Name: 驾驶模拟诊所:测试视觉与视野缺损的患者在日常活动中的探索行为 (视频) | JoVE Journal
Uploaded: 2012-09-18T13:00:00.000+00:00
Duration: 11 min 12 s
Description: 了解驾驶模拟技术用于评估视野缺损患者的视觉探索行为。通过眼动追踪和头部运动分析，识别代偿策略并评估其对驾驶表现的影响，为个性化康复方案提供依据。

ai_agent_IP

ai_agent

maintenance

instantTrialDurationMinutes

isBiopharma

enableNewMyJoveSectionDesign

educationFeatures

seoMetaApi

ai_copilot_institution_blacklist

ai_chat_institution_blacklist

freeAccessWindow

ssoRoleCapture

scheduledMaintenanceBanner

joveLabsFeatures

disable_autoplay_for_bots

extended_trial_duration

5 minutes

本研究由联邦教育与研究部（BMBF）通过CSB资助项目（01 EO 0801）提供资金支持。柏林卒中研究中心（CSB）是一个集研究与治疗于一体的中心。我们感谢Stiftung Felgenhauer提供的经济资助。
感谢 Richard A. Dargie 对英文文本的校正。

1. 研究体位的准备
<ol>
	<li>让患者坐在屏幕前方2米处的固定基座模拟汽车座椅上（屏幕尺寸为203 x 152 cm，水平方向覆盖58.15度视觉角度，垂直方向覆盖43.61度视觉角度，分辨率为1400 x 1050），该座椅模仿真实汽车座椅。协助患者通过座椅下方的手柄调节座椅与踏板之间的距离，并帮助调整靠背角度。</li>
	<li>指导患者如何使用模拟汽车装置（刹车、转向灯、方向盘）。</li>
	<li>向患者说明任务要求：以您在真实非模拟驾驶情境下的方式驾驶。道路为单向单车道，带有弯道（最小曲率半径500 m，最大曲率半径1,200 m），无其他车辆通行。请注意观察道路两侧出现的交通标志和故障车辆。当出现潜在危险事件（如野猪或球滚向道路）时，应尽快做出反应，根据具体驾驶情况选择踩刹车、打转向灯或同时执行两者。踩下油门踏板后，车辆将加速至70 km/h的恒定速度，除非使用刹车1。整个驾驶过程持续约10分钟。</li>
	<li>向患者说明模拟器晕动症的相关情况。若出现不适、恶心或出汗等症状，应立即中断测试。</li>
	<li>进行一次任务密度较低的试驾，以帮助患者适应模拟环境，并通过提供充足调整时间来预防模拟器晕动症2。</li>
</ol>
2. 眼动仪的校准
<ol>
	<li>在第二次测试过程中，患者正确就座并完成充分练习后，将眼动仪佩戴在患者头部，并通过拉伸弹性绑带进行调整。头部摄像头的激光应指向屏幕中央。调节头部摄像头对瞳孔的聚焦。</li>
	<li>指导患者根据鼠标箭头的引导依次注视五个光点，以完成校准。</li>
	<li>启动模拟程序。</li>
	<li>通过添加水平校准完成校准：患者首先注视屏幕左侧的叠加眼图图像，随后跟随眼球从屏幕左侧移动至右侧，并再次注视右侧的眼图图像。</li>
	<li>通过要求患者注视屏幕上的特定物体，并将其与指示软件计算出的视线位置的叠加眼图图像进行比对，以测试校准效果。若视线位置与叠加眼图在屏幕上的位置一致，则校准成功。在驾驶过程中可能出现眼动仪视线清晰度的垂直漂移。通过在驾驶开始和结束时进行目视检查，评估漂移程度，并判断是否需要重新测试。</li>
	<li>若校准成功，则关闭叠加眼图图像；若未成功，需重复校准过程直至成功为止。</li>
	<li>为快速评估眼球运动的代偿行为，可开启叠加眼图图像。</li>
</ol>
3. 模拟
<ol>
	<li>开始模拟，让患者启动驾驶。</li>
	<li>让患者驾驶不同的路线（每条路线长度为6,500米，位于乡村区域，持续时间约10分钟），由于周围环境造成的分心程度不同，任务难度各异。每位患者需完成三条路线的驾驶。</li>
