クリニックでの運転シミュレーション：視野欠損患者における日常生活活動における視覚探索行動のテスト

Summary

臨床ルーチンで区別することは困難である変数代償戦略に起因する可能性が最も高い日常生活の中でさまざまな制約について報告脳卒中後の視覚障害を有する患者。我々は、さまざまな代償頭と眼球運動 - 戦略の測定を可能にし、走行性能に及ぼす影響を評価しているセットアップの臨床を提示します。

Abstract

後大脳動脈（PCA）の心筋梗塞後の同名半盲を患っている患者は、類似した視覚障害にもかかわらず、日常生活の中で制約の程度の違いを報告している。我々は、これはそのような変更された視覚的なスキャン動作など代償戦略の変数開発が原因である可能性を想定しています。スキャン代償療法（SCT）は視力回復治療の隣に心筋梗塞後の視覚的な研修の一環として検討されています。 SCTは、最も有用な戦略^1、自然探索課題ではなく、マスタリング日常生活だけでなく²であることが証明されている検索の視野を拡大する盲目のフィールドに大きな目の動きを作ることを学ぶから構成されています。それは頭部無拘束状態における眼球運動の測定を必要とするので、それにもかかわらず、臨床ルーチンでは、代償行為の個々のレベルやトレーニングの効果を識別することは困難です。研究によると、拘束されていない頭の動きのaltを実証えー頭拘束実験室条件³に比べて視覚探索行動。 Martinら⁴と​​Hayhoeら^5は、実験室環境で実証その振る舞いは自然な状態に容易に割り当てることができないことを示した。したがって、私たちの目標は、現実的なテスト状況で迅速に異なる代償眼球運動戦略を暴く研究セットアップを開発することだった：患者は、ドライビングシミュレータでの臨床環境でテストされています。 SILABソフトウェア（ 交通科学社（WIVW）のヴュルツブルク研究所 ） が複雑さを変化させ、ドライバーのパフォーマンスを記録する運転シナリオをプログラムするために使用されていました。頭が頭と目の動きを（EyeSeeCam、ミュンヘン大学病院、臨床神経科学）を記録、赤外線ビデオ瞳孔トラッカーをマウントしたソフトウェアが組み合わされた。

ドライビングシミュレータと位置決めにおける患者の位置決めは、カメラの調整と校正がDEMであるonstrated。代償戦略および健常対照とない患者の典型的な演奏は、このパイロットスタディに示されている。異なる動眼行動が（目と頭の動きの周波数と振幅）の被験者の視線が画面上のどこにあるかを示す動的なオーバーレイピクチャ、別し、データを解析することにより、ドライブ自体の中に、非常に迅速に評価されます。代償行為のない患者のパフォーマンスが大幅に悪化している間に患者の代償注視行動は、健常対照に匹敵する走行性能につながる。目と頭の動きと行動だけでなく、走行性能のデータは、異なる眼球運動戦略に関してとテストセッションとリハビリテーションの可能性に影響を通して可能なトレーニングの効果に関するより広い文脈で議論されている。

Protocol

1。調査位置の調製

1. 1400×：患者（203水平軸上の視野角の58.15度、縦軸に視角の43.61度をカバー×152センチ、解像度、画面の前で2メートルの距離で、席を見てみましょう本物の車のシートを真似固定ベース·シミュレーション·車の座席で1050）、。ハンドルの下にペダルに席の距離を調整するために患者を助ける。背もたれを調整するのに役立ちます。
2. シミュレーション車のガジェットの使用方法を患者に指示します（ブレーキ、信号、ステアリングホイールを回す）。
3. あなたが本当の非模擬運転状況で行われるようにドライブ：タスクで服用するよう指導すること。道路がカーブ（最小半径500メートル、最大半径1200メートル）とし、トラフィックなしで片道単一車線の道路です。道路標識とブレークダウンの道路の両側に新興国の車に警戒する。このようなイノシシや近づいてボールのような潜在的に危険なイベントの概念に反応どちらかのブレーキを押すか、ターンシグナル、またはその両方を使用して、できるだけ早く道路は、それぞれの走行状況に適切であることが何を思われます。ペダルを踏みながらブレーキは^1を使用^していない限り、車は毎時70キロの一定の速度にスピードアップします。ドライブは約10分かかります。
4. シミュレーション病気について患者に知らせる。倦怠感、吐き気や発汗が生じた場合には、テストセッションを中断します。
5. 少ないタスク密度を持つテストドライブは、シミュレーションの状況に慣れるために実施されており^、2を調整するのに十分な時間を許可することで、シミュレーションの病気を防ぐために。

