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12.什么是半规管参照系和坐标系?在诊断中有什么作用?
常常有人发问:为什么有时候Dix-Hallpike变位试验诱发的眼震与教科书描述的经典性PC-BBPV管石症眼震不同?是我看错了还是病人有其他问题?这是一个涉及参照系(reference frame,RF)和坐标系(coordinate system,CS)的问题。使用的参照系和坐标系不同,观察到的眼震也会有所不同。
什么是参照系呢?参照系是一个特定的3D空间。所有涉及空间信息的感觉或运动系统都需要首先决定用什么作为参照系,才能明确定义所处的位置空间。例如,一个茶杯放在正前方的桌子上,假如此时拿杯子的人,头朝向右侧45°角,眼睛朝向右侧20°。如何描述这个杯子的位置呢?在以头为中心的参照系,杯子在头位左侧45°角的位置。在以眼睛为中心的参照系,杯子在眼睛左侧20°角的位置。因此使用不同的坐标系,就会有对位置的不同定义和描述。
经常使用的与前庭系统相关的参照系有哪些呢?前庭系统研究中经常使用的参照系有以下5种:①半规管中心参照系;②头中心参照系;③眼中心参照系;④身体中心参照系;⑤世界中心参照系。当我们要说明一个运动的向量时,我们需要参照系和坐标系两个方面的界定才能表达清楚。前庭系统是感受运动和空间位置的系统,参照系和坐标系的界定尤其重要。
那么什么是坐标系呢?坐标系是特定参照系内由原点和一系列基本向量组成的固定表达方式。一个空间位置变化的变量处于特定参照系内的固定坐标系时,其性质是不变的。与参照系相适应的坐标系有:①半规管坐标系;②头坐标系;③眼坐标系;④身体坐标系;⑤世界坐标系。
这里重点介绍半规管坐标系及其在诊断半规管疾病中的定位价值。
半规管坐标系
每个半规管以其特定空间位置的内淋巴流动方向形成自己的旋转平面,这是以半规管为中心的参照系。每个半规管也有一个与自己旋转平面垂直的旋转轴(图2-8)。
半规管的旋转轴决定半规管坐标系(canal-fixed coordinate system)。受刺激的半规管通过与眼肌间的支配关系,保证眼球围绕受刺激半规管的旋转轴转动。例如做右下(后)垂直半规管Dix-Hallpike变位试验时所见到的眼震,当眼球位于眼眶正中位(原位)时,如果有管结石则出现上向顺时针旋转性眼震(以病人视角观察),也就是说产生下向逆时针旋转慢相,这就是半规管固定旋转轴(图2-9)。
图2-8 半规管旋转轴
左侧:水平半规管旋转轴(垂直箭头)与半规管空间结构位置形成的半规管平面(水平箭头)互相垂直。右侧:上(前)半规管和下(后)半规管的旋转轴(箭头)也分别垂直于自己的旋转平面
图2-9 受刺激半规管与眼球运动的关系
通过与眼肌间的支配关系,保证眼球围绕受刺激半规管的旋转轴转动。原位时眼球在半规管固定旋转轴旋转,离心固视时此轴有影响但不会改变半规管旋转轴本质
但是为什么有时候会觉得自己观察到的不是这样的垂直加旋转的混合性眼震?当受试者向上看时,看起来更像垂直眼震,而向一侧看时(如向病侧看时)看起来更像旋转性眼震?这是因为我们大多数人习惯了从眼坐标系(视线为中心的参照系)来区别上下左右和观察眼震。瞳孔位于眼球的赤道轴上,当眼球向上或向下移动时,瞳孔远离赤道到了眼球的极点,旋转成分受到限制。从眼旋转轴中心坐标系来看则有更多的垂直成分,看起来像垂直眼震。如果眼球水平方向左右移动时,从眼旋转轴中心坐标系来看则有更多的旋转成分,看起来像旋转性眼震。如果在原位(瞳孔正中位)观察,这时眼坐标系处于原点(零点),对眼球转动不产生影响,则会看到经典的半规管坐标系的垂直+旋转眼震。
其实受试者眼震的半规管固定旋转轴并没有变。如果从半规管坐标系看,无论眼睛向哪个方向看,眼震旋转轴向量总是围绕在右下(后)半规管旋转轴上,如果把眼震旋转轴描记在半规管向量图上就会看得很清楚。受刺激的右下(后)半规管决定了上旋眼震的本质,即使眼坐标系不在原点,眼坐标系只能对眼震垂直成分和旋转成分的比例产生影响,但是不能改变上旋眼震的本质,这是由受刺激半规管的坐标系决定的,除非这个坐标系发生改变。
再来看左上半规管裂(SCD)病人经声音诱发的眼震。尽管不同病人眼震旋转轴的方向成分多少略有差异,但是在半规管向量图上他们的眼震旋转轴均位于左上半规管旋转轴区域。根据Ewald第一定律,所诱发眼震与有裂口的左上(前)半规管旋转平面一致。只有当裂口较大而造成内淋巴流动方向变化或有前庭功能降低时,才可能使眼震产生与其他旋转平面一致的方向。
掌握了这些规则才能透过现象看到本质,才能更好地识别和印证自己所观察到的眼震来自哪个半规管,从而提高半规管病变的定位诊断能力。
参考文献
[1]Goldberg JM,Wilson VJ,Cullen KE,et al.Reference frames for the coding of vestibular signals //The vestibular system:a sixth sense.Oxford:Oxford University Press,2012:467-494.
[2]Leigh RJ,Zee DS.Neurology of the Eye Movements.5 ed.New York:Oxford University Press,2015.