Je leest:

Tollen met een bril op

Tollen met een bril op

Auteur: | 1 mei 2000

De videobril annex draaistoel van dr Floris Wuyts heeft alles om het Universitair Ziekenhuis Antwerpen wereldvermaard te maken op gebied van evenwichtsstoornissen. Geen enkel ander ziekenhuis ter wereld kan wat hier kan. De Vlaamse regering gaf Wuyts vorig jaar de eerste prijs voor onderzoek en onderwijs van de vierjaarlijkse Vlaamse technologiebeurs FTI Technoland.

Pikdonker is het. Ik zoef door het niets, mijn lichaam en hoofd helemaal ingesnoerd en tranen in mijn opengesperde ogen. Een sterke koude wind strijkt langs mijn gezicht. Het suizen van de stoel is het enige geluid. Onwerkelijk. Het lijkt alsof ik door de ruimte vlieg en ik voel me heel alleen.

Peperdure stoel. De draaistoel kostte 8 miljoen Bfr of 430.000 gulden.

“Je doet het heel goed”, klinkt het plots door de luidspreker. Floris Wuyts leidt vanuit de controlekamer mijn avontuur in goede banen. Hoewel ik het gevoel heb dat ik voorwaarts vlieg, met af en toe scherpe bochten naar rechts en naar links, weet ik dat ik op een draaistoel zit. Ik draai rond mijn as met een snelheid van ruim een omwenteling per seconde.

Wuyts is mijn evenwichtsstelsel aan het testen. Hoewel van opleiding natuurkundige, werkt hij bij de dienst Neus, Keel en Oren van het Universitair Ziekenhuis Antwerpen. Sinds september staat in zijn kamer op de eerste verdieping voor twintig miljoen Belgische frank of een miljoen gulden aan apparatuur, waaronder de draaistoel. Plaats voor een werkkamer heeft hij nu niet meer, maar hij beschikt wel over een evenwichtlaboratorium van wereldniveau.

Na acht minuten is de test voorbij. De stoel staat stil, het licht gaat aan en de Antwerpse onderzoeker komt mijn veiligheidsriemen losmaken. Hij neemt ook de loodzware videobril van mijn neus. Ik loop mee naar de controlekamer, waar Wuyts mij op een van de vijf monitors enthousiast de grafieken toont die mijn rit heeft opgeleverd. “Zie je het? Er zit wat ruis op, maar de reacties van je ogen op de bewegingen van de stoel zijn zoals verwacht.” Hij haalt er een publicatie bij en merkt trots op dat de resultaten meer uitgesproken zijn dan die van de auteur van het artikel. “Dat komt omdat mijn stoel sneller draait.”

Wuyts’ draaistoel is enig in zijn soort. De Antwerpse natuurkundige beschikt daarnaast ook nog over een hoogtechnologische videobril. Stoel en bril samen vormen uiterst efficiënte apparatuur voor onderzoek naar het evenwichtsstelsel. Er bestaan mensen die continu duizelig zijn, met vlagen of telkens als ze een specifieke beweging uitvoeren. Slechts in een handvol ziekenhuizen ter wereld is het mogelijk om zo gericht te achterhalen waarom. Het antwoord op die vraag is belangrijk om een juiste behandeling te kiezen en op te volgen, en om bestaande behandelingen te optimaliseren.

Evenwichtsorgaan. Het evenwichtsorgaan in het binnenoor bestaat uit vijf onderdelen. Het horizontale halfcirkelvormige kanaal maakt een hoek van 30o met het horizontale vlak. Het detecteert horizontale draaiversnellingen, zoals nee schudden. De voorste en achterste halfcirkelvormige kanalen detecteren verticale draaiversnellingen, zoals jaknikken.De utriculus meet vooral de positie van het hoofd ten opzichte van de zwaartekrachtrichting en horizontale, lineaire versnellingen.De sacculus meet verticale lineaire versnellingen.

