Summary
En metode er beskrevet for å måle tredimensjonale Vestíbulo okulære reflekser (3D VOR) hos mennesker ved hjelp av en seks frihetsgrader (6DF) motion simulator. Forsterkningen og forskyvning av 3D vinkelformet VOR gir et direkte mål på kvaliteten av vestibularfunksjonen. Representative data om friske individer er gitt
Abstract
Vestibular orgel er en sensor som måler kantete og lineær akselerasjon med seks frihetsgrader (6DF). Komplett eller delvis defekter i vestibular orgel resulterer i mild til alvorlig likevekt problemer, for eksempel svimmelhet, svimmelhet, oscillopsi, gangart ustøhet kvalme og / eller oppkast. En god og hyppig benyttet mål å kvantifisere blikket stabilisering er forsterkningen, som er definert som graden av kompenserende øyebevegelser med hensyn til utskutte hodebevegelser. For å teste vestibularfunksjonen mer fullstendig man må innse at 3D VOR ideelt genererer kompenserende okulære rotasjoner ikke bare med en magnitude (gevinst) lik og motsatt hodet rotasjon, men også om en akse som er co-lineær med hodet rotasjonsakse (justering ). Unormal vestibularfunksjonen resulterer dermed i endringer i gevinst og endringer i justeringen av 3D VOR respons.
Her beskriver vi en metode for å måle 3D VOR bruker hele kroppen rotasjon på en 6DF motipå plattformen. Selv om metoden også gjør det mulig å teste oversettelse VOR svar 1, begrenser vi oss til en diskusjon av metoden for å måle 3D kantete VOR. I tillegg begrenser vi oss her til beskrivelse av data som er samlet hos friske personer i respons til kantete sinusformet og impuls stimulering.
Emner sitter oppreist og motta hele kroppen små amplitude sinusformet og konstant akselerasjon impulser. Sinusformet stimuli (f = 1 Hz, A = 4 °) ble levert om den vertikale aksen og om akser i horisontalplanet varierende mellom roll og pitch på trinn på 22,5 ° i azimuth. Impulser ble levert i yaw, roll og pitch og i de vertikale kanalen flyene. Øyebevegelser ble målt ved hjelp av Innbukking søk spiral teknikk to. Søk spiral signalene ble samplet ved en frekvens på 1 kHz.
Input-output ratio (gain) og avvik (co-linearitet) av 3D VOR ble beregnet from øyet spolen signaliserer tre.
Gevinst og co-linearitet av 3D VOR avhengig av orienteringen av stimulus aksen. Systematiske avvik ble funnet særlig i horisontale aksen stimulering. I lys øyet rotasjonsaksen ble riktig justert med stimulans aksen orienteringer 0 ° og 90 ° azimuth, men gradvis merkelig mer og mer mot 45 ° azimuth.
De systematiske avvik i forskyvning for mellomliggende akser kan forklares med en liten gevinst for torsjon (X-aksen eller roll-aksen rotasjon) og en høy gevinst for vertikale øyebevegelser (Y-aksen eller pitch-aksen rotasjon (se figur 2). Fordi mellomliggende akse stimulering fører en kompenserende respons basert på vektoren summering av de enkelte øye rotasjon komponenter, vil den netto reaksjon aksen avvike fordi forsterkningen for X-og Y-aksen er forskjellige.
I mørket gevinsten av alle øye rotasjon komponenter hadde laveh verdier. Resultatet var at forskyvning i mørke og for impulser hadde ulike topper og bunner enn i lyset: minimumsverdien ble nådd for stigningsaksen stimulering og sitt maksimale for roll aksen stimulering.
Sak Presentasjon
Ni personer deltok i forsøket. Alle forsøkspersonene ga sitt samtykke. Den eksperimentelle prosedyren ble godkjent av Medical Ethics Committee of Erasmus University Medical Center og levd opp til Helsinkideklarasjonen for forskning som omfatter mennesker.
