Tredimensjonal Vestibular Ocular Reflex Testing hjelp av en Six Degrees of Freedom Motion Platform
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
Representative Results
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 en…
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).
