Method Article
המאמר זה מתאר שיטה מעשית להקלטת תנועות עיניים אופקי עם רמת דיוק גבוהה על ידי אלקטרו-oculogram נוירולוגית חולים, באמצעות אלקטרודה גביע Ag-AgCl עם שוליים רחבים פלסטיק. מדידה יציבה דורש בחירה נכונה קיבעון של אלקטרודות, לוקח זמן מספיק אור הסתגלות להתרחש, כיול מחדש לפי הצורך.
אלקטרו-oculogram (EOG) כבר בשימוש נרחב עבור תנועת העין קליניים הקלטה, במיוחד saccades אופקי, למרות הסרטונים-oculography (ערפיח) במידה רבה לקח את מקומו של זה בימינו עקב רמת הדיוק מרחבית גבוהה יותר שלה. עם זאת, ישנם מצבים בהם EOG יש יתרונות ברורים על פני ערפיח, למשל, נושאים עם עין צרה בתרי או שיש קטרקט עדשות, וחולים עם הפרעות תנועה. המאמר הנוכחי מראה כי אם תיושם כראוי, EOG ניתן להשיג דיוק כמעט טוב כמו ערפיח עם יציבות משמעותית עבור הקלטה, תוך עקיפת בעיות הקשורות ערפיח הקלטה. המאמר הנוכחי מתאר שיטה מעשית עבור הקלטה saccades אופקי באמצעות תזוזת גלגל העין פרדיגמות עם רמת דיוק גבוהה ויציבות מאת EOG בחולים נוירולוגיות. האמצעים הדרושים הם לשימוש אלקטרודה Ag-AgCl עם שוליים רחבים פלסטיק מסוגל להפחית את הרעש, לחכות מספיק אור ההסתגלות להתרחש. תקופת המתנה זו גם מסייעת להפחית את התנגדות בין האלקטרודות לעור, ובכך מבטיחה אות יציב שנרשם ככל שהזמן עובר. יתר על כן, כיול מחדש מבוצע לפי הצורך במהלך ביצוע המשימה. באמצעות שיטה זו, הנסיין ניתן להימנע ערמות של אותות, כמו גם של חפצים או רעש מן electromyogram העוויתיים זיהום, יכול לאסוף מספיק נתונים להערכת קליניים הסקאדיות. וכך כאשר מיושמת, EOG עדיין יכולה להיות שיטה של practicability גבוה זה יכול להיות מיושם באופן נרחב לחולים נוירולוגיות, אך עשוי להיות יעיל גם ללימודים במקצועות נורמלי.
יש שלוש דרכים עיקריות לרשום תנועות עיניים, EOG המקובלת, ערפיח שהוקלט על ידי העין מבוססי וידאו מעקב המערכת ושיטת חיפוש scleral סליל (האס). ביניהם, EOG שימש לעתים קרובות להקלטת תנועות עיניים אצל חולים מאז שנות השבעים בשל פשטותו. החלים נרחב באוכלוסייה קליני, בשיטה זו יש כבר מנוצל בהרחבה לאבחון של חולים נוירולוגיות, סיפקה מידע שימושי על פתופיזיולוגיה שבבסיס הפרעות1,2, 3,4,5. בנוסף, זה עדיין השיטה היחידה יכול לשמש יתכן כבניין להקלטת תנועות עיניים בזמן השינה (תנועות עיניים מהירות במהלך השינה וצורות אחרות של תנועות עיניים).
מאז גלגל העין טעונה באופן חיובי בהיבטו קדמי כולל הקרנית ביחס היבט האחורי שלה, ישנו הבדל מתח בין ההיבטים anterior ואת אחורי של העיניים כינה את הפוטנציאל corneo-רשתית. בשל נוכחותם של פוטנציאל זה, האלקטרודה נכון חיוביות יותר מהשמאלית כאשר הנושאים מבטם לעבר הימין, ולהיות שלילי כשמדליקים את מבטכם שמאלה. מאז ההבדל מתח בין האלקטרודות ימינה ושמאלה להרכב באופן משמעותי זווית הסיבוב בגלגל העין עבור saccades אופקי, זה יכול לשמש כדי למדוד תנועות עיניים אופקי. עם זאת, המתאם הזה לא יחזיק את כיוונה אנכי, למרות EOG אנכי עדיין יכול לשמש כדי למדוד תנועות העין6. מצד שני, מחקרים בעיקר השתמש EOG אנכי עבור ניטור הבהובים.
