Im Workshop „Virtuelle Realität in der Psychotherapie“ unter Leitung von M.Sc.-Psych. Benedikt Schröder, Psychologischer Psychotherapeut an der Hochschulambulanz für Psychotherapie der Universität Regensburg, konnten die Teilnehmerinnen und Teilnehmer den praktischen Einsatz virtueller Realität in der Psychotherapie direkt erleben.

Die Fortbildungsveranstaltung verdeutlichte, wie VR-Expositionstherapie mit dem VT+ExpoCart3 unter anderem bei Angststörungen wirksam eingesetzt werden kann.
Die Veranstaltung zeigte praxisnah, wie niedrigschwellig und kontrolliert VR-gestützte Expositionen in therapeutische Behandlungsabläufe integriert werden können.

Fotos: Aufbau und Einsatz des VT+ExpoCart3 beim 9. Würzburger Psychotherapietag (VTplus GmbH, 2024)

Veranstaltung: 9. Würzburger Psychotherapietag (Programm-PDF, UKW)
Veranstaltungsort: Zentrum für Psychische Gesundheit, Uniklinikum Würzburg
Workshop-Leitung: M.Sc.-Psych. Benedikt Schröder, Universität Regensburg
Datum: 12. Oktober 2024

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VirtualNoPain Aufgabenstellung

Chronische Schmerzen bedingen enormes Leid für die Betroffenen und sehr hohe Kosten für das Gesundheitssystem. Die verbreitete Behandlung mit Schmerzmitteln ist langfristig wenig wirksam und mit negativen Folgen wie Magenulcera, Nierenfunktionsstörungen, Substanzgebrauchsstörungen und stark verminderter Lebensqualität verbunden. Daher besteht ein hoher Bedarf an alternativen, nebenwirkungsfreien Behandlungsmöglichkeiten, die chronische Schmerzen und Schmerzmittelgebrauch reduzieren, Lebensqualität verbessern und so auch die Behandlungskosten senken.

Mit dem Verbundprojekt VirtualNoPain wird die Therapie chronischer Schmerzen durch die Kombination von virtueller Realität (VR) und Brain-Computer-Interface (BCI) angestrebt. Die erstmalige Kombination dieser beiden Methoden im Rahmen einer Schmerzbehandlung ermöglicht eine effektive, schmerzreduzierende Wirkung und eröffnet Chancen zur Minderung von Begleitzuständen wie Angst und Depression.
Virtuelle Realität bietet die Möglichkeit, in computersimulierte Welten einzutauchen, die das Schmerzerleben verringern können. VirtualNoPain zielt darauf ab, die Schmerzreduktion mittels VR und BCI zu optimieren. Dabei kommt erstmals als Ergänzung zur VR ein Neurofeedback-Training zum Einsatz. Mittels Neurofeedback können Betroffene lernen, bestimmte Gehirnaktivitäten selbst zu regulieren, indem sie Rückmeldungen über Gehirnsignale erhalten, die ansonsten nicht bewusst wahrgenommen werden können.
Mit dem Vorhaben soll die therapeutische Anwendbarkeit dieser Effekte untersucht und eine hoch integrierte VR-BCI-Systemplattform zur Behandlung chronischer Schmerzen mit virtueller Realität und Brain-Computer-Interface erarbeitet werden. Mit dem VirtualNoPain VR-BCI-System soll die Schmerzreduktion und Verbesserung der Lebensqualität von Patienten mit chronischen Schmerzen in einer klinischen Machbarkeitsstudie zunächst an Patienten mit Fibromyalgiesyndrom untersucht werden.

Ablauf des Verbundforschungsvorhabens

VTplus hat als Verbundkoordinator die Zusammenarbeit mit den Verbundpartnern und die Kommunikation mit dem Projektträger VDI-TZ abgestimmt. VTplus hat die Systemarchitektur in enger Abstimmung, insbesondere mit den Partnern ZTM und Brain Products entworfen und die Anforderungen der klinischen Anwender berücksichtigt. Es wurden die Anforderungen für den therapeutischen Einsatz der VR-Technik und die Gestaltung der Therapieszenarien unter Beachtung der EU-Verordnung über Medizinprodukte, den nationalen Verordnungen und den anzuwendenden Normen bestimmt. Mit dem Partner Zentrum für Telemedizin Bad Kissingen wurden die Anforderungen an ein Therapeuten-Interface durch leitfadengestützte Experteninterviews bestimmt.

