Körning Simulering på kliniken: Testa Visual undersökande beteende i vardagliga sysslor hos patienter med Synfältsdefekter

Summary

Patienter med visuella underskott efter stroke rapport om olika begränsningar i det dagliga livet mest sannolikt på grund av varierande kompensatoriska strategier, som är svåra att skilja i klinisk rutin. Vi presenterar en klinisk uppställning som tillåter mätning av olika kompenserande huvud och ögon-rörelse-strategier och utvärdera deras inverkan på körförmågan.

Abstract

Patienter som lider av homonym Hemianopsi efter infarkt i den bakre cerebrala artären (PCA) rapporterar olika grader av tvång i det dagliga livet, trots likartade visuella underskott. Vi antar att detta kan bero på varierande utveckling av kompensatoriska strategier som förändrade visuella skanning beteende. Scanning kompenserande terapi (SCT) studeras som en del av den visuella träning efter infarkt bredvid syn restaurering terapi. SCT består i att lära sig att göra större ögonrörelser i den blinda fält utvidga synfältet av sökning som har visat sig vara den mest användbara strategin ^1, inte bara i naturliga sökning arbetsuppgifter, men också att bemästra vardagen ^2. Men i klinisk rutin är det svårt att identifiera enskilda nivåer och effekter utbildning av kompenserande beteende, eftersom det kräver mätning av ögonrörelser i ett huvud ohämmad tillstånd. Studier visade att ohämmad huvudrörelser altER den visuella undersökande beteende jämfört med en huvud-återhållsam laboratorium tillstånd ^3. Martin et al. ⁴ och Hayhoe et al. ⁵ visade att beteendet visats i en laboratoriemiljö kan inte tilldelas enkelt ett naturligt tillstånd. Därför var vårt mål att utveckla en studie set-up som avslöjar olika kompensatoriska ögonmuskelförlamningar strategier snabbt i en realistisk testning situation: Patienter testas i klinisk miljö i en körsimulator. SILAB mjukvara (Würzburg Institutet för trafik Sciences GmbH (WIVW)) användes för att programmera köra scenarier med varierande komplexitet och registrera förarens prestanda. Programvaran kombinerades med ett huvud monterat infraröd tracker video elev, inspelning huvud-och ögon-rörelser (EyeSeeCam, Universitetet i München sjukhuset, klinisk neurovetenskap).

Positioneringen av patienten i körsimulator och positionering, är justering och kalibrering av kameran DEMonstrated. Typiska prestanda en patient med och utan kompensation strategi och en frisk kontrollgrupp illustreras i denna pilotstudie. Olika ögonmuskelförlamningar beteenden (frekvens och amplitud ögon-och huvud-rörelser) utvärderas mycket snabbt under själva enheten av dynamiska overlay bilder som visar var ämnen blicken finns på skärmen, och genom att analysera data. Kompenserande blick beteende hos en patient leder till en körförmågan jämförbar med en frisk kontrollgrupp, medan resultatet för en patient utan kompensatoriskt beteende är betydligt värre. Uppgifterna i ögat och huvud-rörelsen-beteende samt körförmågan diskuteras med avseende på olika ögonmuskelförlamningar strategier och i ett större sammanhang med hänsyn till eventuella utbildning effekter hela test session och konsekvenser för rehabilitering potential.

