Введение

Современные системы навигации медицинских организаций являются высокотехнологичными и эффективными инструментами управления потоками пациентов на основе анализа предметно-пространственной среды и ее отдельных компонентов [1]. Высокие пользовательские свойства и эстетические качества систем визуализации, а также возможность выстраивания наиболее оптимальной маршрутизации в пределах здания и прилегающей территории являются непременным атрибутом интента населения при обращении в различные объекты здравоохранения [2].

Технологии изучения особенностей восприятия и поведения человека на основе определения ориентации оптической оси глазного яблока в пространстве в зависимости от визуальных стимулов активно используются в информационных системах, когнитивной психологии, педагогике и дизайне с конца XX века. При этом в сфере общественного здоровья и организации здравоохранения окулографическое исследование, или айтрекинг (от англ. eye tracking — регистрация движения глаз), по-прежнему не находит широкого применения по причине необходимости использования специального оборудования, способного фиксировать стимулы, проводить компьютерную обработку данных, их оценку и интерпретацию полученных первичных результатов [3].

Перспективы использования данных окулографического исследования в управлении потоками пациентов в системе здравоохранения связаны с главным преимуществом айтрекинга — возможностью экстериоризации ранее незаметных сознательных и бессознательных эффектов и механизмов направленности и концентрации зрительного внимания, что, в свою очередь, способствует более целостному формированию представлений о восприятии зрительной информации в условиях пребывания человека в различных пространствах медицинских организаций [4]. В рамках научного обоснования создания и совершенствования систем навигации медицинских организаций представляется актуальным понимание влияния элементов систем визуализации и других объектов интерьера и экстерьера объектов здравоохранения (поликлиник, больниц, медицинских центров и др.) на поведенческие паттерны различных потоков пациентов. При этом во многих работах показано, что пребывание в медицинских организациях независимо от их визуального оформления, профиля, мощности, организационно-правовой формы и других параметров у некоторых посетителей может сопровождаться функциональными изменениями различного характера со стороны нервной, сердечно-сосудистой, дыхательной и других систем [5].

Цель исследования — установить особенности окуломоторной активности пациентов при маршрутизации по зданию медицинской организации и определить возможные пути совершенствования навигационных и информационных элементов системы визуализации.

Материал и методы

Экспериментальная часть исследования организована в сентябре—декабре 2021 г. Базой исследования выбран филиал медицинской организации, оказывающий первичную, в том числе доврачебную, врачебную и специализированную медико-санитарную помощь взрослому и детскому населению Тюмени. По архитектурным решениям база исследования представляла собой отдельно стоящее восьмиэтажное (с цокольным этажом) здание общей площадью 11 865 кв. м, построенное в новом районе города по типовому проекту (поликлиника на 500 посещений в смену) и введенное в эксплуатацию в 2021 г.

В окулографическом исследовании приняли участие 52 добровольца в возрасте от 18 до 50 лет (женщин — 31, мужчин — 21), у которых отсутствовали нарушения зрения (различные типы аметропии, нарушения цветовосприятия, нистагм, страбизм и др.), психические и нервные заболевания и отклонения (тревожно-фобические расстройства, заболевания с любыми формами параличей, болезнь Альцгеймера и др.). Одним из критериев включения в исследование стало отсутствие посещения потенциальным участником базы исследования до начала исследования независимо от повода возможного обращения.

При входе в здание на каждом участнике фиксировали устройство для окулографического исследования, проводили калибровку параметров, фоновую запись, проверку соединений и после выдавали задание по нахождению трех объектов в здании медицинской организации: отделения дневного стационара, кабинета компьютерной томографии и администрации поликлиники. Используемое для айтрекинга устройство представляло собой авторскую активную неинвазивную (бесконтактную) монокулярную систему фронтальной и окулографической видеокамер, функционирующих в диапазоне видимого света, и программного комплекса, с помощью которого производились распознавание и запись мест фиксации и путей перемещения взгляда при получении визуальной информации, а также алгоритмов визуализации первичных и вторичных данных.

