Kørsel Simulering i klinikken: Test Visual udforskende adfærd i dagligdagen Aktiviteter i patienter med Synsfeltsdefekter

Summary

Patienter med visuelle underskud efter slagtilfælde rapport om forskellige begrænsninger i hverdagen mest sandsynligt på grund af variable kompenserende strategier, som er vanskelige at differentiere i klinisk rutine. Vi præsenterer en klinisk set-up, som tillader måling af forskellige kompenserende hoved-og øjen-bevægelse-strategier og evaluere deres indvirkning på køreevnen.

Abstract

Patienter, der lider enslydende hemianopia efter infarkt af den posteriore cerebrale arterie (PCA) rapporterer forskellige grader af tvang i dagligdagen, på trods af lignende visuelle underskud. Vi antager, at dette kunne skyldes varierende udvikling af kompenserende strategier såsom ændret visuel scanning adfærd. Scanning kompenserende terapi (SCT) er undersøgt som en del af den visuelle træning efter infarkt ved siden af ​​vision restaurering terapi. SCT består i at lære at gøre større øjenbevægelser i den blinde felt udvide det visuelle felt af søgning, der har vist sig at være den mest nyttige strategi ^1, ikke kun i naturlige søgning opgaver, men også i mastering daglige aktiviteter ^2. Ikke desto mindre klinisk rutine er det vanskeligt at identificere individuelle og uddannelsesniveauet virkninger af kompenserende adfærd, da det kræver måling af øjenbevægelser i et hoved løssluppen tilstand. Undersøgelser viste, at uhæmmet hoved bevægelser altis den visuelle udforskende adfærd i forhold til en hoved-behersket laboratorium betingelse ^3. Martin et al. ⁴ og Hayhoe et al. ⁵ viste, at adfærd demonstreret i et laboratorium indstilling kan ikke tildeles let til en naturlig tilstand. Derfor er vores mål var at udvikle en undersøgelse set-up, der afdækker forskellige kompenserende oculomotor strategier hurtigt i en realistisk test situation: Patienterne testes i kliniske miljø i en køresimulator. SILAB software (Wuerzburg Institut for Trafik Sciences GmbH (WIVW)) blev anvendt til at programmere kørsel scenarier af varierende kompleksitet og registrere førers præstationer. Softwaren blev kombineret med et hovedmonteret infrarød video elev tracker, optagelse hoved-og øjenværn bevægelser (EyeSeeCam, University of Munich Hospital, Klinisk Neurovidenskab).

Positionering af patienten i køresimulator og positionering, regulering og kalibrering af kameraet er themonstrated. Typiske resultater af en patient med og uden kompenserende strategi og en sund kontrol er vist i denne pilotundersøgelse. Forskellige oculomotor adfærd (frekvens og amplitude af øjen-og hoved-bevægelser) vurderes meget hurtigt under selve drevet af dynamiske overlay billeder der angiver, hvor fagene blik er placeret på skærmen, og ved at analysere dataene. Kompenserende blik adfærd hos en patient fører til en køreegenskaber sammenlignes med en sund kontrol, mens udførelsen af ​​en patient uden kompenserende adfærd er betydeligt værre. Dataene i øje-og hoved-bevægelse-adfærd samt køreegenskaber, er beskrevet med hensyn til forskellige oculomotor strategier og i en bredere sammenhæng med hensyn til mulige uddannelsesmuligheder virkninger på hele testsession og konsekvenser for rehabilitering potentiale.

Protocol

1. Fremstilling af Study Position

1. Lad patienten tage et sæde, med afstand på 2 m foran skærmen, (203 x 152 cm, der dækker 58,15 graden af ​​den visuelle vinkel på den vandrette akse og 43,61 graden af ​​den visuelle vinkel på den lodrette akse, opløsning: 1400 x 1050), i en fast base simulation autostol efterligne en rigtig bil sæde. Hjælpe patienten til at justere sædets afstand til pedalen med håndtaget nedenunder. Hjælp til at justere ryglænet.
2. Instruer patienten, hvordan man bruger simulering bil gadgets (bremser, blinklys, rat).
3. Instruer patienten i opgaven: Kør som du ville gøre i en reel ikke-simuleret køresituation. Vejen er en ensrettet enkelt vognbane vej med kurver (mindste radius 500 m, største radius 1.200 m) og uden trafik. Vær på vagt til vejskilte og break-down biler dukker op på begge sider af vejen. At reagere på begrebet potentielt farlige begivenheder såsom vildsvin eller bolde nærmer sigvej så hurtigt som muligt ved enten at trykke på bremsen eller ved hjælp af turn-signal eller begge, hvad der synes at være passende i den pågældende kørselssituation. Mens du trykker på pedalen, bilen hastigheder op til en konstant hastighed på 70 km / t, medmindre bremsen anvendes ^1. Drevet tager omkring 10 min.
4. Informere patienten om simulering sygdom. I tilfælde utilpashed, kvalme eller svedtendens forekommer, afbryde test session.
5. En prøvetur med mindre opgave tæthed udføres for at vænne sig til simulering situationen og for at forhindre simulering sygdom ved at tillade tilstrækkelig tid til at tilpasse ^2.

