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VR-Brille – Beiträge

Unter diesem Tag finden Sie Beiträge, die den Einsatz von VR-Brillen (Head-Mounted Displays, HMDs) in therapeutischen, klinischen und forschungsorientierten Anwendungen beleuchten. Die Inhalte umfassen Aspekte der Geräteintegration, Display- und Tracking-Technologien, ergonomische Anforderungen sowie technische Voraussetzungen für immersive, kontrollierte und reproduzierbare VR-Erlebnisse im professionellen Umfeld.

Behandelt werden unter anderem der Einsatz von VR-Brillen in Expositions- und Verhaltenstherapien, in der Neurorehabilitation, in diagnostischen Prozessen sowie in experimentellen Studien. Dazu gehören auch Beiträge zu Systemkonfigurationen, zur Auswahl geeigneter VR-Hardware, zur praktischen Nutzung im klinischen Alltag sowie zur Bedeutung von HMDs für die Erfassung emotionaler, kognitiver und verhaltensbezogener Reaktionen.

VTplus integriert VR-Brillen in wissenschaftlich validierte Therapie- und Forschungssysteme, die in Kliniken, Ambulanzen und universitären Einrichtungen eingesetzt werden. Unter diesem Tag finden Sie daher Projekte, Anwendungsbeispiele und technische Hintergründe rund um den professionellen Einsatz von VR-Brillen.

VTplus GmbH entwickelt eine ambulante Konfrontationstherapie mit virtueller Realität für Patienten mit Angststörungen im BMBF-Verbundprojekt EVElyn

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In Deutschland leiden jährlich mehr als 15% der erwachsenen Bevölkerung an einer Angststörung. Trotz sehr guter Therapieaussichten ist eine flächendeckende Behandlung in Deutschland aktuell noch nicht möglich. Grund dafür ist vor allem der hohe Organisationsaufwand einzelner Therapiesitzungen mit Konfrontationsübungen.

Projektbeschreibung

Genau dies soll mit dem vom Bundesministerium für Bildung und Forschung (BMBF) geförderten Forschungsprojekt „EVElyn“ (Förderkennzeichen: 13GW0169B) nun durch den Einsatz hochmoderner Virtual Reality-Techniken für die ambulante Psychotherapie verbessert werden. Anstatt einzelne Sitzungen der Konfrontationstherapie konventionell in realer Umgebung durchzuführen, werden Patienten ihren Ängsten virtuell ausgesetzt. Dazu tragen sie eine Virtual Reality Brille und können über natürliche Bewegungsabläufe mit dem System interagieren. Durch den Einsatz dieser Technik sollen der Therapieaufwand erheblich gesenkt sowie Hemmschwellen abgebaut werden. VTplus arbeitet in einem Konsortium mit Experten in den Bereichen Mensch-Technik-Interaktion (Hochschule Heilbronn, UniTyLab) und Psychotherapie (kbo-Inn-Salzach-Klinikum gemeinnützige GmbH) zusammen. Der Verbund kooperiert zusätzlich mit renommierten Partnern wie den Psychotherapieambulanzen der Universitäten Würzburg, Münster, Bielefeld und dem Zentrum für Kinder- und Jugendlichenpsychotherapie der Uni-Bochum. Das Projekt wird von der AOK Baden-Württemberg beratend begleitet.

 

Verbundprojekt

Effizienzsteigerung und Versorgungsoptimierung in der ambulanten Psychotherapie von Angststörungen

Entwicklung einer ambulanten Konfrontationstherapie in der virtuellen Realität für Patienten mit Angststörungen (EVElyn)

Laufzeit: 01.10.2016 – 30.09.2020, Förderkennzeichen: 13GW0169B

Kooperationspartner

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Ansprechpartner

  • VTplus GmbH: Mathias Müller – Geschäftsführer
  • Wissenschaftlicher Projektleiter VTplus: Prof. Dr. Jürgen Müller – EVElyn@vtplus.eu
  • Verbundkoordinator: Hochschule Heilbronn, Prof. Dr.-Ing. Gerrit Meixner

Presseinformationen

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

gefördert vom BMBF

gefördert vom Bundesministerium für Bildung und Forschung in der Fördermaßnahme „Medizintechnische Lösungen für eine digitale Gesundheitsversorgung“ im Rahmenprogramm Gesundheitsforschung Deutschland Aktionsfeld Gesundheitswirtschaft

Eyetracking mit SMI HMD Integration für Angst- und Therapieforschung mit virtueller Realität

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Case Study HMD Eye Tracking: Anxiety Therapy Research

VTplus GmbH has created a virtual exposure solution for anxiety therapy research using SMI Eye Tracking for the Oculus Rift DK2 head-mounted display.

