使用六自由度运动平台进行三维前庭眼反射测试

本操作的总体目标是评估前庭功能障碍患者的三维前庭功能。首先将受试者安置在运动平台上并系好安全带，随后将巩膜搜索线圈插入受试者的眼睛中。

为了在三个维度上测量前庭眼反射，需使用真空枕头和咬合板来固定受试者。接着启动平台，以随机顺序施加正弦波和阶跃刺激，以在全部三个维度上测试前庭系统。

最后一步是对眼线圈数据进行离线分析，以提取前庭眼反射的增益和对准情况。最终，通过前庭眼反射的增益和对准情况来区分正常的与异常的前庭功能。该技术使我们能够在所有三个维度上测试前庭系统。

与耳鼻喉科诊所现有的单轴旋转椅等方法相比，这是一个主要优势。该方法可提供健康受试者三维前庭功能的信息。此外，该方法还可用于研究前庭疾病，如听神经瘤、前庭神经炎以及多种前庭功能障碍性疾病。

演示该实验操作的人员为 Joyce DITs Kasper Boer，他们均为博士研究生，以及我研究团队的工作人员 Johan Pell。开始该操作时，让受试者坐在安装于运动平台中心位置的椅子上，并使用固定在平台基座上的四点式安全带将其固定。在实验过程中，采用基于 Robinson 幅度检测法的标准 25 千赫双线圈系统，结合三维巩膜搜索线圈记录双眼的眼动情况。

首先，向受试者的每只眼睛滴入几滴奥布卡因，使其眼部麻醉。然后将嵌入硅胶中的巩膜搜索线圈分别插入每只眼睛。搜索线圈插入后，调整受试者头部位置，使连接双侧外眦与下眶缘连线（即里德线）的假想线与水平面夹角在六度以内。

接下来，使用围绕受试者颈部充气的真空枕固定其头部。然后让受试者咬住一个个性化定制的牙模咬合板。该咬合板通过一根刚性杆连接至立方框架，并内置两个三维传感器，用于通过角加速度和线加速度测量头部的非预期运动。

然后启动运动平台并将其升至工作位置。通过指示受试者依次注视一系列目标，每个目标注视5秒，分别对两个巩膜搜索线圈的水平和垂直信号进行校准。随后开始一系列预编程的运动。

该运动平台通过使用六个计算机控制的机电驱动器，能够以总共六个自由度产生角运动和线性运动刺激。为了定义运动，采用标准的右手坐标系。坐标系的原点位于受试者两耳之间的中点处，并从受试者的视角进行定义。

首先，将向左旋转定义为 Z 方向的正向运动。这称为偏航（Y）。接着，将向下运动定义为 Y 方向的正向运动。这称为俯仰（pitch）。

最后，将绕X轴正向转动定义为向右的旋转，这被称为滚转（roll）。开始时，使用安装在平台背面的激光束来同步平台与眼动数据。

当激光投射到位于后壁的一个小型光电管上时，即识别为初始位置，该状态在实验过程中持续监测，并在明视和暗视条件下均给予正弦刺激。在明视条件下，要求受试者始终注视前方177厘米处持续点亮的红色LED；在暗视条件下，受试者同样需保持注视该位置。每次运动开始前，光线先持续开启2秒，随后关闭。

接下来，通过运动平台绕三个基本解剖轴（即耳-耳轴或垂直轴、口间轴和鼻-枕轴）施加全身旋转刺激。除了沿基本轴向的刺激外，还需在翻滚（roll）和俯仰（pitch）之间以22.5度为步长施加全身旋转刺激。然后在光线较暗的环境中，使用LED作为视觉目标进行脉冲式刺激。

为此，需在三个主轴方向及45度中间水平轴方向上施加短时脉冲刺激。每个脉冲重复六次，并以随机顺序施加。此外，运动起始时间应随机变化，间隔为2.5至3.5秒。

在刺激过程中，将每个新动作分离开来，在1000赫兹的频率下采集眼动数据。使用CED数据采集系统。此处显示了每个独立组分的眼位采样数据。

然后将眼线圈信号的原始数据转换为各分量的角速度。角速度数据用于计算增益，增益定义为相对于施加刺激的补偿性眼动幅度。错位是指眼速度轴的反方向与头速度轴之间在三维空间中计算得到的瞬时角度，以度为单位表示。

刺激函数导致错位的一个示例。此处虚线表示轴的方向，图中显示的是增益的平均结果。对于对照组水平轴的正弦刺激，扭转最大值出现在方位角为零度时，而垂直最大值则出现在方位角为负90度和正90度时。

水平分量仅显示基线测量值。当垂直分量与扭转分量结合时，可得到此处以虚线表示的三个DI速度增益的预测值。实际值以数据点形式显示。

如图所示，六名受试者的刺激轴与反应轴之间的错位情况取平均值。虚线代表与实际值高度吻合的预测值。错位在俯仰方向上最小，并随着向滚转方向逐渐增大，在方位角22.5度时产生最大错位，达17.33度。

在比较光照条件下与黑暗条件下的眼动速度增益分量时，观察到显著差异。垂直分量和扭转分量在黑暗中均显著降低，导致整体三维眼动速度增益下降。在光照条件下，刺激与反应之间的偏差符合正弦刺激下的预期值；而在黑暗条件下，该偏差与预期值不符。

这主要是由于非零水平分量的影响。脉冲刺激仅导致视觉信息的短暂中断，但在增益和错位方面，其反应与在黑暗中施加的正弦刺激具有定性上的相似性。通过比较患有单侧脑部异常（如单侧脑损伤）的患者与对照组患者，可证明该方法的敏感性。

左侧显示的是一位患有14毫米脑肿瘤患者的增益和错位图表。将这些图表与对照组患者的图表进行比较时，可以观察到明显的差异。观看本视频后，您应能充分了解如何在六自由度运动平台上进行前庭功能测试操作。

了解受试者如何安装在此平台上、搜索卷如何插入以及如何解读数据非常重要。