Fahrsimulation in der Klinik: Testen von Visual Exploratory Behavior in Aktivitäten des täglichen Lebens bei Patienten mit Gesichtsfeldstörungen

Das übergeordnete Ziel des folgenden Experiments besteht darin, kompensatorische Strategien der visuellen Exploration bei Patienten mit Gesichtsfeldausfällen nach Infarkt der Arteria cerebri posterior zu differenzieren. Dies wird erreicht, indem Patienten in einem Fahrsimulator positioniert und angewiesen werden, um ihr Verhalten in einer realistischen Testsituation zu untersuchen. Eine am Kopf befestigte Eye-Tracking-Kamera wird verwendet, wobei die Genauigkeit durch individuelle Anpassungen und Kalibrierung für jeden Patienten sichergestellt wird.

Anschließend beginnt die Fahrsimulation, während das Blickverhalten und die Fahreignung als alternative Methode aufgezeichnet werden; dabei können Überlagerungsbilder eingeschaltet werden, um das kompensatorische Blickverhalten zu visualisieren und eine schnelle Beurteilung zu ermöglichen. Unterschiedliche Strategien werden durch die Auswertung von Sekunden- und Kopfbewegungsparametern offenbart, wie beispielsweise die Anzahl der Sekunden, die Amplituden der Sekunden, Fixationen, Verteilung und Dauer sowie Reaktionszeiten auf periphere Objekte. Der Hauptvorteil dieser simulierten Fahrsituation besteht darin, dass sie eine schnelle und einfache Beurteilung des visuellen Erkundungsverhaltens im klinischen Umfeld ermöglicht.

Nun können wir gut definierte Parameter wie Augen- und Kopfbewegungen sowie Reaktionszeiten aufzeichnen. Die Implikationen dieser Technik reichen bis in die Rehabilitation und Therapie, da die unmittelbare Visualisierung des Blickverhaltens über die Overlay-Steuerung einen Feedback-Mechanismus bieten kann, der die Aufmerksamkeit des Patienten schärft und beim Erlernen kompensatorischer Strategien unterstützt. Sie könnte zudem die Effizienz der Rehabilitation verbessern, indem sie individuellere Rehabilitationspläne ermöglicht, die an das aktuelle Niveau des kompensatorischen Verhaltens des Patienten angepasst sind.

Mein Kollege oder unsere Doktorandin aus unserem Labor wird den Vorgang demonstrieren, um dieses Protokoll zu beginnen. Bitten Sie zunächst den Patienten, sich zwei Meter vor dem Simulationsschirm auf einem Nachbild eines Autositzes hinzusetzen, und helfen Sie ihm dabei, die Lehne sowie den Sitzabstand zum Pedal einzustellen. Sobald der Patient bequem positioniert ist, geben Sie Anweisungen zum Bedienen des Simulationssystems, einschließlich der Bremse, des Blinkers und des Lenkrads.

Dann die Aufgabenanweisungen geben. Weisen Sie den Patienten darauf hin, dass genauso wie in einer realen Fahrsituation die Bremse und/oder der Blinker je nach entsprechender Verkehrssituation verwendet werden sollten. Informieren Sie den Patienten außerdem über Simulationskrankheit und teilen Sie ihm mit, dass die Testsession unterbrochen werden kann, falls Unwohlsein, Übelkeit oder Schwitzen auftreten.

Führen Sie anschließend eine Probefahrt mit geringer Aufgabenbelastung durch, um dem Patienten die Gewöhnung an das Simulationsfahrzeug und die Reize zu ermöglichen. Dies kann auch Simulationsschwindel verhindern, indem Zeit zur Eingewöhnung an den Simulator in einer zweiten Testphase bereitgestellt wird. Nachdem der Patient korrekt sitzt und ausreichend Zeit zur Übung erhalten hat, platzieren Sie den Eye-Tracker auf dem Kopf des Patienten und passen Sie ihn durch Ziehen der flexiblen Gurte an, um Software und Patient auf die Kalibrierung vorzubereiten.