Участникам исследования разрешалось использовать для поиска объектов любые визуальные ориентиры, включая элементы системы навигации, но запрещалось обращаться за помощью к персоналу и другим посетителям медицинской организации. Полученные данные видеоокулографии визуализировались методом наложения изображений окулографической камеры на фронтальную камеру и оформлялись в виде карт перемещения взгляда, тепловых карт, туманных карт и карт анализа зон интереса.

Анализ сформированной базы данных проводился с применением программного пакета Statistica (Версия 6.0). Доля каждого из вариантов исследуемых показателей представлена в виде относительной величины показателя в процентном измерении (%). Количественные показатели оценивались на предмет соответствия нормальному распределению, для этого использован критерий Колмогорова—Смирнова, а также показатели асимметрии и эксцесса. Совокупности количественных показателей описывали с помощью значений среднего арифметического, среднеквадратичного отклонения и коэффициента вариации. Оценка статистической значимости различий между фактическими и теоретическими ожидаемыми данными проводилась с помощью построения произвольных сопряженных таблиц с использованием критерия хи-квадрат (χ²), если полученные значения в каждой из ячеек указанных таблиц были не менее 10, или χ² с поправкой Йейтса, если хотя бы в одной ячейке ожидаемое явление принимало значение от 5 до 9. Учитывая нормальный характер распределения данных в сравниваемых выборках и равенство генеральных дисперсий выборов (тест Левена) для сравнения выборок по количественным признакам использовался t-критерий Стьюдента. Корреляция признаков устанавливалась по ранговому критерию Спирмена (r_s). При проведении корреляционного анализа принималось, что коэффициент корреляции менее 0,2 отражает очень слабую степень связи, от 0,2 до 0,29 — слабую степень связи, от 0,3 до 0,49 — умеренную степень связи, от 0,5 до 0,69 — среднюю степень связи, от 0,7 до 0,89 — сильную степень связи, 0,9 и больше — функциональную корреляцию. Критический уровень значимости при проверке статистических гипотез принимался равным 0,05.

Результаты

Картирование процессов перемещения пациентов позволило построить графические изображения маршрута от входа в здание до целевых точек навигации — диаграммы спагетти (рис. 1, 2). Независимо от пола, возраста, даты и времени проведения экспериментальной части все пациенты характеризовались схожими паттернами поведения (движения) по зданию медицинской организации. Благодаря этому удалось сформировать общий маршрут перемещения и визуализировать основные точки пространства в коммуникационных помещениях медицинской организации для анализа параметров окулографического исследования. Общее расстояние составило 318±19 м, коэффициент вариации 6,0%.

Рис. 1. Часть плана 1-го этажа с указанием точек пространства.

1—15 — точки пространства коммуникационных помещений 1-го этажа здания медицинской организации.

Рис. 2. Часть плана 6-го этажа с указанием точек пространства.

16—30 — точки пространства коммуникационных помещений 6-го этажа здания медицинской организации.

Анализ результатов айтрекинга позволил выявить существенные различия в глазодвигательной активности участников исследования в различных точках пространства коммуникационных помещений медицинской организации. Так, максимальная средняя амплитуда горизонтальных движений установлена в точках 1 (134,3 град.), 2 (126,1 град.) и 9 (147,4 град.), минимальная средняя — в точках 8 (31,4 град.), 11 (20,4 град.) и 15 (18,3 град.). На величину амплитуды горизонтальных движений влияли пространственный фактор (площадь помещения) (p<0,01) и необходимость изменения вектора движения (пересечения коридоров) (p<0,001) во время перемещения к точке навигации. В большинстве (78%) точек измерения амплитуда вертикальных движений глазного яблока была меньше амплитуды горизонтальных движений, что согласуется с данными других исследований [3, 4]. Превышение объема вертикальных движений глаз над горизонтальными в точке 12 (средняя амплитуда горизонтальных движений — 43,8 град., средняя амплитуда вертикальных движений — 68,5 град.) обусловлено необходимостью дальнейшего движения пациентов по лестнице, в точке 14 (средняя амплитуда горизонтальных движений — 29,4 град., средняя амплитуда вертикальных движений — 74,9 град.) — ознакомления с навигационным стендом большого размера, в точке 15 (средняя амплитуда горизонтальных движений — 19,7 град., средняя амплитуда вертикальных движений — 68,4 град.) — необходимостью нажатия кнопки вызова лифта и наблюдением за экраном лифтовой панели. Максимальная средняя амплитуда вертикальных движений глаз установлена в точках 1 (63,4 град.), 12 (68,5 град.) и 14 (74,9 град.), минимальная — в точках 6 (15,5 град.), 16 (17,9 град.) и 19 (18,2 град.). Статистически значимые различия в показателях максимальных и минимальных средних амплитуд движений глаз между мужчинами и женщинами не установлены.

