Rijden Simulatie in de kliniek: Het testen van Visual exploratief gedrag in het dagelijks leven activiteiten bij patiënten met Gezichtsvelddefecten
September 18th, 2012
Met visuele tekorten na beroerte rapport over verschillende beperkingen in het dagelijks leven waarschijnlijk door variabele compensatiestrategieën, die moeilijk te onderscheiden in klinische routine. We presenteren een klinische set-up die het mogelijk maakt het meten van verschillende compenserende hoofd-en oogbewegingen-strategieën en de evaluatie van de effecten op de rijvaardigheid.
Het algemene doel van het volgende experiment is om compensatoire strategieën van visuele exploratie te differentiëren bij patiënten met visuele velddefecten na infarct van de achterste hersenslagader. Dit wordt bereikt door patiënten in een rijsimulator te positioneren en te instrueren om gedragingen in een realistische testsituatie te onderzoeken. Er wordt een hoofdgemonteerde eyetracking-camera gebruikt, waarvan de nauwkeurigheid wordt gegarandeerd door aanpassingen te maken en te kalibreren voor de individuele patiënt.
Vervolgens begint de rijsimulatie terwijl het kijkgedrag en de rijprestaties worden geregistreerd als alternatieve modus, de overlay-afbeeldingen kunnen worden ingeschakeld om compensatoir kijkgedrag te visualiseren en een snelle beoordeling mogelijk te maken. Verschillende strategieën worden onthuld door de evaluatie van seconde- en hoofdbewegingsparameters, zoals het aantal seconden, seconde-amplitudes, fixatie, verdeling en duur, evenals reactietijden op perifere objecten. Het belangrijkste voordeel van deze gesimuleerde rijopstelling is dat het een snelle en eenvoudige beoordeling van visueel exploratief gedrag mogelijk maakt binnen een klinische setting.
Nu kunnen we goed gedefinieerde parameters zoals oog- en hoofdbewegingen en reactietijden registreren. De implicaties van deze techniek breiden zich uit naar wat revalidatie en therapie zijn, aangezien onmiddellijke visualisatie van kijkgedrag via de overlay-controle een feedbackmechanisme kan bieden om de aandacht van de patiënt te verhogen en te helpen bij het leren van compensatoire strategieën. Het kan ook de efficiëntie van revalidatie verbeteren door meer individuele revalidatieplannen aan te bieden die zijn aangepast aan het huidige niveau van compensatoir gedrag van de patiënt.
Mijn collega, onze promovendus uit ons laboratorium, zal de procedure demonstreren om dit protocol te beginnen. Laat eerst de patiënt plaatsnemen op twee meter van het simulatiescherm in een imitatiestoel, help de patiënt de rugleuning evenals de zitafstand tot het pedaal aan te passen. Zodra de patiënt comfortabel zit, geef instructies over het gebruik van de simulatiewagen, inclusief de remmen, de knipperlichten en het stuur.
Geef vervolgens takeninstructies. Instrueer de patiënt dat net als in een echte rijsituatie de rem en/of knipperlicht moeten worden gebruikt zoals passend voor de respectieve rijsituatie. Zorg er ook voor dat u de patiënt informeert over simulatieseizoen en laat de patiënt weten dat de test sessie kan worden onderbroken in het geval dat malaise, misselijkheid of zweten optreedt.
Voer vervolgens een testrit uit met een lage taakdichtheid om de patiënt te laten wennen aan de simulatiewagen en stimuli. Dit kan ook simulatieseizoen voorkomen door tijd te geven om zich aan te passen aan de simulator in een tweede test sessie. Nadat de patiënt goed is gezeten en genoeg tijd heeft gehad om te oefenen, plaatst u de oogtracker op het hoofd van de patiënt en past u deze aan door de flexibele banden te trekken om software en patiënt voor te bereiden op kalibratie.
De laser van de hoofdcamera moet naar het midden van het simulatiescherm wijzen en de camera's moeten worden aangepast om op de pupil te richten. Instrueer de patiënt vervolgens om sequentieel naar vijf stippen op het scherm te kijken door de aanwijzer van de muis te volgen en begin met de kalibratie van de eyetracking-apparatuur. Voltooi vervolgens de horizontale kalibratie.
