Kjøring Simulering i Clinic: Testing Visual utforskende oppførsel i dagliglivet Aktiviteter hos pasienter med Synsfeltinnskrenkninger

Summary

Pasienter med visuelle underskudd etter hjerneslag rapport om ulike begrensninger i dagliglivet mest sannsynlig på grunn av variable kompenserende strategier, som er vanskelig å skille i klinisk rutine. Vi presenterer en klinisk set-up som tillater måling av ulike kompenserende hode-og øye-bevegelse-strategier og evaluere deres virkninger på kjøreegenskapene.

Abstract

Pasienter som lider av homonymous hemianopia etter infarkt i bakre cerebral arterie (PCA) rapporterer ulike grader av tvang i det daglige liv, til tross for tilsvarende visuelle underskudd. Vi antar at dette kan være på grunn av variabel utvikling av kompenserende strategier som endret visuell skanning atferd. Skanning kompenserende terapi (SCT) blir undersøkt som en del av den visuelle trening etter infarkt ved visjon restaurering terapi. SCT består av å lære å gjøre større øyebevegelser i blinde feltet utvide synsfeltet på søk, som har vist seg å være den mest nyttige strategi ^1, ikke bare i naturlige søk oppgaver, men også i å mestre dagliglivet aktiviteter ^2. Likevel, i klinisk rutine er det vanskelig å identifisere individuelle nivåer og opplæring virkninger av kompenserende atferd, siden det krever måling av øyebevegelser i et hode uhemmet tilstand. Studier viser at uhemmet hodebevegelser alteh den visuelle utforskende adferd i forhold til en head-behersket laboratorium tilstand ^3. Martin et al. ⁴ og Hayhoe et al. ⁵ viste at atferd demonstrert i et laboratorium setting kan ikke overdras lett til en naturlig tilstand. Derfor var målet vårt å utvikle en studie set-up som avdekker ulike kompenserende oculomotor strategier raskt i en realistisk testing situasjon: Pasientene er testet i kliniske miljø i en kjøresimulator. SILAB programvare (Wuerzburg institutt for trafikk Sciences GmbH (WIVW)) ble brukt til å programmere kjører scenarier av ulik kompleksitet og opptak førerens ytelse. Programvaren ble kombinert med et hode montert infrarød video elev tracker, innspilling hode-og øye-bevegelser (EyeSeeCam, Universitetet i München Hospital, klinisk Neurosciences).

Posisjoneringen av pasienten i kjøresimulatoren og posisjonering, er justering og kalibrering av kameraet DEMtere. Typiske forestillinger av en pasient med og uten kompenserende strategi og en frisk kontrollgruppe er illustrert i denne pilotstudie. Ulike oculomotor atferd (frekvens og amplitude av øye-og hode-bevegelser) vurderes svært raskt under selve stasjonen av dynamiske overlegg bilder som viser hvor fagene blikket ligger på skjermen, og ved å analysere dataene. Kompenserende blikket atferd hos en pasient fører til en drivende ytelse som kan sammenlignes med en frisk kontrollgruppe, mens ytelsen til en pasient uten kompenserende atferd er betydelig verre. Dataene i øye-og hode-bevegelsen-atferd samt kjøreegenskapene blir diskutert med hensyn til ulike oculomotor strategier og i en bredere sammenheng med hensyn til mulige trening effekter i hele testøkt og implikasjoner på rehabilitering potensial.

Protocol

1. Utarbeidelse av Study Posisjon

1. La pasienten ta plass, med avstand på 2 m foran skjermen, (203 x 152 cm som dekker 58,15 grad av den visuelle vinkel på den horisontale aksen og 43,61 grader av den visuelle vinkel på den vertikale aksen, oppløsning: 1400 x 1050), i et fast sted simulering bilsete etterligne en ekte bil sete. Hjelpe pasienten til å justere setet avstanden til pedalen med håndtaket under. Hjelp til å justere ryggen.
2. Instruere pasienten hvordan du bruker simuleringen bil gadgets (bremser, blinklys, ratt).
3. Instruere pasienten i oppgaven: Drive som du ville gjort i en reell ikke-simulert kjøresituasjonen. Veien er en vei ett kjørefelt veien med kurver (minste radius 500 m, største radius 1200 m) og uten trafikk. Være årvåken for å gateskilt og bryte ned biler dukker opp på begge sider av veien. Reagerer på begrepet potensielt farlige hendelser som villsvin eller baller nærmer segveien så snart som mulig ved enten å trykke bremsen eller bruke sving-signal eller begge, hva synes å være hensiktsmessig i det aktuelle kjøresituasjonen. Mens trykke pedalen, hastigheter bilen opp til en konstant hastighet på 70 km / t uten at bremsen brukes ^1. Stasjonen tar ca 10 min.
4. Informere pasienten om simulering sykdom. I tilfelle ubehag, kvalme eller svetting skjer, avbryter testøkt.
5. En prøvekjøring med mindre oppgave tetthet er gjennomført for å bli vant til simulering situasjonen og for å hindre simulering sykdom ved at nok tid til å justere ^to.