Protocol

1. Beredning av studie Position

1. Låt patienten ta en plats, med avstånd 2 m framför skärmen, (203 x 152 cm täcker 58,15 graden av visuell vinkel på den horisontella axeln och 43,61 graden av visuell vinkel på den vertikala axeln, upplösning: 1400 x 1050), i en fast bas simulering bilbarnstol imiterar en riktig bilbarnstol. Hjälpa patienten att justera sätet avståndet till pedalen med handtaget under. Hjälp för att justera ryggstödet.
2. Instruera patienten hur man använder prylar simulering bil (bromsar, vrid-signal, ratt).
3. Instruera patienten i uppgiften: Kör som du skulle göra i en riktig icke-simulerad körsituationen. Vägen är en enkelriktad enda lane väg med kurvor (minsta radien 500 m, största radien 1.200 m) och utan trafik. Vara vaksamma på gatuskyltar och nedbrytning bilar nya på båda sidor av vägen. Reagerar på begreppet potentiellt farliga händelser såsom vildsvin eller bollar som närmar sigväg så snart som möjligt genom att antingen trycka på bromsen eller använda turn-signal eller båda, vad som verkar vara lämpliga i respektive körsituationen. Medan du trycker på pedalen, snabbar bilen upp till en konstant hastighet av 70 km / t om bromsen används ^1. Frekvensomriktaren tar ca 10 min.
4. Informera patienten om simuleringen sjukdom. I fall sjukdomskänsla, illamående eller svettningar inträffar avbryter testsession.
5. Ett provkörning med mindre uppdrag täthet utförs för att vänja sig vid simuleringen situationen och för att förhindra simulering sjukdom genom att tillräckligt med tid att anpassa ^2.

2. Kalibrering av Eye Tracker

1. I den andra testsession, efter det att patienten sitter ordentligt och har fått tillräckligt med tid för övning, placera Eye-Tracker på patientens huvud och justera den genom att dra de flexibla banden. Huvudet Kameran laser ska peka mot mitten av skärmen. Justera huvudet kameran är fokus på eleven.
2. Instruera patienten att titta på de fem punkterna enligt ledning av muspekaren för kalibrering.
3. Starta simuleringen.
4. Komplett kalibrering med att lägga den horisontella kalibreringen: Patient fixerar överlagring bild (i ett öga) på skärmen till vänster, följer sedan ögat rör sig över skärmen och fixerar den igen på höger sida.
5. Testa kalibreringen genom att be patienten att fixera på specifika objekt på skärmen, och matcha den med överliggande ögat bilden, som anger blickpunkten beräknas av programvaran. Kalibreringen lyckas, om blick och overlay bild möts på samma plats på skärmen. En vertikala driften av Eye Tracker skärpan kan uppstå under enheten. Utvärdera mängden glida genom visuell inspektion i början och i slutet av enheten, kontrollera behovet omprovning.
6. Om kalibreringen lyckas stänga overlay bilder. Om inte upprepa processen för kalibrering tills det lyckas. För snabb bedömning av kompensatorisk beteende blick-rörelser sväng på bilderna overlay ögat.

3. Simulering

1. Fortsätt med simulering genom att be patienten att börja köra.
2. Låt patienten kör olika vägar (var och en 6.500 meter på landsbygden och ca 10 min varaktighet) med olika uppgifter svårighet på grund av graden av distraktion från omgivningen. Varje patient driver tre linjer.
3. Omedelbar bedömning av ögonmuskelförlamningar beteende: Slå på bilderna overlay ögon och visualisera blicken beteendet hos en patient under testning sessionen: Ögat-tracker kontinuerligt skickar koordinaterna för den aktuella blicken positionen till simuleringsprogrammet SILAB. I gengäld SILAB projicerar bilden överliggande ögat, som är en bild av ett öga på skärmen exakt på den plats där patienten ser på. Detta kan inte bara användas för att bevisa kvaliteten på kalibrering, men också för att göra blicken beteende omedelbart synlig inte bara för dig men enLSO till patienten.

