In dieser Kategorie finden Sie Beiträge, Projektupdates und Ergebnisse aus der Forschungs- und Entwicklungsarbeit von VTplus. Im Mittelpunkt stehen wissenschaftlich fundierte Entwicklungen zu klinisch einsetzbaren und regulatorisch anschlussfähigen VR-Systemen für Therapie und Forschung – von Psychotherapie und Neurorehabilitation bis zu weiteren medizinischen Anwendungsfeldern. Die Beiträge zeigen, wie gemeinsam mit Universitäten, Kliniken und industriellen Partnern anwendungsnahe Demonstratoren, validierte Szenarien, Sensorschnittstellen und wiederverwendbare Plattformmodule entstehen.
Einen übergreifenden Überblick zu Forschungsfeldern, Technologien und Verbundprojekten von VTplus finden Sie auf der Seite Forschung und Entwicklung.
Interessante Einblicke in die Projekte des Reallabors am Fraunhofer IIS Zentrum für Sensorik und digitale Medizin bietet das nachfolgende Video. Dr. Wittenberg stellt die Möglichkeiten der Labore des Zentrums, laufende Studien und Forschungsprojekte wie das Projekt OPTAPEB vor.
Im Video ist der Einsatz des im Fraunhofer-IIS Reallabor eingesetzten VTplus VR-Therapie und -Forschungssystem VT+ExpoCart2 DV zu sehen.
Sprachroboter für medizinisches Personal: Das Reallabor des Projekts REGINA
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Im Projekt OPTAPEB entstand in Kooperation mit weiteren Verbundpartnern ein VR-Therapiesystem, welches mit virtuellen Co-Therapeuten KI-gestützte Emotionsbewältigungsübungen ermöglicht und dazu eine Vielzahl von Verhaltens- und Körpermaßen erfasst, verarbeitet und in die Übungsverläufe und Interventionsschritte einbezieht.
Damit wird es den Therapeutinnen und Therapeuten ermöglicht, ihre Aufmerksamkeit den Patientinnen und Patienten zu widmen und gleichzeitig objektive Verhaltensmaße einbeziehen zu können.
Die im Video gezeigte Anwendung ist ein Beispiel für den Einsatz der VTplus VR-Forschungssysteme auf Basis der modularen VTplus VR-Plattform.
Eine neue Methode um chronische Schmerzen zu lindern wurde erfolgreich durch den Forschungsverbund VirtualNoPain, bestehend aus industriellen, universitären und klinischen Partnern untersucht. Das von der Bundesregierung geförderte Verbundprojekt setzt dabei auf Virtuelle Realität und Neurofeedback und wurde von VTplus koordiniert. Der Abschlussbericht wurde nun veröffentlicht.
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:
Elektrodenreduktion und Präsenzerleben
Grundlegende Funktion des Neurofeedback-Trainings in VR
Schmerzinduktion und Entspannung in VR
Schmerzinduktion bei Anwendung von VR-EEG-Alpha Feedback
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)
VTplus beschäftigt sich mit Künstlicher Intelligenz (KI) dort, wo sie fachlich sinnvoll und medizintechnisch kontrollierbar ist: bei der Auswertung multimodaler Daten, der Strukturierung therapeutischer Rückmeldungen, der Anpassung virtueller Szenarien und der Unterstützung therapeutischer Entscheidungsprozesse.
Ergänzend entwickelt und nutzt VTplus KI-gestützte Werkzeuge für das interne Wissens- und Qualitätsmanagement. Dazu gehören insbesondere lokal betriebene Agentensysteme zur quellengebundenen Abfrage, Prüfung und Kuratierung von Unternehmenswissen, Vorgaben aus dem Qualitätsmanagement-Handbuch (QMH), Arbeitsabläufen und regulatorischen Wissensgrundlagen.