Seks personer fungerte som kontroller. Tre personer hadde en ensidig vestibular verdifall på grunn av en vestibulære schwannoma. Alderen på kontrollpersoner (seks menn og tre kvinner) varierte 22-55 år. Ingen av kontrollene hadde visuelle eller vestibulære klager på grunn av nevrologiske, cardio vaskulære og oftalmologiske lidelser.
Alderen på pasientene med schwannoma varierte mellom 44 og 64 år (to hanner og en tispe). Alle schwannoma fag var under medisinsk overvåkning og / eller hadde fått behandling av et tverrfaglig team bestående av en othorhinolaryngologist og en nevrokirurg av Erasmus University Medical Center. Testede pasientene hadde alle en riktig side vestibular schwannoma og gjennomgikk en vente og se politikk (Tabell 1; fagene N1-N3) etter å ha blitt diagnostisert med vestibular schwannoma. Deres svulster hadde vært stabilt i over 8-10 år på magnetic resonance imaging.
Protocol
En. 6DF Motion Platform
Vestibulære stimuli ble levert med en motion plattform (se figur 1) stand til å generere kantete og translasjonsforskning stimuli på totalt seks grader av frihet (FCS-Moog, Nieuw-Vennep, Nederland). Plattformen er flyttet av seks elektromekaniske aktuatorer koblet til en datamaskin med dedikert programvare. Det genererer nøyaktige bevegelser med seks frihetsgrader. Sensorer plassert i aktuatorene kontinuerlig overvåket på plattformen bevegelse profil. Enheten har <0,5 mm presisjon for lineær og <0,05 ° for kantete bevegelser. Vibrasjoner under stimulering var 0,02 °. Resonansfrekvensen av enheten var> 75 Hz. Plattform bevegelse profilen ble rekonstruert fra sensoren informasjon i aktuatorer med invers dynamikk og sendt til datainnsamling datamaskinen. For å synkronisere plattform og øyebevegelser data, ble en laserstråle montert på baksiden av plaTForm og projisert på en liten fotocelle (1 mm, reaksjonstid 10 μsec). Utgangsspenningen fra fotocellen ble prøvetatt med en hastighet på 1 KHz sammen med øyet bevegelsesdata og ga en sanntids-indikator av bevegelse utbruddet med en nøyaktighet msek. Under offline analyse ved hjelp av Matlab (Mathworks, Framingham, MA), den rekonstruerte bevegelse profil av plattform basert på sensoren informasjon av aktuatorer i plattformen ble nøyaktig justert med utbruddet av plattformen bevegelse.
2. Emner
A. Seating
Fagene sitter på en stol montert på midten av plattformen (figur 2). Faget kropp ble tilbakeholdne med en fire-punkts sikkerhetsbelte som brukes i racing biler. De sikkerhetsbelter ble forankret til bunnen av bevegelsesplattform. Stolen var omgitt av en PVC kubikk ramme og fungerte som en støtte for de feltspolene. Feltspolen systemet var justerbar i høyde, slik at den subject øyne var i sentrum av det magnetiske felt.
B. Leder fiksering
Hodet er immobilisert ved hjelp av en individuelt formet dental-inntrykk bite styret, som var festet til den kubiske rammen via en rigid bar. Et vakuum pute foldet rundt halsen og et ringrom som er festet til stolen ytterligere sikret fiksering av emnet (fig. 1). I tillegg til å overvåke falske hodebevegelser under stimulering, festet vi to 3D-sensorer (Analog Devices Inc, Norwood, MA) direkte til den bite bord, en for kantete og én for lineære akselerasjoner.
3. Koordinatsystem
Eye rotasjoner er definert i en head-fast høyrehendt koordinatsystem (figur 3). I dette systemet fra forsøkspersonens synspunkt en venstrerettet rotasjon om Z-aksen (yaw), en nedad dreining om Y-aksen (pitch) og høyrerettet rotasjon om X-akse (roll) defineres som posive. Flyene ortogonale til X, Y og Z rotasjonssymmetriakser er henholdsvis de roll, pitch og yaw fly (figur 3).