לאחרונה, אולם, ערפיח במידה רבה לקח את מקומו של EOG עקב גבוה יותר מרחבי רמת הדיוק שלה להגיע עד 0.25 - 0.5 מעלות, הפכה השיטה הרגילה עבור saccade הקלטה בסביבה קלינית. בינתיים, EOG הגיע כדי להיחשב מיושנים למדי, מאחר דיוק המרחבי שלה, לכל היותר-0.5 מעלות, הוא נחות ערפיח.
עם זאת, ערפיח יש גם חסרונות משלו אם נעשה שימוש בהגדרה קלינית. ישנם מקרים שבהם ערפיח. הוא לא ריאלי; לדוגמה, העין מעקב הופך מדויק במקצועות עם עין צרה cleft כגון מתי רבתי של הקרנית הוא occluded על ידי העפעפיים. בחולים עם קטרקט עדשות, סוטה השתקפות האור האינפרא-אדום הסלים ההקלטה אמינה על כיוון המבט. יתר על כן, EOG יכול להציע יתרונות עבור כמה אנשים שעבורם הפרעת תנועה שלהם מקשה ערפיח הקלטה. בנוסף, המערכת ערפיח יקר יותר לעומת ההגדרה של EOG, אשר לעיתים קרובות גורם לשעבר לא יהיו זמינות מתקנים רפואיים רגילים.
מצד שני, השיטה האס נחשב תקן הזהב למדידת תנועות עיניים. לעומת ערפיח, EOG, בשיטה זו מספק את הדיוק הגבוה ביותר המרחבי, עד 0.1 מעלות, זה שימושי במיוחד בעת ההקלטה כרוך תנועה ראש בתדירות גבוהה6. עם זאת, שיטה זו היא פולשנית פוטנציאלי, דהיינו, וכואב מאוד מעצבן בעיניים, ומאפשר הקלטה רק תקופה קצרה, כ תחת 30 דקות או יותר קצר7,8,9,10 . זה זמן קצר הופכת שיטה מצוייה יישום קליני נרחב, למרות זה שימש בהצלחה כמה מתקנים מיוחדים11.
בהתבסס על מחקרים קודמים הקלטה יותר מ 250 חולים נוירולוגיות ונושאים נורמלי 480 על ידי אותה קבוצה12,13,14,15,16,17, 18,19, המחקר הנוכחי מראה כי EOG יכול להיות מדויקת מספיק כדי לשמש טכניקה סטנדרטית של העין תנועה הקלטה ולאחר החלים נרחב באוכלוסייה קליני, תוך עקיפת החסרונות שונים של ערפיח האס. המאמר הנוכחי מתאר EOG יציב הקלטה שיטה, באמצעות אלקטרודה עם שוליים רחב כדי לאפשר מגע רחב ויציב עם העור, דומה לזה של אלקטרודה EEG המחובר באופן מאובטח על הקרקפת על ידי collodion עבור הקלטה פרק זמן ארוך. עכבה של האלקטרודה יורדת והופכת ההקלטה יציב עם הזמן, ובכך למעשה להפחית את החפצים של שרירי הפנים, אלקטרואנצפלוגרם. שיטה זו מושווה ערפיח מוקלט בו זמנית. כאשר כראוי מוכן ליישם, EOG הוא טוב כמו ערפיח בנוגע לדיוק עבור הקלטה saccades בחולים נוירולוגיות, EOG יכול להיות אפילו יותר נוטה saccade הקלטה במקצועות נורמלי.
כל ההליכים ניסיוני במחקר זה היו שאושרו, שנערך על פי הנחיות ועדת האתיקה האנושית מחקר של המוסד לאחר קבלת הסכמה מדעת.