2。アイトラッカーのキャリブレーション

1. 患者が適切に装着され、練習に十分な時間を受信した後に第二のテストセッションでは、患者の頭の上にアイトラッカーを配置し、フレキシブルなストラップを引いてそれを調整してください。ヘッドカメラレーザーが画面の中央を指している必要があります。ヘッドカメラを調整して、瞳に焦点を当てている。
2. キャリブレーションのためのマウスの矢印のリードに従って、5つのドットを見て服用するよう指導すること。
3. シミュレーションを開始します。
4. 水平キャリブ追加による完全なキャリブレーション：左側の画面上で患者固視オーバーレイ画像は、（目の）をクリックし、画面上を移動する目に続き、右側にそれを再度固視。
5. 画面上の特定のオブジェクトにこだわるために、患者をして、ソフトウェアによって計算された視線の位置を示すオー​​バーレイアイ絵、でそれを照合することにより、キャリブレーションをテストします。視線とオーバーレイ画像がスクリーン上の同じ場所で満たしていれば、キャリブレーションは、成功です。アイトラッカー視力の垂直ドリフトは駆動時に発生することがあります。再テストの必要性を確認、開始時とドライブの端の目視検査によりドリフト量を評価する。
6. キャリブレーションが成功した場合、オーバーレイ画像をオフにします。それが成功するまで、キャリブレーションのプロセスを繰り返していない場合。 オーバーレイ目の写真で視線の動きターンの代償動作の迅速な評価のため。

3。シミュレーション

1. 運転を開始するために患者に尋ねることによってシミュレーションを続行します。
2. 周囲の環境によって気晴らしのレベルのために、異なるタスクの難易度を持つ患者ドライブ多様なルート（農村部で6500メートルと約10分の期間ごと）しましょう​​。各患者は、3つのルートをドライブします。
3. 動眼行動の即時評価：オーバーレイ目の写真の電源を入れ、テストセッション中に患者の視線の挙動を可視化する：アイトラッカーは、継続的にシミュレーションソフトウェアSILABに実際の注視位置の座標を送信します。その見返りにSILABは、患者が見て、その場で正確に画面上に、目の画像ですオーバーレイ目の絵を投影します。これが唯一のキャリブレーションの品質を証明するだけでなく、だけでなく、あなたに注視行動は即座に可視化するために使用することはできませんが、患者へのLSO。