4. Analys

1. För datainsamling använder SILAB Software på en samplingsfrekvens på 100 Hz. Använd SILAB programvara också spela hastighet, reaktionstider (användning av blinkers, broms).
2. Utföra statistiska analyser av huvud-och ögon-rörelse parametrar med Matlab (MathWorks Company, Natick, USA). Använd följande kriterier:
   1. Definiera saccades som delar av blicken bana där blicken hastighet överstiger 30 ° / s och blick amplitud är större än 1 ° (som ögonrörelser under 1 ° tillhör microsaccades). Cluster saccades inträffar inom 80 ms. Definiera avsnitt mellan saccades som upptagningar. Definiera huvud-rörelser som rörelser överstiger 6 ° / sek ¹¹ och en amplitud på mer än 3 °. Uteslut samtidig huvud-och ögon-rörelser med katalogen i motsatt riktning eftersom de representerar ingen vinst i blick amplitud.
   2. Definiera objekt upptagningar som fixering vid ett objekt med blicken läge maximal 1, 24 & dt.ex., bortsett från objektet på x-axeln och 1, 66 ° på y-axeln. Objekt är inte utlöses enligt patienterna blickpunkt, men anser excentricitet av objekt att blicka position genom att beräkna den när objektet visas ^3.
   3. Beräkna den genomsnittliga längden av deltagarnas upptagningar (genomsnittlig fixering löptider) och spridningen av sökning i de horisontella och vertikala meridianer (variansen av fixering platser).
3. Mäta reaktionstider på två sätt: Som ett första läge (första upptäckt) mått reaktionstid som första upptäckt antingen fixering eller manuell detektion: Om patienten fixerar objektet först och reagerar manuellt efteråt (i de flesta fall), sedan valde fixering tid som reaktionstid som första upptäckt. Om patienten använder blinkers eller bromspedalen först som en indikator utan att först fixera objektet, sedan valde manuell reaktionstid som första upptäckt. Som ett andra läge (manuell reaktion), mäta reagerajon tid genom manuell reaktion (broms eller blinkers) bara.

5. Representativa resultat

Vi rekryterade 6 patienter i olika åldrar (35-71 år) med ofullständig Hemianopsi efter ischemisk PCA infarkt (4 till höger och 2 på vänster hjärnhalva) och 85 friska kontroller i olika åldrar (20-75 år gamla, lika distribueras) för att bestämma åldersrelaterade förändringar i ögat och huvud-rörelser samt körförmågan som referensgrupp. De rapporterade inte kognitiva brister, neurologiska eller psykiatriska underskott eller sjukdomar och synskärpa var högre än 0,5. Den medicinska historia togs och erfarenheter med virtuella media undersökas. Studien genomfördes i enlighet med Helsingforsdeklarationen och godkändes av den lokala etiska kommittén. Skriftligt informerat samtycke erhölls från alla deltagare. Alla försökspersoner var omedvetna om syftet med experimenten.

Här visar vi återpresentative testresultaten för två patienter testade 7 till 9 månader efter stroke incident med ofullständig Hemianopsi (figur 1) på höger sida med och utan kompensation beteende samt en frisk ämne som en kontroll. Den friska kontrollgruppen valdes på grund av liknande ålder, körning och dataspel erfarenhet.

Patient A uppvisade kompensatorisk saccadic rörelse åt sidan där den visuella defekten ligger resulterar i normal prestanda i körning simulering jämfört med en frisk kontrollgrupp med framgångsrika upptäckt av och reaktion på eventuella risker i en lantlig körsituationen. Däremot har patienten B visar inte kompensatorisk saccadic rörelse och visade dåliga resultat att driva simulering med miste om perifera objekt i blinda området orsakar förlängda reaktionstider eller kollisioner. Trots hela enheter, som antogs patienten B kompensatorisk beteende orsakar färre kollisioner, utan att instrueras att göra det. Testningenutfördes huvud-otyglade möjliggör realistiska förhållanden och för att upptäcka eventuell påverkan av huvudrörelser i kompenserande beteende.

Patienterna ombads att driva kursen som de skulle göra i en riktig icke-simulerad körsituationen. Jämfört med friska individer patienten A utfört saccades 1,7 gånger oftare, som till övervägande del omfattas sidan av skärmen där den visuella defekter låg (63%). Amplituderna hos saccades i patientens A och kontrollen var likartade (medelvärde amplitud: 5,5 grader hos friska individer jämfört 5,3 grader i patienten). Fixeringen varaktighet patient A var kortare jämfört med den friska kontrollgruppen (genomsnittlig fixering varaktighet 381 ms i patient A eller 483 ms i kontrollen).

I motsats patienter B och kontrollen utforskade lika ofta båda sidorna av skärmen. Figur 2 visar fördelningen av upptagningar på skärmen under den första enheten av patient A friska individer och patienter B. Patient B utfört 3,4 mindre saccadic rörelser jämfört med patienter En täckande hälften av amplituden för patientens A (medelvärde amplitud: 5,5 patienten A eller 2,9 grader i patientens B). Patient B visade längre fixering varaktigheter jämfört med både friska kontrollgruppen och patient A (medelvärde fixering längd 1049 ms).