1. מכינים את הנושא, את החדר Recoding
2. מקם את האלקטרודות עבור EOG
3. להגדיר את מגברי הקלטה
4. תקופת לאחר מיקום האלקטרודות עבור עיבוד אור המתנה
5. לכייל את EOG ואת אותות ערפיח
6. להקליט Saccades באמצעות תזוזת גלגל העין הפארדיגמות, לכייל מחדש את העמדות עיניים לפי הצורך במהלך ההפעלה
איור 2 מציג רשומות בו זמנית נציג של EOG, ערפיח בנושא נורמלי. 8 ניסויים של VGS הן נקודות המגע המוצגים EOG (עקומות אפור), ערפיח (עקומות אדום; איור 2 A)-מכוילים בשיטת ההווה, EOG ונתוני ערפיח ידועים להיות ליניארי על טווח של 5-30 מעלות, בדיוק המרחבי של הנתונים הוא 0.5 מעלות.
הרשומות מתקבל על ידי שתי השיטות במידה רבה חופפים אחד עם השני. בנוסף, הפרמטרים saccade, כגון השהיה משרעת, הן כמעט דומות עבור שתי השיטות הקלטה, אמנם המהירות מעט קטן יותר עבור EOG (VGS: איור 2B, כמו: איור 2C).
עבור EOG, אלקטרומיוגרפיה, אלקטרואנצפלוגרם יכול לבלבל רשומות תנועת העין, אשר אינו דורש לרוב השימוש נמוך לעבור סינון עבור הקלטת עיניים נאות. שימוש נמוך לעבור סינון ב- 20 הרץ דווחה כדי להקטין את מהירות שיא, וכן להגביר את התחלתה הסקאדיות במקצת; המהירות הסקאדיות קטנים יותר, עד 10% עבור VGS ו- MGS, ההשהיה נמדדת EOG הוא יותר מזה נמדדת ערפיח-2-3% (או גודל 8-10 ms), ואילו משרעת הסקאדיות הוא במידה רבה דומה22. מצד שני, מחקרים קודמים על ידי קבוצות אחרות דיווחו מהירות saccade גדול יותר עבור EOG לעומת ערפיח והן האס7,8,9,10, ונחשב פער לימודי עקב השימוש של הליך החלקת כדי לחשב את הפרופיל מהירות saccade את נמוך לעבור סינון כאמור.
איור 1: האלקטרודה ואת דבק המשמש להקלטת EOG. האלקטרודה יש קוטר של 1.8 ס מ עובי של 3.5 מ מ, התחתון מורכב האלקטרודה Ag-AgCl ואיפה קיר ותקרה מוקף שוליים מפלסטיק של 5 מ מ עובי. זה מאפשר קשר רחב עם העור, המאפשר קיבוע סגור ויציב, ומגישה כדי להפחית את התנגדות בין העור האלקטרודה. בגלל זה, ההקלטה הופך יציב עם הזמן, ובכך למעשה להפחית את החפצים של שרירי הפנים, אלקטרואנצפלוגרם. אנא לחץ כאן כדי להציג גירסה גדולה יותר של הדמות הזאת.
איור 2 : עקבות נציג הסקאדיות שהוקלט על ידי EOG, ערפיח . (א) רשמים נציג שהוקלט על ידי EOG, ערפיח. עקבות VGS 8 הם נקודות המגע המוצגים, נעול זמן לאות להדריך את ההתחלה הסקאדיות. Saccades לעבר מטרות של ארבעה שונים מוזרויות (5, 10, 20 ו 30 מעלות) לשמאל, להבדיל בין הנקודה המרכזית קיבוע נרשמים. הציר האופקי נותן הזמן ונותן הציר האנכי העין המיקום (trace העליונה) או מהירות (עקבות נמוך יותר). העקומות אדום עבור ערפיח, העיקולים אפור נועדו EOG. קרציות להלן מסומנים במרווח-100 מילישניות. עקומות אפור הן עבור EOG נמדדת המגבר DC, העיקולים אדום נועדו ערפיח נמדדת העין מבוססי וידאו מערכת המעקב. כאשר העיניים. זוז ימינה, העקבות להסיט כלפי מעלה, כאשר העיניים להזיז שמאלה, הם להסיט כלפי מטה. הערה את החפיפה משמעותי בין העקבות, חוץ מזה עקבות אפור (EOG) מעט שנעקרו מבתיהם לכיוון ימין לעומת עקבות אדום (ערפיח), רומז על השהיית מעט יותר עבור EOG ביחס ערפיח. רשמים (B) השוואה של EOG, ערפיח בפעילות VGS. עקומות אדום EOG, שחור, כחול עקומות נועדו ערפיח העיניים ימינה ושמאלה בהתאמה. המעקב העליונה היא לתפקיד העין, האיור התחתון מיועד עיניים מהירות. הערה שוב החפיפה משמעותי בין העקבות עבור EOG, ערפיח געשי, אך ההשהיה הוא מעט יותר עבור EOG, העקומה מהירות של EOG מראה של מהירות שיא נמוך במקצת מזה של ערפיח. רשמים (C) השוואה של EOG, ערפיח בפעילות AS. דומה EOG, ערפיח עקבות כאשר הנבדקים לבצע את המשימה AS. שימו לב שוב את החפיפה ניכר, כי ההשהיה הוא מעט יותר עבור EOG, העקומה מהירות עבור EOG מראה של מהירות שיא נמוך במקצת מזה של ערפיח. אנא לחץ כאן כדי להציג גירסה גדולה יותר של הדמות הזאת.
