자유 모션 플랫폼의 여섯도를 사용하여 세 가지 차원 전정 안구 반사 테스트

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

doi:10.3791/4144

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요약
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요약

방법은 자유의 여섯도 (6DF) 모션 시뮬레이터를 사용하여 인간의 입체 전정 안구 반사 신경을 (3D VOR)를 측정하기 위해 설명되어 있습니다. 3D 각도 VOR의 이득과 어긋남은 전정 기능의 품질을 직접 측정을 제공합니다. 건강한 주제에 대한 대표적인 데이터가 제공됩니다

초록

전정 기관은 6 자유도 (6DF)와 각도 및 선형 가속도를 측정하는 센서입니다. 같은 현기증, 현기증, oscillopsia, 보행 비정상 구역질 및 / 또는 구토 등의 심각한 평형 문제에 마일드 전정 기관 결과에서 전체 또는 일부 결함. 시선 안정화를 정량화하는 좋은 자주 사용하는 측정 부과 머리의 움직임에 대해 보상 안구 운동의 크기로 정의됩니다 이득입니다. 전정 기능을 테스트하기 위해 더욱 완벽 한 3D VOR 이상적으로 동등하고 반대 머리 회전뿐만 아니라 머리 회전 축 공동 선형 축 (맞춤 크기 (이득)과뿐만 아니라 보상 안구 회전을 생성 실현합니다 ). 비정상적인 전정 기능 때문에 3D VOR 응답의 정렬의 이득과 변화의 결과.

여기에서 우리는 6DF 모티에 몸 전체의 회전을 사용하여 3D VOR을 측정하는 방법을 설명플랫폼. 방법도 번역 VOR 응답 ^{한 테스트} 수 있지만, 우리는 3D 각도 VOR을 측정하는 방법의 토론에 자신을 제한합니다. 또한, 우리는 정현파 전류 자극을 모난 님의 질문에 건강한 과목에서 수집 된 데이터의 설명을 여기에 자신을 제한합니다.

주제 똑바로 앉아 전신 작은 진폭의 사인파 및 일정 가속도 충격을받을 수 있습니다. 정현파 자극은 (F = 1 Hz에서, A = 11 °) 수직 축을와 방위각 22.5 °의 증가에 롤과 피치 사이 변화 수평면에있는 축에 대해 전달 하였다. 임펄스 요, 롤과 피치와 수직 운하 비행기에서 전달되었다. 안구 운동은 공막 검색 코일 기술 ^2를 사용하여 측정 하였다. 검색 코일 신호는 1 kHz의 주파수에서 샘플링되었다.

3D VOR의 입출력 비율 (게인) 및 정렬 오차 (공동 선형성) 아프로 계산 하였다M 눈 코일 ³ 알립니다.

3D VOR의 이득과 공동 선형성 자극 축 방향에 의존. 체계적인 편차 수평 축 자극하는 동안 특히 발견되었다. 빛 눈 회전 축이 제대로 방향을 0 °, 90 ° 방위각에 자극 축과 일치하지만, 점차적으로 45쪽으로 더 ° 방위각을 이탈했다.

중간 축 어긋남의 체계적인 편차가 비틀림에 대한 낮은 게인 (X-축 또는 롤 축 회전) 및 수직 안구 운동 (Y-축 또는 피치 축 회전 (그림 2 참조) 높은 이득에 의해 설명 될 수있다. 중간 축 자극이 개인의 눈의 회전 요소의 벡터 합에 따라 보상 반응을 이끌어 때문에, X 축과 Y 축에 대한 이득이 다르기 때문에, 넷 대응 축이 이탈 할 것이다.

어둠 속에서 모든 눈 회전 구성 요소의 게인이 낮은 있었다어 값. 결과는 어둠과 충동에 대한 불일치가 빛을 다른 봉우리와 골짜기를했다고했다 : 최소값은 롤 축 자극 피치 축 자극 및 최대에 도달하였습니다.

사례 발표

아홉 과목은 실험에 참여했다. 모든 주제는 동의했다. 실험 절차는 에라스무스 대학 의료 센터의 의료 윤리위원회의 승인을 인류의 주제와 관련된 연구 헬싱키 선언을 준수 하였다.