2. Kalibrering af Eye Tracker

1. I den anden test session, efter at patienten sidder korrekt og har fået tid nok til praksis placere Eye-Tracker på patientens hoved og justere den ved at trække de fleksible stropper. Hovedet kamera laser bør peger mod midten af ​​skærmen. Juster hovedet kameraets fokus på eleven.
2. Instruer patienten til at se på de fem prikker i henhold til spidsen af ​​musens pil til kalibrering.
3. Start simuleringen.
4. Komplet kalibrering med at tilføje den vandrette kalibrering: Patient fikserer overlay billede (af et øje) på skærmen til venstre, derefter følger øjet bevæger sig hen over skærmen og fikserer det igen på højre side.
5. Test kalibreringen ved at bede patienten om at fiksere på bestemte objekter på skærmen, og matche det med det overlay øjet billede, som angiver blik position beregnet ud fra softwaren. Kalibreringen er vellykket, hvis blik og overlay billede mødes på samme sted på skærmen. En lodret drift af øjefølger skarphed kan forekomme i drevet. Evaluere mængden af ​​afdrift ved visuel inspektion ved begyndelsen og slutningen af ​​drevet, kontrol behovet for fornyet test.
6. Hvis kalibrering lykkedes, skal du slukke overlay billeder. Hvis ikke gentage processen med kalibrering, indtil det lykkes. For hurtig vurdering af kompenserende adfærd blik-bevægelser tænde overlay eye billeder.

3. Simulation

1. Fortsæt med simulering ved at bede patienten om at begynde at køre.
2. Lad patienten drev forskellige ruter (hver en 6.500 m i landdistrikterne og ca 10 min varighed) med forskellig opgave vanskeligheder på grund af omfanget af distraktion ved omgivende miljø. Hver patient driver tre ruter.
3. Umiddelbare vurdering af oculomotoriske adfærd: Tænd overlay øjet billeder og visualisere blik opførsel af en patient under test session: The eye-tracker sender kontinuerligt koordinaterne af den faktiske blik holdning til simuleringssoftware SILAB. Til gengæld SILAB projicerer overlay øjet billedet, der er et billede af et øje, på skærmen, præcis på det sted, hvor patienten ser på. Dette kan ikke kun bruges til at bevise kvaliteten af ​​kalibrering, men også for at gøre blik adfærd umiddelbart synligt ikke kun til dig, men enLSO til patienten.

4. Analyse

1. For dataregistrering brug SILAB Software på en prøve på 100 Hz. Brug SILAB Software også at registrere hastighed, reaktionstider (brug af blinklys, bremse).
2. Statistisk analyse af hoved-og øjen-bevægelse parametre med Matlab (MathWorks Company, Natick, USA). Brug følgende kriterier:
   1. Definer saccades som dele af blik bane, hvor blik hastighed overstiger 30 ° / s og blik amplitude er større end 1 ° (som øjenbevægelser under 1 ° tilhører microsaccades). Cluster saccades forekommende indenfor 80 ms. Definer sektioner mellem saccades som optagelser. Definer hoved-bevægelser som bevægelser over 6 ° / sek ¹¹ og en amplitude på mere end 3 °. Udeluk samtidig hoved-og eye-bevægelser med biblioteket i den modsatte retning, da de repræsenterer ingen gevinst i blik amplitude.
   2. Definer objekt optagelser som fiksering på et objekt med blik position maksimal 1, 24 & dfx, bortset fra genstanden på x-aksen og 1, 66 ° om y-aksen. Objekter er ikke udløst i henhold til patienterne stirrer position, men overvej excentricitet af objekt for at stirre position ved at beregne den, når objektet vises ^3.
   3. Beregn den gennemsnitlige længde af deltagernes optagelser (gennemsnit fiksering varighed) og udbredelsen af ​​søgning i den vandrette og lodrette meridianer (variansen af ​​fikseringen steder).
3. Mål reaktionstider på to måder: Som en første modus (første detektion) foranstaltning reaktionstid som første påvisning af enten fiksering eller manuel registrering: Hvis patienten fikserer objektet først og reagerer manuelt bagefter (i de fleste tilfælde), så valgte fiksering tid som reaktionstid som første detektering. Hvis patienten anvender blinklys eller bremsepedalen først som en indikator uden først at fiksere objektet, derefter valgte manuel reaktionstid som første afsløring. Som en anden tilstand (manuel reaktion), måle reagereion tid ved manuel reaktion (bremse eller blinklys) kun.

