormige stimulaties in het horizontale vlak in het licht. Torsie is maximaal bij 0 ° azimut, terwijl verticale had zijn maximum bij 90 °. Figuur 5 toont de 3D oog snelheid winst in het licht. Gain varieerde tussen 0.99 ± 0.12 (pitch) en 0.54 ± 0.16 (roll). De meetgegevens nauw aan de voorspelde waarden berekend uit de vectorsom van torsie en verticale componenten (stippellijn in figuur 5).
De gemiddelde afwijking tussen stimulus en respons as gemiddeld over zes vakken wordt getoond in figuur 6. In het licht foutieve uitlijning tussen stimulus en respons as werd kleinste (5,25 °) tijdens de pitch en geleidelijk verhoogd naar roll totde oriëntatie van de stimulus as is georiënteerd op 22,5 ° azimut (maximale afwijking: 17.33 °) en daalde naar de rolas. Deze waarden voor elke horizontale stimulus hoek nauw overeen met wat men uit de lineaire vector sommatie van rollen en stampen bijdragen (gestippelde lijn in figuur 6) zou voorspellen.
Sinusvormige stimulatie duisternis
In donkerheid de maximale versterking van zowel de verticale en torsie componenten was significant lager (t-test p <0,001) dan in het licht (verticale: 0.72 ± 0.19 torsie: 0,37 ± 0,09) (Figuur 7). Ook de 3D oog velocity gain significant (t-test p <0,001) lager dan in het licht (Figuur 8). Gain iets hoger dan voorspeld uit de verticale en torsie componenten alleen (stippellijn in Figuur 8). In het donker was de afwijking minimaal op 90 ° (pitch) en geleidelijk verhoogd tot een piek van eenrond de 0 °-as (roll). Door de aanwezigheid van een kleine horizontale component, heeft het patroon van verplaatsing in het donker niet overeenkomt met wat een uit lineaire vector optelling van slechts roll en pitch componenten (zie figuur 9) voorspelt.
Impulse stimulatie
Hele lichaam impulsen over de interaurale as (pitch) resulteerde in de buurt van eenheid winst voor hoofd omhoog en een winst ongeveer 0,8 voor hoofd naar beneden impulsen. De verschillen waren significant (p <0,05).
Horizontale, verticale en torsiebelasting gain bestanddelen tijdens stimulatie impuls worden getoond in Figuur 10. Maximale gemiddelde winst voor alleen de verticale component was 0.85 voor pitch (90 ° azimut). Maximale winst voor torsie was 0,42 voor rol (0 ° azimut). Vector versterking is getoond in figuur 11. 3D eye snelheid winst varieerde tussen 1,04 ± 0,18 voor pitch om 0.52 ± 0.16 voor roll. Verkeerde uitlijning varieerde tussen 28.2 & dbv; ± 0.18 voor roll, tot 11,53 ° ± 0.51 voor pitch.
Kortom, hoewel impuls stimulatie veroorzaakt slechts een zeer korte (100 msec) verstoring van visuele informatie, de versterking en uitlijning van oogbewegingen een kwalitatief vergelijkbaar patroon als die in reactie op sinusvormige stimulatie in het donker. In beide gevallen de grootste afwijking tussen 3D-hoofd en oog rotatie-as optreedt tijdens roll stimulatie.
Patiënten
3D VOR bij niet-geopereerde
Figuur 13 toont de plaats en de omvang van de tumor op MRI-scans voor de drie niet geopereerde patiënten (zie ook tabel 1 in methodesectie). De tumor was in alle drie de gevallen aan de rechterkant eenzijdig. Subjectieve klachten van duizeligheid van deze drie onderwerpen varieerden. Betreft N1 had een intra-canicular tumor met de kleinste maat. Hij presenteerde zich met een unilaterale hearing problemen en geen klachten van duizeligheid. Onderwerpen N2 en N3 deed verslag klachten van duizeligheid, hoewel geen van beide had volledige desoriëntatie problemen of vegetatieve problemen.
