Summary
Ett förfarande beskrivs för att mäta tredimensionella vestibulo okulära reflexer (3D VOR) hos människor med hjälp av en sex frihetsgrader (6DF) rörelse simulator. Förstärkningen och förskjutning av 3D-kantiga VOR ger ett direkt mått på kvaliteten av vestibulär funktion. Representativa data på friska försökspersoner tillhandahålls
Abstract
Det vestibulära organ är en sensor som mäter vinkel och linjära accelerationer med sex frihetsgrader (6DF). Fullständig eller partiell defekter i vestibulära organ resulterar i lindriga till allvarliga jämviktsproblem, som svindel, yrsel, oscillopsi, gångstil ostadighet illamående och / eller kräkningar. En bra och ofta använt mått för att kvantifiera blick stabilisering är förstärkningen, vilken definieras som storleken av kompenserande ögonrörelser med avseende på utskjutna huvudrörelser. För att testa vestibulär funktion mer fullständigt måste man inse att 3D VOR idealiskt genererar kompenserande okulära rotationer inte bara med en magnitud (gain) lika och motsatt huvudet rotation utan även kring en axel som är co-linjär med huvudet rotationsaxel (anpassning ). Onormal vestibulär funktion leder alltså till förändringar i förstärkning och förändringar i inriktningen av 3D VOR svar.
Här beskriver vi en metod för att mäta 3D VOR använda hela kroppen rotation på en 6DF motivationpå plattformen. Trots att metoden också kan testa översättning VOR svar 1, begränsar vi oss till en diskussion av metoden för att mäta 3D kantiga VOR. Dessutom begränsar vi oss här till beskrivning av uppgifter som samlats in hos friska försökspersoner som svar på kantiga sinusformad och impuls stimulans.
Ämnen sitter upprätt och får hela kroppen små amplituder sinusformade och konstant acceleration impulser. Sinusformade stimuli (f = 1 Hz, A = 4 °) levererades omkring den vertikala axeln och kring axlar i horisontalplanet varierar mellan vals och tonhöjd i steg av 22.5 ° i azimut. Impulser levererades i gir, rulla och tonhöjd och i de vertikala kanalen plan. Ögonrörelser mättes med hjälp av sklerala tekniken sökspole 2. Sökspole signaler samplas vid en frekvens av 1 kHz.
Den input-output-ratio (vinst) och förskjutning (co-linjäritet) i 3D VOR beräknades tillbakam ögat spolen signalerar 3.
Gain och co-linjäritet av 3D VOR berodde på orienteringen av den stimulans axel. Systematiska avvikelser påträffades i synnerhet under horisontella axeln stimulering. I ljuset ögat rotationsaxel var väl överens med den stimulans axeln vid orienteringar 0 ° och 90 ° azimut, men så småningom avvek mer och mer mot 45 ° azimut.
De systematiska avvikelser i snedställning för mellanliggande axlar kan förklaras av en låg vinst för vridning (X-axel eller rulle-axeln rotation) och en hög förstärkning för vertikala ögonrörelser (Y-axeln eller beck-axeln rotation (se figur 2). Eftersom mellanliggande axel stimulering leder en kompensatorisk reaktion baserad på vektorsummering av de enskilda komponenterna ögat rotation, kommer nätet respons axeln avviker eftersom vinsten för X-och Y-axeln är olika.
I mörker förstärkningen av alla komponenter öga rotation hade lågER värden. Resultatet blev att den förskjutning i mörkret och för impulser hade olika toppar och dalar än i ljuset: det minsta värde uppnåddes för lutningsaxeln stimulans och dess maximum för valsaxelriktningen stimulering.
Case Presentation
Nio försökspersoner deltog i försöket. Alla försökspersoner gav sitt informerade samtycke. Den experimentella proceduren godkändes av medicinska etikkommitté Erasmus University Medical Center och följs Helsingforsdeklarationen om forskning på människor.