여섯 과목 컨트롤을 역임했습니다. 세 과목 전정 신경초종에 의한 전정 손상을했다. 대조군의 연령 (6 개 남성 세 여성)는 22 일 55 개 년이었다. 컨트롤 아무도 신경, 심장 혈관 및 안과 질환으로 인해 시각적 또는 전정 불만이 없었습니다.

schwanno와 환자의 연령엄마는 44와 64 년 (두 남성과 한 여성) 사이에서 변화. 모든 신경초종 과목 의료진의 감시 및 / 아래에 있었다 또는 othorhinolaryngologist 및 에라스무스 대학 의료 센터의 신경 외과 의사로 구성된 종합 팀에 의해 치료를 받았다. 테스트 환자는 모두 우측 전정 신경초종이 있고 대기 및 시계 정책 (표 1, 주제 N1-N3)를 시행 전정 신경초종으로 진단 된 후. 이들 종양은 자기 공명 영상 8-10 년 이상 안정된이었다.

프로토콜

1. 6DF 모션 플랫폼

전정 자극은 자유 (FCS-MOOG, 뉴 벤업, 네덜란드)의 여섯도 총에 각도 및 번역 자극을 생성 할 수있는 모션 플랫폼 (그림 1 참조)과 함께 제공 하였다. 이 플랫폼은 전용 제어 소프트웨어와 개인용 컴퓨터에 연결된 여섯 전자 기계 액추에이터로 이동합니다. 그것은 6 개의 자유도에 정확한 움직임을 생성합니다. 액츄에이터에 배치 센서는 지속적으로 플랫폼 모션 프로파일을 모니터링. 이 장치는 각 운동에 대한 선형 및 <0.05 °에 대한 <0.5 mm의 정밀도를 가지고 있습니다. 자극하는 동안 진동은 0.02 °이었다. 장치의 공진 주파수는> 75 Hz에서였다. 플랫폼 모션 프로파일은 역 동성을 사용하여 액츄에이터 센서 정보로부터 재구성 및 데이터 수집 컴퓨터에 전송되었습니다. 플랫폼 및 안구 운동 데이터를 동기화하려면, 레이저 빔은 괞 찮아의 뒷면에 장착 된TForm 클래스와 작은 광전지 투영 (1 mm의 반응 시간은 10 마이크로 초). 광전지의 출력 전압은 안구 운동 데이터와 함께 1 kHz의 속도로 샘플링 1 밀리 초 정확도 모션 발병 실시간 표시기를 제공 하였다. Matlab을 (매스 웍스, 틱, MA), 플랫폼 액츄에이터의 센서 정보를 기반으로 플랫폼의 재구성 모션 프로파일을 사용하여 오프라인 분석하는 동안 정확하게 플랫폼의 운동 증상과 일치 하였다.

2. 주제

A. 좌석

주제는 플랫폼의 중심 (그림 2)에 장착 의자에 앉아있다. 경주 용 차에 사용되는 피사체의 몸은 4 점 안전 벨트와 억제되었다. 안전 벨트는 모션 플랫폼의 기초에 고정되었다. 의자 PVC 입방 프레임으로 둘러싸여 있으며, 필드 코일에 대한 지원을 역임 하였다. 필드 코일 시스템은 높이 등의 조정 된 피사체요법의 눈이 자기장의 중심에 있었다.

B. 헤드 고정

머리는 엄밀한 막대기를 통해 큐빅 프레임에 장착 된 개별적으로 성형 치과 - 인상 바이트 보드를 사용하여 고정합니다. 진공 베개는 목에 접어 의자에 부착 된 고리를 더욱 피사체의 고정 (그림 1) 보장. 또한, 자극하는 동안 의사 머리의 움직임을 감시하기 위해, 우리는 직접 물린 보드에 두 개의 3D 센서 (Analog Devices Inc에, 노 우드, MA), 각 하나의 선형 가속을 위해 하나를 연결합니다.