Figuur 14 toont ooghoogte sporen voor de drie niet geopereerde patiënten in reactie op sinusvormige stimulatie om een horizontale as 45 ° azimut. Idealiter deze stimulus roept alleen maar een combinatie van oog onderdelen verticale en torsiebeweging en geen horizontale oogbewegingen. Tijdens de stimulatie in het licht waren er weinig tekenen van horizontale oculaire drift bij proefpersonen N1 en N2, terwijl onder N3 had een horizontaal naar links nystagmus (langzame fase naar rechts) en een CW torsie nystagmus (langzame fase CCW). In het donker onderwerp had N1 weinig of geen drift, terwijl voor onderwerpen N2 en N3 instabiliteiten verscheen in de horizontale, verticale en torsie sporen. Het enige zwakke teken van instabiliteit in onderwerp N1 is in torsie, waar kleine corrigerende torsie saccades waren opmerved die consequent in CW richting waren. Bij personen N2 en N3 torsie instabiliteiten waren groter.
Om de veranderingen in 3D stabiliteit Schwannoom patiënten we bij onderwerp N2 aanwezig in Figuur 15 tonen de horizontale, verticale en torsiebelasting oog velocity gain componenten (bovenste paneel), de 3D gain (centraal paneel) en uitlijning (onderste paneel). De veranderingen in de winst van de afzonderlijke componenten hebben een directe impact op de 3D vectoriële oog snelheid gewin en verkeerde uitlijning. De nauwe samenhang tussen voorspelde en gemeten 3D ogen snelheid en uitlijning zoals gevonden in de controle onderwerpt niet langer geldt voor Schwannoom patiënten.
In het bijzonder bij personen N2 en N3 de 3D oog snelheid winst in het donker werd beïnvloed. In onder N2 werd het totale 3D oog velocity gain lager, hetgeen kan worden verklaard door de daling torsie versterking (figuur 15). Ook in onder N3 de component torsie werd beïnvloed. Zijn torenional oog snelheid winsten reacties waren asymmetrisch. Dit resulteerde in een tot twee-voudige toename in verkeerde uitlijning.
Figuur 1. Experimentele opstelling met de 6DF motion platform.
Figuur 2. Schematische tekening van het elektromagnetische veld spoel systeem rondom de stoel gemonteerd op de 6DF bewegingsplatform. Pijlen geven de mogelijke assen van rotatie en translatie van het platform.
Figuur 3. Directions van rotaties rond de kardinaal assen volgens de rechterhand regel. Bodem panelen tonen de yaw, roll en pitch projectie vliegtuigen.
Figuur 4. Gemiddelde winst van de horizontale, verticale en torsie oog snelheidscomponenten. Resultaten van de horizontale as sinusvormige stimulatie voor alle geteste horizontale stimulus assen gemiddeld over alle vakken (N = 6) in het licht. Cartoons onderaan geven een bovenaanzicht van de oriëntatie van de stimulus as ten opzichte van de weg.
Figuur 5. Bedoel 3D oog snelheid winst voor alle geteste horizontale stimulusassen gemiddeld over alle vakken (N = 6) in het licht. Binnen de stippellijn is de vector oog velocity versterkingsresponsie voorspeld uit de verticale en torsie onderdelen. Cartoons onderaan geven een bovenaanzicht van de oriëntatie van de stimulus as ten opzichte van de weg.
Figuur 6. Foutieve uitlijning van de reactie-as ten opzichte van de stimulus as gedurende sinusoïdale stimulatie in het licht. De stippellijn in het onderste deel is de voorspelde afwijking berekend uit de vectorsom van slechts verticale en torsie oog snelheidscomponenten in reactie op pure pitch en roll pure stimulatie, respectievelijk. Fout balken geven een standaarddeviatie.
Figuur 7. Gemiddelde winst van de horizontale, verticale en torsie oog snelheidscomponenten. Resultaten van de horizontale as sinusvormige stimulatie voor alle geteste horizontale stimulus assen gemiddeld over alle vakken (N = 6) in het donker. Cartoons onderaan geven een bovenaanzicht van de oriëntatie van de stimulus as ten opzichte van de weg.
Figuur 8. Bedoel 3D oog snelheid winst voor alle geteste horizontale stimulus assen gemiddeld over alle vakken (N = 6) in het donker. Binnen de stippellijn is de vector oog velocity versterkingsresponsie voorspeld uit de verticale en torsie onderdelen. Cartoons onderaan geven een bovenaanzicht van de oriëntatie van de stimulus as ten opzichte van dehoofd.
Figuur 9. Foutieve uitlijning van de reactie-as ten opzichte van de stimulus as gedurende sinusoïdale stimulatie donker. De stippellijn in het onderste deel is de voorspelde afwijking berekend uit de vectorsom van slechts verticale en torsie oog snelheidscomponenten in reactie op pure pitch en roll pure stimulatie respectievelijk. Fout balken geven een standaarddeviatie.