Sex försökspersoner som kontroller. Tre personer hade en ensidig vestibulär försämring på grund av en vestibulär schwannom. Åldern på kontrollpersoner (sex hanar och tre honor) varierade från 22 till 55 år. Ingen av kontrollerna hade visuella eller vestibulära klagomål på grund av neurologiska, kardiovaskulära och oftalmologiska sjukdomar.
Åldern av patienterna med schwannoma varierade mellan 44 och 64 år (två hanar och en hona). Alla schwannoma betvingar var under medicinsk övervakning och / eller hade fått behandling av ett multidisciplinärt team bestående av en othorhinolaryngologist och en neurokirurg av Erasmus University Medical Center. Testade patienter hade alla rätt sida vestibulär schwannoma och genomgick en vänta och se politik (tabell 1, ämnen N1-N3) efter diagnosen vestibulära schwannoma. Deras tumörer hade varit stabil i över 8-10 år på magnetisk resonanstomografi.
Protocol
Ett. 6DF Motion Platform
Vestibulära stimuli levererades med en rörelse-plattform (se figur 1) kan generera kantiga och translationell stimuli vid totalt sex frihetsgrader (FCS-MOOG, Nieuw-Vennep, Nederländerna). Plattformen förflyttas av sex elektromekaniska ställdon som kopplas till en dator med särskild programvara. Det genererar korrekta rörelser med sex frihetsgrader. Sensorer placerade i manövreringsorganen upp kontinuerligt profilen plattformen rörelse. Enheten har <0,5 mm precision för linjära och <0,05 ° för kantiga rörelser. Vibrationer under stimulering var 0,02 °. Resonansfrekvens av anordningen var> 75 Hz. Plattform rörelseprofil rekonstruerades från sensorn informationen i cylindrarna med inversa dynamik och skickas till datainsamling datorn. Att synkronisera plattform och öga uppgifter rörelse, blev en laserstråle monterad på baksidan av PLATForm och projiceras på en liten fotocell (1 mm, reaktionstid 10 ps). Utspänningen från fotocellen Prov togs med en hastighet av 1 KHz tillsammans med data ögonrörelser och gav en realtid indikator av rörelse debut med 1 ms noggrannhet. Under offline analys med Matlab (Mathworks, Natick, MA), det rekonstruerade rörelseprofilen av plattformen baserat på den sensorinformation av manöverorganen i plattformen var exakt inriktad med starten av plattformen rörelse.
2. Ämnen
A. Seating
Ämnena sitter på en stol monterad vid mitten av plattformen (fig. 2). Ämnet kropp var fastspända med en fyra-punktsbälte som används i tävlingsbilar. Säkerhetsbältet var förankrade till basen av rörelsen plattformen. Stolen var omgiven av en PVC kubisk ram och fungerat som ett stöd för fältspolarna. Fältet spolsystem var justerbar i höjd, så att subject ögon var i centrum av det magnetiska fältet.
B. Head fixering
Huvudet immobiliseras med hjälp av en individuellt gjuten tand-intryck bita ombord, som var kopplad till den kubiska ramen via en stel stång. Ett vakuum kudde viks runt halsen och en ring som är knutna till stolen säkerställs ytterligare fixering av föremål (Figur 1). Dessutom, för att övervaka falska huvudrörelser under stimuleringsfåsen, fäst vi två 3D-sensorer (Analog Devices Inc., Norwood, MA) direkt till bettet ombord, en för vinkel-och en för linjära accelerationer.
Tre. Koordinatsystem
Eye rotationer definieras i en head-fast högerhänt koordinatsystem (Figur 3). I detta system från ämnet synvinkel en vänsterriktad vridning kring Z-axeln (gir), en nedåtriktad vridning kring Y-axeln (tonhöjd) och åt höger rotation kring X-axeln (rulle) definieras som positive. De plan som är ortogonala till X-, Y-och Z-axeln rotation är respektive rulle, stigning och gir plan (figur 3).