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BACKGROUND

Anxiety disorders are among the most common mental disorders. When they become chronic – and they often do – they can cause considerable suffering and significantly impair the lives of those affected.
Exposure therapy (in vivo) is one of the most successful methods of helping people cope with such anxiety disorders. But replicating the real situation (in vivo) is often either not feasible (e.g. for post-traumatic stress disorder) or very complex (e.g. air travel scenarios). Virtual reality (VR) is one way of overcoming such hurdles. A VR headmounted display enables the patient to experience anxiety-provoking situations which the therapist can control and easily interchange in the comfort and safety of a therapy room.

CHALLENGE

For exposure therapy to succeed, it is not only crucial that the patients confront the anxietyprovoking elements of the situation. The therapist also needs to remain informed about the patient’s field of view.

SOLUTION

Using SMI Eye Tracking in the Oculus Rift DK2 head-mounted display as part of the VTplus VR exposure system, the gaze direction and the visual attention of the patient are known at all times. The VTplus VR software evaluates which elements are observed and when they are looked at.

BENEFIT

Based on this eye tracking data, the therapist is well-placed to tune the VR exposure exercises individually to each patient and offer more specific instructions. Furthermore, the therapist is also better informed to judge the success of the confrontation exercises.

SMI EYE TRACKING

VR simulations offer a controlled, yet ecologically-valid research method.
SMI’s unique eye tracking integration in the Oculus Rift DK2 – proven for practical usage in everyday situations – offers real-time information on the visual orientation of the patient, thus advancing therapy process research and optimizing the confrontation exercises.

“SMI’s unique HMD eye tracking integration is crucial for our VR
exposure solution. Live gaze traces enable us to control if the
patient really confronts stressful elements, and to optimize the
exposure exercise based on this information.”

Mathias Müller, Managing Director, VTplus GmbH

Case Study: SMI Eyetracking zum Einsatz für Angst- und Therapieforschung mit VTplus CyberSession (PDF)

VTplus auf der MEDICA 2015

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Impressionen von der weltgrößten Messe für Medizintechnik – MEDICA 2015 – auf dem Gemeinschaftsstand von Bayern Innovativ, zusammen mit der Gesundheitsregion Mainfranken. VTplus stellte ein gerätewagenbasiertes Simulationssystem zur Durchführung von Angstexpositionen mit virtueller Realität vor.

Als Besonderheit wurde ein im Head-Mounted-Display integriertes Eyetracking (Powered by SensoMotoric Instruments Eye Tracking HMD Upgrade for the Oculus Rift DK2) präsentiert. Das integrierte Eyetracking bietet den Vorteil, jederzeit in Echtzeit die Aufmerksamkeitsausrichtung des Patienten zu kennen und damit zusätzliche objektive Parameter für die Therapieprozessforschung und die Optimierung der Therapie zu gewinnen.

 

 

Höhensimulationen in VR

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Der Beitrag beschreibt experimentelle Studien mit VTplus VR-Szenarien zur Erforschung von Höhenangst, Gleichgewicht und Emotionsregulation in virtuellen Umgebungen.

Untersuchung des Angsterlebens in virtuellen Höhensituationen (JMU-Würzburg, 2013)

Aussichtspunkt-Konstruktion

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Virtuelles Hochhaus mit Außenaufzug (Prototyp 2013-05)

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Technische Umsetzung mit CAVE:

  • Visuelle Darstellung mit 12 Kanal Projektion (5-seitige CAVE mit stereoskopischer Darstellung)
  • Bewegungs- Orientierungsinformationen von Kopf und Navigationsdevice mittels PhaseSpace Kameratracking
  • Rendering der 3D Umgebung mit Valve Source SDK und Modifikation VrSessionMod 0.5
  • Interaktion: Laufen mit Joystick und durch eigene Bewegung
  • Simulationssoftware CyberSession CS-Research MP 5.6