Instrueer de patiënt om te fixeren op een overlay-afbeelding van een oog op het linkerscherm. Volg vervolgens de overlay die zich over het scherm beweegt en fixeer er weer op aan de rechterkant. Test de kalibratie door de patiënt te vragen te fixeren op specifieke objecten op het scherm en vervolgens deze fixatie te vergelijken met een overlay-oogafbeelding, die de door de software berekende kijkpositie aangeeft.
De kalibratie is succesvol als de kijk van de patiënt en de overlay-afbeelding op dezelfde plek op het scherm samenkomen. Herhaal de kalibratie indien nodig. Zodra de kalibratie voltooid is, schakel de overlay-afbeeldingen uit.
Zodra de patiënt comfortabel is in de simulator en de oogtracker succesvol is gekalibreerd, gaat u verder met de simulatie. In dit voorbeeld rijdt de patiënt op een eenrichtingsweg met één rijbaan met obstakels. De patiënt moet zo snel mogelijk reageren op bewegende objecten die de weg naderen, zoals wild of ballen, maar ook op straatborden of gebroken auto's die aan beide kanten van de weg verschijnen.
Merk op dat de wagen, terwijl de gaspedaal wordt ingedrukt, kan versnellen tot een constante snelheid van 70 kilometer per uur, tenzij de rem wordt gebruikt. Laat de patiënt op verschillende routes rijden, elk van 6.500 meter en ongeveer 10 minuten duur met verschillende taakmoeilijkheden vanwege het niveau van afleiding door de omgeving. Als alternatieve testmodus schakelt u overlay-oogafbeeldingen in, één die de kijkpositie aangeeft, terwijl de andere de hoofdpositie van de patiënt aangeeft.
Dit maakt een snelle beoordeling van compensatoir gedrag van kijkbewegingen mogelijk gelijktijdig met testen door de kijkpositie te visualiseren via de software. Hier kunnen we een typische rijprestatie zien van een patiënt met Hemi Opia aan de rechterkant met compensatoir kijkgedrag. Kijkgedrag wordt gevisualiseerd door de overlay-oogafbeeldingen, die een snelle beoordeling mogelijk maken van hoofd- en oogbewegingspositie. Compensatoir psychotisch beweging naar de kant waar het visuele defect zich bevindt, resulteert in detectie van objecten die in het blinde veld verschijnen.
Merk de voorbeeldige prestatie op van de patiënt met Hemi Opia aan de rechterkant, en hier kunnen we een typische rijprestatie zien met gevisualiseerd kijkgedrag van een patiënt met hemianopische aan de rechterkant zonder compensatoir gedrag dat botsingen veroorzaakt met objecten die in het blinde veld verschijnen. Merk de voorbeeldige prestatie op van de patiënt met hemianopische aan de rechterkant zonder compensatie. MATLAB-software kan worden gebruikt om de experimentele gegevens te analyseren die zijn opgenomen van de simulatie.
Definieer secs als secties van de kijktraject waar de kijksnelheid 30 graden per seconde overschreed en de kijkamplitude groter was dan één graad.
Overzicht
Deze studie onderzoekt compensatoire strategieën in visuele exploratie bij patiënten met visuele velddefecten na een infarct van de achterste hersenslagader. Met behulp van een rijsimulator evalueert het onderzoek hoofd- en oogbewegingsstrategieën en hun impact op de rijprestaties.
Belangrijke onderdeel van het onderzoek
Wetenschapsgebied
- Neurowetenschappen
- Klinische Revalidatie
- Visuele Perceptie
Achtergrond
- Patiënten met visuele deficiënties hebben vaak uitdagingen in dagelijkse activiteiten.
- Compensatoire strategieën variëren en zijn moeilijk te beoordelen in klinische omgevingen.
- Rijprestaties kunnen worden beïnvloed door deze visuele deficiënties.
- Oogtrackingtechnologie kan inzichten bieden in compensatoir blikgedrag.
Doel van het onderzoek
- Om compensatoire strategieën te onderscheiden bij patiënten met visuele velddefecten.
- Om de impact van deze strategieën op de rijprestaties te beoordelen.
- Om een rijsimulator te gebruiken voor een realistische evaluatie van visuele exploratie.
Gebruikte methoden
- Patiënten worden gepositioneerd in een rijsimulator.
- Oogtrackingtechnologie wordt gekalibreerd voor individuele patiënten.
- Rijsimulaties worden uitgevoerd om blikgedrag en prestaties op te nemen.
