Video Head Impulse Test: Analisi Comparativa dei Sistemi di Acquisizione del Movimento Cefalico

The Vestibulo-Ocular Reflex (VOR) plays a fundamental role in motion perception and balance by stabilizing retinal images during high-frequency head movements. The Video Head Impulse Test (vHIT) is a non-invasive clinical exam used to assess VOR functionality through the simultaneous recording of eye and head movements during rapid head rotations. An accurate measurement of head angular velocity is therefore essential to ensure the reliability of the examination. However, the velocity estimation may vary between acquisition systems due to differences in measurement methodologies This thesis project was developed during an internship at INVENTIS in collaboration with the BioMovLab of Padua University and focuses on the comparative analysis of different head motion acquisition systems used in vHIT assessments. Three systems were analyzed in particular: the Synapsys vHIT system, based on eye-tracking and head pose estimation techniques; the Xsens DOT inertial sensors (IMUs); and the Vicon Motion Capture system, which uses marker-based stereophotogrammetry, considered the gold standard for motion analysis. The aim of this study was to evaluate the consistency and accuracy of angular velocity measurements obtained from the different systems, analyzing their similarities and differences from both qualitative and quantitative perspectives. Lateral, LARP and RALP head impulses were collected following the Head Impulse Paradigm (HIMP). The comparison between the analyzed systems was performed through waveform evaluation and angular velocity peak analysis. The obtained results showed consistent temporal trends and velocity profiles across the analyzed systems. However, differences were mainly observed in peak amplitudes.

II Riflesso Vestibolo-Oculare (VOR) svolge un ruolo cruciale nella stabilizzazione dello sguardo quando si è in movimento, permettendo di mantenere l'equilibrio. Il Video Head Impulse Test (vHIT) è un esame clinico che consente di valutare in maniera scarsamente invasiva la funzionalità del VOR attraverso la registrazione simultanea dei moti oculari e cefalici in risposta a rapidi movimenti. Una misura accurata della velocità angolare del capo rappresenta pertanto un aspetto fondamentale per garantire l’affidabilità dell’esame. Tuttavia, i vari sistemi di acquisizione possono presentare metodologie di misura e caratteristiche dinamiche differenti, influenzando la stima finale della velocità. Il presente progetto di tesi, frutto del tirocinio presso l’azienda INVENTIS in collaborazione col laboratorio di Bioingegneria del Movimento BioMovLab, si concentra sull’analisi comparativa di differenti sistemi di acquisizione del movimento cefalico durante l’esecuzione del vHIT. In particolare, sono stati confrontati il sistema Synapsys vHIT, che impiega tecniche di eye-tracking e head pose estimation, i sensori inerziali (IMU) Xsens DOT e il sistema Vicon Motion Capture, basato su stereofotogrammetria marker-based, considerata gold standard per l’analisi del movimento. L’obiettivo principale dello studio è stato valutare la coerenza e l’affidabilità delle velocità angolari acquisite dai diversi sistemi, analizzandone similitudini e differenze da un punto di vista qualitativo e quantitativo. A tale scopo, sono stati acquisiti impulsi cefalici laterali, LARP e RALP secondo il protocollo HIMP, i cui dati sono stati successivamente elaborati tramite codici sviluppati in ambiente MATLAB. I segnali acquisiti dai diversi sistemi hanno mostrato una buona coerenza temporale e dei profili di velocità, pur evidenziando delle differenze nelle ampiezze dei valori di picco.