In enger Abstimmung mit den Verbundpartnern wurden experimentelle Studien zu Präsenzerleben in VR, Pilotstudien zur Elektroden-Reduktion, zum Neurofeedback Training parietaler Alpha Aktivität, sowie VR-Umgebungen mit natürlichen Feedbackindikatoren und VR-Szenarien zur positiven Stimmungsinduktion entwickelt und durch die Partner Universität Würzburg (Lehrstuhl f. Psychologie I, Biologische Psychologie, Klinische Psychologie und Psychotherapie sowie dem Lehrstuhl f. Interventionspsychologie) getestet. Es wurden fünf experimentelle Paradigmen zur Untersuchung folgender Aspekte erstellt:

1. Elektrodenreduktion und Präsenzerleben
2. Grundlegende Funktion des Neurofeedback-Trainings in VR
3. Schmerzinduktion und Entspannung in VR
4. Schmerzinduktion bei Anwendung von VR-EEG-Alpha Feedback
5. Schmerztherapie Behandlungskonzept mit VR-EEG-Alpha Feedback sowie Entspannungs- und Achtsamkeitsübungen

Das in den Voruntersuchungen eingesetzte Neurofeedback-Paradigma wurde entsprechend den Ergebnissen der Vorstudien und aktueller wissenschaftlicher Erkenntnisse zur Steigerung der Alpha Aktivität angepasst, um eine Schmerzlinderung zu erreichen. Dies erforderte umfangreiche Anpassungen des Neurofeedback-Algorithmus, der VR-BCI Umsetzung und des Studiendesigns zur Überprüfung der Wirkung der Schmerzreduktion.
Der finale VirtualNoPain VR-BCI Schmerztherapie Demonstrator, mit der vom Verbundpartner Brain Products bereitgestellten EEG-VR-Brille mit integriertem Verstärker, dem integrierten BCI-Modul und dem Therapieparadigma wurde bei VTplus getestet und zur Vorbereitung und Durchführung der klinischen Studie mit Patientinnen vom Verbundpartner Uniklinikum Würzburg (Neurologische Klinik und Polyklinik, AG Schmerz) erfolgreich eingesetzt.
Unvermeidbare Verzögerungen aufgrund der Beschränkungen der COVID-19 Pandemie machten eine Verlängerung der Projektlaufzeit bis 12/2023 notwendig, welche zuwendungsneutral bewilligt wurde.
Seitens der an der klinischen Studie beteiligten Verbundpartner wurde eine zusätzliche Weiterführung und Unterstützung der Datenerhebung beschlossen, so dass die Behandlung von 20 Patientinnen im Rahmen der klinischen Studie zu 06/2024 erfolgreich abgeschlossen werden konnte.

Ergebnisse

Wesentliches Ergebnis ist ein VR-BCI-Schmerztherapie System, welches virtuelle Realität mit einem Brain-Computer-Interface kombiniert und in einer klinischen Studie zur Therapie chronischer Schmerzen erfolgreich eingesetzt wurde. Der finale Systemdemonstrator besteht aus der Kombination einer VR-Brille mit einem integrierten EEG-Verstärker, mit integrierten, praxistauglichen EEG-Schwämmchen-Elektroden und integrierter BCI-Verarbeitung mit speziell zur Schmerztherapie entwickelten, interaktiven virtuellen Umgebungen.