Figuur 10. Gemiddelde winst van de horizontale, verticale en torsie oog snelheidscomponenten in reactie op stimulatie impuls horizontale as. Responses gegeven voor stimulus horizontale assen 45 graden intervallen gemiddelde van alle proefpersonen (N = 6). Cartoons onderaan geven een bovenaanzicht van de oriëntatie van de stimulus as ten opzichte van de weg.
Figuur 11. Bedoel 3D oog snelheid winst voor alle geteste horizontale stimulus assen gemiddeld over alle vakken (N = 6) tijdens impuls stimulatie. Binnen de stippellijn is de vector oog velocity versterkingsresponsie voorspeld uit de verticale en torsie onderdelen. Cartoons onderaan geven een bovenaanzicht van de oriëntatie van de stimulus as ten opzichte van de weg.
Figuur 12. Foutieve uitlijning van de reactie-as ten opzichte van de stimulus as gedurende stimulatie impuls. De stippellijn in het onderste deel is de voorspelde afwijking berekend uit de vectorsom van slechts verticale en torsie oog snelheidscomponenten in reactie op pure pitch en roll pure stimulatie, respectievelijk . Fout balken geven een standaarddeviatie.
Figuur 13. MRI-scans van de drie patiënten met onbehandelde Schwannoom's. De Schwannoom wordt in elke scan door de cirkel.
Figuur 14. Voorbeelden van tijdreeksen voor de drie niet-geopereerde patiënten in reactie op sinusvormige stimulation om een horizontale as 45 ° azimuth Bovenste paneel rij:. Licht, Onderste paneel rij: Dark. In elk paneel zijn uitgezet rechts (rood) en linker (blauwe) ogen horizontale (H), verticaal (V) en torsie (T) eye posities. In deze en alle volgende figuren oog posities en snelheden worden uitgedrukt in een rechtshandig head-vaste coördinatenstelsel. In dit systeem met de klok mee (CW), naar beneden en tegen de klok in (CCW) eye rotaties bekeken vanuit het perspectief van het onderwerp wordt gedefinieerd als positieve waarden. Stimulus beweging wordt in elk paneel door de bovenste zwarte lijn.
Figuur 15. Gewin en verkeerde uitlijning van 3D VOR van UVD onder N2 tijdens horizontale as sinusvormige stimulatie in het donker Bovenblad:. Gainvan de horizontale, verticale en torsie oog snelheidscomponenten Cartoons eronder geven een bovenaanzicht van de oriëntatie van de stimulus as ten opzichte van het hoofd Center panel:. Mean 3D oog snelheid bij elke geteste stimulus as oriëntatie. De stippellijn geeft de vector oog velocity versterkingsresponsie voorspeld uit de verticale en torsiebelasting onderdelen Lower panel:. Onjuiste uitlijning van de reactie-as ten opzichte van de as stimulus. De stippellijn in het onderste deel is de voorspelde afwijking berekend uit de vectorsom van verticale en torsiebelasting oog snelheidscomponenten. Let op de lage winst voor torsie in het bovenpaneel en de grote uitlijning in het onderste paneel. Klik hier om een grotere afbeelding te bekijken .
| Onderwerp | Geslacht | Leeftijd (jaar) </ Td> | Kant van de tumor | Tumorgrootte (mm) | Eenzijdige gehoorverlies (Fi dB) | Therapie |
| N1 | mannelijk | 61 | rechts | 4 | 35 | wachten en kijken |
| N2 | mannelijk | 64 | rechts | 14 | 43 | wachten en kijken |
| N3 | mannelijk | 55 | rechts | 22 | compleet | wachten en kijken |
Tabel 1. Relevante klinische bevindingen van de zes patiënten die hebben deelgenomen aan de experimenten. De eenzijdige gehoorverlies hier beschreven was voordat een therapie en uitgedrukt in Fi = Flechter index (gemiddelde gehoorverlies van 500, 1000 en 2000 Hz).
Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.