	<li>即时评估眼动行为：打开眼动图像叠加功能，可视化患者在测试过程中的注视行为。眼动追踪设备会持续将患者实际注视位置的坐标发送至模拟软件SILAB；SILAB则将一个眼睛图像的叠加画面精确投射到患者正在注视的屏幕位置。该功能不仅可用于验证校准质量，还可使您和患者立即直观地观察到注视行为。</li>
</ol>
4. 分析
<ol>
	<li>使用 SILAB 软件以 100 Hz 的采样率进行数据记录。同时使用 SILAB 软件记录速度、反应时间（转向灯使用、制动）。</li>
	<li>使用 Matlab（MathWorks 公司，美国 Natick）对头部和眼动参数进行统计分析。采用以下标准：
	<ol>
		<li>将眼跳定义为注视轨迹中注视速度超过 30°/s 且注视幅度大于 1° 的阶段（因为幅度低于 1° 的眼动属于微眼跳）。将发生在 80 ms 内的眼跳聚类。将眼跳之间的阶段定义为注视。将头部运动定义为速度超过 6°/sec 且幅度大于 3° 的运动11。排除头动与眼动方向相反的同步运动，因其不会增加注视幅度。</li>
		<li>将物体注视定义为注视位置在 x 轴方向距物体最多 1.24°、y 轴方向最多 1.66° 的注视。物体并非根据患者的注视位置触发，但在物体出现时通过计算其相对于注视位置的偏心度予以考虑3。</li>
		<li>计算受试者注视的平均持续时间（平均注视时长）以及在水平和垂直子午线上的搜索范围（注视位置的方差）。</li>
	</ol>
	</li>
	<li>通过两种方式测量反应时间：第一种方式（首次检测）将反应时间定义为首次通过注视或手动操作检测到物体的时间。若患者首先注视物体，随后进行手动响应（大多数情况），则选择注视时间为首次检测的反应时间；若患者未先注视物体，而是首先使用转向灯或制动踏板作为提示，则选择手动反应时间为首次检测的反应时间。第二种方式（手动反应）仅以手动反应（制动或转向灯）测量反应时间。</li>
</ol>
5. 代表性结果
我们招募了6名不同年龄（35-71岁）的缺血性PCA梗死后出现不完全性偏盲的患者（右侧半球4例，左侧半球2例），以及85名年龄分布各异（20-75岁，均匀分布）的健康对照者，以确定眼动和头动以及驾驶表现的年龄相关变化，作为参考组。所有受试者均无认知功能障碍、神经系统或精神系统疾病或缺陷，视力均高于0.5。采集了所有受试者的病史，并了解其对虚拟媒体的使用经验。本研究遵循《赫尔辛基宣言》的规定，并经当地伦理委员会批准。所有参与者均签署了书面知情同意书。所有受试者均不了解实验的具体目的。
此处，我们展示了两名中风后7至9个月、伴有不完全性右侧偏盲的患者在有和无代偿行为情况下的代表性测试结果（图1），并以一名健康受试者作为对照。选择该健康对照者是因其年龄、驾驶经验及电脑游戏经验与患者相似。
患者A表现出向视觉缺损侧的代偿性扫视运动，因而在驾驶模拟测试中的表现与健康对照组相当，能够在乡村驾驶情境中成功检测并应对潜在危险。然而，患者B未表现出代偿性扫视运动，在驾驶模拟中表现较差，常忽略盲区内的周边物体，导致反应时间延长或发生碰撞。尽管如此，在整个驾驶过程中，患者B自发采用了代偿性行为，从而减少了碰撞次数，且该行为并非由实验指导所引起。测试过程中允许头部自由活动，以模拟真实条件，并检测头部运动在代偿性行为中可能产生的影响。
要求患者以真实非模拟驾驶情况下的方式完成驾驶路线。与健康受试者相比，患者A的眼跳频率高出1.7倍，且主要集中在视觉缺损所在的一侧屏幕区域（占63%）。患者A与对照者的眼跳幅度相似（健康受试者的平均幅度为5.5度，患者为5.3度）。患者A的注视持续时间较健康对照者更短（患者A的平均注视持续时间为381毫秒，对照者为483毫秒）。
相比之下，患者B和对照组对屏幕两侧的探索频率基本相同。图2展示了患者A、健康受试者和患者B在第一次驾驶过程中注视点在屏幕上的分布情况。与患者A相比，患者B的扫视运动次数减少了3.4次，其扫视幅度仅为患者A的一半（平均幅度：患者A为5.5度，患者B为2.9度）。患者B的注视持续时间较健康对照组和患者A更长（平均注视持续时间为1049毫秒）。