Evenwichtstesten onderzoeken of het evenwichtsorgaan goed werkt. Dat orgaan bevindt zich in het linker en rechter binnenoor en bestaat uit vijf onderdelen. Beschadigingen in een of meerdere onderdelen – zoals een infectie, slechte doorbloeding, een breuk of overdruk – veroorzaken abnormale duizeligheid. Bij sommige mensen is medicatie de meest aangewezen oplossing, anderen zijn beter geholpen met een operatie of met fysiotherapie. Die twee laatste behandelingen zijn alleen mogelijk als duidelijk is in welk oor en in welk van de vijf onderdelen het defect zit.

Test met elektroden voor mensen met evenwichtsstoornissen. De patiënte zit met gesloten ogen op een ronddraaiende stoel, met het hoofd 30° naar voren gekanteld zodat de horizontale halfcirkelvormige kanalen volledig horizontaal zijn georiënteerd. Links en rechts van elk oog krijgt zij een elektrode opgeplakt. Aangezien de oogbol vooraan positief en achteraan negatief geladen is, kunnen de elektroden de oogstand op elk moment meten. Tijdens de meting registreren de elektroden de reflexmatige oogbewegingen. (bron: Floris Wuyts)

Niet alle gevallen van abnormale duizeligheid vinden echter hun oorzaak in het evenwichtsorgaan. Er kan ook iets mislopen bij verwerking van de binnenlopende informatie in de hersenen. Bij elke patiënt met aanhoudende evenwichtsstoornissen zit een arts dus met dezelfde prangende vraag: heeft het zin om het evenwichtsorgaan te behandelen of niet? Bij hersenproblemen is dit immers nergens goed voor. Soms compenseren de hersenen foute informatie van een beschadigd evenwichtsorgaan, wat de klachten van de patiënt natuurlijk vermindert maar wat tegelijk een juiste diagnose bemoeilijkt.

Als de arts uit testen weet dat het inderdaad een binnenoorprobleem is, moet hij als hij een operatie of fysiotherapie overweegt, ook nog weten of dat in het rechter dan wel in het linker binnenoor zit en om welk van de vijf onderdelen het gaat.

Oogreflexen vertonen zaagtandbeweging. Uitgezet op een grafiek vertonen de horizontale oogreflexen tijdens draaien een zaagtandbeweging. De ogen draaien met de draaisnelheid van de stoel naar rechts. Als de pupil zich in de rechterooghoek bevindt, draait het oog met een snelle reset-beweging naar links en begint dan weer traag naar rechts op te schuiven. (bron: Otto Vork)

Bij een van de standaardtesten waaraan artsen mensen met evenwichtstoornissen onderwerpen, zit de patiënt met gesloten ogen op een ronddraaiende stoel. Links en rechts van elk oog krijgt hij een elektrode opgeplakt. Aangezien de oogbol vooraan positief en achteraan negatief geladen is, kunnen de elektroden de oogstand op elk moment meten. Tijdens de meting registreren de elektroden de reflexmatige oogbewegingen.

Hoe die oogbewegingen eruit zien, blijkt duidelijk uit de videobeelden die Wuyts van mijn ogen maakte. Onbewust heb ik al draaiend voortdurend heen en weer gekeken; mijn ogen maken snelle zaagtandbewegingen.

“Dat is de vestibulo-oculaire reflex”, zegt de natuurkundige. “Je ogen bewegen met dezelfde snelheid als je hoofd, maar in tegengestelde richting. Als je met een bepaalde snelheid linksom begint te draaien, begint je pupil op hetzelfde ogenblik even snel naar rechts te bewegen. In de rechterooghoek aangekomen, verspringt de pupil snel helemaal naar links, om dan weer met de draaisnelheid richting rechterooghoek op te schuiven. Dat verspringen zie je in een grafiek van de oogbeweging tegen de tijd als een zaagtandbeweging, zoals op de monitor.”