5. Repræsentative resultater

Vi rekrutterede 6 patienter i forskellige aldre (35-71 år) med ufuldstændig hemianopia efter iskæmisk PCA infarkt (4 på højre side og 2 på den venstre hjernehalvdel) og 85 raske kontrolpersoner i forskellige aldre (20-75 år gamle, lige så distribueret) for at bestemme aldersrelaterede ændringer i øjen-og hoved-bevægelser samt køreegenskaber som en referencegruppe. Der foreligger imidlertid ingen kognitive, neurologiske eller psykiatriske underskud eller sygdomme og synsskarphed var højere end 0,5. Den medicinske historie blev taget, og erfaringer med virtuelle medier udforsket. Undersøgelsen blev gennemført i overensstemmelse med Helsinki-deklarationen og blev godkendt af den lokale etiske komité. Skriftligt informeret samtykke blev opnået fra alle deltagere. Alle patienter var uvidende om formålet med forsøgene.

Her vil vi vise representative testresultater for to patienter testede 7-9 måneder efter slagtilfælde hændelse med ufuldstændig hemianopia (fig. 1) på højre side med og uden kompenserende adfærd såvel som et raskt individ som en kontrol. Den sunde kontrol blev valgt på grund af tilsvarende alder, kørsel og computerspil oplevelse.

Patient A udviste kompenserende saccadic bevægelse til den side, hvor synsdefekt ligger resulterer i normal ydeevne i kørsel simulering sammenlignet med en rask kontrolgruppe med vellykket påvisning af og reaktion på mulige farer i et landdistrikt køresituation. Men patient B ikke vise kompenserende saccadic bevægelse og afslørede dårlige resultater i kørsel simulering med glip af perifere objekter i blinde felt forårsager forlængede reaktionstider eller sammenstød. Alligevel hele drev, som blev vedtaget patient B kompenserende adfærd forårsager færre kollisioner, uden at blive bedt om det. Afprøvningenblev udført head-løsslupne giver realistiske forhold og opdage den mulige indflydelse af hovedbevægelser i kompenserende adfærd.

Patienterne blev bedt om at køre kurset, som de ville gøre i en reel ikke-simuleret køresituation. Sammenlignet med raske personer patient A udførte saccades 1,7 gange hyppigere, primært omfattede den side af skærmen, hvor synsdefekt var placeret (63%). Amplituderne af saccades i Patient A og kontrollen var ens (gennemsnitlig amplitude: 5.5 grader i raske personer versus 5,3 grad i patienten). Den fiksering varighed af patient A blev kortere sammenlignet med den raske kontrol (gennemsnitlig fiksering varighed af 381 ms i patient A versus 483 ms i kontrollen).

I modsætning patient B og kontrol undersøges ligeledes hyppige begge sider af skærmen. Figur 2 viser fordelingen af optagelser på skærmen under det første drev af patient A, den raske personer og patienter B. Patient B udførte 3,4 mindre saccadic bevægelser i forhold til patienten A dækker halvdelen af ​​amplituden af ​​patient A (gennemsnitlig amplitude: 5.5 patient A versus 2,9 grad i patienten B). Patient B viste længere fiksering varigheder sammenlignet med både sund kontrol og patient A (gennemsnitlig fiksering varighed 1049 ms).

Patient A og patient B udført næsten ingen hoved-bevægelser (1 til 2), mens sund kontrol udført et par (5 til 10) hoved-bevægelser per kørsel session bidrager til stirre amplitude.