患者A和患者B在驾驶过程中几乎未进行头部运动（1至2次），而健康对照者每 session 驾驶中进行了数次（5至10次）有助于视线幅度的头部运动。
图3展示了物体位置相对于注视点偏心度对反应时间的影响，分别显示了视野左侧和右侧的情况。该图分别针对两位受试者，展示了视野两侧因偏心度增加而导致的反应时间延长。某些极小偏心度下的反应时间小于50 ms，这些并非真实的反应时间，而是由于对道路上潜在危险位置的扫描，或物体出现在患者注视点处所致。我们未对这些事件进行过滤，因为它们也代表了一种值得关注的驾驶行为：即识别并避让潜在危险位置。（该图示还显示，由于患者B在其盲区内遗漏了部分物体，因此记录到的反应时间较少。）
在患者A和健康对照者中，所有物体均被成功探测，且未发生任何碰撞。然而，在患者B中，右侧（盲视）视野与左侧（有视力）视野之间的反应时间存在明显差异：患者B对盲视视野中出现的物体探测速度比有视力视野慢1.6倍，并且在盲视视野中出现的物体发生了4次碰撞（中位反应时间：右侧（盲视）视野为4411.66 ms，左侧（有视力）视野为2810 ms）。
因此，患者A通过增加扫视运动次数来补偿右侧偏心视野的丧失，效果良好。然而，当工作负荷增加时，这种补偿策略是否仍有效尚不明确。左侧视野的图表数据提示了这一可能性：尽管患者通过扫视运动的侧向化在右侧视野能够实现与健康人相当的反应速度，但在左侧视野更大偏心度的位置上，其反应时间更长，表明该策略可能对行为表现带来一定代价。然而，健康对照者在比较两侧反应时间时也显示出轻微差异，这可能也与健康对照者比患者少进行一次驾驶任务有关。要验证这种差异是否为稳定效应，还需进行更多试验。
与患者A相比，患者B表现出缺乏代偿行为及其对驾驶表现影响的典型结果：由于缺乏向盲区方向的代偿性扫视运动，导致患者与出现在盲区中的物体发生碰撞，且反应时间延长。然而，在整个驾驶过程中，该患者自发地开始向右侧视野进行更多、幅度更大的扫视运动，从而显著减少了碰撞发生的频率。
<img alt="视野检查结果；灰度图显示左眼和右眼的数据分析。" src="/files/ftp_upload/4427/4427fig1A.jpg" data-altupdatedat="1787630408000" data-alt="Figure 1A"> 
图 1A. 患者 A，自动 30° 阈值视野检查。
<img alt="视野检查结果，左眼和右眼，灰度图，眼科数据分析。" src="/files/ftp_upload/4427/4427fig1B.jpg" data-altupdatedat="1787630408000" data-alt="图 1B"> 
图 1B. 患者 B，自动 30° 阈值视野检查。
<img alt="眼动轨迹散点图；患者与对照组的像素位置；视觉处理分析。" src="/files/ftp_upload/4427/4427fig2.jpg" data-altupdatedat="1787630408000" data-alt="图 2"> 
图 2. 患者A、患者B和健康对照组在屏幕上的注视点分布。
<img alt="盲区与有视力区域在不同偏心度下的反应时间对比图，比较患者与对照组数据。" src="/files/ftp_upload/4427/4427fig3.jpg" data-altupdatedat="1787630408000" data-alt="图 3"> 
图 3. 患者A、患者B及健康对照组对视野中不同偏心度出现的物体的反应时间。
1该巡航控制系统被用于确保不同年龄组之间反应时间的可比性，因为已知老年驾驶员会降低车速，作为一种可能的代偿机制7。
2模拟晕动症表现为在驾驶过程中持续出现的恶心、出汗或头晕。关于其发生频率的报道不一，范围从9%到37%不等，且发生率随年龄增长而升高，老年人更易发生8, 9, 10。充分的准备，包括进行足够长时间的练习驾驶以使个体充分适应，可降低发生模拟晕动症的风险。
3每次测试中，共有4只野猪和4个球体按设定从道路两侧出现，分别以两种不同的偏心距离，在路线的直线段及不同路段间隔出现，以避免受试者形成测试习惯。物体的出现由受试者通过道路上的流量触发点来触发。