Oogreflex

In het gewone leven zorgt de vestibulo-oculaire oogreflex voor blikstabilisatie. Zonder dat zou de minste hoofdbeweging een wazig beeld opleveren, en duizeligheid. Blikstabilisatie laat ons toe tijdens het autorijden wegwijzers te lezen en voorkomt dat elke hartslag ons beeld een schokje geeft. De oogreflex ontstaat als de evenwichtsorganen van het binnenoor een beweging detecteren. De hersenen reageren met een bevel aan de oogspieren om de ogen onmiddellijk en met de juiste snelheid te draaien.

Evenwichtstesten proberen uit de oogreflexen af te leiden of het evenwichtsorgaan goed werkt en of er zich een probleem voordoet bij de informatieverwerking in de hersenen. Elk ziekenhuisonderzoek naar evenwichtsstoornissen begint met een test van de oogmotoriek. Die geeft aan of de hersengebieden die de oogspieren besturen, correct werken. Als dat niet het geval is, is meteen duidelijk waarom iemand duizelig is. In het andere geval is de zoektocht naar de oorzaak een stuk ingewikkelder.

De testen verlopen noodzakelijkerwijs in een verduisterde kamer of met gesloten ogen en met passieve bewegingen. Het evenwichtsorgaan is immers niet de enige bron van informatie over oriëntatie en beweging. Ook visuele informatie en informatie van actieve spieren, zoals nekspieren tijdens het schudden van het hoofd, zijn van belang. Als die informatiebronnen zijn afgesloten, houden de hersenen alleen rekening met de informatie van het evenwichtsorgaan.

Doe het zelf

Proef 1. Toon zelf de vestibulo-oculaire reflex aan. Houd uw uitgestoken vinger dertig centimeter voor uw gezicht. Beweeg de vinger zo snel mogelijk heen en weer. Houd nu uw vinger stil en beweeg uw hoofd zo snel mogelijk heen en weer. Het verschil tussen beide situaties is de aan- of afwezigheid van de oogreflex.

Proef 2. Neem de zaagtand-beweging waar. Laat iemand met gesloten ogen op een kruk zitten en draai hem snel een vijftal keer rond. Stop abrupt met draaien en vraag de persoon om zijn ogen te openen. Let op zijn oogbewegingen. Voer deze test niet uit met iemand die pas heeft gegeten.

Met die test weet je nog niet alles

De standaardmeting van de oogreflexen richt zich op het onderdeel van het evenwichtsorgaan dat horizontale draaiversnellingen meet, het horizontale halfcirkelvormige kanaal. De test toont of het linker en rechter kanaal de beweging goed detecteren, of de hersenen er vervolgens in slagen op basis van de binnengelopen informatie de juiste oogreflexen te bevelen en of de oogspieren ten slotte in staat zijn om die reflexen uit te voeren.

Videobril meet ook verticale en draaiende oogreflexen. Dankzij de videobril kan een onderzoeker ook de verticale en de draaiende oogreflexen meten. In combinatie met de nieuwe draaistoel is nu een veel grondiger test van het evenwichtssysteem mogelijk dan met elektroden. (bron: Herman Ricout)

Videobril

De onderzoeker bekijkt of er een oogreflex is, of die even snel verloopt als de draaibeweging en of linksom draaien en rechtsom draaien symmetrische reflexen opleveren. Uit de wetenschappelijke literatuur weet hij welke afwijkingen eerder op een probleem in de hersenen wijzen en welke eerder op een binnenoorprobleem. Een hersenscan kan mogelijk uitsluitsel bieden.