Die entwickelten VR-BCI Demonstrator-Generationen ermöglichten die experimentelle Überprüfung der Auswirkung von VR-EEG-Alpha Feedback auf Präsenz, Schmerzerleben mit Schmerzinduktion sowie die klinische Testung mit Schmerzpatienten. Die vorläufige Auswertung der klinischen Studie zeigte eine Reduktion der Schmerzstärke und -dauer, eine Reduktion der Schmerzexazerbationen sowie eine hohe Patientenzufriedenheit ohne Dropouts. Weiterhin wurde von den Patientinnen ein großes Interesse zur Möglichkeit der Anwendung im häuslichen Umfeld bekundet.

Anschlussfähigkeit

VirtualNoPain verdeutlicht das Potenzial der VTplus VR-Plattform für VR-BCI-gestützte Anwendungen in der Schmerztherapie und unterstreicht die Anschlussfähigkeit an neurowissenschaftliche und telemedizinische Einsatzmöglichkeiten. Die telemedizinische Einbindung beschreibt das ZTM anhand der Telemedizinplattform Curafida im Anwendungsbeispiel zur Behandlung chronischer Schmerzen.

Verbund und Kooperation

Im VirtualNoPain Verbundprojekt wurde in Zusammenarbeit von hoch spezialisierten Unternehmen und
renommierten, wissenschaftlichen und klinischen Einrichtungen eine neue Methode entwickelt, um chronische Schmerzen nebenwirkungsfrei zu behandeln und die Lebensqualität der Betroffenen zu steigern.

Dank und Förderhinweis

VTplus bedankt sich bei allen Mitarbeitern und Partnern für die überaus engagierte und erfolgreiche Zusammenarbeit. Das Projekt wurde gefördert im BMBF Förderprogramm „Chronische Schmerzen – Innovative medizintechnische Lösungen zur Verbesserung von Prävention, Diagnostik und Therapie“ (FKZ: 13GW0343)

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Im Ergebnis entstand ein softwarebasierter Demonstrator, der immersive VR-Übungen mit EEG-/EMG-basiertem Closed-Loop-Feedback, Neurofeedback-Komponenten und therapierelevanten Interaktionsmechanismen verbindet.

Das Projekt erschließt für VTplus ein relevantes Entwicklungsfeld in der digitalen Neurorehabilitation. Gleichzeitig zeigt REHALITY, wie sich wiederverwendbare Plattformbausteine aus virtueller Realität, Biosignalverarbeitung und therapeutischer Steuerung auf zusätzliche medizinische Anwendungsfelder übertragen lassen.

Hintergrund: Warum virtuelle Realität in der Neurorehabilitation?

Jährlich erleiden in Deutschland rund 270.000 Menschen einen Schlaganfall und weltweit wird von ca. 12,2 Mio. Fällen ausgegangen. Betroffene sind auf langwierige, möglichst frühzeitig verfügbare neurologische Rehabilitationsmaßnahmen angewiesen. Trotz erheblichem Ressourceneinsatz sind die Möglichkeiten für individualisierte Therapie häufig begrenzt.

REHALITY setzte deshalb auf eine digitale Therapie mit VR-Umgebungen und motivierenden Interaktionselementen, um zusätzliche, individualisierbare Übungen zu ermöglichen. Ein wesentlicher Gedanke des Projekts war dabei, die Versorgungslücke zwischen stationärer Akutbehandlung, Rehabilitation und einer perspektivischen Anwendung zuhause zu verkleinern.

Ziel des VTplus-Teilvorhabens

Ziel von VTplus war die Umsetzung eines Demonstrators, der Rehabilitationsübungen mit Virtueller Realität mit einer auf Hirn- und Muskelsignalen basierten zeitlichen Ansteuerung therapierelevanter Übungsschritte kombiniert.

Die Therapie soll damit auf die Bedürfnisse der einzelnen Betroffenen abgestimmt werden und gleichzeitig ein motivierendes, immersives Bewegungserleben ermöglichen. Therapeutische Übungen sollten – je nach Schweregrad der Einschränkung – selbstständig und unabhängig durchgeführt werden können, sodass Patientinnen und Patienten aktiv zum eigenen Rehabilitationserfolg beitragen können.