<ol><li>Bouwmeester, L., Heutink, J., Lucas, C. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((The+effect+of+visual+training+for+patients+with+visual+field+defects+due+to+brain+damage%3A+a+systematic+review%5BTitle%5D)+AND+%22Journal+of+Neurology%2C+Neurosurgery%2C+and+Psychiatry%22%5BJournal%5D)">The effect of visual training for patients with visual field defects due to brain damage: a systematic review.</a> Journal of Neurology, Neurosurgery, and Psychiatry. 78, 555-564 (2007).</li>
<li>Roth, T., Sokolov, A. N., Messias, A., Roth, P., Weller, M., Trauzettel-Klosinski, S. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Comparing+explorative+saccade+and+flicker+training+in+hemianopia.+A+randomized+controlled+study%5BTitle%5D)+AND+%22Neurology%22%5BJournal%5D)">Comparing explorative saccade and flicker training in hemianopia. A randomized controlled study.</a> Neurology. 72, 324-331 (2009).</li>
<li>Freedman, E. G. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Coordination+of+the+eyes+and+head+during+visual+orienting%5BTitle%5D)+AND+%22Experimental+brain+research%22%5BJournal%5D)">Coordination of the eyes and head during visual orienting.</a> Experimental brain research. 190, 369-387 (2008).</li>
<li>Martin, T., Riley, M. E., Kelly, K. N., Hayhoe, M., Huxlin, K. R. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Visually-guided+behavior+of+homonymous+hemianopes+in+a+naturalistic+task%5BTitle%5D)+AND+%22Vision+Research%22%5BJournal%5D)">Visually-guided behavior of homonymous hemianopes in a naturalistic task.</a> Vision Research. 47, 3434-3446 (2007).</li>
<li>Hayhoe, M. M., Ballard, D. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Eye+movements+in+natural+behavior%5BTitle%5D)+AND+%22Trends+in+Cognitive+Sciences%22%5BJournal%5D)">Eye movements in natural behavior.</a> Trends in Cognitive Sciences. 9, 188-194 (2005).</li>
<li>Wood, J. M., McGwin, G., Elgin, J. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Hemianopic+and+quadrantanopic+field+loss%2C+eye+and+head+movements%2C+and+driving%5BTitle%5D)+AND+%22Investigative+ophthalmology+%26+visual+science%22%5BJournal%5D)">Hemianopic and quadrantanopic field loss, eye and head movements, and driving.</a> Investigative ophthalmology & visual science. 52, 1220-1225 (2011).</li>
<li>Cantin, V., Lavalli re, M., Simoneau, M., Teasdale, N. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Mental+workload+when+driving+in+a+simulator%3A+effects+of+age+and+driving+complexity%5BTitle%5D)+AND+%22Accident%3B+analysis+and+prevention%22%5BJournal%5D)">Mental workload when driving in a simulator: effects of age and driving complexity.</a> Accident; analysis and prevention. 41, 763-771 (2009).</li>
<li>Brooks, J. O. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Simulator+sickness+during+driving+simulation+studies%5BTitle%5D)+AND+%22Accident%3B+analysis+and+prevention%22%5BJournal%5D)">Simulator sickness during driving simulation studies.</a> Accident; analysis and prevention. 42, 788-796 (2010).</li>
<li>Analysis of simulator sickness as a function of age and gender. Allen, R. W., Park, G. D., Fiorentino, D., Rosenthal, T. J., Cook, L. M. 9th Annual Driving Simulation Conference Europe, Paris, France, , (2006).</li>
<li>Liu, L., Watson, B., Miyazaki, M. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((VR+for+the+Elderly%3A+Quantitative+and+Qualitative+Differences+in+Performance+with+a+Driving+Simulator%5BTitle%5D)+AND+%22Cyberpsychol.+Behav%22%5BJournal%5D)">VR for the Elderly: Quantitative and Qualitative Differences in Performance with a Driving Simulator.</a> Cyberpsychol. Behav. 2, 567-577 (1999).</li>
<li>Einhäuser, W., Moeller, G. U., Schumann, F., Conradt, J., Vockeroth, J., Bartl, K., Schneider, E., König, P. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Eye-Head+Coordination+during+Free+Exploration+in+Human+and+Cat.+Basic+and+Clinical+Aspects+of+Vertigo+and+Dizziness%5BTitle%5D)+AND+%22Ann.+N.Y.+Acad.+Sci%22%5BJournal%5D)">Eye-Head Coordination during Free Exploration in Human and Cat. Basic and Clinical Aspects of Vertigo and Dizziness.</a> Ann. N.Y. Acad. Sci. 1164, 353-366 (2009).</li>
<li>Bowers, A. R., Mandel, A. J., Goldstein, R. B., Peli, E. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Driving+with+Hemianopia%2C+I%3A+Detection+Performance+in+a+Driving+Simulator%5BTitle%5D)+AND+%22Investigative+Ophthalmology+and+Visual+Science%22%5BJournal%5D)">Driving with Hemianopia, I: Detection Performance in a Driving Simulator.</a> Investigative Ophthalmology and Visual Science. 50, 5137-5147 (2009).</li>
<li>Cockelbergh, T. R. M., Brouwer, W. H., Cornelissen, F. W., van Wolffelaar, P., Kooijman, A. C. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((The+Effect+of+Visual+Field+Defects+on+Driving+Performance%5BTitle%5D)+AND+%22Archives+of+Ophthalmology%22%5BJournal%5D)">The Effect of Visual Field Defects on Driving Performance.</a> Archives of Ophthalmology. 120, 1509-1516 (2002).</li>
</ol>

