Autore:
Dott. Enrico Armato, laurea in Medicina e Chirurgia nel 1984; si specializza in ORL nel 1987 ed in Audiologia nel 1990.
1. Limitazioni dell’Head Impulse Test clinico
L’Head Impulse Test clinico consente di rilevare i movimenti saccadici di rifissazione che si
realizzano dopo che il movimento del capo è terminato: i cosiddetti saccadici overt.
L’assenza di un saccadico overt tuttavia non è sufficiente a garantire la funzionalità del VOR.
Diversi studi hanno, infatti, descritto casi di soggetti con deficit vestibolari unilaterali che, esaminati con il metodo delle bobine sclerali (search coils, alle quali accenneremo tra breve), presentavano piccole saccadi di rifissazione già durante la rotazione della testa.
Questi movimenti vengono identificati con il nome di saccadici covert, cioè “nascosti”, ovvero impossibili da rilevare a occhio nudo [1].
Da ciò è nata l’esigenza che ha portato allo sviluppo di sistemi sufficientemente veloci e massimamente accurati, in grado di acquisire misure oggettive dei movimenti della testa e degli
occhi, nonché di rilevare i movimenti saccadici covert.
2. Sistemi per l’analisi dei movimenti oculari
Diverse tecnologie possono essere utilizzate per registrare i movimenti oculari
Search coils (bobine sclerali)
Una bobina genera un potenziale elettrico che è funzione dell’orientamento del piano della bobina stessa rispetto alla direzione del campo magnetico nel quale è immersa; il paziente, circondato dal campo magnetico, indossa una lente a contatto con una bobina in miniatura, solidale con i movimenti dell’occhio: viene generato quindi un segnale elettrico proporzionale ai movimenti oculari. Nonostante risulti una tecnica invasiva e costosa, il metodo delle bobine sclerali rappresenta il gold standard per la misurazione dei movimenti degli occhi, in quanto garantisce un’elevata precisione di misura (fino a 0,01°), un range di misura ampio e non è soggetto a rumore elettrico.
Elettronistagmografia (ENG)
Una serie di elettrodi viene applicata al viso del paziente, misurando poi la differenza di potenziale tra la cornea ed il fundus dell’occhio, la quale risulterà proporzionale ai movimenti oculari. La tecnica è più confortevole rispetto alle search coils, non è invasiva sebbene richieda comunque
l’applicazione (talora fastidiosa) di elettrodi sul viso.
Presenta un costo contenuto ed un range di misura ampio (fino a 70°). Non garantisce però un’elevata risoluzione (1°) ed è intrinsecamente soggetta al disturbo di qualsiasi rumore elettrico, come l’attività bioelettrica spontanea del soggetto ed il rumore di rete. E’ caratterizzata inoltre da
problemi di instabilità della linea di base dovuti a fenomeni di deriva.
Videonistagmografia (VNG)
Una telecamera riprende l’immagine del viso e degli occhi del paziente, illuminati da una sorgente ad infrarossi. Le sequenze video vengono registrate e poi analizzate via software attraverso algoritmi di image processing.
I vantaggi di questa tecnica sono rappresentati dal basso costo, dal maggior comfort per l’esaminando, dalla buona precisione (fino a 0,1°) e da un range di misura ampio e non soggetto ad alcun rumore elettromagnetico. Non ci sono sostanzialmente svantaggi, se non la necessità che il paziente mantenga gli occhi aperti durante l’esecuzione dell’esame. La semplicità di utilizzo e la buona precisione raggiungibile fanno della VNG la scelta migliore nella pratica clinica.
Passiamo quindi dall’Head Impulse Test clinico all’Head Impulse Test strumentale, in particolare il
video Head Impulse Test (v-HIT).
3. Il v-HIT: due principi di acquisizione:
Per la quantificazione numerica della funzionalità del VOR è necessario calcolare il rapporto tra la
velocità del movimento dell’occhio e la velocità della testa in seguito alla manovra impartita dall’esaminatore, il cosiddetto guadagno VOR (o VOR gain).
Un soggetto con funzionalità canalare intatta presenterà un VOR gain all’incirca unitario.
I requisiti minimi di un sistema atto a tale scopo sono quindi:
- La misurazione della velocità della testa
- La misurazione della velocità dell’occhio.
Esistono sostanzialmente due tecnologie video che consentono di ottenere quanto necessario:
- Sistemi basati su telecamera remota
- Sistemi basati su maschera indossabile che integra un sensore accelerometrico ed una
telecamera.
Sistemi basati su telecamera remota.
Un sistema di questo tipo è composto da una telecamera remota, solitamente ad infrarossi, che inquadra il viso del paziente durante le manovre. Il software effettua tutte le elaborazioni ed i calcoli relativi all’analisi delle immagini sequenziali video-registrate dalle quali, attraverso algoritmi di Eye Tracking e di Head Pose Estimation, è in grado di ricavare la posizione (e quindi, per derivazione, le velocità) di testa ed occhi.