Technische Umsetzung mit Head-Mounted-Display:

  • Visuelle Darstellung mit Trivisio VRvision oder eMagin Z800
  • Bewegungs- Orientierungsinformationen des Kopfes Polhemus Fastrak oder Patriot
  • Rendering der 3D Umgebung mit Valve Source SDK und Modifikation VrSessionMod 0.5
  • Interaktion: Laufen mit Joystick
  • Simulationssoftware CyberSession CS-Research MP 5.6

Emotionsregulation bei Höhenangst (Hettinger, M., 2008, JMU-Würzburg)

Technische Umsetzung:

  • Visuelle stereoskopische Informationen mit Head-Mounted Display VirtualResearch V6
  • Bewegungs- Orientierungsinformationen des Kopfes Polhemus Fastrak
  • Visuelle Darstellung der 3D Umgebung mit Valve Source SDK und Modifikation VrSessionMod 0.3
  • Physiologiedatenaufzeichnung
  • Simulationssoftware CyberSession

Ergebnisse:

  • Mühlberger, A., Neumann, R., Lozo, L., Müller, M. & Hettinger, M. (2012). Bottom-up and top-down influences of beliefs on emotional responses: Fear of heights in a virtual environment. In B.K. Wiederhold and G. Riva (Eds.), Annual Review of Cybertherapy and Telemedicine 2012 (pp 133-137). IOS Press. Amsterdam.

Visueller Einfluss auf Gleichgewicht und Angsterleben bei Höhenängstlichen (Bärmann, 2005, JMU-Würzburg)

Technische Umsetzung:

  • Visuelle stereoskopische Informationen mit Head-Mounted Display
  • Bewegungs- Orientierungsinformationen des Kopfes Polhemus Fastrak + TX2-Source
  • Visuelle Darstellung der 3D Umgebung mit Cortona3D Viewer
  • Interaktion / Laufen mit Joystick
  • Physiologiedatenaufzeichnung
  • Simulationssoftware CyberSession

Abstract:

Ausgehend von Befunden, dass Höhenphobiker bei Konfrontation mit einer Höhensituation eine stärkere Zunahme des Körperschwankens als nichtängstliche Personen aufweisen (Nakahara et al., 2000; Takeya et al., 1978), stellt sich die Frage, inwieweit die Destabilisierung situationsspezifisch durch Angst ausgelöst wird (Ohno et al., 2004) oder ob eine Beeinträchtigung der Gleichgewichtskontrolle beim Vorliegen visueller Konflikte auch unabhängig von der Höhensituation auftritt (Jacob et al., 1995).
Untersucht wurden 18 Höhenphobikern und 18 Personen ohne Höhenangst, denen über ein Head Mounted Display zuerst der virtuelle Eindruck einer ebenerdigen Szene auf der Straße und dann der eines Blicks in die Tiefe einer Straßenschlucht dargeboten wurde. Zur Induktion visueller Konflikte wurde in den virtuellen Umgebungen Parallaxe-Information in 3 Abstufungen manipuliert: Bei der Bedingung (1) mit der meisten Information wurde ein Fixkreuz 2 m vor den Probanden gezeigt, bei der Bedingung (2) mit geringerer Information befand sich das Fixkreuz in 22 m Entfernung. In der 3. Bedingung wurde jegliche Information verhindert (sway-reference). Während die Probanden in aufrechter Haltung möglichst ruhig standen und die drei verschiedenen Kreuze fixierten, wurden pro Bedingung sowohl das subjektive Angst- und Schwindelerleben erfasst als auch das Körperschwanken, die Herzrate, Herzratenvariabilität (HRV) und Hautleitfähigkeit. Explorativ wurden in der Höhensituation zusätzlich die Effekte einer gebeugten Kopfhaltung untersucht, bei der eine Verstärkung der sensorischen Konflikte durch Beeinträchtigung des Vestibularorgans angenommen wurde.
Die Ergebnisse zeigen bei den Höhenphobikern einen für die Höhensituation spezifischen Anstieg von subjektiv erlebter Angst und Schwindel. Dies kann im Sinne einer gegenseitigen Beeinflussung dieser beiden Erlebnisqualitäten interpretiert werden. Hinsichtlich der Variation von Parallaxe-Information zeigen sich bei den Kontrollpersonen keine Unterschiede. Die Höhenphobiker hingegen empfanden beim Sway-Reference-Kreuz in der Höhe deutlich mehr Schwindel als in den anderen beiden Bedingungen. Der Befund spricht dafür, dass Höhenängstliche situationsspezifisch eine erhöhte Sensitivität gegenüber visuellen Konflikten aufweisen. Die gebeugte Haltung führte bei den Höhenphobikern sowohl zu einem signifikanten Anstieg des Körperschwankens und der HRV als auch des Angsterlebens und der Schwindelgefühle. Dieses Ergebnis kann als Hinweis darauf gewertet werden, dass Höhenphobiker vestibuläre Informationen evtl. stärker gewichten. Insgesamt sprechen die Befunde für eine bei Höhenphobikern in der Höhensituation stärker ausgeprägte Empfindlichkeit gegenüber desorientierenden Wahrnehmungsbedingungen.