Figur 3 viser påvirkningen af excentriciteten af objektet position i forhold til stirre position på reaktionstiden påvises særskilt for venstre og højre side af synsfeltet. Figuren illustrerer forøgelse af reaktionstiden på grund af excentricitet hos de to individer, der er vist separat for begge sider af synsfeltet. Nogle reaktionstider på meget små ecc entricities er mindre end 50 ms. Disse er ikke realistiske reaktionstider, men snarere på grund af scanning af mulige farlige steder langs vejen, eller genstande, der er opført på tidspunktet for fiksering af patienten. Vi ikke filtrere disse begivenheder, fordi det repræsenterer også en vis kørselsadfærd af interesse: at anerkende og give efter for potentielle farlige steder. (Den grafiske viser også, at der var færre reaktionstider noteret for patient B på grund af mistede objekter i hans blinde felt.)

Patient A og sund kontrol alle objekter er blevet detekteret og ingen kollisioner forekom. I patient B dog reaktionstider varierede tydeligt mellem højre (blind) og venstre (observerede) felt: Patient B fundne objekter, der forekommer i den blinde område 1,6 gange langsommere sammenlignet med det observerede område og kolliderede 4 gange med genstande, der forekommer i den blinde område ( median reaktionstider: højre (blind) felt: 4411,66 ms versus venstre (seende) felt: 2810 ms).

"> Derfor patient A kompenseret sit tab af højre excentrisk vision godt af et øget antal saccadic bevægelser nå den side af synsfeltsdefekter. Det er stadig uklart, men hvis denne kompenserende strategi bliver utilstrækkelig med større arbejdsbyrde. Beviser for dette foreslås i grafen for den venstre synsfelt: Mens patienten i stand til at reagere lige så hurtigt i højre side på grund lateralisering af saccadic bevægelser, viste han længere reaktionstider ved større excentriciteter i venstre side, tyder på en mulig omkostning af strategien med hensyn til ydeevne. imidlertid sund kontrol viser også små forskelle i reaktionstider sammenligner begge sider, hvilket kan også skyldes det faktum, at sund kontrol udført et drev mindre end patienterne. at teste om dette repræsenterer en stabil virkning, flere forsøg vil være nødvendigt.

I modsætning til patient A, patient B præsenterede et repræsentativt resultat af en patient der mangler compensBAGGRUNDEN adfærd og dens effekt på køreevnen: manglen på kompenserende saccadic flytning ind i blinde felt resulterede i kollision med genstande, der findes i blinde felt og forlængede reaktionstider. Alligevel gennem drevene, at patienten spontant begyndte at udføre flere saccades i den højre synsfelt med større amplitude, hvilket resulterer i mindre hyppighed af kollisioner.

Figur 1A. Patient A, automatiseret 30 ° tærskel perimetri.

Figur 1B. Patient B, automatiseret 30 ° tærskelværdi perimetri.

Figur 2.

Figur 3. Reaktionstider til objekter optræder på forskellige særheder i synsfeltet, for patient A, patient B og sund kontrol.

¹ Dette tempomat blev gennemført for at sikre sammenligneligheden af reaktionstider mellem aldersgrupper, som det er kendt, at ældre bilister reducere hastigheden som en mulig udligningsmekanisme ^7.

² Simulation sygdom er beskrevet som kvalme, svedtendens eller svimmelhed vedvarer under en drivende session. Der er forskellige data om hyppigheden varierer fra 9% til 37% afhængigt af alder som det forekommer mere sandsynligt hos ældre ^{8, 9, 10.} Grundig forberedelse med praksis kører længe nok for den enkelte til ordentlige adjustment nedsætte risikoen for simulering sygdom.

³ Per drev er der 4 vildsvin og 4 bolde programmeret at nærme fra hver side af vejen ved to forskellige særheder, på lige dele af kurset og med forskellige intervaller af kurset for at forhindre en test vane. Udseende af objekter er udløst af de omhandlede passerer flow punkter på vejen.