Наибольшее число и длительность фиксаций взгляда установлена в точках 16, 29 и 30. Средний индекс фиксации в данных точках имел значения 0,85; 0,83 и 0,79 отн. ед. соответственно. Определяемое при окулографии в данных точках стабильное состояние движения глаз (пространственно устойчивое движение глаз) характеризует когнитивные усилия участников исследования по извлечению и детализированию релевантной воспринимаемой информации [6]. Лифтовая кабина оказалась помещением с самым устойчивым дрейфом глаз (p<0,05). Это можно объяснить ограниченностью пространства и зрительных стимулов. При этом абсолютно у всех (100%) участников исследования во время пребывания в лифтовой кабине зоной интереса стала настенная навигационная наклейка.

Амплитуда, число и продолжительность макросаккад оказались наибольшими в точках пространства с наибольшим количеством зрительных стимулов (точки 1 и 2), а также в местах ветвления маршрута (точки 9 и 21), в которых участникам исследования необходимо было принять решение о дальнейшем маршруте. При этом в точках 6, 12, 20, 27 и 30 не выявлен статистически значимый (p>0,05) рост числа макросаккад. В случае большого количества вариантов дальнейшего движения (точки 1 и 2) или визуальных маркеров о высокой вероятности значительных лишних перемещений в случае неправильного выбора маршрута (длинный коридор с большим числом основных помещений) (точки 9 и 21) — участники исследования совершали большое число макросаккад с большей амлитудой.

Анализ данных тепловых карт айтрекинга позволил установить сходные для всех принимавших в исследовании участников зоны интереса во всех точках коммуникационных пространств медицинской организации. Так, информационные растяжки о здоровом образе жизни и правилах контроля уровня артериального давления, расположенные в главном холле в точке 7, не стали зонами интереса ни в одном из проведенных измерений (рис. 3 на цв. вклейке). Сравнение количественных показателей в других точках коммуникационных помещений позволило установить, что объем незначимой для посетителя информации на элементе системы навигации напрямую сказывается на вероятности обращения внимания на него, что подтверждает положения закона Хика—Хаймана. Так, на рис. 4 показан лифтовый холл, в котором находится единственный элемент системы визуализации — поэтажный навигационный стенд. Анализ тепловых карт показал, что этот элемент у всех участников исследования (100%) стал главной зоной интереса при входе в данное помещение.

Рис. 3. Пример анализа окулографического исследования. Женщина, 22 года.

Окуломоторная карта с окулографической камеры.

Рис. 4. Пример анализа окулографического исследования. Мужчина, 24 года.

а — карта перемещения взгляда на точке при входе в лифтовой холл 6-го этажа с фронтальной камеры; б — окуломоторная карта с окулографической камеры.

Анализ туманных карт элементов систем навигации показал, что при просмотре этажных навигационных стендов часть информации оставалась за пределами области внимания участников исследования — этими областями в 88% случаев измерений оказывались верхние периферийные зоны стендов. Восприятие всех стендов всеми участниками исследования (100%) начиналось с нижней части стендов независимо от наименования объекта поиска. При этом в случае размещения на одной строке более четырех слов последующие слова в 78% случаев измерений не входили в зону высокой степени концентрации внимания. В ходе исследования установлено, что большие по размеру стимулы, например, номера этажей на рис. 5, притягивали больше фиксаций, чем меньшие по размеру графические и текстовые объекты (p<0,05). Статистически значимых различий в количестве смены фокуса внимания при просмотре навигационных стендов между исследуемыми посетителями разных возрастов не было.