3. 좌표계

눈 회전은 머리를 고정 오른손 좌표계 (그림 3)에 정의되어 있습니다. Z-축 (요), X-축 (롤)에 대한 Y 축 (피치) 및 오른쪽으로 회전에 대한 하향 회전에 대해 왼쪽으로 회전을 볼 주체의 관점에서이 시스템에서 positi의로 정의됩니다VE. X, Y 및 Z 회전 축에 직교 평면은 각각 롤, 피치 및 요 (yaw) 평면 (그림 3)입니다.

4. 안구 운동 레코딩

두 눈의 안구 운동은 로빈슨의 진폭 검출 방법 (모델 EMP3020, Skalar 의료, 델프트, 네덜란드)에 따라 표준 25 kHz의 두 필드 코일 시스템을 사용하여 3D 공막 검색 코일 (Skalar, 델프트, 네덜란드 ^4)로 기록 된 ^5. 코일 신호는 500 Hz에서의 차단 주파수와 아날로그 저역 통과 필터를 통과하고 온라인에서 샘플링 비트와 16 비트 정밀도 (CED 시스템 Spike2 V6, 캠브리지 전자 디자인을 실행하는 1 kHz의 주파수에서 하드 디스크에 저장되었습니다 캠브리지).

5. 검색 코일 교정

이전 실험에 방향 및 비틀림 코일의 감도와 비 직교성은 Fick 병사에 코일을 장착하여 체외에서 확인되었다mbal 시스템은 자기장의 중앙에 위치. 모든 추기경 축에 대해 짐벌 시스템을 회전하여 우리는 실험에 사용 된 모든 코일은 2 % 내의 모든 방향에 대해 대칭을 검증 하였다.

생체 내에서 두 코일의 수평 및 수직 신호는 개별적으로 연속적으로 오초 각각 다섯 개의 대상 (오른쪽, 위쪽 및 아래쪽 중앙 타겟과 왼쪽 10도에서 대상)의 시리즈를 흥분시키는 피사체를 지시하여 보정 하였다. 교정 대상은 186cm 거리에서 반투명 스크린에 투영되었다. 교정 데이터의 사후 실험 분석 감도의 결과 및 검색 코일 각각에 대한 오프셋 값. 이 값은 다음 Matlab을 ^3에 기록 분석 절차에 사용되었다.

6 자극

A. 사인 자극

세 카디건에 대한 전달 플랫폼은 전신 정현파 회전 (1 Hz에서, A = 11 °)NAL 축 : 주동이의 - 꼬리 또는 수직 축 (요), interaural 축 (피치)와 코 - 후두 축 (롤), 그리고 롤과 피치 사이에 22.5 °의 단계에서 증가에 대한 중간 수평 축.

정현파 자극은 빛과 어둠에 전달 하였다. 빛, 주제는 눈높이 (그림 1C 왼쪽 패널)에서 피사체의 앞에 177cm에 위치한 지속적으로 조명 시각적 대상 (적색 LED 2 mm 직경)에 집착. 머리는 리드의 라인베이스 (낮은 궤도 cantus와 도관 및 실외를 연결하는 가상의 선)이 지구 수평에서 10도 이내 WAS)라고 같은 위치에 있었다. 플랫폼은 두 개의 연속적인 자극 사이의 각 간격 동안 정지했을 때 어둠 속에서 정현파 자극하는 동안, 시각적 대상이 짧게 (2 초) 제출되었습니다. 자극하는 동안 자연 안구의 움직임을 방지하기 위해, 주제는 정현파 동안 공간이 고정 된 대상의 가상 위치를 흥분시키는 지시했다대상 후 알 자극 운동 개시 직전에 꺼져 있었다. 우리는 명령의 형식은 주로 어둠 속에서 만든 눈의 움직임을 감소 것을 확인하고, 게인 (<10 %)에 단지 작은 영향을 미쳤다. 이 변화는 동시에 모든 구성 요소 (수평 수직 및 비틀림)에서 발생했습니다.

