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)

Der Beitrag Bericht zum erfolgreichen Abschluss des Projekts zur Kombination von virtueller Realität (VR) und Brain-Computer-Interface (BCI) zur Therapie chronischer Schmerzen | VirtualNoPain erschien zuerst auf VTplus – VR-Therapie Systeme – Virtuelle Realität für Kliniken & Praxen.

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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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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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.

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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.

Downloads

• KI.ASSIST-Ergebnissbroschüre 2022 (PDF)
• KI.ASSIST Ergebnisbericht Lern- und Experimentierräume / Thieke-Beneke et al. 2022 (PDF)

Der Beitrag OPTAPEB in der KI.ASSIST-Ergebnissbroschüre erschien zuerst auf VTplus – VR-Therapie Systeme – Virtuelle Realität für Kliniken & Praxen.

Hintergrund: Warum VR für Expositionsübungen?

Expositionsübungen sind ein zentraler Bestandteil der Verhaltenstherapie bei Angststörungen. In der Praxis wird die klassische in-vivo-Exposition jedoch häufig durch organisatorischen Aufwand erschwert. Virtuelle Realität (VR) kann Konfrontationssituationen kontrolliert, wiederholbar und in Praxisräumen bereitstellen – als strukturiertes Werkzeug innerhalb leitlinienorientierter Psychotherapie.

Ziel des VTplus-Teilvorhabens

Ziel von VTplus war die Umsetzung eines anwenderzentrierten, einfach zu bedienenden VR-Therapiesystems für ambulante Konfrontationsübungen sowie die Untersuchung zentraler Faktoren für Bedienbarkeit, Interaktion, Verträglichkeit und Praxistauglichkeit. Dazu wurden Anforderungen für den therapeutischen Einsatz (inkl. relevanter medizinprodukterelevanter Rahmenbedingungen) erarbeitet und in ein integriertes Systemkonzept überführt.

Vorgehen: Von Nutzungskontext bis Praxistauglichkeit

Im Projekt wurden u. a. folgende Schritte umgesetzt:

• Nutzungskontextanalyse und Ableitung von Anforderungen für den therapeutischen Einsatz
• Systemkonzeption und Erprobung unterschiedlicher Architekturansätze
• Iterative Umsetzung von Bedien-/Interaktionskonzepten und VR-Inhalten
• Experimentalpsychologische Untersuchungen (u. a. Einfluss von Befragungs- und Navigationsmethoden auf Lernerfolg, CyberSickness, Präsenz- und Angsterleben)
• Machbarkeitsstudie zur Praxistauglichkeit in enger Abstimmung mit den Projekt- und Therapieforschungspartnern

Ergebnis: Kompaktes VR-Therapie System mit breitem Übungsumfang

Als Projektergebnis wurde ein hoch integrierter, mobiler VR-Therapie-Demonstrator entwickelt, der für psychotherapeutische Konfrontationsübungen ausgelegt ist. Die finale Demonstrator-Version umfasste 14 virtuelle Umgebungen zur Reizkonfrontation mit Variationsmöglichkeiten und begleitender Dokumentation.

Befragungs-Highlights: Hohe Nutzungsbereitschaft

Im Rahmen einer Vorstudie mit evaluierten Systemschulungen (Teilauswertung von 32 Teilnehmenden) wurde die Nutzerakzeptanz mit dem Technology Usage Inventory (TUI) erhoben. Die Ergebnisse zeigen eine überdurchschnittlich hohe Nutzungsabsicht:

• „Würden Sie Zugang zu diesem VR-Therapie-System haben wollen?“: 90%
• „Würden Sie dieses VR-Therapie-System nutzen?“: 80,6%
• Skepsis gegenüber dem VR-Therapie-System wurde sehr gering bewertet (2,45 von 7)

Partner & assoziierte Partner: Zusammenarbeit als Erfolgsfaktor

EVElyn wurde im Verbund mit Partnern aus Mensch-Technik-Interaktion, Psychotherapie und VR-Systementwicklung umgesetzt.

• Hochschule Heilbronn (UniTyLab) – Verbundkoordination, Mensch-Technik-Interaktion
• kbo-Inn-Salzach-Klinikum gGmbH – Psychotherapie/klinischer Partner
• VTplus GmbH – Entwicklung, Integration und Umsetzung der VR-Therapie-Inhalte und Systemarchitektur

Assoziierte/kooperierende Partner (Nutzungskontext, Versorgungsforschung & Implementierung)

• Hochschulambulanz für Psychotherapie, Universität Würzburg
• Zentralinstitut für Seelische Gesundheit (ZI) Mannheim

Das Projekt wurde zudem beratend durch die AOK Baden-Württemberg begleitet (u. a. zur Erstattungs-Perspektive und einer Etablierung über Pilotprojekte und Individualverträge).

Besonderer Dank gilt den Verbund- und Therapieforschungspartnern für die hervorragende Zusammenarbeit.

Anschlussfähigkeit

Das Projekt EVElyn legte wesentliche Grundlagen für die Weiterentwicklung des mobil einsetzbaren VT+ExpoCart3 Systems, validierte therapeutische VR-Umgebungen und die behördliche Eintragung aktiver Medizinprodukte.

