Tre Dimensional Vestibulær Ocular Reflex under anvendelse af en Six Degrees of Freedom Motion Platform
Summary
En metode er beskrevet til at måle tredimensionelle Vestíbulo okulære reflekser (3D VOR) hos mennesker ved hjælp af et seks frihedsgrader (6DF) motion simulator. Forstærkningen og forskydning af 3D kantede VOR giver et direkte mål for kvaliteten af vestibulære funktion. Repræsentative data vedrørende raske forsøgspersoner er forudsat
Abstract
Den vestibulære organ er en sensor, der måler kantede og lineære accelerationer med seks frihedsgrader (6DF). Hel eller delvis fejl i det vestibulære organ resulterer i mild til svær balance problemer, såsom vertigo, svimmelhed, oscillopsia, gangart unsteadiness kvalme og / eller opkastning. En god og ofte anvendte foranstaltning at kvantificere blik stabilisering er gevinsten, der er defineret som størrelsen af kompenserende øjenbevægelser med hensyn til pålagte hoved bevægelser. For at teste vestibulærreaktion mere fuldstændigt må man indse, at 3D VOR ideelt genererer kompenserende okulære rotationer ikke kun med en størrelsesorden (forstærkning) lig med og modsat rotation, men også om en akse, der er co-lineær med hovedet rotationsakse (justering ). Unormal vestibulære funktion dermed resulterer i ændringer i gevinst og ændringer i tilpasningen af 3D VOR respons.
Her beskriver vi en metode til at måle 3D VOR hjælp hele kroppen rotation på en 6DF motipå platformen. Selv om metoden også mulighed teste oversættelse VOR svar 1, begrænser vi os til en diskussion af metoden til at måle 3D kantede VOR. Derudover begrænser vi os her til beskrivelse af data indsamlet i raske forsøgspersoner som reaktion på kantede sinusformet og impuls stimulation.
Emner sidder oprejst og modtage hele kroppen lille amplitude sinusformede og konstant acceleration impulser. Sinusformede stimuli (f = 1 Hz, A = 4 °) blev leveret omkring den lodrette akse og omkring akser i det horisontale plan varierende mellem valse og bane på trin på 22,5 ° i azimut. Impulser blev leveret i giring, roll og pitch og i de lodrette kanalen planer. Øjenbevægelser blev målt ved hjælp af sclerale søgning coil teknik 2.. Søg coil signaler blev samplet ved en frekvens på 1 kHz.
De input-output ratio (forstærkning) og forskydning (co-linearitet) i 3D VOR blev beregnet from øjet spole signalerer 3..
Gain og co-linearitet 3D VOR afhang orientering af stimulus akse. Systematiske afvigelser blev fundet især i vandrette akse stimulation. I lyset øjet rotationsakse blev justeret korrekt med stimulus akse orienteringer 0 ° og 90 ° azimuth, men efterhånden træder mere og mere i retning 45 ° azimuth.
De systematiske afvigelser i forskydning for mellemliggende akser kan forklares ved en lav gevinst for torsion (X-aksen eller roll-aksen rotation) og en høj gevinst for lodrette øjenbevægelser (Y-akse eller pitch-akse rotation (se figur 2). Fordi mellemliggende akse stimulation fører en kompenserende respons baseret på vektor summation af de enkelte øjet rotation komponenter, vil netto respons akse afviger fordi berigelsen for X-og Y-aksen er anderledes.
I mørke gevinst på alle øjet rotation komponenter havde lavdre værdier. Resultatet var at misforholdet i mørke og for impulser havde forskellige højdepunkter og lavpunkter end i lys: dens minimale værdi blev nået for beg-akse stimulation og dens maksimale for rulleakse stimulation.
Case Præsentation
Ni patienter deltog i forsøget. Alle emner gav deres informerede samtykke. Den eksperimentelle procedure blev godkendt af Medical Ethics Committee for Erasmus University Medical Center og levet op til Helsinki-deklarationen til forskning med menneskelige forsøgspersoner.
Seks fag tjente som kontroller. Tre forsøgspersoner havde en ensidig vestibulær nyrefunktion som følge af en vestibulære schwannoma. Alderen på kontrolpersoner (seks mænd og tre kvinder) varierede fra 22 til 55 år. Ingen af kontrollerne havde visuelle eller vestibulære klager som følge af neurologiske, hjerte kar og oftalmologiske lidelser.
Alderen af patienterne med schwannoma varierede mellem 44 og 64 år (to hanner og en hun). Alle schwannoma Emnerne var under medicinsk overvågning og / eller havde modtaget behandling af et tværfagligt team bestående af en othorhinolaryngologist og neurokirurg af Erasmus University Medical Center. Testede patienter havde alle en højre vestibulære schwannoma og gennemgik en vent og se-politik (tabel 1 emner N1-N3), efter at være blevet diagnosticeret med vestibulære schwannoma. Deres tumorer havde været stabil i over 8-10 år på magnetisk resonans.
Protocol
Representative Results
Discussion
Dette dokument beskriver en metode til at måle 3D kantede VOR reaktion på hele kroppen rotationer i mennesker. Fordelen ved fremgangsmåden er, at det giver kvantitative oplysninger om gevinst og forskydning af 3D kantede VOR i alle tre dimensioner. Metoden er anvendelig til grundforskning og har også potentielle kliniske værdi f.eks teste patienter med lodrette kanalen problemer eller patienter med dårligt forståede centrale vestibulære problemer. En anden fordel ved indretningen er evnen til at teste t…
Disclosures
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
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 |
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).