Vorgehen: Systemkonzeption, Closed-Loop-Architektur und Integration

VTplus entwickelte in enger Abstimmung mit dem Universitätsklinikum Tübingen und dem Institut für Games der Hochschule der Medien Stuttgart das Systemkonzept sowie die Software- und Systemarchitektur. Dazu gehörten die Definition von Systemfunktionen, Komponenten, Kommunikationsstrukturen und Schnittstellen sowie die Festlegung der relevanten Sensortechnik.

Zunächst wurde die Fokussierung auf eingeschränkte Bereiche des Oberkörpers, insbesondere Arme und Hände, beschlossen. Ergebnis dieser Phase war die Spezifikation eines vollintegrierten VR-Systems mit Closed-Loop-Hardware-Schnittstelle.

Im weiteren Projektverlauf wurden VR-Inhalte, Biosignalverarbeitung, Neurofeedback-Komponenten und therapeutische Steuerungsmodule in einer gemeinsamen Architektur zusammengeführt. Die Biosignalverarbeitung wurde um eine Neurofeedback-Komponente erweitert, ergänzt durch Schnittstellen zur Anbindung externer Sensorik und Datenströme.

Ergebnis: Demonstrator für individualisierte VR-Rehabilitationsübungen

Als Projektergebnis entstand ein Neurorehabilitations-Demonstrator mit virtueller Realität und EEG-/EMG-basierter Ansteuerung. Der Demonstrator verbindet immersive virtuelle Umgebungen mit einem Closed-Loop-Ansatz, bei dem physiologische Signale für die zeitliche Steuerung therapierelevanter Schritte genutzt werden. Damit wurde die Grundlage für individualisierte digitale Rehabilitationsübungen geschaffen, die über klassische, rein manuell angeleitete Trainingsformen hinausgehen.

Ein zentrales therapeutisches Prinzip von REHALITY besteht darin, auch stark eingeschränkten Personen ein simuliertes Bewegungserleben zu ermöglichen. Durch den Einsatz hoch immersiver virtueller Umgebungen können Patientinnen und Patienten einen Bewegungserfolg wahrnehmen, auch wenn die reale Bewegung nur eingeschränkt möglich ist.

Virtuelle Umgebungen, Avatar und Interaktion

Für REHALITY wurden spezifische VR-Umgebungen und Avatar-Funktionen ausgearbeitet. Dazu gehörten unter anderem virtuelle Trainingssituationen, Kalibrierungs- und Interaktionsbereiche sowie die Ausgestaltung von Avatar-Funktionen für die Veranschaulichung und Rückmeldung von Bewegungen.

Die Umsetzung zielte darauf, therapeutisch relevante Bewegungen, Interaktionsschritte und Feedbackprozesse in einer immersiven und kontrollierbaren Umgebung abzubilden. Ergänzend wurden einzelne Systemkomponenten wie Eye-Tracking-Integration, grafische Benutzeroberflächen sowie App-basierte Übungs- und Therapiesteuerung getestet.

Zusammenarbeit im Forschungsverbund

REHALITY bündelte Expertise aus klinischer Hirnforschung und Neurologie (Universitätsklinikum Tübingen), Interaktiven Medien, Serious Games und Virtual Reality (Hochschule der Medien Stuttgart / Institut für Games) sowie der Anwendung Virtueller Realität für Forschung und Therapie (VTplus GmbH).

VTplus brachte evaluierte VR-Szenarien, virtuelle Charaktere und die Erfahrung ein, virtuelle Umgebungen um Biosignal-Schnittstellen und motivierende Interaktionselemente zu erweitern.

Anschlussfähigkeit

Aus technologischer Sicht ist REHALITY vor allem als entwickelter Demonstrator und dokumentierter Entwicklungspfad relevant. Das Projekt zeigt, wie die VTplus-Technologieplattform um Bausteine für Biosignalverarbeitung und adaptive therapeutische Steuerung erweitert werden kann.

REHALITY belegt damit auch die Anschlussfähigkeit der VTplus-VR-Plattform für weitere medizinische Einsatzfelder, insbesondere in der Neurologie und Rehabilitation.