2. Kalibrering av Eye Tracker

1. I den andre testøkt, etter at pasienten sitter ordentlig og har fått nok tid for praksis, plasserer Eye-Tracker på pasientens hode og justere den ved å trekke de fleksible stropper. Hodet kamera laser skal peke mot midten av skjermen. Juster hodet kameraets fokus på eleven.
2. Be pasienten om å se på de fem punktene i henhold til ledelsen av musen pilen for kalibrering.
3. Starte simuleringen.
4. Komplett kalibrering med å legge den horisontale kalibrering: Pasient fikserer overlay bilde (av øye) på skjermen til venstre, deretter følger øyet beveger seg over skjermen og fikserer det igjen på høyre side.
5. Test kalibreringen ved å be pasienten til å fiksere på bestemte objekter på skjermen, og passer det med overlegg øyet bildet, noe som indikerer blikket posisjon beregnes av programvaren. Kalibreringen er vellykket, hvis blikk og overlay bilde møtes på samme sted på skjermen. En vertikal drift av øyet tracker acuity kan oppstå i løpet av stasjonen. Evaluere mengden drive ved visuell inspeksjon ved begynnelsen og ved slutten av stasjonen, sjekke behovet for ny testing.
6. Hvis kalibrering var vellykket, slår overlay bilder. Hvis ikke gjenta prosessen med kalibrering før det er vellykket. For rask vurdering av kompenserende atferd blikket-bevegelser slå på overlay øye bilder.

3. Simulering

1. Fortsett med simulering ved å spørre pasienten om å begynne å kjøre.
2. La pasienten drive ulike ruter (hver en 6500 m på landsbygda og ca 10 min varighet) med forskjellige oppgaver vanskelighetsgrad på grunn nivå av distraksjon av omgivelsene. Hver pasient driver tre ruter.
3. Umiddelbar vurdering av oculomotor atferd: Slå på overlay øye bilder og visualisere blikket oppførsel av en pasient under testing økt: The eye-tracker kontinuerlig sender koordinatene til selve blikket posisjon til simuleringsprogramvare SILAB. Til gjengjeld SILAB prosjekter overlay øyet bildet, som er et bilde av et øye, på skjermen akkurat på stedet der pasienten ser på. Dette kan ikke bare brukes til å bevise kvalitet kalibrering, men også for å gjøre blikket oppførsel umiddelbart synlig ikke bare til deg men enlso til pasienten.

4. Analyse

1. For dataopptak bruk SILAB Software med en samplingsfrekvens på 100 Hz. Bruk SILAB Software også å registrere hastighet, reaksjonstid (bruk av blinklys, brems).
2. Utføre statistisk analyse av hode-og øye-bevegelse parametere med Matlab (MathWorks Company, Natick, USA). Bruk følgende kriterier:
   1. Definer saccades ettersom deler av blikket banen der blikket hastighet overstiger 30 ° / s og blikk amplitude er større enn 1 ° (som øyebevegelser under 1 ° tilhører microsaccades). Cluster saccades forekommende innenfor 80 ms. Definere utsnitt mellom saccades som opptak. Definer hode-bevegelser som bevegelser over 6 ° / sek ¹¹ og en amplitude på mer enn 3 °. Ekskluder samtidig hode-og øye-bevegelser med katalogen i motsatt retning som de representerer ingen gevinst i blikket amplitude.
   2. Definer objekt fikseringer som fiksering på et objekt med blikket posisjon maksimal 1, 24 & df.eks; bortsett fra objektet på x-aksen og en, 66 ° på y-aksen. Objekter er ikke utløst i henhold til pasientene stirre posisjon, men vurdere eksentrisitet objekt å stirre posisjon ved å beregne det når objektet vises ^tre.
   3. Beregn den gjennomsnittlige lengden på deltakernes opptak (gjennomsnittlig fiksering varighet) og spredning av søk i de horisontale og vertikale meridianer (variansen av fiksering steder).
3. Mål reaksjonstid på to måter: Som et første modus (første registrering) måler reaksjonstid som første påvisning av enten fiksering eller manuell innstilling: Hvis pasienten fikserer objektet først og reagerer manuelt etterpå (i de fleste tilfeller), deretter valgte fiksering tid som reaksjonstid som første deteksjon. Hvis pasienten bruker blinklys eller bremsepedalen først som en indikator uten først å feste objektet, deretter velger manuelt reaksjonstid som første deteksjon. Som en andre modus (manuell reaksjon), måle reagereion tid ved manuell reaksjon (brems eller blinklys) bare.

