3D-Analyse von Augenbewegungen

Summary

The eye muscles in humans are arranged in such a way that they allow rotations of the globe about any axis in three-dimensional space. With the recent availability of modern 3D eye movement measurement techniques and the further development of appropriate mathematical descriptions we are now able to study eye movements in all three degrees of freedom. This article describes the basic mathematical tools for 3D eye movement analysis as well as advantages and disadvantages of different measurement techniques. In a second part some clinical applications are presented. The close coupling between the vestibular and the oculomotor system suggests that by measuring spontaneous and elicited eye movements in 3D in the case of an acute unilateral vestibular pathology we might be able to find out which parts of the vestibular system are affected. The rational of such an analysis is based on the observation that electrical stimulation of single semicircular canal afferents in animals induce eye movements which lie roughly in the plane of the canal. It is, therefore, possible to deduct which canals cause the eye movements observed when only some parts of the vestibular system are defective. Thus, the analysis of 3D eye movements has the potential to significantly improve our diagnostic capabilities.

Zusammenfassung

Beim Menschen sind die Augenmuskeln so angeordnet, dass sie Augenbewegungen um jede beliebige Raumachse ermöglichen. Die horizontale und vertikale Dimension bestimmen die Blickrichtung und können mit herkömmlichen Messmethoden gut erfasst werden. Die dritte Dimension, die Drehung des Auges um die Sehachse (Torsion), lässt sich sehr viel schwerer messen und blieb deswegen bisher im Wesentlichen unbeachtet. Dennoch wird man in der klinischen Praxis immer wieder mit torsionalen Augenbewegungskomponenten konfrontiert (Läsionen im Bereich der vestibulären Kerngebiete, der lateralen Medulla oblongata, im Mittelhirn, bei der Chiari-Malformation sowie bei vestibulären Läsionen, wie der akuten Neuropathia vestibularis oder dem benignen paroxysmalen Lagerungsschwindel). In den letzten Jahren wurden Messmethoden entwickelt, wie die 3D-elektromagnetische Messspulentechnik oder die 3D-Videookulographie, die es nun erstmals ermöglichen, das okulomotorische System in allen zur Verfügung stehenden Freiheitsgraden zu analysieren. Insbesondere für die Untersuchung des vestibulookulären Reflexes (VOR) hat sich die 3D-Analyse als besonders nützlich erwiesen. Man macht sich dabei die bekannte Eigenschaft des VOR zu Nutze, dass eine Reizung eines isolierten Bogenganges Augenbewegungen ungefähr in der Ebene dieses Bogenganges auslösen. Dieser einfache geometrische Zusammenhang ermöglicht über 3D-Messung der vestibulär erzeugten Augenbewegungen auf die auslösenden Bogengänge zu schließen. Im vorliegenden Beitrag werden die Grundprinzipien der 3D-Analyse erläutert, die Vor- und Nachteile der zur Verfügung stehenden Messmethoden dargestellt und mögliche klinische Anwendungen demonstriert.

Key words:

Three-dimensional eye movements - Magnetic search-coil technique - Videooculography - Oculomotor system - Vestibuloocular reflex