4。分析

1. 100Hzのサンプルレートでデータ記録の使用SILABソフトウェア用。速度、反応時間を（ウインカー、ブレーキの使用）を記録することもSILABソフトウェアを使用しています。
2. MATLAB（MathWorks社カンパニー、ボストン、米国）と頭と眼球運動のパラメータの統計解析を行う。次の基準を使用します。
   1. 視線速度は30℃/ sを超えると視線の振幅は1°（1以下に眼球運動が°micr​​osaccadesに属しているように）より大きい視線軌跡のセクションとしてサッカードを定義します。クラスタサッケードは80 ms以内に起こる。凝視としてサッカードの間でセクションを定義します。 6°/秒^11、以上3°の振幅を超えた動きとして、頭の動きを定義します。彼らは視線振幅ではゲインを表していないとして反対の方向にディレクトリと同時頭と眼球運動を除外します。
   2. 最大限の注視位置1、24＆dでオブジェクト上に固定などのオブジェクトを固定した定義例えば、離れて、x軸とy軸上の1、66°上のオブジェクトから。オブジェクトは、患者の視線の位置に応じてトリガされますが、オブジェクト^が3表示されたときにそれを計算することにより、位置を注視するために、オブジェクトの偏心を考慮していません。
   3. 参加者の凝視（固定期間を意味する）と、水平方向と垂直方向の経絡（固定位置の分散）で検索の広がりの平均の長さを計算します。
3. いずれかの固定または手動検出による最初の検出として第1モード（第一の検出）測定の反応時間としては​​：2つの方法で測定反応時間患者が最初のオブジェクトを固視し、後で手動で応答した場合（ほとんどの場合、）、次に選んだ最初の検出として反応時間などの固定時間。患者は最初のオブジェクトを注視せずに指標として最初のターンシグナルやブレーキペダルを使用する場合、最初の検出と手動反応時間を選んだ。第2のモード（マニュアル反応）として、反応測定手動のみ反応（ブレーキやターンシグナル）によるイオン時間。

5。代表的な結果

我々は平等​​に、虚血性PCA心筋梗塞（左半球の右側と2の4）と様々な年齢の85健常対照​​者（年齢の20から75年後に不完全な半盲と年齢の異なる6人の患者（年齢35から71歳）を募集配布）参照群として目と頭の動きだけでなく、走行性能に加齢変化を決定する。彼らは認知障害、神経学的または精神障害または疾患を報告していなかったと視力は0.5よりも高かった。病歴を取り、仮想メディアとの経験が探求された。研究は、ヘルシンキ宣言に準拠して実施され、地域の倫理委員会によって承認された。書面によるインフォームドコンセントは、すべての参加者から得られた。すべての被験者は、実験の目的を知らなかった。

ここでは、再実証2人の患者の直覚的なテスト結果は、7をテスト- 9ヶ月と右側に不完全な半盲（ 図1）と脳卒中事件の後、代償行動、ならびにコントロールとして健常者なし。健全な制御は同じような年齢、運転やコンピュータゲームの経験のために選ばれました。

患者の視覚障害が成功の検出部と農村部の運転状況で起こりうる危険への反応と健常対照と比較して、シミュレーションを推進する上で通常の性能が得られる位置する側に代償衝動性運動を呈した。しかし、患者Bが代償サッケード運動を示し、長時間の反応時間や、衝突を引き起こし盲目の分野における末梢オブジェクトを逃してシミュレーションを駆動する際に、パフォーマンスの低下が明らかになっていませんでした。それにもかかわらず、ドライブ全体で、患者Bがそうするように指示されることなく、少ない衝突を引き起こして代償行為を採択した。テスト頭部無拘束できるように現実的な条件を行い、代償行為で頭の動きの可能性のある影響を検出する。

患者は、彼らが本当の非模擬運転状況で行われるようにコースを運転するように求めていた。健常者の患者に比べて圧倒的に視覚障害が置かれた画面（63％）の側面をカバーし、より頻繁にサッカー1.7倍、実施しました。患者におけるサッカードの振幅および制御類似していた（平均振幅：患者で5.3度対健康な被験者では5.5度）。患者の固定期間は、健康なコントロール（制御対483ミリ患者に381ミリ秒の固定期間を意味する）に比べて短かった。

コントラスト患者Bと制御で画面の両側を均等に頻繁に探検した。 図2は、pの最初のドライブ中に画面上の注視の分布を示してatient、健常者と患者は、B.患者Bは、患者に比べて3.4未満サッケード運動を実施し、患者の振幅の半分の大きさをカバーする（振幅平均：5.5患者を患者Bに2.9度​​）となりました。患者Bはもはや固定が健常対照と患者の両方に比べて持続時間が示された（固定期間1049ミリ秒を意味する）。