Il primo v-HIT mai realizzato è stato proprio un sistema basato su telecamera remota. Ideato e sviluppato nel 2005 a Marsiglia dal Dottor Erik Ulmer, rappresenta l’unico sistema basato su questa tecnologia presente sul mercato [2]. Lo strumento è prodotto dall’azienda francese Synapsys, di cui Erik Ulmer è stato uno dei fondatori.
Sistemi basati su maschera indossabile.
Sono costituiti da una maschera indossabile la cui velocità (supposta perfettamente solidale alla testa) viene misurata da un sensore accelerometrico integrato, mentre una telecamera all’infrarosso montata sull’apparecchio riprende l’immagine dell’occhio riflessa su uno specchio argentato, posto di fronte all’occhio stesso e tale da non impedire la visione.
Le elaborazioni ed i calcoli vengono effettuati da un software combinando l’informazione proveniente da due fonti diverse:
- dalla telecamera, per il calcolo della velocità dell’occhio dalle immagini video
- dal sensore accelerometrico, per la misura della velocità della testa.
Il primo v-HIT basato su questa tecnologia è stato sviluppato dall’Ingegner Hamish G. MacDougal nel 2009, presso l’Università di Sydney.
I due principali sistemi che appartengono a questa categoria attualmente sul mercato sono l’ICS Impulse della GN Otometrics (a sinistra nell’immagine di seguito) e l’EyeSeeCam della Interacoustics (a destra).
Tecnologie a confronto
Proponiamo qui di seguito un breve ma esauriente confronto tra i due principi tecnologici appena descritti, focalizzandoci sulla progettazione e lo sviluppo, sul setup dell’ambiente e del paziente, e sull’operabilità per l’esaminatore:
Progettazione e sviluppo:
I sistemi basati su maschera indossabile necessitano che quest’ultima sia soggetta il meno possibile allo slittamento dovuto all’inerzia che inevitabilmente si verifica durante le manovre ad elevata velocità. Tale slittamento genera movimenti fittizi dell’occhio rispetto alla telecamera e conseguenti artefatti da slippage. Diventa quindi cruciale sviluppare algoritmi robusti che, oltre a ricostruire la velocità dell’occhio dalle sequenze video ed oltre a sincronizzarle con la misurazione della velocità della testa, correggano tali artefatti per non inficiare la correttezza dei calcoli.
I sistemi basati su telecamera remota non presentano invece particolari sfide a livello di progettazione hardware, bensì devono utilizzare accurati algoritmi di image processing per la ricostruzione dei movimenti di testa ed occhi dalle sequenze video. In questi sistemi non sono presenti artefatti da slippage e non occorre introdurre specifiche funzionalità software per correggerli.
Setup
Nei sistemi basati su maschera indossabile, la presenza di un occhiale stretto con una fascia attorno alla testa è sicuramente meno confortevole per il paziente rispetto ai sistemi basati su telecamera remota che invece non prevedono alcun accessorio da indossare. La maschera presenta inoltre elementi che possono entrare nel campo visivo del paziente.
I sistemi con maschera richiedono una calibrazione iniziale con puntatori laser per la successiva misurazione corretta dei movimenti oculari. I sistemi con telecamera remota richiedono invece il posizionamento del paziente alla giusta distanza in modo che l’immagine risulti perfettamente a fuoco. La maschera difficilmente si presta ad essere utilizzata sui bambini, sia per le dimensioni eccessive che per l’ingombro durante l’esecuzione dell’esame. Une telecamera remota può
invece essere utilizzata anche su pazienti pediatrici di pochissimi mesi, purché si riesca a mantenere la loro attenzione fissa sull’obiettivo. Stupefacenti a tal proposito sono gli esami condotti dalla Dottoressa Sylvette Wiener-Vacher dell’Ospedale Robert Debré di Parigi [3].
Operabilità
Nei sistemi con maschera, l’operatore deve effettuare le manovre senza toccare l’apparecchio per non introdurre slittamenti aggiuntivi tra telecamera e testa, con conseguenti artefatti: la libertà nel manovrare il capo del paziente è quindi limitata. Al contrario, in presenza di telecamera remota non vi è alcuna limitazione in tal senso.
A causa inoltre della maggiore interferenza nei dati dovuta agli artefatti ed alla tecnologia di acquisizione che integra l’informazione proveniente da due sorgenti diverse, i sistemi con maschera indossabile richiedono più acquisizioni (15-20 contro le cinque dei apparecchi con telecamera remota) per ottenere un risultato affidabile.