Discussion
Dit document beschrijft een werkwijze om nauwkeurig 3D hoekige VOR in reactie op het hele lichaam rotaties bij mensen. Het voordeel van de werkwijze is dat het kwantitatieve informatie over gain en uitlijning van 3D hoekige VOR in alle drie dimensies. De methode is bruikbaar voor fundamenteel onderzoek en heeft ook potentiële klinische waarde bijvoorbeeld voor het testen van patiënten met verticale gracht problemen of patiënten met onbegrepen centrale vestibulaire problemen. Een ander voordeel van het apparaat is de mogelijkheid om translationele VOR reacties testen 1. Nadelen van het systeem zijn 1) de kosten aspecten in termen van apparatuur, ruimte en personeel (de huidige machine is ontwikkeld voor de opleiding van piloten doeleinden) en 2) ongemak tijdens de metingen. Nauwkeurige oogbeweging opnames zijn gebaseerd op de sclera zoekspoel techniek. Vanwege de betere signaal-ruisverhouding en geen slip ten opzichte van head-mounted infraroodcamera systemen is dit nog steeds de oply techniek VOR responsen te meten bij mensen met hoge precisie. Verbeteringen in de slip-free infrarood video bases eye tracker systemen zijn hard nodig.
De gegevens tonen aan dat bij gezonde proefpersonen de kwaliteit van de 3D VOR reactie varieert niet alleen in termen van versterking, maar ook wat betreft de aanpassing van het oog rotatieas met kop rotatieas. Zoals ook in andere studies 3D VOR dynamiek er een hoge versterking voor horizontale en verticale oogbewegingen opzichte van torsie. Deze algemene eigenschap is ook beschreven in zijdelingse ogen dieren zoals konijnen 13 en frontale ogen dieren zoals apen en mensen 14 4, 9, 15, 16. De winst van de VOR voor stimulatie over de kardinaal assen in nauwe overeenstemming met eerdere studies bij de mens 8, 17, 18. Er was een klein maar significant hogere winst voor pitch hoofd omhoog, vergeleken met het hoofd naar beneden pitchen impulsen. Dit is mogelijk gerelateerd aan het feit dat onze impulss waren geheel lichaamsbewegingen in tegenstelling tot eerdere studies die betrokken stimulatie van de hals 19, 20.
De tweede belangrijke bevinding is de systematische variatie in uitlijning tussen stimulus en respons as. In het licht afwijking heeft minima op slingeren en stampen, en de maxima bij plus en min 45 ° azimut. Kwantitatief verplaatsing hoeken in onze studie zijn vergelijkbaar met die bij apen 21, 22.
In het donker en tijdens impuls stimulatie is er een tweevoudige toename van de uitlijning ten opzichte van sinusvormige stimulatie in het licht over het hele scala van geteste assen. Onder donkere en impuls stimulusvoorwaarden stimulatie om de as resultaten rol in de grootste verplaatsing. De relatief grote afwijking tijdens roll as stimulatie in het donker heeft zijn oorsprong in een kleine maar consistente horizontale eye component beweging die in combinatie is met een lage winst voor torsie een relatief grootbijdrage aan de vector gain 3.
Hoewel een aantal onderwerpen fixatiedoel impuls tijdens stimulatie afwijkingen waren niet significant verschillend (t-toets P> 0,05) van de sinusoïdale stimulatie duisternis staat. Dit betekent dat de relatief milde impuls die we gebruikten kort interfereert met visuele fixatie. Als gevolg van deze de reactie kan sinusvormige stimulatie duisternis.
De gevoeligheid van de methode is aangetoond in een kleine groep patiënten met een unilaterale Schwannoom's. In deze niet-geopereerde groep dat was op een wait and watch beleid, subjectieve problemen waren variabel en relatief mild in het licht. Niettemin, met deze methode konden we aantonen dat in het donker de juiste 3D-gain en uitlijning van de 3D VOR wordt aangetast. Hoewel de groep is zeer klein, onze gegevens suggereren een correlatie tussen tumorgrootte en de ernst van 3D VOR afwijkingen.
Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.
Disclosures
Wij hebben niets te onthullen.
Acknowledgments
Materials
| Name | Company | Catalog Number | Comments |
| Electric Motion Base MB-E-6DOF/24/1800KG * (Formerly E-CUE 624-1800) | FCS-MOOG, Nieuw-Vennep, The Netherlands | ||
| Magnetic field with detector, Model EMP3020 | Skalar Medical, Delft, The Netherlands | ||
| CED power 1401, running Spike2 v6 | Cambridge Electronic Design, Cambridge | ||
| Electromagnetic search coils | Chronos Vision, Berlin, Germany |
References
- Houben, M. M. J., Goumans, J., Dejongste, A. H., Van der Steen, J. Angular and linear vestibulo-ocular responses in humans. Ann. N.Y. Acad. Sci. 1039, 68-80 (2005).