健全な制御は振幅を注視し貢献セッションを駆動あたり数（5〜10）のヘッドの動きを実行しながら、患者と患者Bはほとんどないヘッドの動きを（1〜2）は行われません。

図3は、視野の左側と右側に別々に実証反応時間上の位置を、注視してに関してオブジェクトの位置の偏心の影響を示しています。図は、視野の両側に別々に示された2つの科目で偏心に起因する反応時間の増加を示しています。非常に小さいECCでいくつかの反応時間 entricitiesは50ミリ秒未満です。これらは、現実的な反応時間ではなく、むしろできるだけ危険な道路に沿った位置、または患者の固定点に現れるオブジェクトのスキャンが原因ではない。認識し、潜在的な危険性のある場所に屈服：これはまた、関心のある特定の運転行動を表しているので、我々は、これらのイベントをフィルタリングしませんでした。 （グラフィックはまた、彼の盲目のフィールドで逃したオブジェクトが原因で患者Bのために注意少ない反応時間があったことを示しています。）

患者では、健康な対照のオブジェクトがすべて検出されており、衝突は発生しませんでした。患者Bにかかわらず、反応時間は、右（ブラインド）と左（晴眼者）は、フィールド間に明らかに異なっていた：晴眼フィールドに比べて1.6倍も遅いブラインドフィールドで発生した患者B検出されたオブジェクトやブラインドフィールド（で発生するオブジェクトで4回衝突中央値反応時間：右（ブラインド）フィールド：4411.66 MS対左（晴眼者）フィールド：2810ミリ秒）。

">したがって、このために、患者の視野欠損の側に到達サッケード運動の増加によってよく右偏心ビジョンの彼の損失を補償する。これは、この代償戦略は、高負荷では不十分になった場合でも、その詳細は不明である。証拠が示唆されている左視野のためにグラフに：患者は衝動性眼球運動の左右差が原因で右側に均等に速く反応するように管理している間、彼はに関して戦略の可能性を示唆しているコストは、左側の大きい奇行に長い反応時間を示したパフォーマンスへ。しかし、健康なコントロールもまた、健康的なコントロールは患者よりも1ドライブレス行っているという事実に起因するかもしれない両側を比較して反応時間のわずかな違いを示しています、これは安定した効果を表しているかどうかをテストするには、多くの臨床試験必要であろう。

患者とは対照的に、患者Bがcompensを欠く患者の代表的な結果を発表atory行動や走行性能への影響：盲目のフィールドに代償サッケード運動の不足は盲目フィールドに表示されたオブジェクトと長時間の反応時間との衝突が生じた。それにもかかわらず、ドライブ全体では、患者が自発的に衝突の発生率が小さく、その結果、より大きな振幅で右視野にもっとサッカーを実行するために開始した。

図1A。患者、自動化された30°のしきい視野。

図1B。患者B、自動化された30°のしきい視野。

図2。

図3：患者、患者B、および健常対照のために、視野内のさまざまな奇行に現れるオブジェクトへの反応時間。

¹このtempomatは、それが古いドライバが可能な代償機構⁷と速度を下げることが知られているような年齢層の間で反応時間の比較可能性を確保するために実装されました。

²シミュレーション酔いが駆動セッション中持続する吐き気、発汗やめまいとして記載されている。それは高齢者^8、9、10に発生した可能性が高いように年齢に応じて9パーセントから37パーセントまでの発生頻度の異なるデータがあります。練習と徹底した準備が適切adjusため、個々のために十分な長さのドライブシミュレーションの病気の可能性を減らすtment。

4イノシシとコースの直線部分でとテスト習慣を防ぐためにコースの異なる間隔で、二つの異なる奇行で道路の両側からアプローチするようにプログラム4ボールがドライブパー^3。オブジェクトの外観は、道路上のフローポイントを通過する被写体によってトリガされます。