未声明利益冲突。

新建立的方法能够检测因中风导致视野缺损患者的视觉探索行为。该测试设计还提供了一种即时评估代偿性注视行为的方法：通过开启叠加的眼动图像，检查者可以在测试过程中直观显示患者的注视行为。因此，该方法可快速且即时地判断患者是否已采用代偿性注视策略。同时，通过屏幕上移动的叠加眼动图像作为注视指示反馈工具，患者自身也能意识到其注视模式。头部运动在代偿性注视行为中的作用目前尚不明确。在我们的对照组中，老年人出现头部运动更为常见。健康对照组的头部运动多于患者组。当测试的视野范围比本实验设置更宽时，头部运动可能发挥更大的作用。因此，在本研究的患者中，我们未能将头部运动识别为代偿性注视行为的一部分。然而，仍需对更多患者进行检查，以明确头部运动在代偿行为中的作用。
本研究的局限性如下：由于眼动仪在驾驶过程中存在垂直漂移，部分个体需要重新测试。道路上的物体是自然出现的，而非由注视位置触发的固定偏心度呈现。然而，在分析反应时间时，会考虑当前注视位置相对于物体的位置关系。
在模拟驾驶和实际驾驶环境中，已有针对视野缺损患者的测试研究：Bowers 等12 与 Cockelbergh 等13 在驾驶模拟器中开展了研究，发现与健康对照者相比，患者的驾驶表现较差。然而，这些研究未记录眼动和头部运动，因此无法将个体差异与视觉探索行为相关联。Wood 等6 在真实生活情境中进行了测试，并建立了对视野缺损患者驾驶表现的评估方法。头部和眼部运动通过视频记录，并由两名独立研究人员在测试后进行评分，从而处理了评分者间的一致性问题。尽管如此，该研究未提供对注视持续时间、眼跳及头部运动的定量分析，且评估依赖于一名认证的驾驶康复专家。我们采用模拟驾驶设置的优势在于，可在临床环境中快速、便捷地完成评估，同时记录眼动与头动的明确定义参数以及反应时间。该设置可控制干扰程度，使每位驾驶员经历相似的驾驶情境，并采用标准化路线和条件，从而保证结果的可比性。Roth 2 已证明，扫描训练法（SCT）可改善盲视区域在自然搜索任务中的搜索行为。通过调节驾驶课程中的干扰程度，将能够验证补偿性行为是否会在更高负荷下失效，以及在何种程度下失效。比较模拟驾驶与实际驾驶研究，合理的做法似乎是首先在模拟环境中训练补偿性行为，再将患者置于真实驾驶情境中作为第二步，尤其是后者能够评估驾驶的安全性。
未来，我们计划通过分析扫视、幅度和分布，对不同水平的代偿性行为进行表征。这将有助于提供更加个体化的康复方案，以适应患者当前的代偿行为水平。其次，鉴于患者B表现出代偿策略的自发采用，我们希望测试该设计作为康复工具的可行性：驾驶模拟不仅可用于诊断性测试设计，还可用于特定训练，指导患者执行代偿性扫视行为。结合眼动指示叠加图像对注视行为的实时可视化，该方法可能提供一种反馈机制，以增强患者对代偿策略的注意。