Der Laser der Kopfkamera sollte auf die Mitte des Simulationsschirms zeigen, und die Kameras sollten so eingestellt werden, dass sie auf die Pupille fokussieren. Anschließend weisen Sie den Patienten an, nacheinander fünf Punkte auf dem Bildschirm anzuschauen, indem er der Mauszeigermarkierung folgt, und beginnen Sie mit der Kalibrierung der Augenverfolgungsausrüstung. Danach schließen Sie die horizontale Kalibrierung ab.

Weisen Sie den Patienten an, sich auf ein Überlagerungsbild eines Auges auf dem linken Bildschirm zu fixieren. Folgen Sie dann dem sich über den Bildschirm bewegenden Überlagerungsbild und fixieren Sie es erneut auf der rechten Seite. Überprüfen Sie die Kalibrierung, indem Sie den Patienten auffordern, sich auf bestimmte Objekte auf dem Bildschirm zu fixieren, und vergleichen Sie diese Fixierung anschließend mit einem Überlagerungsaugenbild, das die vom Software berechnete Blickposition anzeigt.

Die Kalibrierung ist erfolgreich, wenn der Blick des Patienten und das Überlagerungsbild an derselben Stelle auf dem Bildschirm zusammenfallen. Wiederholen Sie die Kalibrierung bei Bedarf. Sobald die Kalibrierung abgeschlossen ist, schalten Sie die Überlagerungsbilder aus.

Sobald sich der Patient im Simulator wohlfühlt und der Eye-Tracker erfolgreich kalibriert wurde, fahren Sie mit der Simulation fort. In diesem Beispiel fährt der Patient auf einer Einbahn-Einspurstraße mit Hindernissen. Der Patient sollte so schnell wie möglich auf sich der Straße nähernde bewegliche Objekte wie Wildschweine oder Bälle reagieren, aber auch auf Verkehrszeichen oder liegengebliebene Fahrzeuge, die auf beiden Seiten der Straße auftauchen.

Beachten Sie, dass das Fahrzeug beim Betätigen des Gaspedals auf eine konstante Geschwindigkeit von 70 Kilometern pro Stunde beschleunigen kann, es sei denn, die Bremse wird verwendet. Lassen Sie den Patienten mehrere verschiedene Strecken fahren, jeweils 6.500 Meter lang und mit einer Dauer von etwa 10 Minuten, wobei die Aufgabenschwierigkeit aufgrund der Ablenkung durch die Umgebung variiert. Als alternative Testform schalten Sie Überlagerungsbilder der Augen ein, von denen eines die Blickposition und das andere die Kopfposition des Patienten anzeigt.

Dies ermöglicht eine schnelle Beurteilung des kompensatorischen Verhaltens von Blickbewegungen während des Tests, indem die Blickposition über die Software visualisiert wird. Hier sehen wir eine typische Fahreignung eines Patienten mit Hemi Opia auf der rechten Seite mit kompensatorischem Blickverhalten. Das Blickverhalten wird durch überlagerte Augenbilder dargestellt, die eine schnelle Einschätzung der Kopf- und Augenbewegungsposition ermöglichen. Ein kompensatorischer psychomotorischer Ausgleich zur Seite, auf der der Sehdefekt lokalisiert ist, wird sichtbar, wodurch die Erkennung von Objekten, die im blinden Gesichtsfeld erscheinen, ermöglicht wird.

Beachten Sie die beispielhafte Leistung des Patienten mit einer rechtsseitigen Hemiopie; hier sehen wir die typische Fahreignung mit visualisiertem Blickverhalten eines Patienten mit rechtsseitiger Hemianopie ohne kompensatorisches Verhalten, das zu Kollisionen mit Objekten führt, die im blinden Gesichtsfeld erscheinen. Beachten Sie die beispielhafte Leistung des Patienten mit rechtsseitiger Hemianopie ohne Kompensation. Zur Analyse der aus der Simulation aufgezeichneten experimentellen Daten kann die MATLAB-Software verwendet werden.

