Im Video ist der Einsatz des im Fraunhofer-IIS Reallabor eingesetzten VTplus VR-Therapie und -Forschungssystem VT+ExpoCart2 DV zu sehen.

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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.

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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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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)

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Die Inbetriebnahme erfolgte in Zusammenarbeit mit dem OPTAPEB Verbundpartner und VTplus Vertriebspartner Zentrum für Telemedizin Bad Kissingen.

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.

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Das Verbundvorhaben REHALITY wird im Rahmen der Fördermaßnahme „Medizintechnische Lösungen für eine digitale Gesundheitsversorgung, im Rahmenprogramm Gesundheitsforschung Deutschland, Aktionsfeld Gesundheitswirtschaft durch das Bundesministerium für Bildung und Forschung (BMBF) gefördert.

Bild zum Verbundprojekt: Patient erlebt in virtueller Realität Bewegung der durch Schlaganfall betroffenen Extremität. © Neurologische Universitätsklinik Tübingen und VTplus GmbH

MOTIVATION

Jedes Jahr erleiden in Deutschland 270.000 Menschen einen Schlaganfall und sind gezwungen einen langen und mühsamen Weg der Neurorehabilitation zu gehen, um die körperliche und geistige Funktionsfähigkeit wieder soweit herzustellen, dass eine gesellschaftliche und berufliche Reintegration möglich wird. Trotz des hohen Ressourceneinsatzes für neurologische Rehabilitationsmaßnahmen sind die zeitlichen Möglichkeiten der Physio-, Ergo- und Logotherapeuten für eine Individualtherapie jedoch eng begrenzt.

INNOVATION

Großes Potenzial für eine schnellere und erfolgreichere Therapie des chronischen Schlaganfalls bieten zusätzlich eigenständig durchführbare digitale Therapiekonzepte mit Hilfe Virtueller Realität (VR). Die Wahrnehmung einer Bewegung des gelähmten Körperteils in der virtuellen Welt kann den Heilungsprozess begünstigen. Neue Forschungsergebnisse zeigen, dass der Zustand des Gehirns zum Zeitpunkt der Stimulation entscheidend dafür ist, ob es zu einer plastischen Veränderung der Hirnnetzwerke kommt oder nicht.
Der Therapieerfolg erfordert aber neben hoch-immersiver virtueller Realität ein auf den einzelnen Patienten abgestimmtes Steuersystem: Jeder Mensch und auch jeder Schlaganfall ist einzigartig und eine optimale Therapie muss auf die spezifische Störung der Hirnaktivität ab-gestimmt sein. In diesem Projekt wird der intensive Forschungs- und Entwicklungsprozess umgesetzt, der die technisch zunehmend hochentwickelten VR- und Elektroenzephalographie (EEG) Hardwaresysteme auch therapeutisch wirksam macht.

PERSPEKTIVE

Diese neue Therapieform soll die Versorgungslücke zwischen stationärer Akutbehandlung im Krankenhaus, Rehabilitationsmaßnahme und den Therapiemöglichkeiten im häuslichen Umfeld schließen, dadurch auf Seiten der Kranken- und Sozialkassen erhebliche Folgekosten einsparen und den erfolgreichen Wiedereinstieg von Schlaganfallpatienten in ein eigenständiges Leben und eine Erwerbsfähigkeit beschleunigen.

KONTAKT

VTplus GmbH Kontaktformular
Projektleitung Teilvorhaben VTplus: Dr. Bastian Lange (rehality@vtplus.eu)
Verbundkoordinator Neurologische Universitätsklinik Tübingen: Prof. Dr. Ulf Ziemann

Weitere Beiträge zum Projektverlauf und zu Ergebnissen finden Sie unter: Beiträge zum Projekt REHALITY ›.

REHALITY, Förderkennzeichen VTplus 13GW0213D,
Laufzeit: 01.04.2019 bis 31.03.2022
gefördert vom Bundesministerium für Bildung und Forschung

Der Beitrag VTplus ist Verbundpartner im Forschungsvorhaben zur Neurorehabilitation nach Schlaganfall mittels Virtual Reality Therapieparadigma (REHALITY) erschien zuerst auf VTplus – VR-Therapie Systeme – Virtuelle Realität für Kliniken & Praxen.

Im Rahmen des Beitrags zeigte VTplus, wie virtuelle Realität in Forschung, Psychotherapie und kliniknahen Anwendungen eingesetzt werden kann. Gerade bei Angststörungen eröffnet VR die Möglichkeit, therapeutisch relevante Situationen kontrolliert, wiederholbar und sicher darzustellen und damit digitale Technologien praxisnah in den Gesundheitsbereich zu übertragen. Diese Ausrichtung passt inhaltlich gut zum Veranstaltungskontext, der auf Wissensvermittlung, digitale Kompetenzen und anwendungsorientierten Technologietransfer in Unterfranken angelegt war.

Vorgestellt wurde außerdem das Verbundprojekt OPTAPEB. Darin wird ein Ansatz zur KI-gestützten, patientenzentrierten Emotionsbewältigung entwickelt, bei dem VR-Anwendungen, Sensorik und digitale Assistenz zu einem therapeutisch nutzbaren Gesamtsystem verbunden werden. Die Zusammenarbeit von VTplus und ZTM im OPTAPEB-Kontext verdeutlicht den Transfer von Forschung in praktische digitale Gesundheitsanwendungen.

Die Veranstaltung „Arbeitswelt 4.0 in Unterfranken“ war der Auftakt eines regionalen Projekts mit mehr als 20 Seminarangeboten, Wissenstransfer zwischen Wissenschaft und Wirtschaft sowie begleitenden Digitalisierungscoachings. Vor diesem Hintergrund zeigte der Beitrag von VTplus beispielhaft, wie digitale Technologien aus Forschung und Gesundheitswirtschaft auch in angrenzende Anwendungsfelder wie der beruflichen Rehabilitation überführt werden können.

Der Beitrag VTplus stellt virtuelle Realität für Forschung und Therapie auf der Veranstaltung „Arbeitswelt 4.0 in Unterfranken“ im Technologie- und Gründerzentrum Würzburg (TGZ) vor. erschien zuerst auf VTplus – VR-Therapie Systeme – Virtuelle Realität für Kliniken & Praxen.