למרות כיום, השיטה הרווחת להקלטת saccades הפך ערפיח, המחקר הנוכחי הראה כי EOG להשיג דיוק כמעט לזו של ערפיח אם תיושם כראוי (איור 2). השיטה EOG נוכח הוכח כדי להשיג קשר טוב עם ערפיח בעת הקלטת saccades אופקי בהצלחה שימש במחקרים רבים קודמים על ידי אותה קבוצה12,13,14,15 ,16,17,18,19.
אמנם, ערפיח יש של דיוק מרחבית גבוהה יותר מאשר EOG, החליף במידה רבה EOG בהגדרה קלינית, אך דיוק גבוה יותר של ערפיח, האס לא צריך תמיד לקחת כפשוטו. EOG הוקלט בשילוב עם ערפיח געשי או האס, הראו ביצועים דומים לאלה האחרונים שני למרות הבדלים קטנים7,8,9. השוואה של שיא saccade במהירויות בו-זמנית נמדד על ידי EOG, ערפיח האס בעקביות הראה כי מהירות שיא נמדדת EOG הוא מעט אך בעקביות מהר יותר מאשר אלה נמדדת אחרים שתי שיטות7,8, 9. זו מהירות יותר מהר נמדדת EOG בדרך כלל המיוחס רמת רעש גדול עבור הקלטה EOG, כגון זיהום מן הלהקות אלפא, ביתא של EEG9. מצד שני, מהירות שיא נמדדת ערפיח הוא גם גבוה מזה. נרשם על ידי האס בו זמנית7. הבדל זה מיוחס העומס של הסליל חיפוש, המשפיעים על הדינמיקה saccade; גלישה אפשרית של הסליל על פני הקרנית, במיוחד בתקופת קריצות, עשויה להפחית את דיוק המדידה תנועת העין, מוביל למהירות שיא מעט גדול נמדד על ידי האס מאשר ב- ערפיח. במחקר הנוכחי, מהירות שיא היה נמוך כאשר נמדדת EOG לעומת ערפיח. ככל הנראה, זה בגלל נמוך לעבור את הסינון משמש כאן נוטה להקטין את מהירות שיא. לכן, ההבדל בתוך "דיוק" של כל מתודולוגיה עשוי להיות לא רק בשל הרעש מבלבלים, אלא גם כלפי מה שלומך אותות מעובד (למשל, נמוך לעבור סינון) כמו גם המגבלות הטבועה של כל שיטת ההקלטה (למשל., גלישה של הסליל חיפוש).
בינתיים, EOG יש יתרון ברור על פני תנועת העין אחרים הקלטה שיטות במצבים מסוימים הקלטה, כלומר., נושאים עין צרה בתרי ועם קטרקט עדשות. כדי להתאים את שיטת העין צר שסוע, ניסויים יכולים להדביק את העפעפיים של נושאים תוך כדי הקלטה, אבל זה יכול לצרוב בעיניים, התוצאה מוגזמת מהבהב ודמעות, ומחבלים ההקלטה אמינה. לעומת זאת, EOG יכול לשמש בחולים עם קטרקט עדשות. עבור ערפיח, האות הוא איבדו בשל השתקפות aberrant המשויך קטרקט עדשות. באופן דומה, קריצות עשוי כמעט "לחתוך" את הרשומות ערפיח, כי האות הוא איבד במהלך הבהובים. לעומת זאת, EOG אופקי היא שמושפעת פחות הבהוב חפצים, למרות קטן "קוצים" המתאים הבהובים ברשומות ניתן לראות.