Künstliche Intelligenz in der VR-Therapie
Künstliche Intelligenz (KI) kann virtuelle Realität in Therapie und Forschung dort ergänzen, wo während VR-gestützter Übungen komplexe Daten erfasst, strukturiert ausgewertet und für therapeutische Entscheidungen nutzbar gemacht werden. Im Mittelpunkt steht dabei nicht die Ersetzung therapeutischer Behandlung, sondern die Unterstützung von Therapeutinnen und Therapeuten durch datenbasierte Assistenzfunktionen.
Bei VR-gestützten Verhaltens- und Expositionsübungen entstehen unterschiedliche Datenquellen. Dazu gehören Bewegungen im virtuellen Raum, Blickrichtung, Interaktionen mit virtuellen Personen oder Objekten, Sprache, Selbstberichte und – je nach Systemaufbau – physiologische Parameter. KI-Methoden können dazu beitragen, solche multimodalen Daten zusammenzuführen, Muster zu erkennen und therapeutisch relevante Informationen übersichtlich bereitzustellen.
Ein mögliches Anwendungsfeld ist die adaptive Steuerung virtueller Situationen. Virtuelle Umgebungen können so gestaltet werden, dass Schwierigkeit, Reizintensität oder soziale Rückmeldungen kontrolliert verändert werden. Dies ist besonders relevant bei Übungen zu sozialen Ängsten, Vortragssituationen, Bewerbungsgesprächen oder anderen interaktiven Belastungssituationen, in denen virtuelle Personen, Publikum oder soziale Reaktionen gezielt eingesetzt werden können.
Im BMBF-geförderten Forschungsprojekt OPTAPEB wurde ein VR-Demonstrator zur agentengeleiteten, patientenzentrierten Emotionsbewältigung entwickelt. Das System kombinierte virtuelle soziale Interaktions- und Vortragsszenarien mit multimodaler Datenerfassung, Datenfusion, virtuellen Agenten und KI-gestützten Interventionsvorschlägen. Die Anwendung wurde auf Basis eines VT+ExpoCart3 umgesetzt und in klinischen sowie anwendungsnahen Forschungskontexten erprobt und anschließend im Rahmen des Projekts KI.ASSIST in der beruflichen Rehabilitation erprobt.
Die VTplus VR-Plattform ermöglicht die modulare Nutzung von KI-basierten Analyse- und Steuerungsprozessen. Die Plattform verbindet VR-Simulationssoftware, interaktive virtuelle Umgebungen, therapeutische Steuerung, Schnittstellen zu Messsystemen und Funktionen zur Dokumentation und Auswertung. KI-gestützte Module können diese Architektur ergänzen, etwa durch datenbasierte Rückmeldungen, adaptive Szenariosteuerung oder Unterstützung bei der Evaluation therapeutischer und forschungsbezogener Abläufe.
KI-gestützte VR-Systeme bleiben dabei in ein fachliches, klinisches und regulatorisches Gesamtkonzept eingebettet. Sie ersetzen keine leitliniengerechte psychotherapeutische oder medizinische Behandlung. Ihr sinnvoller Einsatz liegt in der Unterstützung professioneller Anwenderinnen und Anwender, der strukturierten Durchführung von VR-Übungen und der wissenschaftlichen Weiterentwicklung digitaler Therapie- und Forschungssysteme.
Im Verbundprojekt REHALITY („Closed-loop Softwaresystem zur Neurorehabilitation nach Schlaganfall durch personalisiertes EEG/EMG-Hirnzustand-gesteuertes Virtual Reality-Therapieparadigma“) hat VTplus sein Teilvorhaben zur Erarbeitung eines Neurorehabilitations-System-Demonstrators mit virtueller Realität und EEG-Ansteuerung erfolgreich abgeschlossen.
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.