4. Eye Movement Recordings
Ögonrörelser båda ögonen registrerades med 3D sklerala sökspolar (Skalar, Delft, Nederländerna) 4 med en vanlig 25 kHz två system för fältspolen baserad på detektering av amplitud metoden för Robinson (modell EMP3020, Skalar Medicin, Delft, Nederländerna) fem. Spolen signalerna passera genom en analog lågpassfilter med gränsfrekvens av 500 Hz och samplas on-line och lagras på hårddisken vid en frekvens av 1 kHz med 16 bitars precision (CED system som kör Spike2 v6, Cambridge Electronic Design , Cambridge).
Fem. Sök Coil Kalibrering
Före experimenten, var känsligheten och icke-ortogonalitet av riktning och torsion spolar verifieras in vitro genom att montera spolen på en Ficks giMBAL systemet placeras i mitten av magnetfältet. Genom att rotera kardansystemet om alla kardinalkurser axlar vi kontrollerat att alla spolar användes i försöken var symmetrisk för alla riktningar inom 2%.
In vivo var de horisontella och vertikala signaler från båda spolarna kalibreras individuellt genom att instruera förutsättning att successivt fixera en serie av fem mål (centrala mål och ett mål på 10 kvar grader, höger, uppåt och nedåt) för fem sekunder vardera. Kalibreringsmål var projiceras på en genomskinlig skärm på 186 cm avstånd. Post experiment analys av kalibreringsdata resulterade i känslighet och offset värden för varje sökning spolarna. Dessa värden användes sedan i analysresultaten procedurer skrivit i Matlab 3.
6 Stimulering
A. Sinusoidal stimulering
Den plattformen levererade hela kroppen sinusformade rotationer (1 Hz, A = 4 °) om tre cardinella axlar: Det rostral-caudal eller vertikala axeln (gir), den interaurala axeln (tonhöjd) och nasal-occipital axel (kast) och om mellanliggande horisontella axlar tilläggsnummer i steg om 22,5 ° mellan rulle och tonhöjd.
Sinusformade stimuli levererades i ljus och mörker. I ljuset, betvingar fixerade vid ett kontinuerligt tänd visuell mål (en röd lysdiod, 2 mm diameter) ligger 177 cm framför motivet i ögonhöjd (Figur 1C vänstra panelen). Chef var placerad så att Reids linjen var basen (den imaginära linje som förbinder meatus extern med lägre orbital Cantus) var inom 6 grader från jord-vågrät). Under sinusformad stimulans i mörkret, var det visuella målet kortfattat (2 sek) när plattformen var stilla under varje intervall mellan två på varandra följande stimuli. För att undvika spontana ögonrörelser under stimuleringen, fick försökspersonerna instruerades att fixera den imaginära platsen i rymden fast målet under SINUSKURVAal stimulering efter målet hade varit släckt strax före rörelse debut. Vi kontrollerade att den typ av undervisning främst minskat ögonrörelser gjorts i mörker, och hade endast en liten effekt på vinst (<10%). Denna variation förekom i samtliga komponenter (horisontell, vertikal och vridning) samtidigt.
B. Impulse stimulering
Kortvariga hela kroppen impulser levererades i ett svagt upplyst miljö. Den enda synliga stimulans tillgänglig för ämnet var en visuell mål ligger på 177 cm framför motivet i ögonhöjd. Varje impuls upprepades sex gånger och levereras i slumpvis ordning och med slumpvis timing av rörelse debut (intervall varierade mellan 2,5 och 3,5 sek). Profilen på de impulser var en konstant acceleration av 100 ° sek -2 under de första 100 ms av impuls, följt av en gradvis linjär minskning i acceleration. Denna stimulans resulterade i en linjär ökning i hastighet nå en velochet av 10 ° sek -1 efter 100 ms. Aberrant huvudrörelser under vestibulära stimulering mäts av vinkelgraden och linjära anordningar acceleration var mindre än 4% av stimulans amplitud. Peak hastigheten för ögonrörelser som svar på dessa impulser var 100 gånger över brusnivån hos spolen signalerna.