Einfluss taktiler Informationen in VR auf Angst und Präsenz

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Als Beispiel für den Einsatz von Virtueller Realität in der psychologischen Forschung stellen wir einen VR-Aufbau mit einer Videobrille (Head-Mounted Display) und zwei Bewegungssensoren kurz dar. Es handelt sich dabei um ein von Prof. Dr. Mühlberger betreutes Experiment, das am Lehrstuhl für Psychologie I der Universität Würzburg durchgeführt wurde.

Untersuchungsgegenstand:

  • Variationsmöglichkeiten zwischen realer und virtueller Welt innerhalb eines Experiments.
  • Simulation einer Greifübung in virtueller Realität.
  • Anwendungsmöglichkeiten für Expositionstherapie bei Spinnenangst.

Technische Umsetzung:

  • Visuelle Informationen mit Head-Mounted Display eMagin 3DVisor Z800
  • Bewegungs- Beschleunigungsinformationen des Kopfes und der Hand mit Polhemus Fastrak
  • Visuelle Darstellung der 3D Umgebung mit Cortona3D Viewer
  • Interaktion mit virtuellen Reizen (3D Spinne / Würfel) bei simultanem realen Feedback (Kunststoff Spinne / Holzwürfel in Realität).
  • Physiologiedatenaufzeichnung mit Brainproducts V-Amp-16
  • Simulationssoftware CyberSession

Aufgabe der Versuchsteilnehmer:

  • Mit der Hand die Spinne berühren (2 Versuchsbedingungen)
  • Unspezifische taktile Informationen: haptisches Feedback entspricht nicht visueller Darstellung (virtuelle Spinne – realer Holzwürfel)
  • Spezifische taktile Informationen: haptisches Feedback entspricht visueller Darstellung (virtuelle Spinne – reales Spinnenmodell)

Erfasste Daten im dargestellten Beispiel:

  • Kopfposition und Orientierung
  • Handposition und Orientierung
  • Dauer der Greifbewegung
  • Hautleitfähigkeit und Herzrate

Hier ist ein Video zum vorgestellten Experiment:

Ergebnisse der Studie:

  • Spezifische taktile Informationen (Spinnenmodell) führten im Vergleich zu unspezifischen taktilen Informationen (Holzwürfel) zu deutlich gesteigerten Angstreaktionen der Versuchsteilnehmer während der Konfrontation im Experiment.
  • Das Präsenzempfinden, das Gefühl in der VR gegenwärtig zu sein, war ebenfalls bei spezifischen taktilen Informationen deutlich erhöht.
  • Insgesamt konnte durch Konfrontation mit einer Spinne in VR eine Reduktion der Spinnenangst bei den Studienteilnehmern erreicht werden.

Die Studie verdeutlicht, wie gezielte taktile Reize in virtueller Realität das Angst- und Präsenzempfinden beeinflussen können und liefert wichtige Erkenntnisse für zukünftige VR-gestützte Expositionstherapien.