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
Im Rahmen einer laufenden Praxistauglichkeitsstudie zur Anwendung von Virtual Reality Exposure Therapy (VRET), d.h. VR-basierter Expositionstherapie, wurde der Einsatz von VR-Expositionsszenarien in einer Hochschulambulanz für Psychotherapie ›› untersucht. Erste Erfahrungen aus der Implementierung wurden von den Forschenden des Zentralinstituts für Seelische Gesundheit (ZI) Mannheim ›› auf einem wissenschaftlichen Poster auf dem Würzburger XR Meeting 2023 ›› vorgestellt.
Virtuelle Exposition im klinischen Alltag
Expositionsbasierte Verfahren gehören zu den zentralen evidenzbasierten Behandlungsmethoden bei Angststörungen. Virtuelle Realität bietet hierbei die Möglichkeit, Konfrontationsübungen kontrolliert, wiederholbar und individualisierbar durchzuführen.
Die VR-Exposition kann dabei reale Konfrontationen ergänzen oder vorbereiten und ermöglicht therapeutische Übungen unter standardisierten Bedingungen. Studien zeigen, dass VR-basierte Exposition eine vergleichbare Wirksamkeit zur klassischen in-vivo-Exposition erreichen kann und zugleich neue Forschungs- und Trainingsmöglichkeiten eröffnet.
Virtual Reality Exposure Therapy in Real Life. Implementation of VR Therapy in a University Outpatient Clinic. P. Halli et al. (2023).
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.
Auf dem Würzburger XR Meeting präsentierte VTplus als Aussteller und Verbundpartner des VirtualNoPain Projekts ein VR-EEG-BCI-System zur Schmerztherapie bei chronischen Schmerzen.
XR-Meeting Poster PräsentationVTplus Stand auf dem XR-MeetingVirtualNoPain Präsentation auf dem XR-Meeting 2023
Aktuellste Forschungsergebnisse wurden von den VirtualNoPain Verbundpartnern präsentiert.
Poster und Vortrag Beitrag: Combination of virtual reality (VR) and brain-computer interface (BCI) in chronic pain management: designing a clinical trial. E.Kakavela et al. (2023)Poster Beitrag: Modulation of Experimental Pain by Guided Relaxation in Virtual Reality. Winkler et al. (2023)Poster Beitrag: Parietal alpha neurofeedback training for sense of presence in Virtual Reality. Botrel et al. (2023)
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.
Virtual Reality Exposure Therapy in Real Life. Implementation of VR Therapy in a University Outpatient Clinic. P. Halli et al. (2023)Virtual reality exposure therapy and non-invasive brain stimulation for fear of heights. B. Bohmeier et al. (2023)AUGMENTATIVE TRANSCRANIAL MAGNETIC STIMULATION FOR VIRTUAL REALITY EXPOSURE THERAPY IN ACROPHOBIA. L. Cybinski et al. (2023)
Poster Kongressbeitrag: The model is bend, but never broken: A quadratic extension to the capability model of frontal asymmetry based on situational induction strength. J. Rodriguez et al. (2023)
Das Video zeigt einen Testlauf der VR-Flugsimulation mit integrierter Bewegungsplattform im Motion-Lab des Lehrstuhls für Psychologie der Universität Regensburg. Die Simulation wird im Rahmen der VR-Therapieforschung eingesetzt, insbesondere zur Untersuchung und Behandlung von Flugangst.
VR-Flugsimulation mit Bewegungsplattform im Motion-Lab der Universität Regensburg
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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.
Im BMBF-geförderten Verbundprojekt OPTAPEB („Optimierung der Psychotherapie durch agentengeleitete patientenzentrierte Emotionsbewältigung“) hat VTplus sein Teilprojekt zur Entwicklung und Umsetzung eines assistenzgestützten Expositionssystems mit virtueller Realität erfolgreich abgeschlossen. Es entstand ein integrierter VR-Demonstrator für Verhaltenstherapieübungen bei sozialen Ängsten, der soziale Interaktionen und Vortragssituationen in virtueller Realität abbildet, emotionale Reaktionen multimodal erfasst und daraus KI-gestützte Interventionsvorschläge für die therapeutische Begleitung ableitet.