Discussion

新たな確立された方法は、脳卒中によって引き起こさ視野欠損症患者の視覚探索行動の調査を可能にします。テスト設計も代償注視行動を評価するために、即時的なアプローチを提供します：オーバーレイ目の写真をオンにすることによって、審査官は、テストセッション中に患者の視線の挙動を可視化することができます。したがって、それは、患者が代償注視行動を採用しているか否かの非常に迅速かつ即時の査定を可能にします。また、患者がフィードバックツールを示す視線のように画面上を移動するオーバーレイアイ絵によって視線の動きを視覚化することによって、それを自覚することができます。代償注視行動における頭部運動の役割はまだ不明である。私たちの対照群ではヘッドの動きが高齢者の間でより一般的であった。健全な制御は、患者よりもヘッドの動きを行った。テスト視野が私たちのセットアップでよりも広い場合にヘッドの動きがより大きな役割を果たす可能性があります。したがって、私たちはidentifことができませんでした我々の患者の代償注視行動の一環として、y頭の動き。しかし、より多くの患者が代償行為でヘッドの動きの役割を明らかにするために検討する必要があります。

研究の限界は、次のとおりです。再試験は、ドライブ全体のアイトラッカーの垂直ドリフトに起因するいくつかの個体では必要になります。オブジェクトは、視線位置によって引き起こさ固定偏心で道路に沿って自然に現れていない。反応時間を解釈するときに、オブジェクトに関連してそれにもかかわらず、現在の注視位置が考慮されます。

視野欠損の患者シミュレーションと実際の運転設定の前にテストされています。バワーズら ¹²とCockelbergh ら ^13は、ドライビングシミュレータでの調査を実施し、健常対照群に比較して患者の貧しい走行性能を実証した。しかし、彼らは目と頭の動きや個人差を記録していない可能性がn個OTは、視覚探索行動に関係している。 Wood ら ^6は、実際の生活のような状況でテストされ、視野欠損患者の走行性能の評価を確立しました。頭と眼球運動は、このように評価者間信頼性に対処、2独立した研究者による映像とポストテストの得点を介して分析した。それにもかかわらず、彼らは、固定期間、サッカー、ヘッドの動きの定量的な分析を提供していないと評価が認定された運転のリハビリテーション専門家に依存していた。模擬運転で設定私たちの利点は、目と頭の動きだけでなく、反応時間の明確に定義されたパラメータの記録、臨床現場内で簡単かつ迅速に評価するものです。気晴らしのレベルを制御し、比較可能性を可能にする標準化されたルートや条件に似たような走行状況に各ドライバを公開することが可能です。ロート² SCTは自然searcで盲視で検索行動を改善することが示されている時間の作業。運転コースで邪魔のレベルを調整することによって、それがあれば、どのようなレベルで証明することが可能となり、代償動作が高いワークロードに失敗します。実走行試験にシミュレートされた比較すると、シミュレートされた環境の代償行動を教え、第二ステップとして、実際の運転状況に患者を公開するために適切であると思われる。後者は、運転の安全性を評価することができ、特に以来。

今後は、サッカードの振幅および分布を解析することにより、代償行為のさまざまなレベルの特性を含める予定。これは代償行為の患者の現在のレベルに調整以上の個別リハビリテーション計画を提供することを助けることができる。患者Bは代償戦略の自発的な採用を明らかにするように第二に、我々はリハビリ目的のために可能なツールとして設計をテストしたい：thを指示、診断テストのデザインとしてだけでなく、具体的な訓練のためだけでなく、シミュレーションを運転eは患者代償サッカードの動作を実行する。視線を示すアイオーバーレイピクチャによる注視行動の即時の可視化と組み合わせることで、これは代償戦略に注意を生じるために、フィードバック·メカニズムを提供するかもしれない。

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.