Bovenaanzicht videobril. De camera’s filmen de ogen van de proefpersoon. Hoewel ze opzij zitten, kunnen ze dankzij weerkaatsing op het spiegelglas van de bril de ogen toch in vooraanzicht filmen. (bron: Otto Vork)

Uit een normaal resultaat van de standaard draaistoeltest valt natuurlijk niet te besluiten of evenwichtsorgaan en hersenen normaal werken. De test bekijkt immers slechts één soort stimulus, de horizontale draaibeweging. Bovendien richt ze zich ook alleen op de horizontale oogreflex, hoewel er ook verticale en zelfs draaiende oogreflexen bestaan. De draaiende oogreflex houdt in dat als iemand het hoofd schuin houdt, de oogbol gedeeltelijk in de tegengestelde richting draait. Weliswaar moeten de hersenen bijspringen om te zorgen dat het beeld rechtop blijft staan, maar het oog draait dus wel degelijk.

Pupil en iris. Meting van het midden van de pupil geeft informatie over de horizontale en verticale oogbewegingen. Aan de hand van een gedeelte van de iris dat veel structuur vertoont, worden de draaiende oogbewegingen bepaald.

Metingen met elektroden, zoals bij de standaard draaistoeltest, zijn sowieso nooit in staat om verticale of draaiende oogreflexen te meten. Dat komt doordat elektroden wel betrouwbare gegevens geven over links-rechtsbewegingen van de ogen, maar niet over op- en neerbewegingen. Door de aanwezigheid van ooglid en wenkbrauw kan de onderzoeker de elektrode niet voldoende dicht bij het oog plakken. Draaibewegingen van het oog zijn met elektroden al helemaal niet waar te nemen. Kortom, het ligt voor de hand dat sommige evenwichtsstoornissen bij elektrodemetingen niet aan het licht komen.

Met het verschijnen van de eerste videobril begin jaren negentig werd het eindelijk mogelijk om alle oogreflexen te meten. Een videobril bevat twee infraroodcamera’s die in het donker het opengehouden oog filmen.

Voor de horizontale en verticale oogbewegingen meet de onderzoeker eenvoudigweg hoever het midden van de pupil verschuift ten opzichte van de beginstand. Draaibewegingen van de ogen zijn iets moeilijker. Daarvoor moet de onderzoeker een deeltje van de iris vinden dat veel structuur toont, bijvoorbeeld omdat het een licht vlekje bevat. Zodra dat is gevonden, meet hij de verdraaiing ten opzichte van de beginstand. De computer zet de beeldgegevens onmiddellijk om in grafieken met de oogbeweging tegen de tijd.

“Wij zijn in 1995 mee op de trein gesprongen”, zegt Wuyts. Op basis van een Maastrichts prototype ontwikkelden fysici en ingenieurs van de universiteiten van Maastricht, Rotterdam en Antwerpen samen een verbeterde videobril. Er zijn wereldwijd amper tien andere centra waar dat gebeurde. Wuyts: "Op een recent congres viel mij plots op dat wij samen met Maastricht de enigen zijn die de bril in het ziekenhuis gebruiken. De anderen werken allemaal in onderzoekscentra, met vrijwilligers.

Wij testen al sinds juli ’97 routinematig patiënten; er zijn er intussen honderden gepasseerd. Ik test bijvoorbeeld de draaiende oogreflex door de patiënt op een stilstaande stoel afwisselend links en rechts te laten leunen. Door deze test te combineren met de standaardtesten beschikken we over meer informatie. De kans stijgt dat we een bestaande afwijking daadwerkelijk aantonen, net als de kans dat we een antwoord krijgen op de vraag of het probleem zich in de hersenen of in het evenwichtsorgaan bevindt."

De driedimensionale videobril is verre van het eindpunt van de zoektocht naar betere diagnostiek van evenwichtsstoornissen. Noch de standaard draaistoeltest, noch Wuyts’ videobriltest geven immers een compleet antwoord op de vraag waar een eventuele binnenoorafwijking zich precies bevindt: in welk oor en in welk onderdeel.