4. Eye Movement Recordings
Øyebevegelser av begge øyne ble registrert med 3D Innbukking søk spoler (Skalar, Delft, Nederland) 4 ved hjelp av en standard 25 kHz to feltspolen system basert på amplitude påvisning metode for Robinson (EMP3020 Model, Skalar medisinsk, Delft, Nederland) 5. Spolenes signalene ble sendt gjennom et analogt lavpassfilter med grensefrekvens på 500 Hz og samplet on-line og lagret i harddisken ved en frekvens på 1 kHz med 16 bits presisjon (CED systemet kjører Spike2 V6, Cambridge Electronic Design , Cambridge).
5. Søk Coil Kalibrering
Før forsøkene, var sensitiviteten og ikke-ortogonalitet for retnings-og torsjon spoler verifisert in vitro ved å montere spolen på en Fick GIMBAL system plassert i sentrum av det magnetiske felt. Ved å dreie på slingrebøylen system om alle akser kardinal bekreftet vi at alle spoler anvendt i eksperimentene var symmetrisk for alle retninger innenfor 2%.
In vivo, ble de horisontale og vertikale signalene fra begge spoler individuelt kalibrert ved å instruere underlagt suksessivt fiksere en serie på fem mål (sentralt mål og et mål på 10 grader til venstre, høyre, opp og ned) for fem sekunder hver. Kalibrering målene ble projisert på en gjennomsiktig skjerm på 186 cm avstand. Post eksperiment analyse av de kalibreringsdata resulterte i følsomhet og forskyvningsverdier for hvert søk spoler. Disse verdiene ble deretter brukt i analysen prosedyrer skrevet i Matlab tre.
6 Stimulering
A. Sinusforma stimulering
Plattformen levert hele kroppen sinusformet rotasjoner (1 Hz, A = 4 °) om tre cardinale akser: Den rostral-caudal eller vertikal akse (yaw), den interaural aksen (pitch) og nasal-occipital aksen (roll), og om mellomliggende horisontale akser økes i trinn på 22,5 ° mellom roll og pitch.
Sinusformet stimuli ble levert i lys og mørke. I lyset, fagene fiksert på en kontinuerlig opplyst visuell mål (en rød LED, 2 mm diameter) som ligger 177 cm foran motivet i øyehøyde (figur 1C venstre panel). Hodet ble plassert slik at Reid linje var base (den imaginære linjen forbinder meatus externa med lavere orbital Cantus) var innenfor 6 grader fra jord-horisontal). Under sinusformet stimulering i mørket, ble det visuelt mål kort presentert (2 s) når plattformen var stasjonær under hvert intervall mellom to etterfølgende stimuli. For å unngå spontane øyebevegelser under stimulering, fag ble instruert til å fiksere den tenkte plassering av plassen faste mål under sinusoidal stimulering etter målet hadde blitt slått av umiddelbart før begynnende bevegelse. Vi har bekreftet at den type instruksjon hovedsakelig redusert øyebevegelser laget i mørke, og hadde bare en liten effekt på styrke (<10%). Denne variasjonen skjedde i alle komponenter (horisontal, vertikal og torsjon) samtidig.
B. Impulse stimulering
Kortvarige hele kroppen impulser ble levert i en svakt opplyst miljø. Den eneste synlige stimulus tilgjengelig for faget var en visuell mål ligger på 177 cm i foran motivet i øyehøyde. Hver impuls ble gjentatt seks ganger og levert i tilfeldig rekkefølge og med tilfeldig timing av bevegelse utbruddet (intervaller varierte mellom 2,5 og 3,5 sek). Profilen av impulser var en konstant akselerasjon på 100 ° sek -2 løpet av de første 100 millisekunder av impulsen, fulgt av en gradvis reduksjon i lineær akselerasjon. Denne stimulus resulterte i en lineær økning i hastighet nådde et velochet på 10 ° sek -1 etter 100 ms. Avvikende hodebevegelser under vestibular stimulering målt ved vinkelformet rente og lineær akselerasjon enhetene var mindre enn 4% av stimulus amplitude. Topphastighet av øyebevegelser i respons til disse impulsene var 100 ganger over støynivået av coil signaler.