Projekt: REHALITY – Closed-loop Softwaresystem zur Neurorehabilitation nach Schlaganfall durch personalisiertes EEG/EMG-Hirnzustand-gesteuertes Virtual Reality-Therapieparadigma
Teilvorhaben VTplus: Erarbeitung eines Neurorehabilitations-System-Demonstrators mit virtueller Realität und EEG-Ansteuerung
Förderkennzeichen: 13GW0213D
Laufzeit: 01.04.2019 – 31.12.2022
Veröffentlichungsdatum des Schlussberichts: 30.06.2023

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Implementierung der VR-Therapie in einer Hochschulambulanz

Die Einführung der VR-Therapie erfolgte schrittweise in der Hochschulambulanz des ZI-Mannheim ››. Ziel war es, praktische Erfahrungen zur Machbarkeit, Nutzbarkeit und Integration in den Therapieverlauf zu sammeln.

Der Implementierungsprozess umfasste unter anderem:

• Einführung der VR-Technologie im therapeutischen Setting
• Schulung der Therapeutinnen und Therapeuten
• schrittweise Integration der VR-Expositionssitzungen in bestehende Therapieabläufe

Die Schulung der Therapeutinnen und Therapeuten erfolgte in einer kompakten Einführungseinheit mit begleitendem Trainingsmaterial sowie anschließendem Zugang zum VR-System.

Einsatz virtueller Therapieszenarien

Im Rahmen der Anwendung kamen verschiedene VR-Szenarien zum Einsatz, die typische Expositionssituationen bei Angststörungen abbilden.

Dazu gehörten unter anderem:

• Höhenexposition
• Spinnenphobie
• Flugangst
• Klaustrophobie
• soziale Interaktionssituationen

Insgesamt wurden mehrere unterschiedliche virtuelle Umgebungen eingesetzt, die therapeutisch gesteuerte Expositionsübungen ermöglichen.

Erfahrungen der Therapeutinnen und Therapeuten

Die Rückmeldungen aus der Anwendung zeigen, dass virtuelle Exposition im klinischen Alltag praktikabel eingesetzt werden kann. Therapeutinnen und Therapeuten beschrieben insbesondere:

• eine schnelle Erlernbarkeit der Systembedienung
• eine gute Integration in bestehende Therapieabläufe
• die Möglichkeit, unterschiedliche Expositionssituationen flexibel zu wählen

Einige Rückmeldungen betonten zudem, dass virtuelle Szenarien eine intensive emotionale Reaktion bei Patientinnen und Patienten auslösen können und damit therapeutisch relevante Exposition ermöglichen.

Perspektiven für Forschung und Versorgung

Die ersten Erfahrungen zeigen, dass Virtual Reality Exposure Therapy eine vielversprechende Ergänzung für ambulante psychotherapeutische Behandlungen darstellen kann. Besonders in universitären Ambulanzen eröffnet der Einsatz virtueller Szenarien zusätzliche Möglichkeiten für Forschung, Ausbildung und Therapie.

Die laufende Praxistauglichkeitsstudie untersucht weiterhin die Integration der Technologie in therapeutische Prozesse sowie die Akzeptanz bei Therapeutinnen und Therapeuten.

Projektkontext:
Die Arbeiten stehen im Zusammenhang mit der Entwicklung und Evaluation VR-basierter Konfrontationsverfahren im Rahmen des Forschungsprojekts EVElyn › „Entwicklung einer ambulanten Konfrontationstherapie in virtueller Realität für Patientinnen und Patienten mit Angststörungen“.

Weitere Ergebnisse aus der laufenden Studie werden nach Abschluss der Datenerhebung veröffentlicht.

Unser besonderer Dank für die hervorragende Zusammenarbeit gilt Prof. Dr. Peter Kirsch und Patrick Halli vom Zentralinstitut für Seelische Gesundheit (ZI) Mannheim.

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Aktuellste Forschungsergebnisse wurden von den VirtualNoPain Verbundpartnern präsentiert.

Der interdisziplinäre Kongress bot hochwertige Vorträge, Symposien, Workshops und Beiträge zu den Themen VR/XR/AR „Benefits and Challenges“, „Social Interaction“, „Applied XR“, „Fear and VR“, „Body and Gestures“ und „Brain and Cognition“.