EOG דורש זמן קצר בלבד להכנה, וזה יכול להיות ישים לחולים רבים עם הפרעות תנועה חמורה פחות. חלק מהחולים נוירולוגיות ייתכן קושי ייצוב המטען שלהם. תנועות כאלה עשויים להיות מזיקה להקלטת ערפיח גם כן. בהתחשב היבטים אלה, EOG מראה לרמה מספקת של דיוק להערכה קלינית; זה לא כי EOG הוא מטבעו "לא מדויק" כשיטה להקלטת תנועות עיניים.
קו מנחה מעשית עבור הקלטה EOG יישומים קליניים יצא לאור בשנת 201723. הפרוטוקול פה מרחיב בהצעה זו על-ידי הכללת כמה הליכים נוספים לייצב את ההקלטה EOG עוד יותר. הפוטנציאל corneo-רשתית יכול להשתנות עם הזמן, בשל גורמים כמו העירנות של נושאים או סביבתיים השפעות כגון תאורת. היקף מהפרש הפוטנציאלים corneo-רשתית מושפע מגביר ותנאים שונים במהלך עיבוד אור, תוך הסתגלות כהה גורם של ירידה24,25. עם מספיק כהה הסתגלות, לכן, הפוטנציאל corneo-רשתית צפוי לייצב, המוביל אל להיסחף מופחת. לצמצום התנודות עוד יותר, הרווח של EOG ברציפות נוטרו לאורך כל הניסוי, כיול מחדש בוצע גם עבור התאמה בעת הצורך במהלך הניסויים. הליך הכיול מחדש זה לקח רק 10-20 s לבצע, כך זה לא התערבו הרבה עם ההליכים הקלטה, צמצמה את התנודות של EOG אות. אם הנסיין מחכה 10-20 דקות לאחר הנחת האלקטרודות, מספיק אור הסתגלות יתקיים עכבה בין האלקטרודה העור גם ירידה ובהדרגה אסימפטוטה לרמה נמוכה (עד 20kΩ). תקופת ההמתנה מאפשר את הפוטנציאל מוקלטות לייצב באופן דרמטי מתחילת ההקלטה וכדי להיות יציבה יותר ויותר עם הזמן.
במקום הכיפה מיוחדים הטבעה נוריות כמתואר במאמר זה, כל לוח עם נוריות נעוץ סידור דומה עשוי לשמש. מגבר זרם חלופי (AC) יכול לשמש במקום מגבר DC, אך במקרה זה, משרעת הסקאדיות המוקלט לא תהיה אמינה מספיק להערכה איכותית בגלל הריקבון אות. אלקטרודות שיש רחב שוליים, אשר משמש גם כדי לשמור על סגור, מגע רחב עם העור, יכול להיות מוחלף על האלקטרודה המתוארות במאמר זה.