7. Data Analysis
Coil signalene ble omgjort til Fick vinkler og deretter uttrykt som rotasjon vektorer 6,7. Fra de data fiksering av målet rett fram bestemtes forskyvning av spolen i øyet i forhold til de ortogonale primære magnetiske feltspoler. Signalene ble korrigert for dette akselsentreringen av tredimensjonale mot rotasjon. Det ble også bekreftet at ingen glidning spiral hadde oppstått i løpet av eksperimentet ved å verifisere posisjonen utgangen under fiksering av målet før hver bevegelse utbruddet.
For å uttrykke 3D øyebevegelser i hastighet domene,vi konvertert rotasjon vektordata tilbake i vinkelhastighet. Før konvertering av rotasjon vektor til vinkelhastighet, glattet vi dataene ved null-fase med en forover og bakover digitalt filter med en 20-punkts Gauss vindu (lengde 20 ms).
8. Sinusformet Responses
En Gain. Forsterkningen til hver av komponentene og 3D øye hastighet forsterkning ble beregnet ved å montere et sinussignal med en frekvens lik frekvensen til plattformen gjennom de horisontale, vertikale og torsjon vinkelhastighet komponenter. Forsterkningen for hver komponent er definert som forholdet mellom øyet komponent topphastighet og plattformen topphastighet ble beregnet separat for hvert øye.
B skjevt. Den forskyvning mellom 3D øye hastighet akse og hodet hastighet aksen ble beregnet ved hjelp tilnærming av Aw og kolleger 8,9. Fra skalarproduktet av to vektorer forskyvning ble beregnet som instantaneous vinkel i tre dimensjoner mellom den inverse av øyet hastighet aksen og hodet hastighet akse. 3D vinkelfart forsterkning og forskyvning for hver azimuthal orientering ble sammenlignet med gevinsten og avvik spådd fra vektor summering av 0 ° (roll) og 90 ° (pitch) azimuth komponenter 10. Fra denne vektor summering følger det at når velocity gevinster for roll og pitch er like, justerer retningen av øyet rotasjonsakse med hodet rotasjonsaksen, når de to er forskjellige, er det maksimalt avvik mellom stimulus og øye rotasjonsaksen forventet på 45 ° azimuth.
9. Pulsresponser
Venstre og høyre øye data spor av seks presentasjoner for hver bevegelse retning separat ble analysert. Fordi venstre og høyre øye verdier var nesten identiske, ble dataene fra venstre og høyre øye gjennomsnitt for å bestemme gevinst på øyet hastighet som reaksjon på impuls stimulering. Alle spor varindividuelt inspisert på dataskjermen. Når motivet laget en blink eller saccade under impuls som spor ble manuelt forkastet. Vinkelhastigheten komponenter (N = 5 til 6) i løpet av de første 100 millisekunder etter utbruddet av bevegelsen ble midlet i tid skuffer av 20 ms (som gir en effektiv lavpass-filtrering) og plottet som funksjon av plattformen hastighet 11,12.
Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.
Representative Results
Sinusforma stimulering lys
Figur 4 (øverste panel) viser for kontrollgruppen gjennomsnittlig gevinst på de horisontale, vertikale og vridning vinkelfart komponenter for alle testede sinusformet stimuleringer i horisontalplanet i lyset. Torsjon var størst ved 0 ° asimut, mens vertikal hadde sitt maksimum på 90 °. Figur 5 viser 3D øye hastighet forsterkningen i lyset. Gevinst varierte mellom 0.99 ± 0.12 (pitch) og 0.54 ± 0.16 (roll). De målte data nært svarer til de forutsagte verdier beregnet fra vektorsummen av torsjon og vertikale komponenter (stiplet linje i figur 5).