Рис. 5. Пример анализа окулографического исследования. Мужчина, 24 года.

а — туманная карта навигационного стенда в лифтовом холле 6-го этажа с фронтальной камеры; б — окуломоторная карта с окулографической камеры.

Проведенная в рамках окулографического исследования пупиллометрия позволила установить расширение зрачка в точках с низкой освещенностью (точки 6 и 8), а также в точках пространства с повышенным числом зрительных стимулов (точки 1, 2 и 3) и в точках ветвления маршрутов (точки 9 и 21). При этом значения среднего диаметра зрачка находились в диапазоне от 0,39 отн. ед. в точке 16 до 1,37 отн. ед. в точке 2.

Минимальная доля числа морганий установлена в точках 1 (0,51%), 2 (0,22%) и 9 (0,27%), что определяет их как пространства, в которых имеется необходимость пристального визуального фокуса. Наоборот, максимальная доля морганий установлена в точках 3 (1,74%), 6 (1,88%) и 5 (1,46%). Корреляционный анализ показал, что количество морганий в точках пространства обратно коррелирует с номером этажа, на котором данная точка размещается (r_s= –0,652; p<0,01).

Анализ результатов окуломоторной активности позволил выявить общие тренды для определенных точек пространства, визуализация которых представлена на рис. 6 на цв. вклейке. В точках 1, 2, 3, 9 и 16 установлены наиболее выраженные изменения поведенческих паттернов и нервно-психической активности, проявляющееся повышением амплитуды горизонтальных и вертикальных движений глаз, количества и продолжительности саккад. На всех этажах, по которым проходил маршрут участников исследования, установлены зоны с наиболее измененной (визуализация красного цвета) и с наименее измененной (визуализация синего цвета) окуломоторной активностью. При этом на 1-м этаже карта активностей оказалась более разнообразной по сравнению с 3-м этажом, что может быть связано с неспецифической нервно-психической реакцией в ответ на перемещение в новое для участников исследования пространство с большим количеством визуальных и аудиальных сигналов, а также числом персонала и других посетителей медицинской организации.

Рис. 6. Визуализация поведенческих паттернов и нервно-психической активности.

Обсуждение

Регистрация окуломоторной активности человека в процессе движения по коммуникационным помещениям медицинской организации позволяет установить зоны интереса внимания и последовательность их смены, которые регулируются в значительной части бессознательно. В то же время очевидно, что использование метода окулографии предполагает целостный взгляд на сущность перцептивного процесса. В задачи проведенного исследования не входил анализ отдельных этапов восприятия, влияния типа личности и темперамента на особенности окуломоторной активности. Также задачами исследования не являлось определение особенностей окуломоторной активности в зависимости от возраста, пола, социального, соматического и психического статуса.

Полученные данные об аффективных дилатациях в местах ветвления маршрута несколько расходятся с результатами других исследований, в которых когнитивная нагрузка в сравнении с яркостью значительно меньше оказывает влияние на размер зрачка [7, 8]. Сопоставимые значения относительного диаметра зрачка в проведенном исследовании свидетельствуют о том, что комбинация смещения внимания, мотивации, пространственной ориентации, уровня эмоционально-волевого состояния и визуализации дальнего горизонта может стать важным существенным фактором активизации симпатической нервной системы в точках ветвления маршрутов.

Установленные в ходе проведенного исследования различия в восприятии информации с одинаковых по наполнению навигационных и информационных элементов в различных точках пространства свидетельствуют о влиянии на процессы анализа данных внешнесредовых факторов: окружающих предметов, текстовой и графической информации. Так, при организации перемещения различных потоков пациентов в здании медицинской организации необходимо стремиться к тому, чтобы на элементах систем навигации соотношение общего объема релевантной информации к общему объему информационного шума (в англ. — signal-to-noise ratio) было как можно больше. Следует не допускать информационной перегрузки элементов системы визуализации, интерьера и экстерьера в местах пересечения большого числа потоков пациентов, например, в регистратуре, лестнично-лифтовых холлах, вестибюлях и др.