7. Data Analysis
Coil signaler omvandlades till Fick vinklar och därefter uttryckt som rotation vektorer 6,7. Från fixering data för målet rakt fram vår beräkning av felaktig inriktning av spolen i ögat relativt de ortogonala primära magnetiska fältspolar. Signaler korrigerades för detta axialförskjutning genom tredimensionell motverka rotation. Det konstaterades vidare att ingen spole slirning hade inträffat under experimentet genom att verifiera lägesutgång under fixering av målet före varje rörelse debut.
För att uttrycka 3D ögonrörelser i hastigheten domänen,Vi konverterade uppgifter vridvektorn tillbaka i vinkelhastighet. Före konvertering av vridvektorn till vinkelhastighet, slätade vi data genom noll-fas med en framåt och bakåt digitalt filter med en 20-punkters gaussisk fönster (längd 20 ms).
8. Sinusformade Responses
En vinst. Förstärkningen hos varje komponent och 3D öga hastighet förstärkningen beräknades genom att anpassa en sinuskurva med en frekvens lika med plattformen frekvensen genom de horisontella, vertikala och torsion vinkelhastighetsdata komponenter. Vinsten för varje komponent definieras som kvoten mellan ögat komponent topphastigheten och plattform topphastigheten beräknades separat för varje öga.
B Felinriktning. The oförenligheter mellan 3D ögat hastighet axel och huvud hastighet axeln beräknades med hjälp av metoden av Aw och kollegor 8,9. Från den skalära produkten av två vektorer felinriktningen beräknades som instantaneous vinkel i tre dimensioner mellan inversen av ögat hastighet axeln och huvudhastigheten axel. Den 3D vinkelhastighet förstärkning och förskjutning för varje azimutala inställningen jämfördes med förstärkningen och förskjutning förutspåtts från vektorsummering av 0 ° (rulle) och 90 ° (tonhöjd) azimut komponenter 10. Från denna vektorsummering följer att när hastigheten vinster för kast-och tonhöjd är lika, justerar orienteringen av ögat rotationsaxel med huvudet rotationsaxel, när de två är olika, är den maximala avvikelsen mellan stimulans och ögon rotationsaxel väntas vid 45 ° azimut.
9. Pulssvar
Vänster och höger öga uppgifter spår av sex presentationer för varje rörelseriktning var analyseras separat. Eftersom vänster och höger öga värdena var nästan identiska, var uppgifterna från vänster och höger öga genomsnitt att bestämma förstärkningen av ögat hastighet som svar på impuls stimulering. Alla spår varindividuellt inspekteras på datorskärmen. När motivet gjorde en blinkning eller saccade under impulsen att spåra manuellt kastades. Vinkelhastighet komponenter (N = 5 till 6) under de första 100 ms efter starten av rörelsen medelvärdesbildades i tidsfickor på 20 ms (ger en effektiv lågpassfiltrering) och ritas som funktion av plattformen hastigheten 11,12.
Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.
Representative Results
Sinusoidal stimulering ljus
Figur 4 (övre panelen) visar för kontrollgruppen medelvärdet förstärkningen av de horisontella, vertikala och vridning vinkelhastighetsdata komponenter för alla testade sinusformade stimuleringar i horisontalplanet i ljuset. Torsion var maximal vid 0 ° azimut, medan vertikal hade sitt maximum vid 90 °. Figur 5 visar den 3D förstärkningen ögat hastighet i ljuset. Husman varierade mellan 0,99 ± 0,12 (pitch) och 0,54 ± 0,16 (rulle). De uppmätta data som stämmer väl överens med de predikterade värden beräknade vektorsumman av torsion och vertikala komponenter (streckad linje i fig. 5).