In aggiunta, i sistemi basati su telecamera remota consentono di rivedere il replay delle acquisizioni in slow motion, con la possibilità da parte dell’operatore di verificare con i propri occhi eventuali movimenti reciproci tra riflesso corneale e pupilla.
Infine, per quanto riguarda la portabilità, gli apparecchi con maschera indossabile sono sicuramente più confortevoli da trasportare grazie al loro minore ingombro.
Studio comparativo
Presentiamo infine i risultati di uno studio comparativo che ha messo a confronto le performances dei due rappresentanti di categoria, l’ICS Impulse della GN Otometrics e il v-HIT Ulmer della Synapsys, su un dataset comune di pazienti [4].
Guadagni per i canali orizzontali
Guadagni per i canali verticali
I grafici sovrastanti si riferiscono ai valori numerici dei guadagni per i canali orizzontali (in alto) e per i canali verticali (in basso): in ascissa i valori ottenuti con l’ICS, in ordinata quelli ottenuti con il v-HIT Ulmer. Si nota una buona distribuzione lungo la bisettrice, segno di un’elevata correlazione (rispettivamente di 0.83 per i guadagni dei canali orizzontali e di 0.73 per i guadagni dei canali verticali) tra i risultati ottenuti con i due sistemi.
Riassumendo:
Il v-HIT risulta indispensabile per rilevare deficit vestibolari caratterizzati dalla presenza di covert saccades e per calcolare il guadagno del VOR.
Esistono due tecnologie:
-
- sistemi basati su maschera indossabile con telecamera e accelerometro;
- sistemi basati su telecamera remota.
- Pro e Contro:
-
- Immagine a fuoco, test eseguibile in posizione supina;
- Discomfort del paziente e dell’operatore, artefatti da slippage (soprattutto verticale), minore ripetibilità, numero maggiore di manovre, non eseguibile su bambini.
- Pro e Contro:
-
- Maggiore comfort per paziente ed operatore, assenza di artefatti da slippage, maggiore ripetibilità, poche manovre richieste, velocità d’esecuzione, eseguibile anche su bambini;
- Messa a fuoco delicata, non eseguibile in posizione supina.
BIBLIOGRAFIA
1. Weber KP, Aw ST, Todd MJ, McGarvie LA, Curthoys IS, Halmagyi GM. Head impulse test in unilateral vestibular loss: vestibulo-ocular reflex and catch-up saccades. Neurology 2008;70:454-63
2. Ulmer E, Chays A. “Head impulse test de Curthoys & Halmagyi”: un dispositif d’ analyse. Annales d’ Otolaryngologie et de Chirurgie Cervico – faciale. Vol. 122. No. 2. Elsevier Masson, 2005
3. Wiener-Vacher SR, Wiener SI. Video Head Impulse Tests with a Remote Camera System: Normative Values of Semicircular Canal Vestibulo-Ocular Reflex Gain in Infants and Children. Front Neurol. 2017 Sep 7;8:434
4. Geisler C, Curcio S. A Comparative Study of Two Video-oculography Technologies in Quantitative Head Impulse Testing
Per maggiori approfondimenti click sul link sottostante per scaricare l’articolo originale completo.
Il video-Head Impulse Test Aspetti teorici e pratici del device basato su telecamera remota
Enrico Armato, classe 1960, si laurea in Medicina e Chirurgia nel 1984; si specializza in ORL nel 1987 ed in Audiologia nel 1990.
Nel 1986 inizia il percorso nel Sistema Sanitario Nazionale che perdura fino ad oggi.
Dal 1997 concentra la sua attenzione nel campo dei disturbi dell’equilibrio, raggiungendo un elevato grado di competenze specifiche. Ha sempre applicato nella pratica quotidiana le più recenti conoscenze, sia dal punto di vista dell’osservazione clinica sia dell’analisi strumentale. È stato tra i primi utilizzatori in Italia delle metodiche di registrazione dei movimenti oculari legate alla VideoNistagmoGrafia (VNG) ed al Video Head Impulse Test (V-HIT).
Dal 2008 a tutt’oggi è titolare dell’incarico professionale di Alta Specializzazione in “Vestibologia clinica e strumentale” nell’ambito dell’Unità Operativa Complessa di ORL dell’ULSS 13 Regione Veneto, sede di Dolo-Mirano (VE).
Nel 2018 è stato nominato componente del gruppo tecnico di lavoro per la definizione dei percorsi diagnostico del terapeutici assistenziali (PDTA) per le vertigini (nomina della Regione Veneto decreto n. 108 del 08/08/17 del Direttore Generale area sanità e sociale).
Negli ultimi 20 anni è stato relatore a tema in oltre 50 convegni nazionali ed internazionali di argomento vestibologico e di numerose pubblicazioni censite da Pubmed.