Die Anwendung wurde auf die VT+ExpoCart3-Systembasis übertragen, in einer multizentrischen klinischen Erprobung mit ambulanten und stationären Patientinnen und Patienten eingesetzt und anschließend auch für die weitere Erprobung im KI.ASSIST-Umfeld bereitgestellt.
Ziele
Ziel des VTplus-Teilprojekts war die Entwicklung eines Demonstrators für ambulante Verhaltenstherapieübungen bei Sozialphobie mit virtueller Realität. Dazu wurden VR-Szenarien, Eye-Tracking, Sprachverarbeitung, körpernahe Sensorik, Datenfusion und therapeutische Steuerung in einem integrierten Gesamtsystem zusammengeführt. Der Ansatz verfolgt das Ziel, angstauslösende Situationen hoch immersiv erlebbar zu machen, emotionale Reaktionen und Verhalten in Echtzeit multimodal zu erfassen und den Verlauf der Übungen adaptiv an die Bedürfnisse der Patientinnen und Patienten anzupassen.
Ergebnisse
Als Ergebnis entstand ein integrierter OPTAPEB-VR-Demonstrator auf Basis des VT+ExpoCart3. Das System kombiniert HTC Vive Pro Eye, Blick- und Kopftracking, Mikrofon, körpernahe Sensorik, Datenfusion und eine grafische Oberfläche zur Therapiesteuerung. Aus Bewegungs-, Blick-, Sprach- und weiteren Verlaufsdaten werden therapeutisch relevante Zielgrößen wie Angst, Aufmerksamkeit und Sicherheitsverhalten abgeleitet. Aufbereitete Messdaten und Interventionsvorschläge werden auf einem Tablet übersichtlich dargestellt und können in die Sitzungssteuerung einbezogen werden.
VR-Szenarien: Soziale Interaktion und Vortrag
Im Szenario Soziale Interaktion werden in der Lobby eines Universitätskomplexes kurze Gespräche mit virtuellen Personen geübt. Acht virtuelle Gesprächspartner stehen dafür zur Verfügung. Die Dialoge erfolgen per Spracherkennung, die Sprachausgabe ist lippensynchron, und das Verhalten der virtuellen Personen kann in mehreren Schwierigkeitsstufen variiert werden. Dadurch lassen sich soziale Annäherung und Gesprächsführung in kontrollierbarer Form trainieren.
Im Szenario Vortrag wird das Sprechen vor virtuellem Publikum trainiert. Die Umgebung umfasst einen Vorbereitungsplatz mit Laptop und Presenter sowie einen Seminarraum mit 16 virtuellen Zuhörerinnen und Zuhörern. Auch hier kann die Schwierigkeit über unterschiedliche Publikumsreaktionen gesteuert werden – von freundlich und aufmerksam bis unfreundlich und ablehnend. Geübt werden Vorträge zu alltagsnahen Themen wie Heimatort, perfekter Tag oder Bewerbung für den Traumberuf.
Therapeutische Steuerung und KI-Unterstützung
Die Übungen werden durch eine virtuelle Co-Therapeutin oder einen virtuellen Co-Therapeuten begleitet. Das Interventionskonzept gliedert sich in Einführung, Antizipation, Interaktion und Intervention. Geeignete Interventionen werden vom System vorgeschlagen und von einer Betreuungsperson außerhalb der virtuellen Realität gesteuert. Die Bedienoberfläche erlaubt die Auswahl der Szenarien, die Anzeige von physiologischen Parametern und Zielkonstrukten sowie die Erfassung von Selbstberichten. So verbindet OPTAPEB immersive VR-Übungen mit strukturierter Therapiebegleitung und datenbasierter Unterstützung.