Den genomsnittliga förskjutning mellan stimulus och respons axel genomsnitt över sex ämnen visas i figur 6. I ljuset förskjutning mellan stimulus och respons axel var minsta (5.25 °) under delning och gradvis ökade mot rullen tillsorienteringen av stimulus axel orienterades vid 22,5 ° azimut (avvikande inriktning: 17.33 °) och minskade mot valsaxeln. Dessa värden för varje horisontell stimulus vinkeln stämmer väl vad man skulle förutspå från linjär vektorsummering av roll och bidrag tonhöjd (streckad linje i figur 6).
Sinusoidal stimulering mörker
I mörker maximal förstärkning av både de vertikala och torsion komponenter var signifikant lägre (t-test p <0,001) än i ljuset (vertikal: 0,72 ± 0,19 torsion: 0,37 ± 0,09) (Figur 7). Även 3D-eye velocity gain var signifikant (t-test p <0,001) lägre än i ljuset (Figur 8). Gain var något högre än väntat från de vertikala och torsion komponenter enbart (streckad linje i Figur 8). I mörkret felinriktningen var minimal vid 90 ° (pitch) och gradvis ökas till maximalt enrunt 0 ° axel (rulle). På grund av närvaron av en liten horisontell komponent, har mönstret av felinriktning i mörker motsvarar inte vad man skulle förutsäga från linjär vektorsummering av endast vals och komponenter tonhöjd (se figur 9).
Impulse stimulering
Hela kroppen impulser om den interaurala axeln (pitch) resulterade i nära enighet vinna för huvudet och en vinst om 0,8 för huvudet nedåt impulser. Skillnader var signifikanta (P <0,05).
Horisontell, vertikal och vrid förstärknings komponenter under impuls stimulering visas i Figur 10. Maximala genomsnittliga vinst för den vertikala komponenten enbart var 0,85 för tonhöjd (90 ° azimut). Maximal vinst för vridning var 0,42 för kast (0 ° azimut). Vektor förstärkning visas i figur 11. 3D eye velocity gain varierade mellan 1,04 ± 0,18 för tonhöjd till 0,52 ± 0,16 för kast. Felaktig inriktning varierade mellan 28,2 och dt.ex.; ± 0,18 för rulle, till 11,53 ° ± 0,51 för tonhöjd.
Sammanfattningsvis, även om impuls stimulering orsakar endast en mycket kortfattad (100 ms) störning av visuell information, förstärkning och förskjutning av ögonrörelser har ett kvalitativt liknande mönster som de som svar på sinusformad stimulans i mörker. I båda fallen är den största förskjutningen mellan 3D huvud och ögon rotationsaxel inträffar under rulle stimulering.
Patienter
3D VOR i icke-opererade patienter
Figur 13 visar placeringen och storleken av tumören på magnettomografi för de tre icke-opererade patienter (se även tabell 1 i metod avsnittet). Tumören var i alla tre fallen på högersidig. Subjektiva besvär av yrsel av dessa tre ämnen varierade. Ämne N1 hade en intra-canicular tumör med den minsta storleken. Han presenterade sig med ensidiga hearing problem och inga klagomål av svindel. Teman N2 och N3 gjorde rapportera klagomål av yrsel, men varken hade fullständiga desorientering problem eller vegetativa problem.