Patient A och patient B som utförs nästan inga huvud-rörelser (1 till 2), medan den friska kontrollgruppen utförs några (5 till 10) huvud-rörelser per körpass bidrar till blicka amplitud.

Figur 3 visar inverkan av excentricitet av objektets position i förhållande till blickpunkt på reaktionstiden, visat separat för vänster och höger sida av synfältet. Figuren illustrerar ökningen av reaktionstiden beroende på excentricitet i de två ämnen illustreras separat för båda sidor av synfältet. Vissa reaktionstider vid mycket små ecc entricities är mindre än 50 ms. Dessa är inte realistiska reaktionstider utan snarare beroende på scanning av möjliga farliga platser längs vägen, eller föremål som förekommer på platsen för fixering av patienten. Vi har inte filtrera dessa händelser eftersom detta också innebär en viss körbeteende intresse: att erkänna och ger till potentiella farliga områden. (Bilden visar också att det fanns mindre reaktionstider noterats för patient B på grund av missade objekt i sin blinda fält.)

I patienter A och den friska kontrollgruppen alla objekt har upptäckts och inga kollisioner inträffat. I patientens B men skilde reaktionstider klart mellan höger (blind) och vänster (seende) fält: Patient B upptäckta objekt som förekommer i den blinda fält 1,6 gånger långsammare jämfört med seende fältet och kolliderade 4 gånger med föremål som förekommer i den blinda fält ( median reaktionstider: höger (blind) fält: 4411,66 ms kontra vänster (seende) område: 2810 ms).

"> Därför en kompenserad hans förlust av rätten excentrisk syn väl av ett ökat antal saccadic rörelser når sidan av synfältsdefekter. Det är fortfarande oklart men om det kompenserande strategi blir otillräcklig med högre arbetsbelastning. Bevis för denna patient föreslås i diagrammet för den vänstra synfältet: Medan patienten lyckades reagera lika snabbt på höger sida på grund av lateralization av saccadic rörelser visade han längre reaktionstider vid större egenheter på vänster sida, vilket tyder på en möjlig kostnad av strategin med avseende till prestanda. visar emellertid den friska kontrollgruppen också små skillnader i reaktionstider jämföra båda sidor, som också kan bero på att den friska kontrollgruppen utfört en enhet mindre än patienterna. För att testa om detta är en stabil effekt, fler försök skulle behövas.

I motsats till patienten A, patienten B presenterade en representativ resultat av en patient som saknar compensatory beteende och dess inverkan på körförmågan: bristen på kompensatoriska saccadic rörelser till blinda fält resulterade i kollision med föremål som förekommer i den döda området och förlängda reaktionstider. Trots hela enheter började patienten spontant utföra fler saccades i rätt synfältet med större amplitud, vilket resulterar i mindre förekomst av kollisioner.

Figur 1A. Patient A, automatiserad 30 ° tröskel perimetri.

Figur 1B. Patient B, automatiserad 30 ° tröskel perimetri.

Figur 2.

Figur 3. Reaktionstider till objekt som uppträder vid olika excentriciteter i synfältet, för patient A, patienten B och frisk kontroll.

¹ Detta tempomat genomfördes för att säkerställa jämförbarheten av reaktionstider mellan åldersgrupper eftersom det är känt att äldre förare minska hastigheten som en möjlig kompensatorisk mekanism ^7.

² Simulering sjukdom beskrivs som illamående, svettningar eller yrsel kvarstår under en drivande session. Det finns olika uppgifter om frekvens mellan 9% till 37% beroende på ålder, eftersom det förekommer mer sannolikt hos äldre ^{8, 9, 10.} Noggranna förberedelser med praktik driver tillräckligt länge för varje individ för korrekt inställtment minska risken för simuleringen sjukdom.

³ Per enhet finns 4 vildsvin och 4 bollar programmerade att närma från varje sida av vägen vid två olika egenheter, på raka delarna av kursen och vid olika intervall av kursen för att förhindra en test vana. Utseende av föremål utlöses av ämnet punkter passerar flöde på vägen.

