用于评估超低视力与人工视力视觉功能的标准化障碍路线

摘要

我们描述了一种可在室内使用、便携且标准化的路线，可用于评估超低视力个体的避障能力。该路线成本相对较低，操作简便，且已证明具有良好的可靠性和可重复性。

摘要

我们描述了一种可在室内使用、便携且标准化的测试路线，用于评估超低视力个体的避障能力。共有6名视力正常对照者以及36名完全失明但其他方面健康的成年男性（n=29）和女性（n=13）受试者（年龄范围19-85岁）参与了三项涉及BrainPort感觉替代装置测试的研究之一。要求受试者在使用BrainPort训练前后分别完成该路线的导航。他们在两个不同地点共完成了837次路线运行。计算了对照类型、路线、光照条件和访视次数的均值及标准差。我们采用线性混合效应模型比较PPWS（百分比偏好行走速度）和错误率数据中的不同类别，以证明该路线设计合理。该测试路线成本相对较低、易于实施，并已被证实为一种可行的移动功能评估方法。数据分析表明，在错误率和偏好行走速度百分比这两个结果指标上，三条路线之间均存在差异，而在每条路线内部，三次重复运行之间具有等效性。这使得在测试实施过程中可以对路线顺序进行随机化安排。

缩写：
首选步行速度（PWS）
行走速度（CS）
首选步行速度百分比（PPWS）

引言

低视力康复评估必须确定干预措施是否能改善功能。性能评估指标通常包括基于计算机的 阅读 或功能性评估^1-9 ，以及生活质量问卷^10-15。若还能评估低视力患者绕行障碍物的能力，则可能为功能改善提供额外线索¹⁸ ，尤其是在人工视觉设备的应用中。Geruschat et al. 近期发表了关于视网膜植入芯片的导航效果研究，强调了该领域对标准化评估指标的需求¹⁷。目前尚无被广泛接受、客观、经过验证且全面的标准用于评估避障能力。

开发一种功能性测试，以评估低视力人群的导航能力 "超低视力" 由人工视觉所产生的效果将是理想的，但这一目标始终难以实现。人工视觉设备这一新兴领域，例如视网膜植入芯片^18-24 或感觉替代装置，例如 BrainPort ²⁵ 以及 The vOICe²⁶，需要一种障碍物规避测试，以评估这些设备可能带来的导航能力提升。这种评估不仅能让受试者在穿越周围环境时了解自身的局限性，还可能为定向与移动训练的效果或不同版本视觉增强原型设备之间的改进提供衡量手段。理想情况下，还可通过此类测试评估个体发生跌倒事故的风险²⁷.

我们的目标是设计一个障碍路线，可用于评估使用人工视觉设备患者的导航能力，并可推广应用于低视力领域的总体研究。我们通过 PubMed 数据库对已发表的关于障碍路线与视觉障碍的文献进行了综述。此前已有多种尝试致力于建立标准化的障碍路线。^{16,17,28-31,34}大多数情况下，这些设置不具备可移植性，因为很难精确复制其环境，特别是在户外课程中。Maguire 等 描述用于评估莱伯先天性黑蒙患者移动能力的障碍路线。该路线的优点是便携且占地空间小，但尚不明确是否已提供不同版本以避免记忆效应，且未设置非地面障碍物、质地变化或跨越台阶等元素。Leat 对设计此类路线时可能遇到的陷阱提供了精辟分析，并提出了一种户外路线设计方案，但遗憾的是，该方案无法在其他地点完全复制。³⁰. Velikay-Parel 等 描述了一种用于视网膜植入芯片的移动性测试方法。该设计具有便携且易于执行的优点。尽管该测试课程可在其他地点复现，但未提供有关课程构建的具体细节。更值得关注的是，研究显示由于受试者对课程的熟悉，学习效应已达到渐近水平，因此若能完全避免课程记忆，则可能消除随时间推移学习效应减弱的问题。¹⁸迄今为止，上述课程均未被低视力或康复领域广泛采用。