5. Representant Resultater

Vi rekrutterte 6 pasienter i ulike aldre (35-71 år) med ufullstendig hemianopia etter iskemisk PCA hjerteinfarkt (4 på høyre og 2 på venstre hjernehalvdel) og 85 friske kontroller av ulike aldre (20-75 år, like distribuert) for å bestemme aldersrelaterte endringer i øye-og hode-bevegelser samt kjøreegenskapene som referansegruppe. De gjorde ikke rapportere kognitiv svikt, nevrologiske eller psykiatriske underskudd eller sykdommer og synsskarphet var høyere enn 0,5. Den medisinske historien ble tatt og erfaringer med virtuelle medier utforsket. Studien ble gjennomført i samsvar med Helsinkideklarasjonen og ble godkjent av den lokale etiske komiteen. Skriftlig informert samtykke ble innhentet fra alle deltakerne. Alle fag var uvitende om formålet med forsøkene.

Her viser vi representative testresultater av to pasienter testet 7-9 måneder etter hjerneslag hendelsen med ufullstendig hemianopia (figur 1) på høyre side med og uten kompenserende oppførsel så vel som en frisk person som en kontroll. Den sunne kontroll ble valgt på grunn av tilsvarende alder, kjøring og dataspill opplevelse.

Pasient A utstilt kompenserende saccadic bevegelse til siden der synsfeil ligger resulterer i normal ytelse i å drive simulering sammenlignet med en frisk kontrollgruppe med vellykket påvisning av og reaksjon på mulige farer i et landlig kjøresituasjonen. Men gjorde pasienten B ikke vise kompenserende saccadic bevegelse og avslørte dårlig ytelse i å drive simulering med glipp av perifere objekter i blinde feltet forårsaker langvarig reaksjon ganger eller kollisjoner. Likevel, gjennom stasjonene, vedtatt pasienten B kompenserende atferd forårsaker færre kollisjoner, uten å bli bedt om å gjøre det. Testingenble utført head-uhemmet slik realistiske forhold, og for å oppdage mulige påvirkning av hodebevegelser i kompenserende atferd.

Pasientene ble bedt om å kjøre kurset som de ville gjøre i en reell ikke-simulert kjøresituasjonen. Sammenlignet med friske faget pasienten A gitt saccades 1,7 ganger oftere, noe som hovedsakelig dekket side av skjermen der det visuelle feilen ble lokalisert (63%). Amplitudene av de saccades i Pasient A og kontrollen var lignende (gjennomsnittlig amplitude: 5,5 grad i den sunne faget versus 5,3 grad i pasienten). Fiksering varighet pasient A ble kortere sammenlignet med frisk kontrollgruppe (gjennomsnittlig fiksering varighet 381 ms i pasient A versus 483 ms i kontrollen).

I kontrast pasient B og kontrollen utforsket like hyppige begge sider av skjermen. Fig. 2 illustrerer fordelingen av opptak på skjermen under den første frekvensomformeren i patient A, sunn emne og pasient B. Pasient B utført 3,4 mindre saccadic bevegelser sammenlignet pasienten en dekker halve størrelsen av amplituden av pasienten A (gjennomsnittlig amplitude: 5,5 pasient A mot 2,9 grad i pasientens B). Pasient B viste lengre fiksering lengder sammenlignet med både frisk kontrollgruppe og pasient A (gjennomsnittlig fiksering varighet 1,049 ms).