Projekt: EVElyn – Effizienzsteigerung und Versorgungsoptimierung in der ambulanten Psychotherapie von Angststörungen
Teilvorhaben VTplus: VR-Demonstrator für ambulante Verhaltenstherapieübungen / VR-Konfrontation
Förderkennzeichen: 13GW0169B
Laufzeit: 01.10.2016 – 30.09.2020

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Schematische Darstellung der geplanten Anwendung. Nutzer tauchen mittels eines Head-Mounted Displays in eine virtuelle Welt ein. Zur Maximierung der Schmerzreduktion lernen die Nutzer ihre Gehirnaktivität zu regulieren. Bild: VTplus GmbH und Brain Products GmbH

Chronische Schmerzen verursachen bei Betroffenen oft ein langanhaltendes Leiden und schränken ihr Leben in gravierendem Maße ein. Eine alleinige medikamentöse Therapie ist langfristig wenig wirkungsvoll und mit Nebenwirkungen verbunden. Der Forschungsverbund „VirtualNoPain“ entwickelt im Verbund mit Partnern aus dem Bereich Gesundheit/Medizintechnik eine neue Methode, um chronische Schmerzen nebenwirkungsfrei zu behandeln und die Lebensqualität der Betroffenen zu steigern. Virtuelle Realität (VR) bietet die Möglichkeit, in computersimulierte Welten einzutauchen, die das Schmerzerleben verringern können. VirtualNoPain zielt darauf ab, die Schmerzreduktion mittels VR zu maximieren. Dabei kommt als Ergänzung zur VR erstmalig ein Neurofeedback-Training zum Einsatz. Mittels Neurofeedback können Nutzerinnen und Nutzer lernen, bestimmte Gehirnaktivitäten selbst zu regulieren. Sie erhalten dafür Rückmeldungen über Gehirnsignale, die ansonsten nicht bewusst wahrgenommen werden können.

Interdisziplinäre Expertise mit spezialisierten Partnern aus Industrie und Wissenschaft

Das Konsortium besteht aus hoch spezialisierten industriellen Partnern, wie dem Verbundkoordinator VTplus GmbH, einem Medizinproduktehersteller mit Produkten zum Einsatz virtueller Realität für Forschung und Therapie, der Brain Products GmbH als einem führendem Hersteller von EEG-Systemen im Bereich der neurophysiologischen Forschung, sowie der ZTM Bad Kissingen GmbH als Spezialist für telemedizinische Systeme und digitale Vernetzung. Wissenschaftliche Partner mit anerkannter Expertise in den Bereichen Schmerz- und Angststörungen sind die Universität Würzburg, der Lehrstuhl für Psychologie I – Biologische Psychologie, Klinische Psychologie und Psychotherapie (Prof. P. Pauli), die Arbeitsgruppe Interventionspsychologie (Prof. A. Kübler) mit ausgewiesener Expertise im Bereich von Neurofeedback und Gehirn-Computer Schnittstellen, sowie der Arbeitsgruppe Schmerz der Neurologischen Klinik des Universitätsklinikums Würzburg, mit langjähriger Expertise in der klinischen und experimentellen Schmerzforschung (Prof. C. Sommer).

Finanziell gefördert wird das Projekt „VirtualNoPain“ vom Bundesministerium für Bildung und Forschung (BMBF), im Fachprogramm Medizintechnik mit knapp zwei Millionen Euro (Förderkennzeichen 13GW0343).

Kontakt

VTplus GmbH – Verbundkoordinator VirtualNoPain
Prof. Dr. J. Müller
An den Breiten 4, 97078 Würzburg

eMail: VirtualNoPain@vtplus.eu | Tel. +49 931 306 997 542

VTplus GmbH Kontaktformular
Projekt Information: www.virtual-no-pain.de

Verbundpartner:

• Brain Products GmbH
• ZTM Bad Kissingen GmbH
• Universität Würzburg, Lehrstuhl für Psychologie I – Biologische Psychologie, Klinische Psychologie und Psychotherapie (Prof. P. Pauli), die Arbeitsgruppe Interventionspsychologie (Prof. A. Kübler)
• Universitätsklinikum Würzburg, Arbeitsgruppe Schmerz der Neurologischen Klinik
• VTplus GmbH (Verbundkoordinator)

Verbundvorhaben Titel: Kombination von virtueller Realität (VR) und Brain-Computer-Interface (BCI) zur Therapie chronischer Schmerzen (VirtualNoPain)
gefördert vom Bundesministerium für Bildung und Forschung
Bekanntmachung: „Chronische Schmerzen – Innovative medizintechnische Lösungen zur Verbesserung von Prävention, Diagnostik und Therapie“
Laufzeit: 01.07.2020 – 31.12.2023
FKZ: 13GW0343

Weiterführende Informationen

Weitere Berichte zu Ergebnissen und Veranstaltungen rund um VirtualNoPain und VR-/BCI-basierte Schmerztherapie finden Sie unter: Beiträge zum Projekt VirtualNoPain ›.

Der Beitrag Virtuelle Realität mit Neurofeedback zur Behandlung chronischer Schmerzen – VirtualNoPain erschien zuerst auf VTplus – VR-Therapie Systeme – Virtuelle Realität für Kliniken & Praxen.

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VTplus ist im Projekt verantwortlich für die interaktiven virtuellen Therapieszenarien in welchen der Patient auf natürliche Art und Weise mit virtuellen Menschen interagieren kann. Das System verarbeitet zusätzlich körpernahe Daten und kann so den Therapieverlauf anpassen und dem Therapeuten über eine grafische Oberfläche aufbereitete Informationen zum Zustand des Patienten zur Verfügung stellen.

Weitere Informationen auf der OPTAPEB-Projekt-Homepage oder gerne persönlich bei:
Teilprojekt VTplus GmbH | Prof. Dr. J. Müller | optapeb@vtplus.eu

Der Beitrag KI-gestützte Emotionsbewältigung mit VR – OPTAPEB Präsentation | Video Beitrag erschien zuerst auf VTplus – VR-Therapie Systeme – Virtuelle Realität für Kliniken & Praxen.