- Collewijn, H., Van der Steen, J., Ferman, L., Jansen, T. C. Human ocular counterroll: assessment of static and dynamic properties from electromagnetic scleral coil recordings. Exp. Brain Res. 59, 185-196 (1985).
- Goumans, J., Houben, M. M., Dits, J., Van der Steen, J. Peaks and troughs of three-dimensional vestibulo-ocular reflex in humans. J. Assoc. Res. Otolaryngol. 11, 383-393 (2010).
- Ferman, L., Collewijn, H., Jansen, T. C., Vanden Berg, A. V. Human gaze stability in the horizontal, vertical and torsional direction during voluntary head movements, evaluated with a three-dimensional scleral induction coil technique. Vision Res. 27, 811-828 (1987).
- Robinson, D. A. A Method of Measuring Eye Movement Using a Scleral Search Coil in a Magnetic Field. IEEE Trans. Biomed. Eng. 10, 137-145 (1963).
- Haustein, W. Considerations on Listing's Law and the primary position by means of a matrix description of eye position control. Biol. Cybern. 60, 411-420 (1989).
- Haslwanter, T., Moore, S. T. A theoretical analysis of three-dimensional eye position measurement using polar cross-correlation. IEEE Trans. Biomed. Eng. 42, 1053-1061 (1995).
- Aw, S. T., et al. Three-dimensional vector analysis of the human vestibuloocular reflex in response to high-acceleration head rotations. II. responses in subjects with unilateral vestibular loss and selective semicircular canal occlusion. J. Neurophysiol. 76, 4021-4030 (1996).
- Aw, S. T., et al. Three-dimensional vector analysis of the human vestibuloocular reflex in response to high-acceleration head rotations. I. Responses in normal subjects. J. Neurophysiol. 76, 4009-4020 (1996).
- Crawford, J. D., Vilis, T. Axes of eye rotation and Listing's law during rotations of the head. J. Neurophysiol. 65, 407-423 (1991).
- Tabak, S., Collewijn, H., Boumans, L. J. Deviation of the subjective vertical in long-standing unilateral vestibular loss. Acta. Otolaryngol. 117, 1-6 (1997).
- Tabak, S., Collewijn, H., Boumans, L. J., Van der Steen, J. Gain and delay of human vestibulo-ocular reflexes to oscillation and steps of the head by a reactive torque helmet. II. Vestibular-deficient subjects. Acta. Otolaryngol. 117, 796-809 (1997).
- Van der Steen, J., Collewijn, H. Ocular stability in the horizontal, frontal and sagittal planes in the rabbit. Exp. Brain Res. 56, 263-274 (1984).
- Seidman, S. H., Leigh, R. J., Tomsak, R. L., Grant, M. P., Dell'Osso, L. F. Dynamic properties of the human vestibulo-ocular reflex during head rotations in roll. Vision Res. 35, 679-689 (1995).
- Seidman, S. H., Leigh, R. J. The human torsional vestibulo-ocular reflex during rotation about an earth-vertical axis. Brain Res. 504, 264-268 (1989).
- Tweed, D., et al. Rotational kinematics of the human vestibuloocular reflex. I. Gain matrices. J. Neurophysiol. 72, 2467-2479 (1994).
- Tabak, S., Collewijn, H. Human vestibulo-ocular responses to rapid, helmet-driven head movements. Exp. Brain Res. 102, 367-378 (1994).
- Paige, G. D. Linear vestibulo-ocular reflex (LVOR) and modulation by vergence. Acta. Otolaryngol. Suppl. 481, 282-286 (1991).
- Halmagyi, G. M., Aw, S. T., Cremer, P. D., Curthoys, I. S., Todd, M. J. Impulsive testing of individual semicircular canal function. Ann. N.Y. Acad. Sci. 942, 192-200 (2001).
- Tabak, S., Collewijn, H. Evaluation of the human vestibulo-ocular reflex at high frequencies with a helmet, driven by reactive torque. Acta. Otolaryngol. Suppl. 520 Pt. 1, 4-8 (1995).
- Crawford, J. D., Vilis, T. Axes of eye rotation and Listing's law during rotations of the head. J. Neurophysiol. 65, 407-423 (1991).
- Migliaccio, A. A., et al. The three-dimensional vestibulo-ocular reflex evoked by high-acceleration rotations in the squirrel monkey. Exp. Brain Res. 159, 433-446 (2004).