Pasient A og pasient B utført nesten ingen head-bevegelser (1-2), mens den friske kontroll utført noen (5-10) hode-bevegelser per kjøring sesjon bidrar til å stirre amplitude.

Figur 3 demonstrerer påvirkning av eksentrisitet av objekt posisjon med hensyn til stirre posisjon på reaksjonstid, demonstrert separat for venstre og høyre side av synsfeltet. Figuren illustrerer økningen av reaksjonstid grunnet eksentrisitet i de to individene illustrerte separat for begge sider av det visuelle feltet. Noen reaksjonstid på svært liten ecc entricities er mindre enn 50 ms. Disse er ikke realistiske reaksjonstider men snarere på grunn av skanning av mulige farlige steder langs veien, eller objekter vises på det punktet for fiksering av pasienten. Vi gjorde ikke filtrere disse hendelsene fordi dette representerer også en viss kjørestil av interesse: å anerkjenne og gir til potensielle farlige steder. (Illustrasjonen viser også at det var mindre reaksjonstid kjent for pasienten B på grunn av tapte gjenstander i sin blinde feltet.)

I pasientens A og sunn kontroll alle objekter ble funnet og ingen kollisjoner skjedde. I pasient B skjønt, skilte reaksjonstider klart mellom høyre (blind) og venstre (sett) felt: Pasient B oppdagede objekter som forekommer i blinde feltet 1,6 ganger langsommere i forhold til seende feltet og kolliderte 4 ganger med objekter som forekommer i blinde feltet ( median reaksjonstid: høyre (blind) felt: 4411,66 ms versus venstre (sett) felt: 2810 ms).

"> Derfor pasient A kompensert hans tap av retten eksentriske visjon godt av et økt antall saccadic bevegelser nådde siden av synsfeltinnskrenkninger. Det er fortsatt uklart om hvis dette kompenserende strategi blir utilstrekkelig med høyere arbeidsbelastning. Bevis for dette er foreslått i grafen for venstre synsfelt: Mens pasienten klarte å reagere like fort på høyre side på grunn av lateralization saccadic bevegelser, viste han lengre reaksjonstider på større eksentriske på venstre side, noe som tyder på en mulig kostnad av strategien med hensyn til ytelse. viser imidlertid sunne kontrollen også små forskjeller av reaksjonstider sammenligner begge sider, som også kan være på grunn av det faktum at den friske kontroll utført én stasjon mindre enn pasientene. å teste om dette representerer en stabil effekt, flere forsøk ville være nødvendig.

I motsetning til pasient A, pasient B presentert en representativt utfall av en pasient som mangler compensatory atferd og dens effekt på kjøreegenskapene: mangel på kompenserende saccadic bevegelser inn i blinde feltet resulterte i kollisjon med objekter som vises i blinde feltet og forlenget reaksjonstid. Likevel, gjennom stasjonene, pasienten spontant begynte å utføre flere saccades inn i høyre synsfeltet med større amplitude, noe som resulterer i mindre forekomst av kollisjoner.

Figur 1A. Pasient A, automatisert 30 ° terskel perimetri.

Figur 1b. Pasient B, 30 automatisert ° terskel perimetri.

Figur 2.

Figur 3. Reaksjonstider til objekter vises på forskjellige eksentriske i det visuelle feltet, for pasient A, pasient B og friske kontrollgruppen.

¹ Denne tempomat ble gjennomført for å sikre sammenlignbarhet av reaksjonstid mellom aldersgrupper som det er kjent at eldre sjåfører redusere hastigheten som en mulig kompenserende mekanisme ^7.

² Simulering sykdom er beskrevet som kvalme, svette og svimmelhet vedvarer under en drivende økt. Det er ulike data om frekvens varierer fra 9% til 37% avhengig av alder som det oppstår mer sannsynlig hos eldre ^{8, 9, 10.} Grundig forarbeid med praksis driver lenge nok for hver enkelt for riktig justerttment redusere sjansen for simulering sykdom.

³ Per stasjonen er det 4 villsvin og 4 baller programmert til å nærme seg fra hver side av veien på to ulike eksentriske, på rette deler av kurset og på ulike intervaller av kurset for å hindre en testing vane. Utseende av objekter er utløst av de aktuelle passerer flyt poeng på veien.