Al in het begin van de twintigste eeuw slaagde de Zweedse evenwichtsonderzoeker Robert Bárány erin om dit probleem op te lossen, tenminste voor één onderdeel van het evenwichtsorgaan in het binnenoor: het horizontale halfcirkelvormige kanaal. Zijn methode kreeg in 1914 een Nobelprijs en maakt tot de dag van vandaag deel uit van de klassieke evenwichtstest. “Dat op zich geeft al aan dat het een goede test is”, merkt Wuyts op.

Test voor elk horizontaal halfcirkelvormig kanaal afzonderlijk. Bij deze test ligt de proefpersoon met het hoofd 30o gekanteld, zodat de kanalen verticaal staan. De onderzoeker spoelt een oor met water dat 7o warmer of kouder is dan de lichaamstemperatuur. De proefpersoon heeft het gevoel dat hij linksom draait. Deze test onderscheidt het rechter en linker kanaal. (bron: Otto Vork)

Standaardtest van Bánány

Bij de test van Bárány ligt de patiënt op zijn rug, zodat beide horizontale halfcirkelvormige kanalen verticaal staan. In elk van zijn oren krijgt hij achtereenvolgens water dat zeven graden warmer en kouder is dan de lichaamstemperatuur. Als het kanaal normaal werkt, heeft de patiënt het gevoel dat hij ronddraait. De elektroden tonen een horizontale oogreflex. Dat komt door het werkingsprincipe van de halfcirkelvormige kanalen.

Dwars in elk met vloeistof gevuld kanaal is een vlies gespannen. Bij een draaibeweging verbuigt het vlies door de traagheid van de vloeistof. Bij deze test zorgen de vloeistofstromen die ontstaan door het temperatuursverschil tussen de kanaalvloeistof dicht bij het trommelvlies en de meer inwendige kanaalvloeistof voor de verbuiging.

Utriculusdraaistoeltest voor elke utriculus afzonderlijk.Bij de utriculusdraaistoeltest draait de proefpersoon op de draaistoel met de rotatieas ter hoogte van een van beide evenwichtsorganen. De videobril meet vervolgens de draaiende oogreflex. Deze test maakt het onderscheid tussen rechter en linker utriculus mogelijk. (bron: Otto Vork)

De grote uitdaging in het evenwichtsonderzoek is de vier andere onderdelen van het evenwichtssysteem ook afzonderlijk van elkaar te kunnen onderzoeken en ook daar een onderscheid tussen links en rechts te kunnen maken. Voor de utriculus, het onderdeel dat de positie van het hoofd ten opzichte van de zwaartekrachtrichting en voor-, achter- en zijwaartse versnellingen meet, is zo’n specifieke test die bovendien het onderscheid tussen links en rechts maakt, mogelijk. Ik heb hem net ondergaan.

Het cruciale deel van mijn draaistoeltest viel op het ogenblik dat ik het gevoel had bochten te nemen. In werkelijkheid verschoof de draaiende stoel afwisselend drieënhalve centimeter naar rechts en naar links ten opzichte van de centrale as. “Tijdens wat jij een bocht naar links noemt, verschoof de as van de rotatie naar de as van je linker binnenoor”, zegt Wuyts. “Op dat ogenblik neemt je linker utriculus afgezien van de zwaartekracht geen versnelling waar. Je rechter utriculus ondervindt echter een middelpuntvliedende kracht. Hij detecteert een schijnbare zwaartekracht schuin naar rechts. De videobril filmde het resultaat: een normale draaiende oogreflex. Je utriculus werkt dus zoals het hoort.”

Wuyts’ draaistoel maakt ook voor het voorste en het achterste halfcirkelvormig kanaal – de onderdelen die verticale draaiversnellingen detecteren – een specifieke test die links en rechts onderscheidt mogelijk. Het gaat om een draai-stoptest, waarbij de stoel met constante snelheid draait en dan plots stopt. De patiënt moet het hoofd tijdens de test schuin houden. Er is dan sprake van een gedeeltelijk draaiende en gedeeltelijk verticale oogreflex.