<table><tbody><tr><td>驾驶模拟软件 SILAB</td><td>维尔茨堡交通科学研究所有限公司 (WIVW)</td><td></td><td>&lt;a href=&quot;http://www.wivw.de/index.php.en&quot; target=&quot;_blank">http://www.wivw.de/index.php.en&lt;/a&gt;</td></tr><tr><td>EyeSeeCam</td><td>慕尼黑大学医院&lt;br/&gt; 临床神经科学</td><td></td><td>&lt;a href=&quot;http://eyeseecam.com&quot; target=&quot;_blank">http://eyeseecam.com&lt;/a&gt;</td></tr><tr><td colspan="4">建立该系统的预估成本与时间为 20,000 欧元，3 个月。</td></tr></tbody></table>

临床中的驾驶模拟：在视野缺损患者中测试日常生活活动中的视觉探索行为

Driving Simulation in the Clinic: Testing Visual Exploratory Behavior in Daily Life Activities in Patients with Visual Field Defects

后循环脑梗死（PCA梗死）后出现同侧偏盲的患者，尽管视觉缺损程度相似，但其日常生活受限程度各不相同。我们认为这可能与患者是否发展出不同的代偿策略（如改变视觉扫描行为）有关。扫描代偿疗法（SCT）是视觉训练的一部分，与视觉功能恢复疗法并列应用于脑梗死后的康复治疗。SCT的核心是学习向盲区进行更大范围的眼球运动，从而扩大视觉搜索范围，已被证实是最有效的策略1，不仅适用于自然搜索任务，也适用于日常活动的完成2。然而，在临床实践中，识别个体代偿行为的水平及其训练效果较为困难，因为这需要在头部自由活动的条件下测量眼动。研究表明，与头部固定状态相比，头部自由活动会显著改变视觉探索行为3。Martin等4和Hayhoe等5指出，实验室环境中的行为表现难以直接外推至真实自然情境。因此，我们的目标是建立一种研究范式，能够在贴近现实的测试环境中快速揭示不同的代偿性眼动策略：患者在临床环境中接受驾驶模拟器测试。采用SILAB软件（Wuerzburg Institute for Traffic Sciences GmbH (WIVW)）编程设计不同复杂程度的驾驶场景，并记录驾驶员的表现。该软件与头戴式红外视频瞳孔追踪仪（EyeSeeCam，慕尼黑大学医院临床神经科学科）结合使用，同步记录头部和眼动信息。
本研究展示了患者在驾驶模拟器中的坐姿，以及摄像头的位置调整与校准过程。通过一项初步研究，对比展示了一名采用代偿策略的患者、未采用代偿策略的患者以及一名健康对照者的典型驾驶表现。在驾驶过程中，通过动态叠加图像实时显示受试者视线在屏幕上的位置，并结合数据分析，快速评估不同的眼球运动行为（眼动和头动的频率与幅度）。结果显示，具有代偿性注视行为的患者其驾驶表现可达到与健康对照者相当的水平，而无代偿行为的患者表现则明显更差。本文结合不同的眼动策略，对眼动与头动行为数据及驾驶表现进行了讨论，并进一步探讨了测试过程中可能存在的训练效应及其对康复潜力的启示。

脑卒中后存在视觉障碍的患者报告称，其日常生活受到不同程度的限制，这很可能归因于多种代偿策略，而在临床常规中难以区分这些策略。我们提出了一种临床测试方案，可测量不同的头部和眼动代偿策略，并评估这些策略对驾驶表现的影响。