Discussion

Det nyetablerte metoden muliggjør undersøkelse av visuell utforskende oppførsel av pasienter med synsfeltinnskrenkninger forårsaket av et slag. Testen design tilbyr også en umiddelbar tilnærming for å evaluere kompenserende blikk atferd: Ved å slå på overlay øyet bildene sensor kan visualisere blikket oppførsel av en pasient under testing økt. Derfor gir det en veldig rask og umiddelbar vurdering av om pasienten har vedtatt en kompenserende blikk atferd. Det gjør det også pasienter til å bli klar over det ved å visualisere blikket bevegelser ved et overlegg øye bilde beveger seg over skjermen som et blikk som indikerer verktøy for tilbakemelding. Rollen som hode-bevegelser i kompenserende blikk atferd er fortsatt uklart. I vår kontrollgruppe hode-bevegelser var mer vanlig blant eldre. Den sunne kontroll utført flere hode-bevegelser enn pasientene. Hode-bevegelser kan spille en større rolle når synsfeltet testet er bredere enn i vår set-up. Derfor kunne vi ikke identify hode-bevegelser som en del av kompenserende blikk atferd i vår pasient. Men flere pasienter må undersøkes for å avklare hvilken rolle hode-bevegelser i kompenserende atferd.

Begrensninger av studien er følgende: retesting blir nødvendig i enkelte individer grunnet vertikal drift av øyet tracker hele stasjonen. Objekter vises naturlig langs veien og ikke på en fast eksentrisitet utløst av blikket posisjon. Likevel gjeldende blikk posisjon i forhold til objektet anses ved tolkning reaksjonstidene.

Pasienter med synsfeltinnskrenkninger har blitt testet før i simulerte og reelle kjøring innstillinger:.. Bowers et al ¹² og Cockelbergh et al ¹³ foretatt undersøkelser i en kjøresimulator og demonstrert dårligere kjøreegenskaper i pasienter sammenlignet med friske kontroller. Men de spilte ikke inn øye-og hode-bevegelser og individuelle forskjeller kan not være relatert til visuell utforskende atferd. Wood et al. ⁶ testet i virkelige situasjoner og etablert en evaluering av kjøringen av pasienter med synsfeltinnskrenkninger. Hode-og øye-bevegelser ble analysert via video og post-test scoring av to uavhengige forskere, og dermed håndtere inter-rater-pålitelighet. Likevel de ikke gir en kvantitativ analyse av fiksering varighet, saccades og hodebevegelser og evaluering avhengig av en sertifisert kjøring rehabilitering spesialist. Fordelen med vår satt opp med simulert kjøring er enkel og rask vurdering i en klinisk setting, opptak av veldefinerte parameter av øye-og hode-bevegelser samt reaksjonstid. Det er mulig å kontrollere nivået av distraksjon og utsetter hver sjåfør til en lignende kjøresituasjon med standardiserte ruter og betingelser tillater sammenlignbarhet. Roth ² har vist at SCT forbedrer søkeatferd på den blinde synet i naturlig search oppgaver. Ved å justere nivået av distraksjon i de drivende kurs, vil det være mulig å påvise om, og på hvilket nivå, mislykkes kompenserende atferd med høyere arbeidsbelastning. Sammenligning simulert til reelle kjøreforhold studier, synes det hensiktsmessig å undervise kompenserende atferd i et simulert miljø og utsetter pasienten for en reell kjøring situasjon som det andre trinnet. Spesielt siden sistnevnte gjør det mulig å vurdere sikkerheten av kjøring.

I fremtiden ønsker vi å inkludere karakterisering av ulike nivåer av kompenserende atferd ved å analysere saccades, amplituder og distribusjon. Dette kan bidra til å tilby mer individuell rehabilitering planer tilpasses pasientens dagens nivå på kompenserende atferd. Dernest som pasient B avslører spontan adopsjon av et kompenserende strategi, vi liker å teste design som et mulig redskap for rehabilitering formål: Driving simulering ikke bare som en diagnostisk test design, men også for spesifikk trening, instruere the pasienten om å utføre kompenserende saccade atferd. Kombinert med umiddelbar visualisering av blikket atferd ved blikket indikerer øye overlay bilder dette kan gi en tilbakemelding mekanisme for å oppstå oppmerksomheten til 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.