フリーダムモーションプラットフォーム度6を使用した三次元前庭眼反射テスト

Joyce Dits; Mark M.J. Houben; Johannes van der Steen

doi:10.3791/4144

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要約
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要約

方法は、6自由度（6DF）モーションシミュレータを用いて、ヒトにおける三次元前庭眼用反射を（3D VOR）を測定するために記載されている。 3D角度VORの利得とずれが前庭機能の品質の直接測定を提供します。健常者で代表的なデータが提供されています

要約

前庭器官は、6自由度（6DF）と角度および線形加速度を計測するセンサである。このようなめまい、めまい、動揺、歩行不安定悪心および/または嘔吐などの重篤な均衡の問題にマイルドで前庭器官の結果の完全または部分的な欠陥。注視安定化を定量化するのは良いと頻繁に使用される指標は、課せられた頭の動きに対する代償性眼球運動の大きさとして定義されているゲインです。前庭機能をテストするために、より完全に一つの3D VORは、理想的には等しく反対頭部回転にもヘッド回転軸と同一直線上にある軸の周り（アラインメント振幅（ゲイン）だけではなく代償眼球回転を生成することを実現しています）。異常な前庭機能は、このように3D VOR応答の整列でゲインと変化の変化をもたらす。

ここでは、6DF意欲に全身のローテーションを使用して3D VORを測定するための方法を説明プラットフォーム上。この方法はまた、翻訳VOR応答^1をテストできますが、我々は、3D角度VORを測定する方法の議論に自分自身を制限します。また、正弦波とインパルス刺激を角速度に応じて健常者で収集したデータの説明をここに自分自身を制限します。

被験者は直立座って全身小振幅の正弦波と一定の加速度インパルスを受ける。正弦波刺激は（F = 1 Hzで、= 4°）垂直軸の周りと方位で22.5°の増分でロールとピッチの間で変化する水平面内で軸の周りの配信されていました。インパルスはヨー、ロール、ピッチおよび垂直運河面で配信されていました。眼球運動は、強膜サーチコイル法^2を用いて測定した。サーチコイル信号は、1kHzの周波数でサンプリングした。

3D VORの入出力比（ゲイン）およびミスアライメント（共直線性）が往復算出したM目コイル信号^3。

3D VORのゲインと共同直線性は、刺激軸の向きに依存していた。系統的な偏差を横軸刺激中、特に見出された。光の中で目の回転軸が正しく方位0°と90°の方位角で刺激軸と整列が、徐々に45に向かってますます°の方位角を外れた。

中間軸のずれ系統的な偏差は、トーションための低利得（X軸、ロール軸の回転角）、縦眼球運動（Y軸方向又はピッチ軸の回転角（図2参照）が高利得によって説明することができる。中間軸刺激は、個々の眼球回転成分のベクトル和をもとにして代償性反応をもたらすため、X軸とY軸のゲインが異なるため、正味の応答軸がずれるする。

暗闇の中ですべての眼球回転成分の利得が低くていたER値。その最小値は、ピッチ軸刺激とロール軸の刺激のための最大のために到達しました：結果は、暗闇の中でと衝動のためにずれが光よりも異なるピークと谷を持っていたことだった。

症例提示

ナイン被験者が実験に参加した。すべての被験者は、彼らのインフォームドコンセントを与えた。実験手順は、エラスムス大学医療センターの医療倫理委員会によって承認され、ヒトを対象とする研究のためのヘルシンキ宣言に付着していた。

六被験者は対照とした。 3人の被験者は、前庭神経鞘腫のために一方的な前庭障害を持っていた。対照被験者の年齢（6人の男性と3人の女性）は22から55歳の範囲であった。コントロールのいずれも、神経学、心臓血管や眼科疾患に起因する視覚や前庭苦情がありませんでした。

schwanno患者の年齢MAは44と64歳（2人の男性と一人の女性）の間で変化した。すべての神経鞘腫の被験者は、医学的監視下にあった、および/またはothorhinolaryngologistとエラスムス大学医療センターの神経外科医から成る学際的なチームによる治療を受けていた。テストした患者はすべて右側前庭神経鞘腫を持っていて、待ち時間を受け、政策（ 表1;科目N1-N3）を見る前庭神経鞘腫と診断された後。彼らの腫瘍は、磁気共鳴イメージングに8-10年以上にわたって安定していた。