后脑动脉（PCA）梗死后出现同侧偏盲的患者报告在日常生活中存在不同程度的视觉功能受限……

以下实验的总体目标是区分大脑后动脉梗死后存在视野缺损的患者在视觉探索中的代偿策略。通过将患者安置在驾驶模拟器中并给予相应指导，可在接近真实的测试情境下观察其行为表现。实验采用头戴式眼动追踪摄像头，并通过针对每位患者进行个性化调整和校准，以确保数据采集的准确性。接下来，在记录注视行为和驾驶表现的同时开始驾驶模拟。作为一种替代模式，可以开启叠加图像，以可视化补偿性注视行为并实现快速评估。通过分析眼动和头部运动参数（如眼动次数、眼动幅度、注视点分布与持续时间，以及对周边物体的反应时间），可揭示不同的策略。该模拟驾驶装置的主要优势在于，它能够在临床环境中快速、简便地评估视觉探索行为。现在我们可以记录明确定义的参数，如眼动、头动以及反应时间。该技术的应用可延伸至康复治疗领域，因为通过叠加控制对注视行为进行即时可视化，可能为患者提供一种反馈机制，以提高其注意力，并帮助学习代偿策略。此外，该技术还可能通过提供更加个性化的康复方案，根据患者当前的代偿行为水平进行调整，从而提高康复效率。我的同事，即我们实验室的一名博士生，将演示该操作流程。开始本方案前，首先让患者在模拟屏幕前方两米处的仿制汽车座椅上就座，协助患者调节靠背以及座椅与踏板之间的距离。待患者舒适就位后，向其讲解模拟汽车的使用方法，包括刹车、转向灯和方向盘的操作。然后提供任务说明。指导患者，正如在真实的驾驶情境中一样，应根据相应的驾驶情况正确使用刹车和/或转向灯。同时，务必告知患者关于模拟晕动症的情况，并让患者了解，如果出现不适、恶心或出汗等症状，测试过程可以随时中断。接下来，进行一次低任务密度的试驾，使患者适应模拟驾驶汽车和刺激环境。这还可以在第二次测试时提供适应模拟器的时间，从而预防模拟器晕动症。在患者正确就座并完成充分练习后，将眼动仪佩戴在患者头部，并通过拉紧弹性绑带进行调整，以确保贴合，从而为软件和患者校准做好准备。头部摄像机的激光应指向模拟屏幕的中心，并调整摄像头以聚焦于瞳孔。然后指导患者按照鼠标箭头的引导，依次注视屏幕上的五个圆点，并开始进行眼动追踪设备的校准。接下来，完成水平方向的校准。指导患者注视左侧屏幕上叠加的眼睛图片，随后跟随该叠加图像向屏幕右侧移动，并再次注视右侧的叠加图像。通过要求患者注视屏幕上的特定物体，然后将此注视点与指示软件计算出的视线位置的叠加眼睛图片进行比对，以测试校准效果。如果患者的视线与屏幕上的叠加图像在相同位置重合，则校准成功。如有需要，可重复校准。校准完成后，关闭叠加图像。当患者在模拟器中感到舒适且眼动追踪系统已成功校准后，即可开始模拟。在此示例中，患者正在一条单向单车道道路上驾驶，道路上存在障碍物。患者应尽快对接近道路的移动物体（如野猪或球类）做出反应，同时也需对出现在道路两侧的交通标志或抛锚车辆做出及时反应。请注意，在踩下油门时，除非使用刹车，否则汽车可加速至70公里/小时的恒定速度。让患者在几条不同的路线上驾驶，每条路线长6,500米，持续时间约10分钟，由于周围环境造成的分心程度不同，任务难度也各不相同。作为另一种测试模式，可开启叠加的眼动图像，其中一个显示患者的注视位置，另一个显示患者头部的位置。这使得通过软件可视化注视位置，能够快速评估眼球运动的代偿行为。此处我们可以看到一位右侧偏盲患者的典型驾驶表现，伴有代偿性注视行为。通过叠加的眼动图像可直观显示注视行为，从而快速评估头部与眼球运动的位置；朝向视觉缺损侧的代偿性眼动得以显现，从而能够察觉出现在盲区中的物体。请注意右侧偏盲患者表现出的典型驾驶行为，图中显示了右侧偏盲患者在无补偿性行为的情况下，对出现在盲区物体的视觉注视行为，导致与物体发生碰撞。注意该右侧偏盲患者在无补偿机制下的表现。可使用 MATLAB 软件分析从模拟实验中记录的实验数据。将注视轨迹中注视速度超过每秒30度且注视幅度大于1度的部分定义为secs（快速眼动阶段）。secs之间的阶段应定义为注视阶段，头部运动则定义为运动速度超过每秒6度且幅度大于3度的运动。实验过程中可使用Slab软件记录使用转向灯和刹车时的反应时间，车道位置物体注视应定义为对某一物体的注视，其注视点在x轴方向与物体位置偏差不超过1.24度，在y轴方向偏差不超过1.66度。以下是两名右侧不完全偏盲患者在有和无代偿行为情况下的驾驶测试结果。患者A表现出向视觉缺损侧的代偿性扫视运动，因而在驾驶模拟测试中的表现与健康对照者相当。然而，患者B未表现出代偿性扫视运动，在驾驶模拟中对盲区的周边目标探测不足，导致反应时间延长或发生碰撞，表现较差。此处显示的是患者A、患者B以及一名健康受试者在首次驾驶过程中注视点在屏幕上的分布情况：患者A表现出向视觉缺损侧的代偿性扫视运动，而患者B的探索行为较少。患者B的 psychotic 动作次数比患者A少3.4倍，且动作幅度仅为患者A的一半。患者B的注视持续时间也比健康对照组和患者A更长。该图展示了物体位置相对于GA位置的偏心度对反应时间的影响，分别显示了视觉视野左侧和右侧的情况。对于患者A和健康对照组而言，在手动探测或注视物体出现在视野左侧或右侧时，其对逼近物体的反应时间无显著差异。然而，在患者B中，盲区与有光区视野之间的反应时间存在明显差异。在进行该实验时，需告知患者，无法根据本实验结果判断其是否具备驾驶能力，因为尚不明确在从安全的模拟情境转换到实际驾驶情境时，代偿性行为是否会失效。需要开展实际驾驶研究。若操作得当，该刺激过程可在10分钟内完成。它可以初步展示视觉探索行为，观看本视频后，您将充分了解该技术如何在自然情境下快速、便捷地揭示视觉探索行为。