Figur 14 visar spår ögonpositionen för de tre icke-opererade patienter i respons på sinusformad stimulans kring en horisontell axel 45 ° azimut. Helst, väcker denna stimulans endast en kombination av vertikala och vridande komponenter ögonrörelser och inga horisontella ögonrörelser. Under stimulering i ljuset fanns några tecken på horisontell okulär drift i ämnen N1 och N2, medan ämnet N3 hade ett horisontellt åt vänster nystagmus (långsam fas till höger) och en CW vridande nystagmus (långsam fas CCW). I mörkret ämne N1 hade liten eller ingen drift, medan för ämnen N2 och N3 instabilitet dök upp i de horisontella, vertikala och vridande spår. Den enda svaga tecken på instabilitet i ämnet N1 är i torsion, där små korrigerande torsionsmoment saccades var observationved som var genomgående i CW riktning. Hos individer N2 och N3 torsionsmoment instabilitet var större.
För att visa ändringarna i 3D stabilitet i schwannoma patienter vi presenterar för ämnet N2 i figur 15 de horisontella, vertikala och vridande öga hastighet vinst komponenter (övre panelen), 3D-förstärkning (center panel) och förskjutning (nedre panelen). Förändringarna i förstärkning av de enskilda komponenterna har en direkt inverkan på 3D vektoriell ögat hastighet förstärkning och förskjutning. Den nära överensstämmelsen mellan förväntade och uppmätta 3D ögon hastighet och inriktning som återfinns i kontrollgruppen inte längre innehar för schwannoma patienter.
I synnerhet i ämnen N2 och N3 3D ögat hastighet vinst i mörkret påverkades. I ämnet N2 den totala 3D-eye velocity vinsten var lägre, vilket kan förklaras av den minskade vridande förstärkning (Figur 15). Även i ämnet N3 tor-komponenten påverkades. Hans torerional eye velocity inkomst svaren var asymmetrisk. Detta resulterade i en upp till två-faldig ökning av snedställning.
Figur 1. Experimentuppställning med 6DF rörelse plattform.
Figur 2. Schematisk ritning av den elektromagnetiska fältet spolsystem omger stol monterad på 6DF rörelseplattform. Pilar indikerar de möjliga rotationsaxlama och translation av plattformen.
Figur 3. Directions rotationer runt de huvudsakliga axlarna enligt den högra regeln. Bottenpanelerna visar gir, rulla och tonhöjd plan projektion.
Figur 4. Genomsnittlig vinst på de horisontella, vertikala och vridning komponenter öga hastighet. Resultat av horisontella axeln sinusformad stimulans för alla testade horisontella stimulans axlar genomsnitt för alla individer (N = 6) i ljuset. Cartoons undertill ger en vy ovanifrån av orienteringen av stimulus axel i förhållande till huvudet.
Figur 5. Mean 3D vinst öga hastighet för alla testade horisontell stimulansyxor genomsnitt för alla individer (N = 6) i ljuset. Streckad linje är vektorn ögat velocity gain svar förutsägas från de vertikala och vridning komponenter. Cartoons undertill ger en vy ovanifrån av orienteringen av stimulus axel i förhållande till huvudet.
Figur 6. Felaktig inriktning av svaret axel i förhållande till den stimulans axel under sinusformad stimulering i ljuset. Den streckade linjen i det undre fältet representerar den förutsagda felinriktning beräknas från vektorn summan av endast vertikala och torsion komponenter ögat hastighet som svar på ren beck och ren rulle stimulering, respektive. Felstaplar indikerar en standardavvikelse.
Figur 7. Genomsnittlig vinst på de horisontella, vertikala och vridning komponenter öga hastighet. Resultat av horisontella axeln sinusformad stimulans för alla testade horisontella stimulans axlar genomsnitt för alla individer (N = 6) i mörker. Cartoons undertill ger en vy ovanifrån av orienteringen av stimulus axel i förhållande till huvudet.
Figur 8. Mean 3D eye hastighet vinst för alla testade horisontella stimulans axlar genomsnitt för alla individer (N = 6) i mörker. Streckad linje är vektorn ögat velocity gain svar förutsägas från de vertikala och vridning komponenter. Cartoons undertill ger en vy ovanifrån av orienteringen av stimulus axel i förhållande till denhuvud.