Virtuelle Realität in der psychologischen Forschung

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Virtuelle Realität (VR) eröffnet neue Möglichkeiten, menschliches Erleben und Verhalten unter kontrollierten Bedingungen zu erforschen. Der Beitrag erläutert Grundlagen, Anwendungen und Beispiele für den Einsatz von VR in der psychologischen Forschung und Therapie.

Virtuelle Realität

Virtuelle Realität (VR) ist ein häufig vorkommender Begriff, wenn es um moderne, zukunftsorientierte Technologien geht. Aber was ist VR eigentlich?

Der Informatiker Jaron Lanier beschrieb VR 1989 sehr abstrakt als „interaktive Simulation von realistischen oder imaginären Umgebungen“.

Dies bedeutet, dem VR-Anwender wird eine computersimulierte Welt präsentiert und er kann mit dieser interagieren. Um das zu ermöglichen, erfasst ein VR-System das Verhalten des Anwenders mit Hilfe von Sensoren und Eingabegeräten und passt die VR-Welt entsprechend an.

Dabei werden möglichst viele Sinneskanäle mit künstlichen Informationen versorgt:

  • „Sehen“: visuelle Darstellung mittels Videobrille oder Projektion
  • „Hören“: auditive Informationen mit Kopfhörer oder Surround-Sound Systemen
  • „Bewegungswahrnehmung“: Bewegungsinformationen mittels Bewegungssimulator
  • „Riechen“: Vermittlung von Gerüchen mittels Olfaktometer
  • „Fühlen“: Haptik, Schmerzwahrnehmung

Zur Interaktion mit der virtuellen Welt werden üblicherweise Trackingsysteme zur Erfassung der Kopfposition und / oder Orientierung, der Hand, des Körpers oder der Blickrichtung aber auch Eingabegeräte (wie Joystick, Lenkrad) verwendet. Weitere Interaktionsmöglichkeiten lassen sich durch Feedback-Systeme (Physiologie, Eyetracking) oder Spracherkennung realisieren.

Auf die technischen Möglichkeiten, sowie auch  die Wahrnehmungspsychologie der Aspekte „Präsentation“ und „Interaktion“ werden wir in nachfolgenden Artikeln näher eingehen.

Im Bereich der psychologischen Forschung ermöglichen virtuelle Welten die kontrollierte und standardisierte Präsentation von künstlichen, jedoch als real erlebten Situationen. Daraus ergeben sich vielfältige Möglichkeiten zur Veränderung und Manipulation dessen,  was individuell als wirklich erlebt wird. So konnte unter anderem im Bereich der Angstforschung nachgewiesen werden, dass das Erleben einer Umgebung mittels VR, die gleichen körperlichen Reaktionen erzeugen kann wie eine reale Situation. Mittels Virtueller Realität lassen sich die Möglichkeiten der empirischen Forschung, aber auch der Expositionstherapie, zum Beispiel zur Unterstützung von kognitiver Verhaltenstherapie (KVT), erheblich erweitern.

Beispiele von wissenschaftlichen Studien mit VR

Ausgewählte Studien werden im VR-Blog mit Bildern, Videos und weiteren Informationen vorgestellt:

Ergebnisse von wissenschaftlichen Studien, welche unter Verwendung des VT+ VR-Simulationssystems durchgeführt wurden sind auf der Seite Publikationen aufgelistet.

Virtuelle Realität ist damit ein zentrales Werkzeug moderner psychologischer Forschung und bietet neue Perspektiven für evidenzbasierte Therapien, insbesondere in der Verhaltens- und Angstbehandlung.

VR-System Präsentation auf der GAF 2012

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VTplus VR-System Präsentation auf der GAF 2012 am Universitätsklinikum Würzburg

Auf der Tagung der Gesellschaft für Angstforschung (GAF) am Universitätsklinikum Würzburg führte VTplus ein 3D-Simulationssystem mit Head-Mounted-Display zur Anwendung von virtuellen Welten in der empirischen Forschung vor.

In der Posterpräsentation des wissenschaftlichen Programms wurden unter anderem fünf Studien vorgestellt, für welche virtuelle Welten als Präsentationsmethode mit der von VTplus angebotenen Simulationssoftware verwendet wurden.

 

 

VTplus GmbH – virtual therapy + research systems
VTplus Präsentation
VTplus Präsentation
VTplus VR-Therapie VR-HealthCare
VTplus Poster