Den midlere forskyvning mellom stimulus og respons aksen midlet over seks pasienter er vist i figur 6.. I lys forskyvning mellom stimulus og respons aksen ble minste (5,25 °) under banen og gradvis økt mot roll førorienteringen av stimulus aksen ble orientert ved 22,5 ° azimuth (maksimal forskyvning: 17.33 °) og redusert mot roll aksen. Disse verdiene for hver horisontale stimulus vinkelen samsvarer godt med hva man ville forutse fra lineær vektor summering av roll og pitch-bidrag (stiplet linje i figur 6).
Sinusforma stimulering mørket
I mørke maksimal gevinst på både den vertikale og torsjon komponenter var signifikant lavere (t-test p <0,001) enn i lys (vertikal: 0.72 ± 0.19 torsjon: 0.37 ± 0.09) (figur 7). Også den 3D øye hastighet vinning var signifikant (t-test p <0,001) som er lavere enn i lys (figur 8). Gevinsten var noe høyere enn anslått fra de vertikale og vridning komponentene alene (stiplet linje i Figur 8). I mørket forskyvningen var minimalt ved 90 ° (pitch) og gradvis økes til en topp enrundt 0 ° aksen (roll). På grunn av tilstedeværelsen av en liten horisontal komponent, har et mønster av feilinnretting i mørket ikke svarer til hva man ville forutsi fra lineær vektor-summasjon av bare roll og pitch-komponenter (se figur 9).
Impuls stimulering
Hele kroppen impulser om interaural aksen (pitch) resulterte i nær enhet gevinst for hodet opp og en gevinst på 0,8 for hodet ned impulser. Forskjellene var signifikant (p <0,05).
Horisontal, vertikal og torsjons gain komponenter under impuls stimulering er vist i figur 10.. Maksimal gjennomsnittlig gevinst for den vertikale komponenten alene var 0,85 for pitch (90 ° azimuth). Maksimal gevinst for torsjon var 0,42 for rull (0 ° azimuth). Vektor forsterkning er vist i figur 11.. 3D øye hastighet gevinst varierte mellom 1,04 ± 0,18 for banen til 0.52 ± 0.16 for roll. Forskyvning varierte mellom 28,2 og df.eks; ± 0,18 for roll, til 11.53 ° ± 0,51 for banen.
I konklusjonen, selv om impuls stimulering forårsaker bare en svært kort (100 millisekunder) forstyrrelse av visuell informasjon, gevinst og forskyvning av øyebevegelser har et kvalitativt lignende mønster som i respons til sinusformet stimulering i mørket. I begge tilfeller den største forskyvning mellom 3D hode og øyne rotasjonsaksen oppstår under roll stimulering.
Pasienter
3D VOR i ikke-opererte pasienter
Figur 13 viser plasseringen og størrelsen på tumoren på MR for de tre ikke-opererte personer (se også tabell 1 i metode avsnitt). Svulsten var i alle tre tilfeller på høyre ensidig. Subjektive plager som svimmelhet av disse tre fagene varierte. Emne N1 hadde en intra-canicular svulst med den minste størrelsen. Han presenterte seg med unilateral hearing problemer og ingen klager av svimmelhet. Emner N2 og N3 gjorde rapportere klager over svimmelhet, selv om verken hadde komplette forvirring problemer eller vegetative problemer.
