Özgürlük Hareket Platformu Six Degrees kullanarak Üç Boyutlu Vestibüler Oküler Refleks Testi

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

doi:10.3791/4144

Bu içeriği görüntülemek için JoVE aboneliği gereklidir. Oturum açın veya ücretsiz deneme sürümünü başlatın.

Bu Makalede

Özet
Özet
Protokol
Sonuçlar
Tartışmalar
Açıklamalar
Teşekkürler
Malzemeler
Referanslar
Yeniden Basımlar ve İzinler

Özet

Bir yöntem özgürlük altı derece (6DF) hareket simülatörü kullanarak insanlarda üç boyutlu vestibulo göz refleksleri (3D VOR) ölçmek için açıklanmıştır. 3D açısal VOR kazanç ve kaymalar vestibüler fonksiyon kalitesinin doğrudan bir ölçüsü. Sağlıklı konularda Temsilcisi veri sağlanmaktadır

Özet

Vestibüler organın altı serbestlik derecesi (6DF) ile açısal ve doğrusal ivme ölçen bir sensör. Bu baş dönmesi, baş dönmesi, oscillopsia, yürüme dengesizlik bulantı ve / veya kusma gibi ciddi denge problemleri, hafif olarak vestibüler organın sonuçlarında tam veya kısmi kusurları. Bakışları istikrar ölçmek için bir iyi ve sık kullanılan ölçü empoze baş hareketleri ile ilgili olarak telafi edici göz hareketleri büyüklüğü olarak tanımlanır kazanç vardır. Vestibüler fonksiyon test etmek için daha tam bir 3D VOR ideal eşit ve zıt bir baş dönme değil, aynı zamanda baş dönme ekseni ile birlikte doğrusal bir eksen etrafında (hizalama bir büyüklük (kazanç) ile sadece telafi göz rotasyonlar oluşturduğu fark vardır .) Anormal vestibüler fonksiyonu böylece 3D VOR yanıt uyum içinde kazanç ve değişiklikler değişiklikler ile sonuçlanır.

Burada bir 6DF moti üzerinde tüm vücut rotasyonu kullanarak 3D VOR ölçmek için bir yöntem açıklanmaktadırplatformda. Yöntemi de çeviri VOR yanıtları ¹ test izin verse, biz 3D açısal VOR ölçmek için yöntem bir tartışma kendimizi sınırlamak. Ayrıca, sinüs ve dürtü stimülasyonu açısal yanıt olarak sağlıklı kişilerde toplanan verilerin tanımı burada kendimizi kısıtlamak.

Konularda dik oturma ve tüm vücut küçük genlikli sinüs ve sürekli ivme dürtüleri alırsınız. Sinüzoidal uyaranlara (f = 1 Hz, A = 4 °) dikey ekseni ve azimut 22,5 ° artışlarla roll ve pitch arasında değişen yatay düzlemde eksenlerdeki teslim edildi. Dürtüleri yaw, roll ve pitch ve dikey kanal düzlemlerde teslim edildi. Göz hareketleri sklera arama bobini tekniği ² kullanılarak ölçüldü. Arama bobini sinyalleri 1 kHz frekansında örneklenmiştir.

3D VOR girdi-çıktı oranı (kazanç) ve kayma (eş-doğrusallık) sağa sola hesaplandım göz bobin ³ sinyalleri.

3D VOR kazanç ve ortak doğrusallık uyaran ekseninin yönünü bağlıydı. Sistematik sapmalar yatay eksen uyarılması sırasında, özellikle bulunmuştur. Işığında göz dönme ekseni düzgün yönelimleri 0 ° ve 90 ° azimut de uyaran ekseni ile uyumlu, ama yavaş yavaş 45 karşı daha fazla ° azimut sapmış oldu.

Ara eksen için kayma olarak sistematik sapmalar burulma için düşük kazanç (X ekseni veya rulo ekseninde döndürülmesini) ve dikey göz hareketleri (Y ekseni veya pitch ekseninde döndürülmesini (bkz. Şekil 2) için yüksek kazanç ile açıklanabilir. ara eksen stimülasyon tek tek göz dönme bileşenlerinin vektör toplamı dayalı bir telafi edici yanıt açar, çünkü X ve Y ekseni için kazanç farklı olduğu için, net yanıt eksen sapma olacaktır.