B. 임펄스 자극

짧은 기간 전신 자극은 조명이 어두운 환경에서 전달되었다. 피사체에 사용할 수있는 유일한 보이는 자극 눈높이에서 피사체의 앞 177cm에 위치한 시각적 대상이었다. 각각의 전류는 6 번 반복하고 임의의 순서와 동작 개시 (간격 2.5 및 3.5 초 사이에서 변화)의 임의의 타이밍 전달했다. 충동의 프로파일은 가속 점진적 선형 감소에 이어 충격의 첫 번째 100 밀리 초, 중 100 ° 초 ^-2 일정한 가속도이었다. 이 자극은 veloc 도달 속도의 선형 증가의 결과100 밀리 후 10 ° 초 ^-1 ITY. 각속도 및 선형 가속 장치에 의해 측정 전정 자극하는 동안 비정상적인 머리의 움직임을 자극 진폭의 4 % 미만이었다. 이러한 자극에 대한 응답으로 안구 운동의 최고 속도는 100 배 코일 신호의 잡음 수준 이상이었다.

7. 데이터 분석

코일 신호는 Fick 각도로 변환 한 후 회전 벡터 ^6,7로 표현 하였다. 대상의 고정 데이터에서 직진 우리는 직교 기본 자기장 코일에 비해 눈에 코일의 오정렬을 결정했다. 신호는 입체 카운터 회전에 의해이 오프셋 불일치에 대해 보정 하였다. 그것은 또한 어떤 코일 미끄러짐 각 동작 개시하기 전에 대상의 고정 기간 동안의 출력 위치를 확인하여 실험 기간 동안 발생하지 었다는 것을 확인 하였다.

속도 영역에서 3 차원 안구의 움직임을 표현하는 것은,우리는 각속도로 다시 회전 벡터 데이터로 변환. 각속도로 회전 벡터의 변환을하기 전에, 우리는 20 점 가우스 윈도우 (길이 20 밀리)와 순방향 및 역방향 디지털 필터와 제로 위상하여 데이터를 부드럽게.

8. 정현파 응답

이득. 각 구성 요소 및 3D 눈의 속도 이득의 이득은 수평, 수직 및 비틀림 각속도 구성 요소를 통해 플랫폼의 주파수에 해당하는 주파수 정현파를 피팅하여 계산되었다. 눈 요소 피크 속도와 플랫폼 최대 속도의 비율로 정의 된 각 구성 요소에 대한 이득은 각각의 눈에 대해 개별적으로 계산되었다.

B 오정렬이. 3D 눈의 속도 축과 헤드 속도 축 사이의 어긋남은 아와 동료 ^8,9의 방법을 사용하여 계산 하였다. 두 벡터의 스칼라 제품에서 어긋남이 인으로 계산눈 속도 축의 반대와 헤드 속도 축 사이의 세 가지 차원에서 tantaneous 각도입니다. 각 방위각 방향을 3 차원 각속도 증가와 불일치는 0 ° (롤) 90 ° (피치) 방위각 구성 요소 ^(10)의 벡터 합에서 예측 이득과 어긋남을 비교 하였다. 이 벡터 합에서 롤과 피치 속도 향상이 동일 할 때, 눈 회전축의 방향은 머리 회전 축에 맞춰 다음과 같이 두 가지가 서로 다른 경우, 자극과 눈 회전 축 사이의 최대 편차가 45 예상된다 ° 방위각.

9. 임펄스 응답

각 운동 방향에 대한 여섯 프레 젠 테이션의 왼쪽과 오른쪽 눈 데이터 추적은 별도로 분석 하였다. 왼쪽과 오른쪽 눈의 값이 거의 동일했기 때문에, 왼쪽과 오른쪽 눈의 데이터가 충동 자극에 대한 응답으로 눈 속도의 이득을 결정하기 위해 평균 하였다. 모든 흔적이었다개별적으로 컴퓨터 화면에 검사. 피사체 추적을 수동으로 삭제 된 임펄스 동안 깜박임 또는 saccade을 만들 때. 각속도 성분 (N = 5 - 6) 처음 100 밀리 초 동안은 운동 개시 후 20 밀리 초 시간 쓰레기통 (필터링 효과가 낮은 패스를 제공)의 평균되었고, 플랫폼 속도 ^11,12의 함수로 꾸몄다.