Klinische Erprobung
Die klinische Erprobung erfolgte multizentrisch mit 20 Patientinnen und Patienten mit sozialer Angst, davon 12 ambulant in der Hochschulambulanz für Psychotherapie der Universität Regensburg und 8 stationär in der Psychosomatischen Klinik Donaustauf. Eingesetzt wurden die Szenarien Soziale Interaktion und Vortrag sowie die Shirt-Sensorik. In der internen Vorauswertung lagen Daten von 18 Patientinnen und Patienten vor; die Sitzungen wurden über mehrere Termine innerhalb von drei Wochen durch Psychotherapeut:innen beziehungsweise PiAs begleitet.
Die bisherigen Ergebnisse zeigen, dass das System unterschiedliche Verhaltensübungen bei Sozialphobie praktisch umsetzen kann. Zugleich wurde deutlich, an welchen Stellen Weiterentwicklungen sinnvoll sind, insbesondere bei Spracherkennung und der damaligen Shirt-Sensorik. Positiv bewertet wurden vor allem die Relevanz der Zielkonstrukte, die Nutzbarkeit des virtuellen Co-Therapeuten und die grundsätzliche Eignung des Systems zur Durchführung multimodal erfasster VR-Übungen.
Verbund und Zusammenarbeit
OPTAPEB wurde in enger Zusammenarbeit mit wissenschaftlichen, technologischen und klinischen Verbundpartnern umgesetzt. VTplus bedankt sich bei allen Beteiligten für den fachlichen Austausch und die engagierte Zusammenarbeit bei Entwicklung, Integration, Erprobung und Evaluation des Demonstrators.
OPTAPEB wurde durch das Bundesministerium für Bildung und Forschung (BMBF) gefördert. Förderkennzeichen: 16SV7840 Förderprogramm: Interaktive körpernahe Medizintechnik. Laufzeit des Vorhabens: 01.08.2017 – 28.02.2021
Anschlussfähigkeit und Weiterentwicklung
OPTAPEB wurde über das Verbundprojekt hinaus weiter genutzt. In Kooperation mit dem KI.ASSIST-Konsortium wurde der OPTAPEB-Demonstrator dem Lern- und Experimentierraum des SRH Berufsbildungswerks Neckargemünd zur Erprobung bereitgestellt. Dafür wurde das System technisch angepasst, dokumentiert, installiert und für den Einsatz im dortigen Umfeld begleitet. Die Evaluation zeigte ein großes Interesse an VR sowie an KI-gestützten Übungen zur Emotionsbewältigung, insbesondere bei Vortragsübungen und sozialen Interaktionen.
Für VTplus markiert OPTAPEB damit einen wichtigen Entwicklungsschritt: hin zu kontrollierbaren VR-Übungen für soziale Belastungssituationen, kombiniert mit multimodaler Datenerfassung, virtueller Therapiebegleitung und KI-gestützter Unterstützung. Die im Projekt entwickelte Plattform ist anschlussfähig für weitere Anwendungen in Therapie, Forschung und angrenzenden Trainingskontexten.
In der Ergebnissbroschüre des Projekts KI.ASSIST wird OPTAPEB als KI-gestützte VR-Trainingsumgebung zur Emotionsbewältigung im SRH Berufsbildungswerk Neckargemünd vorgestellt. Die Broschüre beschreibt OPTAPEB als VR-Trainingsumgebung zur Emotionsbewältigung für Menschen mit Angstsymptomen, Schwierigkeiten in Sozialkontakten und Belastungen beim Übergang auf den Arbeitsmarkt. Für VTplus zeigt sich damit die Anschlussfähigkeit des OPTAPEB-Demonstrators über den ursprünglichen psychotherapeutischen Anwendungskontext hinaus – hin zur beruflichen Rehabilitation und zu begleiteten Übungsformaten für soziale Interaktion und Vortragssituationen.