Figur 14 viser øyeposisjon spor for de tre ikke-opererte fag i respons til stimulering sinusformet om en horisontal akse 45 ° asimut. Ideelt sett, fremkaller denne stimulans bare en kombinasjon av vertikale og vridningsstivhet øyebevegelser komponenter og ingen horisontale øyebevegelser. Under stimulering i lyset var det få tegn til horisontal okulær drift i fagene N1 og N2, mens underlagt N3 hadde en horisontal leftward nystagmus (langsom fase til høyre) og en CW vridningsstivhet nystagmus (langsom fase CCW). I den mørke N1 hadde liten eller ingen drift, mens for fag N2 og N3 ustabiliteter dukket opp i horisontale, vertikale og vridningsstivhet spor. Den eneste svake tegn på ustabilitet i faget N1 er i vridning, der små korrigerende vridningsbelastning saccades var observasjonerVED at var konsekvent i CW retning. Hos personer N2 og N3 vridningsbelastning ustabiliteter var større.
For å demonstrere endringene i 3D stabilitet i schwannoma pasienter vi presenterer for fag N2 i Figur 15 de horisontale, vertikale og vridningsstivhet øye velocity gevinst komponenter (øverste panel), 3D-gevinst (midtre panelet) og forskyvning (nedre panel). Endringene i gevinst på de enkelte komponentene har en direkte innvirkning på 3D vectorial øye hastighet gevinst og forskyvning. Den nære sammenhengen mellom forutsagt og målt 3D øye hastighet og innretting som funnet i kontroll fag ikke lenger holder for schwannoma pasienter.
I spesielt hos personer N2 og N3 3D øye hastighet gevinst i mørket ble berørt. I underlagt N2 den totale 3D øye hastighet gevinsten var lavere, noe som kan forklares med nedgangen i vridningsstivhet gevinst (Figur 15). Også i faget N3 torsjon komponenten ble berørt. Hans torerional øye velocity gevinster svarene var asymmetrisk. Dette resulterte i en opp til to-fold økning i forskyvning.
Figur 1. Eksperimentelt oppsett med 6DF bevegelsesplattform.
Figur 2. Skjematisk tegning av det elektromagnetiske felt spolesystem som omgir stol montert på 6DF bevegelsesplattform. Piler angir de mulige rotasjonsaksene og translasjon av plattformen.
Figur 3. Directions av rotasjoner rundt kardinal akser i henhold til høyre regelen. Bottom panelene viser yaw, roll og pitch-projeksjon flyene.
Figur 4. Gjennomsnittlig gevinst på de horisontale, vertikale og vridning øye velocity komponenter. Resultater av horisontale aksen sinusformet stimulering for alle testede horisontale stimulans økser gjennomsnitt over alle fag (N = 6) i lyset. Tegneserier under gi et toppriss av orienteringen av stimulus-aksen i forhold til hodet.
Figur 5. Mener 3D øye hastighet gevinst for alle testede horisontal stimulusakser gjennomsnitt over alle fag (N = 6) i lyset. Stiplet linje er vektor øye hastighet gevinst respons spådd fra de vertikale og vridning komponenter. Tegneserier under gi et toppriss av orienteringen av stimulus-aksen i forhold til hodet.
Figur 6. Feilinnretting av aksen respons med hensyn på stimuleringer aksen under sinusformet stimulering i lyset. Den stiplede linje i den nedre platen utgjør den forutsagte feilinnretting beregnet fra vektorsummen av kun vertikale og torsjon øye hastighets-komponenter i respons til ren pitch og roll ren stimulering, respektivt. Feilfelt indikerer ett standardavvik.
Figur 7. Midlere vinning av de horisontale, vertikale og torsjon øye hastighets-komponenter. Resultater av horisontale akse sinusformet stimulering for alle testede horisontale akser stimulus midlet over alle individer (N = 6) i mørket. Tegneserier under gi et toppriss av orienteringen av stimulus-aksen i forhold til hodet.
Figur 8. Mener 3D øye hastighet gevinst for alle testede horisontale stimulans økser gjennomsnitt over alle fag (N = 6) i mørket. Stiplet linje er vektor øye hastighet gevinst respons spådd fra de vertikale og vridning komponenter. Tegneserier under gi et toppriss av orienteringen av stimulus-aksen med hensyn tilhode.