Discussion

Den nye etablerede metode kan undersøgelse af visuelle udforskende adfærd af patienter med synsfeltsdefekter forårsaget af et slagtilfælde. Testen design tilbyder også en øjeblikkelig tilgang til at vurdere kompenserende blik adfærd: Ved at dreje på overlay øjet billederne eksaminator kan visualisere blik opførsel af en patient under test session. Derfor giver det en meget hurtig og umiddelbare vurdering af, om patienten har vedtaget en kompenserende blik adfærd. Det giver også patienterne til at blive bevidste om det ved at visualisere blik bevægelser ved en overlay øje billede bevæger sig hen over skærmen som et blik indikerer feedback værktøj. Den rolle, som hoved-bevægelser i kompenserende blik adfærd er stadig uklart. I vores kontrolgruppe hoved-bevægelser var mere udbredt blandt de ældre. Den sunde kontroller foretaget flere hoved-bevægelser end patienterne. Hoved-bevægelser kan spille en større rolle, når feltet af testede opfattelse er bredere end i vores set-up. Derfor kunne vi ikke identify hoved-bevægelser som en del af kompenserende blik adfærd i vores patient. Men flere patienter har brug for at blive undersøgt for at klarlægge, hvilken rolle af hoved-bevægelser i kompenserende adfærd.

Begrænsninger af undersøgelsen er følgende: ny prøve bliver nødvendig hos nogle individer på grund af vertikal drift af øjefølger hele drevet. Objekter vises naturligt langs vejen og ikke på et fast excentricitet udløst af blik position. Alligevel aktuelle blik position i forhold til objektet i betragtning ved fortolkning reaktionstider.

Patienter med synsfeltsdefekter er blevet testet før i simulerede og real køre indstillinger:.. Bowers m.fl. ¹² og Cockelbergh et al ¹³ gennemført undersøgelser i en køresimulator og demonstrerede dårligere køreegenskaber hos patienter sammenlignet med raske kontrolpersoner. Men de optog ikke øjen-og hoved-bevægelser og individuelle forskelle kan not være relateret til visuel udforskende adfærd. Wood et al. ⁶ testet i en virkelig situation og etablerede en evaluering af køreegenskaber af patienter med synsfeltsdefekter. Hoved-og øjenværn bevægelser blev analyseret via video og post-test scoring af to uafhængige forskere, således beskæftiger sig med inter-rater-pålidelighed. Alligevel de ikke give en kvantitativ analyse af fikseringspunkter varigheder, saccades og hoved bevægelser og evaluering afhang af en certificeret kørsel rehabilitering specialist. Fordelen ved vores sæt op med simuleret kørsel er det nemt og hurtigt at vurdering inden en klinisk indstilling, registrering af veldefineret parameter for øjen-og hoved-bevægelser samt reaktionstider. Det er muligt at kontrollere niveauet af distraktion og udsætte hver fører til en lignende kørselssituation med standardiserede ruter og betingelser, der tillader sammenlignelighed. Roth ² har vist, at SCT forbedrer søgeadfærd på den blinde synet i naturlig webstedssøgningh opgaver. Ved at justere niveauet for distraktion i køretekniske kurser, vil det være muligt at bevise, om og på hvilket niveau, den kompenserende adfærd mislykkes med større arbejdsbyrde. Sammenholdes simuleret med de reelle driftsbetingelser undersøgelser, forekommer det hensigtsmæssigt at undervise kompenserende adfærd i et simuleret miljø og udsætter patienten for en reel kørselssituation som et næste skridt. Især da sidstnævnte gør det muligt at evaluere sikkerheden af ​​kørsel.

I fremtiden har vi til hensigt at omfatte karakterisering af forskellige niveauer af kompenserende adfærd ved at analysere saccades, amplituder og distribution. Dette kunne bidrage til at tilbyde mere individuel genoptræning planer tilpasset patientens aktuelle niveau af kompenserende adfærd. For det andet, som patient B afslører spontan vedtagelse af en kompenserende strategi, vi gerne teste design som et muligt redskab til rehabilitering formål: Kørsel simulation ikke blot som en diagnostisk test design, men også til særlig uddannelse, instruktion the patient at udføre kompenserende saccade adfærd. Kombineret med øjeblikkelig visualisering af blik adfærd hos blik angiver eye overlay billeder kan dette give en feedback-mekanisme til at opstå opmærksomheden på en kompenserende strategi.

Materials

Name	Company	Catalog Number	Comments
Driving Simulator Software SILAB	Wuerzburg Institute for Traffic Sciences GmbH (WIVW)		http://www.wivw.de/index.php.en
EyeSeeCam	University of Munich Hospital Clinical Neurosciences		http://eyeseecam.com
Estimated costs and time for establishment 20,000 Euro, 3 months.