Das vorgestellte System kombiniert VR-Brille, Steuerungsmodule und körpernahe Sensoren mit KI-Komponenten zur Emotionserkennung und -analyse, virtuellen Agenten sowie einer Rückmeldung für Fachkräfte und Teilnehmende. Ziel ist es, den Ablauf und die Effizienz zukünftiger Übungen weiter zu optimieren. In Neckargemünd wurde OPTAPEB insbesondere für die Erprobung bei Teilnehmenden mit sozialer Angst und ähnlichen Belastungen eingesetzt.
Aus VTplus-Sicht ist diese Einbindung besonders relevant, weil der OPTAPEB-Demonstrator damit in einen neuen Anwendungskontext übertragen wurde: von der psychotherapeutischen Forschung hin zu einer anwendungsnahen Erprobung in der beruflichen Rehabilitation. Dafür wurde der Demonstrator auf Basis des VT+ExpoCart3 bereitgestellt, technisch angepasst, installiert, dokumentiert und durch Schulungs- und Beratungsleistungen begleitet.
Neben der allgemeinen KI.ASSIST-Ergebnissbroschüre ist auch der vertiefende Ergebnisbericht „Die KI.ASSIST Lern- und Experimentierräume zur Erprobung KI-gestützter Assistenztechnologien. Von der Konzeption bis zur Umsetzung“ verfügbar. Darin wird der Einsatz von OPTAPEB im SRH Berufsbildungswerk Neckargemünd ausführlicher beschrieben und um praktische Details zum Lern- und Experimentierraum ergänzt, darunter das Setting, die begleiteten 45-minütigen Sitzungen sowie die Szenarien Vortrag und Lobbyszenario.
Damit zeigt die KI.ASSIST-Ergebnissbroschüre nicht nur die Anwendbarkeit von OPTAPEB im Umfeld KI-gestützter Assistenztechnologien, sondern auch die Anschlussfähigkeit der von VTplus entwickelten VR-Systeme für weitere Einsatzfelder im Bereich Training, Teilhabe und digitale Unterstützung.
Im Rahmen der Zusammenarbeit zwischen dem OPTAPEB und dem KI.ASSIST Konsortium wurde das VTplus OPTAPEB VR-System für den Einsatz in der beruflichen Rehabilitation technisch überarbeitet, installiert und am SRH Berufsbildungswerk Neckargemünd in Betrieb genommen.
Das System basiert auf dem VT+ExpoCart3 VR-Therapiesystem und wurde für die Erprobung im Lern- und Experimentierraum des SRH BBW Neckargemünd angepasst. Dazu gehören unter anderem die Integration der OPTAPEB-Software, die Erweiterung der Systemsteuerung, Funktionstests sowie die Einweisung der Anwenderinnen und Anwender vor Ort.
Mit dem OPTAPEB-System können virtuelle soziale Interaktionen und Vortragssituationen in kontrollierter Form durchgeführt werden. Ziel der Erprobung ist es, den Einsatz von Virtual Reality und KI-gestützter Emotionsbewältigung im Kontext beruflicher Rehabilitation zu untersuchen – insbesondere bei sozialen Belastungssituationen, Vortragsübungen und dem Übergang in Ausbildung oder Arbeitsleben, aber auch der Bewältigung von spezifischen Phobien.
Das Projekt KI.ASSIST untersucht, wie KI-gestützte Assistenztechnologien Menschen mit Behinderungen in beruflichen Bildungs- und Rehabilitationsprozessen unterstützen können. Der OPTAPEB-Demonstrator wurde hierfür als VR-Trainingsumgebung zur Emotionsbewältigung im SRH Berufsbildungswerk Neckargemünd erprobt.
Besonderer Dank gilt den Mitarbeiterinnen und Mitarbeitern des SRH BBW Neckargemünd, insbesondere dem Bereichsleiter Medizin/Therapie/Psychologie-Psychiatrie P. Burkard, sowie B. Milluks vom KI.ASSIST Konsortium für die freundliche Unterstützung und gute Zusammenarbeit.
OPTAPEB wurde durch das Bundesministerium für Bildung und Forschung gefördert. Förderkennzeichen: 16SV7840