Het vijfde onderdeel van het evenwichtssysteem in het binnenoor – de sacculus, die op- en neerwaartse versnellingen meet – blijft voor Wuyts voorlopig ongenaakbaar. Samengevat maakt de videobril annex draaistoel voor vier van de vijf onderdelen een min of meer specifieke test die een onderscheid tussen rechts en links mogelijk maakt en levert hij veel informatie op om het onderscheid tussen een hersenprobleem en een binnenoorprobleem te maken.

De standaard draaistoeltest en de Nobelprijstest kunnen alleen storingen in een van de vijf onderdelen van het evenwichtssysteem in het binnenoor opsporen en kunnen minder vaak het onderscheid tussen hersen- en binnenoorproblemen maken. Daardoor blijft bij dertig procent van de patiënten met klachten over aanhoudende evenwichtsstoornissen de oorzaak onbekend. Stoel en bril brengen de score van een op vijf naar vier op vijf.

Dromen

Wuyts’s draaistoel werd op bestelling gemaakt. “Ik heb dat ontwerp gemaakt na een wereldreis langs diverse bestaande hoogtechnologische draaistoelen”, zegt de Antwerpse natuurkundige. Dankzij een motor van hetzelfde type als gebruikt voor de besturing van grote telescopen haalt de stoel een versnelling van meer dan duizend graden per seconde in het kwadraat. Dat is meer dan tien keer zoveel als een standaard draaistoel. Floris Wuyts koos voor een stoel met een krachtige motor, omdat de meting moet overeenstemmen met de werkelijkheid. “Veel stoelen draaien te traag om bewegingen uit het dagelijks leven realistisch te simuleren.”

Daarbij vergat Wuyts niet dat er patiënten in de stoel moeten, die vaak al duizelig zijn: “Ik heb verscheidene veiligheidssystemen die in geval van nood de stoel stilzetten. Ik hou de snelheid ook draaglijk, ik ga nooit naar de maximaal mogelijke snelheid.” Zelf zal hij zijn eerste ervaring in zijn stoel niet snel vergeten. “Bij de levering moest en zou ik hem onmiddellijk met hoge snelheid uittesten. De constructeurs zagen me er lijkbleek uitkomen.”

Wuyts’ stoel bezit onderaan een slede waardoor hij horizontaal kan verschuiven ten opzichte van de centrale as, ondermeer voor de test die ik onderging. Het is niet de enige stoel ter wereld met een slede, maar de combinatie van krachtige motor en slede maakt hem enig in zijn soort. Wuyts zit boordevol plannen, en ziet naast geneeskundige ook toepassingsmogelijkheden voor de simulatie van ruimteziekte, trainingssessies voor vliegtuigpiloten en het verminderen van het risico op duizeligheid bij virtuele realiteit. “Met deze stoel is zoveel mogelijk”, zegt hij. “Ik ben zelf aangenaam verrast. De stoel is nog beter dan ik had durven dromen.”

Literatuur

Bles W., Fisher A., Huygen P. & Verhagen W. (red). Nederland in Evenwicht. Utrecht: De Tijdstroom, 1995. ISBN 90 352 1557 5 (CIP) Fisher A.J.E.M. (red). Het menselijk evenwicht: anatomie, fysiologie en pathologie van een intrigerend zintuig. Amersfoort: Academische uitgeverij Amersfoort, 1993

Dit artikel is een publicatie van Natuurwetenschap & Techniek.
© Natuurwetenschap & Techniek, alle rechten voorbehouden
Dit artikel publiceerde NEMO Kennislink op 01 mei 2000

Discussieer mee

0

Vragen, opmerkingen of bijdragen over dit artikel of het onderwerp? Neem deel aan de discussie.

NEMO Kennislink nieuwsbrief
Ontvang elke week onze nieuwsbrief met het laatste nieuws uit de wetenschap.