プロトコル

1。 6DFモーションプラットフォーム

前庭刺激は6自由度（FCS-MOOG、ニーウ-Vennep、オランダ）との合計で角度と並進刺激を生成することが可能なモーションプラットフォーム（ 図1を参照）で配信されていました。プラットフォームは、専用の制御ソフトウェアをパーソナルコンピュータに接続された6つの電気機械式アクチュエータによって移動される。それは6自由度を有する精密な動きを生成する。アクチュエータに配置されたセンサは、連続的にプラットフォーム·モーション·プロファイルを監視した。デバイスは、角度の動きのための線形および<0.05°のための<0.5ミリの精度を持っています。刺激時の振動は0.02°であった。デバイスの共振周波数は> 75 Hzであった。プラットフォームの動作プロファイルは、逆動力学を用いてアクチュエータ内のセンサ情報から再構成とデータ収集コンピュータに送られた。プラットフォームおよび眼球運動データを同期させるには、レーザ光がナンプラーの裏面に装着したTFORM、小規模光電池上に投影する（1 mm、反応時間は10マイクロ秒）。光電池の出力電圧は、眼球運動データとともに1キロヘルツの速度でサンプリングし、1ミリ秒の精度で動き発現のリアルタイムインジケータを設けた。 Matlabの（Mathworks社、ナティック、MA）を使用してオフラインで解析中に、プラットフォームにおけるアクチュエータのセンサー情報に基づいてプラットフォームの再構築されたモーションプロファイルを正確プラットフォーム運動の開始に合わせていた。

2。被験者

A.座席

被験者は、プラットフォームの中心（ 図2）にマウントされた椅子に座っている。被検者の身体がレーシングカーに用いられるように4点式シートベルトで拘束した。シートベルトは、動きプラットフォームのベースに固定した。椅子はPVCキュービック枠に囲まれており、フィールドコイルのサポートを務めた。界磁コイルシステムは、高さが調節可能なだった首題電気ショック療法の目は磁場の中心にあった。

B.ヘッド固定

ヘッドはリジッドバー経由立方フレームに取り付けられた個別に成形歯科印象一口ボードを使用して固定化される。真空枕は首の周りに折り畳まれ、椅子に取り付ける弁輪はさらに被写体の固定（ 図1）を確保。また、刺激中スプリアス頭の動きを監視するために、我々は直接一口ボードには2つの3Dセンサー（アナログ·デバイセズ社、ノーウッド、マサチューセッツ州）、角用とリニア加速度のための1つを添付。

3。座標系

眼の回転はヘッド固定右手座標系（ 図3）で定義されている。 X軸（ロール）の周り、Z軸（ヨー）、Y軸（ピッチ）約下方に回転及び右方向の回転についての左方向に回転する表示の対象の観点から本システムでPOSITIのように定義されるVE。 X、Y及びZの回転軸に直交する平面はそれぞれ、ロール、ピッチおよびヨー面（ 図3）である。

4。眼球運動の録音

両眼の眼球運動は、ロビンソンの振幅検出方法（モデルEMP3020、Skalar医療、デルフト、オランダ）に基づく標準的な25 kHzの2つのフィールドコイルシステムを使用して3D強膜サーチコイル（Skalar、デルフト、オランダ^）4で記録した^5。コイル信号は、500Hzでのカットオフ周波数を有するアナログローパスフィルタを通過したオンラインでサンプリングされ、Spike2バージョン6を実行する16ビット精度（CEDシステム、ケンブリッジ電子設計で周波数1kHzハードディスクに保存した。、ケンブリッジ）。

5。サーチコイルキャ

実験に先立って、感度と方向およびねじりコイルの非直交性がフィックGI上にコイルを装着することにより、in vitroで確認したmbalシステムは、磁場の中心に置いた。すべての枢機卿軸の周りジンバルシステムを回転させることによって、我々は、実験に使用されるすべてのコイルが2％以内のすべての方向について対称であることを確認した。

生体内では 、両方のコイルの水平方向および垂直方向の信号が個別に連続5秒ごとに5ターゲット（中央のターゲットと右、左10度のターゲット、上下）の一連を固定するために、被写体を指示することにより較正した。キャリブレーションターゲットは186センチメートル距離で半透明のスクリーンに投影された。校正データのポスト実験解析は、感度をもたらし、各サーチコイル用のオフセット値。これらの値は、Matlabの³で記述された分析手順を用いた。