Spannende Posterbeiträge stellten die Etablierung von VR-Therapie in der ambulanten Praxis am ZI-Mannheim, Therapie-Forschung unter Einsatz eines VTplus VR-Therapiesystems und Einsatz von CAVE-Projektion in Verbindung mit TMS, sowie Ergebnisse eines T-Maze VR-Paradigmas zur Untersuchung von frontaler Asymmetrie unter Einsatz der VTplus VR-Experimentkontrollsoftware CyberSession vor.

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So wurde mit dem VirtualNoPain Projekt ein VR-System zur Schmerzreduktion mit EEG Feedback vorgestellt.
Zu sehen waren virtuelle Umgebungen zur Durchführung von Feedback Training in Verbindung mit im Projekt entwickelter VR-Headset EEG Erfassung (Brain Products) und einem integrierten VR-Therapiesystem (VTplus). Für die Teilnehmenden wurde die Sicht der VR-Brille zusätzlich auf der MAVEL-Labor Multiview Projektionsfläche angezeigt.

Vorgestellt wurde das System durch Mitarbeiter des Lehrstuhls für Psychologie I, AG Biologische Psychologie, Klinische Psychologie und Psychotherapie der Universität Würzburg (vertreten durch Prof. Dr. Marta Andreatta, Dr. Markus Winkler, Isabel Neumann) und dem Verbundpartner und VirtualNoPain Verbundkoordinator VTplus (Geschäftsführer Mathias Müller, Prof. Dr. Jürgen Müller, Roland Zechner)

Die technisch reibungslose Präsentation im noch im Aufbau befindlichen MAVEL-Labor wurde vom Team der Fakultät Wirtschaftsingenieurwesen der FHWS um Dekan Prof. Dr. Peter Meyer, Prof. Dr. Uwe Sponzholz und den Labor- und Software Ingenieuren Dominik Fritsch und Florian Schuster ermöglicht.

Die Besichtigung des MAVEL-Labor durch MP Dr. Markus Söder und Staatsminister Markus Blume wurde von einem regen Medieninteresse begleitet.

Weitere Informationen in der Pressemeldung der FHWS vom 27.10.2022: Die FHWS wird THWS und feierte dies im Zuge ihres 50-jährigen Bestehens mit dem MP Dr. Markus Söder

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Zum Einsatz kommt die VTplus VR-Simulationssoftware CyberSession in Kombination mit den virtuellen Expositionsszenarien VT+Expo3. Die Kopplung von VR-Umgebung und Bewegungsplattform ermöglicht realitätsnahe Flugerlebnisse und eröffnet erweiterte Forschungs- und Trainingsmöglichkeiten im Bereich der Angst- und Expositionstherapie.

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Es wurden spannende interdisziplinäre Vorträge und Gelegenheiten zum Ausprobieren innovativer Digitaler Therapie Lösungen geboten.

VTplus präsentierte das Verbundprojekt VirtualNoPain, welches mit Hilfe von virtueller Realität und Neurofeedback die Reduktion von chronischen Schmerzen untersucht.

Zum Ausprobieren stand den Teilnehmern das VT+ VR-Expositionssystem mit vielen virtuellen Situationen zur Therapie von Ängsten zur Verfügung.

Herzlichen Dank für die tolle Ausrichtung gilt den Veranstaltern Bayern Innovativ / Forum MedTech Pharma e.V. in Zusammenarbeit mit ZD.B-Themenplattform Digitale Gesundheit/Medizin, Digitalisierungszentrum Präzisions- und Telemedizin (DZ.PTM) , ZTM der Region Mainfranken GmbH und dem Deutschen Zentrum für Herzinsuffizienz (DZHI).

Der Beitrag VR zur Therapie auf dem MedtechSummit: Wie Digitalisierung die Versorgung verbessern kann erschien zuerst auf VTplus – VR-Therapie Systeme – Virtuelle Realität für Kliniken & Praxen.