Karanlıkta tüm göz dönme bileşenlerinin kazancı düşük vardıer değerleri. Sonuç karanlıkta ve dürtüler için kayma ışığında farklı zirveler ve dipler vardı: minimum değeri silindir ekseni uyarılması için adım ekseni uyarılması ve en fazla ulaşıldı.

Olgu Sunumu

Dokuz konularda deney katıldı. Tüm denekler kendi bilgilendirilmiş onam verdi. Deney prosedürü Erasmus Üniversitesi Tıp Merkezi Tıp Etiği Komitesi tarafından onaylanmış ve insan deneyleriyle ilgili araştırma için Helsinki Bildirgesi yapıştırılır oldu.

Altı konularda kontrol grubu olarak. Üç konu bir akustik nörinom nedeniyle tek taraflı vestibüler bozukluğu vardı. Kontrol grubunda yaş (altı erkek ve üç kadın) 22 55 yıl arasında değişmektedir. Kontrollerin hiçbiri nörolojik, kardiyo vasküler ve göz bozuklukları nedeniyle görsel ya da vestibüler şikayetleri vardı.

Schwanno olan hastaların yaşma 44 ve 64 yıl (iki erkek ve bir kadın) arasında değişmekteydi. Tüm schwannom konular tıbbi gözetim ve / altındaydı veya othorhinolaryngologist ve Erasmus Üniversitesi Tıp Merkezi bir beyin cerrahı oluşan multidisipliner bir ekip tarafından tedavi almıştı. Test edilmiş tüm hastalara sağ tarafında akustik nörinom vardı ve bekleme ve izle politikası (Tablo 1; konular N1-N3) yapılan akustik nörinom teşhisi konduktan sonra. Onların tümör manyetik rezonans görüntülemede 8-10 yıldır stabil olmuştu.

Protokol

1. 6DF Hareket Platformu

Vestibüler uyaranlar özgürlük (FCS-MOOG, Nieuw-Vennep, Hollanda) altı derece toplam de açısal ve öteleme uyaranlara üretme kapasitesine sahip bir hareket kontrol platformu (bkz. Şekil 1) ile teslim edildi. Platform özel kontrol yazılımı ile kişisel bilgisayara bağlı altı elektro-mekanik ürün ile taşınır. Bu altı serbestlik derecesi ile doğru hareketleri oluşturur. Aktüatör yerleştirilen sensörler sürekli platformu hareket profili izlenir. Cihaz açısal hareketler için doğrusal ve <0.05 ° için <0.5 mm hassasiyete sahiptir. Stimülasyon sırasında titreşim 0.02 ° idi. Cihazın rezonans frekansı> 75 Hz olmuştur. Platform hareket profili ters dinamik kullanarak körüklerinde sensör bilgilerinden yeniden ve veri toplama bilgisayara gönderildi. Platformu ve göz hareketi verileri senkronize etmek için, bir lazer ışını pla arka tarafa monte edilditform ve küçük bir fotosel üzerine yansıtılan (1 mm, reaksiyon süresi 10 mikrosaniye). Fotosel çıkış voltajı göz hareketi verileri ile birlikte, 1 kHz hızında örneklenmiş ve 1 milisaniye doğruluk ile hareket başlangıcı, gerçek zamanlı bir göstergesi sağlandı. Matlab (Mathworks, Natick, MA), platformda aktüatörler sensör bilgilere dayanarak platformunun yeniden hareket profili kullanarak çevrimdışı analiz sırasında tam platformu hareket başlangıcı ile uyumlu hale getirilmiştir.

2. Konular

A. Oturma

Denekler platformunun merkezi (Şekil 2) monte bir sandalye üzerinde oturuyorlar. Yarış otomobillerinde kullanılan deneğin vücuduna dört noktalı emniyet kemeri ile ölçülü oldu. Emniyet kemerleri hareket platformunun tabanına demirlemiş edildi. Sandalye PVC küp çerçeve ile çevrelenmiş ve alan bobinler için bir destek olarak görev yapmıştır. Alan bobin sistemi, yüksekliği, ayarlanabilir olduğu subjvb gözleri manyetik alanın merkezinde idi.