Figur 9. Feilinnretting av aksen respons med hensyn på stimuleringer aksen under sinusformet stimulering i mørke. Den stiplede linje i den nedre platen utgjør den forutsagte feilinnretting beregnet fra vektorsummen av kun vertikale og torsjon øye hastighets-komponenter i respons til ren pitch og roll ren stimulering , respektivt. Feilfelt indikerer ett standardavvik.
Figur 10. Midlere vinning av de horisontale, vertikale og torsjon øye hastighets-komponenter som respons på horisontale aksen impuls stimulering. Responses er gitt for horisontale akser stimulans på 45 grader intervaller midlet over alle individer (N = 6). Tegneserier under gi et toppriss av orienteringen av stimulus-aksen i forhold til hodet.
Figur 11. Midlere 3D øye hastighet forsterkning for alle testede horisontale akser stimulus midlet over alle individer (N = 6) under impuls stimulering. Stiplet linje er vektoren øye hastighet gevinst respons forutsies fra de vertikale og torsjon komponenter. Tegneserier under gi et toppriss av orienteringen av stimulus-aksen i forhold til hodet.
Figur 12. Feilinnretting av aksen respons med hensyn på stimuleringer aksen under impuls stimulering. Den stiplede linje i den nedre platen utgjør den forutsagte feilinnretting beregnet fra vektorsummen av kun vertikale og torsjon øye hastighets-komponenter i respons til ren pitch og roll ren stimulering, henholdsvis . Feilfelt indikerer ett standardavvik.
Figur 13. MRI-skanner av tre pasienter med ubehandlet schwannoma tallet. Den schwannoma er angitt i hver skanning av sirkelen.
Figur 14. Eksempler på tidsserier for de tre ikke-opererte pasienter i respons til sinusformet stimulation om en horisontal akse 45 ° azimuth Øvre panel rad:. Lett, Nedre panel rad: Mørk. I hvert panel er plottet mot høyre (rød) og venstre (blå) øye horisontal (H), vertikal (V) og vridnings-(T) øye stillinger. I denne og alle påfølgende tall øye posisjoner og hastigheter er uttrykt i en høyrehendt, head-fast koordinatsystem. I dette systemet klokken (CW), ned og mot klokken (CCW) øye rotasjoner sett fra perspektivet til faget er definert som positive verdier. Stimulans bevegelse er angitt i hvert panel av den øverste svarte linjen.
Figur 15. Gevinst og forskyvning av 3D VOR av UVD underlagt N2 under horisontale aksen sinusformet stimulering i mørket Topplate:. Gainav de horisontale, vertikale og torsjons øye velocity komponenter tegneserier under gi et toppriss av orienteringen av stimulus-aksen i forhold til hodet sentrale panel:. Midlere 3D øye hastighet ved hver testet stimulus akseorientering. Den stiplede linje representerer den vektor øye hastighet gevinst respons forutsies fra de vertikale og torsjons komponenter Nedre panel:. Forskyvning av responsen aksen i forhold til aksen stimulus. Den stiplede linje i den nedre platen utgjør den forutsagte feilinnretting beregnet fra vektorsummen av vertikale og torsjons øye hastighets-komponenter. Legg merke til den lave gevinst for vridning i topplaten og store skjevheter i det nedre panelet. Klikk her for å se større figur .
| Subject | Kjønn | Alder (år) | Side av tumor | Tumor-størrelse (mm) | Ensidig hørselstap (Fi dB) | Terapi |
| N1 | mann | 61 | høyre | 4 | 35 | vente og se |
| N2 | mann | 64 | høyre | 14 | 43 | vente og se |
| N3 | mann | 55 | høyre | 22 | fullføre | vente og se |
Tabell 1. Relevante kliniske funn av de seks pasientene som deltok i forsøkene. Den ensidig hørselstap beskrevet her var før eventuell behandling og uttrykkes i Fi = Flechter index (gjennomsnittlig hørselstap på 500, 1000 og 2000 Hz).
Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.