Figur 9. Felaktig inriktning av svaret axel i förhållande till den stimulans axel under sinusformad stimulering i mörker. Den streckade linjen i det undre fältet representerar den förutsagda felinriktning beräknas från vektorn summan av endast vertikala och torsion komponenter ögat hastighet som svar på ren beck och ren rulle stimulering , respektive. Felstaplar indikerar en standardavvikelse.
Figur 10. Genomsnittlig vinst på de horisontella, vertikala och vridning komponenter öga hastighet som svar på horisontella axeln impuls stimulans. Responses ges för horisontella stimulans axlar vid 45 grader intervall genomsnitt för alla individer (N = 6). Cartoons undertill ger en vy ovanifrån av orienteringen av stimulus axel i förhållande till huvudet.
Figur 11. Mean 3D eye hastighet vinst för alla testade horisontella stimulans axlar genomsnitt för alla individer (N = 6) under impuls stimulering. Streckad linje är vektorn ögat velocity gain svar förutsägas från de vertikala och vridning komponenter. Cartoons undertill ger en vy ovanifrån av orienteringen av stimulus axel i förhållande till huvudet.
Figur 12. Felaktig inriktning av svaret axel i förhållande till den stimulans axel under impuls stimulering. Den streckade linjen i det undre fältet representerar den förutsagda felinriktning beräknas från vektorn summan av endast vertikala och torsion komponenter ögat hastighet som svar på ren beck och ren rulle stimulering, respektive . Felstaplar indikerar en standardavvikelse.
Figur 13. MRI-skanningar av tre patienter med obehandlad schwannom talet. The schwannom anges i varje avsökning av cirkeln.
Figur 14. Exempel på tidsserier för de tre icke-opererade patienter i respons på sinusformade stimulation kring en horisontell axel 45 ° azimut Övre panel raden:. Ljus, Nedre panel raden: Mörk. I varje panel ritas höger (röd) och vänster (blå) ögon horisontellt (H), vertikal (V) och vridande (T) positioner ögat. I denna och alla efterföljande figurer positioner ögon och hastigheter uttrycks i en högerhänt, huvud-fast koordinatsystem. I detta system medurs (CW), nedåt och moturs (CCW) är ögat rotationer tittade ur ämnet definieras som positiva värden. Stimulus rörelse indikeras i varje panel av den övre svarta raden.
Figur 15. Vinst och förskjutning av 3D VOR för UVD föremål N2 under horisontella axeln sinusformad stimulans i mörkret Topplatta:. Gainav de horisontella, vertikala och torsions öga hastighetskomponenter Cartoons undertill ger en vy ovanifrån av orienteringen av stimulus axel i förhållande till huvudet Center panel:. Mean 3D öga hastighet vid varje testad stimulus axelorientering. Den streckade linjen representerar vektorn ögat respons hastighet förstärkning förutsagts från de vertikala och vridande komponenter Undre panel:. Felinriktning av svaret axel i förhållande till den stimulans axel. Den streckade linjen i det undre fältet representerar den förutsagda felinriktning beräknat från vektorsumman av vertikala och vridande komponenter ögat velocity. Lägg märke till den låga vinsten för vridning i den övre panelen och stor förskjutning i den nedre panelen. Klicka här för att visa en större bild .
| Ämne | Kön | Ålder (år) | Sidan av tumör | Tumörstorlek (mm) | Ensidig hörselnedsättning (Fi dB) | Terapi |
| N1 | man | 61 | höger | 4 | 35 | vänta och se |
| N2 | man | 64 | höger | 14 | 43 | vänta och se |
| N3 | man | 55 | höger | 22 | slutföra | vänta och se |
Tabell 1. Relevanta kliniska resultaten av de sex patienter som deltog i experimenten. The ensidig hörselnedsättning beskrivs här var innan någon behandling och uttrycks i Fi = Flechter index (medelvärde hörselnedsättning av 500, 1000 och 2000 Hz).
Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.
Discussion
Detta dokument beskriver en metod för att exakt mäta 3D kantiga VOR som svar på hela kroppen rotationer hos människor. Fördelen med metoden är att den ger kvantitativ information om vinst och förskjutning av 3D kantiga VOR i alla tre dimensioner. Metoden är användbar för grundforskning och har även potential kliniskt värde, t.ex. för att testa patienter med vertikala kanalen problem eller patienter med dåligt förstådd centrala vestibulära problem. En annan fördel med anordningen är möjligheten att testa translationella VOR svar 1. Nackdelar med systemet är 1) kostnaden aspekterna i fråga om utrustning, utrymme och personal (den aktuella maskinen har utvecklats för ändamål pilotutbildning) och 2) obehag under mätningarna. Noggranna ögonrörelser inspelningar är baserade på den sklerala sökspole teknik. Tack vare sin överlägsna signal-brusförhållande och avsaknad av halka jämfört med huvudmonterad värmekamera system, är det fortfarande påly teknik för att mäta VOR responser hos människor med hög precision. Förbättringar i slip-fria infraröda video baser öga tracker system välbehövligt.
Data visar att hos friska försökspersoner kvaliteten på 3D VOR svaret varierar inte bara i termer av vinst, utan även när det gäller anpassning av ögat rotationsaxel med huvudet rotationsaxel. Som konstaterades även i andra studier på 3D VOR dynamik, det är en stor vinst för horisontella och vertikala ögonrörelser jämfört med vridning. Denna allmänna egenskapen har också beskrivits i laterala eyed djur som kaniner 13 och frontal eyed djur såsom apor 14 och människor 4, 9, 15, 16. Förstärkningen av VOR för stimulering om de huvudsakliga axlarna är i nära överensstämmelse med tidigare studier på människa 8, 17, 18. Det var en liten men signifikant högre vinst för tonhöjd head up, jämfört till pitch huvudet ner impulser. Detta är möjligen relaterat till det faktum att vår impulss var hela kroppsrörelser i motsats till tidigare studier som involverade stimulering av halsen 19, 20.
Den andra huvudsakliga slutsats är systematisk variation i inriktning mellan stimulus och respons axel. I ljuset förskjutning har minima vid kast och tonhöjd, och dess maxima vid plus och minus 45 ° azimut. Kvantitativt felinriktningen vinklar i vår studie är liknande dem som rapporterats i apor 21, 22.
I mörker och under impuls stimulering finns en fördubbling förskjutning jämfört med sinusformad stimulans i ljuset över hela skalan av testade axlar. Under mörker och impuls stimulans villkor stimulering om resultaten rollaxel i den största förskjutning. Den relativt stora förskjutning under ruUaxel stimulering i mörkret har sitt ursprung i en liten men konsekvent horisontella ögonrörelser komponent som har i kombination med låg förstärkning för vridning ett relativt stortbidrag till vektorn förstärkningen 3.
Även försökspersoner visade en upptagning målet under impuls stimulering, var felinriktningar inte signifikant (t-test P> 0,05) från den sinusformade stimulering i mörker skick. Detta innebär att den relativt milda impuls som vi använde, kortfattat inkräktar på den visuella fixering. Som ett resultat av detta svaret liknar sinusformad stimulering i mörker.
Känsligheten hos metoden demonstreras i en liten grupp av patienter med unilateral schwannom talet. I denna icke-opererade gruppen som var på en vänta och se politik, var subjektiva problem rörlig och relativt milt i ljuset. Ändå, med denna metod kunde vi visa att i mörkret korrekt 3D förstärkning och anpassning av 3D VOR är nedsatt. Trots att gruppen är mycket liten, våra data tyder på en korrelation mellan tumörstorlek och svårighetsgraden av 3D VOR abnormaliteter.
Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.
Disclosures
Vi har inget att lämna ut.
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).