Discussion

Den nya etablerad metod gör det möjligt att undersöka visuella undersökande beteende hos patienter med synfältsdefekter som orsakats av en stroke. Testet design erbjuder också en omedelbar metod för att utvärdera kompenserande blick beteende: Genom att vrida på bilderna overlay ögat examinator kan visualisera blicken beteendet hos en patient under test session. Därför gör det en mycket snabb och omedelbar bedömning av huruvida patienten har antagit en kompensatorisk blick beteende. Den tillåter också patienter att bli medveten om det genom att visualisera blick rörelser med en överlagring öga bild rör sig över skärmen som en blick som visar återkoppling verktyg. Den roll som huvud-rörelser i kompenserande blick beteende är fortfarande oklart. I vår kontrollgrupp huvud-rörelser var vanligare bland äldre. Den friska kontrollgruppen utfört fler huvud-rörelser än patienterna. Head-rörelser kan spela en större roll när det gäller testade uppfattning är bredare än i vår uppsättning. Därför kunde vi inte identify huvud-rörelser som en del av kompenserande blick beteende i vår patient. Men fler patienter måste undersökas för att klargöra vilken roll huvud-rörelser i kompenserande beteende.

Begränsningar av studien är följande: Omanalys blir nödvändig hos vissa individer på grund av vertikala driften av Eye Tracker hela enheten. Objekt visas naturligt längs vägen och inte med en fast excentricitet utlöses av blickpunkten. Ändå aktuella blick position i förhållande till objektet beaktas vid tolkning reaktionstider.

Patienter med synfältsdefekter har testats tidigare i simulerade och verkliga vägbeskriving inställningar:.. Bowers et al ¹² och Cockelbergh m.fl. ¹³ genomfört studier i en körsimulator och visade sämre köregenskaper hos patienter jämfört med friska kontroller. Men de inte spela ögon-och huvud-rörelser och individuella skillnader kan not vara relaterad till visuell undersökande beteende. Wood et al. ⁶ testades i en verklig situation och etablerat en utvärdering av körförmågan hos patienter med synfältsdefekter. Huvud-och ögon-rörelser analyserades via video och efter provet poäng av två oberoende forskare, alltså att göra med inter-rater-tillförlitlighet. Ändå de inte ger en kvantitativ analys av fixering löptider, saccades och huvudrörelser och utvärdering berodde på en certifierad körning rehabilitering specialist. Fördelen med vår uppsättning med simulerad körning är det enkelt och snabbt bedömning inom en klinisk miljö, inspelning av väldefinierade parameter ögon-och huvud-rörelser samt reaktionstider. Det är möjligt att kontrollera nivån av distraktion och exponera varje förare till en liknande körsituation med standardiserade rutter och villkor som gör det möjligt jämförbarheten. Roth ² har visat att SCT förbättrar sökbeteende på den blinda synen i naturlig Sökning ärh uppgifter. Genom att justera nivån på distraktion i de drivande kurserna kommer det att vara möjligt att bevisa om, och på vilken nivå, misslyckas kompensatorisk beteende med högre arbetsbelastning. Jämföra simulerade verkliga körning studier, förefaller det lämpligt att lära kompensatoriskt beteende i en simulerad miljö och utsätta patienten för en verklig körsituation som ett andra steg. Speciellt eftersom det senare gör det möjligt att utvärdera säkerheten av körning.

I framtiden avser vi att inkludera karakterisering av olika kompenserande beteende genom att analysera saccades, amplituder och distribution. Detta skulle kunna bidra till att erbjuda mer individuell rehabilitering planer anpassas till patientens nuvarande kompensatoriskt beteende. Andra, som patient B visar spontan anta en kompensatorisk strategi, vi gillar att testa design som ett möjligt verktyg för rehabilitering ändamål: Driving simulering inte bara som ett diagnostiskt test design men även för särskild utbildning, instruerar ee patienten att utföra kompenserande saccade-rörelser beteende. Kombinerat med omedelbar visualisering av blicken beteende blicken visar bilder öga overlay detta kan ge en återkopplingsmekanism uppstå uppmärksamheten på en kompenserande 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.