Definieren Sie Säcke als Abschnitte der Blicktrajektorie, bei denen die Blickgeschwindigkeit 30 Grad pro Sekunde überstieg und die Blickamplitude größer als ein Grad war. Die Abschnitte zwischen Säcken sollten als Fixationen definiert werden, und Kopfbewegungen sollten als Bewegungen definiert werden, die eine Geschwindigkeit von mehr als sechs Grad pro Sekunde und eine Amplitude von mehr als drei Grad aufweisen. Die Slab-Software kann während des Experiments verwendet werden, um Reaktionszeiten bei der Nutzung des Blinkers und der Bremsung aufzuzeichnen, und Objektfixationen bezüglich der Spurposition sollten als Fixationen auf einem Objekt definiert werden, bei denen die Blickposition maximal 1,24 Grad auf der X-Achse und 1,66 Grad auf der Y-Achse vom Objekt abweicht.

Hier sind die Ergebnisse für zwei Patienten mit inkompletter rechtsseitiger Hemianopsie beim Fahren mit und ohne kompensatorisches Verhalten. Patient A zeigte eine kompensatorische psychotische Bewegung zur Seite, an der der visuelle Defekt lokalisiert ist, was zu einer normalen Fahrsimulationsleistung im Vergleich zu einer gesunden Kontrollperson führte. Patient B hingegen zeigte keine kompensatorische psychotische Bewegung und wies eine schlechte Fahrsimulationsleistung auf, da periphere Reize im blinden Feld verpasst wurden, was zu verlängerten Reaktionszeiten oder Kollisionen führte. Hier sehen wir die Verteilung der Fixationen auf dem Bildschirm während der ersten Fahrt von Patient A, Patient B und einer gesunden Versuchsperson. Patient A zeigte eine kompensatorische psychotische Bewegung zur Seite des visuellen Defekts, während Patient B weniger erkundete.

Patient B zeigte 3,4-mal weniger psychotische Bewegungen im Vergleich zu Patient A und erreichte dabei nur die Hälfte der Amplitudengröße von Patient A. Patient B wies außerdem längere Fixationsdauern im Vergleich sowohl zur gesunden Kontrollperson als auch zu Patient A auf. Diese Abbildung veranschaulicht den Einfluss der Exzentrizität der Objektposition bezüglich der GA-Position auf die Reaktionszeit, getrennt dargestellt für die linke und rechte Seite des Gesichtsfelds. Bei Patient A und der gesunden Kontrollperson bestand kein signifikanter Unterschied zwischen den Reaktionszeiten auf sich nähernde Objekte, gemessen entweder durch manuelle Detektion oder durch Fixation des Objekts im linken oder rechten Sichtfeld. Bei Patient B hingegen unterschieden sich die Reaktionszeiten deutlich zwischen dem blinden und dem sehenden Gesichtsfeld.

Während dieses Verfahrens muss der Patient darauf hingewiesen werden, dass aus diesem Experiment keine Aussage über die Fahreignung abgeleitet werden kann, um zu klären, ob kompensatorisches Verhalten zusammenbricht, wenn es von einer sicheren simulierten Situation auf eine tatsächliche Fahrsituation übertragen wird. Echte Fahrstudien müssen durchgeführt werden. Diese Stimulation kann bei korrekter Durchführung innerhalb von 10 Minuten abgeschlossen werden.

Es vermittelt einen ersten Eindruck des visuellen Erkundungsverhaltens, und nach dem Anschauen dieses Videos werden Sie gut verstehen, wie diese Technik auf schnelle und bequeme Weise das visuelle Erkundungsverhalten in einer natürlichen Situation aufdeckt.