B. Baş sabitleme

Baş katı bir bar ile küp çerçeveye bağlı olan bir tek kalıp diş gösterim ısırık pansiyon, kullanılarak immobilize edilir. Bir vakum yastık boynuna katlanmış ve sandalyeye bağlı bir halka daha da konunun sabitleme (Şekil 1) sağlanmalıdır. Buna ek olarak, uyarılması sırasında sahte baş hareketleri izlemek için, doğrudan ısırık kuruluna iki 3D sensör (Analog Devices Inc, Norwood, MA), açısal için bir ve lineer ivmeler için bir bağlı.

3. Koordinat Sistemi

Göz rotasyonlar bir baş-sabit sağ elini koordinat sisteminde (Şekil 3) 'de tanımlandığı gibidir. Z ekseni (sapma), X ekseni (rulo) hakkında Y ekseni (pitch) ve sağa dönme konusunda bir aşağı dönüş hakkında bir sola dönme görmek konusu bakış açısından bu sistemde positi olarak tanımlanırettik. X, Y ve Z eksen dik uçakları sırasıyla rulo, zift ve sapma uçakları (Şekil 3).

4. Eye Movement Kayıtlar

Her iki gözün göz hareketleri Robinson genliği algılama yöntemi (Model EMP3020, SKALAR Tıp, Delft, Hollanda) dayalı standart bir 25 kHz iki alan coil sistemi kullanarak 3D sklera arama rulo (SKALAR, Delft, Hollanda) ⁴ ile kaydedildi ^5. Bobin sinyalleri 500 Hz kesim frekanslı bir analog alçak geçiren filtreden geçirilir ve on-line örneklenmiş ve 16 bit hassas (CED sistemi Spike2 v6, Cambridge Elektronik Tasarım çalışan 1 kHz frekansında sabit diske saklandı , Cambridge).

5. Arama Bobin Kalibrasyon

Önce deneylere, yön ve burulma bobinlerin duyarlılık ve olmayan diklik bir Fick gi üzerinde bobin monte edilerek in-vitro doğrulandımbal sistemi manyetik alanın ortasına yerleştirilir. Tüm ana eksen etrafında dönen bir yalpa çemberi sistemi ile biz Deneylerde kullanılan bütün bobinleri% 2 içinde her yönde simetrik olduğunu doğruladı.

In vivo, her iki bobin yatay ve dikey sinyalleri tek tek arda beş saniye her biri için beş hedefler (sağ, yukarı ve aşağı merkezi hedef ve sola 10 derece bir hedef,) bir dizi sabitleşmek için konu talimat ile kalibre edildi. Kalibrasyon hedefleri 186 cm mesafeden saydam bir ekrana yansıtılan edildi. Kalibrasyon verileri sonrası deney analizi duyarlılık sonuçlandı ve arama bobinleri her biri için değerleri ofset. Bu değerler daha sonra Matlab ³ yazılmış analiz yöntemleri kullanılmıştır.

6 Uyarım

A. Sinüsoidal stimülasyon

Üç hırka hakkında teslim platformu tüm vücut sinüs rotasyonlar (1 Hz, A = 4 °)nal eksen: rostral-kaudal veya dikey eksen (sapma), interaural ekseni (zift) ve burun-oksipital ekseni (rulo), ve rulo ve pitch arasında 22.5 ° lik adımlarla artırılır hakkında ara yatay eksen.

Sinüzoidal uyaranlara ışık ve karanlıkta teslim edildi. Işığında, konular göz seviyesinde (Şekil 1C sol panel) de konunun önünde 177 cm bulunan sürekli yanan görsel hedef (bir kırmızı LED, 2 mm çapında) sabitlenmiş. Başkanı Reid hattı temel (alt yörünge Cantus ile meatus Dış ve iç bağlayan hayali bir çizgi) toprak-yatay 6 derece içinde olduğu) olduğu gibi yerleştirildi. Platformun iki ardışık uyaranlara arasındaki her aralığında sabit iken karanlıkta sinüzoidal stimülasyon sırasında, görsel hedef kısa bir süre (2 sn) sunuldu. Stimülasyon sırasında spontan göz hareketleri önlemek için, konular sinüs sırasında alan sabit hedef hayali yeri sabitleşmek istendiHedef sonra al stimülasyon hareket başlamasından hemen önce kapalı olmuştu. Biz öğretim türünü esas karanlıkta yapılan göz hareketleri azalmış olduğu belirlenmiş ve kazanç (<% 10) sadece küçük bir etkisi vardı. Bu değişkenlik aynı anda tüm bileşenleri (yatay, dikey ve burulma) oluştu.