6刺激

A.正弦波刺激

3カルディについて配信プラットフォームは、全身正弦回転（1 Hzで、= 4°）NAL軸：吻側 - 尾または垂直軸（ヨー）、耳軸（ピッチ）と鼻の後頭軸（ロール）、ロールとピッチの間に22.5°のステップでインクリメント中間水平軸について。

正弦波刺激は光と闇の中に配信されていました。光では、被験者は目の高さ（ 図1C左パネル）で、被験者の前に177センチメートルに位置し、連続点灯視標（赤色LED、直径2mm）に執着。ヘッドはリードのラインがベース（下軌道旋律と道外耳を結ぶ仮想線）が地球の水平から6度の範囲内であった）であったように配置された。プラットフォームは、2つの連続した刺激間の各間隔の間に静止していたとき、暗闇の中で正弦波刺激の間、視覚的な目標を簡単に（2秒）発表された。刺激中自発的な眼球運動を回避するために、被験者は正弦波の間にスペース、固定ターゲットの架空の場所を固定するように指示されたターゲットの後にアルの刺激は運動開始直前にスイッチを切っていた。我々は、命令の種類は主に暗闇の中で作られた眼球運動を減少させることを検証し、ゲイン（<10％）にわずかな影響を与えた。この変動は、同時にすべてのコンポーネント（水平、垂直とねじれ）が発生しました。

B.インパルス刺激

短期間全身インパルスは薄暗い環境で配信されていました。被写体に利用できる唯一の目に見える刺激が目の高さの被写体の前に177センチメートルに位置視標だった。各インパルスを6回繰り返し、ランダムな順序で、モーション開始（間隔は2.5と3.5秒の間で変化）のランダムなタイミングで配信されました。インパルスのプロファイルは、加速が徐々に線形減少が続いてインパルスの最初の100ミリ秒の間、100℃秒^-2の一定の加速度であった。この刺激は、ベロシティに達する速度で直線的に増加した100ミリ秒後に10°秒^-1の性。角速度と直線加速装置によって測定された前庭刺激時の異常な頭の動きは、刺激振幅の4％未満であった。これらの衝動に応答して眼球運動のピーク速度は100倍コイル信号のノイズレベルを超えていた。

7。データ解析

コイル信号はフィック角に変換された後、回転ベクトル^6,7として表した。ターゲットの固定データから直進我々は直交する一次磁場コイルに対して眼におけるコイルの位置ずれを決定した。信号は、3次元逆回転することによって、このオフセットずれを補正した。また、全くコイル滑りが各運動開始前に対象の固定時に位置出力を検証することにより、実験中に発生しなかったことが確認された。

速度ドメインで3D目の動きを表現するために、我々は、角速度に戻す回転ベクトルデータを変換する。速度を角速度する回転ベクトルの変換の前に、我々は20点のガウス窓（長さ20ミリ）と順方向と逆方向のディジタルフィルタと零相してデータを平滑化。

8。正弦波応答

ゲイン 。各成分のゲインと3D眼球速度ゲインは、水平、垂直及びねじり角速度成分を介してプラットフォーム周波数に等しい周波数で正弦波をフィッティングにより算出した。眼の成分ピーク速度とプラットフォームピーク速度との比として定義される各成分のゲインは、各眼に対して別々に計算した。

Bのずれ。3D眼球速度軸とヘッド速度軸との間のずれをアウら^8,9のアプローチを用いて計算した。 2つのベクトルの内積からずれをインとして算出した。眼球速度軸とヘッド速軸の逆数との間に三次元でtantaneous角度。各方位角方向のための3D角速度ゲインとずれが0°（ロール）と90°（ピッチ）方位コンポーネント¹⁰のベクトル和から予測ゲインおよびミスと比較した。このベクトル和から、ロールおよびピッチのベロシティ利得が等しい場合、眼球回転軸の方向は、ヘッド回転軸と整列することに、二つの異なる場合、刺激や眼の回転軸との間の最大偏差は、45℃期待されている°方位。

9。インパルス応答

各運動方向に6プレゼンテーションの左と右眼用データトレースを別々に分析した。左と右眼値がほぼ同じであったため、左右の眼からのデータはインパルス刺激に応答して眼球速度の利得を決定するために平均した。すべての痕跡があった個別にコンピュータの画面上で検査。対象者は、トレースを手動で破棄されたことを衝動時に点滅やサッカーをしたとき。最初の100ミリ秒の間の角速度成分（N = 5〜6）の移動開始後20ミリ秒（有効ローパスフィルタリングを提供する）の時間ビンにおいて平均速度およびプラットフォーム^11,12の関数としてプロットした。