作者随后咨询了来自宾夕法尼亚州匹兹堡的宾夕法尼亚西部盲童学校（Pittsburgh, PA）以及位于宾夕法尼亚州霍姆斯特德的匹兹堡盲人与视力康复服务中心（Homestead, PA）的六名低视力职业治疗师和定向与行动能力专家团队，讨论所提议的课程设计。确定的功能性障碍课程应具备的理想特性包括：便于组装、拆卸和存储的便携性；能够在明暗不同光照条件下进行测试的灵活性；并通过设置代表患者家庭环境中常见物体的障碍物，模拟"现实生活"场景，这些障碍物需足够坚固以承受反复碰撞，同时具备延展性以防止患者受伤。此外，还需设计多种类型的环境，并以随机顺序施测，以避免受试者记忆路线。同时，该课程应在不同测试环境中表现出可重复的结果，具备良好的评分者间和评分者内信度，并能客观衡量空间感知能力。

这项工作的最终成果是开发出一种可在标准机构走廊中合理复现的障碍路线。该路线旨在测试多种对导航至关重要的不同技能。每级路线均重点模拟日常导航中遇到的特定类型障碍。第一条路线评估受试者在穿过全部位于地面的相对高对比度目标时的导航能力，但路线包含大量转弯。第二条路线评估受试者在穿过高低对比度混合的障碍、地面纹理变化区域以及空中悬挂物体时的导航能力。最后一条路线评估受试者在穿过低对比度聚苯乙烯泡沫障碍、地面反光度变化区域、添加的非聚苯乙烯泡沫障碍（织物）、地砖颜色变化区域、需要跨越的障碍以及不在地面的障碍时的导航能力。为便于标记，各路线分别标记为1、2和3号，但此编号不应被理解为难度递增。在每一级别内，均设有三种不同版本的路线，可通过随机化顺序以防止受试者记忆路线布局。

方案

1. 课程构建

1. 安装赛道地板。赛道尺寸为长40英尺、宽7英尺，由280块1英尺² 便携式地板砖（米色活动地板砖）。仅在周边用黑色包边条固定图1).
2. 将相邻的墙壁涂成与地板瓷砖相匹配的颜色，营造出一种近乎单色的环境。我们所使用的颜色及其对应的灰度值如下（表5）。如果无法找到特定颜色，建议携带瓷砖到五金店进行颜色比对。
3. 根据照明模板安装照明设备（图1）。将灯连接至调光开关。
4. 根据涂装说明涂绘障碍物（图2).

2. 准备测试区域

1. 调整照明至所需条件，并在包含测试路径的走廊的起点、中点和终点处使用照度计进行检查。
2. 确保摄像机处于录制状态，并将摄像机放置在合适的位置，以完整捕捉受试者通过测试路径时的行走过程。我们建议采用天花板固定安装，或者也可手持摄像机进行拍摄。

3. 记录首选步行速度 PWS

1. 将受试者置于步道中央（路线列 "D"）。注意：脚趾应位于步道边界的后方。向受试者宣读说明（图3）。
2. 当脚越过黑色边界进入步道时，启动秒表；当脚越过步道另一端的黑色边界时，停止计时。记录时间为PWS1。让受试者转身，以相反方向重复该步骤，记录时间为PWS2。取PWS1与PWS2的平均值，记为最终PWS。

4. 障碍物路线导航

1. 根据随机化方案，设置第一条路线（图4）。应使用地砖作为布置障碍物的网格。请参考所提供的示意图，正确布置障碍物。建议使用永久性记号笔在垂直和水平轴上的地砖上编号，以便于障碍物的准确定位。同时，建议在不显眼的位置根据提供的示意图对障碍物进行标记。
2. 引导受试者至40英尺走道的起点。向受试者宣读说明（图3）。受试者应站在走道中央（第"D"列），脚趾位于边界线后方。当脚越过黑色边界进入路径时，启动秒表；当脚越过走道另一端的黑色边界时，停止计时。将此时间记录为路线速度（CS）。
3. 记录碰撞障碍物的情况，并按照3分制对碰撞严重程度进行评分。整个路线测试过程应进行录像，以便后续由独立观察员进行复核确认。

5. 障碍物识别

1. 完成课程导航任务后，让受试者转身面向课程，并将其置于课程中央位置（D列）。注意：确保任何需要重新定位才能从课程末端正确看到颜色的障碍物已旋转到位。向受试者宣读说明（图3）。此时将开始第一项物体识别任务。要求受试者转身，并在30秒内向研究助理报告其能够分辨的物体总数。该数量应被记录。
2. 指示受试者沿原路走回课程，并指出他们能看到的每一个障碍物。即使与障碍物发生碰撞也无关紧要。记录他们能看到的障碍物数量。记录他们能够察觉的具体障碍物位置将有助于分析。此步骤不计时。