יש מספר חסרונות של EOG גם להכיר. EOG בדרך כלל רק הולם להקלטת תנועות עיניים אופקי, כפי שהועלו במבוא. יתר על כן, קשה להעריך בצורה אמינה microsaccades על ידי שיטת EOG, ואילו ערפיח יש את היכולת לעשות זאת. בעיה זו היא חשובה במיוחד בגלל המסמר saccadic פוטנציאליים וטביעות שלו בתוך טווח תדר גבוה26. למרות היבטים אלה עלול להיות בעייתי בהקשר הקליני, הם יכולים להיפתר אפילו עם פרוטוקול הנוכחי, נשאר להיות התייחס בעתיד מחקרים. מצד שני, האות מיקום העין שהוקלט על ידי EOG יכולים להיות מזוהמים על ידי רעש, כגון אלקטרומיוגרפיה שרירי הפנים, אלקטרואנצפלוגרם והאיורים. כמו כן, בעת מגבר DC, האות EOG מוקלטות יכול להיסחף עם הזמן. נושאים אלה ניתן לפתור במידה רבה באמצעות אלקטרודה עם שוליים מפלסטיק המאפשר קיבוע סגור ויציב, כמו גם הפחתה של עכבה שבין העור האלקטרודה, ביעילות הפחתת הרעש שמסביב. שנית, הגדלת איזור המגע בין הג'ל העור על-ידי שימוש של גביע-אלקטרודה כמתואר לעיל, מסייע להפחית את התנגדות-במגע עם העור. דרך נוספת להימנע נסחפים היא להמתין לתקופה של 10-15 דקות לאחר מיקום האלקטרודות, עד הסתגלות אור מספיק מתרחשת. תקופת המתנה זו גם מסייעת לקידום נמוך של עכבה בין האלקטרודה (ג'ל) לבין העור, ומייצב האות המוקלט EOG בדרך כלל ככל שחולף הזמן. חוזרים כיול והגדרת את הגברה של האות המבט כראוי במהלך ביצוע משימות תזוזת גלגל העין יכול לסייע עוד יותר כדי לשפר את איכות ההקלטה. הסחף של אות מיקום העין יכול להוות בעיה בעת הקלטת רדיפה חלקה אשר ההקלטה מתבצעת בדרך כלל לתקופה ממושכת. עם זאת, עבור הקלטה saccades, שהמשך שלהן נמשך רק כמה עשרות של אלפיות השניה, זה בדרך כלל לא בעיה.
לסיכום, להשגת הקלטה EOG "מדויק", זה לא את המתודולוגיה עצמו זה מה שחשוב, אבל איך הנסיין מיישם את זה. השלב הקריטי הוא איך להתמודד עם חוסר היציבות של ההקלטה. האמצעים הדרושים הם לשימוש אלקטרודה Ag-AgCl עם שוליים רחבים פלסטיק מסוגל ביעילות הפחתת רעש, לחכות מספיק אור הסתגלות. תקופת המתנה זו גם מסייעת להפחית את התנגדות בין האלקטרודות לעור, ובכך מבטיחה אות יציב מוקלט. יתר על כן, כיול מחדש מבוצע לפי הצורך במהלך ביצוע המשימה. ובכך מיושמת, EOG עדיין יכול להיות שיטה של practicability קלינית גבוהה, זה יכול להיות מיושם באופן נרחב לחולים נוירולוגיות, במיוחד עבור הקלטה saccades בכיוון אופקי. אכן, EOG יכולה להיות שיטה עדיפה כאשר רק זה זמין מסיבות כלכליות או במצבים קליניים מעשיים בהם דרושה שיטה מיושם בקלות, איפה העדרו של נתונים אינו מותר.
המחברים אין לחשוף לגבי מחקר זה.
ד ר Terao נתמך על ידי מענק הסיוע פרויקט המחקר למחקר מדעי מ משרד החינוך, תרבות, ספורט, מדע, טכנולוגיה של יפן [16K 09709, 16H 01497]. יו נתמך על ידי מענק הסיוע פרויקט המחקר למחקר מדעי משרד החינוך, תרבות, ספורט, מדע, טכנולוגיה של יפן [No.25293206, מספר 22390181, H 15 05881, 16H 05322]; על ידי מענקים וועדת המחקר הטוב ביותר rTMS טיפול של פרקינסון מחלות של משרד הבריאות, הרווחה של יפן; ועל ידי ועדת המחקרים-פוקאלית של משרד הבריאות והרווחה של יפן.
Name | Company | Catalog Number | Comments |
Electrode | Nihon-Kohden (Tokyo, Japan) | NS111-115 | cup electrode |
Electrode paste | Nihon-Kohden (Tokyo, Japan) | Gelaid Z-101BA | gel electrode paste to fill in the cup electrode |
Adhesive tape | Nihon-Kohden (Tokyo, Japan) | H261 | double-stick tape for fixating the electrode |
DC-amplifier | Nihon-Kohden (Tokyo, Japan) | AN-601G | amplifier for EOG |
video-based eye tracking system | SR research (Mississauga, Ontario, Canada) | Eyelink II | eye tracking system for recording VOG |
Filter | NF corporation | MS-521 | filter for the EOG signal |
Request permission to reuse the text or figures of this JoVE article
Request PermissionThis article has been published
Video Coming Soon
Copyright © 2025 MyJoVE Corporation. All rights reserved