driving-simulation-clinic-testing-visual-exploratory-behavior-daily

Research

科研

JoVE Journal

Medicine

医学

驾驶模拟诊所：测试视觉与视野缺损的患者在日常活动中的探索行为

运动感知物体（OFM）和时间约束性立体视觉检测方案是识别单眼和双眼动态视功能缺损的敏感工具，这些功能缺损在视神经炎患者中具有独特表现。此外，这些检测还可作为定量、无创的工具，用于评估视觉通路中髓鞘化程度。...

动态视觉测试用于识别和量化视神经炎患者脱髓鞘后的视觉损伤与修复

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。...

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

证明精神分裂症认知功能损害治疗有效性的难点之一，在于找到能够优化评估与日常功能相关技能的测量方法。...

日常生活技能虚拟现实评估工具的开发

本方案描述了一种步行模拟器的使用方法，该模拟器可作为一种安全且生态效度高的方法，用于研究行人在移动交通环境中的行为。...

使用虚拟现实步行模拟器研究行人行为

本文介绍了一种用于评估中心视力丧失受试者双眼眼动及凝视控制的中心视野筛查的实验方案。...

在双目分视条件下评估双眼中心视野和双眼眼动

本方案描述了一种用于驾驶相关研究的驾驶模拟平台及触觉振动工具包，并展示了一个探究触觉警示有效性的示例实验。...

用于驾驶相关研究的触觉振动工具包与驾驶模拟平台

本研究旨在设计、构建并初步验证一种新型虚拟现实任务，用于检测和表征单侧空间忽略症（一种影响23%-46%急性期脑卒中幸存者的综合征），从而拓展虚拟现实在神经系统疾病研究与管理中的应用。...

用于评估单侧空间忽略的虚拟现实工具：一种新颖的数据采集机会

虚拟现实（VR）是一种强大但尚未充分利用的方法，可用于推动神经系统疾病的诊断与治疗。克利夫兰诊所虚拟现实购物平台将先进的VR内容与全向跑步机相结合，用以量化日常生活中工具性活动能力——这一指标被认为是神经系统疾病的前驱标志物。...

克利夫兰医学中心用于评估日常生活工具性活动能力的沉浸式虚拟现实购物平台

本文描述了一种基于运动的新型视敏度检测方法，可用于评估低视力和正常视力个体的中心及周边视觉处理功能，同时介绍了一种与磁共振成像（MRI）协议兼容、可限制周边视野的护目镜。该方法为视觉系统的功能性损伤和功能障碍提供了全面的视力评估手段。...

运动视敏度测试：基于运动定义图形的视野敏锐度测量

我们介绍了一种用于感知觉和眼动研究的视线追踪显示框架的开发，该框架旨在模拟中心视野缺损。此框架特别适用于研究在模拟及病理性中心视野缺损个体中出现的代偿性行为与眼动策略。...

一种用于模拟中央视野缺损感知学习研究的注视-依从性显示框架

了解驾驶模拟技术用于评估视野缺损患者的视觉探索行为。通过眼动追踪和头部运动分析，识别代偿策略并评估其对驾驶表现的影响，为个性化康复方案提供依据。

临床中的驾驶模拟：在视野缺损患者中测试日常生活活动中的视觉探索行为

探索更多视频