应针对运行的每个课程版本重复步骤 4 和 5。

结果

受试者

六名视力正常但蒙眼、视力正常以及36名完全失明但其他方面健康的成年受试者（年龄范围19-85岁，男性29名，女性13名）被纳入三项研究之一，以测试BrainPort感觉替代设备（Wicab，Madison WI）。所有研究均获得匹兹堡大学机构审查委员会（IRB）的批准，所有受试者均签署了经批准的知情同意书。所有研究均采用被试内、重复测量设计，即每位受试者均作为自身的对照。视力正常受试者在所有测试过程中均被蒙住眼睛，以模拟新近失明状态。失明受试者的光感或更差的视力通过BaLM光感测试和FrACTSnellen评分确认 < 2/5,000 以及入组前的眼科检查。所有受试者在基线时完成了整个障碍路线测试，随后在接受为期15-20小时的BrainPort设备结构化训练方案后再次测试。该方案旨在使受试者掌握设备的基本操作能力，包括约2小时在办公环境中的行走/移动训练（寻找门、窗、椅子、 等等。主要结局指标为课程导航中的偏好行走速度百分比（PPWS），这是运动能力研究的金标准，通过将CS除以PWS计算得出（见操作说明）。次要结局指标为碰撞误差百分比，定义为在课程中与障...

讨论

我们描述了一种室内、便携、易于重复且相对经济的课程，可用于评估盲人或低视力个体的避障能力。目前大多数障碍课程设计和测试（例如 TUGS）在不同地点和观察者之间难以进行比较，或为永久性设施，无法在其他地点便捷实施^16,17,30。我们的目标是创建一种可在不同地点和不同观察者中标准化使用的课程，并能够预测某种干预措施（例如 人工视觉设备或行动能力训练）是否产生效果。

我们构建了一个便携式障碍跑道，长40英尺，宽7英尺，由280个1英尺² 便携式地砖。赛道周边的地板砖也为米色，但在外缘具有一条1英寸宽的较深色边框，用于标示赛道边界。相邻的墙壁被涂成与地板砖相同的颜色，营造出一种近乎单色的环境。这种设计旨在降低环境中的背景对比度，使障碍物更加突出。共设置16个障碍物，代表日常环境中常见的物体，如椅子、书桌、垃圾桶等。 等等由定向与移动顾问识别。我们使用泡沫塑料将这些物体重新制作为具有代表性的块状模型（参见 表格 3

材料

本文使用的材料清单

姓名	公司	目录编号	评论
活动场地地砖，米色	Snaplock Industries，美国犹他州盐湖城		米色
活动场地地砖，黑色边框	Snaplock Industries，美国犹他州盐湖城		雄性环
活动场地地砖，黑色边框	Snaplock Industries，美国犹他州盐湖城		雌性环
活动场地地砖，边缘条	Snaplock Industries，美国犹他州盐湖城		黑色
墙面涂料：Satin Premium Plus 内用缎光瓷漆定制颜色匹配	Behr, Inc Santa Ana CA	定制	灰度值 = 45
障碍物涂料	Valspar 涂料，伊利诺伊州惠灵	DuJour（#70002-6）	DuJour 灰度值 = 15
障碍物涂料	Valspar 涂料，伊利诺伊州惠灵	烧制土（#6011-1）	烧结土灰度值 = 95
聚苯乙烯泡沫障碍物	Universal Foam Products，奥兰多，加利福尼亚州	定制
Con-Tact 品牌接触纸	劳氏家居装饰	639982	纯黑
Con-Tact 品牌接触纸	劳氏家居装饰	615542	不锈钢
Con-Tact 品牌接触纸	劳氏家居装饰	614416	固体白色
3 英尺 x 6 英尺 标准加厚聚烯烃地垫	商业地垫和橡胶制品 佐治亚 mills 直销公司旗下部门 纽约州萨拉托加斯普林斯		木炭
3 英尺 x 6 英尺 标准加厚聚烯烃地垫	商业地垫和橡胶制品，乔治亚 mills 直销公司，萨拉托加斯普林斯，纽约州		烟雾
Fisher Scientific Traceable 双量程照度计	Fisher Scientific	06-662-63	美国马萨诸塞州纽伯里波特国际光公司
5.5英寸夹式照明灯	Lowe's 家居改进	203198
GE 65 瓦室内白炽泛光灯泡	劳氏家居装饰	163209