B. Darbe stimülasyon

Kısa vadeli tüm vücut darbeleri loş bir ortamda teslim edildi. Konu mevcut tek görünür uyaran göz seviyesinde konunun önünde 177 cm bulunan görsel bir hedef oldu. Her darbe altı kez tekrarlandı ve rasgele sırada ve hareket başlangıcı (aralıklarla 2.5 ve 3.5 saniye arasında değişmektedir) rastgele zamanlama ile teslim edildi. Dürtülerin profil hızlanma kademeli bir lineer düşüş takip dürtü ilk 100 msn, sırasında 100 ° sn ^-2 sabit bir ivme oldu. Bu uyarıcı bir H ızı ulaşan hız doğrusal bir artışa neden oldu100 milisaniye sonra 10 ° sn ^-1 Sığ. Açısal hızı ve doğrusal hızlanma cihazlar tarafından ölçülen vestibüler stimülasyon sırasında anormal baş hareketleri teşvik genlik 4% daha az idi. Bu uyaranlara yanıt olarak göz hareketleri zirve hızı 100 kat bobin sinyal gürültü seviyesinden oldu.

7. Veri Analizi

Bobin sinyalleri Fick açıları çevrilecek ve daha sonra dönme vektörleri ^6,7 olarak ifade edildi. Hedefin tespit verilerden dosdoğru dik biz birincil manyetik alan bobinleri göre göz bobinin kayma tespit edilmiştir. Sinyaller üç boyutlu karşı dönme bu aks kaymasının düzeltildi. Ayrıca hiçbir bobin kayma her hareket başlangıcından önce hedef tespiti sırasında konumunu çıkış doğrulayarak deney sırasında meydana geldiğini doğrulandı.

Hız etki 3D göz hareketleri ifade etmek için,Biz açısal hız geri dönme vektör verileri dönüştürülür. Açısal hız dönme vektör dönüşüm önce, bir 20 noktalı Gauss pencere (uzunluk 20 msn) ile ileri ve geri dijital filtre ile sıfır faz verileri düzeltti.

8. Sinüsoidal Yanıtlar

Bir Kazanç. Her bir bileşen ve 3D göz hızı artışı kazancı, yatay, dikey ve burulma açısal hız bileşenler vasıtasıyla platforma frekansına eşit olan bir frekansa sahip bir sinüzoit montaj hesaplanmıştır. Göz bileşeni zirve hızı ve platform zirve hızı arasındaki oran olarak tanımlanan her bileşen için kazanç her bir göz için ayrı ayrı hesaplanmıştır.

B kayma. 3D göz hız ekseni ve kafa hızı ekseni arasındaki hiza Ah ve arkadaşları ^8,9 yaklaşımı kullanılarak hesaplanmıştır. Iki vektörün skaler üründen kayma ins olarak hesaplandıGözün hızı ekseninin ters ve baş hız ekseni arasındaki üç boyutlu olarak tantaneous açısı. Her azimutal yönlendirme için 3D açısal hız kazanç ve kaymalar 0 ° (rulo) ve 90 ° (adım) Azimut bileşenleri ¹⁰ vektör toplamı gelen tahmin kazanç ve kaymalar karşılaştırıldı. Bu vektör toplamı onu rulo ve pitch için hız kazancı eşit olduğunda, göz dönme ekseninin yönünü baş dönme ekseni ile aynı hizaya gelecek aşağıdaki, iki farklı olduğunda, uyarıcı ve göz dönme ekseni arasındaki maksimum sapma 45 bekleniyor ° azimut.

9. Etki-Tepki

Her hareket yönü için altı sunumlar sol ve sağ göz veri izleri ayrı ayrı analiz edildi. Sol ve sağ göz değerleri hemen hemen aynı olduğu için, sağ ve sol göz verileri darbe uyarılmasına tepki olarak göz hız artışı belirlemek için ortalaması alınmıştır. Tüm izleri vardıtek tek bilgisayar ekranında kontrol. Konu iz elle atılır olduğu darbe sırasında göz kırpma veya sakkaddan yaptığında. Açısal hız bileşenlerinin (N = 5-6), birinci 100 milisaniye boyunca hareketinin başlamasından sonra 20 milisaniye arasında zaman kutuları (filtreleme etkili bir düşük geçiş sağlayan) içinde ortalaması alındı ve platform hızı ^11,12 fonksiyonu olarak çizilmiştir.