Summary

三维前庭眼反射测试使用六度自由度运动平台

Published: May 23, 2013
doi:

Summary

的方法,所述测量三维前庭眼反射(三维VOR)在人类使用六个自由度(6DF)运动模拟器。的增益和不对中的三维角VOR提供前庭功能的质量的直接量度。健康受试者提供有代表性的数据

Abstract

前庭器官是一个传感器,用来测量具有六个自由度(6DF)的角速度和线加速度。完全或部分的前庭器官的缺陷,导致轻度至严重的平衡问题,如眩晕,头晕,步态,振动幻视忽快忽慢,恶心和/或呕吐。一个良好和常用的措施,以量化的凝视稳定的增益,它被定义为相对于施加的头部运动补偿眼球运动的幅度。为了测试前庭功能更充分地认识到,理想的生成三维VOR补偿眼旋转不仅与(增益)的大小相等,方向相反的头部周围,但也绕一轴线,与头部旋转轴是共线的(对应)。前庭功能异常,从而导致增益和对准3D VOR响应的变化在变化。

在这里,我们描述了一个方法来测量使用全身旋转3D VOR上6DF莫蒂平台上。尽管该方法还允许测试翻译VOR反应1,我们只限于讨论的方法来衡量3D角VOR。此外,我们把自己限制在这里说明数据收集在健康受试者响应角的正弦和脉冲刺激。

主题端端正正坐在,接受全身小振幅正弦和恒定加速度冲动的。正弦刺激(= 1赫兹,A = 4°)绕垂直轴的轴线在水平面内的方位角为22.5°增量变化之间滚动和俯仰交付。冲动交付偏航,俯仰和横滚角度和垂直管平面。眼球运动测量巩膜搜索线圈技术的2。搜索线圈信号被采样在1千赫的频率下。

来回计算投入产出比(增益)和不对的3D VOR(共线性)m的眼线圈信号3。

三维VOR增益和共线性依赖于刺激轴的方向。系统偏差被发现特别是在横轴刺激。正确对齐在光亮中,眼球的转动轴与轴方向0°和90°方位的刺激,但逐渐偏离越来越向45°方位角。

扭转(X轴或辊轴的旋转)的低增益和高增益垂直眼球运动(Y轴或俯仰轴旋转(参见图2)可以被解释为在中间轴的未对准的系统偏差。由于中间轴刺激导致的矢量求和,基于个人的眼球的转动组件的一种代偿性反应,净反应轴线会偏离,因为X-和Y-轴的增益是不同的。

在黑暗中,所有眼球的转动组件收益低ER值。其结果是,在黑暗中和冲动的不对中比光有不同的波峰和波谷的俯仰轴的轧辊轴的刺激的刺激和其最大达到其最低值。

病例报告

九门​​学科参加了实验。所有受试者签署知情同意书。实验过程中,伊拉斯谟大学医学中心的医学伦理委员会批准,并遵守赫尔辛基宣言涉及人类受试者的研究。

六个科目作为对照组。三科有单侧前庭损害,由于前庭神经鞘瘤。对照组(六男三女)年龄介乎22至55岁。没有任何控件有视觉或前庭投诉,由于神经,心血管,眼科疾病。

患者的年龄与schwanno马不同在44至64岁之间(两男一女)。所有神经鞘瘤受试者进行医学监察和/或曾接受治疗的othorhinolaryngologist和伊拉斯谟大学医学中心的神经外科医生组成的一个多学科小组。测试的病人都度过了一个右侧前庭神经鞘瘤,并接受了一个等待和手表政策的( 表1,科目N1-N3)后,被诊断为前庭神经鞘瘤。他们的肿瘤已经超过8-10年的磁共振成像稳定。

Protocol

1。 6DF运动平台前庭刺激与运动平台( 见图1),能够产生六度自由(FCS-MOOG,Nieuw-Vennep的,荷兰),总角和平移刺激的交付。该平台移动由六个电气 – 机械执行器连接到个人计算机上使用专用的控制软件。它生成准确的动作,与六自由度。传感器执行器放置在连续监测平台的运动曲线。该器件具有小于0.5毫米的精度<0.05°的线性和角运动。在刺激过程中的振动分?…

Representative Results

正弦刺激光 图4(上图)显示为对照组的水平,垂直和扭转角速度分量中的光在水平面上的所有测试的正弦刺激的平均增益。扭转最大的0°的方位角,,而垂直有其最大值,在90℃。 图5显示了三维的眼睛中的光的速度增益。增益变化在0.99±0.12(间距)和0.54±0.16(卷)。测得的数据密切对应的扭转和垂直分量( 图5的虚线)的矢量和计算出?…

Discussion

本文介绍了一种方法来准确地测量3D角VOR响应在人类的整个身体旋转。该方法的优点是,它使所有三个维度的3D角VOR增益和不对的定量信息。该方法可用于基础研究,也有潜在的临床应用价值, 例如用于测试垂直管问题的患者或患者一知半解中枢前庭问题。该设备的另一个优点是能够测试平移VOR响应1。该系统的缺点是:1)成本方面的设备,场地和人员(当前的机器被开发用于飞行?…

Divulgazioni

The authors have nothing to disclose.

Acknowledgements

<p class="jove_content">荷兰语NWO / ZonMW的补助912-03-037 911-02-004资助。</p>

Materials

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

Riferimenti

  1. 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).
  2. 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).
  3. 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).
  4. 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).
  5. 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).
  6. 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).
  7. 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).
  8. 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).
  9. 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).
  10. Crawford, J. D., Vilis, T. Axes of eye rotation and Listing’s law during rotations of the head. J. Neurophysiol. 65, 407-423 (1991).
  11. Tabak, S., Collewijn, H., Boumans, L. J. Deviation of the subjective vertical in long-standing unilateral vestibular loss. Acta. Otolaryngol. 117, 1-6 (1997).
  12. 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).
  13. 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).
  14. 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).
  15. 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).
  16. Tweed, D., et al. Rotational kinematics of the human vestibuloocular reflex. I. Gain matrices. J. Neurophysiol. 72, 2467-2479 (1994).
  17. Tabak, S., Collewijn, H. Human vestibulo-ocular responses to rapid, helmet-driven head movements. Exp. Brain Res. 102, 367-378 (1994).
  18. Paige, G. D. Linear vestibulo-ocular reflex (LVOR) and modulation by vergence. Acta. Otolaryngol. Suppl. 481, 282-286 (1991).
  19. 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).
  20. 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).
  21. Crawford, J. D., Vilis, T. Axes of eye rotation and Listing’s law during rotations of the head. J. Neurophysiol. 65, 407-423 (1991).
  22. 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).
check_url/it/4144?article_type=t

Play Video

Citazione di questo articolo
Dits, J., Houben, M. M., van der Steen, J. Three Dimensional Vestibular Ocular Reflex Testing Using a Six Degrees of Freedom Motion Platform. J. Vis. Exp. (75), e4144, doi:10.3791/4144 (2013).

View Video