- Parameters zoals hoofd- en oogbewegingen worden geanalyseerd voor compensatoire strategieën.
Belangrijkste resultaten
- Er werden verschillende compensatoire strategieën geïdentificeerd door middel van blik- en hoofdbewegingsanalyse.
- Onmiddellijke visualisatie van blikgedrag gaf feedback aan patiënten.
- De resultaten gaven aan dat er mogelijkheden zijn voor gepersonaliseerde revalidatieplannen.
- Rijprestaties varieerden aanzienlijk op basis van compensatoir gedrag.
Conclusies
- De rijsimulator is effectief voor het beoordelen van visueel exploratief gedrag.
- Real-time feedback kan de betrokkenheid van patiënten bij revalidatie verbeteren.
- Geïndividualiseerde benaderingen kunnen revalidatieresultaten voor patiënten met visuele deficiënties verbeteren.
Veelgestelde vragen
Executive Industry Relevance
Assessing compensatory visual exploration strategies in patients with visual field defects supports target validation in neurorehabilitation by linking oculomotor behavior to functional outcomes. This approach enables mechanistic de-risking of rehabilitation interventions through rapid, quantitative evaluation of gaze behavior in ecologically valid conditions. The driving simulator platform provides predictive confidence for prioritizing therapeutic strategies that improve daily life activities in neurological populations.
Strategic Applications in Biopharma R&D
Early Discovery & Target Validation
- Scientific Value: Differentiates compensatory strategies of visual exploration to interrogate therapeutic hypotheses about neurorecovery mechanisms.
- Operational Value: Enables rapid assessment of oculomotor behavior in a clinical setting using head-mounted eye tracking and driving simulation.
- Predictive Value: Links gaze and head movement parameters to driving performance, supporting target confidence in rehabilitation pathways.
Screening & Assay Development
- Scientific Value: Provides quantitative measurements of eye and head movement dynamics, including saccade frequency, amplitude, fixation duration, and reaction times.
- Operational Value: Uses dynamic overlay visualization for real-time feedback during testing, enhancing assay standardization and reproducibility.
- Scalability: Supports repeated testing sessions to evaluate training effects and compensatory strategy development over time.
Translational & Preclinical Research
- Translational Continuity: Connects laboratory-based oculomotor measurements to real-world functional performance in daily life activities.
- Mechanistic De-risking: Evaluates whether compensatory strategies observed in simulation transfer to improved driving performance, reducing uncertainty in rehabilitation efficacy.
- Disease-Relevant System: Models homonymous hemianopia posterior cerebral artery infarction to study visual exploratory behavior in a clinically meaningful context.
Pipeline & Workflow Integration
The method integrates into the discovery continuum from target validation through preclinical validation by enabling quantitative assessment of neurorehabilitation mechanisms.
- Discovery Biology: Supports hypothesis testing of compensatory oculomotor strategies as a mechanism for functional recovery in visual field defects.
- Screening: Delivers assay readiness through standardized calibration, real-time gaze visualization, and quantifiable movement parameters.
- Analytics: Generates objective readouts on saccade dynamics, fixation patterns, and reaction times to peripheral stimuli for cross-condition comparison.
- Translational Research: Bridges discovery to preclinical continuity by linking visual exploration behavior to driving performance as a functional endpoint.
- Enterprise Reuse: Functions as a reusable platform for evaluating multiple neurorehabilitation interventions across patient subgroups.
Operational & Enterprise Impact
- Scientific Value: Provides predictive confidence in target validation by reducing mechanistic ambiguity in visual compensation strategies.
- Operational Value: Ensures standardization and reproducibility through calibrated eye tracking and controlled simulation environments.
- Strategic Value: Improves go/no-go decisions in neurorehabilitation by identifying patients most likely to benefit from compensatory training.
- Portfolio Impact: Enables risk-adjusted prioritization of therapeutic approaches based on individual compensatory behavior profiles.
Implementation Considerations
- Requires expertise in neurology, ophthalmology, and vision rehabilitation for proper patient selection and instruction.
- Depends on head-mounted eye tracking systems and driving simulator software with calibration capabilities.
- Necessitates cross-team standardization between clinical, technical, and rehabilitation staff for consistent protocol execution.
- Involves adaptation considerations for varying levels of visual field defect severity and patient tolerance to simulation.
- Limited to assessing compensatory behavior in simulated environments; real-world validation remains necessary for clinical translation.