Discussion
Dette dokumentet beskriver en fremgangsmåte for å måle 3D vinkelformet VOR som reaksjon på hele kroppen rotasjoner hos mennesker. Fordelen med fremgangsmåten er at den gir kvantitativ informasjon om forsterkning og forskyvning av 3D vinkelformet VOR i alle tre dimensjoner. Metoden er nyttig for grunnleggende forskning og har også potensial klinisk verdi f.eks for å teste pasienter med vertikale kanalen problemer eller pasienter med dårlig forståtte sentrale vestibulære problemer. En annen fordel av enheten er muligheten til å teste translasjonsforskning VOR responser en. Ulemper av systemet er 1) de aspekter i form av utstyr, plass og personell (den nåværende maskinen ble utviklet for pilot opplæringsformål) og 2) ubehag under målingene. Nøyaktige øyebevegelser opptak er basert på Innbukking søk spiral teknikk. På grunn av sin overlegne signal til støy-forhold og fravær av slip i forhold til head-montert infrarøde kamera systemer, er dette fortsatt påly teknikk for å måle VOR reaksjoner hos mennesker med høy presisjon. Forbedringer i slip-free infrarød video baser eye tracker systemer er sårt tiltrengt.
Dataene viser at hos friske forsøkspersoner kvaliteten på 3D VOR respons varierer ikke bare med hensyn til forsterkning, men også når det gjelder innretting av øyet rotasjonsakse med hode rotasjonsakse. Så ble også funnet i andre studier på 3D VOR dynamikk, er det en høy forsterkning for horisontale og vertikale øyebevegelser sammenlignet med torsjon. Denne generelle eiendommen har også blitt beskrevet i laterale eyed dyr som kaniner 13 og frontpartiet eyed dyr som aper 14 og mennesker 4, 9, 15, 16. Gevinsten av VOR for stimulering om kardinal akser er i nær overensstemmelse med tidligere studier på mennesker 8, 17, 18. Det var en liten, men signifikant høyere gevinst for banen hodet opp mot å kaste hodet ned impulser. Dette er muligens relatert til det faktum at vår impulss var hele kroppen bevegelser i motsetning til tidligere studier som involverte stimulering av halsen 19, 20.
Den andre hovedfunn er den systematiske variasjonen i forskyvning mellom stimulus og respons aksen. I lys forskyvning har minima på roll og pitch, og dens maxima på pluss og minus 45 ° azimuth. Kvantitativt, de feiljusteringsverdier vinkler i vår studie er lik de rapportert hos aper 21, 22.
I mørket og under impuls stimulering er det en dobling i forskyvning i forhold til sinusformet stimulering i lys over hele spekteret av testede akser. Under mørkt og impuls stimulans forhold stimulering om roll aksen resulterer i det største forskyvning. Den relativt store forskyvning under rullen aksen stimulering i mørket har sin opprinnelse i en liten, men stabil horisontal øyebevegelse komponent som har i kombinasjon med lav forsterkning for torsjon en forholdsvis storbidrag til vektoren forsterkningen 3..
Selv om fagene sett en fiksering mål under impuls stimulering, var forskyvninger ikke signifikant forskjellig (t-test P> 0,05) fra sinusformet stimulering i mørket tilstand. Dette betyr at den relativt mild impuls som vi brukte, kort forstyrrer visuell fiksering. Som et resultat av denne responsen er lik sinusformet stimulering i mørke.
Følsomheten av metoden er vist i en liten gruppe pasienter med unilateral schwannoma s. I denne ikke-opererte gruppen som var på en vente og se politikk, var subjektiv problemer variabel og relativt mild i lyset. Likevel, med denne metoden kunne vi vise at i mørket riktig 3D gevinst og justering av 3D VOR er svekket. Selv om gruppen er svært liten, våre data tyder på en sammenheng mellom svulst størrelse og alvorlighetsgrad av 3D VOR unormalt.
Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.
Disclosures
Vi har ingenting å avsløre.
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).