Полученные данные относительно зависимости количества морганий в различных точках пространства от введенных для исследуемых установок согласуются с другими исследованиями, в которых подавление рефлекса моргания происходило непосредственно до или после момента окончания выполнения задачи, когда время ее начала и окончания очевидно заданы [8, 9]. Механизм моргания является частью процесса зрительного восприятия, выполняет ряд защитных функций и находится во взаимозависимой связи с процессами восприятия и переработки зрительной информации.

В ходе исследования установлено, что окулографическое исследование позволяет описать распределение зрительного внимания, которое зависит от когнитивных психических процессов, неосознаваемых мотивов и потребности в принятии тех или иных решений. Приведенные результаты айтрекинга в одной медицинской организации имеют высокую эвристическую ценность, но вследствие малой выборки данные пока невозможно экстраполировать на всю генеральную совокупность. Последующая валидация предложенной методики окулографического исследования на 10 медицинских организациях в период с февраля по июнь 2022 г. показала идентичные по структуре (различия в восприятии зрительной информации в зависимости от точек размещения информационных и навигационных элементов системы визуализации) результаты во всех задействованных медицинских организациях.

Полученные в ходе исследования результаты могут быть использованы в рамках разработки стратегии эффективного управления потоками пациентов в медицинских организациях. Так, информационные элементы, не являющиеся релевантными для посетителя медицинской организации в холле 1-го этажа, например, плакаты о здоровом образе жизни, следует размещать на других этажах, в которых визуальная среда коммуникационных пространств менее насыщена. Руководителям медицинских организаций при формировании технического задания на закупку новой системы навигации или при совершенствовании действующей необходимо в обязательном порядке учитывать все имеющиеся точки ветвления маршрутов. Во-первых, согласно Методическим рекомендациям Минздрава России «Новая модель медицинской организации, оказывающей первичную медико-санитарную помощь»¹, навигационные элементы должны размещаться во всех данных точках. Более того, критерий №7 «Организация системы навигации в медицинской организации» относится к первому (базовому) уровню соответствия новой модели, а значит должен быть приоритетным для управленца. Во-вторых, как показало наше исследование, именно в данных точках у посетителей возникают наибольшие колебания глазодвигательной активности, что косвенно свидетельствует о повышении нервно-психической активности. Поэтому навигационные элементы медицинской организации в точках ветвления маршрута должны быть максимально эффективными для посетителей в определении их дальнейшего маршрута и соответствовать принципам рациональных архитектурно-планировочных, организационных, дизайнерских и конструктивно-технологических решений.

Заключение

Экспериментальное исследование подтвердило гипотезу о том, что в зданиях медицинских организаций имеются точки пространства коммуникационных помещений, в которых фиксируются в сравнении с другими областями визуализации изменения поведенческих паттернов и нервно-психической активности пациентов, проявляющиеся повышением амплитуды горизонтальных и вертикальных движений глаз, числа и продолжительности макросаккад и фиксаций взгляда, аффективными дилатациями диаметра зрачка. Доказано, что вестибюль главного входа и ключевые точки принятия решения (ветвления маршрутов) являются пространствами медицинской организации с наибольшими амплитудами когнитивных показателей восприятия визуальной информации. Информационные элементы систем визуализации, не являющиеся релевантными для пациентов медицинских организаций в данных точках пространства, потенцируют удлинение адаптационной реакции на визуальную среду коммуникационных пространств объектов здравоохранения.

Участие авторов: концепция и дизайн исследования — А.А. Курмангулов; сбор и обработка материала — А.А. Курмангулов, Д.В. Крошка; статистическая обработка — Д.В. Крошка, В.А. Егоров; написание текста — А.А. Курмангулов, Д.В. Крошка, В.А. Егоров; редактирование — А.А. Курмангулов.

Авторы заявляют об отсутствии конфликта интересов.

¹ Новая модель медицинской организации, оказывающей первичную медико-санитарную помощь. Методические рекомендации (2-е издание с дополнениями и уточнениями), 2019. Ссылка активна на 18.07.23. https://sudact.ru/law/novaia-model-meditsinskoi-organizatsii-okazyvaiushchei-pervichnuiu-mediko-sanitarnuiu_1/metodicheskie-rekomendatsii/